專利名稱：塑性導磁體及用填充導磁體制作小內(nèi)孔加熱感應器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑性導磁體，以及用填充該導磁體方式制作小尺寸內(nèi)孔加熱用感應器的方法。這種塑性導磁體由雙組分硅橡膠組分和磁性組分構(gòu)成，根據(jù)需要可加入填充劑、結(jié)構(gòu)控制劑、潤濕劑及著色劑，該磁性材料是一種用于感應加熱領(lǐng)域，置于感應器上的導磁物質(zhì)，使用中始終保存良好的可塑性，適合手工隨時、任意改變形狀。
眾所周知，感應加熱通常是指超音頻、中頻、高頻的感應加熱，是利用交變電流流過感應器，在感應器周圍產(chǎn)生交變磁場，而使置于這個磁場中的鋼鐵零件內(nèi)部產(chǎn)生渦流，利用這個渦流的熱效應加熱零件的。由于在這個過程中存在尖角效應、圓環(huán)效應、鄰近效應，使得異形零件、內(nèi)孔要求加熱的零件、以及平面零件的感應加熱困難，甚于失敗。然而，感應加熱又是一種高效率、節(jié)約能源、能滿足特殊加工要求的加熱方式。當碰到上述情況而又必須使用感應加熱方式時，就得盡量克服上述不良效應，而使用導磁體就是最為有效的方法。
在感應加熱中使用的理想的導磁體應具有(1)電阻率大，自身溫升小，能量損耗小;(2)絕緣強度高;(3)急冷、急熱不脆裂;(4)加工成形、安裝方便，便于隨時調(diào)整，材料也有適度粘性;(5)能重復使用。目前，已使用了剛性導磁體和泥狀導磁體兩種，但剛性導磁體的主要缺點是(1)只能以廠家提供的標準件形式組合使用，不能滿足各種使用要求，尤其是使需要填充導磁體的小尺寸內(nèi)孔加熱感應器無法制作;(2)急冷易發(fā)生脆裂，損壞導磁體;(3)安裝時需使用粘接劑或絕緣材料，使施工困難;(4)因是剛性體，則難以根據(jù)被加熱零件的情況，調(diào)整導磁體在感應器上的位置和厚度，以最大限度地克服上述不良效應，達到最佳效果。泥狀導磁體，是一種用時現(xiàn)配，約1小時固化，并固化后就不可改變形狀的一次性使用物，其絕緣強度不高，亦不能用來填充式制作小尺寸內(nèi)孔加熱用感應器，以及難以根據(jù)被加熱零件的情況，隨時調(diào)整導磁體在感應器上的位置和厚度，以最大限度克服上述不良效應，達到最佳效果。
中國專利CN1004527B敘述一種可塑性磁性材料，是應用于電機槽楔的物質(zhì)，使用時現(xiàn)配，僅在短時間內(nèi)可塑，使用狀態(tài)為凝固狀態(tài)，沒有可塑性。情況與上述泥狀導磁體相似，并且其配方組分為環(huán)氧樹脂，沒有高的絕緣強度和耐熱性，其應用領(lǐng)域電壓僅在102V·mm數(shù)量級，難以在制作小尺寸內(nèi)孔加熱感應器上填充使用。美國專利3447009和日本專利申請JP5921245所述磁性材料亦如此。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種在感應加熱領(lǐng)域中填充使用的理想導磁體，它具有優(yōu)異的絕緣強度和電阻率，急冷、急熱不脆裂，并在使用中始終保存良好的可塑性，應用這種導磁體就可有效克服上述技術(shù)困難及不良效應。
按照本發(fā)明，這種理想的塑性導磁體由導磁粉末和雙組分硅橡膠組成。調(diào)整導磁粉的含量，可以達到不同磁導率，適應實際需要。改變導磁粉含量，可以加入填充劑，以保持性狀;為進一步獲得優(yōu)良可塑性和加工工藝性，加入適量的結(jié)構(gòu)控制劑及潤濕劑。
本發(fā)明還涉及用填充導磁體方式制作小尺寸內(nèi)孔加熱感應器的方法，其中包括，首先制備本發(fā)明所述的塑性導磁體，然后將此塑性導磁體填充于感應器內(nèi)部，并在感應器靠被加熱零件方向上留出適當寬度的無導磁體的開口。
