CN115864766B - 一种微电机的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微电机的制造方法，改善微电机内滑动摩擦零件的润滑状况，改善微电机振动噪音，对工作温度适应性强，改善微电机内的滑动摩擦零件的润滑状况，拓展工作温度区域。微电机包括转动轴和轴承，所述轴承为粉末冶金轴承，添加的润滑油的生产方法包括以下步骤：(2.1)取纳米铁粉，于钢板上摊开，摊开的厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；(2.2)处理器腔体真空度为30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30‑45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续30‑45分钟，得到活化的纳米铁粉；(2.3)将纳米铁粉转移到具有行星式球磨机，调节温度至90±5℃，调节转速400‑500r/min，持续60‑90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3‑二丙酮的混合物为润滑油。
Description
技术领域
本发明涉及微电机领域，尤其涉及一种微电机的制造方法。
背景技术
微电机作为驱动系统的能量转换器件，在汽车、家电等产品的自动化、智能化领域中有着重要的作用。
常规的微电机组成包括：(1)结构件：铁壳、轴枝、轴承、端盖、挡圈等；(2)功能件：硅钢导磁片、换向器、漆皮线、永磁体等；(3)辅料：胶水、润滑油、润滑脂、绝缘涂层等。
如上述很多结构都是固定的，其中轴和轴承之间的驱动是微电机的运作原理，而轴与轴承之间的滑动摩擦很容易产生噪音，摩擦也是影响微电机服役寿命的重要因素。因此轴与轴承是制造商和使用客户的关注焦点。
轴承包括有滚珠轴承和粉末冶金轴承的配置，基于电机的低负载、高转速等工作状况以及性价比等综合因素，在现有技术中，一般多采用双粉末冶金轴承或者滚珠轴承与粉末冶金轴承搭配的设计方案，其中粉末冶金轴承端兼顾自调心的功能，内部毛细孔对润滑油起到存放功能；滚珠轴承端承担力矩的输出，内部会添加并密封有配套的润滑脂。
润滑油是微电机最为常用的润滑材料，由于自身粘度的限制，传统润滑油的摩擦系数通常在10-2数量级。润滑脂，以现有技术的润滑油作为基础油，再通过增稠剂形成微观三维网络结构并实现基础润滑油的存放功能，以润滑油提供润滑作用。
现有技术的润滑油一般为合成润滑油，不同分子结构的润滑油具有了不同的适用温度区间，但在改善摩擦系数的机理上基本是在摩擦面上形成流体润滑膜，从而降低对磨材料的摩擦系数。
对温度区间使用宽泛的产品而言，如汽车，冬天服役的环境温度达到-30℃甚至更低，对配套使用的微电机产品则有着相应要求。但是，低温下现有技术的润滑油的粘度快速升高、流动性变差，也就意味着低温下的微电机在启动阶段，粉末冶金轴承毛细孔内的润滑油无法及时溢出于摩擦界面，轴与粉末冶金轴承之间因为无法快速形成有效的润滑油膜而存在短时间的干摩擦，从而对电机产生瞬间的振动激励源，造成微电机的转子失稳，发生低温下的共振现象。低温共振一方面会产生严重的“啸叫”现象，存在尖锐的噪音，进而影响汽车的乘坐舒适感，另一方面则会对粉末冶金滑动轴承等零件造成异常磨损而产生服役寿命的隐患。
因此，如何改善微电机内的滑动摩擦零件的润滑状况，拓展工作温度区域，就成了改善微电机振动噪音的关键技术点。
发明内容
本发明公开了一种微电机的制造方法，改善微电机内滑动摩擦零件的润滑状况，改善微电机振动噪音，对工作温度适应性强。
为解决上述问题，本发明提供的一种微电机的制造方法，
所述轴承为粉末冶金轴承，添加的润滑油的生产方法包括以下步骤：
(2.1)取粒径为30-50nm、纯度大于99.9％的纳米铁粉，于钢板上摊开，摊开的厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
(2.2)处理器腔体真空度为30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续30-45分钟，得到活化的纳米铁粉；
(2.3)将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球＝1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速400-500r/min，持续60-90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油。
优选地，所述粉末冶金轴承添加润滑油方法，包括步骤：
(2.4)取粉末冶金轴承，置于泡油装置内，添加复合油，抽真空至小于-80KPa，保持0.5-1小时，润滑油完全进入粉末冶金轴承毛细孔内，完成润滑油的添加。
优选地，所述转动轴进行表面预处理，包括以下生产步骤：
(1.1)取马氏体不锈钢，研磨得到轴枝，所述轴枝外径大于外径设计尺寸0.001mm；
(1.2)将轴枝固定摆放且放入等离子表面处理器，处理器内真空度调至30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，得到活化轴枝；
