DE3422281A1

DE3422281A1 - Verfahren zur herstellung von formlingen aus magnetischen metallegierungen und so hergestellte formlinge

Info

Publication number: DE3422281A1
Application number: DE19843422281
Authority: DE
Inventors: Ryusuke Morristown N.J. Hasegawa; Robert Edward Dover N.J. Hathaway
Original assignee: Allied Corp
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1983-06-20
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1984-12-20
Also published as: JPH0542497B2; JPS6024346A

Description

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Verfahren zur Herstellung von Formun

gen aus magnetischen Metallegierungen und so hergestellte Formlinge

' ■ Die Erfindung betrifft magnetische Gegenstände, die aus Magnetkernen, Polschuhen und dergleichen bestehen, und ein Verfahren zur Herstellung derselben aus Metallglaspulver.

Amorphe Metallegierungen und daraus hergestellte Gegenstände sind von Chen und PoIk in der US-PS 3 856 513 beschrieben. Diese Patentschrift beschreibt bestimmte neue Metallegierungszusammensetzungen, die man im amorphen Zustand erhält und die besser als bisher bekannte kristalline Legierungen auf der Basis der gleichen Metalle sind. Diese Zusammensetzungen lassen sich leicht zum amorphen Zustand abschrecken und besitzen erwünschte physikalische Eigenschaften. Es wurde auch bereits beschrieben, daß Pulver solcher amorphen Metalle mit Teilchengrößen im Bereich von etwa 10 μπι bis 250 μπι erhalten werden können, indem man die geschmolzene Legierung unter Bildung von Tröpfchen derselben atomisiert und die Tröpfchen in einer Flüssigkeit, wie Wasser, gekühlter Salzlösung oder flüssigem Stickstoff, abschreckt.

Die Herstellung magnetischer Gegenstände durch Verdichtung von Permalloy und anderen kristallinen Legierungspulvern ist bekannt. Neue Anwendungen, die verbesserte magnetische Eigenschaften erfordern, machten Bemühungen notwendig, Legierungen und Kompaktier- oder Verdichtungsverfahren zu entwikkein, die gleichzeitig die Festigkeit und das magnetische Ansprechen magnetischer Gegenstände erhöhen.

Die vorliegende Erfindung liefert amorphe Metallegierungspulver, die besonders für die Verdichtung oder Kompaktierung bzw. das Pressen zu Körpern mit ausgezeichneter Festigkeit und magnetischer Reaktion geeignet sind. Außerdem liefert die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung magnetischer Gegenstände, bei dem eine Verdichtung oder Kompaktierung

glasartiger Metallpulver unter Anwendung von mechanischem Druck und/oder eines Bindemittels bei erhöhter Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur des Materials erfolgt. Diese Erfindung lehrt auch die optimalen Größen und bevorzugten Legierungszusammensetzungen der Pulver, geeigneter Bindemittelmaterialien und von Hitzebehandlungen zur Nachbearbeitung.

Gegenstände, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurden, haben geringen Kernverlust und hohe Permeabilität. Typischerweise haben solche verdichteten oder kortipaktierten magnetischen glasartigen Metallegierungen eine anfängliche relative magnetische Permeabilität von wenigstens etwa 70 bei einer Frequenz von 5 kHz und einer Induktion von 0,1-Tesla. Der hier verwendete Begriff "relative Permeabilität" soll das Verhältnis der durch ein bestimmtes Feld in einem Medium erzeugten magnetischen Induktion zu der durch das gleiche Feld in Vakuum erzeugten magnetischen Induktion bedeuten.

Die magnetischen kompakten Körper mit hoher Permeabilität nach der vorliegenden Erfindung werden allgemein aus glasartigen oder amorphen Metallegierungen in Pulverform hergestellt. Das allgemeine Verfahren zur Herstellung von Metallglaspulvern aus Legierungen umfaßt eine Stufe schnellen Abschreckens geschmolzener Legierungen und eine anschließende Pulverisierstufe. Die Herstellung einer glasartigen Legierung kann erfolgen, indem man die in der US-PS 3 856 553 beschriebene Methode befolgt. Die resultierenden Bögen, Bander, Streifen und Drähte sind brauchbare Vorläufer für die hier beschriebenen Materialien. Die Pulverisierung dieser amorphen Materialien geschieht folgendermaßen: Ein amorphes Material in der Form eines Bogens, Bandes, Drahtes oder von Flocken wird bis oberhalb seiner Versprödungstemperatur, doch unterhalb seiner Kristallisationstemperatur erhitzt und mechanisch zerstoßen. Die resultierenden Flocken und Pulver unterschiedlicher Größen werden gesiebt oder anderweitig klassiert, um Flocken und Pulver erwünschter Größen

342228*

zu sammeln. Alternative Methoden, um glasartige Metallegierungspulver zu . erhalten, sind in der US-Patentschrift 4 290 808 beschrieben.

