DE102013215520A1 - Weichmagnetischer Metallpulver-Verbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung eines solchen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoff, der mindestens teilweise eine oberflächliche Nitridierung aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Metallpulver-Verbundwerkstoffs.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoff, der mindestens teilweise eine oberflächliche Nitridierung aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Metallpulver-Verbundwerkstoffs.
  • Stand der Technik
  • Weichmagnetische Metallpulver-Verbundwerkstoffe mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand finden technische Anwendung beispielsweise als weichmagnetische Komponenten in schnellschaltenden Magnetventilen oder elektrischen Maschinen. Für die genannte Anwendung sind spezielle Metallpulver-Verbundwerkstoffe entwickelt worden. Sie werden mit Techniken der Pulvermetallurgie durch Verpressen von Metallpulverteilchen erzeugt, welche mit einer hochohmigen Oberflächenschicht versehen sind.
  • In der DE 199 45 592 A1 wird beispielsweise ein weichmagnetischer Werkstoff beschrieben, der sich zur Verwendung in Magnetventilen eignet. Zur Herstellung dieses weichmagnetische Werkstoffs werden zunächst die Pulverteilchen einer metallischen pulverförmigen Ausgangskompontente mit einer hochohmigen Oberflächenschicht versehen und die Pulverteilchen dann zu dem Werkstoff verdichtet. Bei dem Verdichten zum weichmagnetischen Werkstoff werden die Oberflächenschichten der Pulverteilchen untereinander zumindest bereichsweise mittels Schockverdichten verschweißt. Als pulverförmige Ausgangskomponente wird Reineisen oder Eisenlegierungspulver vorgeschlagen, welches oberflächlich mit einer Oxidschicht (Fe3O4) versehen ist. Die Erzeugung der Fe3O4-Schicht als hochohmige Oberflächenschicht auf den Pulverteilchen wird durch Einleitung von Wasserdampf in einem Kammer- oder Durchlaufofen, das sogenannte „Dampfbläuen“, bei Temperaturen von ca. 550 °C erreicht.
  • In der DE 102 25 154 A1 wird ein weichmagnetischer Pulververbundwerkstoff vorgeschlagen, der aus mindestens 99,4 Masse-% eines Reineisenpulvers, eines phosphatierten Eisenpulvers oder eines Eisenlegierungspulvers und 0,05 bis 0,6 Masse-% eines Weichferritpulvers besteht und der zur Verwendung in schnell schaltenden Magnetventilen in Kraftfahrzeugmotoren geeignet ist. Dieser Pulververbundwerkstoff wird durch Verdichten einer Ausgangsmischung der genannten Pulver in einer Presse unter erhöhtem Druck, Entbindern in einer Inertgasatmosphäre oder einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und einer Wärmebehandlung in einer oxidierenden Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 410 °C bis 500 °C hergestellt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoff, wobei der Metallpulver-Verbundwerkstoff mindestens teilweise eine oberflächliche Nitridierung aufweist, die auch als nitridische Oberfläche bezeichnet wird. In der Literatur wird anstatt „Nitridierung“ fälschlicherweise auch der Begriff „Nitrierung“ verwendet, wobei erfindungsgemäß unter Nitridierung die Ausbildung oder das Vorhandensein von Nitriden verstanden wird. Die nitridische Oberfläche des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs kann erfindungsgemäß als im Wesentlichen dichte Verbindungsschicht aus Nitriden an den Korngrenzen zwischen Metallpulverteilchen des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs ausgebildet sein oder an der Oberfläche des aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoffes bestehenden Bauteiles.
