CN1016497B - 非晶态合金薄带叠层片的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种非晶态合金薄带叠层片的制造方法，适用于制造用于变压器铁芯的非晶态磁性合金薄带叠层片。其方法为在非晶态合金薄带表面涂复一层具有热敏粘结特性的涂层，然后把一定片数的涂层非晶薄带互相叠合并用夹板夹紧，放入热处理炉中进行常规的去应力退火。退火后，一定片数的非晶态合金薄带就被涂层粘结成一体而成为叠层片。所制成的叠层片能保持原非晶合金薄带优良性能，且结合牢度高。本发明也可适用于表面已涂有绝缘层的非晶态合金薄带。

Description

一种非晶态合金薄带叠层片的制造方法，本发明涉及一种用热敏粘结涂层工艺制造非晶态合金薄带叠层片的方法，特别是制造用于变压器铁芯的非晶态磁性合金薄带叠层片的方法。

如所周知，非晶态磁性材料由于铁损特别低，目前正越来越多地取代硅钢片，用于变压器铁芯的制造。但是，由于非晶态材料生产方法的限制，目前只能制造成深度不超过0.03毫米的极薄带。这种极薄的非晶态合金薄带，受到外力作用容易损坏，同时使变压器铁芯的叠片操作产生很大困难。另外，非晶态磁性合金薄带为消除制造时产生的热应力和后道加工中产生的机械应力，装配后的铁芯要在非氧化性气氛中，在磁场下进行380～400℃，10～120分钟的去应力退火。但是退火后的非晶态磁性合金薄带变得非常脆，在这种非常脆的状态下使用，只要带上受到很小的局部应力，例如安装线圈或者变压器运行时的电磁振动等，有时就会产生裂纹而导致破坏。因此，在采用非晶态磁性合金薄带制造铁芯时，除了考虑使铁芯具有高的电磁性能外，还必须考虑使铁芯具有可以承受一定机械应力的高的刚性。目前，作为解决这一问题的方法，通常是把几片，例如6片非晶态磁性合金薄带互相叠合并使之固结成一个整体形成叠层片，这样就可以像硅钢片一样使用了。在美国专利4529458中提出了一种制造非晶态合金薄带叠层片的方法，即将几层非晶薄带在一定温度、一定压力下压制一定时间，使非晶薄带固结在一起。所使用的压制温度为非晶态材料晶化温度的70～90%，压力为不小于每平方吋1000磅。这种制造方法，工艺要求苛刻，设备庞大复杂，尤其是加压辊与各层薄带输送机械间的同步问题，加压辊的冷却问题，各 工艺参数间的协同问题等的解决均有相当大的难度，生产实施较困难。特别是从该专利所提供的叠层片实样来看，叠层片中各层薄带的结合牢度差，稍一弯曲，就容易散片。

根据上述情况，本发明的目的是提供一种结合牢度高、不会散片，而且工艺简便的非晶态合金薄带叠层片的制造方法。

本发明所提供的非晶态合金叠层片的制造方法，包括在非晶态合金薄带表面涂复一层具有热敏粘结特性的涂层，然后把非晶态合金薄带剪切成需要的尺寸并按一定的片数互相叠合。随后把叠合好的非晶薄带用夹板在一定压力下夹紧，放入适当的热处理炉中进行常规的去应力退火。退火后去除夹板，互相叠合的非晶薄带就粘结成了叠层片。

