CN104923792A - 电磁零件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁零件，该电磁零件由复合软磁合金粉末、绝缘物质以及润滑剂并采用压制成型及低温烧结工艺制得；所述绝缘物质以及所述润滑剂用于涂覆粘结所述复合软磁合金粉末。本发明采用复合软磁合金粉末以及高密度模压成型技术制作的电磁零件，制作过程中绝缘物质起到绝缘包裹以及粘结复合软磁合金粉末粒子的双重作用，由于复合软磁合金粉末以及各种辅助配料具有良好的流动性，因此制作所得的零件的一致性和均匀性均十分优良。通过合理的成型工艺以及低温烧结工艺，可以获得高性能的电磁铁芯等零件。
Description
技术领域
本发明涉及零件技术领域，特别是涉及一种电磁零件及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展高频电控技术应用越来越广泛，例如，汽车发动机点火系统中应用高频电控技术后，使得发动机电喷系统体积变小同时点火性能也有显著提升。而决定高频电控技术的核心部件为高频电磁零件，高频电磁零件的工作频率也由传统低频零件的300～400Hz提高到2000Hz以上，甚至达到10000Hz。传统低频电磁零件大都采用纯铁、硅铁合金带材加工而成，由于该类材料电阻率较低，高于1000Hz以后铁损显著增加，而且加工成本很高；高频下电磁零件一般采用铁氧体材料，但这种材料的电阻率很高，虽然可以在较宽的频率范围内工作，但该类材料提供的磁通较低，而且体积需要很大。相对于传统的层压电磁零件，采用粉末冶金工艺制作的一体成型零件，加工成本低廉，并且可以通过调整粉末的配比优化零件的磁性能和电阻率，但采用常规粉末冶金即使在1100℃进行高温烧结，电磁零件的密度仅能达到6.9～7.2g/cm3之间，导致磁性能无法有效优化。
发明内容
基于上述问题，本发明实施例公开了一种电磁零件及其制备方法，技术方案如下：
通过本发明实施例，提供了一种电磁零件及其制备方法，在一种实现方式下该电磁零件可以由复合软磁合金粉末、绝缘物质以及润滑剂并采用压制成型及低温烧结工艺制得；所述绝缘物质以及所述润滑剂用于涂覆粘结所述复合软磁合金粉末。
优选地：所述复合软磁合金粉末为纯铁、镍铁合金、硅铁合金、钴铁合金、铝铁合金至少任意一种为基体的合金粉末。
一种电磁零件的制备方法，其特征在于，包括：将绝缘物质以及润滑剂涂覆于复合软磁合金粉末表面获得备用合金粉末；
将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件；
将所述成型零件进行低温烧结即得成品。
优选地：将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件；包括：
采用模压成型工艺将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件。
优选地：所述模压成型工艺为常温模压工艺，所述所得电磁零件密度大于7.3g/cm3。
优选地：所述模压成型工艺为温压模压工艺，所述温压模压温度为60℃～150℃，所述所得电磁零件密度大于7.5g/cm3。
优选地：所述模压成型工艺采用单向压制与双向压制相结合方法压制，所述压制压力为500～900MPa。
优选地：将所述成型零件进行低温烧结即得成品，包括：
将所述成型零件放置于热处理炉中进行烧结处理，所述烧结温度为300℃～550℃。
优选地：所述烧结炉内充加有惰性气体。
优选地：将所述成型零件进行低温烧结即得成品，包括：
控制所述低温烧结时间，所述低温烧结时间为20～60分钟。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
通过本发明提供的一种电磁零件及其制备方法，该电磁零件由复合软磁合金粉末、绝缘物质以及润滑剂并采用压制成型及低温烧结工艺制得；所述绝缘物质以及所述润滑剂用于涂覆粘结所述复合软磁合金粉末。本发明采用复合软磁合金粉末以及高密度模压成型技术制作的电磁零件，制作过程中绝缘物质起到绝缘包裹以及粘结复合软磁合金粉末粒子的双重作用，由于复合软磁合金粉末以及各种辅助配料具有良好的流动性，因此制作所得的零件的一致性和均匀性均十分优良。通过合理的成型工艺以及低温烧结工艺，可以获得高性能的电磁铁芯等零件。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种电磁零件的结构示意图；
图2是本发明一种电磁零件的制备方法流程图。
图中：电磁零件1。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1示出了本发明一种电磁零件，如图1所示，该电磁零件1由复合软磁合金粉末、绝缘物质以及润滑剂并采用压制成型及低温烧结工艺制得；所述绝缘物质以及所述润滑剂用于涂覆粘结所述复合软磁合金粉末。所述复合软磁合金粉末为纯铁、镍铁合金、硅铁合金、钴铁合金、铝铁合金至少任意一种为基体的合金粉末。该电磁零件为一种高密度电磁零件，可以用在电磁阀中，取代纯铁粉芯、硅钢片铁芯、坡莫合金铁芯，并在高频使用中铁芯损耗更低。具体制备方法请参见实施例二。
