高磁导率软磁合金和制造高磁导率软磁合金的方法技术

公开了一种软磁合金，其基本上由以下组成：5重量％≤Co≤25重量％，0.3重量％≤V≤5.0重量％，0重量％≤Cr≤3.0重量％，0重量％≤Si≤3.0重量％，0重量％≤Mn≤3.0重量％，0重量％≤Al≤3.0重量％，0重量％≤Ta≤0.5重量％，0重量％≤Ni≤0.5重量％，0重量％≤Mo≤0.5重量％，0重量％≤Cu≤0.2重量％，0重量％≤Nb≤0.25重量％，余量为Fe和最多达0.2重量％的杂质。

High permeability soft magnetic alloy and method for manufacturing high permeability soft magnetic alloy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高磁导率软磁合金和制造高磁导率软磁合金的方法
本专利技术涉及一种软磁合金，特别是一种高磁导率软磁合金。
技术介绍
具有约3重量％硅的非晶粒取向电工钢(SiFe)是目前应用最广泛的结晶性软磁材料，其用于电机的板材叠层(叠片铁芯、叠片组，Blechpaketen)中。随着电动汽车的发展，需要更有效的、比SiFe具有更好性能的材料。这意味着，除了具有足够高的电阻，首要期望更高的感应水平以形成高的扭矩和/或较小的结构体积。对于在一些技术如汽车工业和电动汽车中的使用，期望更有效的材料。软磁性钴-铁合金(CoFe)由于其极高的饱和感应也被用于电机中。市售CoFe合金一般具有49重量％Fe、49重量％Co和2％V的组成。在这种组成下，在0.4μΩm的高电阻率下饱和感应同时达到了约2.35T。然而，期望降低例如由高Co含量、额外的生产步骤和废料含量所产生的CoFe合金的材料和制造成本。
技术实现思路
因此，本文所要解决的问题是提供一种材料成本较低且同时可加工性良好的FeCo合金，以降低合金直至板材叠层的制造成本，同时实现高功率密度。这是通过独立权利要求的主题解决的。进一步的有利的技术方案是各从属权利要求的主题。根据本专利技术提供一种软磁合金，特别是一种高磁导率软磁FeCo合金，其基本上由以下组成：余量为铁，其中Cr+Si+Al+Mn≤3.0重量％和最多达0.2重量％的其他杂质。该合金的最大磁导率μmax≥5,000，优选μmax≥10,000，优选μmax≥12,000，优选μmax≥17,000。其他杂质例如为B、P、N、W、Hf、Y、Re、Sc、Be，除Ce外的其他镧系元素。由于本专利技术合金的Co含量较低，所以其原料成本相对于基于49重量％Fe、49重量％Co、2％V的合金有所降低。根据本专利技术，制造了一种最大钴含量为25重量％的FeCo合金，该合金具有更好的软磁性能，特别是比其他最大钴含量为25重量％的FeCo合金(例如现有的和市售的FeCo合金，如VACOFLUX17、AFK18或HIPERCO15)具有显著更高的磁导率。这些现有的和市售的合金的最大磁导率小于5000。根据本专利技术的合金没有显著的有序调节，因此，不同于具有超过30重量％Co的合金，这种合金可以冷轧而不需要上游的淬火过程。淬火过程特别是在大量材料的情况下难以控制，因为很难达到足够快的冷却速率，所以会发生由此导致合金变脆的有序化。在本专利技术合金中缺省了有序-无序转变，因此简化了大规模生产。明显的有序-无序转变，正如在Co含量超过30重量％的CoFe合金中的那样，可以通过DSC测量(差示扫描量热法)确定，因为它导致DSC测量中的峰。对于根据本专利技术合金而言，这种峰在相同条件的DSC测量中测不到。同时，这种新的合金的磁滞损耗比以前已知的和市售的Co含量在10至30重量％之间的合金要低得多，以及除了这种合金从未达到的显著较高的磁导率水平之外，还有更高的饱和度。本专利技术的FeCo合金也可以成本效益高地大规模制造。本专利技术的合金由于在诸如电动机的转子或定子之类的应用中具有较高的磁导率，可用于减小转子或定子的尺寸从而减小电动机的尺寸和/或增加功率。例如，在相同的结构尺寸和/或在相同的重量下，可以产生更高的扭矩，这在电动或混合动力车辆中应用时是有利的。