(1.3)将活化轴枝在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，球磨罐长度为轴枝的1.2-1.5倍，轴枝的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料的添加量为轴枝的堆垛高度的1/2；
(1.4)装载完成后，以转速为20-30r/min，转动90-120分钟，轴枝表面形成螯合物薄膜，取出，经烷烃有机物清洗，烘干得到固液耦合超滑膜轴枝，完成转动轴的表面预处理。
优选地，所述固液耦合超滑膜轴枝的膜厚度为2-5nm。
优选地，所述轴承为滚珠轴承，所述滚珠进行表面预处理，包括以下生产步骤：
(3.1)取高碳钢或合金钢滚珠，滚珠外径比设计外径大0.0005-0.0008mm；
(3.2)将所述滚珠置于等离子表面处理器，处理器内真空度调至30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续45-60分钟，滚珠完成活化；
(3.3)将活化后的滚珠在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，滚珠的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料添加量为滚珠总堆垛高度的1/2；
(3.4)装载完成后，以转速10-20r/min，转动120-180分钟，滚珠表面形成螯合物薄膜，取出，得到表面具有薄膜的滚珠。
优选地，所述滚珠的薄膜厚度为2-4nm。
优选地，所述球磨罐内壁光洁度≥11级，粗糙度＞Ra 0.05。
优选地，Ar气体流量为60sccm，H2流量为10sccm，产生电磁场将Ar/H2气体电离，生成等离子体。
优选地，所述滚珠轴承添加的润滑脂的生产方法，包括以下步骤：
(4.1)取粒径为30-50nm、纯度大于99.9％的纳米铁粉，于钢板上摊开，厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
(4.2)处理器腔体真空度为30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续30-45分钟，得到活化的纳米铁粉；
(4.3)将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球＝1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速400-500r/min，持续60-90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油；
(4.4)以润滑油：聚α烯烃或酯类＝0.2～1：1的重量比，添加聚α烯烃或酯类，得到改性基础油；
(4.5)将改性基础油混合、皂化、高温炼制、冷却、研磨，制得润滑脂。
优选地，所述滚珠轴承添加润滑脂的方法，包括步骤：
(4.6)组装滚珠轴承，将所述润滑脂添加至滚轴轴承的内外环、保持架、滚珠上，封上密封环，得到滚珠轴承。
本发明的一种微电机的制造方法，能在宽温域下实现长寿命，超静音。引起微电机噪音的部件“粉末冶金轴承”、“粉末冶金轴承与转动轴之间”、“滚珠轴承”在本发明中得到有效优化。
粉末冶金轴承以纳米铁粉作为原料，经处理得到润滑性非常高的润滑油；转动轴通过活化、耦合，使得表面生成2-5nm厚度的滑膜；在粉末冶金轴承与转动轴的结合使用下，顺滑性非常强，实现超静音。
由于润滑油预成型螯合物的存在，解决了当前微电机在低温下存在的低温共振痛点，实现宽温域下的应用，尤其是解决占比很高的粉末冶金轴承在行业中引起的低温共振、低温啸叫的痛点。
对于滚珠轴承和润滑脂，由于滚珠通过活化耦合，表面润滑度很高，再加上润滑脂的帮助，滚珠轴承机械内部产生的摩擦性非常低，进一步改善超静音，有效延长寿命，并且能适应在低温状态下使用，实现温域广。
附图说明
图1为本发明一种微电机的制造方法的等离子插盘示意图；
图2为本发明一种微电机的制造方法的1，3-二丙酮类FTIR图谱；
图3为本发明一种微电机的制造方法的轴枝表面生成的固液耦合膜图谱；
图4为本发明一种微电机的制造方法的滚珠表面FTIR图谱；
图5为本发明一种微电机的制造方法的螯合物润滑油添加剂FTIR图谱；
图6为本发明一种微电机的制造方法的本方案与传统方案的低温噪音频谱对比
图7为本发明一种微电机的制造方法的本方案的转动转矩；
图8为本发明一种微电机的制造方法的传统方案转动转矩；
图9为本发明一种微电机的制造方法的本方案与传统方案的电机噪音测试对比；
图10为本发明一种微电机的制造方法的本方案与传统方案的电机磨损对比；
其中，图中标记如下所示：轴枝1、固定盘2。
具体实施方式
本发明公开了一种微电机的制造方法，改善微电机内滑动摩擦零件的润滑状况，改善微电机振动噪音，对工作温度适应性强。
请参考图1～图10。
本发明根据微电机的性能要求、结构设计、装配工艺、工作原理等实际情况，进行系统性的改善电极的机械摩擦情况。
一般来讲，微电机两端均有轴承，轴承可以选择为滚珠轴承(即滚动轴承，与轴枝紧配但无相对转动)或者粉末冶金轴承(即滑动轴承)。
其中，给滚珠轴承的表面附着本发明研发的润滑油，并添加具有高润滑性的润滑脂，实现了滚珠轴承内部的优良滚动，实现超静音、温域广、寿命长。
