CN114318178A - 非晶带材及其制备方法、及非晶电机铁芯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非晶带材及其制备方法、及非晶电机铁芯的制备方法，非晶带材，按原子百分比计，包括以下组分：Si：1‑2.5％；B：15‑16.5％；C：0.2‑0.5％；X：1‑5％；其余为Fe；其中，所述X为稀土元素。本发明通过提出一种主要组成元素为FeSiBCX的非晶带材，并通过合理配置其各组分的配比，并加入稀土元素X，使得本非晶带材的Bs值可以达到1.8T，远高于传统1K101铁基非晶材料的1.56T，从而可以进一步提升非晶电机的性能。

Description

非晶带材及其制备方法、及非晶电机铁芯的制备方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种非晶带材及其制备方法、及非晶电机铁芯的制备方法。

背景技术

目前，公知的电机铁芯制作工艺是用硅钢带材，冲制成铁芯所需的结构形状，另外还冲制有卡扣，将一定数量的硅钢片叠压在一起，片与片之间靠卡扣连接和限位。非晶材料相较于传统的硅钢片，具有优异的电磁性能，其效率高、能耗低，是目前电机的重要研究方向。

非晶电机是指采用非晶材料作为电机铁芯材料的电机，目前大多采用1K101铁基非晶材料来制作电机铁芯材料，但是受1K101铁基非晶材料的Bs值的限制，导致目前非晶电机的性能很难得到进一步突破。并且，目前在采用非晶材料制作电机铁芯的制备工艺当中，由于材料很薄，计算片数多而造成公差累计误差大，以及钢性不足的原因，传统工艺难以胜任，叠压高度与叠压系数都无法保证，从而也难以满足电机制造精度的要求，此外，由于缺乏合理的非晶片材之间的粘结工艺，导致制作的电机铁芯的非晶片材容易脱落，降低使用寿命。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种非晶带材及其制备方法、及非晶电机铁芯的制备方法，以解决背景技术当中的至少一技术问题。

根据本发明实施例当中的一种非晶带材，按原子百分比计，包括以下组分：

Si：1-2.5％；

B：15-16.5％；

C：0.2-0.5％；

X：1-5％；

其余为Fe；

其中，所述X为稀土元素。

优选地，所述X为La或Y。

优选地，所述B以硼铁中间合金的形式加入，所述C以高纯铁碳合金的形式加入。

根据本发明实施例当中的一种非晶带材的制备方法，用于制备上述的非晶带材，所述制备方法包括：

按给定配方，经换算成质量比后称重配料，配好的原材料在干燥箱中进行烘烤处理，所述配好的原材料包括纯铁、高纯铁碳合金、硼铁中间合金、硅和稀土元素X；

将所述纯铁和所述高纯铁碳合金放入熔炼炉中进行熔炼；

待完全熔化后先加入所述硼铁中间合金、最后加入所述硅和所述稀土元素X；

待钢液完全熔解后，除渣、精炼，倒入铸模，形成母合金钢锭；

将所述母合金钢锭置于喷带设备当中进行熔炼喷带，形成所述非晶带材。

优选地，所述熔炼炉的熔炼真空度为-0.1Mpa，熔炼温度为1500℃-1600℃，所述烘烤处理的温度为100℃，烘烤时间为1小时，精炼时间为15min。

根据本发明实施例当中的一种非晶电机铁芯的制备方法，所述制备方法包括：

提供非晶带材，并对所述非晶带材进行裁剪处理，以获得预定形状规格的非晶片材，所述非晶带材为上述的非晶带材；

根据非晶片材的几何尺寸和叠压高度计算铁芯体积，并根据铁芯体积计算非晶片材的总质量；

根据非晶片材的总质量，称取对应量的非晶片材；

将称取的非晶片材装入叠压模具中进行叠压，以将称取的非晶片材叠压成铁芯形状；

将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中进行浸胶处理，以使粘结剂渗透到片材与片材之间的缝隙；

对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理，待粘结剂干燥固化后，拆除叠压模具，取出制备得到的非晶电机铁芯。

优选地，其中，非晶片材的总质量m＝铁芯体积V×材料密度ρ×叠压系数K。

优选地，所述将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中进行浸胶处理的步骤包括：

将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中，使叠压好的非晶片材完全浸渍于胶水中，所述胶水为固化收缩率2％～3％的胶水；

