CN107901329A - 一种金属嵌件一体式注塑成型磁环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属嵌件一体式注塑成型磁环及其制备方法，所述方法包括预处理过程和注塑成型，所述预处理过程为：将金属嵌件置于酸溶液中，预处理时间为0.5min~10min，温度为20℃~80℃，然后将预处理后的金属嵌件从酸溶液中取出，蒸馏水洗净、干燥，得到处理后的金属嵌件。本发明提高了注塑过程中金属嵌件与聚合物基复合颗粒料之间的结合力，从而有效地提高了宏观拉力试验机测评的拔出力性能；有效提高了磁环的气密性，从而可以应用于严苛工况环境；良好的气密性可以保证磁环工作过程中良好的剥离强度。

Description

一种金属嵌件一体式注塑成型磁环及其制备方法
技术领域
本发明涉及注塑永磁材料生产技术领域，尤其是涉及一种金属嵌件一体式注塑成型磁环及其制备方法。
背景技术
粘结磁体是磁性粉末与树脂、橡胶或低熔点金属等粘结剂均匀混合，然后用注射成型、模压成型或挤出成型等方法制成的聚合物基复合永磁材料，是永磁材料中的一个重要分支。所用的粘结剂材料主要有2类：聚合物(如橡胶、热塑性或热固性树脂)和低熔点金属(如Zn，Sn，Cu，AI及其合金等)。
注射成型法是将磁粉和树脂的粉料混炼、造粒，然后将造粒后颗粒料注入注塑机内加热熔化，使之具有良好的流动性，在这种状态下将该颗粒料以熔融状态注入具有取向磁场的金属模具内，冷却后形成所要求的复杂形状的磁体器件。相比于一般模压成型，注塑成型的优点有：
颗粒料的树脂含量达7％～20％，且在颗粒料熔融状态下成型，流动性好、强度较高；
成型自由度高，可制成形状复杂、形状不规则的器件，且不需喷涂等防氧化措施；
可与轴等注塑成镶嵌类产品，而镶嵌类产品要求磁体强度很高；
成型压力低，模具损耗低，注塑成型时在高于尼龙、PPS等树脂熔点的温度成型，而模压成型一般为常温，模具损耗较大；
现阶段，按照不同的磁粉类别，注塑磁体一般分为注塑永磁铁氧体磁体、注塑各向同性钕铁硼磁体、注塑各向异性钕铁硼磁体、注塑SmFeN磁体及注塑复合磁体等。其中注塑永磁铁氧体磁体，由于磁性能较高、成本低、耐氧化性、耐高温性等优势，在打印机磁辊、感应磁环、微型马达转子等领域得到了广泛的应用。
按照不同的树脂类别，注塑永磁铁氧体磁体可以分为注塑尼龙6-永磁磁体、注塑尼龙12-永磁磁体、注塑PPS(聚苯硫醚)-永磁磁体。
其中尼龙6的价格最低，但吸水率最高，达4.4％(20℃、65％RH)，适用于对尺寸精度要求不高的应用领域；
而PPS(聚苯硫醚)的熔点达280℃，吸水率最低，仅0.02％(20℃、65％RH)，但含有非极性基团(苯环)导致PPS与永磁磁粉的亲和性欠佳，需12wt％以上的PPS含量才能够很好地包覆永磁磁粉，从而影响了磁性能，一般适用于200℃以上高温、尺寸精度要求苛刻、耐酸耐碱等特殊的应用领域；
另外，尼龙12的吸水率仅0.98％(20℃、65％RH)，虽没有PPS吸水率低，但树脂添加量在7wt％-9wt％，磁性能高，可以满足汽车电机、感应磁环等应用领域。
近几年，感应磁环用注塑磁体、微型马达转子用注塑磁体得到了迅猛的发展，而打印机磁辊用注塑磁体却出现了发展缓慢甚至下降的趋势。其中金属嵌件一体式注塑成型磁环，可以将金属嵌件(主要有不锈钢、合金钢、无磁钢、铜、铝等)与注塑颗粒料，通过一定温度、压力的注塑机，一次注塑成型，相比于传统的机械镶件技术具有生产工艺简便、金属与磁体间结合力强、气密性好等优势。
但由于金属嵌件(主要有导磁钢、不锈钢、合金钢、无磁钢、铜、铝等)为金属材料，注塑颗粒料为聚合物基复合材料，两者本身的亲和力、结合力还不够高，无法满足高端汽车电机、高端感应磁环的严苛要求。
发明内容
本发明是为了克服现有现有金属嵌件一体式注塑成型磁环的拔出力(结合强度)和气密性还不够高，无法满足高端汽车电机、高端感应磁环的严苛要求，提供一种金属嵌件一体式注塑成型磁环及其制备方法，制备出拔出力(结合强度)大、气密性好的磁环产品。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环，所述磁环选自注塑永磁铁氧体磁体、注塑各向同性钕铁硼磁体、注塑各向异性钕铁硼磁体和注塑SmFeN磁体中的一种或几种。
作为优选，所述磁环成分为注塑永磁铁氧体磁体。
作为优选，所述磁环的磁能积为1.2MGOe～13MGOe。
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，所述制备方法步骤如下：
a.预处理过程：将待处理金属嵌件置于酸溶液中，使待处理金属嵌件表面形成致密凹凸结构的腐蚀微孔层，得到预处理金属嵌件。将金属嵌件进行酸化预处理，微观形成一层致密凹凸结构的腐蚀微孔层，产生锚定效果，大大提高了注塑过程中金属嵌件与聚合物基复合颗粒料之间的结合力，从而有效地提高了宏观拉力试验机测评的拔出力性能。此外，注塑过程嵌件表面慢慢地被颗粒料熔体覆盖，有效提高了磁环的气密性，从而可以应用于严苛的酸、碱、油等特殊工况环境内；另外，良好的气密性可以保证磁环工作过程中良好的剥离强度；