其中，粉末冶金轴承与轴枝搭配使用，本发明改进了粉末冶金轴承内部的润滑状况，并改进了轴枝的表面状况，使得二者在使用过程中解决低温痛点、解决啸叫问题、顺滑性强实现超静音。
一种微电机的制造方法，包括转动轴和轴承，所述转动轴的表面预处理，包括以下步骤：
(1.1)取马氏体不锈钢研磨得到轴枝，所述轴枝外径大于外径设计尺寸0.001mm；
(1.2)将所述轴枝固定摆放且放入等离子表面处理器，处理器内真空度调至30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟；
(1.3)将经过步骤(1.2)的轴枝在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，球磨罐长度为轴枝的1.2-1.5倍，轴枝的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料的添加量为轴枝的堆垛高度的1/2；
(1.4)装载完成后，以转速为20-30r/min，转动90-120分钟，轴枝表面形成螯合物薄膜，取出，经烷烃有机物清洗，烘干得到表面具有厚度为2-5nm薄膜的轴枝。
完成了转动轴的表面预处理，也可以说是完成了转动轴表面的预“固液耦合”处理。转动轴、轴和旋转轴是指同一个部件，在行业内属通用说法。
优选地，所述轴枝的薄膜厚度为2-5nm。
转动轴的表面预处理，可以理解是表面预“固液耦合”处理。
转动轴和轴承之间的滑动摩擦是微电机噪音的主要组成部分，也是导致电机低温共振的主要激励源，为此本发明对转动轴的表面进行预处理，在转动轴表面生成超低摩擦系数的固液耦合薄膜。
马氏体不锈钢优选410和420，有着高强的耐磨性、抗弯强度、抗腐蚀性能，与处理液1，3-二丙酮材料有非常好的亲和力，容易形成螯合物薄膜。
马氏体不锈钢优选棒体，通过无心研磨机加工得到轴枝，轴枝外径比设计外径大0.001mm用于补偿表面处理工艺的磨损量。
轴枝固定摆放可以通过等离子插盘，盘内设置与轴枝直径匹配的插口，使轴枝竖直且稳定，此时，将其置于等离子表面处理器，也就是腔体内真空度调至30Pa，充入Ar/H2混合气体，Ar气体流量为60sccm，H2流量为10sccm。
等离子表面处理器的腔体内，微波源震荡产生的高频交变电磁场将Ar/H2气体电离，生成等离子体，频率控制在13.5MHz。Ar等离子体对轴枝表面进行持续物理轰击，实现对轴枝表面的活化。H2等离子体去除金属表面氧化物，以气体形式挥发。持续30-45分钟，使得活性等离子体对轴枝表面进行持续物理轰击及表面清洗，实现活化效果。
球磨罐优选滚筒式球磨罐，经过等离子活化的轴枝在5分钟内快速转移到滚筒式球磨罐内，球磨罐内提前装有1，3-二丙酮材料。
球磨罐的材质为410、420马氏体不锈钢，通过驱动罐体内电阻丝加热，使球磨罐控温在90±5℃，球磨罐的轴向完全水平，长度优选轴枝长度的1.2-1.5倍，球磨罐的直径则由产能需要确定；球磨罐内每次装载轴枝堆垛总高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料添加量则为轴枝总堆垛高度的1/2便可。转动过程中，使得轴枝与轴枝之间产生足够的有效的摩擦和碰撞，赋予了轴枝合适的自由度。
待1，3-二丙酮材料(如图2所示-1，3-二丙酮类FTIR图谱)、轴枝在球磨罐内装载完毕，将球磨罐密封并启动电源使球磨罐开始旋转，旋转速度为20-30r/min，轴枝会因为滚筒式球磨罐的水平轴向原因而同样择优与罐体轴向一致，并且轴与轴、轴与球磨罐之间均持续产生摩擦、撞击，大约90-120分钟后便在轴枝表面生成明显的“固液耦合”螯合物薄膜(如图3所示-轴枝表面生成的固液耦合膜图谱)，取出经过石油醚、丙酮、乙醇等烷烃类有机物快速清洗后，去除表面残余的1，3-二丙酮超滑材料，烘干获得具有“固液耦合超滑膜”的轴枝。
对轴枝预处理生成的超滑螯合物薄膜，是一种固体与液体双态耦合的薄膜，厚度在2-5nm之间，与轴枝结合紧密，摩擦系数低至0.001，具有远低于传统润滑油的0.01，降低幅度达至一个数量级。
一方面，轴枝上的固液耦合薄膜有着超滑的效果，可以大幅降低转动轴与粉末冶金轴承之间的摩擦系数，从而有效改善电机的噪音与寿命；另一方面，预先在轴上形成的固液耦合薄膜，低温下也具有良好的润滑性能，即使在零下30℃下依然具有良好的润滑效果，这就解决了传统工艺下因为粉末冶金轴承内的润滑油在低温下无法快速溢出而导致的“低温共振”的行业痛点，拓展了电机的使用温宽。
可见，利用等离子对轴枝进行清洁和活化，Ar/H2混合气体在真空30Pa的状态下，实现高能等离子将轴枝在研磨工序时吸附在轴表面的润滑液等有机物分解为气体而清除干净，将轴枝的金属面暴露出来而与1，3-二丙酮材料实现更好的直接接触。同时，在等离子对金属表面的活化作用使得其具有大量的活性基团，大幅降低轴枝表面张力，改善轴表面与1，3-二丙酮材料的润湿性及吸附性。
当轴枝不进行等离子处理时，根据实验形成螯合物需要60分钟以上，而本发明采取等离子处理的轴枝形成螯合物薄膜只需要40分钟，减少了1/3的幅度。
本发明的微电机的制造方法，当所述轴承为粉末冶金轴承，添加的润滑油的生产方法包括以下步骤：