Ausgehend von dem Pulver ist die Verdichtung oder Kompaktierung des Pulvers die Anfangsstufe bei der Herstellung eines Körpers. Für die Verdichtung bzw. das Pressen geeignetes Pulver kann feines Pulver (mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 2 bis 100 μΐη) , grobes Pulver (mit Teilchengrößen zwischen 100 μΐη und 1000 μπι) und Flocken (mit Teilchengrößen zwischen 1000 μπι und etwa 2 mm) umfassen. Diese Flocken und Pulver werden nachfolgend einfach als Pulver oder Pulverteilchen bezeichnet. Die Verdichtung oder Kompaktierung kann erhalten werden, indem man glasartige Metallegierungspulver preßt oder mit einem Bindemittel aneinander bindet.

Im Falle, daß niedrige Permeabilitäten erwünscht sind, wird ein Teilchendurchmesser von etwa 5 bis 10 μπι verwendet. Für hohe Permeabilitäten werden größere Teilchendurchmesser von etwa 180 μπι oder mehr verwendet. Eine Kombination relativ hoher Permeabilität (z.B. in der Größenordnung von etwa 200 bis 5 kHz und bei 0,1 Tesla Induktion) und ausgezeichneter mechanischer Härte (z.B. in der Größenordnung von etwa 400 kg/mm²) erreicht man durch Verwendung von Teilchen mit einer Maschengröße (US-Standardsiebreihe) von etwa 80. Flockenkerne verwenden größere Teilchen mit parallelen Ebenen. Die Eigenschaften kommen in diesem Fall jenen von Lamellenkernen näher.

Zur Verdichtung oder Kontaktierung können Pulver in evakuierten Dosen eingeschlossen und zu erwünschten Formen bei Temperaturen unterhalb der Glasübergangstemperatur der Legierung gewalzt oder heiß isostatisch gepreßt werden. Außerdem können Pulver unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur im Vakuum, in Luft oder in anderen Schutzgasatmosphären zu irgendeiner erwünschten Form nach herkömmlichen Methoden heiß gepreßt werden. Vorzugsweise werden die Pulver mit ei-

_ *7 —

nem Druck von wenigstens 7 MPa bei einer Temperatur zwischen 85 % und 95 % der Glasübergangstemperatur gepreßt. Dichten gepreßter amorpher Formlinge nahe dem theoretischen Maximum können mit hohen Drücken und Temperaturen mit kurzen Preßzeiten erreicht werden. Die Wirkungen von Zeit, Temperatur und Druck auf die Dichte des kompaktierten Körpers sind in der Tabelle I gezeigt. Wenn die Temperatur auf die Glasübergangstemperatur erhöht wird und der Druck angehoben wird, steigt die relative' Dichte. Die Restzeit kann auf Sekunden minimiert werden, indem man hohen Druck und eine Temperatur nahe der Glasübergangstemperatur verwendet.

Tabelle I

Beziehung zwischen Preßzeit, Temperatur,
Druck und Dichte für glasartige Legierung Fe_7RB,_Si„-Pulver* von +80 Maschen,
zu einem ringförmigen Körper mit einem
Außendurchmesser von 4,15 cm und einem
Innendurchmesser von 2,25 cm verformt

Preßzeit	Preßtemperatur	Druck	Dichte**
(min)	(⁰C)	(MPa)	78,7
10	400	520	80,4
20	400	520	70,9
30	400	210	77,2
30	400	310	80,2
30	400	420	85,2
30	400	520	90,6
30	425	52 0

* Pulvergröße größer als 80 Maschen
** 100 % entsprechen 7,2 g/cm³

Die Pulver können mit einem geeigneten organischen Bindemittel, wie beispielsweise Paraffin usw., vermischt und dann zu geeigneten Formen kalt gepreßt werden. Als Isolator und

