一种比例电磁铁制造技术

本发明专利技术公开了一种比例电磁铁，属于金属材料技术领域。比例电磁铁，包括铁芯和线圈，其中铁芯包括如下质量百分比的成分：Si：0.1‑0.18％、Mn：0.12‑0.16％、Cu：0.1‑0.2％、Ni：0.16‑0.2％、P：0.07‑0.09％、S：0.06‑0.08％、C：0.01‑0.03％、余量为Fe和杂质。原料中的P与Cu联合使用，形成Cu‑P相组织，能明显提高合金的耐大气腐蚀性和耐候性，而P与S、Mn联合使用，形成多元相，显著增加合金的被切削性，易于加工。同时，利用扩散动力学原理，进行不同成分间的固相反应进行非晶合金化，使得合金内部原子无序排列，赋予合金更多性能，表面处理是在产品表面形成形貌完整、致密、厚度均匀的合金层，该合金层具有较小的位移偏移量和较大的弹性模量，可显著提高基体的表面硬度和耐磨性。

A proportional electromagnet

The invention discloses a proportional electromagnet, which belongs to the technical field of metal materials. Proportional electromagnets, including iron cores and coils, consist of the following mass percentages: Si:0.1_0.18%, Mn:0.12_0.16%, Cu:0.1_0.2%, Ni:0.16_0.2%, P:0.07_0.09%, S:0.06_0.08%, C:0.01_0.03%, Fe and impurities. The combination of P and Cu in the raw material can form Cu_P phase structure, which can obviously improve the atmospheric corrosion resistance and weathering resistance of the alloy, while the combination of P with S and Mn can form multi-phase, significantly increase the machinability of the alloy and is easy to process. At the same time, the amorphous alloying was carried out by the solid-state reaction between different components based on the principle of diffusion kinetics, which made the atoms in the alloy disorderly arranged and gave the alloy more properties. The larger modulus of elasticity can significantly improve the surface hardness and wear resistance of the matrix.

