(57)【要約】      （修正有）【課題】出発材料及び被覆からの、磁気損失が低減された部材を製造する方法の提供。【解決手段】２０Ａ／ｃｍ未満の保磁力ＨＣを有し、Ｆｅ４９〜９９．９７質量％、Ｓｉ０〜７質量％、Ｃｒ０〜２０質量％、及びＣｏ０〜５０質量％、Ｃ０．０３〜２．００質量％、及びさらなる元素０〜５質量％を含有する出発材料（１）。出発材料（１）を、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓ、を含有する被覆（２）で覆う被覆した出発材料（３）。出発材料（１）及び被覆（２）における成分の合計は、夫々１００質量％である。被覆（２）を、殊に改良剤粉末の形で施与し、磁気損失が低減された部材を得るために、被覆した出発材料（１）を出発材料（１）の溶融温度未満で、かつ、被覆（２）の溶融温度超の温度で熱処理する被覆した出発材料（３）の製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータにおける、電気機器の軟磁性ロータ若しくはステータにおける、電磁鋼板としての、又はセンサにおける使用のための、磁気損失が低減された部材の製造方法であって、以下の工程：
・２０Ａ／ｃｍ未満の保磁力ＨＣを有し、かつ下記の組成：
鉄４９〜９９．９７質量％、
炭素０．０３〜２．００質量％、
ケイ素０〜７質量％、
クロム０〜２０質量％、
コバルト０〜５０質量％、
さらなる元素０〜５質量％、
（ここで、構成要素の合計は１００質量％である）
を有する出発材料（１）からの部材を用意すること、
・以下の組成：
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％、
ニッケル０〜１００質量％、
コバルト０〜１００質量％、
硫黄０〜１００質量％、
さらなる元素０〜５質量％、
（ここで、構成要素の合計は１００質量％である）
を有する被覆（２）で部材を被覆すること、及び
・本発明による、磁気損失が低減された部材（３）を得るために、被覆した部材を熱処理すること
を含む前記製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、出発材料（１）が、最大４質量％のケイ素を含有することを特徴とする前記製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法において、出発材料（１）が、少なくとも０．０６質量％の炭素を含有することを特徴とする前記製造方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の製造方法において、出発材料（１）が、１０Ａ／ｃｍ未満の保磁力ＨＣを有することを特徴とする前記製造方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の製造方法において、被覆（２）が、以下の組成：
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％、
さらなる元素０〜５質量％
（ここで、構成要素の合計は１００質量％である）
を有することを特徴とする前記製造方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の製造方法において、被覆が、１〜４００μｍの範囲にある平均粒度を有する改良剤粉末を用いて行われることを特徴とする前記製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法において、改良剤粉末が、１〜２００μｍの範囲にある平均粒度を有することを特徴とする前記製造方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の製造方法において、被覆（２）が共融組成を有することを特徴とする前記製造方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の製造方法において、熱処理を、出発材料（１）の溶融温度未満、かつ被覆（２）の溶融温度超の温度で行うことを特徴とする前記製造方法。
【請求項１０】
磁気損失が低減された部材（３）であって、請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法を用いて製造可能である前記部材。
【請求項１１】
請求項１０に記載の磁気損失が低減された部材（３）において、炭化物を有する炭化物ミクロ構造を、粒界上に有することを特徴とする前記部材。
【請求項１２】
請求項１１に記載の磁気損失が低減された部材（３）において、炭化物ミクロ構造がセメンタイト構造であることを特徴とする前記部材。
【請求項１３】
請求項１２に記載の磁気損失が低減された部材（３）において、セメンタイト構造が、部分的にパーライト組織として存在することを特徴とする前記部材。
【請求項１４】
