CN111876216B - 润滑剂及利用其的高强度软磁复合材料成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型润滑剂及利用其的高强度软磁复合材料成形工艺，属于材料成型技术领域。上述新型润滑剂，由以下质量百分比组分组成：微粉蜡90‑95％，硬脂酸锌5‑10％。本发明特定的润滑剂复配，使得制备的软磁复合材料具有较高的强度和优良的磁性能。

Description

润滑剂及利用其的高强度软磁复合材料成形工艺

技术领域

本发明涉及材料成型技术领域，具体提供一种新型润滑剂及利用其的高强度软磁复合材料成形工艺。

背景技术

软磁复合材料SMC是基于软磁颗粒，且在每个颗粒上都有一层电绝缘层。使用传统的粉末冶金过程，通过对所述绝缘了的颗粒可选择地连同润滑剂和/或粘合剂进行压制，可以得到SMC部件。与使用钢片相比，使用粉末冶金技术可以制备出在SMC部件的设计中具有更高自由度的材料，因为SMC材料可以载有三维磁通，并且使用压制过程可以获得三维形状。

SMC的现有研究均是围绕电磁性能开展的，而关于其强度的研究甚少，其强度的影响因素包括：成形方式、润滑剂、粘结剂、退火温度等。由于软磁复合材料外层具有一层有机绝缘层，为了保证绝缘层不被破坏，通常需要较低的温度来进行退火(400-650℃)，由于退火的温度较低，导致软磁复合材料的强度较低，尤其是针对于薄壁件的成形，其强度会更低。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种新型润滑剂及利用其的高强度软磁复合材料成形工艺；本发明特定的工艺步骤制备的软磁复合材料具有较高的强度和优良的磁性能。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种新型润滑剂，由以下质量百分比组分组成：微粉蜡90-95％，硬脂酸锌5-10％。

优选的，上述新型润滑剂由以下质量百分比组分组成：微粉蜡95％，硬脂酸锌5％。

另一方面，本发明还提供一种高强度软磁复合材料成形工艺，包括：

步骤1：将软磁性粉末与润滑剂混合均匀；

所述润滑剂由微粉蜡和硬脂酸锌组成，其中，微粉蜡用量占所述润滑剂质量的90-95％，其余为硬脂酸锌；

步骤2：将混合好的粉料进行加热，加热保温一段时间；

步骤3：将加热的粉料在压机上压制成型；

步骤4：将压制好的试样在氮气氛围中进行退火处理；

步骤5：将退火的试样在渗透剂中含浸1-2h，含浸后取出干燥即可。

进一步的，所述步骤1中，软磁性粉末为赫格纳斯130i5P、700HR5P 的粉料；润滑剂添加量为软磁性粉末质量的0.4-0.6％。

进一步的，所述步骤2中，加热温度为100-120℃，保温时间为0.5h。

进一步的，所述步骤3中，压制力为800MPa，保压时间3s。

进一步的，所述步骤4中，退火处理的温度为650℃，保温30min。

进一步的，所述步骤5中，渗透剂为TS121渗透剂。

进一步的，所述步骤5中，干燥温度为80℃，干燥时间为0.5h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明选用特定的润滑剂组成，得到具有高强度的软磁复合材料；同时通过对压制的方式、润滑剂的选配及添加、退火以及含浸等方面进行了合理的优化和组配，形成了一条针对于提高软磁复合材料强度的工艺，尤其适用于薄壁件，使得制备的软磁复合材料具有较高的强度和优良的磁性能。

附图说明

图1为本发明制备的产品零件为薄壁件时的结构示意图，其中，A部厚度小于1mm。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。

