CN110993306B - 一种磁性铁芯的制备方法及其制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性铁芯的制备方法及其制备系统，该制备方法包括：取所需长度和宽度的钢带，并对钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到待涂覆钢带；配制涂覆料，对待涂覆钢带进行涂覆并烘干，得到涂覆钢带；对涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品磁性铁芯；对第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；利用浸渍料对第二半成品磁性铁芯进行粘结，得到第三半成品磁性铁芯；对第三半成品磁性铁芯进行切割，并对其尺寸校剥检验后得到成品磁性铁芯。该磁性铁芯重量轻，体积小，节省了航空航天类产品的体积、重量，也降低飞行器所需的能量消耗。

Description

一种磁性铁芯的制备方法及其制备系统

技术领域

本发明属于磁性铁芯制造领域，具体涉及一种磁性铁芯的制备方法及其制备系统。

背景技术

随着国家国防安全及建设需要，武器装备领域承研承制单位不断推出新型尖端武器装备，对配套使用的电磁元器件提出了更高的要求，而发达国家在相关电磁材料(元器件)方面对我国进行技术封锁与禁售。

高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金1J22磁性铁芯，在国内属于一种新型电磁元件，国内通常使用的1J22带材表面无绝缘涂层；且此材料及其制造的磁性器件对应力极为敏感，所以，铁芯制造比较困难，目前国内无此类铁芯磁性器件的成熟生产加工技术，不能满足军品国产化的市场需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种磁性铁芯的制备方法及其制备系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种磁性铁芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取所需长度和宽度的钢带，并对所述钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到待涂覆钢带；

步骤2：配制涂覆料，对所述待涂覆钢带进行涂覆并烘干，得到涂覆钢带；

步骤3：对所述涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品磁性铁芯；

步骤4：对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；

步骤5：利用浸渍料对所述第二半成品磁性铁芯进行粘结，得到第三半成品磁性铁芯；

步骤6：对所述第三半成品磁性铁芯进行切割，并对其尺寸校剥检验后得到成品磁性铁芯。

在本发明的一个实施例中，所述涂覆料为水溶性无机绝缘涂料。

在本发明的一个实施例中，所述步骤4包括：

在800～900℃的温度下，在99.999％纯度的氢气气氛中，对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，保温3～6h后，冷却得到所述第二半成品铁芯。

在本发明的一个实施例中，所述步骤6包括：

步骤61：对所述第三半成品磁性铁芯进行对中分切；

步骤62：对分切后的所述第三半成品磁性铁芯的切割面进行磨削；

步骤63：对磨削后的切割面进行研磨，然后对所述第三半成品磁性铁芯的尺寸校剥检验后得到所述成品磁性铁芯。

在本发明的一个实施例中，所述浸渍料为双组份环氧树脂。

本发明的另一个实施例还提供了一种上述任一实施例所述的磁性铁芯的制备系统，包括：

下料装置，用于裁剪钢带原料，得到所需长度和宽度的钢带的待涂覆钢带；

涂覆装置，用于对所述待涂覆钢带进行涂覆并烘干，得到涂覆钢带；

铁芯卷制装置，用于对所述涂覆钢带进行卷制成型，得到第一半成品磁性铁芯；

磁性能处理装置，用于对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；

浸渍粘结装置，用于对所述第二半成品磁性铁芯进行浸渍粘结，得到第三半成品磁性铁芯；

切割校验装置，用于对所述第三半成品磁性铁芯进行切割，并对其尺寸校剥检验后得到成品磁性铁芯。

在本发明的一个实施例中，所述涂覆装置包括：供料机构、涂覆机构、烘干机构以及收料结构；其中，

所述供料机构用于收集所述待涂覆钢带，并将所述待涂覆钢带提供给所述涂覆机构；

所述涂覆机构包括两个滚轮和涂覆池，所述涂覆池内装有涂覆料，所述待涂覆钢带夹持在两个所述滚轮之间，通过所述滚轮连续转动进行连续涂覆；

烘干机构用于对涂覆后的钢带进行烘干，得到涂覆钢带；

所述收料机构用于收集所述涂覆钢带。

本发明的有益效果：

1、该磁性铁芯采用的钢带具有很高的饱和磁感应强度，比传统的硅钢铁芯重量轻、体积小，从而节省了使用该铁芯的航空航天类产品的体积、重量，也降低了飞行器所需要的能量消耗；

