CN115138835A - 一种磁粉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁粉及其制备方法和应用。本发明的磁粉,成分包括铁、钴、镍和铬,并且磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。本发明的磁粉,通过严格控制杂质含量与调整成分配比,使磁粉具有高饱和磁化强度,低矫顽力和优良的耐磨性能,特别适用于磁粉离合器。本发明还涉及上述磁粉的制备方法以及含有上述磁粉的离合器。
Description
技术领域
本发明属于粉体材料技术领域,具体涉及一种磁粉及其制备方法和应用。
背景技术
磁粉离合器是一种多用途的自动控制元件,是近十几年来发展起来的一种新型机电产品,主要由磁粉、定子和转子三部分构成,结构简单,调节方便,运行可靠,转矩控制范围宽,广泛应用于电动机、发电机、减速机等各种工件机构的传动装置。
磁粉是磁粉离合器中最关键的部分,工作时,通过磁粉受激磁电流作用而形成磁粉链,实现扭矩的传递和控制。因此,磁粉离合器通常要求所使用的磁粉在较高温度下保持较好的耐磨性能,并具有高饱和磁化强度和低矫顽力。相关技术中的磁粉离合器专用磁粉,有的磁粉虽然饱和磁化强度高、矫顽力低,但高温下的耐磨性差,连续使用时间短。有的磁粉虽然耐磨性较好,但矫顽力高。有的磁粉虽然矫顽力,但磁粉的饱和磁化强度也低。
因此,仍需开发一种同时具良好的耐磨性及高饱和磁化强度、低矫顽力的磁粉离合器专用磁粉。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此,本发明提供了一种磁粉,该磁粉具有高饱和磁化强度,低矫顽力和优良的耐磨性能,特别适用于磁粉离合器。
本发明还提供了所述磁粉的制备方法。
本发明还提供了使用所述磁粉的离合器。
本发明的第一方面提供了一种磁粉,包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Co:20%~30%;
Ni:6%~12%;
Cr:0.5%~1.5%;
所述磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。
本发明关于磁粉的技术方案中的一个技术方案,至少具有以下有益效果:
FeCoNi磁粉饱和磁化强度高,矫顽力低,高温下的耐磨性较差,可连续使用时间短。FeCr磁粉虽然耐磨性较好,但矫顽力高。FeCrAl磁粉虽然降低了矫顽力,但Al的加入也降低了合金的饱和磁化强度。而本发明的磁粉,通过严格控制杂质含量与调整成分配比,使磁粉具有高饱和磁化强度,低矫顽力和优良的耐磨性能,特别适用于磁粉离合器。
磁粉离合器工作过程中产生的热量较高,且密封条件有限,磁粉长期处于高温富氧的环境下。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,可使磁粉在离合器的工作过程中,磁粉表面生成一层致密的Cr2O3薄膜,从而阻止磁粉被进一步氧化破坏。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,还可以使磁粉在离合器的工作过程中,生成微量的Cr3C2,从而提高了磁粉在高温条件下的耐磨性能。
本发明的磁粉,通过调整粒度组成,实现了较高的松装密度和流动性,满足了磁粉离合器对磁粉的性能要求。
根据本发明的一些实施方式,以质量百分比计,所述磁粉包括:
150目至250目磁粉:50%~70%;
250目至400目磁粉:20%~40%;
400目至500目磁粉:5%~15%。
磁粉的流动性和松装密度对磁粉离合器的使用性能存在较大的影响。具体而言:
流动性越好,接通和断开离合器的激磁电流时,磁粉进入和退出工作腔的速度越快,转矩传递的稳定性就越好。
松装密度越高,意味着磁粉颗粒排列越紧密,则磁粉的磁感应强度和导磁率越高。此外,由于磁粉离合器工作过程中受运转离心力影响,磁粉的粒度越大,离合器传递转矩越小,随着粒度减小,磁粉在工作过程中所受的离心力减小,磁粉离合器传递转矩增大,且更加稳定。但粒度过小则会使工作间隙中连接的磁粉颗粒过多,进而导致转矩传递性能不稳定。因此,有必要通过控制粉末颗粒的形貌与粒度组成,实现其良好的流动性和较高的松装密度。
本发明的磁粉,通过调整粒度组成,实现了较高的松装密度和流动性,满足了磁粉离合器对磁粉的性能要求,对提高磁粉离合器的使用性能具有重要意义。
根据本发明的一些实施方式,所述磁粉的流动性小于17.5s/50g,松装密度大于4g/cm3,矫顽力低于0.7KA/m。
根据本发明的一些实施方式,所述磁粉的流动性小于17s/50g,松装密度大于4.5g/cm3,矫顽力低于0.65KA/m。
本发明的第二方面提供了所述磁粉的制备方法,包括以下步骤:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分所述一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将所述二级磁粉混合。
