[發(fā)明專利]一種用于新型節(jié)能電機的銅鐵合金材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102134678A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 薛志勇;劉明基;羅應立
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C22C38/16
• 分類號: C22C38/16;C22C33/04;C21D8/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發(fā)明屬于新型節(jié)能電機用材料范圍，特別涉及一種用于新型節(jié)能電機的銅鐵合金材料及其制備方法。

背景技術

隨著工業(yè)化進程加速，能源問題已成為當代社會的焦點問題，節(jié)能材料的研究已經(jīng)成為材料研究的一個重要方面。電機作為各類機械的重要基礎部件之一，其效率高低對節(jié)約能源乃至經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有著重大影響。除了電機設計以外，新型節(jié)能電機用合金材料的研究和開發(fā)，對節(jié)能增效，創(chuàng)建節(jié)約型社會具有重要的現(xiàn)實意義。

在一些新型節(jié)能異步電機或高性能自起動永磁電機的轉子導條設計中，需要采用一些新型合金材料，既要有一定的導電率，同時又具有一定的導磁率。當電機在起動過程中，轉子從靜止開始加速旋轉，定子電流形成的磁場與轉子之間以較高的相對運動速度運動，因此此時轉子導條中感應電動勢和感應電流的頻率接近定子電流頻率，轉子鐵心中磁場的交變頻率也接近定子電流頻率。由于轉子的集膚效應，當頻率較高時，磁場在轉子中的透入深度比較淺，也就是說從轉子鐵心表面開始往轉子內部隨著深度的增加，磁場逐漸變小。這樣使得轉子導條中的電流主要集中在導條靠近轉子鐵心表面的區(qū)域，越往轉子內部，導條中電流密度越小，使轉子的等效電阻變大，從而減小了電機起動時的定子電流。根據(jù)異步電機的工作原理，轉子電阻在一定范圍內增大，使電機的起動轉矩得到提高。隨著轉子轉速的不斷增大，轉子中磁場的交變頻率逐漸降低，集膚效應越來越不明顯，轉子導條中的電流密度逐漸趨于均勻分布，轉子的等效電阻變小，使帶一定負載的電機異步運行的機械特性的斜率變小，對于異步電機效率得到提高；對于自起動永磁電機，更容易把電機牽入同步狀態(tài)，提高了永磁電機牽入同步的能力。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于新型節(jié)能電機的銅鐵合金材料及其制備方法，主要是用于新型節(jié)能異步電機轉子導條或高性能自起動永磁電機起動導條的合金材料。

一種用于新型節(jié)能電機的銅鐵合金材料，其特征在于：所述銅鐵合金材料的成分為按合金材料總重量的比例計算：銅10-25wt％，硅0.20-0.40wt％，錳0.6-0.9wt％，磷≤0.5wt％，硫≤0.03wt％，鋁0.35-0.55wt％，碳0.1-0.05wt％，其余為鐵。

一種用于新型節(jié)能電機的銅鐵合金材料的制備方法，其特征在于，具體制備工藝如下：

1)按銅10-25wt％，硅0.20-0.40wt％，錳0.6-0.9wt％，磷≤0.5wt％，硫≤0.03wt％，鋁0.35-0.55wt％，碳0.1-0.05wt％，其余為鐵的比例準備工業(yè)純鐵、電解銅、硅鐵、錳鐵、磷銅和鋁。

2)采用用感應爐熔化；首先熔化爐中加入工業(yè)純鐵，在1680-1700℃之間脫碳，直到碳量達到0.05wt％；當采用酸性爐襯時，在鐵熔化后加入合金材料總重量0.35wt％的錳鐵，以便脫氧，經(jīng)3-5分鐘后，在爐中加入銅；每次加入批量不超過加銅總量的10wt％以防金屬冷卻，全部銅熔化后應加入合金材料總重量0.3wt％磷銅，以便脫氧，為進行最后的脫氧處理，還應第二次加入合金材料總重量0.3wt％的錳鐵，加入錳鐵后過3-5分鐘再加入合金材料總重量0.2wt％的硅鐵；在將合金倒入澆倉之前，向合金液中加入合金材料總重量0.2wt％的鋁。

3)澆鑄，將澆包提前加熱到400℃；然后再倒入合金液，開始澆鑄時合金溫度為1500-1550℃，造型必須用完全干燥的砂模，為控制化學成份和結構應澆出相應的試樣，為保證鑄件的質量，應留有足夠的澆口；自然冷卻后用鋸掉的辦法清理澆口，不可用氣焊。

4)熱處理退火，將鑄件加溫度至800℃，保溫6小時，隨爐冷卻。

5)鍛造和切割：為保證組織更加致密，將鑄件進行鍛造，開鍛溫度為850℃；然后用線切割制成電機所用導條。

本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明主要含有合金元素鋁、銅、錳，鐵等。鋁與氧有強的親和能力，主要起脫氧和細化晶粒的作用，抑制低碳鋼的時效，提高鋼在低溫下的韌性，作為合金加入鋼水中，提高鋼的抗氧化性、耐磨性和疲勞強度。銅和錳作為主要元素，主要是調整材料的電阻率和磁導率在一定的范圍，同時提高材料的強度、韌性和可加工性，鐵主要提高合金材料的導磁性能。

附圖說明

圖1為銅鐵合金材料的顯微組織圖。

圖2為銅鐵合金材料的直流磁化曲線。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作詳細說明：

本發(fā)明實施例為在上述合金材料成分比例基礎上，以優(yōu)選的成分比例范圍：銅14-20wt％，硅0.25-0.35wt％，錳0.8-0.9wt％，磷≤0.2wt％，硫≤0.03wt％，鋁0.35-0.45wt％，碳0.1-0.05wt％，其余為鐵，進行多次試驗，通過熔煉、熱處理、鍛造，得到銅鐵合金材料的成分為銅20％，硅0.32％，錳0.84％，磷0.11％，硫0.028％，鋁0.43％，碳0.1％，其余為鐵。然后加工成10*10*2050mm×30mm×200mm，用于開發(fā)的新型自起動永磁電機，本發(fā)明合金材料的顯微組織圖如圖1所示。該材料的電阻率為0.0001465歐姆.米，介于銅和鐵之間，電導率為6825.4726S。密度為7.9-8.3(g/cm³)，HV為141-277。本發(fā)明合金材料的直流磁化曲線如圖2所示，其導磁性比電工純鐵差一些，但是具有一定的導磁性能。