Технология производства композиционных магнитно-мягких материалов и технологию изготовления из них деталей электромашин, дросселей и трансформаторов
КАТЕГОРИЯ
Инновационный проект
СООТВЕТСТВИЕ ПРОЕКТА СПИСКУ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ НАУКИ, ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ
ИЛИ ПЕРЕЧНЮ КРИТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ РФ
Нанотехнологии и наноматериалы
СПЕЦИАЛЬНАЯ НОМИНАЦИЯ ПРОЕКТА
Энергоэффективность и ресурсосбережение
РУБРИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА — Электротехнические материалы — Магнитные материалы
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
композиционный магнитно - мягкий материал, детали электромашин, дросселей и трансформаторов
ПРОДУКТ ПРОЕКТА
технология
ОБЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА
Технология производства магнитно-мягких композиционных материалов на основе порошков железа, капсулированных нанометровым слоем
магнитных оксидов, включает ферритизацию поверхности частиц, их компримирование в изделия заданной формы и термомагнитный отжиг
изделий после прессования.
Использование нанометровых магнитных оксидных покрытий на поверхности частиц железа позволит обеспечить высокое удельное сопротивление,
порядка 1000 – 10000 Ом*м и высокую индукцию насыщения - 2,1 Тесла при плотности изделий после прессования порядка 7,5 г/см3.
Изготовленные из композиционного магнитно-мягкого материала изделия обеспечат возможность работы различного рода преобразователей,
инверторов, электродвигателей, генераторов и других изделий в области высоких частот до 100кГц с индукцией до 2 Тесла.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ НОВИЗНА И АКТУАЛЬНОСТЬ ИДЕИ
Прорывное решение: замена электротехнической стали и технологии изготовления изделий из нее на ферротизированное железо и технологию
изготовления методом порошковой металлургии, путем прессования изделий конечной формы.
В результате применения разработанной технологии произойдет снижение себестоимости, веса изделий, уменьшение габаритных показателей за
счет перехода на высокие частоты.
ОПИСАНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ДАННОЙ
ОБЛАСТИ
Электротехника - статоры и роторы высокоэффективных вентильных реактивных двигателей и генераторов, сердечники трансформаторов и
дросселей в высокочастотных источниках питания и преобразователях.
КАК ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ ЗАЩИТИТЬ ПРАВА НА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНУЮ СОБСТВЕННОСТЬ, ЕСЛИ ОНИ ЕЩЕ НЕ
ЗАЩИЩЕНЫ
Запатентовано на физ. лиц. Скопировать технологию можно, но надо затратить колоссальное количество времени и усилий.
http://www. *****/patent/246/2465669.html
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАГНИТНО-МЯГКОГО МАТЕРИАЛА
(19) RU ( C1
(51) МПК
H01F1/24 (2006.01)B22F3/12 (2006.01)
(21), (22) Заявка: /07, 12.08.2011
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 12.08.2011
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 12.08.2011
(56) Список документов, цитированных в отчете опоиске: RU 2389099 C2, ***** 2226012 C1, 20.03.2004. SU 1836731 A3, 23.08.1993. US 6485579 B1, 26.11.2002. US 6348265 В1, 19,02,2002.
(72) Автор(ы): (BY), (BY), (RU)
(73) Патентообладатель(и):
(BY),
(BY),
(RU)
ТОВАР ПОДЛЕЖИТ СЕРТИФИКАЦИИ
Следующие продукты подлежат сертификации: электродвигатель, генератор, трансформатор.
ПРОБЛЕМА, СУЩЕСТВУЮЩАЯ НА РЫНКЕ, КОТОРУЮ ПОМОЖЕТ РЕШИТЬ ВАШ ПРОЕКТ
Существует проблема повышения энергоэффективности, повышения КПД, уменьшения массогабаритных показателей эл. двигателей, генераторов,
трансформаторов и др. изделий из электротехнической стали.
КАК ЭТИ ПРОБЛЕМЫ РЕШАЮТСЯ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
наиболее распространенные продукты-аналоги, удовлетворяющие те же потребности
Название продукта-аналога Компания-производитель Страна
электротехническая сталь Э310, Э330 РФ
SMS 500 Höganäs Швеция
ПРЕИМУЩЕСТВА ВАШЕГО ПРОДУКТА ПЕРЕД АНАЛОГАМИ
Основные параметры используемой электротехнической стали и предлагаемого композиционного материала
Электротехническая сталь Композиционный материал
Магнитная индукция насыщения, Тл 1,8-2,1
Удельное сопротивление, Ом. м
Частотный диапазон работы, Гц 50-105
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКТА И ЛУЧШЕГО ИЗ КОНКУРЕНТОВ
Параметр Единица измерения Продукт-конкурент Ваш продукт
Индукция насыщения Тл Micrometalls USA - 1.2 Тл
Магнитная проницаемость отн. ед. Höganäs SMS единиц 1200 единиц
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАСХОДЫ ИЛИ НЕДОСТАТКИ ВАШЕГО ПРОДУКТА ИЛИ ТЕХНОЛОГИИ, КОТОРЫЕ МОГУТ
ВОЗНИКНУТЬ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ
Приобретение исходного сырья (порошок железа ASC 100.29 пр-ва компании Höganäs )
КОНЕЧНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ ВАШЕГО ПРОДУКТА
Электротехническая промышленность, заводы производящие электромашины, изделия дросселей, трансформаторов.
ЕМКОСТЬ РЫНКА, ТЕМПЫ РОСТА РЫНКА
Предполагается объем производительности для опытной линии 20 тн в месяц
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАШЕЙ НИШИ НА РЫНКЕ
Аналогичные порошки в РФ в настоящее время не производятся.
