汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法

《汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法》是李延軍於2002年11月19日申請的專利，該專利的公布號為CN1414577，授權公布日為2003年4月30日，發明人是李延軍、周向東、賀天民。

《汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法》所述軟磁鐵芯材料包括鐵粉和酚醛樹脂，鐵芯由壓製成的圓柱體和圓環體組成。工藝過程包括製取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理。將鐵粉放入酚醛樹脂的乙醇溶液，進行粘覆造粒製得鐵磁粉末；再將鐵磁粉末放入模具，冷壓或溫壓製得初件；將初件經台階式升溫固化處理後進行二次固化及防鏽絕緣處理。該發明的方法原料易得，工藝簡單，不必進行高溫熱處理；可製得各種形狀的高密度、高強度、大初始磁導率、高磁通密度、低矯頑力、低損耗、尺度精確的軟磁鐵芯。

2016年9月，《汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法》獲得第二屆吉林省專利獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法
• 申請人：李延軍
• 申請日：2002年11月19日
• 申請號：021448841
• 公布號：CN1414577
• 公布日：2003年4月30日
• 發明人：李延軍、周向東、賀天民
• 地址：吉林省梅河口市和平大街48號
• Int.Cl.：H01F27/24、H01F1/14、H01F1/22、H01F41/02
• 代理機構：長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人：王恩遠
• 類別：發明專利

專利背景

隨著現代汽車工業的發展，環保節能材料套用在汽車上是永遠的發展方向，原來採用化油器的汽車逐漸被採用電噴技術的汽車所替代，電噴技術汽車的點火功能主要靠點火線圈工作來實現，而點火線圈性能好壞則取決於內部軟磁鐵芯的電磁性能。

以往被用在汽車點火線圈內的鐵芯主要採用笨重的矽鋼片疊制而成。矽鋼片疊製成型工藝難以做出特殊複雜形狀，利用率極低，磁性能差——初始磁導率小、磁通密度低、矯頑力大、發熱量高。這種矽鋼片疊製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（1千赫-10千赫）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，鋁矽合金，而且鐵氧體的磁性材料多用在感應器、電子衡器等方面。

2002年11月之前技術的矽鋼片疊制鐵芯的製作，首先要生產大片的矽鋼片，之後按所需的形狀裁剪再疊制。工藝過程繁雜，且浪費很多材料，製作成本很高。

發明內容

專利目的

《汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法》要解決的技術問題就是，採用粉末冶金工藝壓製成型製做的軟磁鐵芯克服上述矽鋼片疊制鐵芯及其製作的缺點，其成型工藝簡單，可加工出各種複雜結構形狀要求的軟磁製品，節約材料，使材料利用率幾乎可達100％，其電磁性能有其獨特優點：低鐵損、低損耗，較大的初始磁導率，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。該發明為解決專利背景的各種問題，為有效地利用材料，提高形體的緻密度，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製成型軟磁鐵芯。該發明的軟磁鐵芯材料完全可以代替矽鋼片疊制的鐵芯，套用到電噴汽車在惡劣環境條件下、性能指標高的嚴格要求狀態下使用，實現其性能。

技術方案

《汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法》的一種汽車乾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，鐵芯為壓製成的圓柱體和圓環體組成，圓環體的內徑與圓柱體的直徑相同。即，該發明的軟磁鐵芯，主要是用於汽油內燃機和液化氣內燃機用的乾式點火線圈中。它在50-1千赫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矽鐵粉。因還原鐵粉一般鐵含量為98.5％以下，矽鐵粉含鐵量在75％以下，因這兩種其雜質因素較多，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，並且需附加燒結成型，工藝複雜，只能用在高頻（1千赫-20千赫）條件下，不宜作為汽車點火線圈內軟磁鐵芯粉體材料。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，也可以用環氧樹脂、尿素樹脂等替代酚醛樹脂。最好是A型鹼性酚醛樹脂，如：6076C、4102型等。