(2.1)取粒径为30-50nm、纯度大于99.9％的纳米铁粉，于钢板上摊开，厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
(2.2)处理器腔体真空度为30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续30-45分钟，得到活化的纳米铁粉；
(2.3)将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球＝1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速400-500r/min，持续60-90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油。
优选地，所述粉末冶金轴承添加润滑油方法，包括步骤：
(2.4)取粉末冶金轴承，置于泡油装置内，添加复合油，抽真空至小于-80KPa，保持0.5-1小时，润滑油完全进入粉末冶金轴承毛细孔内，完成润滑油的添加。
粉末冶金轴承是微电机轴承的一种，其依靠内部的毛细孔进行润滑油的存放，在电机转动时轴产生的负压以及旋转产生的热膨胀的共同作用下，润滑油从毛细孔内溢出并在粉末冶金轴承的对磨面上形成润滑膜。
由于粉末冶金轴承的内孔是与轴直接接触的对磨面，非常难以进行有效的表面预固液耦合处理，因此微电机装配后粉末冶金轴承的内表面会对轴枝表面的耦合超滑膜形成一定刮削行为，在长期的服役条件下会降低轴枝表面螯合物的寿命周期，影响电机的噪音表现及使用寿命。
因此，本发明通过在润滑油内添加预生成螯合物的方法，以确保电机轴与粉末冶金轴承之间形成稳定、持久的超滑螯合物薄膜，确保微电机的宽温域、超静音、长寿命的综合效果。
将纳米粉末的清洗及活化处理：
选用粒径为30-50nm、纯度大于99.9％的纳米超细铁粉，在钢板上摊开，摊开后纳米铁粉的厚度控制在1mm以下，以确保等离子表面活化的效果。
将铺有纳米铁粉的钢板放入等离子处理机腔体内，腔体内等距离分布多层钢板，相邻钢板距离至少10cm以确保活化效果。开启真空泵，将腔体内真空度抽至30Pa，然后充入Ar/H2混合气体，Ar气体流量为60sccm，H2流量为10sccm，利用承载钢板与腔体内的微波源震荡产生的高频交变电磁场将Ar/H2气体电离，生成等离子体，频率为商业化等离子产品选用的13.5MHz；活性等离子体对纳米粉末表面进行持续物理轰击，H2气氛下可以有效气化纳米铁粉表面的吸附物，并可以去除表面氧化层，并将其表面持续活化30-45分钟。将纳米铁粉及承载钢板从等离子体处理机的腔体内部取出，使用另外一块承载钢板，将已经激活化一遍的纳米铁粉压住并将两承载钢板反转，去除位于上部的承载钢板，使得纳米铁粉实现翻转。将承载有纳米铁粉的钢板再次放入等离子处理机的腔体内，再次进行活化30-45分钟，得到活化充分的纳米铁粉。
螯合物复合润滑油的制备：
将活化充分的超细纳米铁粉，在5分钟内快速添加到行星式高能球磨机的竖立式球磨罐内，球磨罐材质为410、420等马氏体不锈钢，球磨罐固定槽内有加温装置并将球磨罐控温在90±5℃范围内。
按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球＝1:1:3的重量比，依次加入1，3-二丙酮与磨球，其中磨球材质为45号中碳钢。将球磨罐密封后放入球磨机卡位上并固定。
螯合物添加剂不涉及零件的精度、光洁度等的制约，直接采用了更高能、更高效的行星式球磨工艺，以加快添加剂的合成速度及效率，并有效的对合成物进一步细化以形成更稳定的悬浮分散，实现高效高能。
将高能行星式球磨机转速调至400-500r/min的高速区间，启动并持续运行60-90分钟。通过磨球反复撞击和摩擦纳米铁粉，在铁粉颗粒的表面逐渐生成固液耦合螯合物，而纳米铁粉在进一步球磨下继续产生大量的塑性变形、硬化破碎、剥离分散等综合作用，不断的有新的界面暴露并与1，3-二丙酮材料接触及反应，最终得到粒度小于10纳米的超微颗粒状螯合物，并稳定悬浮于残余的液态1，3-二丙酮溶液内。将球磨罐内的磨球取出，便可得到液态的超微螯合物颗粒与1，3-二丙酮混合润滑油。
铁Fe是过渡金属元素，其外层电子空d轨道容易成键，而且具有电荷与半径的比值高，因此容易与多齿配位体络合形成具有环状结构的配位螯合物，如铁基螯合物的空间结构
经过等离子体活化后的超细纳米铁粉具有的高比表面积、高表面活性的特点，在行星式高能球磨机的辅助下与1，3-二丙酮材料快速、高效的形成超小颗粒状的螯合物，并在余下的1，3-二丙酮材料内呈现均匀、稳定的分布。更重要的是，在超细纳米铁粉的尺寸进一步细化到10-15nm的微观尺度后，颗粒与1，3-二丙酮不再是平面接触，所合成的也不是平面超滑螯合物薄膜，而是一种具有固液耦合螯合物结构的微球，这种形态的微球以超细铁微核为核心，环状结构螯合物辐射式朝外分布，具有较高的自摆动、自调整的自由度，这对改善微电机对磨界面的摩擦系数及寿命周期具有非常重要的意义。
粉末冶金轴承的浸泡：
对于汽车使用的微电机，尤其是新能源汽车微电机类的产品对噪音、温宽、寿命等综合性能要求相对较高，可以直接选用本润滑油作为粉末冶金轴承的浸泡油，润滑油的成分是颗粒状螯合物及余量的1，3-二丙酮材料。
先将粉末冶金轴承采用等离子清洗及活化处理，工艺流程及参数与前述类似。
