具有三维磁通量的块状双相软磁部件和制造方法技术

本文描述了一种具有三维磁通量的块状双相软磁部件及其制造方法。该方法可以包括：将第一粉末材料与第二粉末材料组合，形成部件结构，其中，第一粉末材料包含多个第一颗粒，多个第一颗粒各自具有第一芯和反应性涂层，第二粉末材料包含多个第二颗粒，第二颗粒各自具有第二芯和非反应性涂层；以及对部件结构进行固结，使多个第一颗粒与多个第二颗粒结合。使多个第一颗粒与多个第二颗粒结合。使多个第一颗粒与多个第二颗粒结合。

【技术实现步骤摘要】
具有三维磁通量的块状双相软磁部件和制造方法


[0001]本公开总体上涉及多材料粉末冶金，更具体涉及具有三维磁通量的块状双相软磁部件和制造方法。

技术介绍

[0002]电机(例如电动机和发电机)可以使用高功率密度和高效率部件以用于多种应用。例如，此类电动机和发电机可以用于机动车、航空、机器人和/或电器应用。这些电机的功率密度可能部分地取决于机器尺寸、热管理、转子速度和/或磁利用。
[0003]可以通过增加磁利用来影响电机的功率密度。例如，传统的径向磁通电机使用通常包含软磁层压制件的转子和定子。具体而言，许多层压制件通常涂有电绝缘物，然后对其进行堆叠和粘合，形成每个转子或定子，并在每个层压制件平面内提供二维磁通量。然而，迫切需要具有三维通量的块状部件，因为它可以表现出更高的功率密度，同时具有更紧凑的尺寸。
[0004]例如，“选择性渗氮”工艺可以包括：选择性地遮蔽铁磁(即磁性)部件表面上的区域，该铁磁部件含有初始铁素体或马氏体相的铁合金，以及向铁磁部件施加氮气。位于部件表面未遮蔽区域的铁素体或马氏体相铁合金可以通过氮气奥氏体化转变为顺磁(即非磁性)奥氏体相铁合金，而部件表面遮蔽区域的铁磁性质可以保持基本不变。然而，在一些情况下，选择性渗氮可能导致仅赋予部件表面二维磁通量，从而影响机器的功率密度和效率。此外，在采用选择性渗氮以赋予三维磁通量的情况下，可能需要相对长的处理时间，因为必须提供时间使氮气扩散通过块状部件。此外，即使当使用例如上述那些方法形成具有三维通量的块状部件时，这些部件通常由于低电阻率而表现出高涡流损耗。
[0005]因此，用于增加磁利用(例如通过形成具有三维磁通量的块状双相软磁部件)的替代工艺在本领域中将受到欢迎。
附图说明
[0006]在参考附图的说明书中针对于本领域普通技术人员阐述了本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
[0007]图1显示了根据本公开的一个以上示例性方面的粉末组合；
[0008]图2显示了根据本公开的一个以上示例性方面的第一粉末材料；
[0009]图3显示了根据本公开的一个以上示例性方面的第二粉末材料；
[0010]图4显示了根据本公开的一个以上示例性方面的用于制造块状双相软磁部件的方法；
[0011]图5显示了根据本公开的一个以上示例性方面的包含粉末组合的部件结构；
[0012]图6显示了根据本公开的一个以上示例性方面的由部件结构形成的块状双相软磁部件；以及
[0013]图7显示了根据本公开的一个以上示例性方面的第一粉末材料的另一个实施方
式。
[0014]在本说明书和附图中重复使用的参考标记旨在表示本公开的相同或相似的特征或元素。
具体实施方式
[0015]现在将详细参考本公开的实施方式，其中一个以上的示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中相近或相似的标记用于指代本公开的相近或相似的部分。
[0016]本文使用的词语“示例性”指“用作示例、实例或说明”。不必要将本文中描述为“示例性”的任何实施方式解释为相对于其他实施方式更好或更有优势。此外，除非另有明确说明，否则本文所描述的所有实施方式都应被视为示例性的。
[0017]如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开来并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
[0018]单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。
[0019]本文以及整个说明书和权利要求中，范围限定可被组合和互换，此类范围被确定并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言文字另有说明。例如，本文公开的所有范围均包括端点，并且端点可以彼此独立组合。
