软磁材料及其制备方法

文档序号:513579 发布日期:2021-05-28 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 软磁材料及其制备方法 (Soft magnetic material and preparation method thereof ) 是由 王静然 于 2019-11-27 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种软磁材料及其制备方法,属于绝缘技术领域。该带有表面绝缘层的软磁材料,软磁合金带材和在所述软磁合金带材表面形成的活性炭层,所述活性炭层是由浸润液浸涂所述软磁合金带材,并经加热挥发后形成的。本申请通过在软磁合金带材的表面形成活性炭层,这样,由于活性炭是一种多孔物质,且孔径分布范围较广,从而使得活性炭具有很高的绝缘性能,也即是使得软磁材料的表面具有很高的绝缘电阻。这样对于磁芯在高、中、低频的交变磁场下工作时,每层软磁材料之间会具有很好的绝缘效果,从而减小磁芯的涡流效应,使得磁芯的涡流损耗减小。(The application discloses a soft magnetic material and a preparation method thereof, and belongs to the technical field of insulation. The soft magnetic material with the surface insulating layer comprises a soft magnetic alloy strip and an activated carbon layer formed on the surface of the soft magnetic alloy strip, wherein the activated carbon layer is formed by dip-coating the soft magnetic alloy strip by using an impregnating solution and heating and volatilizing the impregnating solution. According to the soft magnetic alloy strip, the active carbon layer is formed on the surface of the soft magnetic alloy strip, so that the active carbon is a porous substance and has a wide pore size distribution range, so that the active carbon has high insulating property, namely, the surface of the soft magnetic material has high insulating resistance. Therefore, when the magnetic core works in the high, medium and low frequency alternating magnetic field, each layer of soft magnetic material has good insulation effect, so that the eddy current effect of the magnetic core is reduced, and the eddy current loss of the magnetic core is reduced.)

软磁材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及绝缘技术领域,特别涉及一种软磁材料及其制备方法。

背景技术

软磁材料通常需要在交变电场下工作,软磁材料的内部会因此感应出交变电场,从而在软磁材料内部产生感应电流,即交变电场的能量以涡流损耗的形式被软磁材料消耗。为降低软磁材料的涡流损耗,通常会在软磁材料的制作过程中添加一些电阻率较高的元素(如在纯铁中添加硅),并把制作好的软磁材料做成薄片状。之后,可以把薄片状的软磁材料卷绕制成磁芯,再通过适当的热处理工艺,使磁芯具有良好的软磁性能。

当磁芯在高、中、低频的交变磁场下工作时,每层软磁材料之间很容易因绝缘效果的不理想,使得形成的涡流效应增大,进而导致磁芯的涡流损耗增大,因此亟需一种具有高绝缘性的磁芯,以保证磁芯在高、中、低频的交变磁场下,不会因为导通而产生较高的涡流损耗。

发明内容

本申请提供了一种软磁材料及其制备方法,可以解决磁芯的相邻两层软磁材料之间存在导通而增高涡流损耗的问题。所述技术方案如下:

提供了一种带有层面绝缘层的软磁材料,所述软磁材料包括:软磁合金带材和在所述软磁合金带材表面形成的活性炭层,所述活性炭层是由浸润液浸涂所述软磁合金带材,并经加热挥发后形成的。

可选地,所述活性炭层的厚度位于1纳米到1000纳米的范围内。

可选地,所述活性炭层的电阻位于100欧姆到三十兆欧姆之间。

可选地,所述浸润液为有机物液体。

另一方面,提供了一种软磁材料的制备方法,所述方法包括:

选择浸润液;

将软磁合金带材浸入所述浸润液中,得到表面形成有浸润液涂层的软磁合金带材。

将形成有浸润液涂层的软磁合金带材置于加热炉内,在温度阈值范围内加热,得到表面形成有活性炭涂层的软磁合金带材。

可选地,当所述软磁合金带材为非晶带材,所述温度阈值范围为150~460摄氏度。

当所述软磁合金带材为超微晶带材时,所述温度阈值范围为150~600摄氏度。

当所述软磁合金带材为硅钢带材时,所述温度阈值范围为150~900摄氏度。

可选地,所述将软磁合金带材浸入所述浸润液中,得到表面形成有浸润液涂层的软磁合金带材,包括:

将所述软磁合金带材浸入所述浸润液中60s~1200s,同时对所述软磁合金带材抽真空处理,得到表面形成有所述浸润液涂层的软磁合金带材。

可选地,所述将形成有浸润液涂层的软磁合金带材置于加热炉内,在温度阈值范围内加热,得到表面形成有活性炭层的软磁合金带材,包括:

在所述温度阈值范围内对所述浸润液涂层进行加热,同时在所述加热炉内通入氧化活化气体,所述氧化活化气体用于对所述浸涂层进行氧化活化;

在对所述浸润液涂层的加热时长到达时长阈值时,得到表面形成有所述活性炭层的软磁合金带材。

可选地,所述氧化活化气体包括空气、二氧化碳和水蒸气中的至少一种。

可选地,所述浸润液为石油、沥青或者树脂。

本申请提供的技术方案的有益效果至少包括:

在软磁合金带材的表面形成活性炭层,这样,由于活性炭是一种多孔物质,且孔径分布范围较广,从而使得活性炭具有很高的绝缘性能,也即是使得软磁材料的表面具有很高的绝缘电阻。这样对于通过软磁材料制作的磁芯在高、中、低频的交变磁场下工作时,每层软磁材料之间会具有很好的绝缘效果,从而减小磁芯的涡流效应,使得磁芯的涡流损耗减小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种软磁材料的结构示意图;

图2是本申请实施例提供的一种软磁材料的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1示例了本申请实施例的一种软磁材料的结构示意图。如附图1所示,所述软磁材料包括:软磁合金带材1和在软磁合金带材表面形成的活性炭层2,活性炭涂层2是由浸润液浸涂软磁合金带材,并经加热挥发后形成的。

本申请实施例中,可以在软磁合金带材的表面形成活性炭层,这样,由于活性炭是一种多孔物质,且孔径分布范围较广,从而使得活性炭具有很高的绝缘性能,也即是使得软磁材料的表面具有很高的绝缘电阻。这样对于通过软磁材料制作的磁芯在高、中、低频的交变磁场下工作时,每层软磁材料之间会具有很好的绝缘效果,从而减小磁芯的涡流效应,使得磁芯的涡流损耗减小。

其中,每克活性炭的比表面积通常位于500~1700平方米之间,活性炭的孔径的分布范围可以在1~1000纳米之间,且活性炭的微晶结构的层间距在0.34~0.35纳米之间,从而能够保证活性炭层的绝缘效果,也即是保证软磁材料层间的绝缘效果。

由于活性炭的微晶结构在2000摄氏度时,也不会转化为石墨的微晶结构,也即是在2000摄氏度时,活性炭依然会维持着良好的结构,从而保持绝缘性能的稳定性。

在一些实施例中,浸润液可以为有机物液体,或者为无机含碳液体,当然,浸润液还可以为至少一种有机物液体和/或至少一种无机含碳液体的混合液,只要在加热条件下能够促使除碳元素之外的其他元素挥发即可,本申请实施例对此不做限定。

比如,浸润液可以为植物油、动物油、矿物油或树脂等有机物液体,或者植物油、动物油、矿物油和树脂中至少一种的混合液。

在另一些实施例中,除了可以将软磁合金带材进入浸润液中之外,还可以将软磁合金带材进入有机物气体中,只要在加热条件下能够促使除碳元素之外的其他元素挥发,以在软磁合金带材的表面形成活性炭层即可,本申请实施例对此不做限定。

在一些实施例中,活性炭层的厚度可以位于1纳米到1000纳米的范围内。

其中,在软磁合金带材的表面形成活性炭层时,可以将软磁合金带材浸润在含碳量较高的浸润液中,且通过浸润的时长来保证软磁合金带材的表面的浸润液涂层的厚度,之后对浸润液涂层进行加热处理,使得浸润液涂层中包括的除了碳之外的其他元素挥发,得到厚度满足要求的活性炭层。

其中,软磁合金带材进入浸润液的浸入时长可以控制在60s~1200s之间,当然,软磁合金带材进入浸润液的浸入时长可以为其他时长,只要在对软磁合金带材表面的浸润液涂层加热后,得到的活性炭层的厚度满足要求即可。

需要说明的是,在将软磁合金带材浸入浸润液时,为了避免软磁合金带材的表面的孔隙积存的空气阻碍浸润液的浸润,可以对软磁合金带材进行抽真空处理,以消除孔隙内积存的空气对浸润液的阻碍,从而保证浸润液能够更彻底地浸润软磁合金带材的表面。