将胶水温度加热至50～60℃，保温15分钟后，反复多次对真空浸胶设备进行抽真空和释放真空处理。

优选地，所述反复多次对真空浸胶设备进行抽真空和释放真空处理的步骤包括：

步骤1、抽真空至-0.09MPa后再持续轴真空15分钟后停止，之后释放真空到-0.06MPa，5分钟后释放到-0.03Mpa，再过5分钟后完全释放容器真空；

步骤2、静置5分钟后，再执行步骤1，循环3次。

优选地，所述对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理的步骤包括：

将叠压模具取出放入烤箱中烘烤，以对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理。

与现有技术相比：通过提出一种主要组成元素为FeSiBCX的非晶带材，并通过合理配置其各组分的配比，并加入稀土元素X，使得本非晶带材的Bs值可以达到1.8T，远高于传统1K101铁基非晶材料的1.56T，从而可以进一步提升非晶电机的性能。

附图说明

图1-图2为本发明一实施例中的非晶带材的测试曲线图；

图3为本发明一实施例中的非晶电机铁芯的制备方法的流程图；

图4为本发明一实施例中的非晶片材的结构图；

图5为本发明一实施例中的非晶电机铁芯的结构图；

图6为本发明一实施例中的叠压模具的结构图；

图7为图6当中A-A线的剖视图；

图8为图6当中B-B线的剖视图。

以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

此外，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的一者”连接的项目的列表可意味着所列项目中的任一者。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的一者”意味着仅A或仅B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的一者”意味着仅A；仅B；或仅C。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”或“A或B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”或“A、B或C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。

本发明一方面提出一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBCX，按原子百分比计，包括以下组分：

Si(硅)：1-2.5％；

B(硼)：15-16.5％；

C(碳)：0.2-0.5％；

X：1-5％；

其余为Fe(铁)；

其中，所述X为稀土元素。

具体地，在一些较佳实施例当中，所述X可以为La(镧)或Y(钇)。所述B可以以硼铁中间合金的形式加入，所述C可以高纯铁碳合金的形式加入。

实施例一

本发明实施例一提供一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBCLa，按原子百分比计，包括以下组分：

Si：2％；B：15.5％；C：0.3％；La：2％；其余为Fe。

实施例二

本发明实施例二提供一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBCLa，按原子百分比计，包括以下组分：

Si：1.8％；B：16％；C：0.4％；La：3％；其余为Fe。

实施例三

本发明实施例三提供一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBCY，按原子百分比计，包括以下组分：

Si：1.6％；B：15.5％；C：0.25％；Y：3％；其余为Fe。

实施例四

本发明实施例三提供一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBCY，按原子百分比计，包括以下组分：

Si：2.3％；B：16％；C：0.25％；Y：3％；其余为Fe。

综上，通过提出一种主要组成元素为FeSiBCX的非晶带材，并通过合理配置其各组分的配比，并加入稀土元素X，使得本非晶带材的Bs值可以达到1.8T(如图1-图2所示)，远高于传统1K101铁基非晶材料的1.56T，从而可以进一步提升非晶电机的性能。