将处理完毕的粉末冶金轴承快速转移到泡油的装置内，倒入前述含有螯合物及1，3-二丙酮的复合润滑油，系统抽真空直至-80KPa以下的真空度，保持0.5-1小时，以确保改性润滑油能完全进入多孔粉末冶金轴承的毛细孔内，完成真空浸油的过程，得到浸泡完毕的粉末冶金轴承，待后续装配用。
当微电机在装配完毕后，在轴枝旋转产生的负压和热膨胀综合作用下，粉末冶金轴承内的润滑油溢出，而添加在润滑油内的颗粒状超滑螯合物则会择优的填补在摩擦系数更高的粉末冶金轴承表面，并且逐渐的由初期的小区域堆积而逐渐形成连续性的超滑润滑膜。同时，润滑油内余下的1，3-二丙酮因为具有液态的流动性而渗入对磨面的凹嵌区域，如果对磨面上有异常摩擦导致的金属外漏时则会迅速在金属表面产生吸附，当对磨面存在其他的异常情况而导致的产生干摩擦等恶劣情况时，还会逐渐生成新的固液耦合超滑膜而起到持续补充超滑的效果。因此，采用超微螯合物颗粒与1，3-二丙酮混合润滑油作为粉末冶金轴承的浸泡油，是基于轴与粉末冶金轴承的工作机制，综合考虑了零件的短期及中长期服役情况，可以大幅降低粉末冶金轴承的摩擦系数，从而获得长寿命的超静音微电机。
如上所称，转动轴与粉末冶金轴承使用时可以有效降低摩擦系数。
本发明的微电机的制造方法，所述轴承为滚珠轴承，所述滚珠进行表面预处理，包括以下生产步骤：
(3.1)取高碳钢或合金钢滚珠，滚珠外径比设计外径大0.0005-0.0008mm；
(3.2)将所述滚珠置于等离子表面处理器，处理器内真空度调至30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续45-60分钟，滚珠完成活化；
(3.3)将活化后的滚珠在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，滚珠的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料添加量为滚珠总堆垛高度的1/2；
(3.4)装载完成后，以转速10-20r/min，转动120-180分钟，滚珠表面形成螯合物薄膜，取出，得到表面具有薄膜的滚珠。
优选地，所述滚珠的薄膜厚度为2-4nm。
优选地，所述球磨罐内壁光洁度≥11级，粗糙度＞Ra 0.05。
优选地，Ar气体流量为60sccm，H2流量为10sccm，步骤(3.2)均产生电磁场将Ar/H2气体电离，生成等离子体。
滚珠轴承的滚珠表面预处理，也就是滚珠预“固液耦合”处理。
滚珠轴承的摩擦噪音，也是电机噪音的组成部分，其中降低滚珠的摩擦系数可以有效的降低轴承的转动噪音。对滚珠进行优化，在滚珠表面生成“固液耦合超滑膜”，以解决噪音问题。
将高碳钢或者合金钢材质的滚珠进行紧密加工，滚珠的外要比设计外径预留0.0005-0.0008mm余量，以补偿后续表面处理造成的磨损量。
可以将滚珠放入平底盘内，放入等离子表面处理器内，将处理器腔体内真空度抽至30Pa，然后充入Ar/H2混合气体，Ar气体流量为60sccm，H2流量为10sccm，利用腔体内的微波源震荡产生的高频交变电磁场将Ar/H2气体电离，生成等离子体，频率为13.5MHz。
在上述条件下，Ar等离子体对滚珠表面进行持续物理轰击，并对滚珠表面进行活化；H2等离子体去除金属表面氧化物，以气体形式挥发。活性等离子体对滚珠表面进行持续物理轰击及表面清洗，持续活化45-60分钟。
利用等离子对滚珠进行清洗和活化处理，一方面利用上述条件产生的高能等离子将滚珠在精密加工过程中吸附在轴表面的润滑液等有机物分解为气体而清除干净，并将滚珠的金属表面暴露出来而与1，3-二丙酮材料实现更好的直接接触；另外一方面，等离子对金属表面的活化作用使得其具有大量的活性基团，大幅降低滚珠的表面张力，改善滚珠表面与1，3-二丙酮材料的润湿性及吸附性。相同条件下，采取等离子处理的滚珠形成超滑螯合物薄膜所需的时间比没有处理的要少1/3。
将经过等离子活化的滚珠在快速且不超过5分钟转移到滚筒式球磨罐内，球磨罐内提前装有1，3-二丙酮材料。其中球磨罐的材质优选410或420牌号的马氏体不锈钢，罐体具有电阻丝加热功能并将球磨罐控温在90±5℃。此外，因为需要保持滚珠的精度及光洁度，球磨罐的内壁光洁度需要控制在11级以上，粗糙度Ra 0.05以上，以确保不破坏滚珠表面的光洁度。
球磨罐的轴向完全水平，长度、直径均由产能需要确定；球磨罐内每次装载滚珠的堆垛总高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮类材料添加量则为滚珠总堆垛高度的1/2。
待1，3-二丙酮类材料、滚珠在球磨罐内装载完毕，将球磨罐密封并启动电源使球磨罐开始旋转，旋转速度需要降低到10-20r/min，以确保滚珠的光洁度及圆度。在旋转过程中，滚珠与滚珠、滚珠与球磨罐之间均持续产生摩擦、撞击，大约120-180分钟后便在滚珠表面生成明显的“固液耦合”螯合物薄膜，取出后无需清洗，待用。
对滚珠预处理生成的超滑固液耦合螯合物薄膜，厚度为2-4nm，能实现与滚珠结合紧密，在相同的条件下可以将滚珠的滚动阻力降低大约15％，并最终可以进一步改善电机的噪音。
本发明的微电机的制造方法，滚珠轴承添加的润滑脂的生产方法，包括以下步骤：
(4.1)取粒径为30-50nm、纯度大于99.9％的纳米铁粉，于钢板上摊开，厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