  • Es hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäße weichmagnetische Metallpulver-Verbundwerkstoffe durch die Nitridierung eine verbesserte Oberflächengüte aufweisen. Vorteilhafterweise können die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe insbesondere verbesserte Härteeigenschaften, beispielsweise eine höhere Festigkeit, Biegebruchfestigkeit, verbesserte tribologische Eigenschaften und eine signifikant erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
  • Die erfindungsgemäßen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffe können aufgrund ihrer verbesserten Werkstoffeigenschaften zudem in einem breiteren Einsatzspektrum eingesetzt werden.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform kann der weichmagnetische Metallpulver-Verbundwerkstoff neben einer oberflächlichen Nitridierung mindestens teilweise eine Tiefennitridierung (Diffussionsschicht) aufweisen. Die Tiefennitrierung kann beispielsweise durch tieferes eindringen von Nitriden durch Diffusionsprozesse entstehen und kann, insbesondere die oben genannten Werkstoffeigenschaften weiter vorteilhaft beeinflussen. Mit anderen Worten kann ein Metallpulver Verbundwerkstoff durch Verpressen eines oberflächlich nitridierten Eisenpulvers zu einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff ausgebildet werden, bei dem das oberflächlich gebildete Nitrid einen erhöhten elektrischen Widerstand aufweist.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann das Metallpulver im weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoff im Wesentlichen aus Eisen oder einer Eisenlegierung bestehen. Die Metallpulverpartikel, werden daher auch als Eisenbasismaterial oder Reineisenbasismaterial im Verbundwerkstoff bezeichnet. Diese Partikel des Eisenbasismaterials können mit einer den Widerstand erhöhenden Schicht ummantelt sein. Die Metallpulverpartikel können beispielsweise mit einer Größe von größer gleich 50 µm bis 350 µm ausgebildet sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs kann daher das Metallpulver, das heißt die Metallpulverteilchen, mit einer den elektrischen Widerstand erhöhenden Schicht ummantelt sein. Die in dieser Ausgestaltung vorhandene zusätzliche Beschichtung des Metallpulvers ist gewöhnlich vor der Ausbildung der oberflächlichen Nitridierung aufgebracht oder vorhanden. Zum Beispiel kann vorteilhafterweise bereits bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs als Ausgangswerkstoff ein klassischer, kommerziell erhältlicher weichmagnetischer Metallpulver Verbundwerkstoff (WMV) z.B. des Herstellers Höganäs AB (beispielsweise 1P Somaloy 500 gemäß dem Produktdatenblatt „Recommended Materials for Fast Switching Actuators and Pulse Transformers" Höganäs AB (publ.) Juni 2010 oder 3P Somaloy 700, gemäß dem Produktdatenblatt „Recommended Materials for Electrical Motors" Höganäs AB (publ.) März 2011) genutzt werden, der aus Reineisenpartikeln (Metallpulver) mit einer Phosphat-Beschichtung besteht. Die den elektrischen Widerstand erhöhende Schicht, auch Ummantelung genannt kann beispielsweise aus Phosphat ausgebildet sein, bzw. daraus bestehen. Insbesondere sind solche Phosphat ummantelten Ausgangswerkstoffe kommerziell erhältlich. Im Weiteren kann die Ummantelung auch aus Nitrid oder Nitriden, aus siliziumreichen Verbindungen, wie Si3N4, oder aus Oxiden ausgebildet sein bzw. daraus bestehen, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann die oberflächliche Nitridierung und/oder die Tiefennitridierung des weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs Nitride ausgewählt aus der Gruppe der Eisennitride, wie FeN, Fe2N, Fe3N, Fe4N, FeN, Fe2N1-x, Fe3N1+y, Fe4N1-z, Fe16N2 enthalten oder daraus ausgebildet sein. Die Aufzählung der Eisennitride ist dabei nicht abschließend zu verstehen und ist insbesondere nicht auf stöchiometrische nitridische Verbindungen beschränkt.
  • Die einzelnen Metallpulverteilchen im erfindungsgemäßen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoff können üblicherweise eine Partikelgröße von größer gleich 50 µm bis kleiner gleich 450 µm, beispielsweise von größer gleich 100 µm bis kleiner gleich 350 µm aufweisen.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs sowie auf die Beispiele und Figuren und deren Beschreibung verwiesen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs, insbesondere eines weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs wie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen und Ausführungsformen beschrieben, wobei dieses Verfahren insbesondere die folgenden Schritte umfasst:
    • A) Bereitstellen einer Ausgangsmetallpulvermischung,
    • B) Verdichten der Ausgangsmetallpulvermischung unter erhöhtem Druck,
    • C) Entbindern der verdichteten Ausgangsmetallpulvermischung,
    • D) Wärmebehandlung der/des in Schritt B) oder C) oder E) erhaltenen Metallpulvermischung oder des Metallpulver-Verbundwerkstoffs und
    • E) Oxidation der/des in Schritt B) oder C) oder D) erhaltenen Metallpulvermischung oder des Metallpulver-Verbundwerkstoffs und
    • F) Nitridierung in einer Nitridieratmosphäre oder mit einem Nitridiermittel.