本发明提供一种新型润滑剂及利用其的高强度软磁复合材料成形工艺，具体实施例如下。

实施例1

一种新型润滑剂，由以下质量百分比组分组成：微粉蜡90％，硬脂酸锌10％。

实施例2

一种新型润滑剂，由以下质量百分比组分组成：微粉蜡95％，硬脂酸锌5％。

其中，硬脂酸锌性能如下表1。

表1

其中，微粉蜡性能如下表2。

表2

为说明本发明润滑剂的有益效果，构建如下对比例。

对比例1

润滑剂为5％硬脂酸锌和95％PEG-8000混合物。

对比例2

润滑剂为5％硬脂酸锌和95％酰胺蜡混合物。

对比例3

润滑剂为硬脂酸锌。

对比例4

润滑剂为PEG-8000。

对比例5

润滑剂为微粉蜡。

对比例6

润滑剂为酰胺蜡。

对比例7

润滑剂中硬脂酸锌和微粉蜡，二者质量比15∶85。

对比例8

市售赫格纳斯5Plube润滑剂替换本发明中的润滑剂。

将上述实施例1-2和对比例1-8所述的润滑剂分别添加至软磁粉料中，通过温压成型，退火得到薄壁件，薄壁件结构示意图见图1，需要说明的是，该薄壁件的结构仅为示例，其还可以为其他结构的。该产品零件内圈边角处(A部)，厚度小于1mm。强度具体测量方式：采用国标强度测试，试样是按照GB/T5319-2002《烧结粉末冶金材料(不包括硬质合金)横向断裂强度的测定》要求，制备长宽高分别为30mm×12mm×6mm的样条进行测量，强度越高，边角处越不容易受到磕碰掉渣。其中，粉料采用赫格纳斯130i5P的粉料，采用温压粉料加热80℃，控制压制力为800MPa进行压制后再进行650℃退火。润滑剂的添加质量分数为0.4％。对得到的软磁复合材料的性能进行测试，结果如下表3。

表3

目前润滑剂的种类大致分为三种类型，一种是金属皂类以硬脂酸锌和硬脂酸锂为代表，第二种是高分子聚合区类型润滑剂该种润滑剂的代表为 EBS腊(也叫做白蜡或Acrawax C)和酰胺蜡，第三类是不同化合物组合而成的润滑剂，例如Kenolube、metallube和GS-lube等。

润滑剂的选择：由于硬脂酸锌的粉末流动性好、松装密度高，所以选用硬脂酸锌作为润滑剂组分的一种，高分子聚合物选用微粉蜡、PEG-10000 以及酰胺蜡作为润滑剂的筛选组分。由于硬脂酸锌在烧结后会产生炉垢等污染，所以选择硬脂酸锌的含量小于等于10％，其余高分子聚合物的含量大于等于90％。

通过表3中数据对比可知，通过合理选配确定硬脂酸锌和微粉蜡的组合具有较高的横向断裂强度。通过该种对硬脂酸锌和微粉蜡进行含量优化，确定95％微粉蜡、5％硬脂酸锌横向断裂强度进一步提升，达到 44.5MPa，功耗影响化不大。

