專利名稱：汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被用作電噴內(nèi)燃機干式點火線圈內(nèi)的軟磁鐵芯，還涉及用鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，環(huán)保節(jié)能材料應(yīng)用在汽車上是永遠的發(fā)展方向，原來采用化油器的汽車逐漸被采用電噴技術(shù)的汽車所替代，電噴技術(shù)汽車的點火功能主要靠點火線圈工作來實現(xiàn)，而點火線圈性能好壞則取決于內(nèi)部軟磁鐵芯的電磁性能。
以往被用在汽車點火線圈內(nèi)的鐵芯主要采用笨重的矽鋼片疊制而成。矽鋼片疊制成型工藝難以做出特殊復(fù)雜形狀，利用率極低，磁性能差——初始磁導(dǎo)率小、磁通密度低、矯頑力大、發(fā)熱量高。這種矽鋼片疊制成的鐵芯多用在電動機、高耗變壓器等要求較低的器件中。另外，在高頻條件下(1KHZ-10KHZ)使用的磁性材料多為鐵氧體，羰基鐵氧體，如釹、鐵、硼，Mn-Zn鐵氧體，Nc-Zn鐵氧體，玻莫合金，鋁硅合金，而且鐵氧體的磁性材料多用在感應(yīng)器、電子衡器等方面。
現(xiàn)有技術(shù)的矽鋼片疊制鐵芯的制作，首先要生產(chǎn)大片的矽鋼片，之后按所需的形狀裁剪再疊制。工藝過程繁雜，且浪費很多材料，制作成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是，采用粉末冶金工藝壓制成型制做的軟磁鐵芯克服上述矽鋼片疊制鐵芯及其制作的缺點，其成型工藝簡單，可加工出各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀要求的軟磁制品，節(jié)約材料，使材料利用率幾乎可達100％，其電磁性能有其獨特優(yōu)點低鐵損、低損耗，較大的初始磁導(dǎo)率，高的磁通密度，低矯頑力，這是矽鋼片疊制的鐵芯很難達到的。
本發(fā)明為解決背景技術(shù)的各種問題，為有效地利用材料，提高形體的致密度，高的形體強度，得到良好的磁性能、尺寸精度、絕緣性好，防止破損和形變，進行了深入研究，達到了理想的純鐵粉壓制成型軟磁鐵芯。本發(fā)明的軟磁鐵芯材料完全可以代替矽鋼片疊制的鐵芯，應(yīng)用到電噴汽車在惡劣環(huán)境條件下、性能指標(biāo)高的嚴格要求狀態(tài)下使用，實現(xiàn)其性能。
本發(fā)明的一種汽車干式點火線圈軟磁鐵芯，其軟磁鐵芯材料包括鐵粉和酚醛樹脂，鐵芯為壓制成的圓柱體和圓環(huán)體組成，圓環(huán)體的內(nèi)徑與圓柱體的直徑相同。
即，本發(fā)明的軟磁鐵芯，主要是用于汽油內(nèi)燃機和液化氣內(nèi)燃機用的干式點火線圈中。它在50-1KHz條件下有足夠高的電感量，良好的Q值，低損耗、高的初始磁導(dǎo)率，及高的磁通密度。
所說的的鐵粉包括還原鐵粉和霧化鐵粉及羰基鐵粉和硅鐵粉。因還原鐵粉一般鐵含量為98.5％以下，硅鐵粉含鐵量在75％以下，因這兩種其雜質(zhì)因素較多，對磁性能都有很大影響，而霧化鐵粉其鐵含量為98.5％以上，其雜質(zhì)少。羰基鐵粉含量較高，但顆粒度較小表面積較大，且合格率很高，并且需附加燒結(jié)成型，工藝復(fù)雜，只能用在高頻(1KHz-20KHz)條件下，不宜作為汽車點火線圈內(nèi)軟磁鐵芯粉體材料。所以最理想用霧化鐵粉，最理想用含量98％以上且65-200目，更好為65-100目，顆粒狀態(tài)為近球形鐵粉。
所說的酚醛樹脂是一種醇溶性熱固性樹脂，也可以用環(huán)氧樹脂、尿素樹脂等替代酚醛樹脂。最好是A型堿性酚醛樹脂，如6076C、4102型等。
本發(fā)明的軟磁鐵芯材料，由重量為75～99.9％的鐵粉和余量的酚醛樹脂組成。最好是酚醛樹脂與鐵粉按重量比0.1～15％，更好為0.1～5％。