除了最大磁导率μmax≥5,000，优选μmax≥10,000，优选μmax≥12,000，优选μmax≥17,000外，该合金还可具有电阻率ρ≥0.25μΩm，优选ρ≥0.30μΩm，和/或磁滞损耗PHys≤0.07J/kg，优选磁滞损耗PHys≤0.06J/kg，优选磁滞损耗PHys≤0.05J/kg，均在1.5T的振幅，和/或矫顽场强Hc≤0.7A/cm，优选矫顽场强Hc≤0.6A/cm，优选矫顽场强Hc≤0.5A/cm，优选矫顽场强Hc≤0.4A/cm，优选矫顽场强Hc≤0.3A/cm，和/或优选在100A/cm时的感应B≥1.90T，优选在100A/cm时的感应B≥1.95T，优选在100A/cm时的感应B≥2.00T。磁滞损耗PHys通过线性回归法从曲线P/f中的频率f在Y轴截距上在1.5T感应的振幅处的反复磁化损耗P测定。线性回归在至少8个测量值上进行，这些测量值大致均匀地分布在50Hz至1kHz的频率范围上(例如，在50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1,000Hz)。在一个实施例中，合金的最大磁导率μmax≥μmax≥10,000，电阻率ρ≥0.28μΩm，磁滞损耗PHys≤0.055J/kg，振幅为1.5T，矫顽场强Hc≤0.5A/cm,100A/cm时的感应B≥1.95T。这种性能的组合对于作为或用于电动机的转子或定子的应用特别有利，以减小转子或定子的尺寸，从而减小电动机和/或增加功率，或在相同结构尺寸和/或相同重量下产生更高扭矩。因此，软磁合金可用于电机，例如作为或用于电动机和/或发电机的定子和/或转子，和/或变压器中和/或电磁致动器中。它可以以板材的形式提供，例如0.5mm到0.05mm的厚度。可以将合金中的若干板材堆叠成用作定子或转子的板材叠层(或叠片铁芯)中。根据本专利技术的合金，电阻率至少为0.25μΩm，优选最小0.3μΩm。涡流损耗可以通过选择一个稍低的带材厚度而降低到较低的水平。在进一步的实施例中，更详细地定义了软磁合金的组成，其中10重量％≤Co≤20重量％，优选15重量％≤Co≤20重量％和0.3重量％≤V≤5.0重量％，优选1.0重量％≤V≤3.0重量％，优选1.3重量％≤V≤2.7重量％和/或0.1重量％≤Cr+Si≤2.0重量％，优选0.2重量％≤Cr+Si≤1.0重量％，优选0.25重量％≤Cr+Si≤0.7重量％。在一个实施例中，更详细地定义了和式，其中0.2重量％≤Cr+Si+Al+Mn≤1.5重量％，优选0.3重量％≤Cr+Si+Al+Mn≤0.6重量％。软磁合金也可以含有硅，其中0.1重量％≤Si≤2.0重量％，优选0.15重量％≤Si≤1.0重量％，优选0.2重量％≤Si≤0.5重量％。铝和硅可以相互交换，因此在一个实施例中，Si和铝(Si+Al)的总和为0重量％≤(Si+Al)≤3.0％重量％。根据本专利技术的合金几乎是无碳的，并且具有最多达0.02重量％的碳，优选≤0.01重量％的碳。这种最高碳含量被认为是不可避免的杂质。在本专利技术的合金中，只能在最多达0.05重量％的小规模上合金化钙、铍和/或镁以脱氧和脱硫。为了达到一个特别好的脱氧效果，可合金化最多达0.05重量％的Cer(铈)或Cer混合金属。根据本专利技术，改善的磁性能可以通过与如下组成匹配的热处理来实现。特别地，已经发现，针对所选择的组成的相变温度的测定以及相对于这些测定的相变温度的热处理温度和冷却速率的测定导致改善的磁性能。此外，考虑到钴含量最高为25重量％的根据本专利技术的合金不具有有序-无序转变，因此在生产过程中不需要淬火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造软磁合金的方法，所述方法包括：/n提供预制品，其组成基本由以下组成/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171027 DE 102017009999.5;20180524 DE 102018112491.制造软磁合金的方法，所述方法包括：
提供预制品，其组成基本由以下组成