  • Die Schritte A), B) und C) entsprechen üblichen pulvermetallurgischen Prozessschritten, wie sie beispielsweise in Werner Schatt, Klaus-Peter Wieters und Bernd Kieback, Pulvermetallurgie, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 beschrieben sind und die erfindungsgemäß mit Nitridierungsverfahren für Metalle, beispielsweise Gasnitridierung, Plasmanitridierung oder Salzbadnitridierung, kombiniert werden. Die Nitridierung, auch Nitrierung oder Nitrierhärten genannt, ist aus der Oberflächenvergütung von Stählen bekannt.
  • Bei Behandlungstemperaturen ca. zwischen 400 und 650 ºC diffundieren hierbei die Stickstoffatome in das Metallpulver, beziehungsweise den Metallpulver-Verbundwerkstoff, beispielsweise Eisen ein und verbinden sich mit diesem zu Nitriden. Der nitridierte Oberflächenbereich weist anschließend einen mehrschichtigen Aufbau mit einer dünnen äußeren, nur aus Nitriden bestehenden Schicht und einer dickeren, darunter liegenden Diffusionsschicht auf. Die Nitridierung führt zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften, insbesondere zu hoher Verschleißfestigkeit, zu niedrigen Reibungskoeffizienten, erhöhter Schwingfestigkeit, Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Besonders vorteilhaft ist, dass erfindungsgemäß die Erzeugung eines Korrosionsschutzes erzielt werden kann ohne die Maßhaltigkeit zu verändern.
  • Die Wärmebehandlung in Schritt D) kann beispielsweise in einem Temperaturbereich von größer gleich 450 °C bis kleiner gleich 650 °C durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung kann auch eine Sinterung bei einer Temperatur oder in einem Temperaturbereich bis kleiner gleich 1250 °C sein oder diese umfassen.
  • Der Oxidationsschritt E) kann erfindungsgemäß in Luft- und/ oder Wasserdampf- und/ oder Sauerstoffatmosphäre, beispielsweise in einem Temperaturbereich von größer gleich 250 °C bis kleiner gleich 700 °C, durchgeführt werden. Hierdurch können vorteilhafterweise die Eigenschaften, insbesondere die Stabilität des weichmagnetischen Pulver-Verbundwerkstoffs eingestellt werden. Der Schritt F) kann auch vor Schritt E) des Verfahrens erfolgen.
  • Die Nitridierung in einer Nitridieratmosphäre in Schritt F) kann im Rahmen einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung beispielsweise mit dem in Schritt B) verdichteten Ausgangsmaterial oder Verbundmaterial, beispielsweise auch mit dem in Schritt C) erhaltenen Verbundmaterials erfolgen. Die Nitridierung des schon verdichteten Ausgangswerkstoffs führt zu einer erhöhten Oberflächenhärte und durch die nur geringe Diffusion ins Werkstoffinnere zu einem volumenmäßig geringen Anteil an semihartmagnetischem Material. So ergibt sich erfindungsgemäß die erwünschte verbesserte Oberflächenhärte des Metallpulver-Verbundwerkstoffs bei gleichzeitig erhaltenen oder nur geringfügig und unwesentlich verschlechterten weichmagnetischen Eigenschaften.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann im erfindungsgemäßen Verfahren die Nitridierung F) mit der noch nicht verdichteten Ausgangsmetallpulvermischung aus Schritt A) erfolgen. Hierbei wird darauf geachtet, dass trotz der auf der Korngrenze der Partikel entstehenden Nitride, die eine erhöhte Härte bzw. Sprödigkeit gegenüber einem Reineisenbasismaterial aufweisen, die notwendige Verpressbarkeit des Werkstoffs weiterhin gewährleistet bleibt. Darüber hinaus wird bei einem solchen, erfindungsgemäß auch Pulvernitridierung genannten, Verfahrensschritt beachtet, dass der erhöhte Anteil an semihartem magnetischen Material sich durch eine Erhöhung der Hystereseverluste nicht zu ungünstig auf die weichmagnetischen Eigenschaften auswirkt.