b.注塑成型过程：先开模，将预处理金属嵌件置于后模；再合模，将颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与预处理金属嵌件一体式注塑成型；最后开模，在500～1500bar保压压力，停留3-6s，自动开模，得到一体式注塑成型磁环；冷却后进行拔出力和气密性测评。
作为优选，所述预处理过程的预处理时间为0.5～10min，温度为20℃～80℃，然后将预处理后的金属嵌件洗涤干燥，得到预处理金属嵌件。
作为优选，所述预处理过程在常压下进行。
作为优选，步骤b中，所述合模在700～2200bar的注塑压力、10～45mm/s的注塑速度、260～340℃的注塑温度条件下进行。
作为优选，所述磁环选自注塑永磁铁氧体磁体、注塑各向同性钕铁硼磁体、注塑各向异性钕铁硼磁体和注塑SmFeN磁体中的一种或几种。
作为优选，所述酸溶液选自盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、草酸和醋酸中的任意一种或几种；所述酸溶液浓度为0.5mol/L～4mol/L。
作为优选，所述拔出力测评采用万能拉力试验机测评；所述气密性测评方法为：将磁环置于0.25～0.3MPa条件下，把空气压到金属嵌件～磁体间，再放到水中观察。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)提高了注塑过程中金属嵌件与聚合物基复合颗粒料之间的结合力，从而有效地提高了宏观拉力试验机测评的拔出力性能；(2)有效提高了磁环的气密性，从而可以应用于严苛工况环境；(3)良好的气密性可以保证磁环工作过程中良好的剥离强度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1：
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法如下：
第一，金属嵌件预处理：将导磁钢金属嵌件置于1.5mol/L浓度的磷酸溶液中，预处理时间为5min，预处理温度为20℃，预处理压力为常压；然后是将预处理后的不锈钢金属嵌件从上述酸溶液中取出，蒸馏水洗净、干燥；
第二，颗粒料选型：选择磁能积1.90MGOe的自制注塑尼龙12-永磁铁氧体磁体；
第三，一体式注塑成型磁环，制备方法(以Φ36.5*Φ6.0*H81*H28尺寸的磁环为例)：
开模，将预处理后金属嵌件置于后模；
合模，在1300bar的注塑压力、30mm/s的注塑速度、280℃的注塑温度条件下，颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与金属嵌件一体式注塑成型；
在1200bar保压压力，停留3-6s，自动开模；
小心取出磁环产品，冷却后可测评拔出力(结合强度)、气密性、磁性能等性能参数；
测评拔出力、气密性、磁性能等性能参数，结果于表1所示。
拔出力(结合强度)测评采用万能拉力试验机测评；气密性测评方法为：将磁环样品放在2.5-3个大气压(0.25-0.3MPa)下，把空气压到金属嵌件-磁体间，放到水中观察是否有气泡，如有气泡说明气密性NG；反之亦然。
实施例2:
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法如下：
第一，金属嵌件预处理：首先是将导磁钢金属嵌件置于0.7mol/L浓度的盐酸溶液中，预处理时间为3min，预处理温度为50℃，预处理压力为常压；然后是将预处理后的不锈钢金属嵌件从上述酸溶液中取出，蒸馏水洗净、干燥；
第二，颗粒料选型：选择磁能积1.90MGOe的自制注塑尼龙12-永磁铁氧体磁体；
第三，一体式注塑成型磁环，制备方法(以Φ36.5*Φ6.0*H81*H28尺寸的磁环为例)：
开模，将预处理后金属嵌件置于后模；
合模，在1300bar的注塑压力、30mm/s的注塑速度、280℃的注塑温度条件下，颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与金属嵌件一体式注塑成型；
在1200bar保压压力，停留3-6s，自动开模；
小心取出磁环产品，冷却后可测评拔出力(结合强度)、气密性、磁性能等性能参数；
测评拔出力、气密性、磁性能等性能参数，结果于表1所示。
拔出力(结合强度)测评采用万能拉力试验机测评；气密性测评方法为：将磁环样品放在2.5-3个大气压(0.25-0.3MPa)下，把空气压到金属嵌件-磁体间，放到水中观察是否有气泡，如有气泡说明气密性NG；反之亦然。
实施例3:
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法如下：
