實(shí)驗(yàn)方式

用非晶帶材繞制成圓環(huán)鐵芯，經(jīng)退火制備納米晶鐵芯，再放入環(huán)氧樹脂柔性固化劑中進(jìn)行真空浸漬后于干燥箱中固化。采用正交試驗(yàn)研究了固化工藝對(duì)納米晶鐵芯可切割性和磁性能的影響。

結(jié)果與分析

2.1 鐵芯帶材間隙填充和可切割性

鐵芯帶材間隙填充效果主要是由鐵芯疊片系數(shù)以及固化劑流動(dòng)性決定。各實(shí)驗(yàn)組鐵芯固化前的疊片系數(shù)分布在0.75-0.78之間。各試驗(yàn)組鐵芯固化后的疊片系數(shù)分布在0.78-0.84之間，多數(shù)試驗(yàn)組鐵芯的疊片系數(shù)變化率較大，這表明帶材間隙填充效果良好。不過，樣品3鐵芯固化后疊片系數(shù)僅為0.808，疊片系數(shù)的變化率較小。這是由于該鐵芯固化前疊片系數(shù)大，加上固化劑填料比例較大，使得固化劑流動(dòng)性變差，兩者共同作用，造成帶材間隙填充難度增大。

線切割是檢驗(yàn)鐵芯帶材間隙填充效果更為直觀的方式。各試驗(yàn)組鐵芯在經(jīng)歷了切割、磨樣和拋光之后，帶材分布均勻，基本無斷帶、空隙等缺陷。其中，鐵芯的填充難度較大，作為本試驗(yàn)的重點(diǎn)考察對(duì)象，鐵芯帶材顯示出較好的完整性，無斷帶、碎屑等現(xiàn)象，這說明帶材間隙填充效果良好。由于鐵芯固化前的疊片系數(shù)較小，造成帶材間隙偏大，在加熱固化過程中增大了固化劑流失的可能性，影響帶材間隙的填充效果，直接表現(xiàn)就是切割后帶材局部存在斷裂、破碎的現(xiàn)象。說明鐵芯的疊片系數(shù)較小同樣會(huì)影響帶材間隙的填充效果。

在填充難度較大的芯部，還是固化劑易流失的鐵芯兩端，局部均沒有產(chǎn)生固化后的縫隙，鐵芯整體性較好，表現(xiàn)出優(yōu)異的可切割性；而樣品4鐵芯兩端以及內(nèi)外側(cè)呈現(xiàn)不同程度的縫隙、分層，同時(shí)在磨樣的過程中，伴隨大量的碎屑。兩組試驗(yàn)鐵芯的宏觀表現(xiàn)正好與微觀形貌相對(duì)應(yīng)，說明采用真空浸漬工藝，即使是在鐵芯疊片系數(shù)較大以及固化劑流動(dòng)性降低的情況下，該固化劑依然能夠充分填充帶材間隙，確保鐵芯固化后具有優(yōu)異的可切割性。

2.2  固化工藝對(duì)損耗的影響

鐵芯損耗的主要影響因素是固化溫度；且經(jīng)樣品工藝，即固化溫度353K、固化時(shí)間 180 min、填料比例 10 %，固化后鐵芯得到最佳磁性能，此時(shí)損耗較低：P 1/1k =7.319 W/kg，P 0.5/10k = 20.888 W/kg。

本試驗(yàn)使用的鐵芯在卷繞之后，采用統(tǒng)一的退火工藝，目的是制備納米晶鐵芯，同時(shí)消除鐵芯卷繞中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。因此，本試驗(yàn)中鐵芯磁性能的影響因素僅是固化劑固化收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。固化時(shí)間充足能有效釋放交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的能量，降低內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)應(yīng)避免時(shí)間過長造成的能源浪費(fèi)。填料能有效降低固化收縮率，而且有助于調(diào)節(jié)固化劑的流動(dòng)性。在樣品3固化工藝下，鐵芯的損耗較低，說明該工藝的固化收縮應(yīng)力較低，調(diào)整固化工藝能夠改善固化劑對(duì)鐵芯損耗的影響。

