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          金鑫磁性:如何讓退過火的納米晶鐵芯,方便切割且對磁的性

          發布時間:2019-11-08 11:55:35

          納米晶鐵芯退火后脆性異常大,不宜直接進行切割。通常是采用環氧樹脂作為固化劑對鐵芯進行封裝固化,但環氧樹脂固化納米晶鐵芯還存在不易充分填充鐵芯帶材間隙,切割時易產生碎屑,固化收縮率較大,致使鐵芯磁性能急劇下等缺點。采用環氧樹脂+聚醚胺柔性體系作為納米晶鐵芯的固化劑,分析了環氧樹脂+聚醚胺柔性體系的固化工藝對納米晶鐵芯的可切割性和磁性能的綜合影響。

          實驗方式

          用非晶帶材繞制成圓環鐵芯,經退火制備納米晶鐵芯,再放入環氧樹脂柔性固化劑中進行真空浸漬后于干燥箱中固化。采用正交試驗研究了固化工藝對納米晶鐵芯可切割性和磁性能的影響。

          結果與分析

          2.1 鐵芯帶材間隙填充和可切割性

          鐵芯帶材間隙填充效果主要是由鐵芯疊片系數以及固化劑流動性決定。各實驗組鐵芯固化前的疊片系數分布在0.75-0.78之間。各試驗組鐵芯固化后的疊片系數分布在0.78-0.84之間,多數試驗組鐵芯的疊片系數變化率較大,這表明帶材間隙填充效果良好。不過,樣品3鐵芯固化后疊片系數僅為0.808,疊片系數的變化率較小。這是由于該鐵芯固化前疊片系數大,加上固化劑填料比例較大,使得固化劑流動性變差,兩者共同作用,造成帶材間隙填充難度增大。

          線切割是檢驗鐵芯帶材間隙填充效果更為直觀的方式。各試驗組鐵芯在經歷了切割、磨樣和拋光之后,帶材分布均勻,基本無斷帶、空隙等缺陷。其中,鐵芯的填充難度較大,作為本試驗的重點考察對象,鐵芯帶材顯示出較好的完整性,無斷帶、碎屑等現象,這說明帶材間隙填充效果良好。由于鐵芯固化前的疊片系數較小,造成帶材間隙偏大,在加熱固化過程中增大了固化劑流失的可能性,影響帶材間隙的填充效果,直接表現就是切割后帶材局部存在斷裂、破碎的現象。說明鐵芯的疊片系數較小同樣會影響帶材間隙的填充效果。

          在填充難度較大的芯部,還是固化劑易流失的鐵芯兩端,局部均沒有產生固化后的縫隙,鐵芯整體性較好,表現出優異的可切割性;而樣品4鐵芯兩端以及內外側呈現不同程度的縫隙、分層,同時在磨樣的過程中,伴隨大量的碎屑。兩組試驗鐵芯的宏觀表現正好與微觀形貌相對應,說明采用真空浸漬工藝,即使是在鐵芯疊片系數較大以及固化劑流動性降低的情況下,該固化劑依然能夠充分填充帶材間隙,確保鐵芯固化后具有優異的可切割性。

          2.2  固化工藝對損耗的影響

          鐵芯損耗的主要影響因素是固化溫度;且經樣品工藝,即固化溫度353K、固化時間 180 min、填料比例 10 %,固化后鐵芯得到最佳磁性能,此時損耗較低:P 1/1k =7.319 W/kgP 0.5/10k = 20.888 W/kg

          本試驗使用的鐵芯在卷繞之后,采用統一的退火工藝,目的是制備納米晶鐵芯,同時消除鐵芯卷繞中產生的內應力。因此,本試驗中鐵芯磁性能的影響因素僅是固化劑固化收縮產生的內應力。固化時間充足能有效釋放交聯反應產生的能量,降低內應力,同時應避免時間過長造成的能源浪費。填料能有效降低固化收縮率,而且有助于調節固化劑的流動性。在樣品3固化工藝下,鐵芯的損耗較低,說明該工藝的固化收縮應力較低,調整固化工藝能夠改善固化劑對鐵芯損耗的影響。

          2.3 固化工藝對磁化曲線和磁導率曲線的影響

          在工頻50 Hz下,鐵芯固化前能夠在極小的磁場強度(H=7 A/m)趨于飽和,飽和磁感強度Bs =1.02T;相同磁場強度下,固化后各試驗組鐵芯遠未達到飽和,皆呈緩慢上升趨勢。其中,樣品3此時的磁感應強度達到0.85T,與固化前相比下降了20%,但優于其他試驗組;固化溫度較高的樣品9的磁感應強度僅為0.5T,與固化前相比下降了50 %。鐵芯固化后磁導率明顯低于固化前。其中,鐵芯固化前的起始磁導率μi=163000,而鐵芯固化后的μi=73400,變化率為55%;鐵芯固化前的最大磁導率μmax=436000,而鐵芯固化后的最大磁導率μmax=260000,變化率為40 %;隨著磁場強度的增高,鐵芯固化前后的磁導率差距逐步減小,最后基本保持在5%。鐵芯固化后的磁性能有所下降,且不同的固化工藝造成磁性能下降也存在差別,原因在于:固化劑固化收縮應力影響鐵芯磁性能,直接結果就是磁導率下降,鐵芯難以飽和;不同的固化工藝造成鐵芯內部的固化收縮應力存在差別,應力感生磁各向異性不同,導致鐵芯固化后磁化曲線不同。

          2.4 固化工藝對電感的影響

          當f=50Hz時,鐵芯固化前電感量為210μH,固化后電感量明顯降低,其中3鐵芯表現較好,電感量為100μH;隨著頻率增高,鐵芯固化前后電感量差值逐漸減小,當f=100kHz 時,幾乎達到同一水平,電感量為5~6 μH。由于固化會使鐵芯磁性能降低,因此電感變化率為負。可以看出,在 f=50Hz~1kHz 范圍內,各試驗組的電感變化率在-50 %~-80 %,且各曲線基本保持水平,其中3鐵芯的電感變化率明顯低于其他試驗組,保持在-50 %左右;在f=1~100 kHz范圍內,電感變化率呈明顯的降低趨勢,同時各試驗組之間的差距減小,當f=100 kHz,各試驗組的電感變化率均保持在-10 %左右。這說明在f=50 Hz~1kHz 范圍內,固化劑的固化收縮應力對鐵芯的電感影響較大,通過調整固化工藝能有效降低固化對鐵芯電感的影響;而在f=1~100 kHz范圍內,固化劑對鐵芯電感影響較小,通過調整固化工藝對電感變化率影響甚小。

          結 論

          (1)真空浸漬條件下,采用環氧樹脂+聚醚胺柔性體系固化納米晶鐵芯,鐵芯帶材間隙填充效果較好,固化后具有優異的可切割性。

          (2)正交試驗分析得出鐵芯損耗的主要影響因素是固化溫度,最佳固化工藝為:固化溫度353K,固化時間180min,填料比例10%。該工藝固化的鐵芯損耗相對較低:P1/1k =7.319 W/kgP 0.5/10k = 20.888W/kg,磁感應強度(H=7 A/m)下降 20 %,起始磁導率μi下降55 %,最大磁導率μmax下降40 %

          (3)在50 Hz~1 kHz 范圍內,固化劑的固化收縮對鐵芯電感影響較大,通過調整固化工藝能夠有效降低固化對鐵芯電感的影響;而在1~100 kHz范圍內,固化劑對鐵芯電感影響較小,對電感變化率影響甚小。



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