DE1291028B

DE1291028B - Verfahren zur Herstellung einer duennen, elektrisch isolierenden Oberflaechenschichtauf Eisenpulver zur Verwendung in Magnetkernen

Info

Publication number: DE1291028B
Application number: DEN21993A
Authority: DE
Inventors: Andrew Jack Frederick; Clarke Sydney George
Original assignee: NAT RES DEV
Current assignee: NAT RES DEV
Priority date: 1961-08-31
Filing date: 1962-08-22
Publication date: 1969-03-20
Also published as: GB1046241A; US3245841A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen, elektrisch isolierenden Oberflächenschicht auf Eisenpulver zur Verwendung in Magnetkernen, beispielsweise Dämpfungselementen, durch Behandeln des Eisenpulvers mit einer phosphorsauren Lösung, anschließendes Waschen und Trocknen.
Bisher wurde es als schwierig angesehen, die die Eisenpulverteilchen umgebende Phosphatisolierhaut so gleichmäßig ausfallen zu lassen, wie es im fabrikatorischen Verfahren erwünscht ist. Man war der Auffassung, daß sich durch den chemischen Angriff die Dicke und die Gleichmäßigkeit dieser isolierenden Deckhaut schwer genau einregeln ließ, weshalb verhältnismäßig dicke Phosphatschichten aufzubringen waren, um eine ausreichend hohe Isolation zu erreichen. Als Ausweg wurde in diesem Zusammenhang ein Verfahren beschrieben, nach dem Nichteisen-Phosphatteilchen ohne chemische Reaktion auf die Eisenpulverteilchen aufgebracht werden, wodurch sich Deckschichten ohne feste Bindung mit dem Eisen bilden, die in brauchbar geringer Stärke nur eine unvollkommene Isolierung ergeben.
Außerdem ist es bekannt, Bleche mit einer relativ dicken Phosphatschicht zu überziehen, die zusätzlich ein anorganisches Pigment, z. B. Cr,0.3, enthält und nach der Aufbringung eingebrannt wird. Man hat auf Blechen Phosphatschichten auch aus alkalischen Phosphatlösungen erzeugt. Schließlich wurden auch schon korrosionshindernde überzüge auf gegebenenfalls mit einem anderen Metall überzogene Eisenbleche aus einer Lösung mit etwa 5% Phosphorsäure und 311/o Chromsäure aufgebracht. Derartig hohe Säurekonzentrationen führen in relativ kurzer Zeit zu verhältnismäßig dicken, aber nicht vollkommen dichten überzügen, die keine guten isolierenden Eigenschaften haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung einer dünnen, elektrisch isolierenden Oberflächenschicht auf Eisenpulver derart auszubilden, daß die Oberflächenschicht vollkommen dicht ist, am Eisenpulver gut haftet und dem zu einer kompakten Masse geformten Eisenpulver schon in dünner Schicht einen spezifischen Widerstand von wenigstens 1 Megohm - cm verleiht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß Eisenpulver einer Teilchengröße von nicht mehr als etwa 10 bum mit einer Gesamtmenge von 0,5 bis 2,5 % des Eisenpulvergewichts an Phosphorsäure und einer Gesamtmenge von 0,5 bis 2,511/o des Eisenpulvergewichts an Chromsäure in einer Lösung von mindestens 21 Wasser je 1 kg Eisenpulver in der Weise behandelt wird, daß man die Mischung ausreichend 'rührt, um die Teilchen in der Flüssigkeit suspendiert zu halten, und die Säurezugabe zur Eisenpulversuspension über die Behandlungsdauer derart verteilt, daß die Konzentration dieser Säure in der Lösung 0,1% nicht überschreitet.
Die Anwesenheit von insgesamt wenigstens etwa 1/2 Gewichtsprozent Chromsäure trägt zur Bildung eines stabilen und weitgehend kontinuierlichen Eisenphosphatüberzuges bei, und durch Begrenzung der verwendeten Phosphorsäuremenge, d. h. ebenfalls insgesamt wenigstens etwa 1/2 Gewichtsprozent des zu behandelnden Eisenpulvers, kann ein sehr dünner, jedoch einen hohen Widerstand aufweisender Überzug gebildet werden, der die behandelten Teilchen vorwiegend als metallisches Eisen zurückläßt, das jedoch als verdichtete Masse einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweist.
