一种用于磁性器件的芯铁及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于磁性器件的芯铁。该芯铁不仅包括轴，以及由铁基非晶合金带材绕行在轴上并经退火处理而形成的非晶合金体，还包括用于封装该铁基非晶合金，使其与外界环境隔离的封装层。该芯铁不仅具有优异的磁性能，而且能够有效避免非晶合金直接裸露在表面，经摩擦碰撞而掉渣、断裂，以及与外界环境、其他结构单元直接接触而存在的应力敏感性大、抗腐蚀性能差等问题。另外，本发明专利技术优选采用不同宽度的铁基非晶合金带材绕行的制备方法，克服了非晶合金体结构加工难度大、精度低的问题，在电磁铁、电磁阀等器件中具有良好应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电磁铁、电磁阀、继电器、电磁起重机等磁性器件的芯铁及其制备方法。
技术介绍
现代电力电子技术的不断发展，有源器件的进步，电子产品的体积和重量大大减少，推动了包括电磁铁、电磁阀、继电器和电磁起重机在内的电子元器件向轻、薄、小的方向发展。同时，国家节能减排政策的实施以及“低碳经济”的趋势也推动了电磁铁、电磁阀、继电器和电磁起重机向低能耗环保方向发展。因此，用于电磁铁、电磁阀、继电器、电磁起重机等器件中的芯铁的生产工艺也面临向高频化、低损耗、轻重量、小体积方向的变革。传统工艺中，用于电磁铁、电磁阀、继电器、电磁起重机等器件中的芯铁材料为软磁不锈钢、硅钢、电工纯铁等。但是，这些材料作为芯铁材料时其加工工艺、磁性能、能耗等方面仍然有待进一步提高。例如，目前电磁四通换向阀的先导阀芯铁采用不锈钢软磁制备，但是制备过程复杂，费时、费力并且高能耗，另外不锈钢的软磁性能差，制得的四通换向阀存在响应速度慢、励磁电流大、匝数多以及能耗高等缺点。公开号为CN 103805875 A的专利技术专利公布了一种不锈钢电磁阀芯铁的制备方法，采用高温感应熔炉炼铸、1200℃以上锻造、车削成型加工、1000℃以上正火热处理，以及磨加工等过程，工艺复杂，并且高温锻造和高温正火热处理过程耗能高。非晶合金是采用快速凝固工艺，将熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上，以每秒达百万度的速度迅速冷却，使原子来不及重新排列就被凝固而形成的具有长程无序微观结构的合金材料。与晶态合金相比，非晶合金在物理性能、化学性能和机械性能等方面都发生了显著的变化。铁基非晶合金一般具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率和低损耗等优点，同时，由于非晶合金制造和使用过程节能，因此被称为“绿色材料”和二十一世纪“双节能”材料。与软磁不锈钢、硅钢、电工纯铁等相比，铁基非晶合金材料具有以下的优点：(1)能耗低：由于非晶金属软磁材料比传统晶体金属软磁材料电阻率高，软磁性能好，铁基非晶合金材料作为芯铁时的铁损低，是普通硅钢片芯铁的1/3－1/5；(2)磁性能优异：铁基非晶合金的磁导率可达硅钢、软磁不锈钢和电工纯铁的几十百甚至几百倍；(3)稳定性高：铁基非晶合金的温度稳定性高、时效稳定性高、磁冲击稳定性高；另外，铁基非晶合金还具有频率适应范围、生产工艺简单、环保、价格低等优点。因此，由铁基非晶合金制备的芯铁的综合性能较高。目前，由非晶合金材料制备芯铁的方法通常是：采用铁基非晶带材绕制形成筒状，然后进行退火处理，最后根据器件所需芯铁的实际结构进行加工。但是，该方法制得的非晶合金芯铁主要存在如下问题：(1)脆性大：铁基非晶带材经退火处理后脆性较大，该方法中，经绕制、退火后的铁基非晶带材进行 结构加工，然后直接作为芯铁应用在器件中，一方面存在在加工过程中由于脆性开裂、断裂等隐患，另一方面在应用过程中经摩擦、碰撞，存在芯铁掉渣、开裂、断裂等问题；(2)应力敏感、抗腐蚀性差：利用该方法制得的铁芯中，铁基非晶合金材料直接裸露在表面，在应用过程中与外界环境、周围结构单元直接接触，从而导致该芯铁的应力敏感性大、抗腐蚀性能差。