2、钢带表面的涂复层厚度可以通过两滚轮间隙进行调整，保障产品具有良好的绝缘性能及有效导磁面积；

3、该磁性铁芯的涂覆层具有较强的附着力，确保了该磁性铁芯具有可靠的绝缘性能；

4、该工艺得到的磁性铁芯具有较高的电磁性能参数，从而保证产品的各交流磁性能达到产品的性能要求。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为实施例中磁性铁芯的制备系统的模块结构图；

图2为涂覆装置的结构示意图；

图3为SD型1J22磁性铁芯未切割前的外形结构示意图；

图4为CD型1J22磁性铁芯未切割前的外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

请参见图1，本发明实施例提供了一种磁性铁芯的制备系统，该系统适用于CD型、SD型铁芯的制备，具体包括：下料装置1、涂覆装置2、铁芯卷制装置3、磁性能处理装置4、浸渍粘结装置5、以及切割校验装置6；其中，

下料装置1为滚剪机，型号为C8008，用于裁剪钢带原料，得到所需长度和宽度的钢带的待涂覆钢带；

涂覆装置2，用于对待涂覆钢带进行涂覆并烘干，得到涂覆钢带；

铁芯卷制装置3为卷绕机，型号为TXJ-1型，用于对涂覆钢带进行卷制成型，得到第一半成品磁性铁芯；

磁性能处理装置4为气氛炉，型号为KSX-16-14Q，用于对第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；

浸渍粘结装置5为真空浸渍锅和烘箱，真空浸渍锅的直径为550mm；烘箱型号为HS-881-4；该浸渍粘结装置5用于对第二半成品磁性铁芯进行浸渍粘结并烘干，得到第三半成品磁性铁芯；

切割校验装置6为线切割机床和三相数字电参数测量仪，线切割机床的型号为DK7725；三相数字电参数测量仪为8920数字电参数测量仪，该切割校验装置6用于对第三半成品磁性铁芯进行切割，并对其尺寸校剥，再利用三相数字电参数测量仪检验其交流电磁性能后得到成品磁性铁芯。

进一步地，请参见图2，该涂覆装置2具体包括：供料机构21、涂覆机构22、烘干机构23以及收料结构24；其中，

供料机构21为第一转盘，用于收集待涂覆钢带，并将待涂覆钢带提供给涂覆机构。

涂覆机构22包括主动滚轮221、从动滚轮222和涂覆池223，涂覆池223内装有涂覆料，主动滚轮221和从动滚轮222位于涂覆液中，并通过电机224带动，待涂覆钢带从供料机构21拉出，夹持在主动滚轮221和从动滚轮222之间，并通过调节主动滚轮221和从动滚轮222的间隙从而调节涂覆层的厚度；主动滚轮221和从动滚轮222均为橡胶滚轮；涂覆机构22设置于支架上，供料机构21通过支撑杆固定在支架上，所述支架固定在烘干机构23上。

烘干机构23为隧道炉，型号为LYRL-FDL电子产品隧道式固化炉，用于对涂覆后的钢带进行烘干固化，得到涂覆钢带。

收料机构24为第二转盘，用于收集得到的涂覆钢带，该过程也可以通过人工手动完成。

而且，所述钢带自供料机构21引出，依次经过涂覆机构22、烘干机构23后卷绕在收料机构24上，整个工作过程不间断连续进行。

实施例2

本发明实施例以1J22钢带为例，还提供了一种SD型1J22磁性铁芯的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据SD型铁芯的厚度和宽度，取相应长度和宽度的钢带，并对该钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到1J22待涂覆钢带。