【技术实现步骤摘要】
一种比例电磁铁
本专利技术涉及一种比例电磁铁，属于金属材料领域。
技术介绍
电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，便是电磁铁。一般情况下会将其制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁、充磁速度快的材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的出现也使发电机的功率得到了极大的提高。而电磁铁的材料组成是其性能的重要因素，通常以软铁、硅钢等为主要材料进行制作。软铁是指以铁为基础，控制其中的碳含量，同时限制其他金属元素含量而组成的合金体系。虽然软铁作为铁芯时，其充磁消磁的速度较快，但是制备高纯度的软铁对工艺有较大的要求，同时，软铁在实际使用过程中也极易发生锈蚀，造成电磁铁的性能下降。针对传统软铁铁芯组成的电磁铁综合性能较为低下，目前大多通过改进电磁铁的实际构造进行改良，极少涉及其材质。然而，仅仅改变电磁铁的构造并不能很好的改进其性能。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供高强度、耐腐蚀、优良软磁性的电磁铁铁芯。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种比例电磁铁，包括铁芯和线圈，其中铁芯包括如下质量百分比的成分：Si：0.1-0.18％、Mn：0.12-0.16％、Cu：0.1-0.2％、Ni：0.16-0.2％、P：0.07-0.09％、S：0.06-0.08％、C：0.01-0.03％、余量为Fe和杂质。在传统的铁基合金的组成选择上，往往会对很多具有明显危害合金性能的元素进行去除，如气体元素和几种非金属元素。而本专利技术在通过不断改进合金配方的过程中，通过提高P、S的含量来提升合金的性能。超低碳的铁基合金往往容易被锈蚀，但是本专利技术的P与Cu联合使用，形成Cu-P相组织，能明显提高合金的耐大气腐蚀性和耐候性，而P与S、Mn联合使用，形成多元相，显著增加合金的被切削性，易于加工。锰在合金中具有较好的吸附氧的能力，改善合金的质量，降低合金的脆性。作为优选，在合金成分中，Si、Ni、C、Fe均碾成薄片。利用添加元素本身具有的延展性，碾成薄片后能增大各成分间的接触面，方便后续加工。进一步优选，各薄片的厚度为10-50μm。根据扩散反应动力学，在对材料的初始状态需要采用合理的线度，方便后续的变形工艺，而本专利技术选择的厚度是较为经济合理的。本专利技术在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：一种比例电磁铁，其铁芯的制备方法包括如下步骤：(1)前处理：按上述的铁芯成分称取原料，将Si、Ni、C、Fe分别碾成薄片；将S、Mn、部分P在高温下混合形成化合物1并碾成薄片1；将Cu、余下的P在高温下混合形成化合物2并碾成薄片2；(2)固相反应：先将Fe薄片与C薄片交替叠放，对叠片进行模锻、拉拔处理得超低碳合金薄片，再将超低碳合金薄片、Si薄片、Ni薄片三者交替叠放，重复模锻、拉拔处理得二次合金薄片，最后将二次合金薄片、薄片1、薄片2三者交替叠放，重复模锻、拉拔处理得合金薄片；(3)热处理：对合金薄片进行退火处理，再将退火后的合金薄片卷曲、倾轧得铁芯半成品；(4)表面处理：将铁芯半成品置于密闭容器中，充入改性气，两端平行板放电进行表面渗透得铁芯成品。在大多数的合金冶炼中，按现下的制备工艺来看，往往通过高温混合熔融形成合金，进而制备成品。但是，高温熔融制备的合金内部形成晶态结构，这对于电磁铁的铁芯来讲，无疑极大地削弱了其消磁速率，甚至无法完全消磁，进而造成电磁铁失效。而本专利技术利用扩散动力学原理，进行不同成分间的固相反应进行非晶合金化，其内部原子无序排列，赋予合金更多性能，其中良好的软磁性正是铁芯所需要的。而一般的非晶合金制备通常采用熔炼后的极高速冷却来获得，但是对制备的设备要求极高，不适合大范围的企业制备。本专利技术在薄片叠放、模锻、拉拔的处理过程中，能进一步造成原子的无序状态，进而增强合金的充磁、消磁能力。而最后的表面处理，更是在产品表面形成形貌完整、致密、厚度均匀的合金层，该合金层具有较小的位移偏移量和较大的弹性模量，可显著提高基体的表面硬度和耐磨性。作为优选，在步骤(1)中，所述高温为800-1000℃。在常温状态下，S、P、Mn、Cu等材料并不发生反应，但是在高温状态下，其内部原子会极为活跃，自然而然的形成化合物，便于后续的固相反应加工，其中P的性质较为特殊，既能与S、Mn联用，也能与Cu联用，则将60-70％的P与前者联用，余者与后者联用。作为优选，在步骤(1)中，薄片1的厚度为8-16μm，薄片2的厚度为5-13μm。进一步区分薄片1与薄片2的厚度，有利于薄片叠加之后，因拉拔等物理加工后的整体均匀性，避免出现薄片不同区域的合金成分有差异，从而造成最终的产品综合性能下降。作为优选，在步骤(2)中，各薄片叠放后还需卷曲形成螺旋结构。螺旋结构不仅能减小加工空间，同时扩大不同组份之间的原子延伸路径，使得各成分薄片经叠放、模锻、拉拔后再一次回到如Fe-C合金薄片的厚度，完成固相反应。作为优选，在步骤(3)中，退火处理具体为：以20-30℃/min的速率升温，于350-510℃下保温3-5min。本专利技术的退火紧跟着固相反应，在物理初步非化的基础上，进行深入非晶化，而一旦低于该温度，则非晶化不完全，高于该温度，则发生晶化现象，都不利于产品性能的提升。作为优选，在步骤(4)中，改性气包括N2、NH3、NO中的一种或多种。作为优选，在步骤(4)中，密闭容器内压力为1-10mbar，平行板接300-500V的直流电。在表面处理中，利用较大的直流电在低压下电离改性气，能激发出改性气中的元素，以离子的形态轰击产品表面，进而在产品表面形成氮化合金层，而由于改性气的含量较低，NH3、NO中的杂质元素也不易进入产品表面。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术的P与Cu联合使用，形成Cu-P相组织，能明显提高合金的耐大气腐蚀性和耐候性。(2)本专利技术的P与S、Mn联合使用，形成多元相，显著增加合金的被切削性，易于加工。(3)本专利技术摒弃传统高温熔融冶炼的方式，利用扩散动力力学，直接进行固相反应获得非晶态合金。(4)表面处理后形成的合金层具有较小的位移偏移量和较大的弹性模量，可显著提高基体的表面硬度和耐磨性。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1前处理：按上述铁芯成分称取原料，包括Si：0.14％、Mn：0.14％、Cu：0.15％、Ni：0.18％、P：0.08％、S：0.07％、C：0.02％、余量为Fe和杂质，将Si、Ni、C、Fe分别碾成厚度为30μm的薄片；将S、Mn、65％的P在900℃高温下混合形成化合物1并碾成厚度为12μm的薄片1；将Cu、余下的P在900℃高温下混合形成化合物2并碾成厚度为9μm的薄片2。固相反应：先将Fe薄片与C薄片交替叠放并卷曲形成螺旋结构，对叠片进行模锻、拉拔处理得超低碳合金薄片，再将超低碳合金薄片、Si薄片、Ni薄片三者交替叠放并卷曲形成螺旋结构，重复模锻、拉拔处理得二次合金薄片，最后将二次合金薄片、薄片1、薄片2三者交替叠放并卷曲形成螺旋结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种比例电磁铁，其特征在于，所述电磁铁包括铁芯和线圈，所述铁芯包括如下质量百分比的成分：Si：0.1‑0.18％、Mn：0.12‑0.16％、Cu：0.1‑0.2％、Ni：0.16‑0.2％、P：0.07‑0.09％、S：0.06‑0.08％、C：0.01‑0.03％、余量为Fe和杂质。

【技术特征摘要】
1.一种比例电磁铁，其特征在于，所述电磁铁包括铁芯和线圈，所述铁芯包括如下质量百分比的成分：Si：0.1-0.18％、Mn：0.12-0.16％、Cu：0.1-0.2％、Ni：0.16-0.2％、P：0.07-0.09％、S：0.06-0.08％、C：0.01-0.03％、余量为Fe和杂质。2.根据权利要求1所述的一种比例电磁铁，其特征在于，所述成分中Si、Ni、C、Fe均碾成薄片。3.根据权利要求2所述的一种比例电磁铁，其特征在于，所述薄片的厚度为10-50μm。4.根据权利要求1所述的一种比例电磁铁，其特征在于，所述铁芯的制备方法包括如下步骤：(1)前处理：按权利要求1所述的铁芯成分称取原料，将Si、Ni、C、Fe分别碾成薄片；将S、Mn、部分P在高温下混合形成化合物1并碾成薄片1；将Cu、余下的P在高温下混合形成化合物2并碾成薄片2；(2)固相反应：先将Fe薄片与C薄片交替叠放，对叠片进行模锻、拉拔处理得超低碳合金薄片，再将超低碳合金薄片、Si薄片、Ni薄片三者交替叠放，重复模锻、拉拔处理得二次合金薄片，最后将二次合金薄片、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，
申请(专利权)人：宁波耀峰液压电器有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33