技术实现思路
针对上述技术现状，本专利技术旨在提供一种用于磁性器件的芯铁，该芯铁具有优良的磁性能与力学性能，同时具有良好的耐腐蚀性能与抗冲击性能。为了实现上述技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种用于磁性器件的芯铁，包括轴以及套接在轴上的非晶合金体，所述的非晶合金体是铁基非晶合金带材绕行在轴上并经退火处理而形成的，其特征是：还包括封装层，所述封装层设置在非晶合金体外围，用于封装所述铁基非晶合金体，使其与外界环境隔离。作为优选，所述封装层为环氧树脂、聚缩醛树脂、聚苯醚等中的一种或两种以上材料。作为优选，所述封装层为两层结构，由设置在非晶合金体外围的第一封装层与设置在第一封装层外围的第二封装层组成。作为进一步优选，所述第一封装层为环氧树脂层，第二封装层为聚缩醛树脂层。所述轴材料不限，包括不锈钢、硅钢、纯铁、环氧树脂、聚缩醛树脂等；作为优选，所述轴材料为环氧树脂、聚缩醛树脂、聚苯醚等中的一种或两种以上材料。所述封装层用于装封所述非晶合金体，使其与外界环境隔离，作为优选，所述封装层还设置在轴侧面，同时用于封装轴，使其与外界环境隔离。所述的磁性器件不限，包括电磁铁、电磁阀、继电器、电磁起重机等器件。所述轴的直径不限，可根据所需芯铁内孔的直径进行调整。本专利技术还提出一种制备上述用于磁性器件的芯铁的方法，包括如下步骤：(1)将铁基非晶带材绕行在轴上，得到非晶合金体；(2)将步骤(1)得到的非晶合金体进行退火热处理；(3)用封装材料对步骤(2)处理后的非晶合金体进行封装，使之与外界隔离。所述的步骤(2)中，作为优选，退火热处理在氩气或氮气热处理炉子中进行。所述的步骤(2)中，退火热处理过程为：:首先升温至一定温度，然后冷却。作为优选，退火热处理的过程为：首先以一定的升温速率升温至320～420℃，保温一定时间，然后随炉冷却至室温或降温至200℃后空冷。作为进一步优选，所述的升温速率为3～10℃/s，所述的保温时间为0.5～2h。所述的步骤(3)中，封装方法不限，包括将液状的封装材料涂覆、喷涂或 浸漆在步骤(2)制得的非晶合金体表面，然后固化。在实际应用中，器件所需芯铁的结构往往较复杂，目前一般采用将铁基非晶带材绕制形成筒状非晶合金，然后再进行结构加工，使之结构与所需芯铁结构相同。但是，在实际操作中，该结构加工的难度较大，得到的非晶合金的结构精度往往较低。为了降低该结构加工难度，提高结构精度，本专利技术人优化了上述步骤(1)，该优化的步骤(1)包括如下步骤(1-1)与步骤(1-2)：(1-1)设Y轴方向沿待制备芯铁中的非晶合金体的厚度方向，将该待制备芯铁中的非晶合金体沿Y轴分割为若干非晶合金单元，每个单元中，沿X轴方向的宽度相同；将铁基非晶合金带材剪裁为若干铁基非晶合金子带材；每个子带材中，沿长度方向该铁基非晶合金子带材的宽度相同；使其中一个铁基非晶合金子带材的宽度与待制备芯铁中某一非晶合金单元沿X轴方向的宽度相对应；(1-2)沿X轴方向放置轴，根据各非晶合金单元沿X轴方向的宽度选择相对应的铁基非晶合金子带材，沿Y轴依次将各铁基非晶合金子带材进行层叠绕行，绕行厚度与相对应的非晶合金单元的厚度一致，，即得到与待制备芯铁中的非晶合金体实际形状相同的非晶合金体。