Die Behandlung wird schnell durchgeführt, indem man das Eisenpulver in einer verdünnten Lösung, welche Phosphorsäure und Chromsäure enthält, suspendiert. Die Anwesenheit der Chromsäure ist anfangs nicht notwendig, wenn sich bei der Behandlung von relativ unaktivem Eisenpulver ergibt, daß ihre spätere Zugabe zweckmäßiger ist.
Die Dicke des gebildeten widerstandsfähigen überzuges ist von der Menge und Konzentration der verwendeten Säuren in den genannten Grenzen abhängig, die daher normalerweise auf die Beträge beschränkt werden, die zur Herstellung eines Pulvers mit dem gewünschten Wert des spezifischen Widerstandes notwendig sind.
Das Volumen der Lösung muß ausreichend sein, um das Eisenpulver schnell durch kräftiges Rühren zu suspendieren und einen geeigneten Verdünnungsgrad für die Reaktion mit der Phosphor- und Chromsäure zu ergeben. Daher verwendet man wenigstens 21 Wasser je 1 kg Eisenpulver. Um eine zu hohe Säurekonzentration während der überzugsbildung zu vermeiden, werden die Säuren nach und nach zugefügt, wobei die Konzentration jeder der Säuren während dieser Periode 0,111/o oder weniger, vorzugsweise etwa 0,0511/o oder weniger ist und die Einwirkung durch Erschöpfen der Säurelösung beendet wird.
Der Prozeß kann durch Erhöhung der Lösungstemperatur gefördert werden, zweckmäßig durch Erwärmen auf 50 bis 80° C. Er sollte mit Materialien hoher Reinheit, die möglich wenig Verunreinigungen enthalten, durchgeführt werden.
Ein Eisenpulver, das so behandelt werden kann, daß es einen sehr hohen spezifischen Widerstand (über 100 Megohm - cm) erhält, besteht aus im wesentlichen kugelförmigen Teilchen mit einer Größe von 1 bis 10 [m, wie z. B. das aus Eisencarbonyl gewonnene Carbonyleisenpulver.
Die Behandlung eines 2-kg-Ansatzes von Eisenpulver wird nach den folgenden allgemeinen Richtlinien durchgeführt.
Das Eisenpulver wird in etwa 41 Wasser bei 50 bis 80° C kräftig gerührt. 1 1 einer Lösung, die 20 g Chromsäure und 20 g Phosphorsäure enthält, wird langsam während einer Dauer von 10 bis 30 Minuten zu der gerührten und bei 50 bis 80° C gehaltenen Lösung hinzugefügt. Am Schluß wird das Pulver von der Flüssigkeit abgetrennt, sorgfältig gewaschen und getrocknet.
Dickere Isolierüberzüge werden durch entsprechende Erhöhung der Mengen an verwendeten Säuren sowie durch Verlängerung der Behandlungsdauer hergestellt.
Das Verhalten des Eisenpulvers hinsichtlich der Bildung des Oberflächenüberzugs durch diese Behandlung hängt von der Reinheit des Pulvers ab, insbesondere bei Carbonyleisenpulvern von deren Kohlenstoffgehalt. Ein Eisen mit niederem Kohlenstoffgehalt ist im allgemeinen weniger reaktionsfreudig als ein Eisen mit hohem Kohlenstoffgehalt. Das folgende Verfahren für ein Carbonyleisen mit geringem Kohlenstoffgehalt, das weniger als 0,050/0C enthält, ist als Beispiel wiedergegeben.
300 g Eisenpulver werden unter kräftigem Rühren bei 65 bis 70'i' C zu 400 ml destilliertem Wasser gegeben. Dann werden 100 ml einer Lösung, die 1,3 ml Phosphorsäure (Dichte 1,75) enthält, zu der gerührten Suspension hinzugefügt, jeweils 10 ml in Intervallen von je einer Minute. Darauf gibt man 100 ml einer Lösung, die 2 g Chromsäure enthält, hinzu, wieder jeweils 10 ml in Intervallen von je einer Minute. Das Rühren wird weitere 5 Minuten fortgesetzt und die Temperatur des Gemisches durchweg bei 65 bis 70" C gehalten.
