(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ、電気機械の軟磁性ローターもしくはステーター、またはセンサー中で軟磁性体として使用するための、焼結素材（４）から部品を製造する方法において、前記部品は、第１の焼結粉末（１）と第２の焼結粉末（２）とからなる粉末混合物の焼結により得られ、
−  前記第１の焼結粉末（１）は次の組成：
鉄、
炭素０．０３〜２．００質量％、
他の元素５質量％以下、
を有し、
ここで、これらの成分の合計は１００質量％であり、かつ
−  前記第２の焼結粉末（２）は次の組成：
鉄９０質量％以下、
ケイ素２０質量％以下、
を有し、
ここで、これらの成分の合計は１００質量％であり、前記粉末混合物は、第１の焼結粉末（１）９０質量％および第２の焼結粉末（２）１０質量％からなる、
焼結素材（４）から部品を製造する方法。
【請求項２】
前記第１の焼結粉末（１）の数平均粒子サイズは、前記第２の焼結粉末（２）の数平均粒子サイズよりも大きいことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の焼結粉末（１）は、１０〜５００μｍの範囲内の数平均粒子サイズを有し、かつ前記第２の焼結粉末（２）は、１〜４００μｍの範囲内の数平均粒子サイズを有することを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第２の焼結粉末（２）は、１〜２００μｍの範囲内の数平均粒子サイズを有することを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の焼結粉末（１）は、炭素を少なくとも０．０６質量％含むことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記第２の焼結粉末（２）は、第１の焼結粉末の前記成分と中間的に、融点が最大１３００℃である合金を形成することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記第１の焼結粉末（１）および前記第２の焼結粉末（２）は、焼結の前に粉末混合物中で均一に分配されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記焼結を、第２の焼結粉末（２）の溶融温度を超える温度で行うことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結を用いて部品を製造する方法に関する。さらに、本発明は、この方法を用いて製造可能な部品に関する。この部品は、ことに低い磁気損失を有する。
【０００２】
先行技術
純鉄素材および鉄コバルト素材からなる粉末冶金部品は、多数の適用の場合に、高められた静的および動的な磁気的損失を示す。アクチュエータ内で、例えばアンカー素材としての適用のため、センサーおよび電気機械内で、例えばステーターおよび／またはローターとしての適用のために、部品の低い磁気損失および軟磁性特性、つまり２０Ａ／ｃｍ未満の保磁力Ｈcが必要である。このような特性は、素材を製造するための焼結方法において、炭素貧有の鉄粉または鉄コバルト粉を出発材料として使用することにより達成することができる。
【０００３】
発明の開示
部品を製造するための本発明による方法において、第１の焼結粉末と第２の焼結粉末とが使用される。第１の焼結粉末は、鉄４９〜９９．９７質量％、ケイ素０〜７質量％、クロム０〜２０質量％、コバルト０〜５０質量％、および炭素０．０３〜２．００質量％、好ましくは炭素０．０６〜１．００質量％、特に好ましくは炭素０．０６〜０．４質量％を含む鉄粉である。つまり、低コストの炭素富有の焼結粉末である。最後に、第１の焼結粉末は、他の元素０〜５質量％を含むことができる。他の元素は、ことに、マンガン、モリブデン、タングステン、バナジウム、硫黄およびリンからなる群から選択され、つまり、典型的に鉄と共存して産出する元素である。第１の焼結粉末中の成分の合計は１００質量％である。
【０００４】
第２の焼結粉末は、鉄０〜９０質量％、ケイ素０〜９０質量％、クロム０〜１００質量％、リン０〜１００質量％、モリブデン０〜１００質量％、タングステン０〜１００質量％、チタン０〜１００質量％、硫黄０〜１００質量％、コバルト０〜１００質量％、ニッケル０〜１００質量％、炭素０〜１００質量％、および他の元素０〜５質量％を含み、ここで、他の元素は、ことに、第１の焼結粉末の他の元素と同じ群から選択される。好ましくは、第２の焼結粉末は、鉄０〜９０質量％、ケイ素０〜９０質量％、クロム０〜１００質量％、リン０〜２０質量％、および他の元素０〜５質量％を含む。第２の焼結粉末中の成分の合計は１００質量％である。粉末混合物の焼結の際に、第２の焼結粉末から第１の焼結粉末中への元素の拡散進入を容易にするために、第２の焼結粉末は、好ましくは共晶組成物を有するか、または第１の焼結粉末の成分と中間的に、融点が最大１３００℃である合金を形成することが好ましい。
【０００５】
粉末混合物の焼結の際に、第２の焼結粉末が第１の焼結粉末と均一に混合されていることが望ましい。このために、第１の焼結粉末の数平均粒子サイズが、第２の焼結粉末の数平均粒子サイズよりも大きいことが好ましい。このために、第１の焼結粉末は、好ましくは１０〜５００μｍの範囲の数平均粒子サイズを有し、かつ第２の焼結粉末は、好ましくは１〜４００μｍ、特に好ましくは１〜２００μｍの範囲の数平均粒子サイズを有する。