(4.2)处理器腔体真空度为30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续30-45分钟，得到活化的纳米铁粉；
(4.3)将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球＝1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速400-500r/min，持续60-90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油；
(4.4)以润滑油：聚α烯烃或酯类＝0.2～1：1的重量比，添加聚α烯烃或酯类，得到改性基础油；
(4.5)将改性基础油混合、皂化、高温炼制、冷却、研磨，制得润滑脂。
这是与滚珠轴承匹配使用的润滑脂，其以粉末冶金轴承使用的润滑油作为基础油，经过混合、皂化、高温炼制、冷却、研磨等处理工序而得到的膏状润滑材料-润滑脂。此制作过程具体工艺是润滑油制作润滑脂的常规工艺，因此不再累赘论述。
本润滑脂有效进一步降低滚珠轴承的滚动摩擦噪音和使用寿命，其基础生产工艺与上述润滑油相同，也就是取上述润滑油进行再加工，制得润滑脂。
根据微电机的综合性能和使用及成本要求，将上述润滑油的重量以常规润滑油的20-100％比例投入，常规润滑油优选为聚α烯烃PAO、酯类POE。
进行常规制备润滑脂的工艺：混合、皂化、高温炼制、冷却、研磨，制得润滑脂，制备中添加稠化剂为聚脲基或锂基。
滚珠轴承装配润滑脂：
按照常规的滚珠轴承组装工艺，在组装完内外环、保持架、滚珠后，加入本润滑脂，再封上密封环，得到滚珠轴承，待装配。其中，滚珠轴承的滚珠为经过上述处理的具有螯合物薄膜的滚珠。
本发明的滚珠轴承，滚珠上具有2-4nm厚度的固液耦合超滑薄膜，有效将滚珠的滚动阻力降低大约15％，
装配完成后的轴承转动初始阶段，由于滚道接触内壁的粗糙度高、摩擦系数大，润滑脂内的颗粒状超滑螯合物在滚珠的快速碾压下会产生一定的择优排向，优先在滚道内壁逐渐堆积并逐渐形成连续性的超滑螯合物薄膜。同时余量的1，3-二丙酮也会与滚道内暴露的金属Fe产生化学吸附，在滚珠与滚道之间的碾压作用下逐渐生成新的固液耦合超滑膜，进一步的改善滚珠轴承的减摩效果。
因此，采用超微螯合物颗粒与1，3-二丙酮混合润滑油作为滚珠轴承配套润滑脂的基础油，是基于滚珠轴承的工作机制，综合考虑了滚珠与滚道的短期及中长期服役情况，从而大幅降低滚珠轴承的滚动摩擦系数，从而有助于方案获得超静音的微电机。
发明利用1，3-二丙酮类原材料在铁基金属表面通过自吸附、自抛光、自取向的综合作用而形成超低摩擦系数的固液耦合螯合物薄膜的基本原理，采用了等离子体预先对零件或者纳米铁粉原材料进行清洗和活化处理，使得零件或者铁粉原有的吸附物质气化分解，新鲜表面得以暴露出来，并且具有大量的活化基团，与1，3-二丙酮材料接触紧密、覆盖均匀；额外再结合球磨罐提供的90℃高温反应环境，这可以大幅降低固液耦合螯合物薄膜生成的条件阈值，有效提升相关反应的速率及效率，进一步的提供了通过1，3-二丙酮降低电机核心摩擦零件的摩擦系数而获得宽温域超静音微电机的产业化保障。
本发明采用了纳米铁粉与1，3-二丙酮材料在行星式高能球磨机的辅助下制备超滑螯合物添加剂，分利用了纳米铁粉具有的高比表面积、高表面活性的特点，可以快速、高效的形成超小颗粒状的螯合物，而且在剩余的1，3-二丙酮材料内呈现均匀、稳定的点状分布特点。超小颗粒状螯合物与剩余1，3-二丙酮形成的混合物以添加剂形式适量加入到粉末冶金轴承润滑油或者滚珠轴承润滑脂之后，螯合物可以降低相对摩擦面的摩擦系数而改善早期的摩擦状况，而剩下的1，3-二丙酮则会在对磨面上暴露或者被破坏的区域进一步形成补充式的固液耦合螯合物膜，进一步的改善电机的振动噪音及使用寿命等性能。因此，本发明在润滑油、润滑脂内添加预合成螯合物添加剂进行改性，是对预处理的轴/粉末冶金轴承、滚珠轴承滚珠的后续超滑状态的一种有效补充，既可以快速的进一步优化初始阶段的摩擦效果，也可以对后续继续生成超滑螯合物薄膜提供原材料，是一种可以获得长期稳定宽温域超静音微电机的方法。
本发明，系统性地改善微电机的粉末冶金轴承、滚珠轴承等主要机械摩擦部件的摩擦性能，大幅降低了电机摩擦部件的摩擦系数，从而有效的改善了微电机的振动噪音及服役寿命。在相同的300号微电机(直径300mm)平台及测试条件下，本技术的未通电静态转动转矩可以从传统的2.3mNm降到1.8mNm，下降幅度超过20％(如图7、图8所示)，
在12V的额定工作电压下，通过固定的振动噪音测试标准平台，本技术的电机产品的噪音声压从传统方案的39-42dB降到35-37dB(如图9所示)，振动噪音的改善效果非常明显，从而获得了一种超静音的微电机产品，这大幅提升了微电机的听觉感受。
同时，摩擦性能的改善，也大幅降低了各摩擦零件的磨损情况，提升了微电机的使用寿命，降低失效风险。在室温下，12V的工作电压，负载140mNm，1S为导通周期的10万个正反转交替循环运转后，本发明的轴没有明显的恶化，相对容易磨损的粉末冶金轴承也没有产生明显的磨损；而采用不进行表面预处理并配合普通润滑油、润滑脂的传统微电机，在相同的运作时间后，轴表面产生明显的氧化，而相对最容易产生磨损的粉末冶金轴承则产生严重的磨损情况(如图10所示)。可见，本发明对微电机的使用寿命情况改善非常明显。