酚醛樹脂用量過多，得不到良好的軟磁性能和型體強度，制作中也容易變形破損；過少加入酚醛樹脂也使模制的軟磁鐵芯強度下降，鐵損增大，絕緣性差。
本發(fā)明的汽車干式點火線圈軟磁鐵芯的制作方法，是以粒度為(65～200)目鐵粉為原料，以酚醛樹脂為固化劑，鐵粉和酚醛樹脂按重量的比例為(99.9∶0.1)～(75∶25)；工藝過程包括制取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理；所說的制取鐵磁粉末是，將鐵粉放入濃度為(1～20)％的酚醛樹脂的乙醇溶液，用霧化設(shè)備進行粘覆造粒，再烘干；所說的模壓成型是，將鐵磁粉末放入模具，在常溫和(2～20)T/cm2壓力下壓制成圓柱體或圓環(huán)體的形狀，脫模制得初件；所說的固化處理是，讓初件在常溫下自然失效(12～24)小時，再進行臺階式升溫，即，升溫到(90～105)℃保溫(0.5～2)小時，再升溫到(115～125)℃保溫(1～3)小時，再升溫到(170～190)℃保溫(0.5～2)小時，最后自然冷卻至室溫。
本發(fā)明所使用的固化劑還可以是，在常溫下使用丙酮、甲苯、吡咯烷酮等溶劑溶解醇溶形熱固性樹脂或丙酮溶解的其它樹脂。醇溶性樹脂如環(huán)氧樹脂、尿素樹脂、包括酚醛樹脂，而丙酮溶解的尼龍66等做固化劑時脫模困難，固化條件不易掌握，其強度、磁性能都較差。醇溶形熱固性樹脂最好的是酚醛樹脂，更理想的為A型堿性酚醛樹脂，如6076C、4102型等，其浸漬性、粘覆性、包裹程度為更好，體現(xiàn)在模制后型體強度及絕緣性能都很好，不必擔(dān)心模壓成型后的破損和變形，而且熱固化后強度為更佳。也可以用干粉狀樹脂與鐵粉混合模制軟磁鐵芯，只是其表面粘覆不均且強度低。
制取鐵磁粉末，即對金屬粉末進行粘覆造粒，可以用霧化設(shè)備均勻的造粒三次，并每次烘干，用金屬刷篩選成為模制的原料。這樣，能使熱固性樹脂均勻且充分的包覆在金屬顆粒表面。
本發(fā)明中對純鐵粉壓制時采用常溫狀態(tài)下2～20t/cm2的壓力進行壓制，在小于2t/cm2壓力壓制時盡管可以成型，但金屬顆粒和固化劑填充密度不足，模件強度低，易破損。而壓力大于20t/cm2時雖填充密度較高，內(nèi)部應(yīng)力極大，使鐵粉金屬顆粒間的絕緣層遭到破壞，導(dǎo)致磁性能降低。最佳壓力為5～15t/cm2，更好為6～10t/cm2。這樣同樣得到較好的填充密度，金屬顆粒之間絕緣層充分包裹薄而均勻，達到良好的絕緣性能和良好的磁性能。
也可以采用溫壓技術(shù)模壓成型將鐵粉加溫到100～140℃預(yù)熱再進行壓制，同樣得到良好磁性能的粉末復(fù)合體，制得初件，其填充密度比常溫狀態(tài)下壓制稍高，但加工工藝較為復(fù)雜。
在壓制過程中可適當(dāng)加入脫模劑以減少阻力，脫模劑可以是硬脂酸、硬脂酸鋅、二硫化鉬及蠟等。
本發(fā)明在模壓成型后的初件稍做簡單的處理去除壓制的壓痕后，先讓其在常溫下自然失效12～24小時，相對消除一些壓制應(yīng)力，再進行60～180℃呈臺階升溫曲線進行固化處理。固化處理最好在保護氣氛下進行，即在氫、氮或惰性氣體氣氛下進行，使模件不被氧化，而得到外觀良好，應(yīng)力消除，具有良好初始磁導(dǎo)率的軟磁鐵芯。
本發(fā)明的軟磁鐵芯最好再進行二次固化及防銹絕緣處理。二次固化及防銹絕緣處理是將固化后的軟磁鐵芯浸入10～20％醇溶酚醛樹脂溶液中1～20分鐘，再取出鐵芯，去除多余酚醛樹脂溶液在烘箱中進行80～160℃的臺階式升溫降溫，最后冷卻至室溫。
按照以上說明本發(fā)明能夠提供高密度、大初始磁導(dǎo)率、強度高、尺寸精度好、生產(chǎn)效率高、節(jié)約材料的高磁通量的軟磁鐵芯復(fù)合體。本發(fā)明用英國So1artron SII260阻抗分析儀測量同樣尺寸鐵芯同樣匝數(shù)線圈的低頻阻抗數(shù)據(jù)擬合結(jié)果表明，用純鐵粉壓制的軟磁鐵芯完全可以替代矽鋼片疊制的鐵芯。