本发明关于磁粉的制备方法中的一个技术方案,至少具有以下有益效果:
本发明磁粉的制备方法,无需昂贵的设备和复杂的工艺控制过程,容易工业化推广。
根据本发明的一些实施方式,所述熔融在无氧环境下进行。
根据本发明的一些实施方式,所述熔融在真空环境下进行。
根据本发明的一些实施方式,所述制粉的方法包括雾化制粉。
根据本发明的一些实施方式,所述雾化制粉的气体介质为氮气。
根据本发明的一些实施方式,所述雾化制粉的温度约1600℃。
根据本发明的一些实施方式,所述雾化制粉的压力约3.0MPa。
本发明的第三方面提供了一种离合器,所述离合器包括所述的磁粉或所述制备方法制备得到的磁粉。
根据本发明的一些实施方式,所述离合器为磁粉离合器。
磁粉离合器工作过程中产生的热量较高,且密封条件有限,磁粉长期处于高温富氧的环境下。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,可使磁粉在离合器的工作过程中,磁粉表面生成一层致密的Cr2O3薄膜,从而阻止磁粉被进一步氧化破坏。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,还可以使磁粉在离合器的工作过程中,生成微量的Cr3C2,从而提高了磁粉在高温条件下的耐磨性能,最终,磁粉离合器的使用性能也得到了改善。
附图说明
图1是实施例1中步骤S1制备的一级磁粉的微观形貌。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例,并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
在本发明的一些实施例中,本发明提供了一种磁粉,该铁粉包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Co:20%~30%;
Ni:6%~12%;
Cr:0.5%~1.5%;
其中,磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。
可以理解到的是,FeCoNi磁粉饱和磁化强度高,矫顽力低,高温下的耐磨性较差,可连续使用时间短。FeCr磁粉虽然耐磨性较好,但矫顽力高。FeCrAl磁粉虽然降低了矫顽力,但Al的加入也降低了合金的饱和磁化强度。而本发明的磁粉,通过严格控制杂质含量与调整成分配比,使磁粉具有高饱和磁化强度,低矫顽力和优良的耐磨性能,特别适用于磁粉离合器。
还可以理解到的是,磁粉离合器工作过程中产生的热量较高,且密封条件有限,磁粉长期处于高温富氧的环境下。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,可使磁粉在离合器的工作过程中,磁粉表面生成一层致密的Cr2O3薄膜,从而阻止磁粉被进一步氧化破坏。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,还可以使磁粉在离合器的工作过程中,生成微量的Cr3C2,从而提高了磁粉在高温条件下的耐磨性能。
还可以理解到的是,本发明的磁粉,通过调整粒度组成,实现了较高的松装密度和流动性,满足了磁粉离合器对磁粉的性能要求。
在本发明的一些实施例中,以质量百分比计,该磁粉包括:
150目至250目磁粉:50%~70%;
250目至400目磁粉:20%~40%;
400目至500目磁粉:5%~15%。
磁粉的流动性和松装密度对磁粉离合器的使用性能存在较大的影响。具体而言,流动性越好,接通和断开离合器的激磁电流时,磁粉进入和退出工作腔的速度越快,转矩传递的稳定性就越好。
同时,松装密度越高,意味着磁粉颗粒排列越紧密,则磁粉的磁感应强度和导磁率越高。此外,由于磁粉离合器工作过程中受运转离心力影响,磁粉的粒度越大,离合器传递转矩越小,随着粒度减小,磁粉在工作过程中所受的离心力减小,磁粉离合器传递转矩增大,且更加稳定。但粒度过小则会使工作间隙中连接的磁粉颗粒过多,进而导致转矩传递性能不稳定。因此,有必要通过控制粉末颗粒的形貌与粒度组成,实现其良好的流动性和较高的松装密度。
可以理解到的是,本发明的磁粉,通过调整粒度组成,实现了较高的松装密度和流动性,满足了磁粉离合器对磁粉的性能要求,对提高磁粉离合器的使用性能具有重要意义。
在本发明的一些实施例中,磁粉的流动性小于17.5s/50g,松装密度大于4g/cm3,矫顽力低于0.7KA/m。
在本发明的一些实施例中,磁粉的流动性小于17s/50g,松装密度大于4.5g/cm3,矫顽力低于0.65KA/m。
在本发明的另外一些实施例中,本发明提供了一种磁粉的制备方法,包括以下步骤:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将二级磁粉混合。
容易理解到的是,本发明磁粉的制备方法,无需昂贵的设备和复杂的工艺控制过程,容易工业化推广。
在本发明的一些实施例中,熔融在无氧环境下进行。
在本发明的一些实施例中,熔融在真空环境下进行。
在本发明的一些实施例中,制粉的方法包括雾化制粉。
