板材叠层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％，和最多达0.2重量％的杂质。

【技术实现步骤摘要】
板材叠层和制造高磁导率软磁合金的方法
本专利技术涉及板材叠层(叠片组、叠片铁芯，Blechpaket)和制造软磁合金、特别是高磁导率软磁合金以及板材叠层的方法。
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，期望更有效的材料以进一步提高功率密度。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重量％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。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。
技术实现思路
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了一种制造软磁合金、特别是高磁导率软磁性FeCo-合金的方法。首先提供了一种预制品(Vorprodukt)，其组成基本上由以下组成：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％0重量％≤Ti≤0.05重量％0重量％≤Ce≤0.05重量％0重量％≤Ca≤0.05重量％0重量％≤Mg≤0.05重量％0重量％≤C≤0.02重量％0重量％≤Zr≤0.1重量％0重量％≤O≤0.025重量％0重量％≤S≤0.015重量％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。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。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。预制品经历以下热处理：将预制品加热到温度T1并接着在温度T1热处理预制品持续时间t1并接着从T1冷却至室温，或者预制品经历以下热处理：将预制品加热到温度T1并接着在温度T1热处理预制品持续时间t1并接着将预制品冷却至温度T2并接着在温度T2热处理预制品持续时间t2，并接着将预制品从T2冷却至室温，其中T1>T2，T1高于且T2低于其中920℃≤T1<Tm，700℃≤T2≤1050℃，且Tm为固相线温度。对于这两种方法，加热速率在至少从到的温度范围上为1K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h，且冷却速率在至少从到的温度范围上为1K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h。预制品常规地在含氢气氛下或在惰性气体下、优选在干燥含氢气氛下进行热处理。含氢气氛是指气氛除了氢之外还具有惰性气体如氩气。在一些实施例中，预制品在热处理开始之前具有冷轧织构或纤维织构。因此，根据本专利技术，预制品缓慢地加热和冷却通过在BCC相区和BCC/FCC混合区之间的相变以及BCC/FCC混合区和FCC相区之间的相变。已经确定，加热速率对预制品的形状有影响。特别地，如果加热速率为1K/h至100K/h，优选4K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h，特别是至少在从到的温度范围上，在热处理之后确保片状形式以及堆叠的板材的预制品的平面度。在和之间的冷却速率也是如此，因此冷却速率为1K/h至100K/h，优选4K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h，特别是至少在从到的温度范围上。已经发现，加热或冷却太快会导致波形板材，此外其在板材内部也具有一种塑性变形。这种观察现象可能是由于合金的相变。当穿过两相区域时，以体心为中心的α相(BCC)变为堆积更紧密的以面心为中心的γ相(FCC)。这导致板材的缩短。冷却时，依次进行逆转变，理想情况下可以恢复原始几何形状。在根据本专利技术的方法中，使合金经历两次相变。可以假定，观察到的变形是由于来回转变中的体积跳跃引起的。由于根据本专利技术的较慢的加热和冷却速率，可以避免这种波形的形成和变形。可以使用20K/h和10K/h的加热速率和冷却速率。合适的速率可根据预制品的形状进行选择。例如，在50个板材的堆叠时使用低于50K/h的加热和冷却速率，对于由100个板材构成的堆叠使用低于35K/h的加热和冷却速率。在至少从至的温度范围上冷却速率还可以为1K/h至100K/h，优选4K/h至50K/h，优选10K/h至50K/h，以保持板材的平面度。还可以使用缓慢的冷却速率，以改善软磁性，特别是提高感应B。在一个实施例中，在加大范围上有目的地调节加热速率和/或冷却速率。在一个实施例中，加热速率在至少从900℃到T1的温度范围上为1K/h至100K/h，优选4K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h。在一个实施例中，冷却速率在至少从T1到900℃的温度范围上为1K/h至100K/h，优选4K/h至50K/h，优选10K/h至50K/h。在一个实施例中，更精确地定义在FCC相区中的热处理的温度T1，使得T1在和之间，即，温度T1仅略高于从FCC/BCC两相区进入FCC区的转变温度在其他实施例中，T1位于和之间或者和之间。可以使用在该区域中的温度，以改善软磁性，例如实现更高的感应和更低的矫顽场强。在一个实施例中，所述预制品增重额外的配重，并且具有该配重的预制品经历热处理。增重的配重为所述预制品的重量的至少20％，优选至少50％。如果预制品具有板材的形状，则即使在所述加热速率和冷却速率下，它也会在热处理期间变形，使得板材不再是平坦的而是波浪形的。在某些应用中，例如板材叠层中，这是不希望的。额外的配重可用于防止预制品变形并保持板材的平面度。预制品可以为多个堆叠的板材或一个或多个板材叠层的形状。在该实施例中，如果使用了配重，则可以在热处理期间将其放置在堆叠上或堆叠的顶部板材上。在一些实施例中，预制品具有多个堆叠的板材的形状，每个堆叠的片涂覆有电绝缘涂层。在该实施例中，如果使用了配重(Gewicht)，则可以本文档来自技高网...