'""_B_ 34222Si

!Bindemittel werden Harze, wie Phenolformaldehydharze, z.B. Bakelite (Handelsname der Union Carbide Corporation) verwendet. Andere geeignete Bindemittel sind etwa Kunstharze, trocknende Öle, Rückstände aus der Destillation von Ölen 5 oder Fetten, Lösungen von Pflanzengummis oder Harzen und oxidierte Öl- und Wachsverbindungen. Bestimmte Oxide, wie SiO„, MgO und B₃O₃ können mit Pulvern vermischt werden, und die Gemische können unter Druck bei erhöhten Temperaturen unterhalb der Glasübergangstemperatur oder Kristallisationstemperatur der Pulver kompaktiert werden. Bestimmte Säuren, wie Borat (Borsäure) können mit Pulvern vermischt werden, und die Gemische können unter Druck bei erhöhten Temperaturen unterhalb der Glasübergangs- oder Kristallisationstemperatur der Pulver kompaktiert oder verdichtet werden. In diesem Fall zersetzen sich die Säuren während der Kompaktierung zu bestimmten Oxiden, wie B„0~ für den Fall von Borat, und Wasser, welches während der Kompaktierung verdampft. Die Bindemittelmenge kann bis zu 30 Gewichts-% betragen und liegt vorzugsweise bei weniger als 10 Gewichts-% und stärker bevorzugt zwischen 0,1 und 4 Gewichts-% für Kerne mit hoher Permeabilität. Eine solche geformte Legierung kann eine Dichte von wenigstens 60 % des theoretischen Maximum haben. Der gepreßte Gegenstand kann bei einer relativ niedrigen Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur gehärtet werden, um größere Festigkeit zu ergeben, und dann zu den Endabmessungen gemahlen werden. Das bevorzugte Produkt dieses Verfahrens umfaßt Formlinge, die als magnetische Teile geeignet sind.

Das Härtungsverfahren kann unter gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfeldes durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Härtungsverfahren in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt. Die Verfahren werden an die optimalen Hitzebehandlungszyklen derart angepaßt, daß man ein erwünschtes magnetisches und sturkturmäßiges Produkt aus glasartiger Metallegierung bekommt.

Nach dem Verdichten oder Kompaktieren wird das Endprodukt

auf Endabmessungen geschliffen. Dieses Verfahren ist geeignet, um große Maschinenwerkzeuge einfacher Geometrie herzustellen. Außerdem kann das fertige Produkt gegebenenfalls je nach der speziellen Legierung, die bei der betreffenden Anwendung benutzt wurde, geglüht werden. Der feste Körper hat eine Dichte von nicht weniger als etwa 60 % und vorzugsweise 95 % der Legierung in dem Zustand, wie er dem Formverfahren entstammt.

Ein Metallglas ist ein Legierungsschmelzprodukt, das ohne Kristallisation zu einem starren Zustand abgekühlt wurde. Solche Metallgläser haben allgemein wenigstens einige der folgenden Eigenschaften: Hohe Härte und Kratzbeständigkeit, große Glattheit einer glasartigen Oberfläche, Dimensions- und Formbeständigkeit, mechanische Steifheit, Festigkeit, Duktilität, hohen elektrischen Widerstand im Vergleich mit entsprechenden Metallen und Legierungen derselben, ausgezeichnete magnetische Weichheit und ein diffuses Röntgenstrahlenbeugungsbild.

Der Ausdruck "Legierung", wie er hier im herkömmlichen Sinne verwendet wird, bedeutet ein festes Gemisch von zwei oder mehr Metallen (Condensed Chemical Dictionary, 9. Auflage, Van Norstrand Reinhold Co., New York, 1977). Diese Legierungen enthalten außerdem zugemischt wenigstens ein nichtmetallisches Element. Die Ausdrücke "glasartige Metallegierung", "Metallglas" und "amorphe Metallegierung" sind, wenn sie hier verwendet werden, alle äquivalent zueinander.

Für die Verfahren nach der vorliegenden Erfindung geeignete Legierungen sind beispielsweise solche der Zusammensetzung M M¹, Z , worin M wenigstens eines der Elemente Fe, Ni und Co ist, M¹ wenigstens eines der Elemente Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr und Hf ist, Z wenigstens eines der Elemente B, Si, C und P, "a", "b" und "c" die Atomprozente sind, wobei a + b + c = 100 ist und a im Bereich von etwa 65 bis 88, b im Bereich von etwa 0 bis 7 und c im Bereich von etwa 12 bis 28 liegt.