具體地講，在本發(fā)明提供的塑性導磁體中，導磁粉末的含量是導磁粉末和雙組分硅橡膠總重量的80-90%;雙組分硅橡膠的含量為上述總重的的10-20%，其運動粘度要求為10000-30000湹沲。上述導磁粉末推薦使用羰基鐵粉，其粒度≤3.0um;上述雙組分硅橡膠除采用雙組分室溫硫化甲基硅橡膠膠料外;為獲得在不同溫度條件下使用的塑性導磁體，還可使用如下膠料甲基硅橡膠(-60-+200℃)，乙烯基硅橡膠(-70-+300℃)或低苯基硅橡膠(-100-+350℃)，由于這些膠料的特性，使用這些膠料，使本發(fā)明塑性導磁體獲得優(yōu)良的特性熱穩(wěn)定性好，電阻率高，絕緣強度高，自身溫升小，急冷不脆裂，也使導磁體獲得適度的粘著性。當導磁體中的導磁粉以較小比例加入時，可加入填充劑，填充劑用量為上述總量的≤5%(重量)，填充劑可以是白炭黑、鈦白粉等，其粒度8-110um，加入填充劑有助于提高保形性。結(jié)構(gòu)控制劑及潤濕劑加入，可塑性得到改善，并增加穩(wěn)定性，可以是低分子量羥基硅油，如208-1甲基羥基硅油，用量為上述總重量的≤3%(重量)。還可以加入著色劑提高本塑性導磁體的可視性，為獲得不同顏色可使用不導電的無機著色劑，如鉻黃、氧化鐵紅、鉻綠、華蘭等，其用量也為上述總量的≤1.5%(重量)。
本發(fā)明提供的塑性導磁體，在下述三種方法下制備。
(1)使用煉膠機設(shè)備煉膠機。
工藝流程投放膠料→添加導磁粉→煉膠→添加填充劑→煉膠→加入結(jié)構(gòu)控制劑→煉膠→加入著色劑→煉膠→出料。
上述方案推薦在生產(chǎn)量較大時使用。
(2)使用攪拌機設(shè)備攪拌機工藝流程投放所有固體料→加入結(jié)構(gòu)控制劑→投放膠料→攪拌→出料。
該方案推薦在中等批量時使用。
(3)手工混煉工藝流程與(2)相同，推薦在小批量生產(chǎn)時使用。
本發(fā)明提供的塑性導磁體，以單一組分包裝，運輸提供給用戶，隨取隨用。
本發(fā)明還涉及用填充本導磁體方式制作小尺寸內(nèi)孔加熱用感應器的方法，其中包括，用上述組分及方法制備塑性導磁體，然后，將此塑性導磁體填充于感應器內(nèi)部，并在感應器靠被加熱零件的方向上留出無導磁體的2-4mm開口。
本發(fā)明的塑性導磁體具有如下優(yōu)點1、熱穩(wěn)定性好。由于使用了硅橡膠，使得到的導磁體具有在350℃范圍內(nèi)使用的高耐熱特點，適合在感應加熱領(lǐng)域中應用，這一特點是申請專利CN1004527B及US3447009和JP5921245不具備的。
2、電阻率大、絕緣強度高。本發(fā)明采用羰基鐵粉這種有層狀結(jié)構(gòu)、表面為絕緣層的不導電的磁性粉末，同時又使用了電阻率高、絕緣強度高的硅橡膠，使本發(fā)明所指塑性導磁體獲得了電阻率大于1014Ω·m數(shù)量級，絕緣強度大于103V·mm數(shù)量級的優(yōu)異性能，這種性能是前述剛性導磁體、泥狀導磁體及CN1004527B、US3447009不具備的。這使得該材料在感應加熱中利用時，自身溫升小，并無需施行絕緣直接使用，減少使用局限，拓展了應用領(lǐng)域。
3、可塑性良好。本發(fā)明的導磁體始終保持良好的可塑性，適合隨時且任意改變形狀，這也是上述對比文獻所述導磁材料所不具備的。
4、粘著性適度。本發(fā)明始終保持著這種特性。
5、可重復使用。可回收并重復使用，并不影響性能。
6、電磁耗損小。在高頻工作加熱時，更明顯，使該導磁材料能用于感應加熱中的所有工頻、超音頻、中頻和高頻領(lǐng)域。
7、應用在感應加熱領(lǐng)域，能有效地克服尖角效應、圓環(huán)設(shè)應、鄰近效應等不良效應，克服已有技術(shù)中的技術(shù)困難，有明顯的技術(shù)效益，并能大幅度的節(jié)能。
8、可隨時調(diào)整導磁體在感應加熱器上的位置和厚度，更有效地克服上述不良效應，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
