CN117877883A - 一种耐高温线圈及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐高温线圈及其制备方法，包括步骤：（1）将铝导线浸入电解液中进行热电化学氧化处理，得表面具有陶瓷涂层的陶瓷铝导线；（2）在陶瓷铝导线表面涂覆耐高温绝缘涂料，在耐高温绝缘涂料干结前将陶瓷铝导线绕制成铝线圈；（3）热处理铝线圈一段时间使耐高温绝缘涂料固化，取出即得耐高温线圈。本发明的耐高温线圈的制备方法工艺简单、成本低廉，耐高温线圈的绕制不受定子齿形的限制，适用面更广。本发明的耐高温线圈的绝缘层为无机材料，可以在高温、辐射等恶劣环境下工作，最高可耐受400℃的高温，并且无机绝缘层的散热性能优于有机绝缘材料，克服了有机绝缘材料不耐高温、不耐辐射、散热困难的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及绕组电磁线技术领域，具体涉及一种耐高温线圈及其制备方法。
背景技术
绕组的耐热能力主要受其电磁线绝缘材料耐受温度的限制，现有的有机绝缘电磁线的耐热等级一般在200℃左右，并且，有机绝缘材料在高温或辐射环境下老化很快。为提高绕组的耐热能力，克服有机绝缘材料在高温下快速老化分解的问题，国内外开发了以陶瓷为主的无机绝缘材料，大幅提高了绕组的耐热能力，参见文献1-3。然而，此类以陶瓷为主的无机绝缘材料加工工艺复杂，制作困难，成本高昂，有时受非市场因素的影响也难以购买到。
另一个困难在于，陶瓷绝缘材料具有难以克服的脆性，在绕制绕组时，电磁线表层的陶瓷层很容易开裂或脱落，出现微小的裂缝和孔隙，导致绝缘性能劣化。为了克服陶瓷绝缘材料比较脆弱，易开裂脱落的问题，中国发明专利CN115295304A公开了一种陶瓷铝导线绕组的制备方法，将铝导线先绕制成型再进行热电化学氧化处理，使成型绕组中的铝导线表面生成陶瓷绝缘膜层。专利CN115274294A公开了一种制备陶瓷绝缘铝绕组的方法，在弯曲铝导线的同时对铝导线进行氧化处理，专利CN116707248A公开了一种预制铝线圈的制造方法，实际上都是一种先预弯成型再涂镀陶瓷绝缘膜层的方式，以规避脆弱的陶瓷膜层易开裂脱落的问题。但是这种先预弯成型再涂镀陶瓷绝缘膜层的方式对定子结构有一定限制，定子必须设计成矩形开口齿才能进行装配，并且谐波磁场较高，应用范围有限。
参考文献：
[1]Malec D，Roger D，Duchesne S．An electrical machine made withinorganic rigid coils: a breakthrough toward high temperature motors designedfor aeronautics[C]．IEEE Electrical Insulation Conference, San Antonio，USA，2018．
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[3]Wang Z，Freer R，Fang L，et al．Development of low temperature co-fired ceramic (LTCC) coatings for electrical conductor wires[J]．IEEETransactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2016，23(01)：158-164。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、易于绕制且纯无机绝缘的耐高温线圈及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：
一种耐高温线圈的制备方法，包括步骤：
（1）将铝导线浸入电解液中进行热电化学氧化处理，得表面具有Al2O3陶瓷涂层的陶瓷铝导线；
（2）在陶瓷铝导线表面涂覆耐高温绝缘涂料，在耐高温绝缘涂料干结前将陶瓷铝导线绕制成铝线圈；
（3）将铝线圈置于烤箱内烘烤0.5-2小时，烤箱温度设定在280℃-400℃，使耐高温绝缘涂料固化，取出即得耐高温线圈。
进一步的，耐高温绝缘涂料包括有机组分和无机组分，热处理的过程使耐高温绝缘涂料固化的同时除去耐高温绝缘涂料中的有机组分，使铝导线的表层只剩Al2O3陶瓷涂层和耐高温绝缘涂料的无机组分，即得纯无机绝缘的耐高温铝线圈。
本发明还提供了由上述方法制备的耐高温线圈。
本发明还提供了一种电磁泵，包括泵芯，其泵芯上的线圈采用的是上述耐高温线圈。
本发明还提供了上述电磁泵的制备方法，包括：
（1）将铝导线浸入电解液中进行热电化学氧化处理，得表面具有陶瓷涂层的陶瓷铝导线；
（2）在陶瓷铝导线表面涂覆耐高温绝缘涂料，在耐高温绝缘涂料干结前将陶瓷铝导线在泵芯上缠绕成铝线圈；
（3）将泵芯置于烤箱中烘烤一段时间使耐高温绝缘涂料固化，取出泵芯组装成电磁泵。
与现有技术，本发明的有益技术效果：
本发明的耐高温线圈的制备方法工艺简单、成本低廉，耐高温线圈的绕制不受定子齿形的限制，适用面更广。本发明的耐高温线圈的绝缘层为无机材料，可以在高温、辐射等恶劣环境下工作，最高可耐受400℃的高温，并且无机绝缘层的散热性能优于有机绝缘材料，克服了有机绝缘材料不耐高温、不耐辐射、散热困难的缺陷。
附图说明
图1是本发明实施例1制作的电磁泵泵芯的实物照片。
图2是对比例1制作的电磁泵泵芯的实物照片。
图3是实施例1的对比实验中对比例1泵芯线圈的烧坏处照片。
图4是实施例1中的对比分析结果图片（1mm尺度），其中，图4左是陶瓷铝扁线的表面微观照片，图4右是陶瓷铝扁线在涂覆耐高温绝缘涂料并经高温固化后的表面膜层微观照片。
图5是实施例1中的对比分析结果图片（20μm尺度），其中，图5左是陶瓷铝扁线的表面微观照片，图5右是陶瓷铝扁线在涂覆耐高温绝缘涂料并经高温固化后的表面膜层微观照片。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种耐高温电磁泵泵芯的制作方法，包括步骤：
（1）将铝扁线浸入电解液中进行微弧氧化/热电化学氧化处理，使铝扁线表面生成Al2O3陶瓷涂层，得陶瓷铝扁线，截取一截作为样品留待分析；
（2）将陶瓷铝扁线缠绕在泵芯的轴向铁芯上，绕制前在陶瓷铝扁线表面涂覆耐高温绝缘涂料（购自北京志盛威华化工，型号 ZS-1091），并在耐高温绝缘涂料干结前完成绕制；
（3）将绕制好的泵芯置于马弗炉中烘烤2小时，温度设定400℃，高温烘烤使线圈中的耐高温绝缘涂料固化并去除涂料中的有机组分。
烘烤结束后，取出泵芯（图1），自然冷却到室温，即可用于电磁泵的装配。
对比例1：参照实施例1的方法绕制泵芯，不同之处仅在于陶瓷铝扁线上不涂覆耐高温绝缘涂料（图2）。
将实施例1和对比例1制作的泵芯组装成电磁泵进行对比试验，实验条件为抽取铝水，电磁泵通入低电压大电流（30V，50A），使泵芯温度处于350℃的水平，保持2小时。实验结果为，对比例1泵芯中的线圈烧坏（图3），实施例1制作的泵芯可持续工作。截取泵芯上线圈中的一截作为样品与实施例1步骤（1）获得的样品进行对比分析，分析结果如图4和5所示。从图4和5中可以看出涂敷覆耐高温绝缘涂料后陶瓷铝扁线表面粗糙度大幅减弱，通过表面粗造度测试仪测出，从陶瓷铝扁线到涂覆耐高温绝缘涂料的铝扁线，表面粗糙度平均值由2.36μm降到0.96μm。涂敷耐高温绝缘涂料后，铝扁线表面受到摩擦时产生的摩擦力大幅度减弱，增强了其抗摩擦磨损性能。此外，耐高温绝缘涂料在高温固化前，其中的有机组分具有优异的柔韧性，将其覆盖在陶瓷铝扁线表面在毛细作用下可以填充到陶瓷层的孔隙中，充分吸收陶瓷铝扁线在绕制时受到应力形变时产生的能量，使得陶瓷铝扁线陶瓷层的受到的应力大幅度减弱，避免了陶瓷铝扁线的陶瓷层直接受到应力形变时开裂脱落。
对比例2：参照实施例1的方法绕制泵芯，裸铝扁线不经热电化学/微弧氧化处理，直接绕制，绕制前涂覆耐高温绝缘涂料，但是需要重复涂覆7-8次，才能使耐高温绝缘涂料均匀的挂在裸铝扁线表面。在步骤（3）的高温固化环节，取出泵芯冷却后发现，铝扁线表面的无机绝缘层出现大面积的脱落。
出现这种情况的可能的原因在于，经微弧氧化/热电化学氧化处理的铝扁线表面的陶瓷涂层为疏松多孔的粗糙结构，起到一种打磨拉毛的效果，使耐高温绝缘涂料更易于挂在铝扁线表面。同时，经微弧氧化/热电化学氧化处理的铝扁线表面的陶瓷涂层原位生在于铝基材表面，与铝基材的结合度更好，不易脱落，陶瓷涂层作为过渡层使固化在陶瓷涂层表面的耐高温绝缘涂层牢固的粘附在铝扁线表面。
实施例2
参照实施例1的方法绕制泵芯，不同之处仅在于耐高温绝缘涂料换成另一种（广州亦纳新材料，型号GN-203AW），烘烤温度设定为280℃，烘烤时间为30分钟。
Claims (6)
1.一种耐高温线圈的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）将铝导线浸入电解液中进行热电化学氧化处理，得表面具有陶瓷涂层的陶瓷铝导线；
（2）在陶瓷铝导线表面涂覆耐高温绝缘涂料，在耐高温绝缘涂料干结前将陶瓷铝导线绕制成铝线圈；
（3）热处理铝线圈一段时间使耐高温绝缘涂料固化，取出即得耐高温线圈。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐高温绝缘涂料包括有机组分和无机组分，所述热处理使耐高温绝缘涂料固化并除去耐高温绝缘涂料中的有机组分。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热处理的方式为置于烤箱内烘烤，热处理的温度为280℃-400℃，热处理时间为0.5-2小时。
4.由权利要求1-3任一所述的方法制备的耐高温线圈。
5.一种电磁泵，包括泵芯，泵芯上具有线圈，其特征在于，线圈为权利要求4中所述耐高温线圈。
6.权利要求5中所述电磁泵的制备方法，其特征在于，包括：
（1）将铝导线浸入电解液中进行热电化学氧化处理，得表面具有陶瓷涂层的陶瓷铝导线；
（2）在陶瓷铝导线表面涂覆耐高温绝缘涂料，在耐高温绝缘涂料干结前将陶瓷铝导线在泵芯上缠绕成铝线圈；
（3）将泵芯置于烤箱中烘烤一段时间使耐高温绝缘涂料固化，取出泵芯组装成电磁泵。
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