[0020]如本文所用，“组合”、“结合”等用于描述不同材料的任何集合，无论所述材料是否彼此相邻、散布或部分混合，以及无论不同材料的组合是否对称。
[0021]如本文所用，用于描述结构的术语“整体”、“一体”、“单片”或“块状”指由连续的材料或材料组整体形成的结构，所述结构没有接缝、连接节点等。本文所述的整体结构、一体结构可以通过增材制造形成以具有所述结构，或可替代地通过铸造工艺等形成。
[0022]如本文所用，术语“增材制造”通常指以逐层方式制造部件的制造技术。示例性的增材制造机器可以被配置为使用任何期望的增材制造技术。
[0023]本公开总体上涉及具有三维磁通量的块状双相软磁部件及其制造方法。可以通过将第一粉末材料与第二粉末材料组合以形成部件结构并对该部件结构进行粉末固结来形成块状双相软磁部件。特别地，第一粉末材料可以包含多个第一颗粒，每个第一颗粒可以包含第一芯和反应性涂层。第二粉末材料可以包含多个第二颗粒，每个第二颗粒可以包含第二芯和非反应性涂层。
[0024]在粉末固结之前，每个第一芯通常可以是铁磁性的，并包含初始相(例如，铁素体相、马氏体相，或铁素体和马氏体相的双相结构)的铁合金。此外，每个第二芯通常可以是铁磁性的，并包含保持铁素体相或马氏体相的铁合金。在粉末固结期间，多个第一颗粒可以与多个第二颗粒固结，来自每个反应性涂层的氮可以扩散到每个相应的第一芯中。氮可与第一芯反应，并将铁合金从其初始铁素体相或马氏体相奥氏体化为最终奥氏体相，这可以使第一芯总体上变成顺磁性的。此外，非反应性涂层可以允许第二芯保持它们的铁磁特性并保持第二芯内铁合金的铁素体相。经过固结，部件结构可以形成具有一个以上磁性区域和一个以上非磁性区域的块状双相软磁部件。
[0025]在此方面，可以将多个第一颗粒与多个第二颗粒组合以形成块状双相软磁部件和/或粉末组合(例如用于形成块状双相软磁部件)。
[0026]如本文所公开的，通过将第一颗粒装载到部件结构的期望磁性区域处，并将第二颗粒装载到部件结构的期望非磁性区域处，第一颗粒和第二颗粒的组合由此可以减少磁通泄漏，从而增加块状双相部件的磁饱和。此类块状双相软磁部件可以在电气部件中提供例如更高的饱和磁通密度和/或更低的涡流损耗。此外，本文公开的块状双相软磁部件可以具有来自部件的各向同性结构的三维磁通量流动方向。换言之，由于不同区域相对于彼此的相对低或相对高的磁导率，局部化的磁性区域和非磁性区域可以减少磁通损失。例如，磁性区域可以限制磁通量的路径，而非磁性区域可以允许磁通量的路径。所得块状双相软磁部件可以用于轴向和/或横向磁通电机，例如用于机动车、航空、机器人和/或电器应用中的电动机和发电机的定子，其具有改进的连续和峰值功率输出、功率密度、功率因数和/或效率。
[0027]现在参考附图，其中全部附图中相同的数字指示相同的元件。图1至图3和图7示意性地显示了粉末组合10及其成分。粉末组合10通常可以包含多个第一颗粒21，例如来自第一粉末材料20的多个第一颗粒21，以及多个第二颗粒31，例如来自第二粉末材料30的多个第二颗粒31。
[0028]具体参考图1，应当理解，可以将多个第一颗粒21与多个第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造块状双相软磁部件的方法，其中，所述方法包括：将第一粉末材料与第二粉末材料组合，形成部件结构，其中，所述第一粉末材料包含多个第一颗粒，所述多个第一颗粒各自具有第一芯和反应性涂层，所述第二粉末材料包含多个第二颗粒，所述多个第二颗粒各自具有第二芯和非反应性涂层；以及对所述部件结构进行固结，使所述多个第一颗粒与所述多个第二颗粒结合。2.如权利要求1所述的方法，其中，对所述部件结构进行固结在900℃至1450℃的温度下进行。3.如权利要求1所述的方法，其中，在对所述部件结构进行固结之前，所述多个第一颗粒中的每一个的第一芯是铁磁性的，并包含初始铁素体相或马氏体相的铁合金。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述铁合金包含铬、锰或它们的组合。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄慎言，邹民，张万明，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：