在市场上现有的主流的微电机产品在低温下粉末冶金轴承内的润滑油粘度急剧升高、流动性能变差，在-30℃甚至更低的低温环境下，电机启动时存在短时间的干摩擦而对电机本体产生激励源，而且激励源的激励频率容易与电机外壳、转子的固有频率接近，从而存在很大的几率产生低温共振，产生“低温啸叫”，严重影响了微电机在低温下的舒适感及使用寿命。
本发明通过改善转动轴、滚珠轴承的滚珠，表面均经过了预“固液耦合”处理，表面已经预先与1，3-二丙酮生成了具有承载能力优异、摩擦系数极低的超滑螯合物吸附膜，使得电机在低温启动时仍然具有良好的润滑性能，解决了行业的“低温啸叫”痛点，这也大幅的拓展了微电机的低温适用温区。在-40℃下，本发明的微电机没有产生明显的共振图谱，而传统微电机则已经产生了明显的低温共振图谱，频率属于微电机转子的固有频率(如图6所示)。
转动轴和轴承在新能源汽车中大量使用，随着新能源汽车的快速发展，电驱动将会取代传统的燃油驱动，汽车的噪音水平大幅降低，听觉舒适性明显提升，对配套的驱动微电机的振动噪音水平也提出了更高的要求。同时，由于汽车为室外应用交通工具，难以避免冬季低温的应用场景，因此对配套的微电机也提出了低温的适用要求。因此，本发明所得到的宽温域超静音电机，是符合新能源汽车产业发展需求的一款新产品，具有非常重要的经济意义及应用意义。
实施例1
所述转动轴的表面预处理，包括以下生产步骤：
(1.1)取410马氏体不锈钢，研磨得到轴枝，所述轴枝外径大于外径设计尺寸0.001mm；
(1.2)将轴枝固定摆放且放入等离子表面处理器，处理器内真空度调至30Pa，充入Ar/H2混合气体，Ar气体流量为60sccm，H2流量为10sccm，频率为13.5MHz，持续40分钟，得到活化轴枝；
(1.3)将活化轴枝在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，球磨罐长度为轴枝的1.3倍，轴枝的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料的添加量为轴枝的堆垛高度的1/2；
(1.4)装载完成后，以转速为28r/min，转动116分钟，轴枝表面形成螯合物薄膜，取出，经烷烃有机物清洗，烘干得到固液耦合超滑膜轴枝，完成转动轴的表面预处理。
实施例2
轴承为粉末冶金轴承，添加的润滑油的生产方法包括以下步骤：
(2.1)取粒径为30nm、纯度大于99.9％的纳米铁粉，于钢板上摊开，厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
(2.2)处理器腔体真空度为30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续45分钟，得到活化的纳米铁粉；
(2.3)将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球＝1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速450r/min，持续85分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油。
实施例3
轴承为滚珠轴承，所述滚珠进行表面预处理，包括以下生产步骤：
(3.1)取高碳钢或合金钢滚珠，滚珠外径比设计外径大0.0005-0.0008mm；
(3.2)将所述滚珠置于等离子表面处理器，处理器内真空度调至30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续56分钟，滚珠完成活化；
(3.3)将活化后的滚珠在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，滚珠的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料添加量为滚珠总堆垛高度的1/2；
(3.4)装载完成后，以转速15r/min，转动180分钟，滚珠表面形成螯合物薄膜，取出，得到表面具有薄膜的滚珠。
实施例4
滚珠轴承添加的润滑脂的生产方法，包括以下步骤：
(4.1)取粒径为30nm、纯度大于99.9％的纳米铁粉，于钢板上摊开，厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
(4.2)处理器腔体真空度为30Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续45分钟，得到活化的纳米铁粉；
(4.3)将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球＝1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速450r/min，持续90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油；
(4.4)以润滑油：聚α烯烃或酯类＝0.5：1的重量比，添加聚α烯烃或酯类，得到改性基础油；
