專利名稱：一種軟磁復合材料及由其制造導磁構件的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軟磁復合材料，具體涉及一種電機電器中構成導磁構件之軟磁復合材料以及由其制造導磁構件的生產(chǎn)工藝。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展，具有導磁構件的電機、電器，已經(jīng)在日常生活中廣泛應用。目前，這些電器中的導磁構件材料多為硅鋼片，大量用于中低頻變壓器和電機鐵芯，尤其是工頻變壓器。硅鋼的特點是具有常用軟磁材料中最高的飽和磁感應強度(2.0T以上)，因此作為變壓器鐵芯使用時可以在很高的工作點工作(如工作磁感值1.5T)。但是，硅鋼在常用的軟磁材料中鐵損也是最大的，為了防止鐵芯因損耗太大而發(fā)熱，它的使用頻率不高，一般只能工作在20KHz以下。硅鋼一般采用薄片狀結構，其生產(chǎn)工藝步驟為1、先將硅鋼片沖片；2、將硅鋼片組裝成所需的磁齒狀；3、對硅鋼片進行絕緣層護理，將銅線繞在磁齒上，當銅線通電時導磁構件即會產(chǎn)生磁場。
但上述方法有著比較明顯的弱點，即生產(chǎn)的直接成本高，原因是①、由于各種構件的形狀不規(guī)則，材料的使用率比較低，所生產(chǎn)的廢料較多；②、硅鋼片價格昂貴；③、廢料不易回收。
中國專利局已公開了一發(fā)明專利申請《用軟磁復合材料制造的電機電器》(申請?zhí)?3128171.0，公開號CN 1461089A)，在該公開說明書所披露的技術信息中，導磁構件由純鐵粉、絕緣劑和潤滑劑構成，其主要原料僅為純鐵粉，原料選擇范圍窄，且價格非常昂貴，市場價目前已高達7000元/噸以上，成本較高，由此原料制造的電機、電器相應的生產(chǎn)成本隨之也非常高。同時，純鐵粉在軟磁材料所含比重為80％-90％，由于鐵的含量在軟磁材料中具有很重要的作用，當鐵原料含量低于90％時，其磁飽和率遠遠不能滿足導磁構件的性能要求，直接影響導磁構件的磁性能，磁導率也較低，難以適應目前不斷提高的產(chǎn)品品質需求和市場需求。另外，其導磁構件產(chǎn)品成形時，混合物“需要在1100-1300℃的加熱爐中燒結2-3個小時”才能達到設計要求，因此，加工時必須由一設備要求較高之高溫加熱爐才能實現(xiàn)，且加熱到這樣的高溫需要的能源成本會很大。同時，由于導磁構件中絕緣劑、潤滑劑含量比重大，一般成形時尺寸收縮相當厲害，而在這種高溫工藝環(huán)境條件下，絕緣劑、潤滑劑所產(chǎn)生物理變化和化學變化更大，其結果會帶來導磁構件的磁性能和力學性能上較大的變化以及成形時結構尺寸的變形，影響加工質量。該申請之潤滑劑所采用的硬脂酸鋅、皂基脂或復合鈉蓋基潤滑脂，在燒結過程中加熱到高溫時并不能完全被氣化，仍會有部分殘留于導磁構件中，影響產(chǎn)品的使用性能和成形精度。另外，上述物質經(jīng)化學變化后，還會殘留有其他不能被氣化或溶解之化合物在燒結爐中，經(jīng)常需要進行清理，既麻煩，又耗費工時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服上述現(xiàn)有技術中所存在的諸多缺陷，提供一種既能保證導磁構件較高的磁性能、力學性能及成形精度，又能達到降低成本、易回收的發(fā)明目的之軟磁復合材料及由其制造導磁構件的生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明為解決上述技術問題所提出技術方案是一種軟磁復合材料，其特征在于所述軟磁復合材料包括含鐵原料、絕緣劑和潤滑劑，各組分的重量百分比為含鐵原料92％-99％；絕緣劑0.5％-5％；潤滑劑0.5％-3％；所述含鐵原料為粉末狀材料，其含鐵量為80％-99.8％；所述粉狀含鐵原料包括還原鐵粉、霧化鐵粉