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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein korrosionsbeständiges magnetisches Bauteil,
und im Besonderen auf ein magnetisches Bauteil zu Verwendung in
einem magnetisch betätigten
Kraftstoffeinspritzventil, das in einer korrosiven Umgebung wirksam
ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Magnetisch
betätigte
Vorrichtungen, wie zum Beispiele Magnetspulenventile werden bei
vielen Arten von Anordnungen einschließlich Automobilanwendungen
wie der Kraftstoffeinspritzung, Antiblockiersystemen, und aktiven
Federungsanordnungen verwendet.
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Magnetisch
betätigte
Vorrichtungen umfassen typischerweise eine magnetische Spule und
einen beweglichen magnetischen Kern oder Kolben. In einer typischen
Anordnung eines Magnetspulenventils 10, wie in 1 gezeigt,
umgibt die Spule 22 den Kolben 28, so dass, wenn
die Spule 22 mit elektrischem Strom angesteuert wird, ein
Magnetfeld im Inneren der Spule 22 induziert wird. Der
Kolben 28 ist aus einem weichmagnetischen Material ausgeformt,
typischerweise einem Ferritstahl. Eine (nicht gezeigte) Feder hält den Kolben 28 in
einer ersten Position, so dass die Vorrichtung üblicherweise entweder offen
oder geschlossen ist. Wenn die Spule 22 angesteuert wird,
bewirkt das induzierte Magnetfeld, dass sich der Kolben 28 in eine
zweite Position bewegt, um die Vorrichtung entweder zu schließen, wenn
diese normalerweise geöffnet
ist, oder diese zu öffnen,
wenn sie normalerweise geschlossen ist.
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Es
ist erwünscht,
dass das Material, das verwendet wird um den magnetischen Kern herzustellen,
gute weichmagnetische Eigenschaften aufweist, vor allem eine niedrige
Koerzitivfeldstärke,
um das "Hängenbleiben" des Bauteils zu
reduzieren, und eine hohe Sättigungsinduktion,
um die Größe und das
Gewicht des Bauteils zu reduzieren.
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Der
Kolben steht häufig
in direktem Kontakt mit der lokalen Umgebung, wie zum Beispiel der
Flüssigkeit,
die gesteuert wird. Viele der Umgebungen und Flüssigkeiten sind korrosiv und
können
den Kolben korrodieren, wodurch bewirkt werden kann, dass die Vorrichtung
versagt, oder dass das Ventil leckt oder funktionsunfähig wird.
Es ist deshalb wünschenswert,
das der Kolben aus einem Material ausgeformt wird, das eine gute
Widerstandsfähigkeit
gegenüber
dem korrosiven Einfluss der Umgebung aufweist, in der es verwendet werden
soll.
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Die
zunehmend häufige
Verwendung von magnetisch betätigten
Ventilen in der Automobiltechnik als Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
hat einen Bedarf an einem magnetischen Material erzeugt, das eine
verbesserte Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Korrosion aufweist. Die Notwendigkeit besserer Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion
ist in Anbetracht der Einführung
von korrosiveren Kraftstoffen, wie zum Beispiel jenen die Äthanol oder
Methanol enthalten, von besonderer Bedeutung in Automobilanordnungen
zur Kraftstoffeinspritzung.
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Die
Verwendung von Ferritstählen
für das
magnetische Bauteil von Kraftstoffeinspritzventilen ist bekannt,
es ist jedoch festgestellt worden, dass der Korrosionswiderstand
in korrosiven Kraftstoffumgebungen unzureichend ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist deshalb ein Ziel der Erfindung ein magnetisches Bauteil für eine magnetisch
betätigte
Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, das geeignet
ist für
die Verwendung in korrosiven Kraftstoffumgebungen, und im Besonderen
mit Methanol enthaltenden oder Äthanol
enthaltenden Kraftstoffgemischen.
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Es
ist ebenfalls erwünscht,
dass das magnetische Bauteil eine Sättigungsinduktion, eine Koerzitivfeldstärke und
einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, die zukünftigen
Erfordernissen genügen,
im Besonderen für
die feine Steuerung, die für
zukünftige
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen erforderlich ist, damit der Motor
zukünftige
Umweltemissionsvorschriften erfüllt.
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Es
ist außerdem
wünschenswert,
dass das magnetische Bauteil maschinell leicht hergestellt werden kann,
so dass die Herstellungskosten nicht erhöht werden und die Bauteile
mit den erforderlichen Toleranzen und Oberflächeneigenschaften hergestellt
werden können.