(4.5)将改性基础油混合、皂化、高温炼制、冷却、研磨，制得润滑脂。
以上对本发明所提供的一种微电机的制造方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种微电机的制造方法，包括转动轴和轴承，其特征在于，所述轴承为粉末冶金轴承，添加的润滑油的生产方法包括以下步骤：
（2.1）取粒径为30-50 nm、纯度大于99.9%的纳米铁粉，于钢板上摊开，摊开的厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
（2.2）处理器腔体真空度为30 Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续30-45分钟，得到活化的纳米铁粉；
（2.3）将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球=1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速400-500 r/min，持续60-90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油；
所述转动轴进行表面预处理，包括以下生产步骤：
（1.1）取马氏体不锈钢，研磨得到轴枝，所述轴枝外径大于外径设计尺寸0.001mm；
（1.2）将轴枝固定摆放且放入等离子表面处理器，处理器内真空度调至30 Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，得到活化轴枝；
（1.3）将活化轴枝在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，球磨罐长度为轴枝的1.2-1.5倍，轴枝的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料的添加量为轴枝的堆垛高度的1/2；
（1.4）装载完成后，以转速为20-30 r/min，转动90-120分钟，轴枝表面形成螯合物薄膜，取出，经烷烃有机物清洗，烘干得到固液耦合超滑膜轴枝，完成转动轴的表面预处理。
2.根据权利要求1所述的微电机的制造方法，其特征在于，所述粉末冶金轴承添加润滑油方法，包括步骤：
（2.4）取粉末冶金轴承，置于泡油装置内，添加复合油，抽真空至小于-80 KPa，保持0.5-1小时，润滑油完全进入粉末冶金轴承毛细孔内，完成润滑油的添加。
3.根据权利要求1所述的微电机的制造方法，其特征在于，所述固液耦合超滑膜轴枝的膜厚度为2-5nm。
4.根据权利要求1所述的微电机的制造方法，其特征在于，所述轴承为滚珠轴承，所述滚珠进行表面预处理，包括以下生产步骤：
（3.1）取高碳钢或合金钢滚珠，滚珠外径比设计外径大0.0005-0.0008mm；
（3.2）将所述滚珠置于等离子表面处理器，处理器内真空度调至30 Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续45-60分钟，滚珠完成活化；
（3.3）将活化后的滚珠在5分钟内转移至已装好1，3-二丙酮材料的球磨罐内，球磨罐温度为90±5℃，球磨罐轴向完全水平，滚珠的堆垛高度低于球磨罐的圆心截面，1，3-二丙酮材料添加量为滚珠总堆垛高度的1/2；
（3.4）装载完成后，以转速10-20 r/min，转动120-180分钟，滚珠表面形成螯合物薄膜，取出，得到表面具有薄膜的滚珠。
5.根据权利要求4所述的微电机的制造方法，其特征在于，所述滚珠的薄膜厚度为2-4nm。
6.根据权利要求4所述的微电机的制造方法，其特征在于，所述球磨罐内壁光洁度≥11级，粗糙度＞Ra 0.05。
7.根据权利要求1或4所述的微电机的制造方法，其特征在于，Ar气体流量为60 sccm，H2流量为10 sccm，产生电磁场将Ar/H2气体电离，生成等离子体。
8.根据权利要求4所述的微电机的制造方法，其特征在于，所述滚珠轴承添加的润滑脂的生产方法，包括以下步骤：
（4.1）取粒径为30-50 nm、纯度大于99.9%的纳米铁粉，于钢板上摊开，厚度低于1mm，放入等离子表面处理器；
（4.2）处理器腔体真空度为30 Pa，充入Ar/H2混合气体，频率为13.5MHz，持续30-45分钟，再将纳米铁粉翻转，再持续30-45分钟，得到活化的纳米铁粉；
（4.3）将纳米铁粉在5分钟内转移到具有竖立式球磨罐的行星式球磨机，调节温度至90±5℃，按照铁粉：1，3-二丙酮：磨球=1:1:3的重量比添加1，3-二丙酮和磨球，调节转速400-500 r/min，持续60-90分钟，取走磨球，剩下的粒径＜10nm的超微颗粒螯合物和1，3-二丙酮的混合物为润滑油；
（4.4）以润滑油：聚α烯烃或酯类=0.2~1：1的重量比，添加聚α烯烃或酯类，得到改性基础油；
（4.5）将改性基础油混合、皂化、高温炼制、冷却、研磨，制得润滑脂。
9.根据权利要求8所述的微电机的制造方法，其特征在于，所述滚珠轴承添加润滑脂的方法，包括步骤：
（4.6）组装滚珠轴承，将所述润滑脂添加至滚轴轴承的内外环、保持架、滚珠上，封上密封环，得到滚珠轴承。
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