CN116065153A - 一种提升软磁合金片粘接强度的方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决软磁合金片叠合件因粘接强度不够而在线切割加工时易开裂的技术问题，本发明从工程实用角度出发，提出了一种提升软磁合金片粘接强度的方法，通过配置一种方便操作、易于控制粗化效果且粗化效率高的环保型粗化液对软磁合金片进行粗化，获得能有效增大粘接面积的微观粗糙表面，使同等规格零件的粘接强度得到大幅提高；同时，还通过对粗化时间、胶液喷涂时间、胶层厚度，以及胶液固化温度等工艺参数的控制，实现最终制成的定转子铁芯毛坯满足线切割加工的工艺要求，保证其不开裂以及线切割加工的工艺稳定性。
Description
技术领域
本发明属于微型特种电机制造领域，具体涉及一种提升软磁合金片粘接强度的方法。本发明涉及的软磁合金的各元素质量百分比为：Mn0.3％～0.6％、Si0.15％～0.3％、Ni49.0％～50.5％、余量为Fe。
背景技术
定子和转子是微型特种电机的核心部件。目前，高精度微型特种电机的定转子铁芯是先将软磁合金片加工成圆环片，经热处理获得磁性能后，将圆环片用X98-11缩醛烘干胶液粘接形成毛坯料，再对该毛坯料进行线切割加工制造而成。由于线切割加工会产生大量的热，使得X98-11缩醛烘干胶液的粘接强度随着温度的升高而快速降低，故后续线切割加工对定转子铁芯的粘接强度破坏性较大，易导致定转子铁芯开裂的情况发生。因此，要求软磁合金片的粘接必须达到一定的强度，以保证后续加工稳定性。
传统提高粘接强度的方法有机械打磨、表面喷砂、重铬酸盐配方化学粗化等。机械打磨对粘接强度的改善有限，不能解决定转子铁芯开裂的问题；表面喷砂能够有效提高粘接强度，但对冲模损伤大，经济效益不好；重铬酸盐配方粗化，粗化时间需要约10min，粗化效率低，且粗化液含重金属离子，不环保。
综上，传统提高粘接强度的方法均不能同时满足粘接强度高、成本低、操作方便、绿色环保的要求，亟需研发一种粘接强度高、成本低、操作方便且绿色环保的提高软磁合金片粘接强度的方法。
发明内容
为了解决软磁合金片叠合件因粘接强度不够而在线切割加工时易开裂的技术问题，本发明从工程实用角度出发，提出了一种提升软磁合金片粘接强度的方法，该方法处理过程简单、快速高效、粘接强度高且绿色环保。
本发明的技术方案是：
一种粗化液，用于粗化软磁合金片表面以提高粘接强度；其特殊之处在于：所述粗化液由质量浓度为36-38％的HCL、质量浓度为65-68％的HNO3以及去离子水以20～25:320～360:600～650的体积比混合而成。
进一步地，所述HCL、HNO3以及去离子水的体积比为1:13:25。
本发明还提供了一种提升软磁合金片粘接强度的方法，其特殊之处在于：利用上述的粗化液先对软磁合金片进行表面粗化后，再进行粘接。
本发明同时还提供了一种制作定转子铁芯毛坯的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1，配置粗化液
将质量浓度为36-38％的HCL、质量浓度为65-68％的HNO3以及去离子水以20～25:320～360:600～650的体积比混合，制成粗化液；
步骤2，表面粗化处理
将若干片具有磁性能的软磁合金圆环片作为试件，分别置于步骤1配置的粗化液中1-4s，在此期间，实时将软磁合金圆环片取出与标准软磁合金片在10倍放大镜下对比检查，当其单个表面与标准样件单个表面上的凹坑的数目及凹坑面积均值的差异小于5％时，表示粗化满足要求，将所述试件在粗化液中的平均总浸入时间作为粗化操作时间，后续按照该粗化操作时间进行粗化；