Bevorzugte ferromagnetische Legierungen nach der vorliegenden Erfindung basieren auf Eisen, Kobalt und/oder Nickel. Die Legierungen auf Eisenbasis haben die allgemeine Zusammensetzung Fe_40-Og(Co und/oder Ni) _0-40(Cr,Mo,W,V,Nb,Ta,Ti,-Zr und/oder Hf) _Q__ (B,Si,C und/oder ^p)i₂-28' ^wobei ^^{e tief}'~ gestellten Ziffern die Atomprozente bedeuten. Die Legierungen auf Kobaltbasis haben die allgemeine Zusammensetzung Co_40-88(Fe und/oder Ni)₀_₄₀(Cr,Mo,W,V,Nb,Ta,Ti,Zr und/oder Hf)q_7(B,Si,C und/oder ^p)i2_28' ^wobei ^di^e tiefgestellten Ziffern die Atomprozente bedeuten. Die Legierungen auf Nikkelbasis haben die allgemeine Zusammensetzung Ni_40-68(Co und/ oder Fe)_20-40(Cr,Mo,W,V,Nb,Ta,Ti,Zr und/oder Hf)___(B,Si,C und/oder ^p)ι 9-28' ^w°kei die tiefgestellten Ziffern die Atomprozente bedeuten.
15

Bevorzugte Legierungen haben Atomprozentsätze von weniger als 5 Atom-% Kohlenstoff, 25 Atom-% Bor, 20 Atom-% Silicium und 10 Atom-% Phosphor.

Während der Kompaktierung zeigt jedes Pulver unterschiedlichen Grad an äußerer Spannung, was seinerseits die magnetischen Eigenschaften des Pulvers ändert, wenn es magnetostriktiv ist. So ist es erwünscht, Pulver mit niedriger Sattigungsmagnetostriktion zu kompaktieren. Dies ist besonders anwendbar auf kompaktierte Materialien für die Verwendung mit hohen Frequenzen. Eine Sattigungsmagnetostriktion λ steht in Beziehung zu einer Längenveränderung Δα,/ä , die in einem magnetischen Material auftritt, wenn es von dem entmagnetisierten zu dem gesättigten ferromagnetischen Zustand übergeht. Der Magnetostriktionswert, eine dimensionslose Größe, wird oftmals in Mikroverformungseinheiten angegeben (d.h. eine Mikroverformungseinheit ist eine Längenveränderung von 1 ppm) . Die Größe λ kann entweder positiv oder negativ sein und hängt von dem Material ab, dessen weichmagnetische Eigenschaften durch diese Größe stark beeinflußt werden. Der bevorzugte absolute Wert von λ für die Pulver

_ c S-

liegt unterhalb etwa 10 χ 10 (oder 10 ppm), was bei den meisten der glasartigen Legierungspulver auf Kobalt- und

"™_ " "■ " ' 342228t

Nickelbasis und bei den glasartigen Legierungspulvern auf Eisenbasis mit etwa 40 Atom-% Eisen und weniger als etwa 2 Atom-% wenigstens eines Elementes aus der Gruppe Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr und/oder Hf und zwischen etwa 40 und 88 Atom-% Eisen mit mehr als 2 Atom-% wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr und/ oder Hf realisiert werden kann. Der am stärksten bevorzugte Wert für λ für die Pulver liegt nahe Null oder bei Null, was bei den glasartigen Legierungspulvern auf Kobaltbasis mit einem Verhältnis der Eisengehalte zu den Kobaltgehalten im Bereich zwischen etwa 0,03 bis etwa 0,13 erreicht werden kann. Wenn die Magnetostriktion kein wichtiger Faktor ist, wie bei den meisten Anwendungen mit niedriger Frequenz (d.h. im Bereich von 50/60 Hz), können diese Überlegungen unnötig sein.

Amorphe Metallpulver können zur Herstellung von Teilen kompaktiert werden, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind, wie als elektromagnetische Kerne, als Polschuhe und dergleichen. Die glasartigen Metallegierungen haben hohe Permeabilität. Sie können viel weniger Nickel als herkömmliche gepreßte Legierungskörper vergleichbarer Permeabilität enthalten. Die resultierenden Kerne können als Transformatorkerne und in anderen Wechselstromanwendungen benutzt werden.

Die folgenden Beispiele dienen dem vollständigeren Verständnis der Erfindung. Die speziellen Methoden, Bedingungen, Materialien, Mengenverhältnisse und Kennwerte, die zur Erläuterung der Prinzipien und der Durchführung angegeben sind, sind nur beispielhalber und sollten nicht als Beschränkung des Erfindungsgedankens aufgefaßt werden.