本发明所提供的非晶态合金薄带叠层片制造方法的优点是工艺简单，实施方便，而且叠层片的结合牢度高，不会散片。

下面结合附图，对本发明内容作详细说明。

图1为在非晶态合金薄带表面涂复热敏粘结涂层的装置的示意图。

图2为带有涂层的非晶态合金薄带叠合方式的示意图。

图中1为非晶合金薄带，2为涂复辊，3为过渡辊，4为涂液槽，5为涂层液，6为加热炉，7为涂复面，8为非涂复面。

采用热敏粘结涂层制造变压器铁芯，过去在硅钢片铁芯中也有使用，通常是在硅钢片表面形成低熔点的硅酸盐或者磷酸盐玻璃涂层，然后利用玻璃涂层在去应力退火过程中互相熔融，使相邻的硅钢片粘结在一起。但是这种玻璃态的热敏粘结涂层，对于非晶态合金薄带，特别是铁基的非晶态磁性合金薄带完全不能适用。因为铁基非晶态磁性合金薄带的磁致伸缩系较大，另外非晶态磁性合金薄带对应力十分敏感，通常受到极小的应力，磁性能即显著下降。因此如果采用玻璃 态涂层产生的刚性粘结，则铁芯在工作时，粘结剂层将限制非晶态磁性合金薄带的磁致伸缩，从而使材料内部产生很大的内应力，结果铁芯的磁性能极大下降。这种现象，随着铁芯磁化频率的增高，特别显著。

针对非晶态磁性合金薄带，特别是铁基非晶态磁性合金薄带的上述特点，本发明提出：（1）在非晶态合金薄带表面涂复一种在粘结状态下具有一定柔性，可以随非晶态合金薄带磁致伸缩产生相应伸缩的涂层。（2）涂层在结构上具有不连续的点块状结构，从而使涂层产生的粘结不是成片粘结，而是点粘结。（3）涂层在非晶态合金薄带表面不是均匀涂复，而是按适当的面积比例呈条状、网格状、或点状涂复。使非晶态合金薄带间的粘结在宏观上呈有间隔的条网状粘结。通过上述三点措施，可以使粘结剂层对非晶态磁性合金薄带磁致伸缩产生的限制降低到极小。因此可以使制成的叠层片既粘结牢固，又充分保持非晶态磁性合金薄带原有的优良磁性能。

根据上述基本构想，本发明非晶态合金薄带叠层片制造方法的具体步骤包括：

一、配制由固态组分3～25%（重量百分比，下同），水97～75%组成的涂层液。其中固态组分由聚四氟乙烯或者四氟乙烯-六氟丙烯共聚体70～99%，二氧化硅或者三氧化二铝30～1%组成。

涂层液中的聚四氟乙烯或者四氟乙烯-六氟丙烯共聚体在形成涂层后，构成涂层的柔性粘结基体。二氧化硅或者三氧化二铝与聚合物结合，使形成的涂层具有点块状结构。

二氧化硅或者三氧化二铝等无机物在固态组分中的含量过低，涂 层的点块状结构发育不充分，叠层片的铁损值高。相反，二氧化硅或者三氧化二铝等在固态组分中的含量过高，则涂层的粘结性下降。所以限定在1～30%，最好控制在10～20%，也即聚四氟乙烯或者四氟乙烯-六氟丙烯共聚体含量为80～90%。

固态组分在涂层液中的浓度，在涂复厚度相同的条件下，决定着单位面积上涂层不连续点块状分布的密度。固态组分的浓度过大，涂层由不连续点块状分布转变为连续的层状分布，丧失了上述点粘结特征，叠层片的磁性能下降。反之，固态组分的浓度过小，形成的点块分布密度过低，涂层的粘结性下降。因此限定在3～25%，最好控制在9～20%。

把适当形态的聚四氟乙烯或者四氟乙烯-六氟丙烯共聚体和二氧化硅或者三氧化二铝以及水，按照上述比例配制成均匀的乳浊液，倒入图1所示的涂层装置的涂液槽4中。

二、非均匀涂复，把涂层液5按涂层面积占非晶态合金薄带面积10～60%的比例，例如以条状、网格状、或点状涂复在非晶态合金薄带1的表面。

涂层面积占非晶态合金薄带表面积的比例过低，叠层片的实际粘结部分占整个叠层片表面积的比例过小，影响叠层片的结合牢度。但是，涂层面积占非晶态合金薄带表面积的比例过高，则叠层片失去本发明条网状粘结的特征，叠层片的磁性能与整个表面全部涂复时的磁性能相近。因此限定在10～60%，最好控制在30～40%。

