CN111986934A - 一种自韧化纳米复合永磁导电触头及其制造方法 - Google Patents

一种自韧化纳米复合永磁导电触头及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自韧化纳米复合永磁导电触头及其制造方法，该永磁导电触头由三部分组成：固定套筒、芯体和线圈，其中芯体为以按重量份计钕6份‑8份、钼3.5份‑4.5份、硼铁FeB22C0.05 100份‑110份、钇5份‑7份为原料混炼成的合金为芯，以纯铜为壳获得的复合芯体，复合芯体套装在固定套筒中；线圈由卷绕在芯体表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线绕制而成，线圈卷绕在固定套筒的内表面。本发明耐高温、耐腐蚀、抗疲劳。

Description

一种自韧化纳米复合永磁导电触头及其制造方法
技术领域
本发明涉及电气装置技术领域，尤其涉及一种自韧化纳米复合永磁导电触头及其制造方法。
背景技术
纳米复合永磁材料由纳米尺度的软磁相和硬磁相组成，理论上具有高的最大磁能积，同时材料稀土含量低，有望发展为新一代低成本高性能永磁材料。
但市面上的触头最主要的失效原因有三：1、发热，2、锈蚀，3、疲劳裂纹，只有找到了影响高压隔离开关触头失效的原因，同时从影响触头导电性的角度出发，找到影响触头失效的因素，如温度、应力以及环境因素等，才能解决现有触头的问题。
因此，市面上急需一种耐高温、耐腐蚀、抗疲劳的自韧化纳米复合永磁导电触头及其制造方法。
发明内容
本发明旨在提供一种耐高温、耐腐蚀、抗疲劳的自韧化纳米复合永磁导电触头制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种自韧化纳米复合永磁导电触头的制造方法，包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯铜粉6份-8份、金属钕6份-8份、钼3.5份-4.5份、硼铁FeB22C0.05 100份-110份、钇5份-7份、固定套筒、足量碳纤维铝芯复合导线、足量苯胺、过硫酸铵引发剂0.2份-0.5份；
②辅材准备：准备足量按体积比3：1配比的浓硫酸与浓硝酸的混合液，足量10％溶质质量分数的盐酸水溶液，足量氩气；
2)芯体准备
①在阶段1)步骤②准备的足量氩气保护下，将阶段1)步骤①准备的钕、钼、硼铁FeB22C0.05、钇混合均匀后经电渣重熔冶炼，然后随炉冷却至室温，制成一次合金坯；
②将步骤①获得的一次合金坯球磨成500目-1000目的合金粉末，以该合金粉末为原料，以圆柱形二氧化硅容器为模具，采用集成有电磁搅拌设备的真空感应熔炼炉熔炼，熔炼工艺为：升温前抽真空至1×10-2Pa-1×10-3Pa，待到温后原料开始熔化时计时，开启100rpm/min-250rpm/min搅拌速率的电磁搅拌，并保温20min-23min后停止加热并采用氮气速冷，然后出炉脱模，获得粗糙磁芯；
③将步骤②获得的粗糙磁芯在1×10-2Pa-1×10-3Pa真空度下，以730℃-750℃的温度退火处理，再将退火后获得的粗糙磁芯圆柱表面及两个端面均机械抛光去除0.3mm-0.5mm的厚度，获得规则磁芯；
④将阶段1)步骤①准备的纯铜粉加热至熔化后，采用超声速火焰喷涂方式均匀喷涂在步骤③获得的规则磁芯表面，然后机械抛光获得复合材料的两个端面，获得所需终制磁芯；
3)导线制备
①将阶段1)步骤①准备的碳纤维铝芯复合导线完全浸入阶段1)步骤②准备的浓硫酸与浓硝酸的混合液，采用200W-250W超声波处理3.5h-4h，获得羧化钝化复合导线，然后采用清水将复合导线漂洗干净；
②将步骤①获得的羧化钝化复合导线浸入阶段1)步骤②准备的盐酸水溶液中，将盐酸水溶液浸入-5℃～-10℃的冰浴，以120rpm/min-150rpm/min的速率开启搅拌，然后投入阶段1)步骤①准备的苯胺，最后以10％/min的质量速率在反应液中投入阶段1)步骤①准备的过硫酸铵引发剂，搅拌40min-50min，取出反应液将其在-5℃～-10℃冰箱内静置0.5天-1天，滤出固化物，并采用乙醇与水分别漂洗至漂洗干净，获得改性复合导线；
4)导电触头成型
①将阶段2)获得的终制磁芯作为可移动结构套装在阶段1)步骤①准备的固定套筒中，再将阶段3)获得的改性复合导线剪去首尾端后卷绕在固定套筒内表面，保证改性复合导线与终制磁芯表面不相接触，获得复合芯体结构，该复合芯体结构即为所需自韧化纳米复合永磁导电触头。
