PL234774B1

PL234774B1 - Sposób wytwarzania rdzeni magnetycznych metodą prasowania i spiekania

Info

Publication number: PL234774B1
Application number: PL424498A
Authority: PL
Inventors: Thaddäus Pyrczek; Tha Ddäus Pyrczek
Original assignee: Altha Powder Metallurgy Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2020-03-31
Also published as: PL424498A1

Abstract

Sposób wytwarzania rdzeni magnetycznych metodą prasowania i spiekania proszku żelaza i środka poślizgowego do prasowania na gorąco oraz obróbki mechanicznej, impregnacji tworzywem i pokryciem galwanicznym, charakteryzuje się tym, że proszek żelaza o zawartości 1% - 5% Si z maksymalną zawartością zanieczyszczeń poniżej 0,2% z dodatkiem środka poślizgowego w ilości 0,5 - 1% poddaje się jednokrotnemu prasowaniu na gorąco w temp. 85° - 120°C zalecanej 90° - 120°C, przy ciśnieniu prasowania 500 - 800 MPa i zalecanym ciśnieniu prasowania 750 – 800 Mpa do uzyskania gęstości części zielonej w całym przekroju > 7,25 g/cm2. Wysokotemperaturowy proces spiekania prowadzony jest w atmosferze ochronnej 100% H2, w temperaturze 1250° - 1350°C zalecanej 1300° - 1330°C, przy czym punkt rosy atmosfery ochronnej wynosi min. -40°C. Czas spiekania w strefie wysokotemperaturowej wynosi 30 - 50 min, a osiągnięta koercja na półprodukcie wynosi < 60 A/m. W dalszym procesie obróbkę mechaniczną detalu wykonuje się przez toczenie, frezowanie, szlifowanie, metodami erozyjnymi lub kalibracją, usunięcie ostrych pozostałości materiału tzw. gratów następuje metodą trowalizacji (obróbki wibrościernej), mycia i suszenia, zaś uszczelnienie porów w spiekach następuje metodą Maldaner lub technologiami adekwatnymi, a operacją zamykającą proces jest niklowanie galwaniczne, przy czym po tych operacjach wyrób gotowy ma koercję < 100 A/m.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania rdzeni magnetycznych metodą prasowania i spiekania proszku żelaza i środka poślizgowego do prasowania na gorąco oraz obróbki mechanicznej, impregnacji tworzywem i pokryciem galwanicznym, stosowanych w transformatorach, silnikach elektrycznych, prądnicach, dławikach, elektromagnesach, przekaźnikach i wielu innych urządzeniach.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 49822 sposób wytwarzania rdzeni z ferrytów manganowo-cynkowych, polega na wymieszaniu i rozdrobnieniu surowców wyjściowych na mokro lub sucho, wysuszeniu i sferrytyzowaniu mieszaniny surowców w temperaturze od 900°C do 1200°C, przemiale sferrytyzowanej masy i zgranulowaniu jej z dodatkiem plastyfikatorów, a następnie wyprasowaniu kształtek odpowiednio dobranym ciśnieniem od 5 do 100 MN/m² i spieczeniu ich w atmosferze powietrza lub azotu w temperaturze od 1000°C do 1400°C. Spieczone rdzenie poddaje się mechanicznej obróbce wykończającej, a następnie kontroli własności magnetycznych i mechanicznych. Surowcami wyjściowymi są: tlenek żelaza, tlenek cynku i węglan manganu lub tlenek manganu. Skład mieszaniny surowców zawiera się w zakresie 55±5% molowych Fe2O3, 30±5% molowych MnO i 15±5 % molowych ZnO.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 142833 sposób wytwarzania rdzeni magnetycznych z ferrytów manganowo-cynkowych, zwłaszcza rdzeni o dużych wymiarach oraz o skomplikowanych kształtach na drodze rozdrobnienia mieszaniny składającej się z tlenku żelaza, tlenku manganu i tlenku cynku, wysuszenia i zgranulowania tej mieszaniny, którą następnie prasuje się, poddaje się ferrytyzacji i spieka, charakteryzuje się tym, że jako tlenek żelaza stosuje się tlenek żelaza, którego temperatura początku spiekania jest niższa od temperatury, w której rozpoczyna się ekspansja układu surowców związana z tworzeniem się ferrytu, korzystnie niższa od 800°C, zaś jako tlenek manganu stosuje się tlenek manganu zawierający powyżej 90% manganu na trzecim stopniu utlenienia, stabilny w warunkach suszenia i granulowania mieszaniny surowców oraz w warunkach spiekania rdzeni, korzystnie uzyskany przez termiczny rozkład węglanu manganu w temperaturze od 960°C do 1100°C, przy czym rozpyłowe suszenie i granulowanie zmielonej na mokro mieszaniny składników wyjściowych przeprowadza się z dodatkiem środków wiążących, poślizgowych i powierzchniowo czynnych przy minimalnej zawartości wody, korzystnie o zawartości wody w zawiesinie od 25% do 38% do momentu uzyskania granulatu posiadającego gęstość usypową bez usadu w zakresie od 1200 do 1450 kg/m³, zaś prasowanie przeprowadza się przy ciśnieniu od 5 do 100 MN/m² aż do uzyskania gęstości pozornej rdzeni w granicach od 2700 do 3300 kg/m³, korzystnie 3000 kg/m³.