Beispiel 1
35

Ein amorphes Metallpulver mit Teilchengrößen geringer als einigen Millimetern aus einer Legierung mit der Zusammensetzung Fe B Si wurde hergestellt. Diese Pulver wurden ge-

* 342228a

siebt, um sie zu unterschiedlichen Größen zu klassieren. Die gesiebten Pulver wurden zu einer Ringform mit einem Innendurchmesser von 3,2 und einem Außendurchmesser von 4,2 cm und mit einer Höhe von etwa 0,7 cm kompaktiert. Die Kompaktiertemperatur und der Kompaktierdruck waren etwa 350° C bzw. 345 MPa. Die Wirkungen der Größe des Pulvers auf die magnetischen Eigenschaften von Ringkörpern im geformten Zustand und im geglühten Zustand sind in Tabelle II zusammengestellt. Diese Tabelle erläutert, daß größere Pulver dazu neigen, bessere magnetische Eigenschaften zu ergeben und daß die Pulvergrößen zwischen 180 μΐη und 1,4 mm am meisten bevorzugt sind, um die besten magnetischen Gesamteigenschaften zu erhalten. Beispielsweise haben geglühte Ringkörper aus Pulvern mit Größen im Bereich von etwa 80 μπι und 1,4.mm Permeabilitäten bei 5 und 50 kHz von mehr als 200 bzw. 70.

Tabelle II

Teilchengröße und magnetische Eigenschaften von Ringkörpern, die bei 350° C 5 Stunden mit einem Druck von etwa 345 MPa aus einem Pulver der Zusammensetzung Fe_7ftB, -,Sip kompaktiert wurden. Innendurchmesser, Außendurchmesser und Höhe der Ringkörper sind 3,2, 4,2 bzw. 0,7 cm. 25

	30	180 μΐη	cd	(A/m)	cd	Tesla)	Permeabilität	5 kHz	bei 0	,1 Tesla
Teilchen	^ 1,4 mm	Koerzitiv	AN	Remanenz	AN	bei	AN -	bei	50 kHz
größe	180 μπ\	kraft		(10~⁴		' AF		AF	AN
AF	^ 500 μπι	AF '	87	AF	670		235
35 <_ 180 μΐη					180		55	75
1 75 μΐη	115	50	325	700		200
£ 38 um					140		40	56
77	89	200	355		160
	118		170	95	92	30	60
107	96	120	620	70	200	24	30
136		84		70		30	50
117	450

AF: wie geformt

AN: bei 400° C 2 Stunden mit einem Gleichstromfeld von 1600 A/m, das entlang dem Umfang des Ringkörpers angelegt wurde, geglüht
5

Beispiel 2

Es sei festgestellt, daß die Permeabilität μ(±) der Ringkörper in der Tabelle II mit steigender Frequenz f abnimmt.

Dies ist eine Folge des Wirbelstromverlustes, der aus der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Pulverteilchen resultiert, die beachtlich ist, da die Pulverteilchen nicht elektrisch isoliert sind. Der Wirbelstromverlust in einem metallischen Ferromagneten steigt im allgemeinen mit der Frequenz, der Materialgröße und seiner elektrischen Leitfähigkeit. So würde eine Verminderung der Teilchengröße und der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Pulverteilchen den Wirbelstromverlust vermindern. Die Wirkungen von 2 Gewichts-% SiO,,, mit Fe-,_OB, -.Si_n-Pulvern unterschiedlicher Teil-

Z /o Xj y

chengrößen vermischt, um den elektrischen Widerstand zwischen den Teilchen (das Umgekehrte der Leitfähigkeit) zu erhöhen, auf die magnetischen Eigenschaften kompaktierter oder verdichteter Kerne sind in der Tabelle III zusammengestellt. Für den Kern aus Pulvern größer als 180 μΐη wurden auch 7,5 Gewichts-% Borat verwendet, um die Wirkungen unterschiedlicher Isolierung zu sehen. Borat ist eine Borsäure, die sich zu einem Boroxid zersetzt, welches ein ausgezeichnetes Bindemittel sowie eine elektrische Isolierung zwischen den Pulverteilchen bildet. Wie die Ergebnisse der Tabelle III zeigen, ist eine durch SiO₂ oder Boroxid hervorgerufene Isolierung in der Tat wirksam, die magnetischen Eigenschaften bei hoher Frequenz zu verbessern. Überraschend sind jedoch die Ergebnisse, daß größere Pulvergrößen zu magnetisch besseren Eigenschaften führen. Beispielsweise ist die Permeabilität μ bei 50 kHz und 0,1 T Induktion für den Kern, der aus isolierten Pulverteilchen mit einer Größe von mehr als 180 μπι hergestellt wurde, etwa 160 im Vergleich mit einem μ (50 kHz, 0,1 T) = 42 für jenen, der aus isolierten Pulver-

teilchen mit einer Größe von weniger als 38 μπι hergestellt wurden. Es ist somit bevorzugt, daß die Größe des isolierten Pulvers auch größer als etwa 180 μπι ist, um gute magnetische Eigenschaften in kompaktierten Kernen nach der Erfindung zu erhalten.

