CN1065746A

CN1065746A - 塑性导磁体及用填充导磁体制作小内孔加热感应器的方法

Info

Publication number: CN1065746A
Application number: CN 91107173
Authority: CN
Inventors: 林毅; 廖小波
Original assignee: XINXING INSTRUMENT FACTORY
Current assignee: XINXING INSTRUMENT FACTORY
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1992-10-28
Anticipated expiration: 2006-04-11
Also published as: CN1026369C

Abstract

本发明涉及一种塑性导磁体及用填充导磁体方式制作小内孔加热用感应器的方法。该导磁体由80 —90％(重量)的导磁粉末和10—20％(重量)的双组分硅橡胶组成，可根据需要加入适量的填充剂、结构控制剂及润湿剂等。它具有热稳定性好、绝缘强度高、电阻率大等优点，且能始终保持良好的可塑性，并可重复使用；它尤为适合以填充方式制作小内孔加热用感应器用，拓宽了导磁体和感应加热领域中的应用范围，并有效地克服已有技术中存在的技术困难，克服不良效应，有明显的节能效果。

Description

本发明涉及一种塑性导磁体，以及用填充该导磁体方式制作小尺寸内孔加热用感应器的方法。这种塑性导磁体由双组分硅橡胶组分和磁性组分构成，根据需要可加入填充剂、结构控制剂、润湿剂及着色剂，该磁性材料是一种用于感应加热领域，置于感应器上的导磁物质，使用中始终保存良好的可塑性，适合手工随时、任意改变形状。

众所周知，感应加热通常是指超音频、中频、高频的感应加热，是利用交变电流流过感应器，在感应器周围产生交变磁场，而使置于这个磁场中的钢铁零件内部产生涡流，利用这个涡流的热效应加热零件的。由于在这个过程中存在尖角效应、圆环效应、邻近效应，使得异形零件、内孔要求加热的零件、以及平面零件的感应加热困难，甚于失败。然而，感应加热又是一种高效率、节约能源、能满足特殊加工要求的加热方式。当碰到上述情况而又必须使用感应加热方式时，就得尽量克服上述不良效应，而使用导磁体就是最为有效的方法。

在感应加热中使用的理想的导磁体应具有（1）电阻率大，自身温升小，能量损耗小;（2）绝缘强度高;（3）急冷、急热不脆裂;（4）加工成形、安装方便，便于随时调整，材料也有适度粘性;（5）能重复使用。目前，已使用了刚性导磁体和泥状导磁体两种，但刚性导磁体的主要缺点是（1）只能以厂家提供的标准件形式组合使用，不能满足各种使用要求，尤其是使需要填充导磁体的小尺寸内孔加热感应器无法制作;（2）急冷易发生脆裂，损坏导磁体;（3）安装时需使用粘接剂或绝缘材料，使施工困难;（4）因是刚性体，则难以根据被加热零件的情况，调整导磁体在感应器上的位置和厚度，以最大限度地克服上述不良效应，达到最佳效果。泥状导磁体，是一种用时现配，约1小时固化，并固化后就不可改变形状的一次性使用物，其绝缘强度不高，亦不能用来填充式制作小尺寸内孔加热用感应器，以及难以根据被加热零件的情况，随时调整导磁体在感应器上的位置和厚度，以最大限度克服上述不良效应，达到最佳效果。

中国专利CN1004527B叙述一种可塑性磁性材料，是应用于电机槽楔的物质，使用时现配，仅在短时间内可塑，使用状态为凝固状态，没有可塑性。情况与上述泥状导磁体相似，并且其配方组分为环氧树脂，没有高的绝缘强度和耐热性，其应用领域电压仅在10²V·mm数量级，难以在制作小尺寸内孔加热感应器上填充使用。美国专利3447009和日本专利申请JP5921245所述磁性材料亦如此。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种在感应加热领域中填充使用的理想导磁体，它具有优异的绝缘强度和电阻率，急冷、急热不脆裂，并在使用中始终保存良好的可塑性，应用这种导磁体就可有效克服上述技术困难及不良效应。