Znany jest również z opisu patentowego nr EP1246950 sposób otrzymania elementów kształtowych poprzez spiekanie i prasowanie mieszanek proszkowych stali z dodatkami stopowymi, charakteryzuje się tym, że wstępnie ukształtowany półfabrykat jest poddawany wstępnemu spiekaniu w atmosferze korzystnie zdysocjowanego amoniaku w temperaturze (700-750)°C, korzystnie 720-730°C w czasie 20-40 min, korzystnie 30 min i pierwszemu dogęszczaniu pod ciśnieniem 700-800 MPa, korzystnie 750 MPa, a następnie drugiemu dogęszczaniu z jednoczesnym kalibrowaniem pod ciśnieniem 900-1000 MPa, korzystnie 950 MPa, po czym jest poddawany ostatecznemu spiekaniu w temperaturze 1100-1200°C, korzystnie 1120-1150°C w czasie 40-50 min, korzystnie 45 min.

Znany jest również sposób otrzymywania części z mieszanek proszkowych stali konstrukcyjnych z dodatkami stopowymi, polegający na prasowaniu, wstępnym spiekaniu w temp. 800-850°C, odkształcaniu wstępnie spieczonego półfabrykatu oraz spiekaniu ostatecznym w temperaturze 1120-1180°C w atmosferze ochronnej.

Otrzymane tym sposobem części mają niewystarczające parametry wytrzymałościowe, a w szczególności małą wytrzymałość na zginanie.

Poza tym znany jest sposób otrzymywania części z proszków metali z dodatkami stopowymi, w którym następuje prasowanie, wstępne spiekanie w temperaturze 650°C, powtórne prasowanie i powtórne spiekanie w temperaturze 1150°C.

Wysokorozwinięte urządzenia elektromagnetyczne do których należą min. silniki elektryczne, aktuatory, przetworniki itp. wymagają stosowania materiałów o bardzo specyficznych własnościach elektrycznych, magnetycznych (przenikalność magnetyczna, indukcja magnetyczna, stratność, indukcja nasycenia, rezystywność), parametrach wytrzymałościowych (granica wytrzymałości, granica plastyczności, wydłużenie względne, moduł Younga), formach geometrycznych.

Wytwarzanie tych elementów metodami tradycyjnymi - obróbka mechaniczna i wycinanie związana jest z powstawaniem dużej ilości odpadów i wysokim zużyciem energii, a co za tym idzie wysokimi kosztami wytworzenia.

PL 234 774 B1

Ponadto ingerencja mechaniczna zmienia parametry magnetyczne wyrobów co pociąga za sobą konieczność stosowania dodatkowych kosztownych operacji jak np. wyżarzania w H2.

Wytwarzane obecnie metodą spiekania rdzenie magnetyczne wykonywane są w następującej technologii:

- prasowanie przy ciśnieniu 500-650 MPa,

- wstępne wypalanie środka poślizgowego w temp. 750°-900°C,

- dogęszczanie przez prasowanie lub kalibrowanie przy ciśnieniu 500-650 MPa,

- spiekanie ostateczne w temp. 1150°-1250°C,

- obróbka mechaniczna bądź kalibrowanie niekorzystnie zwiększające koercję od 5-30%,

- wielogodzinne wyżarzanie obniżające poziom koercji magnetycznej do wymaganej wartości,

- impregnacja tworzywem zamykająca pory otwarte,

- śrutowanie,

- pokrycie galwaniczne.

Celem wynalazku jest takie przeprowadzenie procesu wytwarzania materiału wyjściowego, aby po jednokrotnym procesie prasowania i spiekania uzyskać możliwie najniższą koercję magnetyczną, która pozwoli na uzyskanie wymaganych końcowych parametrów magnetycznych oraz dobór obróbki wymiarowej wywołującej możliwie minimalny przyrost koercji oraz możliwie niską chropowatość powierzchni.

Biorąc pod uwagę powyższe uwarunkowania opracowano sposób będący przedmiotem wynalazku.

Sposób wytwarzania rdzeni magnetycznych metodą prasowania i spiekania proszku żelaza o zawartości 1%-5% Si z maksymalną zawartością zanieczyszczeń poniżej 0,2% oraz środka poślizgowego o nazwie handlowej LUBE HD firmy Hoganas w ilości 0,5%-1% wagowych do prasowania na gorąco oraz obróbki mechanicznej, impregnacji tworzywem i pokryciem galwanicznym, charakteryzuje się tym, że polega na jednokrotnym prasowaniu na gorąco w temp. 85°-120°C zalecanej 90°-120°C, przy ciśnieniu prasowania 500-800 MPa i zalecanym ciśnieniu prasowania 750-800 MPa. Uzyskana gęstość części zielonej w całym przekroju jest >7,25 g/cm². Wysokotemperaturowy proces spiekania prowadzony jest w temperaturze 1250°-1350°C zalecanej 1300°-1330°C i spiekanie prowadzone jest w atmosferze ochronnej 100% H2, przy czym punkt rosy atmosfery ochronnej wynosi min. -40°C. Ponadto, czas spiekania w strefie wysokotemperaturowej wynosi 30-50 min, a osiągnięta koercja na półprodukcie wynosi < 60 A/m.