步骤3，制作定转子铁芯毛坯
向经步骤2粗化后的软磁合金圆环片的端面上喷涂0.007-0.012mm厚的X98-11缩醛烘干胶液，然后按照定转子铁芯设计要求的片数将相应数量的软磁合金圆环片叠加制成叠合件，向所述叠合件施加压力并在155±5℃下使胶液固化，得到定转子铁芯毛坯；
步骤4，抗拉强度测试
对所述定转子铁芯毛坯进行抗拉强度测试，抗拉强度≥360N/cm2，表明粗化效果良好，得到符合后续线切割加工要求的定转子铁芯毛坯。
进一步地，所述步骤1中，将HCL、HNO3以及去离子水以1:13:25的体积比混合制成粗化液。
进一步地，所述步骤2中，将软磁合金片置于所述粗化液中2-3s，即完成表面粗化。
进一步地，所述步骤3中在粗化完成后24h时内喷涂X98-11缩醛烘干胶液。
进一步地，所述步骤3中向所述叠合件施加49N/cm2的压力。
进一步地，所述步骤2中是将多个软磁合金片间隔串放在挂具上，通过操作挂具将软磁合金圆环片置于所述粗化液中。
本发明还提供了一种定转子铁芯，其特殊之处在于：由定转子铁芯毛坯经线切割加工制成；所述定转子铁芯毛坯采用上述的制作定转子铁芯毛坯的方法制作。
本发明的有益效果是：
1.本发明配置了一种方便操作、易于控制粗化效果且粗化效率高的环保型粗化液(无重金属离子)，经过该粗化液处理后的软磁合金片，可以获得能有效增大粘接面积的微观粗糙表面，使同等规格零件的粘接强度得到大幅提高，对采用相同厚度的X98-11缩醛烘干胶液粘接后得到的结构相同的定转子毛坯料(铁磁合金叠片)进行抗拉强度测试对比：不粗化时，抗拉强度为200N/cm2；经本发明的粗化液进行粗化后，抗拉强度最少能够达到360N/cm2，最高可达到600N/cm2；因此，本发明特殊配置的粗化液能够有效提高软磁合金片之间的粘接强度，为后续线切割加工的稳定性奠定了基础。
2.考虑到软磁合金片粘接用X98-11缩醛烘干胶除了起粘接作用外，还起到绝缘作用，而后续对定转子毛坯进行线切割加工时需要相邻两片软磁合金片之间的胶层薄而均匀，若软磁合金片表面过于粗糙(粗化过度)会导致相邻两片软磁合金片之间的胶层不均匀，导致后续线切割过程中出现让丝切伤零件的情况发生，因此，本发明除了通过对喷胶厚度严格控制外，还通过特殊的粗化液配比和粗化时间的控制实现对软磁合金片粗化的表面状态进行控制，经过反复试验验证，最终粗化效果能够满足片间胶层均匀度要求，制定了粗化效果对比检查标准样件，保证后续线切割的工艺稳定性和可靠性。
3.本发明的粗化液配方优选为HCL(质量浓度为36-38％)：HNO3(质量浓度为65-68％)：H2O＝1：13：25(体积比)，经反复试验验证，此时利用该粗化液仅需控制粗化时间为2-3秒钟便可完成对软磁合金片的表面粗化处理得到合适的微观粗糙特征面，后续只需控制喷胶厚度即可获得满足线切割加工要求的粘接强度及胶层均匀度，杜绝了定转子铁芯毛坯料在线切割成型过程中易发生开裂及线切割出现让丝切伤零件的问题。
4.经试验验证，本发明的方法可推广应用于1J79、1JH3等软磁合金片。
附图说明
图1是对软磁合金圆环片进行粗化时的状态示意图。
图2是利用本发明的粗化液对软磁合金圆环片粗化后及软磁合金圆环片粗化前的效果对比图，(a)为粗化前，(b)为粗化后。
图3是粗化前后16倍放大对比图，(a)为粗化前，(b)为粗化后。
图4是本发明制成的软磁合金片叠合件的实物图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提升软磁合金片粘接强度的手段之一是配置一种特殊的粗化液，该粗化液具有粗化效率高且可控、环保的特点。该粗化液由由质量浓度为36％～38％的HCL、质量浓度为65-68％的HNO3以及去离子水以20～25:320～360:600～650的体积比混合配置而成。