按照本发明，这种理想的塑性导磁体由导磁粉末和双组分硅橡胶组成。调整导磁粉的含量，可以达到不同磁导率，适应实际需要。改变导磁粉含量，可以加入填充剂，以保持性状;为进一步获得优良可塑性和加工工艺性，加入适量的结构控制剂及润湿剂。

本发明还涉及用填充导磁体方式制作小尺寸内孔加热感应器的方法，其中包括，首先制备本发明所述的塑性导磁体，然后将此塑性导磁体填充于感应器内部，并在感应器靠被加热零件方向上留出适当宽度的无导磁体的开口。

具体地讲，在本发明提供的塑性导磁体中，导磁粉末的含量是导磁粉末和双组分硅橡胶总重量的80-90%;双组分硅橡胶的含量为上述总重的的10-20%，其运动粘度要求为10000-30000湹沲。上述导磁粉末推荐使用羰基铁粉，其粒度≤3.0um;上述双组分硅橡胶除采用双组分室温硫化甲基硅橡胶胶料外;为获得在不同温度条件下使用的塑性导磁体，还可使用如下胶料：甲基硅橡胶（-60-+200℃），乙烯基硅橡胶（-70-+300℃）或低苯基硅橡胶（-100-+350℃），由于这些胶料的特性，使用这些胶料，使本发明塑性导磁体获得优良的特性：热稳定性好，电阻率高，绝缘强度高，自身温升小，急冷不脆裂，也使导磁体获得适度的粘着性。当导磁体中的导磁粉以较小比例加入时，可加入填充剂，填充剂用量为上述总量的≤5%（重量），填充剂可以是白炭黑、钛白粉等，其粒度8-110um，加入填充剂有助于提高保形性。结构控制剂及润湿剂加入，可塑性得到改善，并增加稳定性，可以是低分子量羟基硅油，如208-1甲基羟基硅油，用量为上述总重量的≤3%（重量）。还可以加入着色剂提高本塑性导磁体的可视性，为获得不同颜色可使用不导电的无机着色剂，如铬黄、氧化铁红、铬绿、华兰等，其用量也为上述总量的≤1.5%（重量）。

本发明提供的塑性导磁体，在下述三种方法下制备。

（1）使用炼胶机

设备：炼胶机。

工艺流程：投放胶料→添加导磁粉→炼胶→添加填充剂→炼胶→加入结构控制剂→炼胶→加入着色剂→炼胶→出料。

上述方案推荐在生产量较大时使用。

（2）使用搅拌机

设备：搅拌机

工艺流程：投放所有固体料→加入结构控制剂→投放胶料→搅拌→出料。

该方案推荐在中等批量时使用。

（3）手工混炼

工艺流程与（2）相同，推荐在小批量生产时使用。

本发明提供的塑性导磁体，以单一组分包装，运输提供给用户，随取随用。

本发明还涉及用填充本导磁体方式制作小尺寸内孔加热用感应器的方法，其中包括，用上述组分及方法制备塑性导磁体，然后，将此塑性导磁体填充于感应器内部，并在感应器靠被加热零件的方向上留出无导磁体的2-4mm开口。

本发明的塑性导磁体具有如下优点：

1、热稳定性好。由于使用了硅橡胶，使得到的导磁体具有在350℃范围内使用的高耐热特点，适合在感应加热领域中应用，这一特点是申请专利CN1004527B及US3447009和JP5921245不具备的。

2、电阻率大、绝缘强度高。本发明采用羰基铁粉这种有层状结构、表面为绝缘层的不导电的磁性粉末，同时又使用了电阻率高、绝缘强度高的硅橡胶，使本发明所指塑性导磁体获得了电阻率大于10¹⁴Ω·m数量级，绝缘强度大于10³V·mm数量级的优异性能，这种性能是前述刚性导磁体、泥状导磁体及CN1004527B、US3447009不具备的。这使得该材料在感应加热中利用时，自身温升小，并无需施行绝缘直接使用，减少使用局限，拓展了应用领域。