9、適合各種零件加熱用感應器對導磁體形狀的要求，尤以適合于小尺寸內(nèi)孔加熱用感應器的制作。
10、直接用在感應器上，而無需使用額外的粘接劑。
下面通過實施例和附圖進一步說明本發(fā)明的塑性導磁體及其在感應加熱中的應用方法。


圖1為制作的內(nèi)孔感應加熱器結(jié)構(gòu)示意2為制作的異形感應加熱器結(jié)構(gòu)示意3為制作的平面感應加熱器結(jié)構(gòu)示意圖附圖中序號1、7、11為本發(fā)明的塑性導磁體，2、6、10為感應加熱器，3、8、12為被加熱體，4、5、9為銅管。
實施例1即塑性導磁體的配制在本實施例中，配制器四種本發(fā)明的塑性導磁體，成為DC系列塑性導磁體的一部分，其中DC-001的配制過程為取82wt%羰基鐵粉和18wt%的雙組分室溫流化甲基硅橡膠膠料，再取為前述總量5wt%的白炭黑、1.5wt%鉻綠、3wt%的208-1甲基羥基硅油。將羰基鐵粉、白炭黑、鉻綠投入攪拌機，然后投入雙組分室溫流化甲基硅橡膠膠料、甲基羥基硅油，在室溫下，攪拌40分鐘，得到本發(fā)明塑性導磁體。
上述雙組分室溫流化甲基硅橡膠膠料，可由運動粘度在10000-30000湹沲的其他雙組分硅橡膠代替，比如由甲基硅橡膠膠料、乙烯基硅橡膠膠料或低苯基硅橡膠膠料代替。
按照上述配制過程，配制其它三種本發(fā)明的塑性導磁體，只是其中原料組分不同，這三種導磁體及上述塑性導磁體組分列于表1。
表1 DC系列塑性導磁體組分
上述導磁體，使用溫度極限200-350℃。
實施例2用填充導磁體方式制作小尺寸內(nèi)孔加熱用感應器(可克服圓環(huán)效應)。
(1)按尺寸、工藝要求，用銅管4(見圖1)制作螺旋狀感應器2。
(2)取適量本發(fā)明所述DC-003塑性導磁體1、手工填充于感應器2內(nèi)部，填充時在銅管4靠被加熱零件3方向上留出2-3mm的無導磁體開口，感應器即制作完成。
上述感應器的一個實例子是，高頻淬火汽車離合器的基體花鍵內(nèi)孔，該花鍵內(nèi)孔φ30×32，要求淬火層深0.3-0.7mm，硬度大于HRc50，當使用未填充導磁體的感應器時，每件平均加熱時間2分鐘，淬火層深達2-3mm，加工周期長，并且零件淬火層深超差，若使用上述填充了本發(fā)明DC-003塑性導磁體的感應器，每件平均加熱時間3秒，淬火層深0.5-0.6mm，零件合格，并提高效率40倍。
具體地說，上述置有導磁體的感應器，由于感應器內(nèi)部形狀復雜，無法用前述剛性導磁體填充;也由于在沒有任何絕緣的情況下，要求使用導磁體，而也無法用前述泥狀導磁體及申請專利CN1004527B所述的導磁材料填充。而采用本發(fā)明所述塑性導磁體、能克服上述困難且使用效果明顯。
實施例3用本發(fā)明的塑性導磁體，解決有尖角零件的加熱均勻性問題，可克服尖角效應。
(1)按零件尺寸、工藝要求，用銅管5(見圖2)制作異型感應器6。
(2)取適量的本發(fā)明所述的塑性導磁導7，手工包覆于感應器6上，并按一般規(guī)律，保證導磁體在感應器6上的位置和厚度，并在感應器銅管靠被加熱零件8方向上，留出4-5mm的無導磁體的環(huán)形開口。
(3)將制得的感應器，置于感應加熱設(shè)備上，對零件進行試加熱。
(4)根據(jù)加熱均勻性情況，手工調(diào)整導磁體在感應器上的位置和厚度，使加熱均勻。
上述過程的一個具體例子是，中頻加熱一成型凸輪零件。若導磁體的位置及厚度不適當，會使凸輪頂部過燒，或加熱層過深，不均勻。使用本發(fā)明的塑性導磁體，并根據(jù)實際加熱均勻性情況，及時調(diào)整塑性導磁體在感應置上的位置及厚度，使加熱層深均勻，并無過燒現(xiàn)象。并且使用本塑性導磁體后，從平均加熱時間上反映，提高效率30%。
