CN113572319A - 一种径向非晶铁芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种径向非晶铁芯及其制备方法，包含如下步骤：将非晶带材按规定尺寸制得冲片，然后依次通过退火处理、粘结剂浸润处理和固化处理后，制得非晶铁芯，所述粘结剂浸润处理中的粘结剂包含如下组分：硅酸钠54‑68wt％，环氧树脂30‑40wt％，OP乳化剂1‑3wt％，甘油1‑3wt％；非晶铁芯由上述制备方法制备而成。本申请制得的非晶铁芯具有较高的磁学性能、低损耗和较高的使用温度，其综合性能较好。

Description

一种径向非晶铁芯及其制备方法
技术领域
本发明属于电机铁芯制备的技术领域，具体涉及一种径向非晶铁芯及其制备方法。
背景技术
我国是电机制造大国，每年电机铁芯对无取向硅钢的需求量约为700万吨。非晶带材应用于电机铁芯可使铁损降低80-95％，而且磁各向同性，应用于高频电机具有显著的性能优势和巨大的市场潜力。非晶电机产业及非晶铁芯制备技术开发已成为一个新的行业热点，并引起了国内外相关领域研发机构和高科技企业的高度重视和广泛研究。
传统的电机非晶铁芯的制备方法，通常是将退火后的冲片通过胶水或者环氧树脂进行粘结，然后在进行叠层固定。但是，非晶铁芯的磁性能受粘度影响较大，只通过胶水或者环氧树脂进行粘结，制得的非晶铁芯的磁学性能较差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于新型粘结剂的径向非晶铁芯制备方法，该方法使用新型的粘结剂对退火处理后的冲片进行浸润，使制得的非晶铁芯具有较高的磁学性能。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种径向非晶铁芯制备方法，包含以下步骤：
将非晶带材按规定尺寸制得冲片，然后依次通过退火处理、粘结剂浸润处理和固化处理后，制得非晶铁芯；
所述粘结剂浸润处理中的粘结剂包含如下组分：
硅酸钠54-68wt％(例如56wt％、58wt％、61wt％、62wt％、63wt％、65wt％、67wt％)，环氧树脂30-40wt％(例如31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％)，OP乳化剂1-3wt％(例如1.2wt％、1.5wt％、1.8wt％、2wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.8wt％)，甘油1-3wt％(例如1.2wt％、1.5wt％、1.8wt％、2wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.8wt％)。
本申请中，硅酸钠为无机粘结剂，环氧树脂为有机粘结剂，环氧树脂的粘结效果优于硅酸钠，当硅酸钠添加量超过68wt％，环氧树脂的添加量低于30wt％，会影响粘结效果，使固化后的非晶铁芯出现分层现象，从而影响非晶铁芯的机械外观和机械性能，增加非晶铁芯的损耗。
当硅酸钠添加量低于54wt％，环氧树脂的添加量超过40wt％，会使制得的非晶铁芯的损耗增加，使用温度降低。OP乳化剂为表面活性剂，甘油为助溶剂，他们的添加量分别超过3wt％时，会使制得的非晶铁芯损耗增加；他们的添加量分别低于1wt％时，会影响粘结效果，制得的非晶铁芯出现分层。本申请通过硅酸钠、环氧树脂和OP乳化剂的协配作用，能够完全固化非晶铁芯，降低非晶铁芯的损耗，提高非晶铁芯的磁学性能。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述粘结剂包含如下组分：
所述硅酸钠60-64wt％，所述环氧树脂33-36wt％，所述OP乳化剂1-3wt％，所述甘油1-3wt％。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述粘结剂的添加量为所述退火处理后的冲片重量的5-15％。
本申请中，当粘结剂的添加过量过多，会增加铁芯损耗；当粘结剂的添加量过低，不能使冲片完全粘结，从而影响非晶铁芯的磁学性能。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述粘结剂浸润冲片之前，将所述粘结剂与丙酮混合。
本申请中的丙酮作为有机溶剂，其能够使其他物质都均匀分散到丙酮溶剂中，丙酮的添加量以使冲片完成浸湿为宜。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述退火处理的退火温度为370-380℃(例如372℃、374℃、375℃、377℃、379℃)，时间为2-4h(例如2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h)；优选地，所述退火处理在惰性气体保护下进行。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述固化处理的固化温度为150-200℃(例如155℃、165℃、175℃、185℃、195℃)，时间为1-3h(例如1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h)。
本申请中，固化温度与粘结剂相匹配，从而能够保证将粘结剂完全固化，当温度过低或者时间过短时，导致粘结剂固化不彻底，当温度过高或者时间过长，会增加非晶铁芯的损耗。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在进行所述固化处理前，将浸润后的冲片进行叠层固定。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述非晶铁芯为绕制径向铁芯。
本发明第二方面提供一种非晶铁芯，如上述制备方法制得。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述非晶铁芯为绕制径向铁芯。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：