实施例五

本发明实施例五提供一种非晶带材的制备方法，用于制备上述任一实施例所述的非晶带材，所述制备方法包括：

按给定配方，经换算成质量比后称重配料，配好的原材料在干燥箱中进行烘烤处理，所述配好的原材料包括纯铁、高纯铁碳合金、硼铁中间合金、硅和稀土元素X；

将所述纯铁和所述高纯铁碳合金放入熔炼炉中进行熔炼；

待完全熔化后先加入所述硼铁中间合金、最后加入所述硅和所述稀土元素X；

待钢液完全熔解后，除渣、精炼，倒入铸模，形成母合金钢锭；

将所述母合金钢锭置于喷带设备当中进行熔炼喷带，形成所述非晶带材。

其中，所述熔炼炉的熔炼真空度为-0.1Mpa，熔炼温度为1500℃-1600℃，所述烘烤处理的温度为100℃，烘烤时间为1小时，精炼时间为15min。

也即，在本实施例当中，先根据给定配方(例如Si：2％；B：15.5％；C：0.3％；La：2％；其余为Fe)，将其换算成对应的质量比后称重配料，配好的原材料在干燥箱中经100℃烘烤1小时，这一步非常重要，经烘烤之后能够有效去除原材料中的水份，避免将水分带入熔炼炉中，以避免水分存在而影响而组分之间的融合；然后将烘烤后的原材按照设计的工艺加入真空中频感应炉熔炼。加料顺序为先将纯铁和高纯铁碳合金放进熔炼炉中，抽真空至-0.1MPa，待完全熔化后再加入硼铁，硅和稀土X中间合金最后加入。设定熔炼的温度1500℃-1600℃，待钢液完全熔解后，需除渣、精炼15min(防止合金产生偏析)，倒入铸模，形成母合金钢锭。最后将母合金钢锭置于喷带设备当中进行二次熔炼后喷出非晶带材。

实施例六

请参阅图3，所示为本发明实施例六提供的一种非晶电机铁芯的制备方法，所述制备方法具体包括步骤S01-步骤S06。其中：

步骤S01、提供非晶带材，并对所述非晶带材进行裁剪处理，以获得预定形状规格的非晶片材，所述非晶带材为上述任一实施例所述的非晶带材。

其中，裁剪后的非晶片材形状如图4所示，最终制备的非晶电机铁芯的形状如图5所示。可见，非晶电机铁芯是由很多张非晶片材层叠而成。

步骤S02、根据非晶片材的几何尺寸和叠压高度计算铁芯体积，并根据铁芯体积计算非晶片材的总质量。

其中，非晶片材的总质量m＝铁芯体积V×材料密度ρ×叠压系数K。铁芯体积V＝非晶片材的面积S×叠压高度h。其中，材料密度ρ可通过对非晶带材进行密度测量得到，叠压高度h与最终制备的非晶电机铁芯的高度相对应，叠压系数一般可以取0.86。

步骤S03、根据非晶片材的总质量，称取对应量的非晶片材。

在具体实施时，可以利用天平称量片材，当片材质量等于m或最接近m，此时的所称量的片材即为铁芯所需的片材。取得质量m的方法具体是：一是，如果称量的质量小于m，此时增加一片片材后质量大于m，然后比较增加前与增加后的质量与m的差值，取相差小的片材总数；二是，如果称量的质量大于m，此时减少一片片材后质量小于m，然后比较减少前与减少后的质量与m的差值，取相差小的片材总数。

步骤S04、将称取的非晶片材装入叠压模具中进行叠压，以将称取的非晶片材叠压成铁芯形状。

具体地，请参阅图6-图8，所述叠压模具包括上模板1、下模板2、中心定位柱3、紧固螺栓4、齿槽限位柱5、高度限位柱6、和紧固螺帽7。上模板1与下模板2的作用是限定铁芯的两个端面；中心定位柱3与齿槽限位柱5的作用是限定铁芯或片材不在两块模板之间的空间内移动和转动；高度限位柱6的作用是限定上、下模板1、2之间的高度；紧固螺栓4与紧固螺帽7使上模板1与下模板2夹紧。非晶片材13装入叠压模具10定位后，用紧固螺栓4和紧固螺帽7将叠压模具10锁紧。

因此，本实施例通过提出非晶片材的总质量的计算公式，并给出基于非晶片材的总质量的非晶片材称取方法，能够对应称取精确数量的非晶片材，避免计算片数多而造成公差累计误差大，并通过叠压模具来保证叠压高度，满足电机制造精度的要求。

步骤S05、将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中进行浸胶处理，以使粘结剂渗透到片材与片材之间的缝隙。

具体地，所述将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中进行浸胶处理的步骤具体包括：

将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中，使叠压好的非晶片材完全浸渍于胶水中，所述胶水为固化收缩率2％～3％的胶水；

将胶水温度加热至50～60℃，保温15分钟后，反复多次对真空浸胶设备进行抽真空和释放真空处理。

并且，在本发明一些较佳实施例当中，所述反复多次对真空浸胶设备进行抽真空和释放真空处理的步骤具体包括：

步骤1、抽真空至-0.09MPa后再持续轴真空15分钟后停止，之后释放真空到-0.06MPa，5分钟后释放到-0.03Mpa，再过5分钟后完全释放容器真空；

步骤2、静置5分钟后，再执行步骤1，共循环3次。

需要说明的是，传统在对非晶片材叠压结构进行浸胶处理时，通常是将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入浸胶设备中浸胶一定时长后即取出，这种情况下，胶水无法较好的渗透到片材与片材之间的缝隙，并且片材与片材之间的缝隙当中还容易残留气体，导致最终制作的电机铁芯容易脱落片材。本实施例采用真空浸胶方式、并反复多次进行抽真空和释放真空处理，在这种气压变化状态下，片材与片材之间的缝隙不会残留气体，胶水能够充分渗透到片材与片材之间的缝隙当中，片材不易脱落。经过实验测试分析，经本实施例当中的浸胶处理方法处理后制作得到的铁芯、相比于传统浸胶处理后制作得到的铁芯的片材脱落率大大降低。

