多相磁性构件及形成方法技术

本发明专利技术涉及多相磁性构件及形成方法，具体而言，公开了一种包括第一区域和第二区域的磁性构件，以及改变磁性构件的不同区域中的磁化值的方法。第一区域和第二区域特征为不同于彼此的氮含量。第一区域和第二区域中的至少一者是部分磁性的，且具有该区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中的氮含量。第一区域和第二区域两者的碳(如果存在)的浓度小于相应区域的大约0.05重量%。域的大约0.05重量%。域的大约0.05重量%。

【技术实现步骤摘要】
多相磁性构件及形成方法
[0001]本申请为2017年3月23日提交的专利申请“多相磁性构件及形成方法”（申请号：201710177466.2，申请人：通用电气公司）的分案申请。
[0002]关于联邦政府资助研发的申明本专利技术是在美国能源部授予的合同号DE
‑
EE0005573的政府资助下制作出的。政府对本专利技术有一定权利。
[0003]相关申请的交叉引用本申请是2013年10月31日提交的题为"DUAL PHASE MAGNETIC MATERIAL COMPONENT AND METHOD OF FORMING"的共同未决美国专利申请卷号269697
‑
1、序列号14/068937的继续部分案。


[0004]本公开内容的实施例大体上涉及包括多个区域的磁性构件，以及形成其的方法。更具体而言，本公开内容涉及具有带不同的氮含量的多个区域的磁性构件，以及其通过渗氮而形成。

技术介绍

[0005]对高功率密度和高效率的电机(例如，电动机和发电机)的需要对于多种应用长久以来是普遍的，特别是对于混合和/或电动车辆牵引应用。混合/电动车辆牵引马达应用的当前趋势在于提高转速来增大机器的功率密度，且因此减小其质量和成本。然而，认识到的是，当电机在混合/电动车辆中用于牵引应用时，存在功率密度、效率和机器的恒定功率速度范围之间的权衡。这种权衡可提出许多设计挑战。
[0006]具体而言，用于旋转电机中的磁性材料大体上用于多种功能。穿过电机中的空隙的磁通量与互补的极的有效耦合是期望的。磁性构件的软磁性材料还可承受电机的机械和结构负载的显著部分。有时，在材料的高效磁性利用与磁性材料的机械承载能力之间可能存在权衡。作为备选，机器的速度额定值有时可降低，以便允许具有高效磁性利用的机器拓扑。因此，期望的是具有通过局部地控制用于电机中的软磁性材料的饱和磁化的大小来避免电机的效率与可操作性之间的权衡的材料。
[0007]电机的功率密度可通过增大机器尺寸、改善热管理、提高转子速度或通过加强磁性利用来提高。磁性利用可通过使用转子叠片的处理和合金化处理的组合来提高，以通过形成高透磁率(permeability)和低透磁率的局部区域来产生多相磁性材料。高透磁率和低透磁率的局部区域大体上减小转子操作期间的通量损失。
[0008]转子叠片的一定范围的铁基软磁性成分可通过工艺组合来奥氏体化，以形成低透磁率区域。在选择的区域处的该相变一般在合金中存在碳化物时热驱动。在局部加热后，存在于选择的位置处的碳化物溶解在基质中，且抑制马氏体开始温度，从而有助于奥氏体区域在室温下的稳定。然而，相比于传统铁基磁性钢，碳化物存在于磁性微结构中已知会增大矫顽磁性且降低磁性饱和。期望在软磁体的不同区域中控制奥氏体相在室温下的稳定性同
时从基本单相微结构开始的不同方法来减小矫顽磁性。本公开内容的实施例解决了这些和其它需要。