实施例3

一种高强度软磁复合材料成形工艺，包括：

步骤1：选取实施例2的新型润滑剂，添加到赫格纳斯130i5P的粉料中，添加含量为粉料质量的0.4％。润滑剂添加后粉料混合1h，保证润滑剂充分混合均匀；

步骤2：将混合好的粉料进行加热，加热温度为120℃，保温时间为 0.5h；

步骤3：将加热好的粉料在压机上进行压制，压制力为800MPa，保压时间3s；

步骤4：将压制好的试样在650℃退火处理，氮气氛围中保温30min；

步骤5：退火后的软磁复合材料在TS121渗透剂中含浸2h，含浸后取出在干燥炉中80℃下干燥0.5h即可。

其中，TS121渗透剂性能如下表4。

表4

实施例4

一种高强度软磁复合材料成形工艺，包括：

步骤1：选取实施例1的新型润滑剂，添加到赫格纳斯130i5P的粉料中，添加含量为0.5％。润滑剂添加后粉料混合1h，保证润滑剂充分混合均匀。

步骤2：将混合好的粉料进行加热，加热温度为100℃，保温时间为 0.5h；

步骤3：将加热的粉料在压机上进行压制，压制力为800MPa，保压时间3s；

步骤4：将压制的试样在650℃退火处理，氮气氛围中保温30min；

步骤5：将退火后的试样在TS121渗透剂中含浸2h，含浸后取出在干燥炉中80℃下干燥0.5h。

实施例5

一种高强度软磁复合材料成形工艺，包括：

步骤1：选取实施例2的新型润滑剂，添加到赫格纳斯130i5P的粉料中，添加含量为0.6％。润滑剂添加后粉料混合1h，保证润滑剂充分混合均匀。

步骤2：将混合好的粉料进行加热，加热温度为110℃，保温时间为 0.5h；

步骤3：将加热的粉料在压机上进行压制，压制力为800MPa，保压时间3s；

步骤4：将压制的试样在650℃退火处理，氮气氛围中保温30min；

步骤5：将退火后的试样在TS121渗透剂中含浸2h，含浸后取出在干燥炉中80℃下干燥0.5h。

实施例6

将赫格纳斯130i5P的粉料替换为赫格纳斯700HR5P粉料，其余条件与实施例3相同。

其中，700HR5P对应性能见表5。

表5

为进一步说明本发明的有益效果，因篇幅有限，仅以实施例3为例，构建如下对比例。

1、润滑剂对材料性能的影响

对比例9

润滑剂为对比例1的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例10

润滑剂为对比例2的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例11

润滑剂为对比例3的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例12

润滑剂为对比例4的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例13

润滑剂为对比例5的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例14

润滑剂为对比例6的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例15

润滑剂为对比例7的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例16

润滑剂为对比例8的润滑剂，其余条件与实施例3相同。

对比例17

市售赫格纳斯5Plube润滑剂替换本发明中的润滑剂，其余条件与实施例6相同。

对上述实施例3-6和对比例9-17制备的材料(制备得到与上相同的薄壁件)的性能进行检测，结果见表6。

表6

由表6可知，通过特定工艺和润滑剂的选择，得到了具有高强度的软磁复合材料。

同时，上述工艺应用在赫格纳斯两款牌号的材料中，对其电磁性能的影响较小，强度有大幅度的提升，130i5P中，强度提升了近33％以上，应用在700HR5P中，强度提升了近18.7％。

2、温压温度对材料性能的影响

对比例18

步骤2中加热温度为80℃，其余条件与实施例3相同。

对比例19

步骤2中加热温度为140℃，其余条件与实施例3相同。

对上述实施例3和对比例18-19制备的材料(制备得到与上相同的薄壁件)的性能进行检测，结果见表7。

表7

由表7可知，当温度为120℃时，强度达到90.2MPa，密度增加到 7.53g/cm³，Bs为1.58，功耗略有下降，为99.2W/kg，当温度提升到140℃时，虽然强度继续增加，但此时电磁性能变差，功耗达到了132.8W/kg。

3、含浸对材料性能的影响

对比例20

省略步骤5，其余条件与实施例3相同。

对上述实施例3和对比例20制备的材料(制备得到与上相同的薄壁件)的性能进行检测，结果见表8。

表8

针对于薄壁件，在搬运运输的过程中由于磕碰原因，仍会导致薄壁件边缘缺损的现象，为了进一步提高其强度，(软磁复合材由于添加了润滑剂，在烧结后润滑剂会挥发，在润滑剂原有位置会留有孔隙)对软磁复合材料进行含浸。

由表8可知，通过含浸后对软磁复合材料的强度进行测试，强度达到了90.2MPa，与对比例20相比，强度提高了近103％。由于含浸导致杂质的引入，功耗略有增加，增加到99.2W/kg，Bs为1.58。

综上可知，本发明通过选用特定的润滑剂、温压温度和退火以及含浸步骤，使得制备的软磁复合材料具有较高的强度和优良的磁性能。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强度软磁复合材料成形工艺，其特征在于，由以下步骤组成：

步骤1：将软磁性粉末与润滑剂混合均匀；

所述润滑剂由以下质量百分比组分组成：微粉蜡90-95％，硬脂酸锌5-10％；

步骤2：将混合好的粉料进行加热，加热保温一段时间；加热温度为100-120℃，保温时间为0.5h；

步骤3：将加热的粉料在压机上压制成型；

步骤4：将压制好的试样在氮气氛围中进行退火处理；退火处理的温度为650℃，保温30min；

步骤5：将退火的试样在渗透剂中含浸1-2h，含浸后取出干燥即可；所述渗透剂为TS121渗透剂。

2.根据权利要求1所述的高强度软磁复合材料成形工艺，其特征在于，所述步骤1中，软磁性粉末为赫格纳斯130i5P、700HR5P的粉料。

3.根据权利要求2所述的高强度软磁复合材料成形工艺，其特征在于，所述润滑剂由以下质量百分比组分组成：微粉蜡95％，硬脂酸锌5％。

4.根据权利要求3所述的高强度软磁复合材料成形工艺，其特征在于，所述润滑剂添加量为软磁性粉末质量的0.4-0.6％。

5.根据权利要求4所述的高强度软磁复合材料成形工艺，其特征在于，所述步骤3中，压制力为800MPa，保压时间3s。

6.根据权利要求5所述的高强度软磁复合材料成形工艺，其特征在于，所述步骤5中，干燥温度为80℃，干燥时间为0.5h。

7.根据权利要求6所述的高强度软磁复合材料成形工艺，其特征在于，由以下步骤组成：

步骤1：选取润滑剂添加到赫格纳斯130i5P的粉料中，添加含量为粉料质量的0.4％；润滑剂添加后粉料混合1h，保证润滑剂充分混合均匀；

所述润滑剂由以下质量百分比组分组成：微粉蜡95％，硬脂酸锌5％；

步骤2：将混合好的粉料进行加热，加热温度为120℃，保温时间为0.5h；

步骤3：将加热好的粉料在压机上进行压制，压制力为800MPa，保压时间3s；

步骤4：将压制好的试样在650℃退火处理，氮气氛围中保温30min；

步骤5：退火后的软磁复合材料在TS121渗透剂中含浸2h，含浸后取出在干燥炉中80℃下干燥0.5h即可。

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