余量为铁，其中Cr+Si+Al+Mn≤3.0重量％和最多达0.2重量％的其他熔融导致的杂质，并且其具有冷轧织构或纤维织构，
在温度T1热处理所述预制品，然后从T1冷却至室温，或
在温度T1然后在温度T2热处理所述预制品，其中T1>T2，
其中，所述预制品具有从BCC相区向BCC/FCC混合区至FCC相区的相变，其中随着温度升高，在BCC相区与BCC/FCC混合区之间的相变发生在第一转变温度而随着温度进一步升高，在BCC/FCC混合区与FCC相区之间的相变发生在第二转变温度
其中，且差值小于45K，优选小于25K，和
其中，T1高于且T2低于其中940℃≤T1<Tm且700℃≤T2≤1050℃，其中T2<T1，其中Tm为固相线温度，
其中，冷却速率在至少从T1到T2的温度范围上为10℃/h至900℃/h。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在样品质量为50mg且DSC加热速率为10K/分钟时，所述转变温度高于900℃，优选高于920℃，特别优选高于940℃。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，960℃≤T1<Tm。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述预制品以25℃/h至500℃/h的速率从T1冷却至室温。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述预制品在高于热处理超过30分钟的时间，然后冷却至T2。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述预制品在T1热处理时间t1，其中15分钟≤t1≤20小时，然后从T1冷却至T2。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述预制品从T1冷却至T2，在T2热处理时间t2，其中30分钟≤t2≤20小时，然后从T2冷却至室温。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述预制品从T1冷却至室温，然后从室温加热至T2。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预制品以10℃/h至900℃/h的速率从T1冷却至室温。


10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中，所述预制品以10℃/h至50,000℃/h、优选100℃/h至1000℃/h的速率从T2冷却至室温。


11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，所述预制品以小于200℃/h的冷却速率从T1冷却至室温。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，在所述热处理后，所述软磁合金的最大磁导率μmax≥5,000，和/或电阻率ρ≥0.25μΩm，在1.5T的振幅的磁滞损耗PHys≤0.07J/kg，和/或矫顽场强Hc≤0.7A/cm和/或在100A/cm时的感应B≥1.90T。


13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述热处理后，所述软磁合金的最大磁导率μmax≥10,000，和/或电阻率ρ≥0.25μΩm，和/或在1.5T的振幅的磁滞损耗PHys≤0.06J/kg，和/或矫顽场强Hc≤0.6A/cm和在100A/cm时的感应B≥1.95T。


14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述热处理后，所述软磁合金的最大磁导率μmax≥12,000，优选μmax≥17,000和/或电阻率ρ≥0.30μΩm，和/或在1.5T的振幅的磁滞损耗PHys≤0.05J/kg，和/或矫顽场强Hc≤0.5A/cm，优选矫顽场强Hc≤0.4A/cm，优选矫顽场强Hc≤0.3A/cm和/或在100A/cm时的感应B≥2.00T。


15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，在与轧制方向平行测量的、与轧制方向对角线测量(45°)的、或与这两个方向之间的轧制方向垂直测量的矫顽场强Hc的最大差值为最大6％，优选最大3％。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述热处理在含氢气氛下或在惰性气体下进行。


17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，所述热处理在T1的固定炉中和在T2的固定炉或连续炉中进行。


18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，所述热处理在T1的连续炉中和在T2的固定炉或连续炉中进行。


19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述预制品具有一个或多个板材或者一个或多个板材叠层的形状。


20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，所述预制品首先具有带材形状，从所述带材通过冲压、激光切割或水射流切割制成至少一个板材，其中所述热处理在一个或多个板材上进行。


21.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述热处理后，若干板材借助绝缘粘合剂被粘合成板材叠层，或
表面氧化以形成绝缘层，
并接着粘合或激光焊接成板材叠层，或者
以无机-有机混合涂层涂覆并接着继续加工成板材叠层。


22.根据权利要求1至19中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：简·弗雷德里克·弗尔，约翰尼斯·滕布林克，尼古拉斯·沃尔伯斯，
申请(专利权)人：真空融化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE