发明领域本发明总体上涉及用于对软磁体中的磁性质进行定制的方法及由此获得的磁结构。
背景技术：
0、发明背景
1、磁体是产生磁场的材料或物体。磁场建立作用在其他磁体或铁磁性材料(诸如铁、钢、镍或钴)上的力。永磁体是由已磁化的并建立其自身的持久磁场的材料制成的物体。永磁体的应用包括但不限于电动车辆电机、电动起飞辅助电机和传感器、磁分离器和磁检测器。
2、一些铁磁性材料是诸如退火铁的软磁材料(“软磁体”)。软磁体可以是已磁化的，但不趋向于保持磁化。另一方面，硬磁材料(“硬磁体”)典型地难以退磁。硬磁体具有高磁矫顽力，而软磁体具有相对低的磁矫顽力。软磁体的应用包括变压器铁芯、电机、发电机、电感器和电磁体。
3、大多数现代电力机器采用导磁的软铁磁性材料(诸如钢或磁铁)，其几何形状用于引导磁场并提供用于能量传递的有效介质。常见的用于此目的的磁性材料是无取向电工钢薄片材的堆叠叠层。用于电机的功能性软磁材料典型地是硅铁(fesi)合金。
4、为了改善磁性质，软磁材料可以与其他材料合金化并且进行热处理以优化微观结构。此工艺引入了阻碍磁畴壁移动并且显著损害磁性质的缺陷、晶界和杂质。常规工艺利用对机器芯的计算机辅助设计来开发用于切割和冲孔模具的特殊精密工具，这些模具用于模具成型和冲压的目的。然后将fesi片材冷轧至叠层所需的厚度并且切割至所需的尺寸。这些片材涂布有抵抗涡流流动的绝缘材料。然后进行冲压和冲孔以将片材成形为所期望的几何形状。然后通过销连接或焊接将片材堆叠在对齐夹具上。可能需要对堆叠体进行后机加工和热处理，以防止由冲压、焊接和互锁产生的应力而引起的劣化。在常规工艺中，分别在各个过程对若干叠层进行冲压、堆叠、测量、机加工和精加工。因此，劳动时间和生产时间可能很长。
5、期望新的或改进的方法、结构和系统来定制软磁材料中的磁性。当前的加掩模和整体渗氮工作限于低饱和合金。现有技术的方法需要对耐热清漆的表面进行加掩模和去掩模。加掩模和去掩模是劳动密集型的，并且不可快速重复。
6、期望一种可扩展的低成本工艺来选择性地合金化转子的磁性表面，该转子是电磁系统(诸如电动机、发电机、或交流发电机)的关键部件。总体上，需要用于对软磁材料的行为进行定制的方法。
技术实现思路
1、本发明解决了本领域中的前述需求，如现在将进行概述的以及然后在下文中详细地进一步描述的。
2、一些变型提供了一种对软磁材料的表面进行定制的方法，该方法包括：
3、(a)提供选定的铁磁性受体材料；
4、(b)提供选定的奥氏体相稳定化供体材料；
5、(c)将选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在铁磁性受体材料的一个或多个第一表面区域上；
6、(d)不将选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在铁磁性受体材料的一个或多个第二表面区域上；
7、(e)将选定的奥氏体相稳定化供体材料激光熔化到该一个或多个第一表面区域中，以形成熔化的奥氏体相稳定化供体材料；以及
8、(f)使熔化的奥氏体相稳定化供体材料凝固，以形成位于该一个或多个第一表面区域内的固体奥氏体相稳定化供体材料，从而使铁磁性受体材料在该一个或多个第一表面区域中选择性地合金化，
9、其中，该一个或多个第一表面区域的特征在于步骤(f)中的选择性合金化之后的第一平均磁导率，
10、其中，该一个或多个第二表面区域的特征在于第二平均磁导率，并且
11、其中，第一平均磁导率高于第二平均磁导率。
12、在一些实施例中，该方法不采用掩模。在一些实施例中，该方法不采用化学处理。
13、在一些方法中，在步骤(c)中，奥氏体相稳定化供体材料以粉末颗粒形式沉积。可替代地或另外地，在步骤(c)中，奥氏体相稳定化供体材料可以以膜、箔或网状物形式沉积。
14、在一些方法中，选定的铁磁性受体材料选自由fesi、feni、feco、nico、fesial及其组合组成的组。
15、在一些方法中，选定的奥氏体相稳定化供体材料选自由ni、mn、co、cr、si、mo、nb、ti、mg、cu、al、n、c、b及其组合组成的组。
16、在步骤(c)中，例如，可以使用以下方式来将选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在该一个或多个第一表面区域上：浆料涂布、激光熔覆、电子束熔覆、电镀、无电镀、丝材电弧沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂、等离子体喷涂或其组合。
17、在步骤(f)之后，该一个或多个第一表面区域可以具有例如从约1微米至约3000微米的平均厚度。在某些实施例中，平均厚度为从约100微米至约500微米。
18、在一些方法中，第一平均磁导率比第二平均磁导率高至少90％。在某些实施例中，第一平均磁导率比第二平均磁导率高至少99％(诸如至少99.9％或至少99.99％)。
19、例如，软磁材料可以存在于电动机中的转子中。
20、其他变型提供了一种对软磁材料的表面进行定制的方法，该方法包括：
21、(a)提供选定的铁磁性受体材料；
22、(b)提供选定的奥氏体相稳定化供体材料；
23、(c)将选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在铁磁性受体材料的一个或多个第一表面区域上；
24、(d)不将选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在铁磁性受体材料的一个或多个第二表面区域上；以及
25、(e)将选定的奥氏体相稳定化供体材料激光烧蚀到该一个或多个第一表面区域中，以迫使选定的奥氏体相稳定化供体材料渗透到该一个或多个第一表面区域中，从而使铁磁性受体材料在该一个或多个第一表面区域中选择性地合金化，
26、其中，该一个或多个第一表面区域的特征在于第一平均磁导率，
27、其中，该一个或多个第二表面区域的特征在于第二平均磁导率，并且
28、其中，第一平均磁导率高于第二平均磁导率。
29、在采用激光烧蚀的一些实施例中，该方法不采用掩模、化学处理、或这些中的任一种。
30、在一些方法中，在步骤(c)中，选定的奥氏体相稳定化供体材料以粉末颗粒形式沉积。
31、选定的铁磁性受体材料可以选自由fesi、feni、feco、nico、fesial及其组合组成的组。
32、选定的奥氏体相稳定化供体材料可以选自由ni、mn、co、cr、si、mo、nb、ti、mg、cu、al、n、c、b及其组合组成的组。
33、在采用激光烧蚀的一些实施例中，在步骤(c)中，例如，可以使用以下方式来将选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在该一个或多个第一表面区域上：电沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂、等离子体喷涂或其组合。
34、在一些方法中，该一个或多个第一表面区域具有从约1微米至约3000微米的平均厚度。
35、第一平均磁导率比第二平均磁导率高至少90％。
36、软磁材料可以存在于电动机中的转子中。
37、一些变型提供了一种具有表面定制磁导率的软磁体，其中，软磁体包括：
38、(i)第一区域，该第一区域包括第一芯区域和第一表面区域，其中，该第一芯区域包含铁磁性材料，并且其中，该第一表面区域包含奥氏体相稳定化供体材料；以及
39、(ii)第二区域，该第二区域包括第二芯区域，其中，该第二芯区域包含铁磁性材料，并且其中，该第二区域不包含奥氏体相稳定化供体材料；
40、其中，第一表面区域具有从约1微米至约3000微米的平均厚度，
41、其中，第一区域的特征在于第一平均磁导率，
42、其中，第二区域的特征在于第二平均磁导率，并且
43、其中，第一平均磁导率高于第二平均磁导率。
44、某些实施例提供了一种具有表面定制磁导率的软磁体，其中，软磁体包括：
45、(i)第一区域，该第一区域包括第一芯区域和第一表面区域，其中，该第一芯区域包含铁磁性材料，并且其中，该第一表面区域包含第一浓度的奥氏体相稳定化供体材料；以及
46、(ii)第二区域，该第二区域包括第二芯区域和第二表面区域，其中，该第二芯区域包含铁磁性材料，其中，该第二表面区域包含第二浓度的奥氏体相稳定化供体材料，并且其中，奥氏体相稳定化供体材料的第二浓度低于奥氏体相稳定化供体材料的第一浓度；
47、其中，第一表面区域具有从约1微米至约3000微米的平均厚度，
48、其中，第一区域的特征在于第一平均磁导率，
49、其中，第二区域的特征在于第二平均磁导率，并且
50、其中，第一平均磁导率高于第二平均磁导率。
51、在一些软磁体中，铁磁性材料选自由fesi、feni、feco、nico、fesial及其组合组成的组。
52、在一些软磁体中，奥氏体相稳定化供体材料选自由ni、mn、co、cr、si、mo、nb、ti、mg、cu、al、n、c、b及其组合组成的组。
53、在一些软磁体中，第一表面区域的平均厚度为从约100微米至约500微米。
54、在软磁体的第一区域中，例如，第一表面区域的厚度可以为第一芯区域的厚度的约0.1％至约50％。
55、在一些软磁体中，第一平均磁导率比第二平均磁导率高至少90％。在某些软磁体中，第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少一个数量级。在不同实施例中，第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少两个、三个或四个数量级(四个数量级是10000:1对比率)。
56、软磁体可以包含第一区域和/或第二区域的多个实例。
57、例如，软磁体可以存在于电动机中的转子中。