本发明所提供的粗化液的配方设计思路及机理是：
考虑到软磁合金片的主要成份是铁和镍，其反应活性高，因而在粗化液的配方设计时摒弃了传统“王水”(盐酸：硝酸＝3：1～5：1)强氧化性的配比(主要用于溶解惰性金属)，以及单一的盐酸或硝酸(单一盐酸粗化时间长，单一硝酸利用率极低)。
本发明的粗化液由质量浓度为36-38％的HCL、质量浓度为65-68％的硝酸以及去离子水以特定的体积比混制而成；因软磁合金片中的铁和镍遇浓硝酸会钝化，反应速率低，在配置粗化液时大量引进去离子水是为了降低硝酸浓度提高其反应活性；此外，单独的硝酸与软磁合金片发生化学反应时，软磁合金片中的铁元素会优先与硝酸发生化学反应，很快形成三价铁离子，三价铁离子在PH值为2.7的强酸性环境下会发生沉淀，导致粗化液利用率极低；结合实际经验并经过大量研究及试验验证发现：向硝酸中适当引入氯离子，可以均衡铁、镍与硝酸的反应速率得到均匀的微观粗糙表面，降低硝酸的氧化性，使得粗化液使用过程中不产生Fe(OH)3沉淀，提高粗化液的利用率；本发明通过向硝酸中加入盐酸引入氯离子，但在实践时发现：随着盐酸浓度的增加反应速率过快而使粗化效果变得不可控，盐酸浓度降低又导致反应速率变得过慢而使粗化效率低下；随着加入的盐酸量的增加粗化反应时间会变短，但加入的盐酸量超出一定比例又会导致粗化后软磁合金片表面微坑变大而导致无法保证喷胶后胶层的均匀性，致使后续线切割工艺的稳定性受到影响。
因此，综合考虑到粘接强度、胶层均匀性以及粗化可控性，本发明配置了上述粗化液。尤其当上述粗化液的配方为HCL(质量浓度为36-38％)：HNO3(质量浓度为65-68％)：H2O＝1：13：25(体积比)时，经大量实际验证，仅需将软磁合金片置于粗化液中2-3s即可达到要求的粗化效果，后续仅需严格控制胶层厚度即可，使得操作更简单、便捷和可控。
除了利用上述粗化液粗化以提高软磁合金片间的粘接强度之外，本发明还通过对粗化时间、胶液喷涂时间、胶层厚度，以及胶液固化温度等工艺参数的控制，实现最终制成的定转子铁芯毛坯满足线切割加工的工艺要求，保证其不开裂以及线切割加工的工艺稳定性。
本发明具体的定转子铁芯的制作方法如下：
步骤S1：配置上述粗化液；
步骤S2：粗化
将若干片具有磁性能的软磁合金圆环片分别置于步骤S1配置的粗化液中1-4s，在此期间实时(例如间隔1s)将软磁合金圆环片取出与标准软磁合金片(预先制作的粗化程度符合要求的软磁合金片，该标准软磁合金片按照设计要求能制作出通过抗拉强度测试要求的叠合件)在10倍放大镜下对比检查，若其单个表面的状态与标准样件单个表面状态基本一致，无明显区别(可以根据单个表面上的凹坑数量、凹坑面积大小均值判定，差异均小于5％时认为无明显区别；图2、3是粗化前后的对比图)，表明粗化满足要求，此时可将这些试件在粗化液中的平均总浸入时间作为粗化操作时间，后续其余的软磁合金圆片按照该粗化操作时间进行粗化即可；为进一步提高粗化效率以及便于控制粗化时间，可以先将多个软磁合金圆环片间隔串放在挂具上(如图1所示)，做好防护，在通风处操作挂具，通过操作挂具将软磁合金圆环片置于粗化液中，或从粗化液中移出；经反复验证，当粗化液按照HCL(质量浓度为36-38％)：HNO3(质量浓度为65-68％)：H2O＝1：13：25(体积比)配置时，软磁合金圆环片在粗化液中2-3s即可达到满足线切割要求的粗化效果，在实际操作时无需实时比对，只需控制粗化时间即可控制粗化效果，操作便捷。
步骤S3：制作定转子铁芯毛坯