其中,在对软磁合金带材的表面的浸润液涂层加热时,为了避免对软磁合金带涂层造成的影响,同时为了加快活性炭层的快速形成,可以针对不同的软磁合金带材控制不同的加热温度。

示例地,当软磁合金带材为非晶带材时,对非晶带材的表面的浸润液涂层的加热温度可以位于150~460摄氏度的范围内,当软磁合金带材为超微晶带材时,对超微晶带材的表面的浸润液涂层的加热为度可以位于150~600摄氏度的范围内,当软磁合金带材为硅钢带材时,对硅钢带材的表面的浸润液涂层的加热温度可以位于150~900摄氏度的范围内。

需要说明的是,在对软磁合金带材的表面的浸润液涂层进行加热时,还可以在加热的过程中通入氧化活化气体,以通过氧化活化气体促进浸润液涂层中碳元素与其他元素之间的分子键的分解,进而便于浸润液涂层中除碳元素之外的其他元素的挥发。

需要说明的是,可以是在软磁合金带材卷绕或层叠得到磁芯之前,在软磁合金带材的表面形成活性炭层,也即是可以在软磁合金带材的表面形成活性炭层以得到软磁材料后,再通过卷绕或层叠的方式得到磁芯。当然也可以是在对软磁合金带材卷绕或层叠得到磁芯之后,在软磁合金带材的表面形成活性炭层。也即是可以在磁芯包括的软磁合金带材的表面形成活性炭层。

在软磁合金带材卷绕得到磁芯之前,由于软磁合金带材的表面没有限制,软磁合金带材的表面可以形成较厚的浸润液涂层,这样在对较厚的浸润液涂层加热后,得到的活性炭层的厚度很容易满足绝缘要求。

而在卷绕得到磁芯之后形成活性炭层时,由于软磁合金带材的叠片系数不同,相邻两层软磁合金带材之间的间隙也不同。因此,在磁芯浸入浸润液之后,软磁合金带材的表面形成的浸润液涂层的厚度也会受到相邻两层软磁合金带材之间的间隙的影响,从而影响活性炭层的厚度。由于在对浸润液涂层加热后,浸润液涂层的厚度会减小,也即是形成第一活性炭层之后,相邻两层软磁合金带材之间的间隙增大,此时可以继续将形成有第一层活性炭层的磁芯浸入浸润液,进而对在第一活性炭层的表面形成的浸润液涂层进行加热处理,使得软磁合金带材的表面形成第二活性炭层,以增加活性炭涂层的厚度,使得活性炭涂层的厚度满足要求。

在一些实施例中,活性炭涂层的电阻位于100欧姆到30兆欧姆之间。

其中,由于活性炭层的电阻取决于活性炭层的厚度,因为为了保证活性炭层的电阻为100欧姆到30兆欧姆之间的任一电阻,可以根据活性炭层的厚度与电阻的比例关系,确定所需要设定的活性炭层的厚度,进而基于活性炭层的厚度进行制作厚度满足要求的软磁材料。

需要说明的是,活性炭层的厚度为几十到几百乃至几千纳米时,制作得到的软磁材料的绝缘电阻就可以为数百或数千欧姆到数十甚至数百兆欧姆。

本申请实施例中,将软磁合金带材浸入浸润液,在软磁合金带材的表面形成浸润液涂层,之后对形成的浸润液涂层进行加热,以使浸润液涂层中除碳元素之外的其他元素挥发,从而在软磁合金带材的表面形成活性炭层,这样由于活性炭层具有很高的绝缘电阻,从而使得软磁材料具有很高的绝缘电阻。因此可以保证相邻两层软磁材料之间的绝缘性能,避免相邻两层软磁材料之间因涡流效应,而造成的涡流损耗。

图2示例了本申请实施例的一种软磁材料的制备方法的流程示意图。参见图2,所述方法包括如下步骤。

步骤201:选择浸润液。

其中,可以根据含碳量的不同来选择不同的浸润液。当然也可以按照其他方式选择浸润液,本申请实施例对此不做限定。

在一些实施例中,浸润液可以为有机物液体,或者为无机含碳液体,当然,浸润液还可以为至少一种有机物液体和/或至少一种无机含碳液体的混合液,只要在加热条件下能够促使除碳元素之外的其他元素挥发,以形成活性炭层即可,本申请实施例对此不做限定。

比如,浸润液可以为石油、沥青、机构、环氧树脂、植物油、动物油或其他有机物液体等。

在另一些实施例中,还可以选择有机气体中,只要在加热条件下能够促使除碳元素之外的其他元素挥发,以形成活性炭层即可,本申请实施例对此不做限定。

步骤202:将软磁合金带材浸入所述浸润液中,得到表面形成有浸润液涂层的软磁合金带材。

在一些实施例中,可以将软磁合金带材浸入浸润液中60s~1200s,同时对软磁合金带材抽真空处理,得到表面形成有浸润液涂层的软磁合金带材。

其中,在软磁合金带材的表面形成活性炭层时,可以将软磁合金带材浸润在含碳量较高的浸润液中,且通过浸润的时长来保证软磁合金带材的表面的浸润液涂层的厚度。

其中,软磁合金带材进入浸润液的浸入时长可以为其他时长,主要取决于浸润液中含碳量的多少。比如当浸润液的含碳量较高时,软磁合金带材浸入的时长可以较短,当浸润液的含碳量较低时,软磁合金带材浸入的时长可以较长。

需要说明的是,在将软磁合金带材浸入浸润液时,为了避免软磁合金带材的表面的孔隙积存的空气阻碍浸润液的浸润,可以对软磁合金带材进行抽真空处理,以消除孔隙内积存的空气对浸润液的阻碍,从而保证浸润液能够更彻底地浸润软磁合金带材的表面。

在一些实施例中,可以将软磁合金带材置于盛装有浸润液的容器中,之后将真空泵与该容器的顶盖连通,且真空泵的吸气口高于浸润液的液面,这样可以在浸润液浸润软磁合金带材的同时,通过真空泵对软磁合金带材进行抽真空处理,以保证浸润液能够更彻底地浸润软磁合金带材的表面。当然,通过上述方式实现对软磁合金带材的抽真空处理外,还可以通过其他方式进行抽真空处理,本申请实施例对此不做限定。

步骤203:将形成有浸润液涂层的软磁合金带材置于加热炉内,在温度阈值范围内加热,得到表面形成有活性炭层的软磁合金带材。

在一些实施例中,可以在温度阈值范围内对浸润液涂层进行加热,同时在加热炉内通入氧化活化气体,氧化活化气体用于对浸涂涂层进行氧化活化,在对浸润液涂层的加热时长到达时长阈值时,得到表面形成有活性炭层的软磁合金带材。

其中,在对软磁合金带材的浸润液涂层加热时,为了避免对软磁合金带涂层造成的影响,同时为了加快活性炭层的快速形成,可以针对不同的软磁合金带材控制不同的加热温度。

示例地,当软磁合金带材为非晶带材时,对非晶带材的浸润液涂层的加热温度可以位于150~460摄氏度的范围内,当软磁合金带材为超微晶带材时,对超微晶带材的浸润液涂层的加热为度可以位于150~600摄氏度的范围内,当软磁合金带材为硅钢带材时,对硅钢带材的浸润液涂层的加热温度可以位于150~900摄氏度的范围内。

其中,在加热炉内通入氧化活化气体,可以促进浸润液涂层中碳元素与其他元素之间的分子键的分解,进而便于浸润液涂层中除碳元素之外的其他元素的挥发。氧化活化气体可以包括空气、二氧化碳、水蒸气中的至少一种,当然,氧化活化气体也可以是空气、二氧化碳、水蒸气的混合气体。

其中,时长阈值可以为10分钟到180分钟之间的任一时长值,只要可以保证浸润液涂层中除碳元素之外的其他元素挥发即可,本申请实施例对此不做限定。

本申请实施例中,将软磁合金带材浸入浸润液,在软磁合金带材的表面形成浸润液涂层,之后对形成的浸润液涂层进行加热,以使浸润液涂层中除碳元素之外的其他元素挥发,从而在软磁合金带材的表面形成活性炭层,这样由于活性炭层具有很高的绝缘电阻,从而使得软磁材料具有很高的绝缘电阻。因此可以保证相邻两层软磁材料之间的绝缘性能,避免相邻两层软磁材料之间因涡流效应,而造成的涡流损耗。

以上所述仅为本申请的说明性实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

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