一种自韧化纳米复合永磁导电触头，该永磁导电触头由三部分组成：固定套筒、芯体和线圈，其中芯体为以按重量份计钕6份-8份、钼3.5份-4.5份、硼铁FeB22C0.05 100份-110份、钇5份-7份为原料混炼成的合金为芯，以纯铜为壳获得的复合芯体，复合芯体套装在固定套筒中；线圈由卷绕在芯体表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线绕制而成，线圈卷绕在固定套筒的内表面。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明特制的磁芯其硬磁性能来源于细小及均匀分布的软磁相α-Fe，Fe3B，而硬磁相来源于Nd2Fe14B相，软磁相与硬磁相间存在强的交换耦合作用。使本发明获得的磁性能为：Br＝0.51T，Hci＝1289kA/m以及(BH)max＝46.2kJ/m3。(2)本发明对特制的磁芯采用了特别的、经过大量基础研究和长期生产实践获得的热处理参数，在研究中我们发现，若采用相对于本发明更高的热处理温度将引起磁性相晶粒急剧长大，过于粗大的晶粒会减弱磁性相间的铁磁交换耦合作用，而相对于本发明更低的热处理温度则无法获得足够的磁性功能相。(3)本发明实际获得了表层纯铜、整体永磁体的触头，既有高的磁感、又是良导体，以永磁体为芯、纯铜为壳，既获得了优良的磁性能，又回避了纳米永磁材料对应力敏感的缺陷，同时表层韧化抗冲击、表面接触面积大。(4)本发明是指形触头而不是桥形触头，因此不存在金属疲劳的问题，仅需考虑冲击损坏和磨损，而本发明不中于常规技术，在硬质芯体表面增加了相对柔软的永磁性的纯铜，既保证了磁芯不会由于芯体强度不够导致变形，又保护了被撞击面不受损坏，还在两个硬质体间建设了相对柔性的缓冲，同时提升了接触面，因此本发明抗疲劳能力强。(5)本发明采用的所有材料均耐高温，由于没有采用锡焊或树脂等不耐高温的固化材料，同时对不耐燃的碳纤维和不耐蚀的铝芯进行了钝化和苯胺附着防护及与芯体间的绝缘处理，同时由于苯胺的原因，还获得了感觉线圈自憎水的性能，扩大了应用范围，降低了表面防护难度。因此，本发明具有耐高温、耐腐蚀、抗疲劳的特性。
具体实施方式
实施例1：
一种自韧化纳米复合永磁导电触头，该永磁导电触头由三部分组成：固定套筒、芯体和线圈，其中芯体为以按重量份计钕7g、钼4.2g、硼铁FeB22C0.05 107g、钇5.8g为原料混炼成的合金为芯，以纯铜为壳获得的复合芯体，复合芯体套装在固定套筒中；线圈由卷绕在芯体表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线绕制而成，线圈卷绕在固定套筒的内表面；该永磁导电触头的制造方法包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯铜粉7g、金属钕7g、钼4.2g、硼铁FeB22C0.05107g、钇5.8g、固定套筒、足量碳纤维铝芯复合导线、足量苯胺、过硫酸铵引发剂0.2g-0.5g；
②辅材准备：准备足量按体积比3：1配比的浓硫酸与浓硝酸的混合液，足量10％溶质质量分数的盐酸水溶液，足量氩气；
2)芯体准备
①在阶段1)步骤②准备的足量氩气保护下，将阶段1)步骤①准备的钕、钼、硼铁FeB22C0.05、钇混合均匀后经电渣重熔冶炼，然后随炉冷却至室温，制成一次合金坯；
②将步骤①获得的一次合金坯球磨成500目-1000目的合金粉末，以该合金粉末为原料，以圆柱形二氧化硅容器为模具，采用集成有电磁搅拌设备的真空感应熔炼炉熔炼，熔炼工艺为：升温前抽真空至1×10-2Pa-1×10-3Pa，待到温后原料开始熔化时计时，开启100rpm/min-250rpm/min搅拌速率的电磁搅拌，并保温20min-23min后停止加热并采用氮气速冷，然后出炉脱模，获得粗糙磁芯；
③将步骤②获得的粗糙磁芯在1×10-2Pa-1×10-3Pa真空度下，以730℃-750℃的温度退火处理，再将退火后获得的粗糙磁芯圆柱表面及两个端面均机械抛光去除0.3mm-0.5mm的厚度，获得规则磁芯；
④将阶段1)步骤①准备的纯铜粉加热至熔化后，采用超声速火焰喷涂方式均匀喷涂在步骤③获得的规则磁芯表面，然后机械抛光获得复合材料的两个端面，获得所需终制磁芯；
3)导线制备
①将阶段1)步骤①准备的碳纤维铝芯复合导线完全浸入阶段1)步骤②准备的浓硫酸与浓硝酸的混合液，采用200W-250W超声波处理3.5h-4h，获得羧化钝化复合导线，然后采用清水将复合导线漂洗干净；
②将步骤①获得的羧化钝化复合导线浸入阶段1)步骤②准备的盐酸水溶液中，将盐酸水溶液浸入-5℃～-10℃的冰浴，以120rpm/min-150rpm/min的速率开启搅拌，然后投入阶段1)步骤①准备的苯胺，最后以10％/min的质量速率在反应液中投入阶段1)步骤①准备的过硫酸铵引发剂，搅拌40min-50min，取出反应液将其在-5℃～-10℃冰箱内静置0.5天-1天，滤出固化物，并采用乙醇与水分别漂洗至漂洗干净，获得改性复合导线；