一)本申请采取新型粘结剂对退火处理后的冲片进行浸润，粘结剂中的环氧树脂由于含有多种极性基团和活性很大的环氧基，与金属具有很强的粘接力，胶接强度高，硅酸钠溶液在逐渐失水之后粘度显著增大，引起硬化；硅酸钠的胶粘性随着浓度的不同变动较大；因此，本申请中，通过硅酸钠和环氧树脂的协同作用，使粘结剂的粘度适中，从而使制得的非晶铁芯具有较高的磁学性能和低损耗，其综合性能较好，在软磁材料领域有很大的应用前景；
二)本申请的粘结剂中的环氧树脂为有机材料，其在空气中使用时，一般在180-200℃就会发生热氧化分解，而硅酸钠作为无机材料，具有较高的使用温度，本申请中，通过硅酸钠和环氧树脂的协同作用，从而能够提高非晶铁芯的使用温度，使用温度可在220℃以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的非晶铁芯制备进行说明。应理解，这些实施例仅用于解释本发明而不用于限制本发明的范围。对外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下实施例中所用硅酸钠、环氧树脂和甘油均为市售产品，以下实施例和对比例均使用的同一厂家和型号的相应产品；非晶带材为市售产品，其成分为Fe-Si-B；OP乳化剂为市售产品，其型号为OP-10。本申请中磁通密度B使用LCR数字电桥进行测量；损耗P使用软磁材料动态测量装置进行测量。
实施例1：非晶铁芯(φ40mm*φ30mm*10mm)的制备步骤如下：
(1)冲片：将非晶带材按φ40mm*φ30mm的尺寸制成冲片；
(2)退火：将冲片于惰性气体气氛下进行退火处理，退火温度为370℃，时间4h；
(3)粘结剂浸润：将退火后的冲片和粘结剂充分混合，并将冲片完全浸润，粘结剂中各组分重量百分比为：硅酸钠54％、环氧树脂40％、OP乳化剂3％、甘油3％；
其中，粘结剂添加量为退火处理后的冲片重量的5％，粘结剂在使用前与丙酮混合，丙酮为助溶剂，丙酮的添加量能使得铁芯样品完全浸湿；
(4)固化：将浸润后的冲片按10mm尺寸叠层固定，然后以温度150℃、时间3h的条件进行热处理，得非晶铁芯。
实施例1所得到的非晶铁芯B3500kA/m＝1.26T；P1000Hz,1T＝6.9W/kg，使用温度达到225℃。
实施例2：非晶铁芯(φ30mm*φ20mm*20mm)的制备步骤如下：
(1)冲片：将非晶带材按φ30mm*φ20mm的尺寸制成冲片；
(2)退火：将冲片于惰性气体气氛下进行退火处理，退火温度为380℃，时间2h；
(3)粘结剂浸润：将退火后的冲片和粘结剂充分混合，并将冲片完全浸润，粘结剂中各组分重量百分比为：硅酸钠68％、环氧树脂30％、OP乳化剂1％、甘油1％；
其中，粘结剂添加量为退火处理后的冲片重量的15％，粘结剂在使用前与丙酮混合，丙酮为助溶剂，丙酮的添加量能使得铁芯样品完全浸湿；
(4)固化：将浸润后的冲片按20mm的尺寸叠层固定，然后以温度200℃、时间1h的条件进行热处理，得非晶铁芯。
实施例2所得到的非晶铁芯B3500kA/m＝1.25T；P1000Hz,1T＝7.1W/kg，使用温度达到220℃。
实施例3：与实施例2的区别仅在于，步骤(3)中，粘结剂中各组分重量百分比为：硅酸钠62％、环氧树脂34％、OP乳化剂2％、甘油2％。
实施例3所得到的非晶铁芯B3500kA/m＝1.25T；P1000Hz,1T＝7.0W/kg，使用温度达到221℃。
对比例1：与实施例2的区别仅在于，步骤(3)中，粘结剂中的硅酸钠用玻璃粉代替。
对比例1所得到的非晶铁芯不能完全粘结，其磁性能B3500kA/m＝1.25T；P1000Hz,1T＝12.1W/kg，使用温度达到210℃。
对比例2：与实施例2的区别仅在于，步骤(3)中，粘结剂中不添加硅酸钠，硅酸钠完全由环氧树脂代替。
对比例2所得到的非晶铁芯B3500kA/m＝1.15T；P1000Hz,1T＝15.6W/kg，使用温度达到200℃。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种径向非晶铁芯的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
将非晶带材按规定尺寸制得冲片，然后依次通过退火处理、粘结剂浸润处理和固化处理后，制得非晶铁芯；
所述粘结剂浸润处理中的粘结剂包含如下组分：
硅酸钠54-68wt％，环氧树脂30-40wt％，OP乳化剂1-3wt％，甘油1-3wt％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包含如下组分：
所述硅酸钠60-64wt％，所述环氧树脂33-36wt％，所述OP乳化剂1-3wt％，所述甘油1-3wt％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂的添加量为所述退火处理后的冲片重量的5-15％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂浸润冲片之前，将所述粘结剂与丙酮混合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的退火温度为370-380℃，时间为2-4h；优选地，所述退火处理在惰性气体保护下进行。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理的固化温度为150-200℃，时间为1-3h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在进行所述固化处理前，将浸润后的冲片进行叠层固定。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述非晶铁芯为绕制径向铁芯。
9.一种非晶铁芯，其特征在于，如权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述的非晶铁芯，其特征在于，所述非晶铁芯为绕制径向铁芯。
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