[发明专利]一种低损耗高耐蚀变压器铁芯用铁基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种低损耗高耐蚀变压器铁芯用铁基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，所述材料包括98.5‑99.5 wt%的铁基非晶和0.5‑1.5 wt%的碳纳米管；所述铁基非晶包含如下重量百分比的成分：28wt%Cr、3wt%B、6wt%Si、4wt%P、5wt%Ni、8wt%Mo、3wt%Nb，余量为Fe；所述碳纳米管采用化学气相沉积法制备而成。首先将制备铁基非晶的原料加入真空气雾化炉中进行熔炼、雾化并筛分粉末，然后将采用304不锈钢包覆粉末形成丝材。所述成品丝材在制备铁基非晶/碳纳米管复合电磁屏蔽材料中的应用，采用快淬工艺制备非晶带材，快淬过程中采用两个喷口同时连续均匀喷涂铁基非晶和碳纳米管。本发明制备的复合材料，损耗低、能效高、耐腐蚀性能好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铁基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

降低电力系统配电损耗、提高电力系统工作效率，一直是世界各国普遍关注的问题。而变压器作为电力系统中占比最大的元件之一，降低其损耗指标对提高电力系统配电效率具有重要意义。变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，其主要包括铁芯和线圈两个部分组成。而在变压器中，铁芯材料的选择对变压器的能耗具有决定性的作用。

铁基非晶材料由于不具备长程有序结构，其磁化和消磁均较一般磁性材料容易。因此，当用铁基非晶作为变压器的铁芯时，变压器的铁损（即空载损耗）要比一般采用硅钢作为铁芯的传统变压器低70-80%，配电系统因此可节约大量的能源和资金。然而，铁基非晶变压器铁芯目前仍存在一些问题亟待解决，如铁基非晶变压器的韧性差、抗潮湿性差等。碳纳米管材料作为一维纳米材料，具有许多优异的力学、电学和化学性能。将碳纳米管复合在铁基非晶材料中，可有效提高铁基非晶/碳纳米管复合材料的塑性和韧性；同时，碳纳米管在铁基非晶中可形成物理屏蔽层，可有效解决传统铁基非晶材料抗潮湿性差的缺点。但是碳纳米管由于尺寸小，具有强烈的纳米团聚作用，因此在非晶材料中的分散性差，现有的分散工艺或难以使其均匀地分散在非晶材料中、或工艺操作较为复杂。此外，随着科学技术的发展，变压器的应用环境日益复杂化，海上或沿海地区变压器铁芯的性能往往由于受到恶劣的腐蚀破坏而逐渐降低。铬元素是提高金属材料耐腐蚀性能的有益元素，但现有的铁基非晶材料为了获得较高的非晶形成能力，其含铬量通常不高。

因此，在保证材料具有高非晶形成能力的同时，通过成分设计以提高铬元素含量，通过改进工艺以使碳纳米管均匀分散在铁基非晶中，有望获得性能优异的非晶/碳纳米管复合材料，具有广阔的应用前景和实际意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种低损耗高耐蚀变压器铁芯用铁基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，本发明将碳纳米管均匀地分布在非晶基体中，得到的复合材料具有优异的韧性、抗潮湿性和耐腐蚀性能，其制备的变压器铁芯具有很低的空载损耗值。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种低损耗高耐蚀变压器铁芯用铁基非晶/碳纳米管复合材料，包括98.5-99.5 wt%的铁基非晶和0.5-1.5 wt%的碳纳米管；所述铁基非晶包含如下重量百分比的成分：28wt% Cr、3wt% B、6wt% Si、4wt% P、5wt% Ni、8wt% Mo、3wt% Nb，余量为Fe。

进一步优选，包括99 wt%的铁基非晶和1 wt%的碳纳米管。

进一步优选，上述碳纳米管的纯度不低于90%。

本发明还提供了一种低损耗高耐蚀变压器铁芯用铁基非晶/碳纳米管复合材料的制备方法，所述铁基非晶/碳纳米管复合材料由以下步骤制得：

（1）根据上述铁基非晶成分及重量比，称取低碳铬铁、硼铁、硅铁、磷铁、电解镍、钼铁、铌铁和纯铁，按照先高熔点后低熔点、含易烧损元素物料最后加入的原则依次将钼铁、低碳铬铁、纯铁、电解镍、铌铁、磷铁、硼铁、硅铁放入真空感应电磁炉内，然后升温使其全部熔化，采用氩气喷雾并筛分获得粉末；