技术实现思路

[0009]按照本公开内容的一个方面，公开了一种包括第一区域和第二区域的磁性构件。第一区域和第二区域特征为不同于彼此的氮含量。第一区域和第二区域中的至少一者是部分磁性的，且具有该区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中的氮含量。第一区域和第二区域两者具有一定碳浓度(如果存在)，其小于相应区域的0.05重量%。
[0010]按照本公开内容的一个方面，公开了一种包括第一区域、第二区域和第三区域的磁性构件。第一区域包括磁性相，第二区域包括部分磁性相，且第三区域包括非磁性相。第一区域具有小于第一区域的0.1重量%的氮含量，第二区域具有第二区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中的氮含量，且第三区域具有大于第三区域的0.4重量%的氮含量。此外，第一区域、第二区域和第三区域中的碳浓度小于相应区域的0.05重量%。
[0011]按照本公开内容的另一个方面，公开了一种用于改变磁性构件的不同区域的磁化值的方法。该方法包括将包括氮阻隔材料的涂层设置在磁性构件的至少一部分上，以形成遮盖物，以及在大于700℃的温度下在富氮气氛中热处理磁性构件来形成第一区域和第二区域。第一区域和第二区域特征在于不同于彼此的氮含量，且第一区域和第二区域中的至少一者是部分磁性的，且具有该区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中氮含量。
[0012]实施方案1. 一种磁性构件，包括：第一区域和第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域特征为不同于彼此的氮含量，其中所述第一区域和所述第二区域中的至少一者是部分磁性的，且具有在该区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中的氮含量；以及所述第一区域和所述第二区域中的碳的浓度小于相应区域的0.05重量%。
[0013]实施方案2. 根据实施方案1所述的磁性构件，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域两者都包括铁基合金。
[0014]实施方案3. 根据实施方案2所述的磁性构件，其特征在于，所述铁基合金还包括铬、锰或它们的组合。
[0015]实施方案4. 根据实施方案1所述的磁性构件，其特征在于，所述磁性构件是整体形式。
[0016]实施方案5. 根据实施方案1所述的磁性构件，其特征在于，所述第一区域的氮含量小于所述第一区域的0.1重量%，以及所述第二区域的氮含量在所述第二区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中。
[0017]实施方案6. 根据实施方案5所述的磁性构件，其特征在于，所述第一区域是磁性的，且所述第二区域是部分磁性的。
[0018]实施方案7. 根据实施方案1所述的磁性构件，其特征在于，所述第一区域的氮含量大于所述第一区域的0.4重量%，以及所述第二区域的氮含量在所述第二区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中。
[0019]实施方案8. 根据实施方案7所述的磁性构件，其特征在于，所述第一区域是非磁
性的，且所述第二区域是部分磁性的。
[0020]实施方案9. 根据实施方案8所述的磁性构件，其特征在于，还包括第三区域，其中所述第三区域是磁性的，以及所述第三区域的氮含量小于所述第三区域的0.1重量%。
[0021]实施方案10. 一种电机，包括实施方案1所述的磁性构件。
[0022]实施方案11. 一种磁性构件，包括：第一区域、第二区域和第三区域，其中所述第一区域包括磁性相，所述第二区域包括部分磁性相，以及所述第三区域包括非磁性相；所述第一区域具有小于所述第一区域的0.1重量%的氮含量，所述第二区域具有所述第二区域的大约0.1重量%到大约0.4重量%的范围中的氮含量，且所述第三区域具有大于所述第三区域的0.4重量%的氮含量；以及所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的碳的浓度小于相应区域的0.05重量%。
[0023]实施方案12. 一种用于改变磁性构件的不同区域中的磁化值的方法，包括：将包括氮阻隔材料的涂层设置在所述磁性构件的至少一部分上来形成遮盖物；以及在高于700℃的温度下在富氮气氛中热处理所述磁性构件，以形成第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性构件，其具有顶表面和底表面，所述磁性构件包括：第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域的每一个都从所述顶表面延伸至所述底表面，其中所述第一区域和所述第二区域特征为不同于彼此的氮含量，其中所述第一区域和所述第二区域中的至少一者是部分磁性的，具有在该区域的0.1重量%到0.4重量%的范围中的氮含量；并且穿过该区域内的体积具有基本恒定的氮含量和饱和磁化，其中该区域的10体积%到99体积%是磁性的，具有大于1的相对透磁率，以及所述第一区域和所述第二区域中的碳的浓度小于相应区域的0.05重量%。2.根据权利要求1所述的磁性构件，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域两者都包括铁基合金。3.根据权利要求2所述的磁性构件，其特征在于，所述铁基合金还包括铬、锰或它们的组合。4.根据权利要求1所述的磁性构件，其特征在于，所述磁性构件是整体形...

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