实施例二
本发明还可以提供一种电磁零件的制备方法，该电磁零件1包括复合软磁合金粉末、绝缘物质以及润滑剂，在本申请实施例中，该复合软磁合金粉末为一种将电磁合金粉末通过表面处理后得到的新型材料，该材料的磁性能略低于带钢，同时电阻率较高，可以用于制备形状复杂的电磁零件。当使用该材料制作电磁铁芯时，在电磁频率达到1000Hz以后铁芯损耗低于带钢制备的零件，最高应用频率能到10000Hz，这更是带材磁性材料无法比拟的性能优势。该复合软磁合金粉末为纯Fe、FeNi合金、FeSi合金、FeCo合金、FeAl合金至少任意一种为基体的合金粉末。该复合软磁合金粉末为不规则状，制作时可以利用锤式解碎法确保颗粒状不被破坏以及可以防止表面氧化，经过多级分筛可以控制所述的粒度，平均粒度可以控制在1～160μm之间，平均颗粒度以110μm最佳。上述工序所制作而成的复合软磁合金粉末，具有松装密度高、流动性好以及压缩性大的优良性能。
将所述绝缘物质以及所述润滑剂涂覆于所述复合软磁合金粉末表面获得备用合金粉末；该绝缘物质包裹与复合软磁合金粉末表面可以将各个粉末单体粘结，在本申请实施例中，该绝缘物质可以是耐高温绝缘黏着剂，该耐高温绝缘黏着剂为一种耐高温绝缘树脂，该树脂为热固性树脂，固化后能耐高温、耐潮、防水、防锈，特别有绝佳的绝缘性能。该树脂可耐高温达到600℃的温度，可以确保在500℃的高温退火时产品的强度以及绝缘层不会受到破坏。
该绝缘树脂起到绝缘包裹以及粘结复合软磁合金粉末粒子的双重作用，树脂的用量以比例可以根据所制作的产品需要的强度以及磁特性要求确定，可以大大简化制作过程，而且该树脂粉末流动性好，粉末压缩性大为提高，因此可以使制作的产品的磁特性明显提升。
在该复合软磁合金粉末压制成型之前，在其表面涂覆润滑剂，该润滑剂可以选用白色粉末状的有机润滑剂，该有机润滑剂为有机合成的酰胺类化合物与石蜡的混合物。该有机润滑剂能够附着在复合软磁合金粉末的表面，并在相对降低的压力以及温度下就能由固体转化成为液体，具有大多数润滑剂无法比拟的多种优势。例如，选择适量的有机润滑剂可以最大限度的发挥粉末的可压缩性使产品的压缩密度达到7.3g/cm3以上。还可以有效的降低脱模附着力，能够保护模具，使模具的使用寿命提高一倍以上。还可以提供产品的物理性能，使产品的强度、尺寸稳定性以及硬度都大幅提升。
将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件；在本申请实施例中，可以采用模压成型工艺将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件。该模压成型工艺可以为常温模压工艺，所述所得电磁零件密度为7.3g/cm3以上。若要在进一步增加压制密度，提升产品磁性能，在常温下往往会受制于压力机等设备的限制。为了解决这一问题，本申请实施例还可以提供所述模压成型工艺为温压模压工艺，所述温压模压温度为60℃～150℃，所述所得电磁零件密度为7.5g/cm3以上。在温压成型过程中，要严格控制成型温度，过高或者过低都会使产品的致密度下降。所述模压成型工艺采用单向压制与双向压制相结合方法压制，也可以通过模具设计技术，在单向压制设备实现的双向压制成型。所述压制压力为500～900MPa。采用该方法可以实现制作各种不同形状的电磁零件，在具体实现时，只需根据各种不同电磁零件的形状以及尺寸制作相应的模具，使用该方法进行压制成型即可得。采用国内研制的KHFe-1型复合软磁铁粉，压制不同尺寸的零件时，采用本申请提供的常温模压以及温压模压所获得的零件密度进行了实验，实验结果如下表：
| 材料 | 零件外径 | 零件内径 | 零件高度 | 成型温度 | 成型压力 | 密度 |
| (mm) | (mm) | (mm) | (℃) | (MPa) | (g/cm3) | |
| KHFe-1 | 28 | 20.5 | 13 | 20 | 700 | 7.35 |
| KHFe-1 | 28 | 20.5 | 13 | 20 | 800 | 7.55 |
| KHFe-1 | 21 | 7 | 12 | 20 | 700 | 7.35 |
| KHFe-1 | 21 | 7 | 12 | 100 | 700 | 7.60 |
注：20℃即为本申请实施例中所指常温温度。
将所述成型零件进行低温烧结即得成品。该压制成型所得的零件需要进行烧结处理，零件成型后进行烧结的目的有两个，一个是脱出包裹剂，另一个是加强颗粒间的结合强度。在具体实现时，可以将压制成型的零件放置于热处理炉中进行烧结处理，所述烧结温度为300℃～550℃。为了使包覆剂脱除干净，零件热处理必须在具备良好脱气条件下进行，零件摆放不能过于密集，处理过程中保持气体流动，使包覆剂的分解挥发物尽快排放出炉外。该热处理炉内的升温过程可以采用一次升温，也可以采用分段多次升温的方式。当烧结的零件没有特殊要求时，该烧结过程可以在空气中进行，当需要处理一些防止氧化的零件时，所述烧结炉内充加有惰性气体。可以向该热处理炉内充加氮气、氩气等惰性气体，保证炉内空气全部排出，提供一个无氧环境。当然在成本以及条件允许的情况下，采用真空烧结方法处理，脱气效果更加。烧结的时间可以根据零件的形状以及尺寸确定，以保证脱气效果以及烧结强度为前题。一般控制在20～60分钟即可。过长时间的烧结会导致粉末的绝缘性降低，不利于高频条件下使用。采用国内研制的KHFe-1型复合软磁铁粉制作电磁零件。在常温下进行零件压制成型，零件外径40mm，内径30mm，高度5mm。成型压力800MPa时，密度为7.55g/cm3。采用不同热处理温度，得到的磁性能如下表：