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs kann die Nitridierung in Schritt F) eine Gasnitridierung, eine Plasmanitridierung oder eine Salzbadnitridierung sein. Zum Nitridieren können generell gasförmige, flüssige oder pulverförmige Nitridiermittel verwendet werden. Die Gasnitridierung wird beispielsweise in einer NH3 / H2-Atmosphäre durchgeführt. Bei der Salzbadnitridierung können beispielsweise nitrierende Salzbäder, wie gegebenenfalls mit einem Aktivator versehene Cyanidschmelzen eingesetzt werden. Gut kontrollierbar und variationsfähig ist die Plasmanitridierung, auch Ionitridieren genannt. Dabei wird zwischen einem zunächst evakuierten und anschließend mit einer verdünnten Nitrieratmosphäre (Stickstoff- oder Ammoniakatmosphäre) gefüllten Behälter und dem Verbundwerkstoff eine hohe Spannung angelegt (mehrere hundert Volt), sodass die Stickstoffatome ionisiert und die gebildeten Stickstoffionen auf den Werkstoff geschleudert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Nitridierung in einem Temperaturbereich von größer gleich 300 °C bis kleiner gleich 1250 °C insbesondere bei größer gleich 350 °C bis kleiner gleich 700°C, beispielsweise bis kleiner gleich 650°C, durchgeführt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Nitridieratmosphäre für die Gasnitridierung, Plasmanitridierung aus Ammoniakgas oder einem Gasgemisch enthaltend Ammoniakgas, Wasserstoff und/oder Stickstoff zusammengesetzt sein. Eine Salzbadnitridierung wird mittels Stickstoffhaltiger Salze, beispielsweise mit Cyaniden erzielt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Nitriedieratmosphäre mit einer Nitridierkennzahl KN zwischen größer gleich 0.1 und kleiner gleich 20 eingestellt werden. Die Nitridierkennzahl KN, auch Nitrierkennzahl genannt, gibt dabei das Verhältnis der Partialdrücke von NH3 und H2 in der gewählten Nitriedieratmosphäre, beispielsweise in einem Ofen, wieder. Je höher KN eingestellt wird, desto dicker wird bei gleich gewählter Temperatur und Prozessdauer, generell die ausgebildete Nitridschicht, auch Verbindungsschicht (VS) genannt.
  • Die Dicke der erfindungemäß erzeugten Verbindungsschicht hängt aber auch von der Prozesstemperatur und -dauer ab. Desweiteren kann auch durch die Variation von der Nitridierkennzahl KN im Zusammenspiel mit der gewählten Temperatur die Bildung unterschiedlicher Phasen (Fe4N, Fe3N1+x, etc.) anwendungsspezifisch begünstigt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Oxidieren in Schritt E) mit einer Wärmebehandlung bei Temperaturen größer gleich 200 °C bis kleiner gleich 700 °C, insbesondere bei Temperaturen größer gleich 200 °C bis kleiner gleich 650 °C, beispielsweise kleiner gleich 400 °C in einer oxidierenden Gasatmosphäre erfolgen, beispielsweise unter Luft und/oder Wasserdampf und/oder Sauerstoff. Die Oxidation E) kann auch gleichzeitig mit Schritt D) erfolgen.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen weichmagnetischen Verbundwerkstoffs in schnell schaltenden Magnetventilen. Erfindungsgemäße weichmagnetische Verbundwerkstoffe können weiterhin vorteilhaft für Aktoren oder Flussleiter verwendet werden, die zum Beispiel in direktem Kontakt zu einem korrosiven Medium stehen. Flussleiter können beispielsweise ein Stator oder Rotor in einer elektrischen Maschine sein, die z.B. feuchter Luft, Salznebel, oder einem anderem korrosiven Medium ausgesetzt sind.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Beispiele und Figuren veranschaulicht und erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Beispiele und Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
  • Beispiel 1
  • Herstellung eines nitridierten weichmagnetischen Verbundwerkstoffs
  • Als Ausgangsmaterial wird z.B. ein weichmagnetischer Verbundwerkstoff, ein 3P Somaloy 700 des Herstellers Höganäs AB verwendet. Es wird ein Probenkörper z.B. in einer Uniaxialpresse mit einer Kraft von 800 MPa gepresst und bei 530 °C für 30 Min. unter Wasserdampf wärmebehandelt und oxidiert. Dann wird der weichmagnetische Pulververbundwerkstoff in einer Nitriedieratmosphäre aus 90% NH3 und 10 %N2 bei 400 mbar in einem Temperaturbereich von 350 bis 650 °C nitridiert. Hierbei wird an der Oberfläche eine Schicht aus Nitriden gebildet, die nach einer Gefügeanalyse einen teilweisen Porensaum um die Metallteilchen von größer gleich 1 µm und eine Verbindungsschicht von größer 2 µm aufweist und teilweise in den weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff (Bauteil aus weichmagnetischem Pulververbundwerkstoff) reicht. Diese Verbindungsschicht besteht aus einer Mischung von γ´-Fe4N und ε-Fe(2)3N. Die Bildung einer Diffusionsschicht kann durch die marginale Ausbildung nicht festgestellt, bzw. bestimmt werden.