本發(fā)明的鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法，原料易得，工藝簡單，可以制得各種形狀尺度精確的軟磁鐵芯。更重要的是，本發(fā)明的工藝不必進行高溫?zé)崽幚?，因高溫?zé)崽幚頃硅F粉氧化，起絕緣作用的熱固性樹脂炭化，即使在保護氣氛下同樣還是鐵損增大，渦流效應(yīng)大。所以在較低溫度下進行固化，也可得到在50-1KHz條件下的磁性能較好的軟磁材料。
本發(fā)明還針對模壓加工模具進行優(yōu)化設(shè)計，使之在模壓過程中減少粉末之間的阻力，避免出現(xiàn)鐵芯填充密度的不均勻性，保證鐵芯密度均勻一致。最好取橫向壓制。橫向壓制模具設(shè)計為臺階狀態(tài)則出現(xiàn)多區(qū)密度，3種以上兩側(cè)密度高，中間密度低而底層最低，嚴重影響了軟磁鐵芯的磁性能。而縱向壓制密度分布呈臺階線性分布。
具體實施例方式
實施例1
選平均粒度為65、80、100、200目鐵粉為原料，鐵粉和酚醛樹脂按重量的比例為100∶5。經(jīng)制取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理的工藝過程制作軟磁鐵芯。具體過程為，分別將鐵粉放入濃度15％的酚醛樹脂的乙醇溶液，對金屬粉末進行粘覆造粒，使熱固性樹脂充分包覆在金屬顆粒表面，用霧化設(shè)備均勻造粒三次，并每次烘干，制得鐵磁粉末；分別將鐵磁粉末放入模具，在常溫和分別在2、6、8、10、15、20T/cm2壓力下壓制成圓柱體初件；最后讓初件在常溫下自然失效15小時，再進行臺階式升溫固化處理。
表1給出體現(xiàn)在同樣固化劑、不同粒度的鐵粉、不同壓力下的軟磁鐵芯密度比較。密度單位10-3Kg/m3。
表1 由表1，壓力在6t/cm2以上時，軟磁鐵芯密度較大且不易破碎，再考慮到軟磁鐵芯的絕緣電阻率和內(nèi)應(yīng)力，壓力取6～10t/cm2為宜。鐵粉的粒度對軟磁鐵芯性能影響不是太大。較小的粒度對固化劑的粘覆和填充密度增大有好處。所以一般不取粒度小于60目鐵粉作原料。
實施例2按實施例1的工藝過程制作軟磁鐵芯。使用100目鐵粉作原料，以10t/cm2的壓力壓制初件，酚醛樹脂和鐵粉按重量的比例分別為15％、10％、5％、3％、1％、0.5％。對軟磁鐵芯的密度和以該軟磁鐵芯作成汽車點火線圈的電感量進行測定，結(jié)果如表2。
表2

表2中電感量的測量是在1000Hz頻率條件下進行的。由表2可知，酚醛樹脂和鐵粉按重量的比例小于1％軟磁鐵芯的性能更好。
實施例3按實施例1的工藝過程制作軟磁鐵芯，固化處理后，再進行二次固化及防銹絕緣處理。具體過程是將固化后的軟磁鐵芯浸入10～20％醇溶酚醛樹脂溶液中1～20分鐘，以溶液中不產(chǎn)生氣泡為至，一般3～10分鐘即可取出鐵芯。去除多余酚醛樹脂溶液，在烘箱中進行80～160℃的臺階式升溫降溫，最后冷卻至室溫。所說的臺階式升溫降溫可以是，將在醇溶酚醛樹脂溶液中浸漬過的軟磁鐵芯加熱到80±5℃保溫0.5～1.5h，升溫后在120±5℃保溫1.5～2.5h，再升溫后在160±5℃保溫0.5～1.5h，再降溫至80±5℃保溫0.5～1h，最后自然冷卻到常溫。這樣，既起到對軟磁鐵芯的二次固化消除應(yīng)力的作用又保證酚醛樹脂絕緣膜完全包覆到軟磁鐵芯的表面，進而保證繞線時與繞組之間的絕緣性能及增加鐵芯的強度。
權(quán)利要求
1.一種汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯，其特征在于，軟磁鐵芯材料包括鐵粉和酚醛樹脂，鐵芯為壓制成的圓柱體和圓環(huán)體組成，圓環(huán)體的內(nèi)徑與圓柱體的直徑相同。