综上所述，本专利技术采用铁基非晶合金材料形成磁性器件中的芯铁，利用铁基非晶合金材料磁性能优异、能耗低、稳定性高的优点提高了芯铁的磁性能，降低了能耗，并且提高了芯铁的稳定性；并且，本专利技术在芯铁外围设置封装层，将非晶合金体封装在其中，不仅有效避免了非晶合金体直接裸露在芯铁表面，经摩擦、碰撞而掉渣、开裂、断裂等问题，而且也有效避免了非晶合金体在应用过程中与外界环境、周围结构单元直接接触，导致该芯铁的应力敏感性大、抗腐蚀性能差的问题，从而提高了芯铁的使用寿命，保证了磁性器件的性能稳定。另外，采用本专利技术中优选的铁基非晶合金带材绕行方法，还克服了所述绕行体结构加工难度大、加工精度低的问题。因此，本专利技术所述的芯铁及其制备方法在包含芯铁的磁性器件中具有良好的应用前景，尤其适用于工作时芯铁存在位移、芯铁所处的工作环境具有腐蚀性等实际应用场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁性器件的芯铁，包括轴以及套接在轴上的非晶合金体，所述的非晶合金体是铁基非晶合金带材绕行在轴上并经退火处理而形成的，其特征是：还包括封装层，所述封装层设置在所述非晶合金体外围，用于装封所述铁基非晶合金，使其与外界环境隔离。

【技术特征摘要】
1.一种用于磁性器件的芯铁，包括轴以及套接在轴上的非晶合金体，所述的非晶合金体是铁基非晶合金带材绕行在轴上并经退火处理而形成的，其特征是：还包括封装层，所述封装层设置在所述非晶合金体外围，用于装封所述铁基非晶合金，使其与外界环境隔离。2.如权利要求1所述的用于磁性器件的芯铁，其特征是：所述封装层为环氧树脂、聚缩醛树脂、聚苯醚中的一种或两种以上材料。3.如权利要求1所述的用于磁性器件的芯铁，其特征是：所述封装层为两层结构，由设置在非晶合金体外围的第一封装层以及设置在第一封装层外围的第二封装层组成；作为优选，所述第一封装层为环氧树脂层，第二封装层为聚缩醛树脂层。4.如权利要求1所述的用于磁性器件的芯铁，其特征是：所述轴材料为不锈钢、硅钢、纯铁、环氧树脂、聚缩醛树脂中的一种或两种以上材料；作为优选，所述轴材料为环氧树脂、聚缩醛树脂、聚苯醚中的一种或两种以上材料。5.如权利要求1所述的用于磁性器件的芯铁，其特征是：所述封装层还设置在轴侧面，用于封装轴，使其与外界环境隔离。6.如权利要求1所述的用于磁性器件的芯铁，其特征是：所述芯铁还包括连接体，该连接体的一端穿过封装层与轴相连接，另一端用于连接其他功能单元。7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的用于磁性器件的芯铁，其特征是：所述的磁性器件是电磁铁、电磁阀、继电器或者电磁起重机。8.如权利要求1至6中任一权利要求所述的用于磁性器件的芯铁，其特征是：所述轴的直径可根据所需芯铁内孔的直径进行调整。9.制备如权利要求1至6中任一权利要求所述的用于磁性器件的芯铁的方法，其特征是：包括如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安定，贺爱娜，常春涛，王新敏，门贺，赵成亮，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33