步骤S06、对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理，待粘结剂干燥固化后，拆除叠压模具，取出制备得到的非晶电机铁芯。

其中，所述对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理的步骤包括：

将叠压模具取出放入烤箱中烘烤，以对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种非晶带材，其特征在于，按原子百分比计，包括以下组分：

Si：1-2.5％；

B：15-16.5％；

C：0.2-0.5％；

X：1-5％；

其余为Fe；

其中，所述X为稀土元素。

2.根据权利要求1所述的非晶带材，其特征在于，所述X为La或Y。

3.根据权利要求1所述的非晶带材，其特征在于，所述B以硼铁中间合金的形式加入，所述C以高纯铁碳合金的形式加入。

4.一种非晶带材的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-3任一项所述的非晶带材，所述制备方法包括：

按给定配方，经换算成质量比后称重配料，配好的原材料在干燥箱中进行烘烤处理，所述配好的原材料包括纯铁、高纯铁碳合金、硼铁中间合金、硅和稀土元素X；

将所述纯铁和所述高纯铁碳合金放入熔炼炉中进行熔炼；

待完全熔化后先加入所述硼铁中间合金、最后加入所述硅和所述稀土元素X；

待钢液完全熔解后，除渣、精炼，倒入铸模，形成母合金钢锭；

将所述母合金钢锭置于喷带设备当中进行熔炼喷带，形成所述非晶带材。

5.根据权利要求4所述的非晶带材的制备方法，其特征在于，所述熔炼炉的熔炼真空度为-0.1Mpa，熔炼温度为1500℃-1600℃，所述烘烤处理的温度为100℃，烘烤时间为1小时，精炼时间为15min。

6.一种非晶电机铁芯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

提供非晶带材，并对所述非晶带材进行裁剪处理，以获得预定形状规格的非晶片材，所述非晶带材为权利要求1-3任一项所述的非晶带材；

根据非晶片材的几何尺寸和叠压高度计算铁芯体积，并根据铁芯体积计算非晶片材的总质量；

根据非晶片材的总质量，称取对应量的非晶片材；

将称取的非晶片材装入叠压模具中进行叠压，以将称取的非晶片材叠压成铁芯形状；

将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中进行浸胶处理，以使粘结剂渗透到片材与片材之间的缝隙；

对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理，待粘结剂干燥固化后，拆除叠压模具，取出制备得到的非晶电机铁芯。

7.根据权利要求6所述的非晶电机铁芯的制备方法，其特征在于，其中，非晶片材的总质量m＝铁芯体积V×材料密度ρ×叠压系数K。

8.根据权利要求7所述的非晶电机铁芯的制备方法，其特征在于，所述将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中进行浸胶处理的步骤包括：

将叠压模具及其上叠压好的非晶片材一同放入真空浸胶设备中，使叠压好的非晶片材完全浸渍于胶水中，所述胶水为固化收缩率2％～3％的胶水；

将胶水温度加热至50～60℃，保温15分钟后，反复多次对真空浸胶设备进行抽真空和释放真空处理。

9.根据权利要求8所述的非晶电机铁芯的制备方法，其特征在于，所述反复多次对真空浸胶设备进行抽真空和释放真空处理的步骤包括：

步骤1、抽真空至-0.09MPa后再持续轴真空15分钟后停止，之后释放真空到-0.06MPa，5分钟后释放到-0.03Mpa，再过5分钟后完全释放容器真空；

步骤2、静置5分钟后，再执行步骤1，循环3次。

10.根据权利要求7所述的非晶电机铁芯的制备方法，其特征在于，所述对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理的步骤包括：

将叠压模具取出放入烤箱中烘烤，以对非晶片材间的粘结剂进行干燥固化处理。

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