在本发明的一些实施例中,雾化制粉的气体介质为氮气。
在本发明的一些实施例中,雾化制粉的温度约1600℃。
在本发明的一些实施例中,雾化制粉的压力约3.0MPa。
在本发明的另外一些实施例中,本发明提供了一种离合器,该离合器包括上述的磁粉或上述制备方法制备得到的磁粉。
在本发明的一些实施例中,离合器为磁粉离合器。
可以理解的是,磁粉离合器工作过程中产生的热量较高,且密封条件有限,磁粉长期处于高温富氧的环境下。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,可使磁粉在离合器的工作过程中,磁粉表面生成一层致密的Cr2O3薄膜,从而阻止磁粉被进一步氧化破坏。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,还可以使磁粉在离合器的工作过程中,生成微量的Cr3C2,从而提高了磁粉在高温条件下的耐磨性能,最终,磁粉离合器的使用性能也得到了改善。
下面再结合具体的实施例来进一步理解本发明的技术方案。
实施例1
本实施例制备了一种磁粉,记为FeCo25Ni10Cr0.5,该磁粉包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Fe:64.5%;
Co:25%;
Ni:10%;
Cr:0.5%。
该磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。
具体而言,该磁粉含有60%的150目至250目磁粉,30%的250目至400目磁粉以及10%的400目至500目磁粉。
磁粉的制备方法为:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将二级磁粉混合。
制备过程中,熔融在真空环境下进行。
制粉的方法为雾化制粉,雾化制粉的气体介质为氮气。
雾化制粉的温度约1600℃。
雾化制粉的压力约3.0MPa。
实施例2
本实施例制备了一种磁粉,记为FeCo25Ni10Cr0.5,该磁粉包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Fe:64.5%;
Co:25%;
Ni:10%;
Cr:0.5%。
该磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。
具体而言,该磁粉含有50%的150目至250目磁粉,30%的250目至400目磁粉以及20%的400目至500目磁粉。
磁粉的制备方法为:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将二级磁粉混合。
制备过程中,熔融在真空环境下进行。
制粉的方法为雾化制粉,雾化制粉的气体介质为氮气。
雾化制粉的温度约1600℃。
雾化制粉的压力约3.0MPa。
实施例3
本实施例制备了一种磁粉,记为FeCo24Ni9Cr1.2,该磁粉包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Fe:65.8%;
Co:24%;
Ni:9%;
Cr:1.2%。
该磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。
具体而言,该磁粉含有60%的150目至250目磁粉,30%的250目至400目磁粉以及10%的400目至500目磁粉。
磁粉的制备方法为:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将二级磁粉混合。
制备过程中,熔融在真空环境下进行。
制粉的方法为雾化制粉,雾化制粉的气体介质为氮气。
雾化制粉的温度约1600℃。
雾化制粉的压力约3.0MPa。
对比例1
本对比例制备了一种磁粉,记为FeCo24Ni9,该磁粉包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Fe:67%;
Co:24%;
Ni:9%。
该磁粉为150目至250目磁粉和250目至400目磁粉按质量比为1:1的混合。
具体而言,该磁粉含有50%的150目至250目磁粉和50%的250目至400目磁粉。
磁粉的制备方法为:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将二级磁粉混合。
制备过程中,熔融在真空环境下进行。
制粉的方法为雾化制粉,雾化制粉的气体介质为氮气。
雾化制粉的温度约1600℃。
雾化制粉的压力约3.0MPa。
对比例2
本对比例制备了一种磁粉,记为FeCo24Ni9Cr3,该磁粉包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Fe:64%;
Co:24%;
Ni:9%;
Cr:3%。
该磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。