4)导电触头成型
①将阶段2)获得的终制磁芯作为可移动结构套装在阶段1)步骤①准备的固定套筒中，再将阶段3)获得的改性复合导线剪去首尾端后卷绕在固定套筒内表面，保证改性复合导线与终制磁芯表面不相接触，获得复合芯体结构，该复合芯体结构即为所需自韧化纳米复合永磁导电触头。
根据本实施例制造出的磁芯，其磁性能为：Br＝0.51T，Hci＝1289kA/m以及(BH)max＝46.2kJ/m3。(下同)
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
原材料：纯铜粉8g、金属钕6g、钼3.5g、硼铁FeB22C0.05 100g、钇5g、过硫酸铵引发剂0.2g；
实施例3：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
原材料：纯铜粉6g、金属钕8g、钼4.5g、硼铁FeB22C0.05 110g、钇7g、过硫酸铵引发剂0.5g；
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种自韧化纳米复合永磁导电触头的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备纯铜粉6份-8份、金属钕6份-8份、钼3.5份-4.5份、硼铁FeB22C0.05 100份-110份、钇5份-7份、固定套筒、足量碳纤维铝芯复合导线、足量苯胺、过硫酸铵引发剂0.2份-0.5份；
②辅材准备：准备足量按体积比3：1配比的浓硫酸与浓硝酸的混合液，足量10％溶质质量分数的盐酸水溶液，足量氩气；
2)芯体准备
①在阶段1)步骤②准备的足量氩气保护下，将阶段1)步骤①准备的钕、钼、硼铁FeB22C0.05、钇混合均匀后经电渣重熔冶炼，然后随炉冷却至室温，制成一次合金坯；
②将步骤①获得的一次合金坯球磨成500目-1000目的合金粉末，以该合金粉末为原料，以圆柱形二氧化硅容器为模具，采用集成有电磁搅拌设备的真空感应熔炼炉熔炼，熔炼工艺为：升温前抽真空至1×10-2Pa-1×10-3Pa，待到温后原料开始熔化时计时，开启100rpm/min-250rpm/min搅拌速率的电磁搅拌，并保温20min-23min后停止加热并采用氮气速冷，然后出炉脱模，获得粗糙磁芯；
③将步骤②获得的粗糙磁芯在1×10-2Pa-1×10-3Pa真空度下，以730℃-750℃的温度退火处理，再将退火后获得的粗糙磁芯圆柱表面及两个端面均机械抛光去除0.3mm-0.5mm的厚度，获得规则磁芯；
④将阶段1)步骤①准备的纯铜粉加热至熔化后，采用超声速火焰喷涂方式均匀喷涂在步骤③获得的规则磁芯表面，然后机械抛光获得复合材料的两个端面，获得所需终制磁芯；
3)导线制备
①将阶段1)步骤①准备的碳纤维铝芯复合导线完全浸入阶段1)步骤②准备的浓硫酸与浓硝酸的混合液，采用200W-250W超声波处理3.5h-4h，获得羧化钝化复合导线，然后采用清水将复合导线漂洗干净；
②将步骤①获得的羧化钝化复合导线浸入阶段1)步骤②准备的盐酸水溶液中，将盐酸水溶液浸入-5℃～-10℃的冰浴，以120rpm/min-150rpm/min的速率开启搅拌，然后投入阶段1)步骤①准备的苯胺，最后以10％/min的质量速率在反应液中投入阶段1)步骤①准备的过硫酸铵引发剂，搅拌40min-50min，取出反应液将其在-5℃～-10℃冰箱内静置0.5天-1天，滤出固化物，并采用乙醇与水分别漂洗至漂洗干净，获得改性复合导线；
4)导电触头成型
①将阶段2)获得的终制磁芯作为可移动结构套装在阶段1)步骤①准备的固定套筒中，再将阶段3)获得的改性复合导线剪去首尾端后卷绕在固定套筒内表面，保证改性复合导线与终制磁芯表面不相接触，获得复合芯体结构，该复合芯体结构即为所需自韧化纳米复合永磁导电触头。
2.一种自韧化纳米复合永磁导电触头，其特征在于：该永磁导电触头由三部分组成：固定套筒、芯体和线圈，其中芯体为以按重量份计钕6份-8份、钼3.5份-4.5份、硼铁FeB22C0.05 100份-110份、钇5份-7份为原料混炼成的合金为芯，以纯铜为壳获得的复合芯体，复合芯体套装在固定套筒中；线圈由卷绕在芯体表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线绕制而成，线圈卷绕在固定套筒的内表面。
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