具体采用滚剪机对1J22钢带进行滚剪下料，该1J22钢带的厚度为0.1mm，其化学成分如表1所示：

表1 1J22钢带的化学成分

下料完成之后，采用去毛刺机去除1J22钢带滚剪面的毛刺，然后采用超声波清洗机对1J22钢带进行去油污处理，处理后用温开水进行漂洗，并晾干，得到1J22待涂覆钢带。

步骤2：配制涂覆料，对1J22待涂覆钢带进行涂覆，并烘干，得到1J22涂覆钢带。

进一步地，步骤2具体包括以下步骤：

步骤21：配制涂覆料，通过涂覆装置2对第1J22待涂覆钢带进行涂覆。

该涂覆料为水溶性无机绝缘涂料，例如ZS-1091水溶性陶瓷绝缘涂料，该种涂覆料可以确保1J22待涂覆钢带涂覆之后具有良好的附着力和绝缘性能。

进一步地，涂覆层厚度在0.005mm～0.01mm之间，通过对两个橡胶滚轮间隙进行调节，可以确保涂覆层的厚度以及1J22钢带的绝缘性，该涂覆过程可以反复进行多次。

步骤22：对涂覆后的1J22待涂覆钢带进行烘干，得到1J22涂覆钢带。

1J22待涂覆钢带经过涂覆后利用隧道炉进行烘干，烘干温度为200℃，烘干时间可根据实际情况进行设定，采用滚轮滚压钢带后连续烘干的涂覆工艺，可以有效控制涂覆层的厚度以及均匀性，从而使得到的SD型1J22磁性铁芯具有较高的填充系数。

步骤3：对1J22涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的1J22涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品SD型1J22磁性铁芯。

具体利用卷绕机进行铁芯卷制，将1J22涂覆钢带卷制成SD型，并将1J22钢带的两端分别与卷制成型的铁芯本体进行焊接，从而得到第一半成品SD型1J22磁性铁芯。

步骤4：对第一半成品SD型1J22磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品SD型1J22磁性铁芯。

具体是在800～900℃的温度下，在99.999％纯度的氢气气氛中，利用气氛炉对第一半成品SD型1J22磁性铁芯进行磁性能处理，保温3～6h后，冷却得到第二半成品SD型1J22磁性铁芯。

由于在卷绕过程中会使得到的成品SD型1J22磁性铁芯存在残余应力，这种残余应力会导致后续成品SD型1J22磁性铁芯的磁性能下降，因此，需要去除残余应力和恢复磁性能，并且由于1J22材料对杂质很敏感且容易氧化，所以选择了强还原气体，即氢气进行热处理，使得到的成品SD型1J22磁性铁芯具有较高的电磁性能参数，从而保证产品交流磁性能达到性能要求。

同时，该第一半成品SD型1J22磁性铁芯经过长时间高温处理后，绝缘性能良好，涂覆层在1J22钢带上的附着力进一步增强，工艺性能良好，便于后续加工。

进一步地，当该SD型1J22磁性铁芯冷却到300℃时，将其拉出气氛炉炉腔加热区域进行冷却，并利用工业风扇辅助冷却，解决了降温迟滞的问题。

需要说明的是，工业风扇可以根据需要自行选择，本发明实施例在此不作具体限定。

步骤5：利用浸渍料对第二半成品SD型1J22磁性铁芯进行粘结，得到第三半成品SD型1J22磁性铁芯。

该浸渍料为双组份环氧树脂浸渍料，主要由改性环氧树脂和固化剂按3:1的比例配制而成，固化剂为胺类固化剂。

具体地，该改性环氧树脂可以为缩水甘油脂类和缩水甘油胺类中的任意一种，固化剂为胺类固化剂中的芳香胺类固化剂，具体的可以选用苏州亨思特公司的胺类D-113芳香胺固化剂。

