本發(fā)明涉及一種用于制造減少其反復(fù)磁化損耗 (“損耗減少”) 的部件的方法，以及一種借助該方法能夠制造的減少其反復(fù)磁化損耗的部件。

背景技術(shù)：

電工鋼片通常由鐵硅合金組成，并經(jīng)其后緊接退火的冷軋制工藝制造。在電氣機(jī)械中使用該鋼片時(shí)，該片材的電阻對(duì)鐵損耗有很大影響。該電阻主要由合金中的硅含量或鋁含量確定。標(biāo)準(zhǔn)電工鋼片中的硅含量至多為3.5重量%的硅。其相應(yīng)于比電阻為約0.45 μΩm。

因?yàn)楣韬砍^(guò)4重量%的鋼片是脆性的且不可冷成型，所以盡管其具有高的電阻也不作為電工鋼片使用。然而可再借助于氣體離析處理和熱處理對(duì)硅含量約為3.0重量%的鐵硅帶材進(jìn)行改性，以使硅含量提高到至多6.5重量%。其結(jié)果是達(dá)到明顯更高的比電阻即為約0.8 μΩm。但這又導(dǎo)致降低的磁飽和度。

為使該電工鋼片具有軟磁特性 (即矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度H_c小于10 A/cm) 和特別是在低頻下具有小的鐵損耗，由含Si或Al成份的貧碳鐵基合金制造該電工鋼片。這使該電工鋼片具有均勻的電阻。另一種具有高碳含量的成本很低的鐵基鋼片具有低的電阻。由于該鋼片中的均勻的碳含量，其還具有由高的矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度表明的差的軟磁特性。因此，這種鐵基鋼片僅在具有低效率要求的低成本電動(dòng)機(jī)中使用。

非片狀的實(shí)心部件如爪極發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子需具有高的電阻和優(yōu)良的軟磁特性，這例如可通過(guò)使用基于貧碳鐵基合金的高合金鋼實(shí)現(xiàn)。另一方面，由于運(yùn)行中的高的鐵損耗可導(dǎo)致尤其在高轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)出現(xiàn)的高頻交變場(chǎng)成份，該高頻交變場(chǎng)成份在轉(zhuǎn)子材料中產(chǎn)生渦流，該渦流可導(dǎo)致局部升溫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方法可制造一種特別是軟磁性的減少其反復(fù)磁化損耗 (“損耗減少”) 的部件，其用在執(zhí)行器中、用在電氣機(jī)械的軟磁轉(zhuǎn)子或定子中、用作電工鋼片或用在傳感器中。該制造從由矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度H_c小于20 A/cm的原材料制成的部件開(kāi)始實(shí)施，特別是從矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度H_c小于10 A/cm的軟磁性原材料制成的部件開(kāi)始實(shí)施。所提供的原材料含有49-99.97重量%的鐵、0-7重量%的硅、0-20重量%的鉻和0-50重量%的鈷。因此，鈍鐵材料和鐵鈷材料都適合用作原材料。此外，該原材料還含有0.03-2.00重量%的碳，優(yōu)選含有0.06-2.00重量%的碳，特別優(yōu)選含有0.06-1.00重量%的碳。所以，其是一種低成本的富碳原材料。該原材料可含有0-5重量%的其它元素。這些元素特別選自錳、鉬、鎢、釩、硫和磷，因此選自通常與鐵伴生出現(xiàn)的那些元素。在原材料中這些成分的總和為100重量%。

由該原材料制成的部件特別是經(jīng)改性粉末涂覆有涂層。該涂層含有0-90重量%的鐵、0-90重量%的硅、0-100重量%的鉻、0-100重量%的磷、0-100重量%的鉬、0-100重量%的鎢、0-100重量%的鈦、0-100重量%的鎳、0-100重量%的鈷、0-100重量%的硫和0-5重量%的其它元素。優(yōu)選地，其含有0-90重量%的鐵、0-90重量%的硅、0-100重量%的鉻、0-20重量%的磷和0-5重量%的其它元素。該其它元素特別選自如原材料中的那些其它元素。在改性粉末中這些成分的總和為100重量%。

該經(jīng)涂覆的部件經(jīng)熱處理，以得到本發(fā)明的損耗減少的材料。在此，該改性粉末和該原材料的元素相互交錯(cuò)擴(kuò)散。通過(guò)增加硅含量、鉻含量、磷含量、鉬含量、鎢含量、鈦含量、鎳含量、鈷含量或硫含量，使整個(gè)原材料中的電阻得以增加，這就減少了其反復(fù)磁化損耗。同時(shí)降低碳在原材料中的溶解度。該碳優(yōu)選在原材料的晶界上呈碳化鐵析出，例如作為在組織結(jié)構(gòu)中如部分作為珠光體出現(xiàn)的滲碳體析出。對(duì)此，該原材料仍不必具有碳化物微結(jié)構(gòu)化。但在此方法中也可使用已具有微結(jié)構(gòu)化如碳化物精細(xì)結(jié)構(gòu)的原材料，然后再在所述方法中對(duì)其進(jìn)行改性。該原材料的碳含量可經(jīng)此方法在一定范圍內(nèi)降低到優(yōu)質(zhì)的貧碳材料的碳含量，由此獲得這種材料的更好的軟磁特性。尤其是通過(guò)形成碳微結(jié)構(gòu)改進(jìn)了損耗特性，該碳微結(jié)構(gòu)局部增高了材料中的電阻。由此抑制了作用范圍大的渦流和明顯減少了鐵損耗。如果該損耗減少的部件是一種鋼片，則與原材料相比，該碳微結(jié)構(gòu)明顯改進(jìn)了機(jī)械特性如屈服點(diǎn)。

