[发明专利]一种高致密度高强度软磁复合材料电机定子及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高致密度高强度软磁复合材料电机定子及其制备方法，属于软磁复合材料技术领域，上述制备方法包括：首先调配铁粉的粒度配比，对其进行预处理，之后通过磷酸和树脂进行包覆，然后先进行初步压制成型，压力为300‑800MPa；压制结束后将压制毛坯通过真空封装袋密封完整后继续进行等静压二次成型，压力为200‑500MPa；将等静压成型后的磁体，在氮气气氛下进行两步低温退火热处理，后冷却出炉。通过本发明方法可在省略润滑剂、降低热处理能耗的情况下，得到高密度均匀性、高磁性能、高强度的SMC材料电机定子。

技术领域

本发明涉及软磁复合材料技术领域，具体提供一种高致密度高强度软磁复合材料电机定子及其制备方法。

背景技术

软磁复合材料(简称SMC材料)是将不同粒度的纯铁粉、铁基合金粉等磁性颗粒表面包覆一层高电阻率隔离层后经压制及热处理制备而成。根据其制备工艺特点，该材料具有三维磁热各向同性、绿色易造易成型且材料利用率高等特点，在各领域具有广泛的应用前景。尤其，最近使用SMC材料替代传统硅钢片制作电机关键定子材料可大为简化电机定子的制备工艺并有效促进电机高效轻量化发展，开拓了电机在新能源汽车、电动航空器等新领域的应用，成为目前SMC材料研究的热点。

SMC材料中，纯铁粉、磁性合金粉等磁性颗粒质量分数决定材料的饱和磁化强度、磁导率等磁性能；隔离层是高电阻率材料，通过包覆可有效降低材料的损耗。SMC材料在电机中做导磁件应用时，要求材料具有良好的导磁特性，即饱和磁感应强度及磁导率要高，这要求SMC材料在制备时选择纯铁粉作为磁性相，且磁性相的质量分数要高，同时磁体要有较高的致密度；另外，电机应用频率较低，一般低于几KHz，此时SMC材料的损耗组成中，与涡流损耗相比，磁滞损耗占据主要地位，因此，要求SMC材料在热处理中去除压制残余应力。

目前研究较多的是在纯铁粉表面包覆一层磷酸隔离层后再叠加一层有机树脂形成多层包覆，但在随后的模压成型过程中，传统压制压力为上下两个方向，为了压制达到所需的密度，压制压力高达900-1100MPa，在材料内部会形成较大残余应力，为了去除这部分残余应力，需进行550-650℃的去应力热处理；在此步骤中，所包覆的磷酸隔离层由于热稳定性差会出现热分解从而使材料损耗上升，影响材料的使用。且材料成型过程中为达到所需密度，上下两方向压制压力过大，第一，会将铁粉表面包覆层压破，使裸露的铁粉互相接触，从而导致磁体电阻率降低，涡流损耗增大；第二，当定子件高度较高时，在压制高度方向会存在明显的密度分层现象，使定子件强度降低，影响零件在电机中的使用；第三，较大压制压力下，材料内部压制残余应力较大，热处理后不能完全去除，使材料磁滞损耗较高，影响电机在低频下的能效。

现有技术中也有将铁粉在经过磷酸及有机树脂包覆后，在900-1100MPa下80-150℃下温压成型，之后在550-650℃下进行退火热处理。尽管通过温压技术的使用，可以在一定程度上提高材料密度均匀性，减少压制残余应力，但密度分层现象依然存在，且压制过程中仍然存在铁粉颗粒表面绝缘包覆层的损坏问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高致密度高强度软磁复合材料电机定子及其制备方法，本发明在纯铁粉表面包覆高电阻率隔离层后，改变传统的单向/双向压制方式，通过创新等静压压制方式可以有效提高SMC材料压制整体均匀性，消除定子制备过程中的密度分层现象，另外，通过降低压制过程中的压制残余应力，可有效降低材料在低频下的损耗，提高SMC材料作为定子件的电机能效。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种高致密度高强度软磁复合材料电机定子的制备方法，其中，本发明原材料为纯铁粉，雾化铁粉或还原铁粉，成分纯度99.0％，以形貌平滑、纯度更高的水雾化铁粉为优选。

铁粉粒度配比：60目以上铁粉为20-40％，60目-200目铁粉为50-70％，其余为200目以下铁粉。