2.按照權(quán)利要求1所述的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯，其特征在于，軟磁鐵芯材料由重量為75～99.9％的鐵粉和余量的酚醛樹脂組成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯，其特征在于，所說的鐵粉是含量98％以上，粒度65～200目的鐵粉。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯，其特征在于，所說的酚醛樹脂是A型堿性酚醛樹脂。
5.一種權(quán)利要求1的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法，其特征在于，以粒度為(65～200)目鐵粉為原料，以酚醛樹脂為固化劑， 鐵粉和酚醛樹脂按重量的比例為(99.9∶0.1)～(75∶25)；工藝過程包括制取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理；所說的制取鐵磁粉末是，將鐵粉放入濃度為(1～20)％的酚醛樹脂的乙醇溶液，用霧化設(shè)備進行粘覆造粒，再烘干；所說的模壓成型是，將鐵磁粉末放入模具，在常溫和(2～20)T/cm2壓力下壓制成圓柱體或圓環(huán)體的形狀，脫模制得初件；所說的固化處理是，讓初件在常溫下自然失效(12～24)小時，再進行臺階式升溫，即，升溫到(90～105)℃保溫(0.5～2)小時，再升溫到(115～125)℃保溫(1～3)小時，再升溫到(170～190)℃保溫(0.5～2)小時，最后自然冷卻至室溫。
6.按照權(quán)利要求5所述的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法，其特征在于，在去除壓制的壓痕后，再讓其在常溫下自然失效12～24小時；所說的固化處理是在氫、氮或惰性氣體氣氛下進行的。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法，其特征在于，在固化處理后，再對軟磁鐵芯進行二次固化及防銹絕緣處理，具體過程是將固化后的軟磁鐵芯浸入10～20％醇溶酚醛樹脂溶液中1～20分鐘，取出鐵芯，去除多余酚醛樹脂溶液，在烘箱中進行80～160℃的臺階式升溫降溫，最后冷卻至室溫。
8.按照權(quán)利要求5或6所述的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法，其特征在于，所說的制取鐵磁粉末的過程重復(fù)進行三次；所說的模壓成型的壓力是(6～10)T/cm2。
9.按照權(quán)利要求7所述的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法，其特征在于，所說的制取鐵磁粉末的過程重復(fù)進行三次；所說的模壓成型的壓力是(6～10)T/cm2。
全文摘要
本發(fā)明的汽車點火線圈內(nèi)鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯及其制作方法涉及電噴內(nèi)燃機干式點火線圈內(nèi)的軟磁鐵芯，還涉及用鐵粉壓制成型的軟磁鐵芯的制作方法。軟磁鐵芯材料包括鐵粉和酚醛樹脂，鐵芯由壓制成的圓柱體和圓環(huán)體組成。工藝過程包括制取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理。將鐵粉放入酚醛樹脂的乙醇溶液，進行粘覆造粒制得鐵磁粉末；再將鐵磁粉末放入模具，冷壓或溫壓制得初件；將初件經(jīng)臺階式升溫固化處理后進行二次固化及防銹絕緣處理。本發(fā)明的方法原料易得，工藝簡單，不必進行高溫?zé)崽幚?；可制得各種形狀的高密度、高強度、大初始磁導(dǎo)率、高磁通密度、低矯頑力、低損耗、尺度精確的軟磁鐵芯。
文檔編號H01F27/24GK1414577SQ0214488
公開日2003年4月30日 申請日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者李延軍, 周向東, 賀天民 申請人:李延軍