該發明的軟磁鐵芯材料，由重量為75～99.9％的鐵粉和餘量的酚醛樹脂組成。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，製作中也容易變形破損；過少加入酚醛樹脂也使模製的軟磁鐵芯強度下降，鐵損增大，絕緣性差。

該發明的汽車乾式點火線圈軟磁鐵芯的製作方法，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）；工藝過程包括製取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理；所說的製取鐵磁粉末是，將鐵粉放入濃度為（1～20）％的酚醛樹脂的乙醇溶液，用霧化設備進行粘覆造粒，再烘乾；所說的模壓成型是，將鐵磁粉末放入模具，在常溫和（2～20）噸/平方厘米壓力下壓製成圓柱體或圓環體的形狀，脫模製得初件；所說的固化處理是，讓初件在常溫下自然失效（12～24）小時，再進行台階式升溫，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，最後自然冷卻至室溫。

該發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型鹼性酚醛樹脂，如：6076C、4102型等，其浸漬性、粘覆性、包裹程度為更好，體現在模製後型體強度及絕緣性能都很好，不必擔心模壓成型後的破損和變形，而且熱固化後強度為更佳。也可以用乾粉狀樹脂與鐵粉混合模製軟磁鐵芯，只是其表面粘覆不均且強度低。製取鐵磁粉末，即對金屬粉末進行粘覆造粒，可以用霧化設備均勻的造粒三次，並每次烘乾，用金屬刷篩選成為模製的原料。這樣，能使熱固性樹脂均勻且充分的包覆在金屬顆粒表面。

該發明中對純鐵粉壓制時採用常溫狀態下2～20噸/平方厘米的壓力進行壓制，在小於2噸/平方厘米壓力壓制時儘管可以成型，但金屬顆粒和固化劑填充密度不足，模件強度低，易破損。而壓力大於20噸/平方厘米時雖填充密度較高，內部應力極大，使鐵粉金屬顆粒間的絕緣層遭到破壞，導致磁性能降低。最佳壓力為5～15噸/平方厘米，更好為6～10噸/平方厘米。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。也可以採用溫壓技術模壓成型：將鐵粉加溫到100～140℃預熱再進行壓制，同樣得到良好磁性能的粉末複合體，製得初件，其填充密度比常溫狀態下壓制稍高，但加工工藝較為複雜。在壓制過程中可適當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。

該發明在模壓成型後的初件稍做簡單的處理去除壓制的壓痕後，先讓其在常溫下自然失效12～24小時，相對消除一些壓制應力，再進行60～180℃呈台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，應力消除，具有良好初始磁導率的軟磁鐵芯。該發明的軟磁鐵芯最好再進行二次固化及防鏽絕緣處理。二次固化及防鏽絕緣處理是將固化後的軟磁鐵芯浸入10～20％醇溶酚醛樹脂溶液中1～20分鐘，再取出鐵芯，去除多餘酚醛樹脂溶液在烘箱中進行80～160℃的台階式升溫降溫，最後冷卻至室溫。

改善效果

《汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法》能夠提供高密度、大初始磁導率、強度高、尺寸精度好、生產效率高、節約材料的高磁通量的軟磁鐵芯複合體。該發明用英國So1artronSII260阻抗分析儀測量同樣尺寸鐵芯同樣匝數線圈的低頻阻抗數據擬合結果表明，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。

該發明的鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯的製作方法，原料易得，工藝簡單，可以製得各種形狀尺度精確的軟磁鐵芯。更重要的是，該發明的工藝不必進行高溫熱處理，因高溫熱處理會使鐵粉氧化，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，渦流效應大。所以在較低溫度下進行固化，也可得到在50-1千赫條件下的磁性能較好的軟磁材料。

該發明還針對模壓加工模具進行最佳化設計，使之在模壓過程中減少粉末之間的阻力，避免出現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。橫向壓制模具設計為台階狀態則出現多區密度，3種以上兩側密度高，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台階線性分布。

權利要求

1、一種汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯，其特徵在於，軟磁鐵芯材料包括鐵粉和酚醛樹脂，鐵芯為壓製成的圓柱體和圓環體組成，圓環體的內徑與圓柱體的直徑相同。