Dann werden unter sorgfältigem Rühren 500 ml destilliertes Wasser zugefügt. Anschließend läßt man das Pulver absetzen und dekantiert die Flüssigkeit. Das Waschen und das Abtrennen der Flüssigkeit werden zwei- oder dreimal wiederholt, bis die dekantierte Flüssigkeit frei von gelber Färbung ist und die löslichen Chemikalien ausgewaschen sind.
Das Pulver wird dann in 500 ml Methylalkohol gerührt, abfiltriert (unter Verwendung eines Büchnertrichters und Whatmanfilters, Papier Nr. 541), erneut mit 200 ml Methylalkohol gewaschen und schließlich ausgebreitet und in einem Ofen bei etwa 80° C 1. Stunde lang getrocknet.
Wenn das Eisenpulver einen höheren Kohlenstoffgehalt hat, z. B. 0,6 % C, kann der Prozeß vereinfacht werden. An Stelle der Zugabe einer Phosphorsäurelösung mit anschließender Zugabe einer Chromsäurelösung werden 100 ml einer kombinierten Lösung, die 1,3 ml Phosphorsäure (Dichte 1,75) und 2 g Chromsäure enthält, zugefügt, und zwar jeweils 10 ml in Abständen von 2 Minuten, so daß die Lösung innerhalb von 20 Minuten zugefügt ist.
Als Ergebnis dieser Behandlung bekommt das Eisenpulver mit hohem Kohlenstoffgehalt eine dunkle Khakifarbe, während Pulver mit niederem Kohlenstoffgehalt dunkelgrau sind und nur wenig ihre Farbe ändern.
Gut behandelte Carbonyleisenpulver (durchschnittliche Teilchengröße 3 bis 7 jm) von sowohl hohem als geringem Kohlenstoffgehalt sollten noch einen hohen Anteil ihres Metallgehalts beibehalten (über 95 %), während der Überzug auf den Eisenteilchen ausreicht, um einen Gesamtphosphatgehalt von 0,7 bis 1.,0% und einen Chromgehalt von 0,1 bis 0,5% zu gewährleisten. Die Dicke des Überzuges liegt wahrscheinlich in der Größenordnung von 0,05 [m.
Das wichtigste Merkmal des erfindungsgemäß behandelten Carbonyleisenpulvers ist der hohe Wert des elektrischen Widerstandes. Für verdichtete Pulver von sowohl hohem als auch geringem Kohlenstoffgehalt betragen die gemessenen spezifischen Widerstände über 100 Megohm - cm.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung einer dünnen, elektrisch isolierenden Oberflächenschicht auf Eisenpulver zur Verwendung in Magnetkernen, beispielsweise Dämpfungselementen, durch Behandeln des Eisenpulvers mit einer phosphorsauren Lösung, anschließendes Waschen und Trocknen, dadurch gekennzeichnet,daß Eisenpulver einer Teilchengröße von nicht mehr als etwa 10 Etm mit einer Gesamtmenge von 0,5 bis 2,5 % des Eisenpulvergewichts an Phosphorsäure und einer Gesamtmenge von 0,5 bis 2,5% des Eisenpulvergewichts an Chromsäure in einer Lösung von mindestens 21 Wasser je 1 kg Eisenpulver in der Weise behandelt wird, daß man die Mischung ausreichend rührt, um die Teilchen in der Flüssigkeit suspendiert zu halten, und die Säurezugabe zur Eisenpulversuspension über die Behandlungsdauer derart verteilt, daß die Konzentration jeder Säure in der Lösung 0,1% nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Eisenpulvers zwischen 50 und 80° C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Behandlung von Carbonyleisenpulver geringen Kohlenstoffgehalts, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenpulver zunächst mit Phosphorsäure in Lösung behandelt wird, bevor die Chromsäurelösung zugesetzt wird.