如果該經(jīng)處理過(guò)的部件的原材料是純鐵材料，則優(yōu)選是其硅含量最大為4重量%。由此，該原材料首先具有高的延展性，其可簡(jiǎn)化加工。如果不再需要延展性，則與原材料相比，通過(guò)增加硅含量可能會(huì)脆化的本發(fā)明部件的材料的改性可緊接該原材料加工后進(jìn)行。

該部件優(yōu)選仍不具有在原材料晶界上的碳化物富集。這種碳化物富集通常在固化過(guò)程中形成，在固化過(guò)程中除在晶界上的碳化物富集外，還導(dǎo)致另外的碳化物析出。但這些附加的碳化物析出會(huì)有損于該原材料的軟磁特性。

為能用改性粉末對(duì)該部件容易地進(jìn)行涂覆，該改性粉末的數(shù)均粒度優(yōu)選為1-400 μm，特別優(yōu)選為1-200 μm。可利用常用的涂覆方法如擦涂壓印、懸浮物浸漬、火焰鍍鋅或火焰金屬化實(shí)施用改性粉末對(duì)該部件的涂覆。如果該部件呈片材形式，優(yōu)選采用連續(xù)浸漬法，以可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的涂覆。

該改性粉末優(yōu)選具有共晶的組成，以可使其元素特別易于擴(kuò)散進(jìn)該部件中。

該部件的熱處理優(yōu)選在低于該原材料的熔點(diǎn)和高于該涂層的熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。通過(guò)以熔融的涂層潤(rùn)濕該部件的表面，可使該涂層的元素特別易于擴(kuò)散進(jìn)該原材料中。只要這時(shí)該熱處理溫度保持在低于該原材料的熔點(diǎn)，就可確保熱處理時(shí)該部件不變形。

與該原材料相比，借助于這種方法可制造的減少其反復(fù)磁化損耗的部件至少在20-90 %的材料飽和度的范圍內(nèi)和在100-1000 Hz的頻率范圍內(nèi)特別是具有至少10 %的損耗減少。

本發(fā)明的實(shí)施例示于附圖中，并在下面進(jìn)行詳述。

附圖說(shuō)明

圖1示出標(biāo)準(zhǔn)DIN EN10111的DD11-鋼的組織結(jié)構(gòu)的金相磨光面。

圖2示出本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例中改性粉末的元素?cái)U(kuò)散進(jìn)原材料中的示意圖。

圖3示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的部件的組織結(jié)構(gòu)的金相磨光面。

圖4示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的部件的經(jīng)損耗減少的材料的截面示意圖。

圖5示出與原材料相比由本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的損耗減少材料所制成的部件的與頻率相關(guān)的相對(duì)損耗獲益圖。

圖6示出通過(guò)本發(fā)明方法制造的在本發(fā)明部件的一個(gè)實(shí)施例中出現(xiàn)的珠光體組織結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明方法的第一個(gè)實(shí)施例中，制造爪極發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子由標(biāo)準(zhǔn)DIN EN10111的低合金鐵基材料DD11-鋼制成，該材料含有 ＞ 99重量%的鐵和約0.06重量%的碳和 ＜ 1重量%的其它雜質(zhì)。圖1示出示例性的金相磨光面。該轉(zhuǎn)子以懸浮物浸漬法經(jīng)改性粉末涂覆。該改性粉末由含80重量%的鐵和20重量%的硅的顆粒組成。該顆粒的數(shù)均粒度為73 μm和熔點(diǎn)為1172 ℃。該經(jīng)涂覆的轉(zhuǎn)子在1200 ℃下經(jīng)熱處理。如圖2所示，該具有圖1所示的組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子含有溶于其鐵Fe中的碳C。如果該涂層2的元素?cái)U(kuò)散進(jìn)轉(zhuǎn)子中，則降低原材料1中的碳的溶解度，并且部分碳遷移到碳化物精細(xì)結(jié)構(gòu)11中的晶界中。這示于圖3。在那里碳主要作為呈珠光體結(jié)構(gòu)的滲碳體析出。由此，該轉(zhuǎn)子中的原材料1轉(zhuǎn)化成部件3的示于圖4的本發(fā)明的材料。與原材料1相比，該由損耗減少材料制成的轉(zhuǎn)子的損耗獲益△P是在磁通量密度B為0.5 T、1 T和1.5 T下測(cè)量的，并在圖5中以相對(duì)獲益與頻率的關(guān)系示出。特別是在高頻率和0.5 T的低通量密度下顯示出明顯的損耗獲益。借助于光學(xué)顯微鏡可在該轉(zhuǎn)子的測(cè)試體磨光面中看到示于圖3和圖6中的碳化物析出。借助于掃描電子顯微鏡可證實(shí)為含由Fe和Fe₃C組成的薄片的滲碳體或珠光體組織結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明方法的第二個(gè)實(shí)施例中提供一種電工鋼片，其由2重量%的硅和0.1重量%的碳和余量鐵和微量雜質(zhì) (雜質(zhì)小于1 %) 制成。該鋼片以連續(xù)浸漬法用在本發(fā)明的第一實(shí)施例中所用的同樣的改性粉末涂覆。接著在1200 ℃下進(jìn)行熱處理。與其原材料相比，如此得到的經(jīng)改性的電工鋼片具有明顯的損耗獲益、改進(jìn)的機(jī)械性能，特別是具有更高的屈服點(diǎn)，并具有優(yōu)良的軟磁特性。