| 热处理温度 | B4000(T) | Hc(A/m) |
| 300 | 1.245 | 270 |
| 400 | 1.274 | 242.2 |
| 450 | 1.295 | 233.2 |
| 500 | 1.322 | 223 |
| 530 | 1.288 | 190.3 |
| 550 | 1.206 | 247.9 |
本申请提供的电磁零件，相比较采用传统的电磁钢片以及传统铁粉制作的电磁零件具有诸多优点。与传统电磁钢片相比，厚度上传统硅钢片制作的电磁铁芯目前市场上最薄的为0.35mm，本发明提供的最佳粒度为110μm，即为0.11mm，故以本发明较优。电阻上本发明是单颗复合软磁合金粉绝缘包裹，而传统的硅钢片是片与片之间绝缘堆栈，故而电阻值较大，而涡电流损耗与钢片的电阻成反比，因此本发明的涡电流的损耗较小。该材料的磁性能咯低于带钢，同时电阻率较高，可以用于制备形状复杂的电磁零件，而且1000Hz以后铁芯损耗低于带钢制备的零件，最高应用频率能到10000Hz，这更是带材磁性材料无法比拟的性能优势。与传统铁粉相比，虽然采用传统铁粉粉末压制电磁零件，可以大幅降低加工成本，并且可以通过调整粉末的配比优化零件的磁性能和电阻率，但传统粉末制作即使在1100℃进行高温烧结，电磁零件的密度仅能达到6.9～7.2g/cm3之间，导致磁性能无法有效优化。而本发明采用复合软磁合金粉末后，烧结温度只需300℃～550℃，就能够使电磁零件的密度达到7.3g/cm3以上。可见本发明提供的方法所制得的电磁零件可以取代纯铁粉零件、硅钢片零件、坡莫合金零件，并在高频使用中零件的损耗更低。
总之，本发明采用复合软磁合金粉末以及高密度模压成型技术制作的电磁零件，制作过程中绝缘物质起到绝缘包裹以及粘结复合软磁合金粉末粒子的双重作用，由于复合软磁合金粉末以及各种辅助配料具有良好的流动性，因此制作所得的零件的一致性和均匀性均十分优良。通过合理的成型工艺以及低温烧结工艺，可以获得高性能的电磁铁芯等零件。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电磁零件，其特征在于：
所述电磁零件由复合软磁合金粉末、绝缘物质以及润滑剂并采用压制成型及低温烧结工艺制得；所述绝缘物质以及所述润滑剂用于涂覆粘结所述复合软磁合金粉末。
2.根据权利要求1所述的电磁零件，其特征在于：所述复合软磁合金粉末为纯铁、镍铁合金、硅铁合金、钴铁合金、铝铁合金至少任意一种为基体的合金粉末。
3.一种权利要求1所述的电磁零件的制备方法，其特征在于，包括：
将绝缘物质以及润滑剂涂覆于复合软磁合金粉末表面获得备用合金粉末；
将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件；
将所述成型零件进行低温烧结即得成品。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件；包括：
采用模压成型工艺将所述备用合金粉末进行压制成型制得成型零件。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述模压成型工艺为常温模压工艺，所述所得电磁零件密度大于7.3g/cm3。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述模压成型工艺为温压模压工艺，所述温压模压温度为60℃～150℃，所述所得电磁零件密度大于7.5g/cm3。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述模压成型工艺采用单向压制与双向压制相结合方法压制，所述压制压力为500～900MPa。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述成型零件进行低温烧结即得成品，包括：
将所述成型零件放置于热处理炉中进行烧结处理，所述烧结温度为300℃～550℃。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述烧结炉内充加有惰性气体。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述成型零件进行低温烧结即得成品，包括：
控制所述低温烧结时间，所述低温烧结时间为20～60分钟。
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