向经步骤2粗化后的软磁合金圆环片的端面上喷涂0.007-0.012mm厚的X98-11缩醛烘干胶液，然后按照规定的片数将软磁合金圆环片叠加制成如图4所示叠合件，按面积向该叠合件施加压力(每平方厘米施加5Kg*9.8N/Kg＝49N的压力)并在155±5℃下使胶液固化，得到定转子铁芯毛坯；本步骤中在喷涂胶液时，最好在规定时间内喷胶并进行粘接工序。
步骤S4：抗拉强度测试
对步骤S3得到的定转子铁芯毛坯进行抗拉强度测试，用于结果的判定，若首件抗拉强度≥360N/cm2表示符合后续线切割加工要求；若抗拉强度＜360N/cm2表示粗化不合格，使用存在风险，可以返回重新进行粗化。
经反复用实际验证，利用本发明的方法制作的定转子铁芯毛坯的抗拉强度均大于等于360N/cm2，符合后续线切割加工要求。
Claims (10)
1.一种粗化液，用于粗化软磁合金片表面以提高粘接强度；其特征在于：所述粗化液由质量浓度为36-38％的HCL、质量浓度为65-68％的HNO3以及去离子水以20～25:320～360:600～650的体积比混合而成。
2.根据权利要求1所述的粗化液，其特征在于：所述HCL、HNO3以及去离子水的体积比为1:13:25。
3.一种提升软磁合金片粘接强度的方法，其特征在于：利用权利要求1或2所述的粗化液先对软磁合金片进行表面粗化后，再进行粘接。
4.一种制作定转子铁芯毛坯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，配置粗化液
将质量浓度为36-38％的HCL、质量浓度为65-68％的HNO3以及去离子水以20～25:320～360:600～650的体积比混合，制成粗化液；
步骤2，表面粗化处理
将若干片具有磁性能的软磁合金圆环片作为试件，分别置于步骤1配置的粗化液中1-4s，在此期间，实时将软磁合金圆环片取出与标准软磁合金片在10倍放大镜下对比检查，当其单个表面与标准样件单个表面上的凹坑的数目及凹坑面积均值的差异小于5％时，表示粗化满足要求，将所述试件在粗化液中的平均总浸入时间作为粗化操作时间，后续按照该粗化操作时间进行粗化；
步骤3，制作定转子铁芯毛坯
向经步骤2粗化后的软磁合金圆环片的端面上喷涂0.007-0.012mm厚的X98-11缩醛烘干胶液，然后按照定转子铁芯设计要求的片数将相应数量的软磁合金圆环片叠加制成叠合件，向所述叠合件施加压力并在155±5℃下使胶液固化，得到定转子铁芯毛坯；
步骤4，抗拉强度测试
对所述定转子铁芯毛坯进行抗拉强度测试，抗拉强度≥360N/cm2，表明粗化效果良好，得到符合后续线切割加工要求的定转子铁芯毛坯。
5.根据权利要求4所述的制作定转子铁芯毛坯的方法，其特征在于：所述步骤1中，将HCL、HNO3以及去离子水以1:13:25的体积比混合制成粗化液。
6.根据权利要求5所述的制作定转子铁芯毛坯的方法，其特征在于：所述步骤2中，将软磁合金片置于所述粗化液中2-3s，即完成表面粗化。
7.根据权利要求6所述的制作定转子铁芯毛坯的方法，其特征在于：所述步骤3中在粗化完成后24h时内喷涂X98-11缩醛烘干胶液。
8.根据权利要求7所述的制作定转子铁芯毛坯的方法，其特征在于：所述步骤3中向所述叠合件施加49N/cm2的压力。
9.根据权利要求4-8任一所述的制作定转子铁芯毛坯的方法，其特征在于：所述步骤2中是将多个软磁合金片间隔串放在挂具上，通过操作挂具将软磁合金圆环片置于所述粗化液中。
10.一种定转子铁芯，其特征在于：由定转子铁芯毛坯经线切割加工制成；所述定转子铁芯毛坯采用权利要求4-9任一所述的制作定转子铁芯毛坯的方法制作。
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