CN108026615A - 由烧结材料制成的部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造烧结材料部件的方法和借助该方法可制造的部件。该制造通过将粉末混合物烧结来进行。该粉末混合物含有第一烧结粉末（1）和第二烧结粉末（2）。该第一烧结粉末含有或者16‑ 99.97 重量%铁、0‑7重量%硅、0‑20重量%铬和0‑50重量%钴，第一烧结粉末（1）进一步含有0.03‑2.00重量%碳和0‑5重量%的其它元素。该第二烧结粉末含有0‑90重量%铁、0‑90重量%硅、0‑100重量%铬、0‑ 100重量%磷、0‑100重量%钼、0‑100重量%钨、0‑100重量%钛、0‑100重量%镍、0‑100重量%钴、0‑100重量%硫、0‑100重量%碳以及0 ‑5重量%的其它元素。第一烧结粉末（1）中和第二烧结粉末（2）中的成分的总和各为100重量%。

Description

由烧结材料制成的部件及其制造方法
本发明涉及通过烧结制造部件的方法。此外还涉及通过该方法可制造的部件。该部件具有特别低的磁滞损耗。
现有技术
由纯铁材料和铁钴材料制成的粉末冶金部件在大量应用中体现出提高的静态和动态磁损失。对于在执行元件中如作为电枢材料（Ankerwerkstoff）、在传感器中和在电机中如作为定子和/或转子的应用，要求部件的低的磁滞损耗和软磁性能，即小于20 A/cm的矫顽场强度（Koerzitivfeldstärke）Hc。此类性能可通过在制造该材料的烧结过程中使用贫碳的铁或铁钴粉末作为原料来获得。
发明公开内容
在本发明的制造部件的方法中，使用第一烧结粉末和第二烧结粉末。所述第一烧结粉末是铁粉，其含有49 - 99.97 重量%铁、0 - 7 重量%硅、0 - 20 重量%铬、0 - 50 重量%钴和0.03 -2.00 重量%碳，优选0.06 - 1.00 重量%碳，更优选0.06 - 0.4 重量%碳。因此，它是低成本的富碳的烧结粉末。最终，该第一烧结粉末可含0 - 5 重量%的其它元素。其它元素尤其选自锰、钼、钨、钒、硫和磷，即通常与铁共同出现的那些元素。该第一烧结粉末中的成分的总和为100 重量%。
所述第二烧结粉末含0 - 90 重量%铁、0 - 90 重量%硅、0- 100 重量%铬、0 -100 重量%磷、0 - 100 重量%钼、0- 100 重量%钨、0 - 100 重量%钛、0 - 100 重量%硫、0-100 重量%钴、0 - 100 重量%镍、0 - 100 重量%碳和0 -5 重量%的其它元素，其中所述其它元素尤其选自与第一烧结粉末的其它元素相同的组。优选含0 - 90 重量%铁、0 - 90 重量%硅、0 - 100 重量%铬、0 - 20 重量%磷和0 - 5 重量%的其它元素。该第二烧结粉末中的成分的总和为100 重量%。为了在所述粉末混合物烧结时使第二烧结粉末的元素容易扩散到第一烧结粉末中，优选的是，该第二烧结粉末优选具有共晶（eutektisch）组成或与第一烧结粉末的成分在中间（intermediär）形成合金，其熔点为最高1300 ℃。
在所述粉末混合物烧结时希望的是，第二烧结粉末均匀地与第一烧结粉末混合。对此优选的是，第一烧结粉末的数均粒度大于第二烧结粉末的数均粒度。对此，第一烧结粉末的数均粒度优选为10-500 μm且第二烧结粉末的数均粒度为优选1-400 μm，更优选1-200μm。
由烧结材料制成的部件可通过粉末混合物的烧结来制造。在该烧结操作中的提高的温度下，第二烧结粉末的元素与第一烧结粉末的元素相互扩散到其中。
但是此外，在第一或第二烧结粉末的材料中碳的溶解度也降低。在所述烧结粉末中溶解的碳因此迁移至晶界处或已在该烧结粉末中形成的碳化物处，并例如以渗碳体形式析出，该渗碳体在材料中例如部分地作为珠光体出现。替代地，也可使用碳或含碳的粉末作为第二烧结粉末。以此方式可通过第二烧结粉末额外地引入碳，并且该碳在热处理操作中重排（umgelagert）成为碳化物微结构，并且大幅提高电阻，这导致改进磁滞损耗。为了在所获得的整个烧结材料上实现该效果，优选的是，第一烧结粉末和第二烧结粉末在烧结前均匀分散在粉末混合物中，以使得所述烧结粉末的元素均匀地相互扩散到其中，以在整个第一烧结粉末中引起类似的碳析出。关键的是，不出现碳化物的无序分散，该无序分散被视作在反复磁化时畴壁运动的阻障（矫顽场强度）。或多或少地形成有序的碳化物网络，优选在晶界处。铁颗粒的本体本身大部分保持为不含碳化物。
所述烧结优选在高于第二烧结粉末或由第一和第二烧结粉末的元素形成的合金（瞬态液相烧结）的熔点的温度下进行。以此方式，优选地将第一烧结粉末的颗粒用熔化的第二烧结粉末进行浸润，这使得第二烧结粉末和第一烧结粉末的元素的相互扩散变得容易并且提高所形成的部件的密度。
以此方式可获得的部件由烧结材料构成，该烧结材料由于析出的碳而显示出具有有序碳化物网络的微结构。该碳化物微结构尤其是渗碳体结构，其例如部分地以珠光体结构的形式存在。
与在烧结法中仅由第一烧结粉末制造的部件相比，本发明的部件特别是至少在材料饱和的20-90%范围内和在100-1000 Hz的频率下显示出至少10%的其磁滞损耗的降低。此外，该部件尤其具有软磁性能。
附图简述
本发明的实施例在附图中示出，并在下列说明书中更详细阐述。
图1示意性展示了在本发明方法的一个实施例中两种烧结粉末相互扩散到其中。
图2示意性展示了在本发明方法的一个实施例中通过两种烧结粉末相互扩散到其中而形成的烧结粉末颗粒。
图3示意性展示了根据本发明的一个实施例的部件的截面（Ausschnitt）。
本发明的实施例
在本发明的一个实施例中，首先通过将90 g第一烧结粉末1与10 g的第二烧结粉末2混合来制造粉末混合物。第一烧结粉末1是铁基材料，其含有99 重量%铁和0.06 重量%碳和含量<1 重量%的其它杂质，该其它杂质来自通常与铁共同出现的元素，例如锰、钼、钨、钒、硫和磷。其数均粒度为250 μm。第二烧结粉末2是由80 重量%铁和20 重量%硅构成的粉末。其熔点为1172 ℃且平均粒度为73 μm。向该粉末混合物中添加润滑剂。随后将其均匀混合并压制成为坯体。最后在炉中在惰性氮气气氛中在1200 ℃的温度下进行热处理。一小时后，将所获得的部件冷却，由此获得具有降低的磁滞损耗的由软磁烧结材料制成的部件。
如图1所示，在烧结操作的过程中第二烧结粉末2和第一烧结粉末1的元素相互扩散到其中。第一烧结粉末1首先还含有高含量的碳C，其溶于铁Fe中。当第二烧结粉末2的硅Si溶于铁中时，在此碳的溶解度降低并且碳迁移至第一烧结粉末1的晶界处。由此获得如图2所示的经改性的烧结粉末3的颗粒，从其中析出大含量的碳作为渗碳体，其在结构中也可作为珠光体检测到。该颗粒在进一步的烧结操作中结合成为如图3所示的软磁烧结材料4。
在对比例中，仅向本发明的实施例的第一烧结粉末中加入润滑剂。随后将其均匀混合并压制成为坯体。最后在炉中在惰性氮气气氛中在1200 ℃的温度下进行热处理。一小时后，将所获得的部件冷却，由此得到对比部件。
根据本发明实施例的部件的磁滞损耗相比于对比部件而言在材料饱和的20-90%的范围内和在100-1000 Hz的频率下降低至少10%。