、羥基鐵粉和鐵合金粉；所述還原鐵粉、霧化鐵粉、羥基鐵粉、鐵合金粉顆粒分布為20-500目；所述的絕緣劑采用納米碳酸鈣粉，或陶瓷粉，或磁性氧化物粉末；所述的潤滑劑為微粉蠟；由上述軟磁復合材料制造導磁構件的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括下述步驟一、混合按總重量將配比為92％-99％的粉狀含鐵原料、0.5％-5％的絕緣劑、0.5-3％的潤滑劑干性均勻混合或添加適量溶劑濕性均勻混合；二、成形采用單軸向剛性模具壓制成形、金屬注射成形、粉末鍛造成形、溫壓成形、熱等靜壓成形或冷等靜壓成形方法將步驟一所得混合物制成所需形狀；
三、固化采用燒結方式固化，其固化工藝為將成形后的導磁構件脫模，然后置于加熱爐內(nèi)進行加溫，其溫度為800℃-1100℃，時間為20-60分鐘；四、防銹或精整處理。
本發(fā)明軟磁復合材料中還可含有粘結劑，其配比為0.5％-3％，所述的粘結劑為有機粘結劑。
由上述軟磁復合材料制造導磁構件的生產(chǎn)工藝，其特征在包括下述步驟一、混合按總重量將配比為92％-99％的粉狀含鐵原料、0.5％-5％的絕緣劑、0.5％-3％的潤滑劑、0.5％-3％的粘結劑干性均勻混合或添加適量溶劑濕性均勻混合；二、成形采用單軸向剛性模具壓制成形、金屬注射成形、粉末鍛造成形、溫壓成形、熱等靜壓成形或冷等靜壓成形方法將步驟一所得混合物制成所需形狀；三、固化采用常溫或低溫方式固化，其中低溫固化工藝為將成形后的導磁構件脫模，然后置于加熱爐內(nèi)加溫，其溫度為200℃-300℃，時間為1-2小時。
四、防銹或精整處理。
本發(fā)明之材料主要成分含鐵原料來源廣，相對于純鐵粉可選擇范圍大，成本比純鐵粉低很多，直接生產(chǎn)成本大大降低，且含鐵原料在其構件中所占重量比高于90％以上，有效地保證了導磁構件的磁導率和磁飽和率，提高了構件的磁性能及力學性能。本發(fā)明含鐵原料還可采用鐵合金粉，其內(nèi)所含的銅、鋁、硅、磷等元素，可進一步提高構件導磁性能，增加軟磁材料品質。
由于絕緣劑、潤滑劑的含量比重小，產(chǎn)品成形時的收縮率大大降低，尺寸精度也得到提高。
本發(fā)明所提供的產(chǎn)品和工藝制造的導磁構件在較大壓力下即可潰散變成碎塊，用磁力分離器很容易將軟磁復合材料和銅線分離，廢料容易回收，不會造成任何的社會公害，可以做到真正的環(huán)保。
本發(fā)明粉末顆粒呈分級分布，可保證混合物壓制后的致密度和均勻性，增加構件的表面光潔度，進一步提高了導磁構件的加工質量。
本發(fā)明潤滑劑選用微粉蠟，對于軟磁復合材料粉末之混合的堆密度、混合物的流動性、均勻堆積密度、填充密度、壓制后之脫模力較之現(xiàn)有技術有較大的提高，提高了導磁構件的品質。
本發(fā)明產(chǎn)品成形過程中可根據(jù)需要選擇，即使采用高溫燒結，其最高溫度亦為1100℃，且燒結時間短，節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本，既解決了壓制過程中的均勻性等方面的工藝問題，避免了長時間的高溫固化帶來的工藝缺陷而導致構件的性能上的改變，又可以使導磁構件達到所需的磁性能，可使其具有非常高的機械強度，力學性能提高。因此，本發(fā)明可以滿足各種電機電器對導磁構件的不同要求。
經(jīng)過試驗，本發(fā)明制造的導磁構件的導磁性能、磁飽和率、絕緣效果、強度等方面與硅鋼片生產(chǎn)的電機指標接近，完全符合不同電機對磁導磁構件的要求，但本發(fā)明成本僅為原硅鋼片生產(chǎn)的電機成本的50％，市場前景十分廣闊。