1.一种对软磁材料的表面进行定制的方法，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法不采用掩模。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法不采用化学处理。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述选定的奥氏体相稳定化供体材料以粉末颗粒形式沉积。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述选定的奥氏体相稳定化供体材料以膜、箔或网状物形式沉积。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述选定的铁磁性受体材料选自由fesi、feni、feco、nico、fesial及其组合组成的组。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述选定的奥氏体相稳定化供体材料选自由ni、mn、co、cr、si、mo、nb、ti、mg、cu、al、n、c、b及其组合组成的组。
8.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，使用以下方式来将所述选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在所述一个或多个第一表面区域上：浆料涂布、激光熔覆、电子束熔覆、电镀、无电镀、丝材电弧沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂、等离子体喷涂或其组合。
9.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(f)之后，所述一个或多个第一表面区域具有从约1微米至约3000微米的平均厚度。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述平均厚度为从约100微米至约500微米。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少90％。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少99％。
13.一种对软磁材料的表面进行定制的方法，所述方法包括：
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述方法不采用掩模或化学处理。
15.如权利要求13所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述选定的奥氏体相稳定化供体材料以粉末颗粒形式沉积。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述选定的铁磁性受体材料选自由fesi、feni、feco、nico、fesial及其组合组成的组。
17.如权利要求13所述的方法，其中，所述选定的奥氏体相稳定化供体材料选自由ni、mn、co、cr、si、mo、nb、ti、mg、cu、al、n、c、b及其组合组成的组。
18.如权利要求13所述的方法，其中，在步骤(c)中，使用以下方式来将所述选定的奥氏体相稳定化供体材料沉积在所述一个或多个第一表面区域上：电沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂、等离子体喷涂或其组合。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个第一表面区域具有从约1微米至约3000微米的平均厚度。
20.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少90％。
21.一种具有表面定制磁导率的软磁体，其中，所述软磁体包括：
22.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述铁磁性材料选自由fesi、feni、feco、nico、fesial及其组合组成的组。
23.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述奥氏体相稳定化供体材料选自由ni、mn、co、cr、si、mo、nb、ti、mg、cu、al、n、c、b及其组合组成的组。
24.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述平均厚度为从约100微米至约500微米。
25.如权利要求21所述的软磁体，其中，在所述第一区域中，所述第一表面区域的厚度为所述第一芯区域的厚度的约0.1％至约50％。
26.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少90％。
27.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少一个数量级。
28.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述第一平均磁导率比所述第二平均磁导率高至少两个数量级。
29.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述软磁体包含所述第一区域和/或所述第二区域的多个实例。
30.如权利要求21所述的软磁体，其中，所述软磁体存在于电动机中的转子中。