第一，金属嵌件预处理：首先是将导磁钢金属嵌件置于3.8mol/L浓度的草酸溶液中，预处理时间为10min，预处理温度为50℃，预处理压力为常压；然后是将预处理后的不锈钢金属嵌件从上述酸溶液中取出，蒸馏水洗净、干燥；
第二，颗粒料选型：选择磁能积2.0MGOe的自制注塑尼龙6-永磁铁氧体磁体；
第三，一体式注塑成型磁环，制备方法(以Φ36.5*Φ6.0*H81*H28尺寸的磁环为例)：
开模，将预处理后金属嵌件置于后模；
合模，在1500bar的注塑压力、30mm/s的注塑速度、300℃的注塑温度条件下，颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与金属嵌件一体式注塑成型；
在150bar保压压力，停留3-6s，自动开模；
小心取出磁环产品，冷却后可测评拔出力(结合强度)、气密性、磁性能等性能参数；
测评拔出力、气密性、磁性能等性能参数，结果于表1所示。
拔出力(结合强度)测评采用万能拉力试验机测评；气密性测评方法为：将磁环样品放在2.5-3个大气压(0.25-0.3MPa)下，把空气压到金属嵌件-磁体间，放到水中观察是否有气泡，如有气泡说明气密性NG；反之亦然。
实施例4:
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法如下：
第一，金属嵌件预处理：首先是将导磁钢金属嵌件置于2.1mol/L浓度的磷酸溶液中，预处理时间为5min，预处理温度为70℃，预处理压力为常压；然后是将预处理后的不锈钢金属嵌件从上述酸溶液中取出，蒸馏水洗净、干燥；
第二，颗粒料选型：选择磁能积1.40MGOe的自制注塑PPS-永磁铁氧体磁体；
第三，一体式注塑成型磁环，制备方法(以Φ36.5*Φ6.0*H81*H28尺寸的磁环为例，下同)：开模，将预处理后金属嵌件置于后模；
合模，在1850bar的注塑压力、35mm/s的注塑速度、330℃的注塑温度条件下，颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与金属嵌件一体式注塑成型；
在1500bar保压压力，停留3-6s，自动开模；
小心取出磁环产品，冷却后可测评拔出力(结合强度)、气密性、磁性能等性能参数；
测评拔出力、气密性、磁性能等性能参数，结果于表1所示。
拔出力(结合强度)测评采用万能拉力试验机测评；气密性测评方法为：将磁环样品放在2.5-3个大气压(0.25-0.3MPa)下，把空气压到金属嵌件-磁体间，放到水中观察是否有气泡，如有气泡说明气密性NG；反之亦然。
比较例1:
与实施例2不同的是金属嵌件未采用本发明的预处理，而直接一体式注塑成型磁环。
测评拔出力、气密性、磁性能等性能参数，结果于表1所示。
拔出力(结合强度)测评采用万能拉力试验机测评；气密性测评方法为：将磁环样品放在2.5-3个大气压(0.25-0.3MPa)下，把空气压到金属嵌件-磁体间，放到水中观察是否有气泡，如有气泡说明气密性NG；反之亦然。
从实施例2与比较例1对比结果说明，采用本发明的金属嵌件预处理后，一体式注塑成型磁环的拔出力(结合强度)明显提升，气密性也表现OK。
比较例2:
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法如下：
第一，金属嵌件预处理：首先是将导磁钢金属嵌件置于4.1mol/L浓度的磷酸溶液中，预处理时间为5min，预处理温度为20℃，预处理压力为常压；然后是将预处理后的不锈钢金属嵌件从上述酸溶液中取出，蒸馏水洗净、干燥；
第二，颗粒料选型：选择磁能积1.90MGOe的自制注塑尼龙12-永磁铁氧体磁体；
第三，一体式注塑成型磁环，制备方法(以Φ36.5*Φ6.0*H81*H28尺寸的磁环为例)：
开模，将预处理后金属嵌件置于后模；
合模，在1300bar的注塑压力、30mm/s的注塑速度、280℃的注塑温度条件下，颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与金属嵌件一体式注塑成型；
在1200bar保压压力，停留3-6s，自动开模；
小心取出磁环产品，冷却后可测评拔出力(结合强度)、气密性、磁性能等性能参数；
测评拔出力、气密性、磁性能等性能参数，结果于表1所示。
拔出力(结合强度)测评采用万能拉力试验机测评；气密性测评方法为：将磁环样品放在2.5-3个大气压(0.25-0.3MPa)下，把空气压到金属嵌件-磁体间，放到水中观察是否有气泡，如有气泡说明气密性NG；反之亦然。
与实施例1不同的是金属嵌件预处理磷酸溶液浓度为4.1mol/L，不在本发明的0.5mol/L-4mol/L范围。说明，预处理过度反应后，金属嵌件表面造成破坏，并未形成致密的凹凸腐蚀微孔结构，而形成结构疏松的腐蚀层，很容易发生拉伸剥离的问题。
比较例3:
一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法如下：