具體實施例方式在磁性材料領域里，磁芯材料要求具有高的飽和磁通密度、低的矯頑力、高的導磁率和零磁致伸縮。因此，構成磁性原料的成分、各成分之間的相應配比，制造適合用途的制品、提高導磁構件的磁性能和其力學性能，開發(fā)新的磁性材料進行基礎性研究、尋找新的應用領域并促使其發(fā)展、為目前該領域研究人員的重要課題。本發(fā)明提供了一種用于制造導磁構件的軟磁復合材料，它包括含鐵原料、絕緣劑和潤滑劑，各組分的重量百分比為含鐵原料92％-99％；絕緣劑0.5％-5％；潤滑劑0.5-3％。上述配比的選用是根據(jù)目前市場對導磁構件的性能要求、原料成本、加工工藝成本及加工精度等多方面因素綜合考慮及反復試驗的結果。絕緣劑、潤滑劑含量在整個構件中比例過高會影響整個材料的物理性能和化學成分，過低則不能產(chǎn)生其應有的效果。
含鐵原料作為軟磁材料之基料，是構成導磁構件之最主要的原料，可采用具有廣泛發(fā)展前景的粉末冶金材料，其來源廣，加工成構件所采用的工藝及設備簡單，成本低，性能優(yōu)良，具有高純度、低雜質、一致性好、壓縮性和成型性好等特點，本發(fā)明含鐵原料在其總重量中配比高，含鐵量為80％-99.8％，通過與相應比例的絕緣劑、潤滑劑有機結合，可達到導磁構件所需要的磁性能和機械強度。
所述粉狀含鐵原料可包括還原鐵粉、霧化鐵粉或羥基鐵粉，還可采用鐵合金料，其中還原鐵粉可采用一次還原鐵粉和二次還原鐵粉，價格僅為純鐵粉的五分之二。
還原鐵粉、霧化鐵粉、羥基鐵粉為高純度、高品位的鐵基料，含鐵量高，飽和磁感應強度很低(0.5T以下)，但導磁率比較高，而且電阻率很高，因此非常有利于降低渦流損耗。
鐵合金粉含有硅、硅、鋁、磷、鎳、銅、鉬等元素，可增加材料的強度和硬度，提高其力學性能，同時這些元素可增加導磁構件的磁導率和磁通密度，進一步改善磁性能。
所述粉狀含鐵材料顆粒呈20-500目分布，可按適當?shù)谋壤谏鲜龇秶鷥?nèi)分級混合，可充分填充粉末顆粒之間的間隙，以保證構件具有較好均勻性和較高的致密度。
絕緣劑的添加可使軟磁復合材料粉末顆粒之間被絕緣劑隔離開來，避免防止因直流信號的偏磁導致構件被磁化到飽和，降低其導磁性能。
本發(fā)明絕緣劑可采用納米碳酸鈣或陶瓷粉或磁性氧化物粉末。
所述納米碳酸鈣是一種新型超細固體材料。粒徑在1-100納米(nm)之間，由于納米級碳酸鈣粒子的超細化，其晶體結構和表面電子結構發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應，具有粒徑細且均勻，分布窄，比表面積大，表面活性及分散性好，表面能高，在磁性、催化性、光熱阻和熔點等方面與常規(guī)材料相比顯示出優(yōu)越的性能，是一種較好的絕緣劑。
所述陶瓷粉是一種高強、高模量、高性能材料，耐高溫、耐酸堿、阻燃和具有高韌性，亦為一種較好且可耐高壓的絕緣材料。
所述磁性氧化物粉末具有優(yōu)良的附著力、硬度、耐化學腐蝕性及物理機械性能，并具有良好的絕緣性。
導磁構件中采用潤滑劑可減少擠壓力，使粉狀材料流動性好，壓制時構件壁厚均勻，卸料力小，可提高壓制構件的表面光潔度。但潤滑劑的選用及添加量對于軟磁復合材料粉末之混合的堆密度、混合物的流動性、均勻堆積密度、填充密度、壓制后之脫模力有很大的影響，本發(fā)明潤滑劑采用微粉蠟。微粉蠟是一種硬而脆的長鏈脂肪酸二酰胺，為高熔點的有機硬質合成蠟，不溶于水，微溶于低沸點的有機溶劑內(nèi)，溶解于高溫、高沸點的溶劑中，具有良好的潤滑性能以及燒結脫蠟階段中具有良好的熱解重量行為。微粉蠟在燒結中加熱到600℃幾乎完全氣化而不留殘渣在燒結爐中，較好地保證了導磁構件原有的品質。
本發(fā)明還可在上述重量配比中加入適量的粘接劑，其配比為0.5％-3％，粘接劑可采用有機粘結劑。粘接劑的采用既可加強粉末顆粒之間的連接，又可使粉末顆粒之間相互隔離，避免導磁構件被磁化飽和，降低其導磁性能。
實施例一本實施例所提供的一種用于制造導磁構件的軟磁復合材料，由95％的還原鐵粉、3％的納米碳酸鈣粉末、2％的微粉蠟組成。