НА КАКОЙ СТАДИИ НАХОДИТСЯ ПРОЕКТ
опытный образец
Комментарий
Для завершения разработки лабораторной технологии требуется дополнительное финансирование ~3 млн. рос. рублей.
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ
Этап Мероприятия (что конкретно планируется делать на этапе) Длительность
НИР: Разработать лабораторную технологию производства магнитно-мягких композиционных материалов на основе порошков железа, капсулированных нанометровым слоем магнитных оксидов, включающая ферритизацию поверхности частиц, их компримирование в изделия заданной формы и термомагнитный отжиг изделий после прессования.
ОКР: Разработать опытную технологию производства магнитно-мягких композиционных материалов на основе порошков железа, капсулированных нанометровым слоем магнитных оксидов, включающая ферритизацию поверхности частиц, их компримирование в изделия заданной формы и термомагнитный отжиг изделий после прессования.
Запуск производства: Разработать и изготовить опытную линию по производству порошка магнитно-мягкого композиционного материала и
прессовый участок по изготовлению изделий из магнитно-мягкого композиционного материала
Выход на проектную мощность
Проектная мощность опытной линии по производству магнитно-мягкого порошка 20 тн в месяц 2 месяца
ОСНОВНЫЕ СЛОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА (РИСКИ ПРОЕКТА)
Используется в качестве исходного сырья железный порошок шведского производства ASC 100.29
финансовые риски
Минимальны, стоимость опытной линии весьма низкая (на 20 тн ~$)
временные риски
Маловероятны. Но лет через 5 уже будет поздно.
какие риски могут возникнуть при начале продаж
Технология сложна. Для ее разработки потребуются большие усилия и затраты.
другие риски
Используется в качестве исходного сырья железный порошок шведского производства ASC 100.29
ДРУГИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТА
В настоящее время рядом фирм производятся композиционные магнитно-мягкие материалы на основе различных порошков железа с изолирующими слоями на поверхности частиц железа. Изолирующие слои препятствуют частицам железа контактировать друг с другом. В результате свойства известных композиционных магнитно-мягких материалов близки к свойствам ламинированных сердечников из электротехнической стали. Композиционные магнитно-мягкие сердечники с изолирующими слоями изготавливаются из порошков на основе железа, поверхность которых покрывается изолирующим материалом толщиной от 0,1 до 3 мкм, и прессуются для получения плотности 7,3 г/см3 при усилии до 21.000 кг/см2. При таких высоких давлениях необходимо использовать оснастку из карбида вольфрама. На поверхность сердечников наносится покрытие для предотвращения короткого замыкания в процессе намотки обмотки и эксплуатации. Сердечники отжигаются при 500ºС в атмосфера водорода. Отжиг снимает внутренние напряжения, возникшие при прессовании, препятствует окислению и улучшает магнитные свойства сердечников. Потери на вихревые токи в порошковых сердечниках минимальны из-за того, что каждая частица магнитного материала изолирована от других. Для получения композиционных материалов нашли применение относительно дорогие порошки молибденового пермаллоя (МРР), сендаста и порошки с высокой индукцией High Flux (HF) и некоторые другие порошки на основе железа. Однако наличие распределенного изолирующего немагнитного зазора приводит к снижению максимальной магнитной проницаемости материала до μm =и величины магнитной индукции порядка Bm = 1 Тесла. Существенный прогресс в улучшении магнитных свойств композиционных материалов достигнут в настоящей работе за счет использования в качестве изолирующих покрытий различных магнитных оксидов – ферритов. При этом толщина изолирующих покрытий частиц железа была снижена до нескольких нанометров. Выполнено исследование различных методов получения реакционных покрытий на поверхности частиц железа. А именно, метод высокотемпературного твердофазного синтеза в вакууме при температуре 900ºС, метод низкотемпературного реакционного синтеза разложением исходных компонентов и некоторые другие. В результате исследований оптимальным оказался метод предварительного нанесения покрытий с последующей ферритизацией поверхности частиц железа в процессе синтеза. Предложенный метод образования реакционных покрытий на поверхности частиц железа позволил при давлении прессования порядка кг/см2 получить плотность готовых изделий после спекания 7,3-7,5 г/см3 . Наличие немагнитного изолирующего зазора между частицами железа в композиционном материале на основе порошка High Flux (HF) приводит к тому, что начальное значение магнитной проницаемости является и максимальным значением. В отличие от этого, для композиционного материала на основе порошков железа с ферритовым покрытием начальная проницаемость μ0 =, а максимальная проницаемость μm = . Магнитные свойства
композиционного материала существенно зависят от давления прессования или плотности изделия. Кривые намагничивания в частотном диапазоне до 10 кГц практически совпадают и имеют одинаковое поведение для композиционного магнитного материала на основе ASC 100.29.
Качество изделий во многом определяется технологией их изготовления из порошков железа, покрытых магнитными оксидами. С одной стороны, требуется получение максимальной плотности изделий порядка 7,5 г/см3 и выше для получения максимальных значений магнитной проницаемости и магнитной индукции. С другой стороны, при прессовании требуется сохранения неповрежденным оксидного поверхностного слоя, обеспечивающего высокое удельное сопротивление изделий, и, как следствие, отсутствие вихревых токов. При разработке способа изготовления изделий следует учесть необходимость смазки порошков перед прессованием, смазки пресс-формы, возможность теплого прессования и ряд других особенностей, исключающих возможность взаимного перемещения частичек порошка с разрушением оксидного слоя. Важным представляется исключить поверхностные эффекты при прессовании, связанные с разрушением оксидного слоя при трении о стенки пресс-формы. Все вышеназванные вопросы частично решены и планируется дальнейшее их исследование и разработка в процессе выполнения настоящей работы.