在實際中，由于被加熱零件千變?nèi)f化，不可能事前準確估計導磁體在感應器上的位置及厚度，因此，被用導磁體能被隨時改變形狀就顯得極為重要。如前所述，這顯然也是剛性、泥狀導磁體及CN1004527B、US3447009和JP5921245所述導磁材料所不能達到的。然而，本發(fā)明的塑性導磁體正好具備這一特點。
實施例4(1)按尺寸、工藝要求，用銅管9(見圖3)制作感應器10。
(2)將本發(fā)明所述塑性導磁體11均勻包覆于感應器銅管上，并在感應器靠加熱零件12方向上留出4-5mm的無導磁體的開口。
(3)用連接加熱方式，加熱一零件平面部分(克服鄰近效應)。未用本塑性導磁體時，感應器移動速度30cm/分鐘，在使用本塑性導磁體后，感應器移動速度提高到80cm/分鐘，提高效率2.7倍，并且連續(xù)冷卻，不脆裂。
綜上所述，本發(fā)明所述塑性導磁體，具有優(yōu)異的特點，并能在前述剛性、泥狀導磁體及CN1004527B、US3447009、JP5921245所述導磁體難以使用的場合使用。因此，本發(fā)明拓寬了導磁體在感應加熱領(lǐng)域的應用范圍。此外，本發(fā)明的塑性導磁體的應用效果是理想的，能有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)困難，且大幅度提高效益，節(jié)約能源。
權(quán)利要求
1.一種由硅橡膠組分和磁性組分構(gòu)成的塑性導磁體，其特征在于所述磁性組分含量為80-90%(重量)，所述硅橡膠組分是指運動粘度在10000-30000湹沲之間的雙組分硅橡膠，其含量為10-20%(重量)。
2.如權(quán)利要求1所述導磁體，其特征在于所述磁性組分為羰基鐵粉，其粒度≤3.0um。
3.如權(quán)利要求1所述導磁體，其特征在于所述雙組分硅橡膠是指雙組分室溫硫化甲基硅橡膠膠料。
4.如權(quán)利要求1所述導磁體，其特征在于所述雙組分硅橡膠是指甲基硅橡膠膠料、乙烯基硅橡膠膠料或低苯基硅橡膠膠料。
5.如權(quán)利要求1-4所述導磁體，其特征在于所述導磁體中可加入白炭黑和/或鈦白粉，其加入量為上述硅橡膠組分與磁性組分總重量的≤5%。
6.如權(quán)利要求1-4所述導磁體，其特征在于所述導磁體中可加入低分子量的羥基硅油，其加入量為上述硅橡膠組分與磁性組分總重量的≤3%。
7.如權(quán)利要求5所述導磁體，其特征在于所述導磁體中可加入低分子量的羥基硅油，其加入量為上述硅橡膠組分與磁性組分總重量的≤3%。
8.一種用權(quán)利要求1-7所述導磁體填充制作小內(nèi)孔加熱感應器的方法，其特征在于該方法包括，先用上述權(quán)項1-7中任何一項的組分制備一種導磁體，然后將此導磁體填充于感應器內(nèi)部，并在感應器靠被加熱零件方向上留出適當寬度的無導磁體的開口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑性導磁體及用填充導磁體方式制作小內(nèi)孔加熱用感應器的方法。該導磁體由80—90％(重量)的導磁粉末和10—20％(重量)的雙組分硅橡膠組成，可根據(jù)需要加入適量的填充劑、結(jié)構(gòu)控制劑及潤濕劑等。它具有熱穩(wěn)定性好、絕緣強度高、電阻率大等優(yōu)點，且能始終保持良好的可塑性，并可重復使用；它尤為適合以填充方式制作小內(nèi)孔加熱用感應器用，拓寬了導磁體和感應加熱領(lǐng)域中的應用范圍，并有效地克服已有技術(shù)中存在的技術(shù)困難，克服不良效應，有明顯的節(jié)能效果。
文檔編號H01F1/28GK1065746SQ9110717
公開日1992年10月28日 申請日期1991年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月11日
發(fā)明者林毅, 廖小波 申請人:國營新興儀器廠