本发明涂层可以涂复在非晶态合金薄带的正反二个表面，但是通常只需要涂复在其中一个表面，如图1所示的情况。

另外，本发明涂层也可以涂复在表面已涂有绝缘涂层的非晶态合 金薄带表面。

在本发明的实施例中采用表面具有条状、网格状或点状突起的涂复辊2，使涂层液5以条状、网格状或点状涂复在非晶态合金薄带1的表面。

由于本发明涂层液是均匀的乳浊液，所以涂层的厚度可以容易地控制在1微米左右。

表面涂有涂层液的非晶态合金薄带1，随即进入温度为250～300℃的加热炉6中加热0.3～2分钟，使表面的涂层液变成附着牢固的涂层。

加热温度低于250℃，涂层的成膜反应不完全，容易呈附着不牢的粉状。加热温度超过300℃，则非晶态合金薄带容易产生结构变化，影响磁性能。所以限定在250～300℃。加热时间低于0.3分钟，涂层液来不及完成成膜反应，涂层容易呈粉状。加热时间超过二分钟，非晶薄带表面容易氧化，影响磁性能。因此限定在0.3～2分钟。

三、根据变压器铁芯的规格，把带有涂层的非晶态合金薄带剪切成需要的尺寸，如图2所示，按照涂层面7与非涂层面8相对的方式，把一定片数的涂层薄带互相叠合，然后使叠层最上面一片涂层薄带的非涂层面8向外，以使各组叠层在退火后可以相互分开。然后，把一组或若干组叠层叠齐放入具有足够刚度的夹板中，用适当的加压方式施加不小于每平方厘米10公斤的压力压紧，并用螺栓固定。

每组叠层的涂层薄带的片数，关系到形成的叠层片的刚度和磁性能。叠层的片数越多，叠层片的刚度越好，但由于各层非晶态合金薄带在磁致伸缩时受到的牵制越大，所以叠层片的磁性能越低。通常一 组叠层的涂层薄带的片数取6～10片，最好取6片。

在叠层上施加的压力，关系到叠层片的填充系数。施加的压力大，有利于提高叠层片的填充系数。如上述步骤二中所述，本发明涂层的厚度为1微米左右，而且涂层在粘结状态下具有柔性，所以只要夹紧力足够，本发明叠层片可以达到0.9左右的高填充系数。

四、把夹有涂层非晶薄带的夹板，放入可通入保护气体的退火炉中，按非晶态合金薄带常规的去应力退火条件进行退火处理。由聚四氟乙烯或者四氟乙烯一六氟丙烯共聚体和二氧化硅或者三氧化二铝组成的本发明涂层，在氮气或氩气等中性气氛中，加热到300℃以上，会产生随温度而逐渐增强的熔化现象。熔化的涂层接触到另一层涂层或者无涂层的非晶态合金薄带表面，就会产生粘连而使片间粘结。这种熔化粘连现象只要加热温度不超过420℃，都可以稳定产生。但是一旦温度超过420℃，则粘结性急剧下降。如前所述，非晶态磁性合金薄带的去应力退火温度通常为380～400℃。因此本发明涂层的熔化粘连温度与非晶态磁性合金薄带的去应力退火温度十分一致。

退火后，除去夹板，组成叠层的一定片数的非晶态合金薄带就被涂层粘结成一体而成为叠层片。

在上述具体步骤中，如果采用加热滚压的方式，使一定层数的涂层非晶态合金薄带叠合后连续通过加热的压辊来取代第三、第四道步骤，只要加热压辊的加热和压力等工艺条件符合上述三、四道步骤中的相应要求，也可以形成优良的非晶态合金薄带叠层片。