Tabelle III

Wirkungen einer elektrischen Isolierung zwischen den Pulverteilchen auf die mag

netischen Eigenschaften der Ringkörper, die unter Bedingungen hergestellt wurden, welche mit jenen der Tabelle II identisch

sind.
15

Permeabilität bei 0,1 Tesla Pulvergröße Type der Isolierung f = 5 kHz f = 50 kHz

130 160

130 75

65 42

Eine Anzahl von Kernen wurde aus Pulvern unterschiedlicher Größen hergestellt, die entweder mit 2 Gewichts-% SiO- oder 7,5 Gewichts-% Borat isoliert waren. Die Bereiche der magnetischen Eigenschaften, die man in den geglühten Kernen aus Pulvern mit einer Größe. von weniger als 75 μπι und aus jenen mit einer Größe zwischen 180 μΐη und 1,4 mm erhielt, sind in der Tabelle IV aufgeführt. Die Gesamteigenschaften der Kerne aus größeren Pulvern sind besser als jene aus kleine-

j> 180 μm	7,	5 Gew.	-% Borat	360
20 _> 180 μπι	2	Gew.	-% SiO₂	340
180 μπι
^ 500 μπα	2	Gew.	-% SiO₂	210
12 5 μm
^ 180 μπι	2	Gew.	-% SiO₂	¹ 130
25 63 μπα
* 12 5 μπι	2	Gew.	-% SiO₂	110
£ 38 μπι	2	Gew.	-% SiO₂	72
Beispiel 3

ren Pulvern. Es sei festgestellt, daß ein Kernverlust (L) so niedrig wie 10 W/kg und eine Permeabilität (μ) so hoch wie 1000 bei 5 kHz und 0,1 T in den Pulverkernen auf Eisenbasis mit einer Sättigungsinduktion von etwa 1,3 Tesla erhalten werden kann. Diese Werte sind zu vergleichen mit μ (5 kHz, 0,1 T) von etwa 1000 und L von etwa 5 W/kg eines handelsüblichen Ni-Zn-Ferrit mit einer Sättigungsinduktion von etwa etwa 0,5 Tesla.

Tabelle IV

Bereiche magnetischer Eigenschaften, die für Kerne erhältlich sind, die aus Fe₇₈B.-Sig-Pulver bei 350° C während 5 Stunden mit einem Druck von etwa 345" MPa kompaktiert wurden. Die Pulverteilchen wurden entweder mit 2 Gewichts-% SiO₂ oder 7,5 Gewichts-% Borat isoliert. Die Kerne wurden 2 Stunden bei 400° C mit einem Gleichstromfeld von etwa 1600 A/m geglüht, welches entlang dem Umfang von Ringkörpern mit den in der Überschrift der Tabelle II angegebenen Abmessungen angelegt wurde.

"Gleichstrom-

Koerzitivkraft Eigenschaften bei 5 kHz und 0,1 T Pulvergröße H (A/m) Permeabilität Kernverlust

<_ 75 μπι 30 - 150 90 - 500 20 - 100

180 μπι-1,4 mm 40 - 120 100 - 1000 20 - 40 30

Beispiel 4

Die Leistung eines Ferromagneten sollte sehr stark durch die Größe seiner Magnetostriktion (λ), einen magnetomechanisehen Effekt, beeinflußt werden. Die Größe λ führt zusätzliche magnetische Anisotropieenergie durch die inneren Spannungen ein. Wenn magnetische Pulver kompaktiert werden, wird jedes Pulver unter unterschiedlichen Spannungsgrad gesetzt.

3422231.

Wenn das Pulver magnetostriktiv ist, steigert diese äußere Spannung ihrerseits die Koerzitivkraft und verändert die remanente Magnetisierung und beeinflußt somit die Wechselstromeigenschaften der Kerne. Tabelle V stellt das Verhältnis zwischen dem Wert der Magnetostriktion des Pulvermaterials und den Wechselstromeigenschaften von Kernen zusammen, die aus den Pulvern ähnlicher Größen kompaktiert wurden. Diese Tabelle zeigt klar, daß Pulverkerne niedrigerer Magnetostriktion bessere magnetische Eigenschaften besitzen. Niedrige Magnetostriktion von weniger als etwa 10 χ 10 ist somit bevorzugt, und der am meisten bevorzugte Wert von λ liegt nahe Null, um die besten magnetischen Gesamteigenschaften der kompaktierten Kerne nach der vorliegenden Erfindung zu erhalten.