利用真空浸渍锅对第二半成品SD型1J22磁性铁芯进行浸渍粘结，并用烘箱烘干，从而使铁芯的层与层之间粘结在一起，由于1J22磁性铁芯浸渍粘结也会对产品造成一定的铁损，如表2和表3所示，通过对不同浸渍料的对比试验，确定了双组份环氧树脂浸渍料，该双组份环氧树脂浸渍料对1J22磁性铁芯性能影响较小，粘结牢固可靠，不易分层，且铁芯后续切割后不需要二次浸渍，有效降低了成产成本。

表2：5151环氧树脂

编号	热处理后P(W/kg)	浸渍后P(W/kg)	平均损耗增长
				1#	47.5W/kg	72.6W/kg	+52.8％
2#	58.6W/kg	87.8W/kg	+49.8％
				3#	52.1W/kg	89.9W/kg	+72.6％
4#	45.8W/kg	83.4W/kg	+82.2％

表3：本发明实施例中的双组份环氧树脂

编号	热处理后P(W/kg)	浸渍后P(W/kg)	平均损耗增长
				1#	48.1W/kg	52.6W/kg	+9.4％
2#	58.6W/kg	64W/kg	+9.2％
				3#	38.1W/kg	40.2W/kg	+5.5％
4#	45.8W/kg	48W/kg	+4.8％

需要说明的是，在表2和表3中，铁损P(W/kg)表示在频率为400Hz、磁感应强度值2.0T时的铁损值测试值。

步骤6：对第三半成品1J22磁性铁芯进行切割，并对其尺寸校剥检验后得到成品SD型1J22磁性铁芯，该SD型1J22磁性铁芯的结构图请参见图3。

进一步地，步骤6具体包括以下步骤：

步骤61：对第三半成品SD型1J22磁性铁芯进行对中分切。

由于1J22材料对应力比较敏感，故采用线切割机床对第三半成品SD型1J22磁性铁芯进行对中分切，降低材料的残余应力，同时便于线圈在铁芯上的装配。

步骤62：对分切后的第三半成品SD型1J22磁性铁芯的切割面进行磨削。

铁芯的端面，也就是切割面要求表面平整，粗糙度≤1.6μm，采用磨床对铁芯的分切面进行磨削，可以达到该粗糙度要求。

步骤63：对磨削后的切割面进行轻微研磨，然后对所述第三半成品SD型1J22磁性铁芯的尺寸校剥检验后得到所述成品SD型1J22磁性铁芯。

为了降低端面磨削后的层间导通现象，采用400目的细砂纸对铁芯的端面轻微研磨，从而消除端面层间导通对铁芯性能的影响。

利用砂纸研磨之后，采用锉刀、尖嘴钳校剥铁芯尺寸，使其满足技术要求，然后采用三相数字电参数测量仪依据产品技术要求检验该SD型1J22磁性铁芯的合格性，确保最终产品的合格。

得到的成品SD型1J22磁性铁芯在加工完成后进行多次磁性能测试，交流磁性能如表4所示：

表4：本发明实施例的1J22磁性铁芯的交流磁性能

需要说明的是，铁损P1.5/400，P1.7/400，P1.9/400，P2.0/400，P2.1/400表示在频率为400Hz时，磁感应强度值分别为1.5T、1.7T、1.9T、2.0T、2.1T时的铁损值，铁损值越小越好。

实施例3

本发明实施例以1J22钢带为例，提供了一种CD型1J22磁性铁芯的制备方法，其具体工艺与SD型1J22磁性铁芯的制备工艺相同，本发明实施例在此不再不在赘述，得到的CD型1J22磁性铁心的结构图请参见图4。