3、可塑性良好。本发明的导磁体始终保持良好的可塑性，适合随时且任意改变形状，这也是上述对比文献所述导磁材料所不具备的。

4、粘着性适度。本发明始终保持着这种特性。

5、可重复使用。可回收并重复使用，并不影响性能。

6、电磁耗损小。在高频工作加热时，更明显，使该导磁材料能用于感应加热中的所有工频、超音频、中频和高频领域。

7、应用在感应加热领域，能有效地克服尖角效应、圆环设应、邻近效应等不良效应，克服已有技术中的技术困难，有明显的技术效益，并能大幅度的节能。

8、可随时调整导磁体在感应加热器上的位置和厚度，更有效地克服上述不良效应，提高产品质量。

9、适合各种零件加热用感应器对导磁体形状的要求，尤以适合于小尺寸内孔加热用感应器的制作。

10、直接用在感应器上，而无需使用额外的粘接剂。

下面通过实施例和附图进一步说明本发明的塑性导磁体及其在感应加热中的应用方法。

图1为制作的内孔感应加热器结构示意图

图2为制作的异形感应加热器结构示意图

图3为制作的平面感应加热器结构示意图

附图中序号：1、7、11为本发明的塑性导磁体，2、6、10为感应加热器，3、8、12为被加热体，4、5、9为铜管。

实施例1

即塑性导磁体的配制

在本实施例中，配制器四种本发明的塑性导磁体，成为DC系列塑性导磁体的一部分，其中DC-001的配制过程为：取82wt%羰基铁粉和18wt%的双组分室温流化甲基硅橡胶胶料，再取为前述总量5wt%的白炭黑、1.5wt%铬绿、3wt%的208-1甲基羟基硅油。将羰基铁粉、白炭黑、铬绿投入搅拌机，然后投入双组分室温流化甲基硅橡胶胶料、甲基羟基硅油，在室温下，搅拌40分钟，得到本发明塑性导磁体。

上述双组分室温流化甲基硅橡胶胶料，可由运动粘度在10000-30000湹沲的其他双组分硅橡胶代替，比如由甲基硅橡胶胶料、乙烯基硅橡胶胶料或低苯基硅橡胶胶料代替。

按照上述配制过程，配制其它三种本发明的塑性导磁体，只是其中原料组分不同，这三种导磁体及上述塑性导磁体组分列于表1。

表1 DC系列塑性导磁体组分

上述导磁体，使用温度极限200-350℃。

实施例2

用填充导磁体方式制作小尺寸内孔加热用感应器（可克服圆环效应）。

（1）按尺寸、工艺要求，用铜管4（见图1）制作螺旋状感应器2。

（2）取适量本发明所述DC-003塑性导磁体1、手工填充于感应器2内部，填充时在铜管4靠被加热零件3方向上留出2-3mm的无导磁体开口，感应器即制作完成。

上述感应器的一个实例子是，高频淬火汽车离合器的基体花键内孔，该花键内孔φ30×32，要求淬火层深0.3-0.7mm，硬度大于HRc50，当使用未填充导磁体的感应器时，每件平均加热时间2分钟，淬火层深达2-3mm，加工周期长，并且零件淬火层深超差，若使用上述填充了本发明DC-003塑性导磁体的感应器，每件平均加热时间3秒，淬火层深0.5-0.6mm，零件合格，并提高效率40倍。

具体地说，上述置有导磁体的感应器，由于感应器内部形状复杂，无法用前述刚性导磁体填充;也由于在没有任何绝缘的情况下，要求使用导磁体，而也无法用前述泥状导磁体及申请专利CN1004527B所述的导磁材料填充。而采用本发明所述塑性导磁体、能克服上述困难且使用效果明显。