Tabelle V

Wirkungen der Magnetostriktion von Pulvermaterialien auf die Eigenschaften kompaktierter Kerne aus Pulvern mit Teilchengrößen zwischen 180 μπι und 1,4 mm. Die Kompaktierbedingungen sind in der Überschrift der Tabelle II angegeben.

Magneto- Permeabilität Zusammensetzung des striktion (bei 5 kHz Kernverlust Pulvermaterials

^Fe81,5^B13,5^Si3,5^C2 Fe₇₈B₁₃Si₁

^{30 Fe}40^Ni38^M°4^B18 ^C°72,2^Fe5,8^Mo2^B15^Si5

Beispiel 5

Um die magnetischen Eigenschaften der kompaktierten Kerne nach der Erfindung aus niedrigmagnetostriktiven Pulvern, die in Tabelle V aufgeführt sind, weiter zu verbessern, wurden 4 Gewichts-% SiO und 4 Gewichts-% MgO zugesetzt, um die

λ (10~⁶)	und 0,1 Tesla)	(W/kg)
30	300	76
30	220	70
9	650	22
^O	800	19

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Pulverteilchen elektrisch zu isolieren. Die Ergebnisse sind in der Tabelle VI zusammengestellt. Wenn die Werte in den Tabellen V und VI verglichen werden, ist klar ersichtlich,

' daß elektrisch isolierte niedrxgmagnetostriktive Pulverkerne die besten magnetischen Gesamteigenschaften besitzen. Die Permeabilität (μ) bei bei 5 kHz und 0,1 Tesla von 800 bis ist vergleichbar oder besser als jene (μ ^ 1000) für

Ni-Zn-Ferrite.

Tabelle Vl

Magnetische Eigenschaften von Kernen aus isolierten Pulvern von Fe.-Ni-oMo.B_1o (λ = 9 χ 10 ) und

4U JO 4 Xb

^Co72 2^Fe5 8^Μο2^Β15^δ:ί5 ^^λ ^% ⁰^ ^{mit nie(äri}9^er Magnetostriktion und mit Teilchengrößen zwischen 180 μΐη und 1,4 mm. Die Bedingungen der Kernkompaktierung

waren die gleichen wie jene in der Überschrift der Tabelle II. Die Kerne wurden 2 Stunden bei 350° C mit einem Feld von 1600 A/m, das entlang dem Umfang der Ringkörper angelegt wurde, geglüht.

PulverZusammensetzung

Isolierung

Gleichstrom-Koerzitivkraft (A/m)

^{25 C}°72,2^Fe5,8

4 Gew.-% SiO, 4 Gew.-% MgO

7,9 7,7

^Fe40^Ni38

4 Gew.-% SiO, 4 Gew.-% MgO

14,2 16,7

— 18 — Fortsetzung der Tabelle V

Kernverlust bei

Gleichstrom- Permeabilität bei 0,1 T remanenz 0,1 T 5 kHz 50 kHz

	Fp ,2*^e5,8 15^Si5	(10 ⁴ T)	5 kHz	50	kHz	5	(W/kg)
Co₇₂ Mo₂B		210	1600	650		210	,9 240
100	^Ni38 18	930	540	3	,3	9
^Fe4 0 Mo₄B		130	830	460		300	,5 440
140	1300	560	5	,9

Claims

Dr. Dieter Weber Klaus Seiffert

Patentanwälte

DIpL-Chem.Dr.DieterWeber-DipL-Phys.Klaus Seiffert Poetfach 6145-6200 Wiesbaden

Deutsches Patentamt Zweibrückenstr.

8000 München

D-6200 Wiesbaden 1

Gustav-Frey tag-Straße 25 Telefon ΟβΙ 21/372720 + 372580 Telegrammadresse: Wlllpwtent Telex: 4-186247
TWckopitiw Gr. IH OGl 21/3721 H

PoBtsoheck:Frankfurt/Main 6763-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr.27680700 (BLZi>1080060)

81-2143

Datum 13. Juni 1984 We/Wh

Allied Corporation,

Columbia Road and Park Avenue,

Morristown, New Jersey 07960, USA

Verfahren zur Herstellung von Formungen aus magnetischen Metallegierungen und so hergestellte Formlinge

Priorität: Serial No. 505 619 vom 20. Juni 1983 in USA

Patentansprüche

^! _t 1. j Verfahren zur Herstellung von Formungen aus einer magne-20 ^-^tischen Metallegierung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein ferromagnetisches glasartiges Metallpulver mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 2 μΐη bis zu etwa 2 mm zu einem verfestigten Körper kompaktiert bzw. preßt.