  • Zur weiteren Bewertung des nitridierten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffs wurde dieser mit einem fluoreszierenden Einbettmaterial behandelt und mittels Lichtmikroskopie untersucht (1a) und mit einem analogen, nicht nitridierten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff (1b) verglichen. Hierbei zeigt sich deutlich, dass im erfindungsgemäßen nitridierten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff die erzeugte Nitridschicht (Verbindungsschicht) dicht ist und das Eindringen des fluoreszierenden Einbettmaterials in das Werkstoffgefüge verhindert. die erfindungsgemäße Verbindungsschicht, während bei dem analogen jedoch nicht-nitridierten Werkstoff das Eindringen des fluoreszierenden Materials in das Gefüge festgestellt wurde.
  • Beispiel 2
  • Herstellung eines nitridierten weichmagnetischen Verbundwerkstoffs mit einer Diffussionsschicht (Tiefennitridierung)
  • Als Ausgangsmaterial wird ein weichmagnetischer Verbundwerkstoff (z.B. ein Somaloy-Pulver des Herstellers Höganäs AB) eingesetzt. Das Somaloy-Pulver wird beispielsweise in einer Uniaxialpresse bei 800 MPa verpresst und beispielsweise bei 400–630 °C für 30 Min. unter Luft- oder Stickstoffatmosphäre wärmebehandelt. Dann wird der weichmagnetische Pulververbundwerkstoff in einer Nitridieratmosphäre aus 57% NH3 und 43 %N2 (KN-Regelung mit Sollwert 3.0) bei 400 mbar bei einer Temperatur von 520 °C für 12 Stunden nitridiert. Hierbei wird an der Oberfläche eine Schicht aus Nitriden gebildet. Nach einer Gefügeanalyse weist das erfindungsgemäße Material einen Porensaum mit einer Dicke kleiner gleich 1 µm um die Metallpulverteilchen und eine Diffusionsschicht mit einer Dicke von 760 µm bis 1200 µm auf. Das erfindungsgemäß erzeugte Material zeigte gegenüber einem vergleichbaren, aber nicht nitridiertem Material eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, einen Anstieg der Biegebruchfestigkeit um ca. 25 %. Die Ermittlung der Biegefestigkeit erfolgt im 4-Punkt Biegeversuch mit einem Auflagerabstand von 20 mm, einem Wiederlagerabstand von 40 mm und einer Prüfgeschwindigkeit von 0,5–2 mm/min, sodass der Bruch innerhalb 8–15 s nach Belastungsbeginn eintritt (in Anlehnung an DIN 845) und einen Anstieg der Koerzitivfeldstärke um ca. 10 % (Messung der Koerzivität magnetischer Werkstoffe im offenen Magnetkreis nach DIN EN 10330).
  • Es zeigen
  • 1a eine Lichtmikroskop Aufnahme/Abbildung eines nitridierten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffs der mit einem fluoreszierenden Einbettmaterial behandelt wurde,
  • 1a eine Aufnahme/Abbildung einen weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffs ohne Nitridierung (nicht erfindungsgemäß), der mit einem fluoreszierenden fluoreszierenden Einbettmaterial behandelt wurde.