2、按照權利要求1所述的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯，其特徵在於，軟磁鐵芯材料由重量為75～99.9％的鐵粉和餘量的酚醛樹脂組成。

3、按照權利要求1或2所述的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯，其特徵在於，所說的鐵粉是含量98％以上，粒度65～200目的鐵粉。

4、按照權利要求1或2所述的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯，其特徵在於，所說的酚醛樹脂是A型鹼性酚醛樹脂。

5、一種權利要求1的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯的製作方法，其特徵在於，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）；工藝過程包括製取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理；所說的製取鐵磁粉末是，將鐵粉放入濃度為（1～20）％的酚醛樹脂的乙醇溶液，用霧化設備進行粘覆造粒，再烘乾；所說的模壓成型是，將鐵磁粉末放入模具，在常溫和（2～20）噸/平方厘米壓力下壓製成圓柱體或圓環體的形狀，脫模製得初件；所說的固化處理是，讓初件在常溫下自然失效（12～24）小時，再進行台階式升溫，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，最後自然冷卻至室溫。

6、按照權利要求5所述的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯的製作方法，其特徵在於，在去除壓制的壓痕後，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、按照權利要求5或6所述的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯的製作方法，其特徵在於，在固化處理後，再對軟磁鐵芯進行二次固化及防鏽絕緣處理，具體過程是將固化後的軟磁鐵芯浸入10～20％醇溶酚醛樹脂溶液中1～20分鐘，取出鐵芯，去除多餘酚醛樹脂溶液，在烘箱中進行80～160℃的台階式升溫降溫，最後冷卻至室溫。

8、按照權利要求5或6所述的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯的製作方法，其特徵在於，所說的製取鐵磁粉末的過程重複進行三次；所說的模壓成型的壓力是（6～10）噸/平方厘米。

9、按照權利要求7所述的汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯的製作方法，其特徵在於，所說的製取鐵磁粉末的過程重複進行三次；所說的模壓成型的壓力是（6～10）噸/平方厘米。

實施方式

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。經製取鐵磁粉末—模壓成型—固化處理的工藝過程製作軟磁鐵芯。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，用霧化設備均勻造粒三次，並每次烘乾，製得鐵磁粉末；分別將鐵磁粉末放入模具，在常溫和分別在2、6、8、10、15、20噸/平方厘米壓力下壓製成圓柱體初件；最後讓初件在常溫下自然失效15小時，再進行台階式升溫固化處理。

表1給出體現在同樣固化劑、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10千克/立方米。

表1

由表1，壓力在6噸/平方厘米以上時，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應力，壓力取6～10噸/平方厘米為宜。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於60目鐵粉作原料。

實施例2

按實施例1的工藝過程製作軟磁鐵芯。使用100目鐵粉作原料，以10噸/平方厘米的壓力壓制初件，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，結果如表2。

表2中電感量的測量是在1000赫茲頻率條件下進行的。由表2可知，酚醛樹脂和鐵粉按重量的比例小於1％軟磁鐵芯的性能更好。

實施例3

按實施例1的工藝過程製作軟磁鐵芯，固化處理後，再進行二次固化及防鏽絕緣處理。具體過程是：將固化後的軟磁鐵芯浸入10～20％醇溶酚醛樹脂溶液中1～20分鐘，以溶液中不產生氣泡為至，一般3～10分鐘即可取出鐵芯。去除多餘酚醛樹脂溶液，在烘箱中進行80～160℃的台階式升溫降溫，最後冷卻至室溫。所說的台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0.5～1.5小時，升溫後在120±5℃保溫1.5～2.5小時，再升溫後在160±5℃保溫0.5～1.5小時，再降溫至80±5℃保溫0.5～1小時，最後自然冷卻到常溫。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。

榮譽表彰

2016年9月，《汽車點火線圈內鐵粉壓製成型的軟磁鐵芯及其製作方法》獲得第二屆吉林省專利獎優秀獎。