Claims (14)

1.制造用在执行器、电机的软磁转子或定子或传感器中的由烧结材料（4）制成的部件的方法，其中通过将第一烧结粉末（1）和第二烧结粉末（2）的粉末混合物烧结来获得所述部件，其中
- 第一烧结粉末（1）具有如下组成：
49 - 99.97重量%铁
0.03 - 2.00重量%碳
0 - 7重量%硅
0 - 20重量%铬
0 - 50重量%钴
0 - 5重量%的其它元素
其中这些成分的总和为100重量%，且
- 第二烧结粉末（2）具有如下组成：
0 - 90重量%铁
0 - 90重量%硅
0 - 100重量%铬
0 - 100重量%磷
0 - 100重量%钼
0 - 100重量%钨
0 - 100重量%钛
0 - 100重量%镍
0 - 100重量%钴
0 - 100重量%硫
0 - 100重量%碳
0 - 5重量%的其它元素
其中这些成分的总和为100重量%。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于第一烧结粉末（1）的数均粒度大于第二烧结粉末（2）的数均粒度。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于第一烧结粉末（1）的数均粒度为10-500 μm且第二烧结粉末（2）的数均粒度为1-400 μm。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于第二烧结粉末（2）的数均粒度为1-200 μm。
5.根据权利要求1至4任一项的方法，其特征在于第一烧结粉末（1）含有至少0.06重量%的碳。
6.根据权利要求1至5任一项的方法，其特征在于第二烧结粉末（2）具有如下组成：
0 - 90重量%铁
0 - 90重量%硅
0 - 100重量%铬
0 - 20重量%磷
0 - 5重量%的其它元素
其中这些成分的总和为100重量%。
7.根据权利要求1至6任一项的方法，其特征在于第二烧结粉末（2）与所述第一烧结粉末的成分在中间形成合金，其熔点为最高1300 ℃。
8.根据权利要求1至7任一项的方法，其特征在于第一烧结粉末（1）和第二烧结粉末（2）在烧结前均匀分散在所述粉末混合物中。
9.根据权利要求1至8任一项的方法，其特征在于所述烧结在高于第二烧结粉末（2）的熔点的温度下进行。
10.部件，其可根据权利要求1至9任一项的方法制造。
11.根据权利要求10的部件，其特征在于其显示出具有有序碳化物网络的碳化物微结构。
12.根据权利要求10或11的部件，其特征在于所述碳化物微结构是渗碳体结构。
13.根据权利要求12的部件，其特征在于所述渗碳体结构部分地以珠光体结构的形式存在。
14.根据权利要求10至13任一项的部件，其特征在于所述部件相比于在烧结法中仅由第一烧结粉末（1）制造的部件而言至少在材料饱和的20-90%范围内和100-1000 Hz的频率下显示出至少10%的其磁滞损耗的降低。
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