W dalszym procesie obróbkę mechaniczną detalu wykonuje się przez toczenie, frezowanie, szlifowanie, metodami erozyjnymi lub kalibracją, usuniecie ostrych pozostałości materiału tzw. gratów następuje metodą trowalizacji (obróbki wibrościernej), mycia i suszenia, zaś uszczelnienie porów następuje metodą Maldaner lub technologiami adekwatnymi, która daje gwarancję szczelności spieków, a operacją zamykającą proces jest niklowanie galwaniczne. Wyrób gotowy ma koercję < 100A/m.

Zastosowanie metody spiekania proszków, która jest praktycznie bezodpadowa pozwala na obniżenie kosztów wytworzenia i podniesienia konkurencyjności produkowanych tą metodą wyrobów.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu, uwidoczniono poniżej.

P r z y k ł a d I

Proszek żelaza firmy Hoganas AB o składzie ABC100.30 i uziarnieniu < 160μ jako baza, Fe1?Si w ilości 18% wagowych, środek poślizgowy o nazwie handlowej Lube HD firmy Hoganas - 0,60% wagowych prasuje się na gorąco w temp. 95°C +/- 2°C przy ciśnieniu 770 MPa.

Proces spiekania przeprowadzany jest w temperaturze 1310°C +/-10°C w czystym wodorze (100% H2) o punkcie rosy -40°C w czasie 30 min.

P r z y k ł a d II

Proszek firmy Hoganas AB o składzie np. ABC100.30 o uziarnieniu < 160μ jako baza, Fe1?Si - 18% wagowych, środek poślizgowy o nazwie handlowej Lube HD firmy Hoganas - 0,60% wagowych prasuje się na gorąco w temp. 95°C +/- 2°C przy ciśnieniu 780 MPa.

Proces spiekania przeprowadzany jest w temperaturze 1320°C +/-10°C w czystym wodorze (100% H2) o punkcie rosy -40°C w czasie 30 min.

W obydwu przykładach otrzymany rdzeń magnetyczny poddaje się obróbce toczenia, celem uzyskania wymaganych parametrów geometrycznych oraz obróbce wibrościernej celem usunięcia gratu.

Części po obróbce wibrościernej poddaje się operacji mycia i suszenia. Następną operacją jest zamknięcie porów tworzywem (metoda Maldaner) i poddanie pokryciu galwanicznemu czystym niklem (Ni). Gotowy wyrób jest pakowany do blistrów zapobiegających uszkodzeniom powierzchni.

PL234 774B1

W załączonej tabeli przedstawiono wyniki badań gotowego wyrobu z przykładów wykonania I i II.

Wyniki badań

Nr próbki	Gęstość [g/cm³]	\| Koercja półfabrykat [A/m]	Koercja wyrób gotowy [A/m]
I	7,35	58	96
II	7,485	I 50	90

Claims

Zastrzeżenie patentowe

1. Sposób wytwarzania rdzeni magnetycznych metodą prasowania i spiekania, w ochronnej atmosferze wodoru, proszku żelaza i środka poślizgowego do prasowania na gorąco oraz obróbki mechanicznej, impregnacji tworzywem i pokryciem galwanicznym, znamienny tym, że proszek żelaza o zawartości 1%-5% Si z maksymalną zawartością zanieczyszczeń poniżej 0,2% z dodatkiem środka poślizgowego w ilości 0,5%-1 % poddaje się jednokrotnemu prasowaniu na gorąco w temp. 85°-120°C zalecanej 90°-120°C, przy ciśnieniu prasowania 500-800 MPa i zalecanym ciśnieniu prasowania 750-800 MPa do uzyskania gęstości części zielonej w całym przekroju >7,25 g/cm², przy czym wysokotemperaturowy proces spiekania prowadzony jest w temperaturze 1250°-1350°C zalecanej 1300°-1330°C i spiekanie prowadzone jest w atmosferze ochronnej 100% H2, przy czym punkt rosy atmosfery ochronnej wynosi min. -40°C, zaś czas spiekania w strefie wysokotemperaturowej wynosi 30-50 min, a osiągnięta koercja na półprodukcie wynosi < 60 A/m, następnie w dalszym procesie obróbkę mechaniczną detalu wykonuje się przez toczenie, frezowanie, szlifowanie, metodami erozyjnymi lub kalibracją, usunięcie ostrych pozostałości materiału tzw. gratów następuje metodą trowalizacji (obróbki wibrościernej), mycia i suszenia, zaś uszczelnienie porów w spiekach następuje metodą Maldaner lub technologiami adekwatnymi, a operacją zamykającą proces jest niklowanie galwaniczne, przy czym po tych operacjach wyrób gotowy ma koercję < 100A/m.