下面是本发明的一个实施例。

在铁基非晶态磁性合金薄带（美国Allied公司制造的Mteglas 2605、S-2）的一个表面，按涂层面积占非晶态合金薄带面积33%的比例，网格状涂复由固态组分11.5%（重量百分比，下同），水88.5%组成的乳浊液，其中固态组分含四氟乙烯-六氟丙烯共聚体85%，二氧化硅15%。然后在260℃的开式炉中加热40秒形成涂层。把带有涂层的非晶态磁性合金薄带剪切成30×300毫米的单片，把6片这种单片按涂层面与无涂层面相对，最上面一片单片的无涂层面向外的方式进行叠合，在具有一定刚度的夹板中夹紧并用螺栓固定，然后在氩气气氛中进行380℃×1.5小时的去应力退火。退火后，6片单片粘结成一体形成了叠层片。这一叠层片可反复弯曲而不发生散片现象。表1列出实施例叠层片的磁性能。

表1    本发明叠层片的磁性能

名称    厚度    磁感T    铁损（W/Kg、50Hz）

（mm）    B50    P10    P11    P12    P13    P14

Metglas    0.022    1.573    0.19    0.20    0.22    0.23    0.24

2605、S-2

本发明叠层片    0.138    1.566    0.25    0.26    0.27    0.29    0.29

Z10硅钢片    0.30    -    0.48    0.57    0.67    0.77    0.89

本发明的这种非晶合金薄带叠层片的制造方法，不仅工艺简便、成本低廉，而且可以得到结合牢固，充分保持非晶态磁性合金薄带原有优良性能的高性能非晶态合金薄带叠层片。

Claims (10)

1、一种非晶态合金薄带叠层片的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)配制由固态组分3～25重量%和水97～75重量%组成的热敏粘结涂层液，其中固态组分含有聚四氟乙烯或者四氟乙烯-六氟丙烯共聚体70～99重量%，二氧化硅或者三氧化二铝30～1重量%；

(2)将配好的涂层液非均匀地涂复在带有或不带有绝缘涂层的非晶态合金薄带表面，涂层面积占非晶态合金薄带表面积的10～60%的比例，以条状、网格状、或点状涂复形式来控制涂层面积，然后在250～300℃加热0.3～2分种以形成涂层；

(3)把一定片数的带有上述涂层的非晶态合金薄带互相叠合，用具有足够刚度的夹板，在不小于每平方厘米10公斤的压力下夹紧并固定；

(4)把上述带有涂层的非晶态合金薄带叠片连夹板一起放入热处理炉中进行常规的非晶态合金薄带的去应力退火；

退火后，除去夹板，一定片数的非晶态合金薄带就被涂层粘结成一体而成为叠层片。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的涂层液固态组分控制在9～20重量%，水为91～80重量%。

3、如权利要求1、2所述的方法，其特征在于，所说的涂层液固态组分中含有的聚四氟乙烯或者四氟乙烯-六氟丙烯共聚体为80～90重量%，二氧化硅或者三氧化二铝为20～10重量%。

4、如权利要求1、2所述的方法，其特征在于，所说的涂层面积占非晶态合金薄带表面积的30～40%。

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所说的涂层面积占非晶态合金薄带表面积的30～40%。

6、如权利要求1、2所述的方法，其特征在于，所说的条状、网格状、或点状涂复形式，系采用表面具有条状、网格状、或点状突起的涂复辊2进行的。

7、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所说的条状、网格状、或点状涂复形式，系采用表面具有条状、网格状、或点状突起的涂复辊2进行的。

8、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所说的条状、网格状、或点状涂复形式，系采用表面具有条状、网格状、或点状突起的涂复辊2进行的。

9、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的条状、网格状、或点状涂复形式，系采用表面具有条状、网格状、或点状突起的涂复辊2进行的。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，经热敏粘结涂层后的非晶态合金薄带，数层叠合连续通过加热的压辊，以加热压滚的方式取代第（3）、（4）步骤，形成叠层片，加热压辊的加热和压力条件必须符合第（3）、（4）步骤中的相应要求。

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