该1J22磁性铁芯采用的1J22钢带具有很高的饱和磁感应强度，比传统的硅钢铁芯重量轻、体积小，从而节省了使用该铁芯的航空航天类产品的体积、重量，也降低了飞行器所需要的能量消耗。

1J22钢带表面的涂复层厚度可以通过两滚轮间隙进行调整，保障产品具有良好的绝缘性能及有效导磁面积；

该1J22磁性铁芯的涂覆层具有较强的附着力，确保了该1J22磁性铁芯具有可靠的绝缘性能；

该1J22磁性铁芯具有较高的电磁性能参数，从而保证产品的各交流磁性能达到产品的性能要求；

该磁性铁芯的制备系统提高了该1J22磁性铁芯的生产效率。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种磁性铁芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：取所需长度和宽度的钢带，并对所述钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到待涂覆钢带；所述钢带的化学成分(wt%)为：C：≤0.04；Mn：≤0.30；Si：≤0.30；P：≤0.020；S：≤0.020；Ni：≤0.50；Cu：≤0.20；Co：49.0～51.0；V：0.80～1.80；其余为Fe；

步骤2：配制涂覆料，对所述待涂覆钢带进行涂覆并烘干，得到涂覆钢带；所述涂覆料为水溶性无机绝缘涂料；涂覆层的厚度为0.005mm~0.01mm；

步骤3：对所述涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品磁性铁芯；

步骤4：对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；在800~900℃的温度下，在99.999%纯度的氢气气氛中，对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，保温3~6h后，冷却得到所述第二半成品铁芯；

步骤5：利用浸渍料对所述第二半成品磁性铁芯进行粘结，得到第三半成品磁性铁芯；所述浸渍料为双组份环氧树脂，所述双组份环氧树脂由改性环氧树脂和固化剂按3:1的比例配制而成；所述改性环氧树脂为缩水甘油脂类和缩水甘油胺类中的任意一种；所述固化剂为胺类固化剂；

步骤6：对所述第三半成品磁性铁芯进行切割，并对其尺寸校剥检验后得到成品磁性铁芯。

2.根据权利要求1所述的磁性铁芯的制备方法，其特征在于，所述步骤6包括：

步骤61：采用线切割机床对所述第三半成品磁性铁芯进行对中分切；

步骤62：采用磨床对分切后的所述第三半成品磁性铁芯的切割面进行磨削；

步骤63：采用细砂纸对磨削后的切割面进行研磨，然后对所述第三半成品磁性铁芯的尺寸校剥检验后得到所述成品磁性铁芯。

3.一种权利要求1~2任一项所述的磁性铁芯的制备方法的制备系统，其特征在于，包括：

下料装置，用于裁剪钢带原料，得到所需长度和宽度的钢带的待涂覆钢带；

涂覆装置，用于对所述待涂覆钢带进行涂覆并烘干，得到涂覆钢带；

所述涂覆装置包括：供料机构、涂覆机构、烘干机构以及收料机构；其中，

所述供料机构用于收集所述待涂覆钢带，并将所述待涂覆钢带提供给所述涂覆机构；

所述涂覆机构包括两个滚轮和涂覆池，所述涂覆池内装有涂覆料，所述待涂覆钢带夹持在两个所述滚轮之间，通过所述滚轮连续转动进行连续涂覆；两个所述滚轮均为橡胶滚轮；

烘干机构用于对涂覆后的钢带进行烘干，得到涂覆钢带；

所述收料机构用于收集所述涂覆钢带；

铁芯卷制装置，用于对所述涂覆钢带进行卷制成型，得到第一半成品磁性铁芯；

磁性能处理装置，用于对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；

浸渍粘结装置，用于对所述第二半成品磁性铁芯进行浸渍粘结，得到第三半成品磁性铁芯；

切割校验装置，用于对所述第三半成品磁性铁芯进行切割，并对其尺寸校剥检验后得到成品磁性铁芯。

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