2.3 固化工藝對(duì)磁化曲線和磁導(dǎo)率曲線的影響

在工頻50 Hz下，鐵芯固化前能夠在極小的磁場強(qiáng)度(H=7 A/m)趨于飽和，飽和磁感強(qiáng)度Bs =1.02T；相同磁場強(qiáng)度下，固化后各試驗(yàn)組鐵芯遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，皆呈緩慢上升趨勢。其中，樣品3此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到0.85T，與固化前相比下降了20%，但優(yōu)于其他試驗(yàn)組；固化溫度較高的樣品9的磁感應(yīng)強(qiáng)度僅為0.5T，與固化前相比下降了50 %。鐵芯固化后磁導(dǎo)率明顯低于固化前。其中，鐵芯固化前的起始磁導(dǎo)率μi=163000，而鐵芯固化后的μi=73400，變化率為55%；鐵芯固化前的最大磁導(dǎo)率μmax=436000，而鐵芯固化后的最大磁導(dǎo)率μmax=260000，變化率為40 %；隨著磁場強(qiáng)度的增高，鐵芯固化前后的磁導(dǎo)率差距逐步減小，最后基本保持在5%。鐵芯固化后的磁性能有所下降，且不同的固化工藝造成磁性能下降也存在差別，原因在于：固化劑固化收縮應(yīng)力影響鐵芯磁性能，直接結(jié)果就是磁導(dǎo)率下降，鐵芯難以飽和；不同的固化工藝造成鐵芯內(nèi)部的固化收縮應(yīng)力存在差別，應(yīng)力感生磁各向異性不同，導(dǎo)致鐵芯固化后磁化曲線不同。

2.4 固化工藝對(duì)電感的影響

當(dāng)f=50Hz時(shí)，鐵芯固化前電感量為210μH，固化后電感量明顯降低，其中3鐵芯表現(xiàn)較好，電感量為100μH；隨著頻率增高，鐵芯固化前后電感量差值逐漸減小，當(dāng)f=100kHz 時(shí)，幾乎達(dá)到同一水平，電感量為5~6 μH。由于固化會(huì)使鐵芯磁性能降低，因此電感變化率為負(fù)?？梢钥闯觯?nbsp;f=50Hz~1kHz 范圍內(nèi)，各試驗(yàn)組的電感變化率在-50 %~-80 %，且各曲線基本保持水平，其中3鐵芯的電感變化率明顯低于其他試驗(yàn)組，保持在－50 %左右；在f=1~100 kHz范圍內(nèi)，電感變化率呈明顯的降低趨勢，同時(shí)各試驗(yàn)組之間的差距減小，當(dāng)f=100 kHz，各試驗(yàn)組的電感變化率均保持在-10 %左右。這說明在f=50 Hz~1kHz 范圍內(nèi)，固化劑的固化收縮應(yīng)力對(duì)鐵芯的電感影響較大，通過調(diào)整固化工藝能有效降低固化對(duì)鐵芯電感的影響；而在f=1~100 kHz范圍內(nèi)，固化劑對(duì)鐵芯電感影響較小，通過調(diào)整固化工藝對(duì)電感變化率影響甚小。

結(jié) 論

（1）真空浸漬條件下，采用環(huán)氧樹脂+聚醚胺柔性體系固化納米晶鐵芯，鐵芯帶材間隙填充效果較好，固化后具有優(yōu)異的可切割性。

（2）正交試驗(yàn)分析得出鐵芯損耗的主要影響因素是固化溫度，最佳固化工藝為：固化溫度353K，固化時(shí)間180min，填料比例10%。該工藝固化的鐵芯損耗相對(duì)較低：P1/1k =7.319 W/kg，P 0.5/10k = 20.888W/kg，磁感應(yīng)強(qiáng)度(H=7 A/m)下降 20 %，起始磁導(dǎo)率μi下降55 %，最大磁導(dǎo)率μmax下降40 %。

（3）在50 Hz~1 kHz 范圍內(nèi)，固化劑的固化收縮對(duì)鐵芯電感影響較大，通過調(diào)整固化工藝能夠有效降低固化對(duì)鐵芯電感的影響；而在1~100 kHz范圍內(nèi)，固化劑對(duì)鐵芯電感影響較小，對(duì)電感變化率影響甚小。