第一，金属嵌件预处理：首先是将导磁钢金属嵌件置于0.4mol/L浓度的磷酸溶液中，预处理时间为5min，预处理温度为20℃，预处理压力为常压；然后是将预处理后的不锈钢金属嵌件从上述酸溶液中取出，蒸馏水洗净、干燥；
第二，颗粒料选型：选择磁能积1.90MGOe的自制注塑尼龙12-永磁铁氧体磁体；
第三，一体式注塑成型磁环，制备方法(以Φ36.5*Φ6.0*H81*H28尺寸的磁环为例)：
开模，将预处理后金属嵌件置于后模；
合模，在1300bar的注塑压力、30mm/s的注塑速度、280℃的注塑温度条件下，颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与金属嵌件一体式注塑成型；
在1200bar保压压力，停留3-6s，自动开模；
小心取出磁环产品，冷却后可测评拔出力(结合强度)、气密性、磁性能等性能参数；
测评拔出力、气密性、磁性能等性能参数，结果于表1所示。
拔出力(结合强度)测评采用万能拉力试验机测评；气密性测评方法为：将磁环样品放在2.5-3个大气压(0.25-0.3MPa)下，把空气压到金属嵌件-磁体间，放到水中观察是否有气泡，如有气泡说明气密性NG；反之亦然。
与实施例1不同的是金属嵌件预处理磷酸溶液浓度为0.4mol/L，不在本发明的0.5mol/L-4mol/L范围。说明，预处理溶液浓度过低，金属嵌件预处理程度不够，暂未形成致密的凹凸腐蚀微孔结构，拔出力(结合强度)、气密性并未明显提高。
表1金属嵌件一体式注塑成型磁环(Φ36.5*Φ6.0*H81*H28尺寸)，金属嵌件类别、预处理溶液、颗粒料类别、磁环拔出力(结合强度)、磁环气密性
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种金属嵌件一体式注塑成型磁环，其特征是，所述磁环选自注塑永磁铁氧体磁体、注塑各向同性钕铁硼磁体、注塑各向异性钕铁硼磁体和注塑SmFeN磁体中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环，其特征是，所述磁环成分为注塑永磁铁氧体磁体。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环，其特征是，所述磁环的磁能积为1.2MGOe~13MGOe。
4.一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，其特征是，所述制备方法步骤如下：a.预处理过程：将待处理金属嵌件置于酸溶液中，使待处理金属嵌件表面形成致密凹凸结构的腐蚀微孔层，得到预处理金属嵌件；
b.注塑成型过程：先开模，将预处理金属嵌件置于后模；再合模，将颗粒料熔体在螺杆推动下注射至后膜模具，与预处理金属嵌件一体式注塑成型；最后开模，在500~1500bar保压压力，停留3-6s，自动开模，得到一体式注塑成型磁环；冷却后进行拔出力和气密性测评。
5.根据权利要求4所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，其特征是，所述预处理过程的预处理时间为0.5~10min，温度为20℃~80℃，然后将预处理后的金属嵌件洗涤干燥，得到预处理金属嵌件。
6.根据权利要求5所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，其特征是，所述预处理过程在常压下进行。
7.根据权利要求4所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，其特征是，步骤b中，所述合模在700~2200bar的注塑压力、10~45mm/s的注塑速度、260~340℃的注塑温度条件下进行。
8.根据权利要求4所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，其特征是，所述磁环选自注塑永磁铁氧体磁体、注塑各向同性钕铁硼磁体、注塑各向异性钕铁硼磁体和注塑SmFeN磁体中的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，其特征是，所述酸溶液选自盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、草酸和醋酸中的任意一种或几种；所述酸溶液浓度为0.5mol/L~4mol/L。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的一种金属嵌件一体式注塑成型磁环的制备方法，其特征是，所述拔出力测评采用万能拉力试验机测评；所述气密性测评方法为：将磁环置于0.25~0.3MPa条件下，把空气压到金属嵌件~磁体间，再放到水中观察。
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