МАГНИТНО-МЯГКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
SOFT MAGNETIC COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к области порошковой металлургии и используется для изготовления статоров и роторов электрических двигателей малой мощности и магнитопроводов электрических аппаратов.
Аналогом магнитно-мягкого композиционного материала является магнитодиэлектрический материал, описанный в авторском свидетельстве СССР №524232 от 05.08.1976, МПК H01F 1/20, состоящий из основы - железо, связующего - эпоксидно-новолачный блоксополимер, отвердителя - уротропин и фталевый ангидрит, а также наполнителя. Данный материал имеет низкую теплостойкость, высокие энергозатраты и сложную технологию изготовления. В состав массы входят вредные токсичные связующие, такие как эпоксидно-новолачный блоксополимер, уротропин и фталевый ангидрит.
Прототипом магнитно-мягкого композиционного материала является магнитно-мягкий композиционный материал, описанный в патенте РФ №2389099 от 10.05.2010, МПК H01F 1/24, в котором описан магнитно-мягкий материал, имеющий окисленную корку и неокисленную сердцевину. Недостатками прототипа являются низкая термическая стойкость материала при термообработке, а также низкий экономический эффект, вследствие высокой стоимости компонентов, входящих в материал.
Технической задачей изобретения является создание магнитно-мягкого материала с высокими магнитными свойствами, а именно высокой магнитной индукцией и проницаемостью в сочетании с низкими магнитными потерями, снижение себестоимости магнитно-мягкого материала, а также использование безвредных экологически чистых компонентов при его производстве.
Поставленная задача в части, относящейся к композиции, достигается за счет того, что магнитно-мягкий композиционный материал содержит порошок железа с низким содержанием кислорода, покрытый электроизолирующим неорганическим покрытием, причем частицы порошка железа имеют электроизолирующее неорганическое силикатсодержащее покрытие, в качестве которого используют высокомодульный раствор силикатов К или Na с модулем 2,8 и выше при следующем соотношении компонентов, вес. %:
Высокомодульный раствор силикатов К
или Na с модулем 2,8 и выше
0,3-1
Порошок железа с низким содержанием
кислорода
Остальное
Техническим результатом является:
1. Применение порошка железа с низким содержанием кислорода, покрытого электроизолирующим неорганическим силикатсодержащим покрытием, позволяет получить материал с высокими магнитными свойствами.
магнитная индукция В,
не менее 1,3 Тл при напряженности магнитного
Тл
поля Н=9000 А/м
магнитная
не менее 400
проницаемость µ
магнитные потери W,
не более 12 Вт/кг при напряженности магнитного
Вт/кг
поля Н=9000 А/м и частоте f=50 Гц
Высокие магнитные свойства обеспечиваются за счет высоких диэлектрических свойств силикатного покрытия, малой толщины данного покрытия, а также использования порошка с низким содержанием кислорода. Использование высокой температуры термообработки, близкой к температуре рекристаллизации, позволяет снять внутренние напряжения в частице порошка железа, а также восстановить структуру кристаллической решетки, что положительно влияет на магнитные свойства материала.
2. Применение для получения электроизолирующего неорганического силикатсодержащего покрытия высокомодульного раствора силикатов К или Na с модулем 2,8 и выше позволяет значительно снизить себестоимость данного магнитно-мягкого материала.
3. Использование порошка железа с низким содержанием кислорода, покрытого электроизолирующим неорганическим силикатсодержащим покрытием, а также отсутствие дополнительных токсичных компонентов, таких как ацетон, делает данную технологию экологически чистой.
Способ изготовления магнитно-мягкого материала.
В порошок-основу в виде частиц железа, например порошок марки АВС, добавляют высокомодульный раствор силикатов К или Na с модулем 2,8 и выше в количестве 0,3-1 вес.%, образующий пленку за счет поверхностной адгезии. Компоненты тщательно перемешивают в естественных условиях электромеханической мешалкой в течение 10-15 мин до полного высыхания порошка, в результате покрытие приобретает высокую прочность.
Затем полученный порошок просеивают через сито. После чего в порошок добавляют от 0,5 до 1 вес.% неметаллсодержащей органической смазки и вымешивают смесь в течение 30 мин.
Тип смазки очень важен и выбирается из органических смазочных веществ, которые испаряются при температурах выше комнатной и ниже температуры разложения неорганического электроизолирующего покрытия, не оставляя каких-либо остатков, которые являются вредными для неорганической изоляции, например оксидов металлов. В нашем случае в качестве органической неметаллсодержащей смазки используем Kenolube.
Затем проводят прессование в пресс-форме порошковой композиции, выталкивание прессованного тела из пресс-формы, термообработку прессованного тела в невосстанавливающей атмосфере до температуры выше температуры испарения смазки и ниже температуры разложения неорганического покрытия для удаления смазки из прессованного тела.
Термообработка прессованного тела проводится при температурах от 350°С до 700°С, предпочтительнее 450-500С°, в течение 20-30 мин для снятия внутренних напряжений в частице порошка и восстановления структуры кристаллической решетки. Таким образом, достигается повышение магнитной индукции и проницаемости, уменьшение магнитных потерь.
1
2
В лабораторных условиях были спрессованы при давлении прессования 600 МПа тороидные образцы различных составов (табл.1), имевшие внутренний диаметр 25 мм, внешний диаметр 35 мм и высоту 5 мм, затем была проведена термообработка данных образцов при различных температурах (от 300°С до 750°С) в течение 20-30 мин., после чего на образцы нанесли намагничивающую и измерительную обмотки (W=100 витков, W=100 витков) и проведены исследования, результаты которых представлены в таблице 2.
Таблица 1
Состав 1
0,3 вес.% раствора силикатов К или Na с модулем 2,8 и выше, АВС - остальное
Состав 2
0,5 вес.% раствора силикатов К или Na с модулем 2,8 и выше, АВС - остальное
Состав 3
1 вес.% раствора силикатов К или Na с модулем 2,8 и выше, АВС - остальное
Таблица 2
Состав
Т=350°С
Т=500°С
Т=700°С
В, Тл при Н=9000 А/м
µ
W, Вт/кг при Н=9000 А/м, f=50 Гц
В, Тл при Н=9000 А/м
µ
W, Вт/кг при Н=9000 А/м, f=50 Гц
В, Тл при Н=9000 А/м
µ
W, Вт/кг при Н=9000 А/м, f=50 Гц
Состав 1
1,35
480
12,0
1,38
450
11,6
1,35
400
12,0
Состав 2
1,40
430
11,5
1,40
480
11,1
1,35
450
12,0
Состав 3
1,35
300
10,0
1,35
320
11,0
1,30
350
11,8