由該實施例提供的軟磁復合材料制造的導磁構件的生產(chǎn)工藝步驟為一、混合按總重量將配比為95％的粉狀一次還原鐵粉、3％的納米碳酸鈣粉末、2％的微粉蠟均勻混合。
二、成形將攪拌均勻的混合粉裝于成形模具中，采用溫壓成形方式成形，然后將壓坯從模具中脫出。
溫壓成形是目前粉末冶金成形新工藝，它將粉末及模具最高加熱到150℃左右，故可在普通粉末壓機上添加加熱系統(tǒng)就可實現(xiàn)，所需投入不大。而且采用溫壓工藝生產(chǎn)的生坯強度高，又可直接進行附加的機加工，而壓制壓力和脫模壓力均較低，故模具壽命高，可大大降低生產(chǎn)成本。同時，采用溫壓工藝可提高零部件生坯密度，能使鐵粉部件的生坯密度達到7.25～7.45g/cm3，與傳統(tǒng)工藝相比提高了0.15～0.3g/cm3，產(chǎn)品具有高強度。與傳統(tǒng)模壓工藝相比，零件的疲勞強度提高10-40％，極限抗拉強度提高10％，燒結態(tài)極限抗拉強度≥1200MPa，壓坯的脫模壓力低(降低30％以上)，壓坯強度高(提高125～200％)，而彈性后效小(0.1～0.16％)，燒結收縮率少(0.025～0.08％)，壓制后粉末密度均勻一般壓坯各部分密度差能減少0.1～0.2g/cm3。因此，溫壓工藝所制成的產(chǎn)品性能遠優(yōu)于現(xiàn)有技術。
三、固化將壓坯置于可控氣氛氣體爐中，進行高溫燒結固化。傳統(tǒng)高溫燒結溫度一般都在1100℃以上，時間至少2小時以上，本發(fā)明經(jīng)過試驗，壓坯高溫燒結溫度為800℃～1100℃，時間為25-60分鐘，即可達到所需性能要求，節(jié)約了能源，亦降低了構件制造成本。
實際應用中，導磁構件還可由多片疊合而成，可避免產(chǎn)生渦流損失?，F(xiàn)有技術中導磁構件的多片組合是通過鉚接方式實現(xiàn)的，加工時必須在構件上打上定位孔，然后再相互鉚接。這種方法會導致片與片之間的連接不緊密，降低加工質量，同時會降低構件的力學性能。本發(fā)明在單片導磁構件壓制成形后，可將多塊疊合一起燒結，利用各片接合界面之間的結晶，可達到與焊接相同的效果，加強了片與片之間的粘接強度，保證其疊合嚴密，不會降低構件機械強度，同時還可增加結合體外表面的美感。
四、冷卻后，將構件從高溫爐內(nèi)取出，再對導磁構件表面進行防銹或精整處理。
上述步驟三采用高溫固化工藝，可保證壓制成形后的導磁構件相互間粘接力，同時可提高絕緣性能。
實施例二本實施例所提供的一種制造導磁構件的軟磁復合材料，用于導磁構件對強度要求低的電機電器。它是由羥基鐵粉、絕緣劑、潤滑劑、粘結劑相互配比而成，各組分的重量百分比為二次還原鐵粉94％；陶瓷粉3％；微粉蠟1％、有機粘結劑2％。
由本實施例提供的軟磁復合材料制造的導磁構件的生產(chǎn)工藝步驟為一、混合將94％的二次還原鐵粉、3％的陶瓷粉、1％的微粉蠟混合，然后加入2％的有機粘結劑；二、成形然后將粉末放入模具中，且和模具一起加熱至80-150℃左右進行剛性模壓制，可按尺寸要求壓制成5-20mm厚的工件；三、固化將成形的導磁構件加溫到200℃-300℃，對導磁構件進行固化，可保證壓制成形后的導磁構件相互間粘接力，排除其內(nèi)氣體。脫模后，構件表面作精整和防銹處理。
本實施例導磁構件采用低溫壓制工藝，可達到強度要求稍低之導磁構件所需的磁性能，具有一定的機械強度。這樣，該軟磁復合材料就可以滿足各種電機電器對導磁構件的不同要求。
本發(fā)明制造的導磁構件在較大壓力下即可潰散變成碎塊，用磁力分離器很容易將軟磁復合材料和銅線分離，廢料很容易回收，符合目前環(huán)保要求。
本發(fā)明提供的材料以及工藝適用于制造10W以上的感應電機和1000W以下的串擊電機、電容電機。
權利要求
1.一種軟磁復合材料，其特征在于所述軟磁復合材料包括含鐵原料、絕緣劑和潤滑劑，各組分的重量百分比為含鐵原料92％-99％；絕緣劑0.5％-5％；潤滑劑0.5％-3％。