25 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver mit einem Bindemittel, das aus einem Oxid

aus der Gruppe SiO₂, MgO und B-O₃ besteht, vor der Kompaktierstufe vermischt, wobei die Bindemitte.lmenge in diesem Gemisch im Bereich von etwa 1 bis 20 Gewichts-% liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pulver mit einer Zusammensetzung verwendet, die im wesentlichen der Formel [Fe,Ni,Co]₀₀ ^₁-[Cr,Mo,W, V,Nb,-

Öo-DD

Ta₇Ti,Zr,Hf]₇[B,Si,C,P]_12-28 entspricht.

4. Kompaktierter Körper aus ferromagnetischem glasartigem Metall aus einer glasartigen Legierung der Zusammensetzung, die im wesentlichen der Formel Co.« Q₀Fe₀ , _Ni_A ^_n-

4U — OO (J — .LU U"jU

M_n-Z,y_yn entspricht, worin M wenigstens eines der Elemente Cr, Mo, W, V, Nb, To, Ti, Zr und/oder Hf bedeutet und Z wenigstens eines der Elemente B, Si, C und/oder P bedeutet.

5. Geglühter kompaktierter Körper aus einem ferromagnetischen glasartigen Metall, hergestellt aus Pulvern mit Teilchengrößen im Bereich zwischen 180 μτα und 1,4 mm, wobei der glasartige Metallkörper die Zusammensetzung Fe₇₈B, oSig hat und eine relative magnetische Anfangspermeabilität von wenigstens etwa 70 bei 5 kHz und 0,1 Tesla Induktion besitzt.

6. Geglühter kompaktierter Körper aus ferromagnetischem glasartigem Metall, hergestellt aus Pulvern mit Teilchengrößen zwischen etwa 180 μπι und 1,4 mm, wobei der glasartige Metallkörper eine Zusammensetzung Fe₇₃B₁₃Si₉ und eine relative magnetische Anfangspermeabilität von wenigstens etwa 100 bei 5 kHz und 0,1 Tesla Induktion hat.

7. Ferromagnetischer kompaktierter Körper aus glasartigem Metall, hergestellt aus Pulvern mit Teilchengrößen zwisehen etwa 180 μΐη und 1,4 mm, wobei dieser glasartige Metallkörper die Zusammensetzung Fe_4nNi₃₀Mo₄B₁Q, eine relative magnetische Anfangspermeabilität von etwa 650 und einen Kernverlust von etwa 22 W/kg bei 5 kHz und 0,1 Tes-

-3-Ia Induktion hat.

342228t

8. Geglühter kompaktierter Körper aus ferromagnetischem glasartigem Metall, hergestellt aus Pulvern mit Teilchengrößen zwischen etwa 180 μπι und 1,4 mm, wobei dieser glasartige Metallkörper die Zusammensetzung Fe₄₀Ni₃₈Mo₄-B, g, eine relative magnetische Anfangspermeabilität von etwa 1300 und einen Kernverlust von etwa 6 W/kg bei 5 kHz und 0,1 Tesla Induktion hat.

9.·Ferromagnetischer kompaktierter Körper aus glasartigem Metall, hergestellt aus Pulvern mit Teilchengrößen zwischen etwa 180 μπι und 1,4 mm, wobei der glasartige Metallkörper die Zusammensetzung Co~₇~ o^Fec oMOjB.rSir, eine relative magnetische Anfangspermeabilität von etwa 800 und einen Kernverlust von etwa 19 W/kg bei 5 kHz und 0,1 Tesla Induktion hat.

10. Geglühter kompaktierter Körper aus ferromagnetischem glasartigem Metall, hergestellt aus Pulvern mit Teilchengrößen zwischen etwa 180 μπι und 1,4 mm, wobei der glasartige Metallkörper die Zusammensetzung Co_{72 2} ^Fes a~ Mo₂B-Ji-Si₁-, eine relative magnetische Anfangspermeabilität von etwa 900 und einen Kernverlust von etwa 3 W/kg bei 5 kHz und 0,1 Tesla Induktion hat.