具体而言,该磁粉含有70%的150目至250目磁粉,10%的250目至400目磁粉以及20%的400目至500目磁粉。
磁粉的制备方法为:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将二级磁粉混合。
制备过程中,熔融在真空环境下进行。
制粉的方法为雾化制粉,雾化制粉的气体介质为氮气。
雾化制粉的温度约1600℃。
雾化制粉的压力约3.0MPa。
性能测试1
根据GB/T1482-2010《金属粉末流动性的测定,标准漏斗法(霍尔流速计)》测试了实施例1至3以及对比例1和2制备的磁粉的流动性。
根据GB/T 1479.1-2011《金属粉末松装密度的测定,第1部分:漏斗法》测试了实施例1至3制备的磁粉的松装密度。
采用Lake Shore 7407型振动样品磁强计测试了实施例1至3以及对比例1和2制备的磁粉的饱和磁化强度和矫顽力。
结果如表1所示。
表1磁粉性能测试结果
性能测试2
通过扫描电镜观察了实施例1中,步骤S1制备得到的一级磁粉的微观形貌,如图1所示。从图1可以看出,一级磁粉具有较好的球形度,球形度好有利于提升磁粉的流动性。
性能测试3
将实施例1至3制备的磁粉用于型号为FZY100的离合器上,测试磁粉时效的时间。
磁粉时效的判断标准为在额定电流条件下,输出扭矩小于额定扭矩的70%。
离合器的工作参数为:电压24V,励磁电流1.2A,额定转矩:100N·m,最高转速1500r/min。
离合器中原始填装的磁粉为FeCo24Ni9三元磁粉80g。FeCo24Ni9三元磁粉的饱和磁化强度为231.15A·m2/kg,粒度组成为单一的150目至250目磁粉。磁粉的流动性为18.72s/50g,松装密度为4.33g/cm3,磁粉矫顽力为0.95KA/m。
测试结果如表2所示。
表2磁粉失效测试结果
根据表2测试结果可知:
实施例1制备的磁粉,在相同型号的离合器上,使用相同装填量,磁粉失效时间延长1.82倍。
实施例2制备的磁粉,在相同型号的离合器上,使用相同装填量,磁粉失效时间延长1.21倍。
实施例3制备的磁粉,在相同型号的离合器上,使用相同装填量,磁粉失效时间延长2.2倍。
对比例1制备的磁粉,在相同型号的离合器上,使用相同装填量,磁粉失效时间延长1.11倍。
对比例2制备的磁粉,在相同型号的离合器上,使用相同装填量,磁粉失效时间缩短为原始粉料的0.79倍。
在本发明的一些实施例中,本发明提供了一种离合器,该离合器包括上述的磁粉或上述制备方法制备得到的磁粉。
在本发明的一些实施例中,离合器为磁粉离合器。
可以理解的是,磁粉离合器工作过程中产生的热量较高,且密封条件有限,磁粉长期处于高温富氧的环境下。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,可使磁粉在离合器的工作过程中,磁粉表面生成一层致密的Cr2O3薄膜,从而阻止磁粉被进一步氧化破坏。本发明的磁粉中,Cr元素的加入,还可以使磁粉在离合器的工作过程中,生成微量的Cr3C2,从而提高了磁粉在高温条件下的耐磨性能,最终,磁粉离合器的使用性能也得到了改善。
上面结合实施例对本发明作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种磁粉,其特征在于,包括铁以及质量百分比计的以下成分:
Co:20%~30%;
Ni:6%~12%;
Cr:0.5%~1.5%;
所述磁粉为150目至250目磁粉、250目至400目磁粉以及400目至500目磁粉的混合。
2.根据权利要求1所述的磁粉,其特征在于,以质量百分比计,所述磁粉包括:
150目至250目磁粉:50%~70%;
250目至400目磁粉:20%~40%;
400目至500目磁粉:5%~15%。
3.根据权利要求1或2所述的磁粉,其特征在于,所述磁粉的流动性小于17.5s/50g,松装密度大于4g/cm3,矫顽力低于0.7KA/m。
4.一种如权利要求1至3任一项所述磁粉的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:按成分比例配料,将磁粉的原料熔融后制粉,得到一级磁粉;
S2:筛分所述一级磁粉,得到不同粒径范围的二级磁粉;
S3:按粒径范围比例,将所述二级磁粉混合。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述熔融在无氧环境下进行。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述制粉的方法包括雾化制粉。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述雾化制粉的气体介质为氮气。
8.一种离合器,其特征在于,所述离合器包括如权利要求1至3任一项所述磁粉或权利要求4至7任一项所述制备方法制备得到的磁粉。
9.根据权利要求8所述的离合器,其特征在于,所述离合器为磁粉离合器。
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