2.根據(jù)權利要求1所述的軟磁復合材料，其特征在于所述軟磁復合材料中還含有粘結劑，其配比為0.5％-3％。
3.根據(jù)權利要求1所述的軟磁復合材料，其特征在于所述含鐵原料為粉末狀材料，其含鐵量為80％-99.8％。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種軟磁復合材料，其特征在于所述粉狀含鐵原料包括還原鐵粉、霧化鐵粉、羥基鐵粉和鐵合金粉。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種軟磁復合材料，其特征在于所述的絕緣劑采用納米碳酸鈣粉，或陶瓷粉，或磁性氧化物粉末。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種軟磁復合材料，其特征在于所述的潤滑劑為微粉蠟。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種軟磁復合材料，其特征在于所述的粘結劑為有機粘結劑。
8.根據(jù)權利要求4所述的一種軟磁復合材料，其特征在于所述還原鐵粉、霧化鐵粉、羥基鐵粉、鐵合金粉顆粒分布為20-500目。
9.根據(jù)權利要求1所述的由軟磁復合材料制造導磁構件的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括下述步驟一、混合按總重量將配比為92％-99％的粉狀含鐵原料、0.5％-5％的絕緣劑、0.5-3％的潤滑劑干性均勻混合或添加適量溶劑濕性均勻混合；二、成形采用單軸向剛性模具壓制成形、金屬注射成形、粉末鍛造成形、溫壓成形、熱等靜壓成形或冷等靜壓成形方法將步驟一所得混合物制成所需形狀；三、固化采用燒結方式固化，其固化工藝為將成形后的導磁構件脫模，然后置于加熱爐內(nèi)進行加溫，其溫度為800℃-1100℃，時間為20-60分鐘；四、防銹或精整處理。
10.根據(jù)權利要求2所述的一種由軟磁復合材料制造導磁構件的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括下述步驟一、混合按總重量將配比為92％-99％的粉狀含鐵原料、0.5％-5％的絕緣劑、0.5％-3％的潤滑劑、0.5％-3％的粘結劑干性均勻混合或添加適量溶劑濕性均勻混合；二、成形采用單軸向剛性模具壓制成形、金屬注射成形、粉末鍛造成形、溫壓成形、熱等靜壓成形或冷等靜壓成形方法將步驟一所得混合物制成所需形狀；三、固化采用常溫或低溫方式固化，其中低溫固化工藝為將成形后的導磁構件脫模，然后置于加熱爐內(nèi)加溫，其溫度為200℃-300℃，時間為1-2小時；四、防銹或精整處理。
全文摘要
一種軟磁復合材料，其特征在于所述軟磁復合材料包括含鐵原料、絕緣劑和潤滑劑，各組分的重量百分比為含鐵原料92－99％；絕緣劑0.5－5％；潤滑劑0.5－3％。所述含鐵原料為粉末狀材料，包括還原鐵粉、霧化鐵粉、羥基鐵粉和鐵合金粉，含鐵量為80－99.8％，顆粒分布為20－500目；所述的絕緣劑采用納米碳酸鈣粉，或陶瓷粉，或磁性氧化物粉末；所述的潤滑劑為微粉蠟。由上述軟磁復合材料制造導磁構件的生產(chǎn)工藝，包括下述步驟混合、成形、固化、防銹或精整處理。由本發(fā)明材料所制成的導磁構件，材料來源廣，含鐵量高，渦流損耗小，飽和磁感應強度低，導磁率及電阻率很高，具有較高的磁性能和力學性能，其構件加工工藝成本低廉，成形精度高。
文檔編號H01F1/12GK1700368SQ20051003161
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權日2005年5月27日
發(fā)明者羅計添, 謝德輝, 李志民 申請人:羅計添, 謝德輝, 李志民