【０００６】
焼結素材からなる部品は、粉末混合物の焼結により製造することができる。焼結プロセスの高めた温度で、第２の焼結粉末の元素は、第１の焼結粉末の元素と互いに拡散し合う。
【０００７】
しかしながら、これに加えて、第１の焼結粉末または第２の焼結粉末の材料中の炭素の溶解度も低下する。したがって、焼結粉末中に溶解した炭素は、その粒界にまたは焼結粉末中に既に形成された炭化物に移行し、かつ例えばセメンタイトとして析出し、このセメンタイトは素材中で例えば部分的にパーライトとして生じる。あるいは、炭素または炭素含有粉末を、第２の焼結粉末として使用することもできる。このようにして、炭素を、第２の焼結粉末を介して付加的に導入することができ、熱処理プロセスにおいて炭化物微細構造に変換され、かつ電気抵抗を大幅に高め、このことが磁気損失の改善を引き起こす。この効果を、得られた全体の焼結素材にわたって均一に達成するため、第１の焼結粉末と第２の焼結粉末とは焼結の前に粉末混合物中で均一に分配され、それにより焼結粉末の元素が互いに均一に拡散し合い、全体の第１の焼結粉末中で炭素の類似の析出が引き起こされることが好ましい。磁壁移動、磁化の際には保磁力にとって障害と見なされる炭化物の不規則な分布が生じないことが重要である。これは、程度に差はあるが整列した炭化物網目構造を、好ましくは粒界で形成する。鉄粒子のバルク自体は、大部分は炭化物不含のままである。
【０００８】
焼結は、好ましくは第２の焼結粉末の溶融温度、もしくは第１および第２の焼結粉末の元素から生じる合金の溶融温度よりも高い温度で行われる（過渡的液相焼結）。このようにして、好ましくは、溶融した第２の焼結粉末により第１の焼結粉末の粒子を濡らすことが行われ、このことが第２の焼結粉末の元素と、第１の焼結粉末の元素との相互の拡散を容易にし、かつ生じる部材の密度を高める。
【０００９】
このようにして得られた部品は、析出された炭素に基づき整列した炭化物網目構造を有する微細構造を有する焼結素材からなる。炭化物微細構造は、ことに例えば部分的にパーライト組織として存在するセメンタイト構造である。
【００１０】
焼結方法で第１の焼結粉末だけから製造された部品と比べて、本発明による部品は、ことに、少なくとも材料飽和の２０〜９０％の範囲内でかつ１００〜１０００Ｈｚの周波数で少なくとも１０％の磁気損失の低減を有する。さらに、この部品はことに軟磁性特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の実施例を図面に示し、かつ次の記述において詳細に説明する。
【００１２】
【図１】本発明による方法の実施例の場合の２つの焼結粉末の相互の拡散進入を図式的に示す。
【図２】本発明による方法の実施例の場合の、２つの焼結粉末の相互拡散により生じる焼結粉末の図式的な粒子を示す。
【図３】本発明の実施例による部品の図式的な断面図を示す。
【００１３】
本発明の実施例
本発明の実施例の場合に、まず、９０ｇの第１の焼結粉末１を１０ｇの第２の焼結粉末２と混合することにより粉末混合物を製造する。第１の焼結粉末１は、鉄９９質量％、および炭素０．０６質量％、および鉄と共存する典型的な元素からなる他の不純物、例えばマンガン、モリブデン、タングステン、バナジウム、硫黄およびリンを＜１質量％の割合で含む鉄を基礎とする素材である。この素材は、２５０μｍの数平均粒子サイズを有する。第２の焼結粉末２は、鉄８０質量％およびケイ素２０質量％からなる粉末である。この粉末は、１，１７２℃の融点および７３μｍの平均粒子サイズを有する。粉末混合物には潤滑剤が添加される。引き続き、均一に混合し、かつ圧縮してグリーンボディにする。最後に、１，２００℃の温度で炉内で不活性窒素雰囲気中で熱処理を行う。１時間後に得られた部品を冷却し、かつこのようにして、低減された磁気損失を有する軟磁性の焼結素材からなる部品が得られる。
【００１４】
図１に示されているように、焼結工程の間に、第２の焼結粉末２の元素と第１の焼結粉末１の元素とが相互に拡散する。第１の焼結粉末１は、少なくともまだ、鉄Ｆｅ中に溶解している炭素Ｃの高い割合を含む。第２の焼結粉末２のケイ素Ｓｉが鉄中に溶解する場合、この際に炭素の溶解度は低下し、かつこの炭素は第１の焼結粉末１の粒界に移行する。これにより、変性された焼結粉末３の図２に示された粒子が得られ、この粉末から炭素の大部分はセメンタイトとして析出され、このセメンタイトは組織内でパーライトとして検出することができる。この粒子は、さらなる焼結プロセスにおいて結合して、図３に示す軟磁性焼結素材４となる。
【００１５】
比較例の場合には、本発明の実施例からなる第１の焼結粉末に潤滑剤が添加されるだけである。引き続き、均一に混合し、かつ圧縮してグリーンボディにする。最後に、１，２００℃の温度で炉内で不活性窒素雰囲気中で熱処理を行う。１時間後に得られた部品を冷却し、かつこのようにして、比較部品が得られる。
【００１６】
本発明の実施例による部品の磁気損失は、比較部品と比べて、材料飽和の２０〜９０％の範囲内でかつ１００〜１０００Ｈｚの周波数で、少なくとも１０％低減されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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