【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】
20190426 DE 102019110872.11.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，
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，
其中所述预制品经历以下热处理：
将所述预制品加热到温度T1并接着
在温度T1热处理所述预制品持续时间t1并接着从T1冷却至室温，或者
所述预制品经历以下热处理：
将所述预制品加热到温度T1并接着
在温度T1热处理所述预制品持续时间t1并接着
将所述预制品冷却至温度T2并接着
在温度T2热处理所述预制品持续时间t2，并接着
将所述预制品从T2冷却至室温，
其中T1>T2，T1高于且T2低于其中920℃≤T1<Tm，700℃≤T2≤1050℃，且Tm为固相线温度，
其中加热速率在至少从到的温度范围上为1K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h，和
冷却速率在至少从到的温度范围上为1K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热速率在至少从900℃到T1的温度范围上为1K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述冷却速率在至少从T1到900℃的温度范围上为1K/h至100K/h，优选10K/h至50K/h。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，T1在和之间。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述预制品增重额外的配重，并且具有该配重的预制品经历热处理。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述增重的配重为所述预制品的重量的至少20％，优选至少50％。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述预制品具有多个堆叠的板材或者一个或多个板材叠层的形状。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述预制品具有多个堆叠的板材的形状，所述板材分别涂覆有电绝缘涂层。


9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括使用用于电绝缘的氧化物层涂覆所述预制品。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述预制品涂覆有由甲醇镁或丙醇锆制成的层，所述层在热处理期间转变成绝缘氧化物层。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，在热处理后，所述预制品在含氧或含水蒸气的气氛中经历进一步的热处理以形成电绝缘层。


12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中，在热处理后，通过腐蚀、激光切割或水射流切割从堆叠的板材制备至少一个板材叠层。


13.根据权利要求12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。


14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，960℃≤T1<Tm。


15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述预制品在高于热处理超过15分钟的持续时间，并接着冷却至T2。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，15分钟≤t1≤20小时。


17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，30分钟≤t2≤20小时。


18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，所述预制品至少从T1冷却至室温，并接着从室温加热至T2。


19.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，在热处理后，所述软磁合金具有：
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，或
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，或
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。


20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，所述预制品在含氢气氛下或在惰性气体下进行热处理。


21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，所述方法还包括：
通过真空感应熔融、电渣重熔或真空电弧重熔提供熔体，所述熔体基本上由以下组成：



余量为铁，其中Cr+Si+Al+Mn≤3.0重量％和最多为0.2重量％的其他杂质，
将熔体凝固成铸块，
使铸块成型以制造所述预制品，
其中，所述成型借助热轧和/或锻造和/或冷成型进行。


22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述铸块借助在900℃至1300℃之间的温度热轧成板坯，接着成型为厚度为D1的热带材，然后借助冷轧成型为厚度为D2的带材，其中，0.05mm≤D2≤1.0mm，且D2<D1。


23.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·简·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