CN1414577A

CN1414577A - 汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯及其制作方法

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Publication number: CN1414577A
Application number: CN 02144884
Authority: CN
Inventors: 李延军; 周向东; 贺天民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: CN1194357C

Abstract

本发明的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯及其制作方法涉及电喷内燃机干式点火线圈内的软磁铁芯，还涉及用铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法。软磁铁芯材料包括铁粉和酚醛树脂，铁芯由压制成的圆柱体和圆环体组成。工艺过程包括制取铁磁粉末—模压成型—固化处理。将铁粉放入酚醛树脂的乙醇溶液，进行粘覆造粒制得铁磁粉末；再将铁磁粉末放入模具，冷压或温压制得初件；将初件经台阶式升温固化处理后进行二次固化及防锈绝缘处理。本发明的方法原料易得，工艺简单，不必进行高温热处理；可制得各种形状的高密度、高强度、大初始磁导率、高磁通密度、低矫顽力、低损耗、尺度精确的软磁铁芯。

Description

汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯及其制作方法

技术领域

本发明涉及被用作电喷内燃机干式点火线圈内的软磁铁芯，还涉及用铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法。

背景技术

随着现代汽车工业的发展，环保节能材料应用在汽车上是永远的发展方向，原来采用化油器的汽车逐渐被采用电喷技术的汽车所替代，电喷技术汽车的点火功能主要靠点火线圈工作来实现，而点火线圈性能好坏则取决于内部软磁铁芯的电磁性能。

以往被用在汽车点火线圈内的铁芯主要采用笨重的矽钢片叠制而成。矽钢片叠制成型工艺难以做出特殊复杂形状，利用率极低，磁性能差——初始磁导率小、磁通密度低、矫顽力大、发热量高。这种矽钢片叠制成的铁芯多用在电动机、高耗变压器等要求较低的器件中。另外，在高频条件下(1KHZ-10KHZ)使用的磁性材料多为铁氧体，羰基铁氧体，如钕、铁、硼，Mn-Zn铁氧体，Nc-Zn铁氧体，玻莫合金，铝硅合金，而且铁氧体的磁性材料多用在感应器、电子衡器等方面。

现有技术的矽钢片叠制铁芯的制作，首先要生产大片的矽钢片，之后按所需的形状裁剪再叠制。工艺过程繁杂，且浪费很多材料，制作成本很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是，采用粉末冶金工艺压制成型制做的软磁铁芯克服上述矽钢片叠制铁芯及其制作的缺点，其成型工艺简单，可加工出各种复杂结构形状要求的软磁制品，节约材料，使材料利用率几乎可达100％，其电磁性能有其独特优点：低铁损、低损耗，较大的初始磁导率，高的磁通密度，低矫顽力，这是矽钢片叠制的铁芯很难达到的。

本发明为解决背景技术的各种问题，为有效地利用材料，提高形体的致密度，高的形体强度，得到良好的磁性能、尺寸精度、绝缘性好，防止破损和形变，进行了深入研究，达到了理想的纯铁粉压制成型软磁铁芯。本发明的软磁铁芯材料完全可以代替矽钢片叠制的铁芯，应用到电喷汽车在恶劣环境条件下、性能指标高的严格要求状态下使用，实现其性能。

本发明的一种汽车干式点火线圈软磁铁芯，其软磁铁芯材料包括铁粉和酚醛树脂，铁芯为压制成的圆柱体和圆环体组成，圆环体的内径与圆柱体的直径相同。

即，本发明的软磁铁芯，主要是用于汽油内燃机和液化气内燃机用的干式点火线圈中。它在50-1KHz条件下有足够高的电感量，良好的Q值，低损耗、高的初始磁导率，及高的磁通密度。

所说的的铁粉包括还原铁粉和雾化铁粉及羰基铁粉和硅铁粉。因还原铁粉一般铁含量为98.5％以下，硅铁粉含铁量在75％以下，因这两种其杂质因素较多，对磁性能都有很大影响，而雾化铁粉其铁含量为98.5％以上，其杂质少。羰基铁粉含量较高，但颗粒度较小表面积较大，且合格率很高，并且需附加烧结成型，工艺复杂，只能用在高频(1KHz-20KHz)条件下，不宜作为汽车点火线圈内软磁铁芯粉体材料。所以最理想用雾化铁粉，最理想用含量98％以上且65-200目，更好为65-100目，颗粒状态为近球形铁粉。

所说的酚醛树脂是一种醇溶性热固性树脂，也可以用环氧树脂、尿素树脂等替代酚醛树脂。最好是A型碱性酚醛树脂，如：6076C、4102型等。

本发明的软磁铁芯材料，由重量为75～99.9％的铁粉和余量的酚醛树脂组成。最好是酚醛树脂与铁粉按重量比0.1～15％，更好为0.1～5％。

酚醛树脂用量过多，得不到良好的软磁性能和型体强度，制作中也容易变形破损；过少加入酚醛树脂也使模制的软磁铁芯强度下降，铁损增大，绝缘性差。

本发明的汽车干式点火线圈软磁铁芯的制作方法，是以粒度为(65～200)目铁粉为原料，以酚醛树脂为固化剂，铁粉和酚醛树脂按重量的比例为(99.9∶0.1)～(75∶25)；工艺过程包括制取铁磁粉末—模压成型—固化处理；所说的制取铁磁粉末是，将铁粉放入浓度为(1～20)％的酚醛树脂的乙醇溶液，用雾化设备进行粘覆造粒，再烘干；所说的模压成型是，将铁磁粉末放入模具，在常温和(2～20)T/cm2压力下压制成圆柱体或圆环体的形状，脱模制得初件；所说的固化处理是，让初件在常温下自然失效(12～24)小时，再进行台阶式升温，即，升温到(90～105)℃保温(0.5～2)小时，再升温到(115～125)℃保温(1～3)小时，再升温到(170～190)℃保温(0.5～2)小时，最后自然冷却至室温。

本发明所使用的固化剂还可以是，在常温下使用丙酮、甲苯、吡咯烷酮等溶剂溶解醇溶形热固性树脂或丙酮溶解的其它树脂。醇溶性树脂如环氧树脂、尿素树脂、包括酚醛树脂，而丙酮溶解的尼龙66等做固化剂时脱模困难，固化条件不易掌握，其强度、磁性能都较差。醇溶形热固性树脂最好的是酚醛树脂，更理想的为A型碱性酚醛树脂，如：6076C、4102型等，其浸渍性、粘覆性、包裹程度为更好，体现在模制后型体强度及绝缘性能都很好，不必担心模压成型后的破损和变形，而且热固化后强度为更佳。也可以用干粉状树脂与铁粉混合模制软磁铁芯，只是其表面粘覆不均且强度低。

制取铁磁粉末，即对金属粉末进行粘覆造粒，可以用雾化设备均匀的造粒三次，并每次烘干，用金属刷筛选成为模制的原料。这样，能使热固性树脂均匀且充分的包覆在金属颗粒表面。

本发明中对纯铁粉压制时采用常温状态下2～20t/cm²的压力进行压制，在小于2t/cm²压力压制时尽管可以成型，但金属颗粒和固化剂填充密度不足，模件强度低，易破损。而压力大于20t/cm²时虽填充密度较高，内部应力极大，使铁粉金属颗粒间的绝缘层遭到破坏，导致磁性能降低。最佳压力为5～15t/cm²，更好为6～10t/cm²。这样同样得到较好的填充密度，金属颗粒之间绝缘层充分包裹薄而均匀，达到良好的绝缘性能和良好的磁性能。

也可以采用温压技术模压成型：将铁粉加温到100～140℃预热再进行压制，同样得到良好磁性能的粉末复合体，制得初件，其填充密度比常温状态下压制稍高，但加工工艺较为复杂。

在压制过程中可适当加入脱模剂以减少阻力，脱模剂可以是硬脂酸、硬脂酸锌、二硫化钼及蜡等。

本发明在模压成型后的初件稍做简单的处理去除压制的压痕后，先让其在常温下自然失效12～24小时，相对消除一些压制应力，再进行60～180℃呈台阶升温曲线进行固化处理。固化处理最好在保护气氛下进行，即在氢、氮或惰性气体气氛下进行，使模件不被氧化，而得到外观良好，应力消除，具有良好初始磁导率的软磁铁芯。

本发明的软磁铁芯最好再进行二次固化及防锈绝缘处理。二次固化及防锈绝缘处理是将固化后的软磁铁芯浸入10～20％醇溶酚醛树脂溶液中1～20分钟，再取出铁芯，去除多余酚醛树脂溶液在烘箱中进行80～160℃的台阶式升温降温，最后冷却至室温。

按照以上说明本发明能够提供高密度、大初始磁导率、强度高、尺寸精度好、生产效率高、节约材料的高磁通量的软磁铁芯复合体。本发明用英国So1artron SII260阻抗分析仪测量同样尺寸铁芯同样匝数线圈的低频阻抗数据拟合结果表明，用纯铁粉压制的软磁铁芯完全可以替代矽钢片叠制的铁芯。

本发明的铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法，原料易得，工艺简单，可以制得各种形状尺度精确的软磁铁芯。更重要的是，本发明的工艺不必进行高温热处理，因高温热处理会使铁粉氧化，起绝缘作用的热固性树脂炭化，即使在保护气氛下同样还是铁损增大，涡流效应大。所以在较低温度下进行固化，也可得到在50-1KHz条件下的磁性能较好的软磁材料。

本发明还针对模压加工模具进行优化设计，使之在模压过程中减少粉末之间的阻力，避免出现铁芯填充密度的不均匀性，保证铁芯密度均匀一致。最好取横向压制。横向压制模具设计为台阶状态则出现多区密度，3种以上两侧密度高，中间密度低而底层最低，严重影响了软磁铁芯的磁性能。而纵向压制密度分布呈台阶线性分布。

具体实施方式

实施例1

选平均粒度为65、80、100、200目铁粉为原料，铁粉和酚醛树脂按重量的比例为100∶5。经制取铁磁粉末—模压成型—固化处理的工艺过程制作软磁铁芯。具体过程为，分别将铁粉放入浓度15％的酚醛树脂的乙醇溶液，对金属粉末进行粘覆造粒，使热固性树脂充分包覆在金属颗粒表面，用雾化设备均匀造粒三次，并每次烘干，制得铁磁粉末；分别将铁磁粉末放入模具，在常温和分别在2、6、8、10、15、20T/cm²压力下压制成圆柱体初件；最后让初件在常温下自然失效15小时，再进行台阶式升温固化处理。

表1给出体现在同样固化剂、不同粒度的铁粉、不同压力下的软磁铁芯密度比较。密度单位10^-3Kg/m³。

表1

由表1，压力在6t/cm²以上时，软磁铁芯密度较大且不易破碎，再考虑到软磁铁芯的绝缘电阻率和内应力，压力取6～10t/cm²为宜。铁粉的粒度对软磁铁芯性能影响不是太大。较小的粒度对固化剂的粘覆和填充密度增大有好处。所以一般不取粒度小于60目铁粉作原料。

实施例2

按实施例1的工艺过程制作软磁铁芯。使用100目铁粉作原料，以10t/cm²的压力压制初件，酚醛树脂和铁粉按重量的比例分别为15％、10％、5％、3％、1％、0.5％。对软磁铁芯的密度和以该软磁铁芯作成汽车点火线圈的电感量进行测定，结果如表2。

表2

重量比	15％	10％	5％	3％	1％	0.5％
重量比	15％	10％	5％	3％	1％	0.5％	密度10^-3Kg/m³	4.137	4.791	5.657	5.867	6.374	6.328
电感量μH	401	423	532	620	729	737	密度10^-3Kg/m³	4.137	4.791	5.657	5.867	6.374	6.328

表2中电感量的测量是在1000Hz频率条件下进行的。由表2可知，酚醛树脂和铁粉按重量的比例小于1％软磁铁芯的性能更好。

实施例3

按实施例1的工艺过程制作软磁铁芯，固化处理后，再进行二次固化及防锈绝缘处理。具体过程是：将固化后的软磁铁芯浸入10～20％醇溶酚醛树脂溶液中1～20分钟，以溶液中不产生气泡为至，一般3～10分钟即可取出铁芯。去除多余酚醛树脂溶液，在烘箱中进行80～160℃的台阶式升温降温，最后冷却至室温。所说的台阶式升温降温可以是，将在醇溶酚醛树脂溶液中浸渍过的软磁铁芯加热到80±5℃保温0.5～1.5h，升温后在120±5℃保温1.5～2.5h，再升温后在160±5℃保温0.5～1.5h，再降温至80±5℃保温0.5～1h，最后自然冷却到常温。这样，既起到对软磁铁芯的二次固化消除应力的作用又保证酚醛树脂绝缘膜完全包覆到软磁铁芯的表面，进而保证绕线时与绕组之间的绝缘性能及增加铁芯的强度。

Claims

1、一种汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯，其特征在于，软磁铁芯材料包括铁粉和酚醛树脂，铁芯为压制成的圆柱体和圆环体组成，圆环体的内径与圆柱体的直径相同。

2、按照权利要求1所述的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯，其特征在于，软磁铁芯材料由重量为75～99.9％的铁粉和余量的酚醛树脂组成。

3、按照权利要求1或2所述的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯，其特征在于，所说的铁粉是含量98％以上，粒度65～200目的铁粉。

4、按照权利要求1或2所述的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯，其特征在于，所说的酚醛树脂是A型碱性酚醛树脂。

5、一种权利要求1的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法，其特征在于，以粒度为(65～200)目铁粉为原料，以酚醛树脂为固化剂，铁粉和酚醛树脂按重量的比例为(99.9∶0.1)～(75∶25)；工艺过程包括制取铁磁粉末—模压成型—固化处理；所说的制取铁磁粉末是，将铁粉放入浓度为(1～20)％的酚醛树脂的乙醇溶液，用雾化设备进行粘覆造粒，再烘干；所说的模压成型是，将铁磁粉末放入模具，在常温和(2～20)T/cm²压力下压制成圆柱体或圆环体的形状，脱模制得初件；所说的固化处理是，让初件在常温下自然失效(12～24)小时，再进行台阶式升温，即，升温到(90～105)℃保温(0.5～2)小时，再升温到(115～125)℃保温(1～3)小时，再升温到(170～190)℃保温(0.5～2)小时，最后自然冷却至室温。

6、按照权利要求5所述的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法，其特征在于，在去除压制的压痕后，再让其在常温下自然失效12～24小时；所说的固化处理是在氢、氮或惰性气体气氛下进行的。

7、按照权利要求5或6所述的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法，其特征在于，在固化处理后，再对软磁铁芯进行二次固化及防锈绝缘处理，具体过程是将固化后的软磁铁芯浸入10～20％醇溶酚醛树脂溶液中1～20分钟，取出铁芯，去除多余酚醛树脂溶液，在烘箱中进行80～160℃的台阶式升温降温，最后冷却至室温。

8、按照权利要求5或6所述的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法，其特征在于，所说的制取铁磁粉末的过程重复进行三次；所说的模压成型的压力是(6～10)T/cm²。

9、按照权利要求7所述的汽车点火线圈内铁粉压制成型的软磁铁芯的制作方法，其特征在于，所说的制取铁磁粉末的过程重复进行三次；所说的模压成型的压力是(6～10)T/cm²。