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Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung weichmagnetischer Werkstoffe
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Festigkeit der Kerne verlangt werden, so muss der mengenmässige Anteil an Bindemitteln verhältnismässig hoch sein, so dass nur ein mässiger Anteil an ferromagnetischem Metallpulver im fertigen Kern vorhanden sein kann. Bei der Fertigung der bekannten Massekerne wird, um eine Isolation der einzelnen Metallpul- verteilchen zu erleichtern, ein kugeliges, in der Anschaffung teures ferromagnetisches Metallpulver vorgezogen.
Besonders bei Kernen für höhere Frequenzen, wenn man also auf den Einsatz feinkörniger Metall- pulver angewiesen ist, sind kugelige Metallpulver zu teuer und gestatten ausserdem die Fertigung von weichmagnetischen Kernen mit einem nur mässigen Anteil an ferromagnetischem Material, Die Per- meabilität und Sättigungsinduktion solcher Kerne sind entsprechend niedrig.
Nachteilig wirkt sich bei der Herstellung der sogenannten Massekerne die Verwendung der meist organischen Bindemittel auch insofern aus, als dieselben zu ihrer Verarbeitung erhitzt werden müssen und dann an den Formen meist ankleben. Erfolgt ihre Verarbeitung ohne Temperaturanwendung, dann werden nur ungenügende Festigkeitswerte an den fertigen Kernen erreicht. Natürlich dürfen bei solchen
Eisenkernen im Betrieb oder bei einer späteren Weiterverarbeitung keine höheren Temperaturen als die entsprechende Erweichungstemperatur des verwendeten Kunststoffes auftreten, um eine Deformation ode ! oder gar Zerstörung desselben zu vermeiden.
Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung weichmagne- tischer Werkstoffe für Wechselstromanwendung zu finden, welchem die Nachteile der bisher bekannten
Verfahren nicht anhaften.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können sowohl reine Eisenpulver als auch Eisenlegierungs- pulver der verschiedensten Korngrössenverteilung und Kornform für die Herstellung weichmagnetischer
Kerne für Wechseästromanwendung oder Anwendung in fluktuierenden Gleichfeldern verwendet werden.
Vorreilhafterweise geht man dabei so vor, dass man zuesst aus entsprechenden ferromagnetischen Me- tallpulvern durch Verdichtung in einer Form nach bekannten Verfahren einen Metallpulverpressling her- stellt. Nach Entfernung eventuell vorhandener sogenannter presserleichternder Zusätze werden nach dem erfindungsgemässen Verfahren diese Metallpulverpresslinge dann einer Wasserdampfbehandlung mit über- hitztem Wasserdampf ausgesetzt.
Durch den noch porösen Metallpulverpressling hat der Wasserdampf ungehinderten Zutritt zu den ein- zelnen Metallpulverteilchen. Durch Reaktion des Eisens mit dem überhitzten Wasserdampf entsteht auf der Oberfläche eines jeden Metallpulverteilchens eine je nach Behandlungsdauer und Behandlungstempe- ratur einstellbare Schicht aus dem ferromagnetischen Eisenoxyd Magnetit (F 30 4) nachderReaktionsglei- chung : 3 Fe + 4. H ; ss = FegO + 4 H .
Überraschenderweise bildet diese Magnetitschicht über den einzelnen ferromagnetischen Metall- pulverteilchen zusammen mit diesem einen fest zusammenhaltenden Körper mit ausgezeichneter me- chanischer Festigkeit und vorzüglichen magnetischen Eigenschaften.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Kerne für Wechselstromanwendung weisen die besten Festigkeitswerte dann auf, wenn für deren Herstellung sin : schwammartiges ferromagnetisches
Metallpulver verwendet wird.
Je nach der gewünschten Schichtstärke des durch die Wasserdampfbehandlung erzeugten Magnetit- überzuges auf den einzelnen Metallpulverteilchen kommen Behandlungstemperaturen zwischen 250 und
8000C und Behandlungszeiten von 20 min bis etwa 1 h zur Anwendung.
In weiterer Ausbildung der Erfindung können aber auch ferromagnetische Metallpulver in geeignete
Formen eingerüttelt und mit diesen Formen einer Wasserdampfbehandlung ausgesetzt werden. Mankann nach dem erfindungsgemässen Verfahren aber auch so vorgehen, dass bereits einer Wasserdampfbehand- lung ausgesetzte ferromagnetische Metallpulver, welche also ihrerseits bereits eine Oberflächenschicht aus dem ferromagnetischen Magnetit aufweisen als Metallpulverpressling oder in einer entsprechenden
Form als eingerütteltes Metallpulver einer zusätzlichen Wasserdampfbehandlung ausgesetzt werden.
Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gestaltet sich aber am wirtschaftlichsten durch
Anwendung des bekannten pulvermetallurgischen Formgebungsverfahrens, wobei sowohl ferromagnetische
Metallpulver als auch bereits mit überhitztem Wasserdampf vorbehandelte ferromagnetische Metallpul- ver verwendet werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung weichmagnetischer Kerne für Wechselstromanwendung durch Einrütteln ferromagnetischer Metallpulver gleichwohl mit oder ohne vorhergehende Behand-
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lung mit überhitztem Wasserdampf fürht auch zu Kernen mit ausgezeichneten elektrischen und magne- tischen Eigenschaften ; jedoch werden naturgemäss die an Presskörpern erreichten hohen spez. Ge- wichte der Kerne nicht erreicht. Die Werte für Permeabilität, Sättigungsinduktion und mechanische Fe- stigkeit solcher Kerne sind entsprechend niedriger. Dieses Verfahren ist jedoch für die Kleinserienher- stellung weichmagnetischer Kerne besonders geeignet, weil keine Presswerkzeugkosten anfallen.
Bei. der Herstellung von Metallpulverpresslingen werden üblicherweise sogenannte presserleichtern- de Zusätze verwendet, um die Presswerkzeuge zu schonen und eine höhere Pressdichte am Presskörper zu erzielen. Solche Zusätze stören bei der anschliessenden Wasserdampfbehandlung der Metallpulverpress- linge. Diese Presszusätze werden am besten durch eine Glühung der Presskörper in reduzierender oder inerter Atmosphäre vor der Behandlung mit dem überhitztem Wasserdampf beseitigt.
Je nach der Art des verwendeten ferromagnetischen Metallpulvers darf aber bei einer solchen Glü- hung der Metallpulverpresskörper eine Maximaltemperatur von etwa 8000C nicht überschritten werden, um eine Sinterung der Metallpulverpresskörper zu vermeiden. Wenn sich bei einer derartigen Glühung in reduzierender oder inerter Atmosphäre ein Sinterkörper mit einem metallischen Skelett gebildet hat, so ist das erfindungsgemässe Verfahren nur mehr durch eine unwirtschaftliche, langdauernde Wasser- dampfbehandlung realisierbar, weil sonst eine elektrische Isolation der einzelnen Metallpulverteilchen durch eine Magnetitschicht nicht mehr erreicht wird.
Die Anwendung einer Wasserdampfbehandlung auf Sintereisenteile und Sinterstahlteile ist keineswegs neu. EsexistierenErfindungsvorschllgellterenDatums, welche eine Wasserdampfbehandlung von Sinter- eisenteilen und Sinterstahlteilen empfehlen, um die Zugfestigkeit und Bruchdehnung solcher Sinterpro- dukte zu verbessern. Ein weiterer Erfindungsvorschlag befasst sich mit der Verbesserung der Oxydations- beständigkeit von Sintereisenteilen und Sinterstahlteilen durch eine Behandlung mit überhitztem Wasser- dampf. Nach einem andern Erfindungsvorschlag werden vorteilhafterweise Sintereisenteile und Sinterstrah- teile vor einer galvanischen Behandlung einer Wasserdampfbehandlung ausgesetzt, um eine bessere Haft- fähigkeit eines galvanischen Überzuges und eine höhere Oxydationsbeständigkeit zu erreichen.
Der grosse technische und wirtschaftliche Vorteil der Anwendung einer Wasserdampfbehandlung auf
Metallpulverpresskörper und Metallpulverfüllungen aus ferromagnetischen Metallpulvern mit dem Zwek- ke der Herstellung weichmagnetischer Werkstoffe für Wechselstromanwendung ist aber bisher nicht er- kannt worden. Die Wirkung einer Wasserdampfbehandlung auf Metallpulverfüllungen und Metallpul- verpresskörper ist überraschend und konnte aus dem Stand der Technik abgeleitet werden. Sie bildet das
Wesen der Erfindung.
Die aus ferromagnetischen Metallpulvern nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten weichmagnetischen Werkstoffe sind ausser für Gleichstromanwendung auch für Wechselstromanwendung bestens geeignet und weisen neben einer höheren mechanischen Festigkeit eine höhere Härte, Maxi- malinduktion, Permeabilität und ein höheres spez. Gewicht als die bekannten Massekerne auf. Ausser- dem lassen sie sich in begrenztem Masse spanabhebend bearbeiten.
Der besondere Vorteil der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten weichmagnetischen Werk- stoffe liegt aber darin, dass die einzelnen Metallpulverteilchen durch das sie umschliessende halbleiten- de Eisenoxyd Fe304 gegeneinander elektrisch isoliert werden, ohne den magnetischen Kraftfluss zu un- terbrechen, weil dieses Eisenoxyd ferromagnetisch ist. Bei den bisher bekannten Massekernen wird der magnetische Kraftfluss zwischen den einzelnen ferromagnetischen Metallpulverteilchen durch die un- magnetische Zwischenschicht der Bindemittel stark behindert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung weichmagnetischer Werkstoffehoher Sättigung- induktion, hoher Permeabilität, hoher mechanischer Festigkeit, guter Wärmeleitfähigkeit und gleich- zeitig niedriger Wirbelstromverluste, dadurch gekennzeichnet, dass Metallpulverpresskörper aus ferromagnetischen Metallpulvern zum Zwecke der Bildung eines festen Körpers mit elektrisch ge- geneinander isolierten Metallpulverteilchen einer Behandlung in überhitztem Wasserdampf bei Tempe- raturen von 250 bis 8000C während 20 min bis etwa 1 h ausgesetzt werden.