  • 1a zeigt eine Lichtmikroskop Aufnahme eines nitridierten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffs der gemäß Beispiel 1 hergestellt und mit einem fluoreszierenden Einbettmaterial behandelt wurde. Es zeigt sich, dass durch die Nitridierung kein fluoreszierendes Material in das Gefüge des weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffs eindringen kann. Die erfindungsgemäß ausgebildete Nitridschicht an den Korngrenzen der Metallpulverteilchen (Verbindungsschicht) ist somit dicht. Durch diese Oberflächenvergütung kann nachweislich eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, eine verbesserte Biegebruchfestigkeit und ein Anstieg in der Koerzitivfeldstärke (Härtesteigerung) erzielt werden.
  • 1a zeigt eine Aufnahme/Abbildung eines weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffs, der analog zu dem aus Beispiel 1 hergestellt wurde, jedoch ohne die erfindungsgemäße Nitridierung. Der mit einem fluoreszierenden Einbettmaterial behandelte, nicht-nitridierte Pulververbundwerkstoff in der 1b zeigt fluoreszierende Bereiche, die das Eindringen des Fluoreszierenden Materials in das Werkstoffgefüge belegen.
  • Zusammenfassend werden erfindungsgemäß weichmagnetische Metallpulver-Verbundwerkstoffe bereitgestellt, die durch die Nitridierung eine deutlich verbesserte Oberflächengüte aufweisen. Vorteilhafterweise können die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe insbesondere verbesserte Härteeigenschaften, beispielsweise eine höhere Festigkeit, Biegebruchfestigkeit und eine signifikant erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19945592 A1 [0003]
    • DE 10225154 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „Recommended Materials for Fast Switching Actuators and Pulse Transformers“ Höganäs AB (publ.) Juni 2010 [0010]
    • „Recommended Materials for Electrical Motors“ Höganäs AB (publ.) März 2011 [0010]
    • DIN 845 [0031]
    • DIN EN 10330 [0031]

Claims (12)

  1. Weichmagnetischer Metallpulver-Verbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise eine oberflächliche Nitridierung aufweist.
  2. Weichmagnetischer Metallpulver-Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er neben einer oberflächlichen Nitridierung mindestens teilweise eine Tiefennitridierung aufweist.
  3. Weichmagnetischer Metallpulver-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver im Verbundwerkstoff im Wesentlichen aus Eisen oder einer Eisenlegierung besteht.
  4. Weichmagnetischer Metallpulver-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver, mit einer den elektrischen Widerstand erhöhenden Schicht ummantelt ist.
  5. Weichmagnetischer Metallpulver-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächliche Nitridierung und /oder die Tiefennitridierung des Metallpulver-Verbundwerkstoffs Nitride ausgewählt aus der Gruppe der Eisennitride enthält oder daraus ausgebildet ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Metallpulver-Verbundwerkstoffs, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte A) Bereitstellen einer Ausgangsmetallpulvermischung, B) Verdichten der Ausgangsmetallpulvermischung unter erhöhtem Druck, C) Entbindern der verdichteten Ausgangsmetallpulvermischung, D) Wärmebehandlung der/des in Schritt B) oder C) oder E) erhaltenen Metallpulvermischung oder des Metallpulver-Verbundwerkstoffs und E) Oxidation der in Schritt B) oder C) oder D) erhaltenen Metallpulvermischung oder des Metallpulver-Verbundwerkstoffs und F) Nitridierung in einer Nitridieratmosphäre.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung in Schritt E eine Gasnitridierung oder eine Plasmanitridierung ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung in einem Temperaturbereich von größer gleich 300 °C bis kleiner gleich 1250°C, insbesondere bei größer gleich 350 °C bis kleiner gleich 700 °C durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridieratmosphäre aus Ammoniakgas oder einem Gasgemisch enthaltend Ammoniakgas, Wasserstoff und/oder Stickstoff zusammengesetzt ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass eine Nitridieratmosphäre mit einer Nitridierkennzahl KN zwischen größer gleich 0.1 und kleiner gleich 20 eingestellt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidieren E) mit einer Wärmebehandlung bei Temperaturen größer gleich 200 °C bis kleiner gleich 700 °C in einer oxidierenden Gasatmosphäre erfolgt.
  12. Verwendung eines weichmagnetischen Verbundwerkstoffs nach einem der vorangehenden Ansprüche für schnell schaltende Magnetventile, Aktoren oder Flussleiter.
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