实施例3

用本发明的塑性导磁体，解决有尖角零件的加热均匀性问题，可克服尖角效应。

（1）按零件尺寸、工艺要求，用铜管5（见图2）制作异型感应器6。

（2）取适量的本发明所述的塑性导磁导7，手工包覆于感应器6上，并按一般规律，保证导磁体在感应器6上的位置和厚度，并在感应器铜管靠被加热零件8方向上，留出4-5mm的无导磁体的环形开口。

（3）将制得的感应器，置于感应加热设备上，对零件进行试加热。

（4）根据加热均匀性情况，手工调整导磁体在感应器上的位置和厚度，使加热均匀。

上述过程的一个具体例子是，中频加热一成型凸轮零件。若导磁体的位置及厚度不适当，会使凸轮顶部过烧，或加热层过深，不均匀。使用本发明的塑性导磁体，并根据实际加热均匀性情况，及时调整塑性导磁体在感应置上的位置及厚度，使加热层深均匀，并无过烧现象。并且使用本塑性导磁体后，从平均加热时间上反映，提高效率30%。

在实际中，由于被加热零件千变万化，不可能事前准确估计导磁体在感应器上的位置及厚度，因此，被用导磁体能被随时改变形状就显得极为重要。如前所述，这显然也是刚性、泥状导磁体及CN1004527B、US3447009和JP5921245所述导磁材料所不能达到的。然而，本发明的塑性导磁体正好具备这一特点。

实施例4

（1）按尺寸、工艺要求，用铜管9（见图3）制作感应器10。

（2）将本发明所述塑性导磁体11均匀包覆于感应器铜管上，并在感应器靠加热零件12方向上留出4-5mm的无导磁体的开口。

（3）用连接加热方式，加热一零件平面部分（克服邻近效应）。未用本塑性导磁体时，感应器移动速度30cm/分钟，在使用本塑性导磁体后，感应器移动速度提高到80cm/分钟，提高效率2.7倍，并且连续冷却，不脆裂。

综上所述，本发明所述塑性导磁体，具有优异的特点，并能在前述刚性、泥状导磁体及CN1004527B、US3447009、JP5921245所述导磁体难以使用的场合使用。因此，本发明拓宽了导磁体在感应加热领域的应用范围。此外，本发明的塑性导磁体的应用效果是理想的，能有效克服现有技术中存在的技术困难，且大幅度提高效益，节约能源。

Claims

1、一种由硅橡胶组分和磁性组分构成的塑性导磁体，其特征在于所述磁性组分含量为80-90%(重量)，所述硅橡胶组分是指运动粘度在10000-30000湹沲之间的双组分硅橡胶，其含量为10-20%(重量)。

2、如权利要求1所述导磁体，其特征在于所述磁性组分为羰基铁粉，其粒度≤3.0um。

3、如权利要求1所述导磁体，其特征在于所述双组分硅橡胶是指双组分室温硫化甲基硅橡胶胶料。

4、如权利要求1所述导磁体，其特征在于所述双组分硅橡胶是指甲基硅橡胶胶料、乙烯基硅橡胶胶料或低苯基硅橡胶胶料。

5、如权利要求1-4所述导磁体，其特征在于所述导磁体中可加入白炭黑和/或钛白粉，其加入量为上述硅橡胶组分与磁性组分总重量的≤5%。

6、如权利要求1-4所述导磁体，其特征在于所述导磁体中可加入低分子量的羟基硅油，其加入量为上述硅橡胶组分与磁性组分总重量的≤3%。

7、如权利要求5所述导磁体，其特征在于所述导磁体中可加入低分子量的羟基硅油，其加入量为上述硅橡胶组分与磁性组分总重量的≤3%。

8、一种用权利要求1-7所述导磁体填充制作小内孔加热感应器的方法，其特征在于该方法包括，先用上述权项1-7中任何一项的组分制备一种导磁体，然后将此导磁体填充于感应器内部，并在感应器靠被加热零件方向上留出适当宽度的无导磁体的开口。