請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の磁気損失が低減された部材（３）において、少なくとも原料飽和度の２０〜９０％、及び１００〜１０００Ｈｚの周波数の範囲で、出発材料（１）と比較して、少なくとも１０％の損失低減を有することを特徴とする前記部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気損失が低減された（「磁気損失低減」）部材の製造方法、並びに本方法を用いて製造可能である、磁気損失が低減された部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁鋼板は、通常、ケイ素鉄合金から成り、冷間圧延法で、引き続き焼鈍しにより製造される。鋼板材料の電気抵抗は、電気機器における鋼板の使用に際して、鉄損に強い影響を有する。抵抗は、とりわけ合金のケイ素割合又はアルミニウム割合により決定される。標準的な電磁鋼板の場合、ケイ素含分は、最大３．５質量％である。これは、約０．４５μΩｍの比電気抵抗に相当する。
【０００３】
４質量％超のケイ素含分を有する電磁鋼板は脆く、冷間成形が可能ではないため、これらは、その高い比電気抵抗にも拘わらず、電磁鋼板として使用されない。しかしながら、約３質量％のケイ素割合を有する鉄ケイ素鋼帯を、ケイ素割合が最大６．５質量％に上昇するように、追加的にガス分離及び熱処理によって改良することが可能である。これにより、約０．８μΩｍという明らかにより高い比電気抵抗が結果として得られる。しかしながらこれにより、磁気飽和点も低下する。
【０００４】
電磁鋼板に、軟磁性特性（つまり、１０Ａ／ｃｍ未満の保磁力ＨＣ）及び殊に低周波数における僅かな鉄損を付与するために、電磁鋼板を、Ｓｉ若しくはＡｌ割合を有する低炭素鉄基合金から製造する。これによって、電磁鋼板に均一な電気抵抗が付与される。高い炭素含分を有する、代替的な、非常にコストの低い鉄基鋼板は、僅かな電気抵抗を有する。さらに、鋼板における均一な炭素含分を原因として、鉄基鋼板は不良な軟磁性特性を有する（これは高い保磁力で表される）。そのような鉄基鋼板は、必要とされる効率が僅かである低コストの電気モータでしか使用されない。
【０００５】
鋼板ではない中実部材（例えば、クロ−ポール型発電機のロータ）も、高い電気抵抗及び良好な軟磁性特性を有する必要があり、これらは、例えば低炭素鉄基合金を基礎とする、より高度に合金化させた鋼を使用することで達成される。そうでなければ、稼動時の高い鉄損を原因として、とりわけ高い回転数で生じる高周波の交番磁界割合が発生する可能性があり、これによってロータ原料において渦電流が発生する。これは、局所的な加熱につながりかねない。
【０００６】
発明の概要
本発明による方法によって、アクチュエータにおける、電気機器の軟磁性ロータ若しくはステータにおける、電磁鋼板としての、又はセンサにおける使用が意図されている、殊に軟磁性の、磁気損失が低減された（磁気損失低減）部材の製造が可能となる。その製造は、２０Ａ／ｃｍ未満の保磁力ＨＣを有する出発材料、殊に１０Ａ／ｃｍ未満の保磁力ＨＣを有する軟磁性出発材料の部材から出発して行われる。用意する出発材料は、鉄４９〜９９．９７質量％、ケイ素０〜７質量％、クロム０〜２０質量％、及びコバルト０〜５０質量％を含有する。つまり、純鉄材料と鉄コバルト材料のどちらも出発材料として適している。さらに出発材料は、炭素０．０３〜２．００質量％、好ましくは炭素０．０６〜２．００質量％、特に好ましくは炭素０．０６〜１．００質量％を含有する。つまり、これらは低コストの高炭素出発材料である。出発材料は、０〜５質量％のさらなる元素を含有してもよい。これらは、殊に、マンガン、モリブデン、タングステン、バナジウム、硫黄、及びリン、つまり一般に鉄と共に産出される元素から成る群から選択されている。出発材料における構成要素の合計は、１００質量％である。
【０００７】
出発材料からの部材は、殊に改良剤粉末を用いて、一層で被覆される。この層は、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％、ニッケル０〜１００質量％、コバルト０〜１００質量％、硫黄０〜１００質量％、及びさらなる元素０〜５質量％を含有する。前記層は、好ましくは、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％、及びさらなる元素０〜５質量％を含有する。さらなる元素は、殊に出発材料のさらなる元素と同一の群から選択されている。改良剤粉末における構成要素の合計は、１００質量％である。
【０００８】
本発明による磁気損失低減部材を得るために、被覆した部材を熱処理する。その際、改良剤粉末及び出発材料の元素が互いに拡散する。ケイ素、クロム、リン、モリブデン、タングステン、チタン、ニッケル、コバルト、若しくは硫黄の含分を上昇させることで、出発材料全体における電気抵抗が上昇し、これによりその磁気損失が低減される。同時に、出発材料における炭素の溶解度が下がる。炭素は、好ましくは出発材料の粒界において、炭化鉄として、例えばセメンタイト（これは、組織中で例えば部分的にパーライトとして表れる）として析出される。出発材料がそのために炭化物ミクロ構造を有する必要はまだない。しかしながら、本方法において、例えば炭化物微細構造などのミクロ構造を既に有する出発材料を使用することも可能であり、このミクロ構造は本方法で追加的に改良される。特定の分野においてそのようにして、出発材料の炭素含分をより高価な低炭素材料の炭素含分に減少させることができ、これにより出発材料はより良好な軟磁性の材料特性を得る。とりわけ、損失特性は、材料中の電気抵抗を局所的に上昇させる炭素ミクロ構造が形成されることで改善される。それにより広範囲の渦電流が抑制され、鉄損が明らかに低減される。磁気損失低減部材が鋼板である場合、炭素ミクロ構造によって、機械的特性、例えば弾性限界が、出発材料と比較して明らかに改善される。
【０００９】
処理する部材の出発材料が純粋な鉄材料である場合、そのケイ素含分が最大４質量％であることが好ましい。これにより、まず出発材料は高い延性を有し、その加工が容易になる。延性がもはや必要とされない場合、本発明による部材の材料（これは高いケイ素割合が原因で出発材料に比べておそらくは脆化している）に対する改良を、出発材料の加工に引き続き行ってよい。
【００１０】
好適には、部材は出発材料の粒界において炭化物の増加物をまだ有さない。そのような炭化物の増加物は、従来の方法で硬化処理の際に形成され、この硬化処理において、粒界における炭化物の増加物だけでなく、さらに炭化物の析出物が生じる。しかしながら、このさらなる炭化物の析出物によって、出発材料の軟磁性特性が悪化する恐れがある。
【００１１】
改良剤粉末による部材の容易な被覆を可能にするために、この粉末は、好ましくは１〜４００μｍの範囲、特に好ましくは１〜２００μｍの範囲にある平均粒度を有する。改良剤粉末による部材の被覆は、通例の被覆方法で行うことができ、例えば、タンポン印刷、懸濁液浸漬、溶融亜鉛めっき漬け、又は金属溶射である。部材を鋼板として使用する場合、連続的な被覆を可能にするため、連続浸漬法が好ましい。
【００１２】
改良剤粉末は、元素を特に容易に、部材へと拡散導入させることを可能にするため、共融組成を有するのが好ましい。
【００１３】
部材の熱処理は、好ましくは、出発材料の溶融温度未満、かつ被覆の溶融温度超の温度で行われる。溶融させた被覆で部材表面を湿潤させることで、その元素を特に容易に出発材料に拡散導入することができる。その際、熱処理の温度が出発材料の溶融温度未満である限り、部材が熱処理の際に変形しないことが保障されている。
【００１４】
本方法を用いて製造可能である、磁気損失が低減された部材は、原料飽和度（Ｍａｔｅｒｉａｌｓａｅｔｔｉｇｕｎｇ）の少なくとも２０〜９０％の範囲において、及び１００〜１０００Ｈｚの範囲にある周波数において、出発材料と比較して、殊に磁気損失が少なくとも１０％低減されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の実施例は図面に示されており、下記の記載でより詳細に説明される。
【図１】規格ＤＩＮ  ＥＮ１０１１１によるＤＤ１１スチールの組織の金属組織学的な断面を示す。
【図２】本発明による方法の実施例における出発材料の改良剤粉末元素の拡散導入を概略的に示す。
【図３】本発明の実施例による部材の組織の金属組織学的な断面を示す。
【図４】本発明の実施例による部材の磁気損失低減材料の断面を概略的に示す。
【図５】本発明の実施例による磁気損失低減材料からの部材の、出発材料に対する相対的な損失低減利得をグラフで示す（周波数を横軸とする）。
【図６】本発明による部材の実施例で表れる、本発明による方法で製造されたパーライト組織を示す。
【実施例】
【００１６】
本発明による方法の第一の実施例において、クロ−ポール型発電機のロータを用意する。これは、規格ＤＩＮ  ＥＮ１０１１１による低合金の鉄基材料ＤＤ１１スチールから成り、鉄９９質量％超、及び炭素約０．０６質量％、及びさらなる不純物１質量％未満を含有する。例示的な金属組織学的断面は図１に示されている。ロータを、懸濁液浸漬法によって、改良剤粉末で被覆する。この粉末は、鉄８０質量％及びケイ素２０質量％を含有する粒子から成る。この粒子は、７３μｍの平均粒度、及び１，１７２℃の溶融温度を有する。被覆したロータを１，２００℃の温度で熱処理する。図２に示されているように、図１に示される組織を有するロータは、その鉄Ｆｅ中に、溶解した炭素Ｃを含有する。被覆２の元素がロータ中に拡散導入されると、出発材料１における炭素溶解度が下がり、炭素の一部が、粒界において炭化物微細構造１１に変化する。この炭化物微細構造は図３に図示されている。そこでは、炭素が主にセメンタイトとして、パーライト構造の形で析出される。それによって、ロータにおける出発材料１は、部材３の本発明による材料（図４に図示）になる。出発材料１に対する、磁気損失低減材料からのロータの損失低減利得△Ｐを、０．５Ｔ、１Ｔ、及び１．５Ｔの磁束密度Ｂについて測定し、周波数ｆを横軸とし、相対的な利得として図５に図示する。殊に高周波数、及び０．５Ｔという低い磁束密度の場合、明らかな損失低減利得が測定可能である。光学顕微鏡を用いることで、ロータの試験体断面において、炭化物の析出物（図３及び図６に図示）が認識可能である。これは、走査型電子顕微鏡を用いることで、セメンタイト、及び／又はＦｅ及びＦｅ３Ｃからの薄層体を有するパーライト構造であると同定することができる。
【００１７】
本発明による方法の第二の実施例において、ケイ素２質量％、及び炭素０．１質量％、及び残分の鉄、及び僅かな不純物（不純物は１％未満）から成る電磁鋼板を用意する。それを、連続浸漬法によって、本発明の第一の実施例でも使用した改良剤粉末で被覆する。引き続き、連続して１，２００℃の温度で熱処理を行う。そのように得られた改良済の電磁鋼板も、その出発材料と比較して、明らかな損失低減利得、改善された機械的特性、殊により高い弾性限界を有し、良好な軟磁性特性を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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