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Gemäß der Erfindung
wird ein magnetisches Bauteil für
eine magnetisch betätigte
Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verfügung gestellt. Das magnetische
Bauteil ist aus einer korrosionsbeständigen weichmagnetischen Legierung
ausgeformt, die in Gewichtsprozent im Wesentlichen besteht aus 3% < Co < 20%, 6% < Cr < 15%, 0% ≤ S ≤ 0,5%, 0% ≤ Mo ≤ 3%, 0% ≤ Si ≤ 3.5%, 0% ≤ Al ≤ 4,5%, 0% ≤ Mn ≤ 4,5%, 0% ≤ Me ≤ 6%, wobei
Me eines oder mehrere der Elemente Sn, Zn, W, Ta, Nb, Zr und Ti,
0% ≤ V ≤ 4,5%, 0% ≤ Ni ≤ 5%, 0% ≤ C < 0,05%, 0% Cu < 1%, 0% ≤ P ≤ 0,1%, 0% ≤ N < 0,5%, 0% ≤ 0 < 0,05%, 0% ≤ B < 0,01% aufweist,
und der Rest im Wesentlichen Eisen und die üblichen Unreinheiten aufweist.
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Das
magnetische Bauteil gemäß der Erfindung
weist einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand in korrosiven Kraftstoffumgebungen
auf und weichmagnetische Eigenschaften die geeignet sind für ein magnetisch
betätigtes
Kraftstoffeinspritzventil, im Besonderen eine hohe Sättigungspolarisierung,
Js, eine niedrige Koerzitivfeldstärke, Hc, und einen hohen spezifischen elektrischen
Widerstand, p. Das magnetische Bauteil weist außerdem gute Eigenschaften für die maschinelle
Herstellung auf.
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In
dieser Beschreibung werden alle Zusammensetzungen in Gewichtsprozent
angegeben.
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In
weiteren Ausführungsformen
der Erfindung liegt der Co-Gehalt
des magnetischen Bauteils in den Bereichen 6% < Co < 16%
oder 10,5% < Co < 18,5%. Für Anwendungen,
in denen ein hohes Js erwünscht ist, kann
ein höherer
Co-Gehalt zur Verfügung
gestellt werden. Da Kobalt ein relativ teures Element ist, kann
es erwünscht
sein, einen geringeren Kobaltgehalt für Anwendungen zu verwenden,
bei denen es erwünscht
ist, die Materialkosten zu reduzieren.
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Die
Legierung kann 0,01% ≤ Mn ≤ 1% und 0,005% ≤ S ≤ 0,5% oder
0,01% ≤ Mn ≤ 0,1% und
0,005% ≤ S ≤ 0,05% enthalten.
In einer weiterhin Ausführungsform
ist das Verhältnis
von Mangan zu Schwefel, Mn/S, ≥ 1,7.
Die Bereitstellung von Mangan- und Schwefelzusätzen innerhalb dieser Bereiche
verbessert weiterhin die Freiheitsgrade der Eigenschaften bei der
maschinellen Herstellung der Legierung. Die Legierung kann an Stelle
des Mangans Titan aufweisen, und kann daher 0,01% ≤ Ti ≤ 1% in Gewicht
enthalten. Ti verbessert ebenfalls die Freiheitsgrade der maschinellen
Herstellungseigenschaften der Legierung und weist den zusätzlichen
Vorteil auf, dass es die magnetischen Eigenschaften und den Korrosionswiderstand
der Legierung verbessert.
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Die
Summe von Cr und Mo kann in dem Bereich von 11% ≤ Cr + Mo ≤ 19% liegen und in einer weiteren Ausführungsform
kann die Summe von Si + 1,3 Al + 1,3 Mn + 1,7 Sn + 1,7 Zn + 1,3
V ≤ 3,5%
sein.
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Die
Polarisierung J des magnetischen Bauteils bei einem magnetischen
Feld H von 160 A/cm kann größer als
1,6 T oder größer als
1,7 T sein. Die Sättigungspolarisierung
Js des magnetischen Bauteils bei einem magnetischen
Feld H von 600 A/cm kann größer als
1,75 T oder größer als
1,8 T sein. Ein hoher Wert der Sättigungspolarisierung
Js ermöglicht
es, dass die Größe und das
Gewicht des magnetischen Bauteils verringert werden können.
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Das
magnetische Bauteil kann einen spezifischen elektrischen Widerstand,
p, aufweisen, der größer ist
als 0,4 μΩm oder größer als
0,5 μΩm oder größer als
0,58 μΩm. Ein höherer Wert
des spezifischen elektrischen Widerstands, p, führt zu einer Reduktion von
Wirbelströmen,
nachdem das Magnetfeld auf das magnetische Bauteil angewandt oder
von diesem entfernt worden ist. Die Dämpfung der Wirbelströme verbessert
die Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung. Dies kann vorteilhaft
verwendet werden bei der Optimierung der Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
bei hohen Motordrehzahlen.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung kann bei einem
Benzinmotor oder einem Dieselmotor verwendet werden. In diesem Zusammenhang
wird der Begriff Benzinmotor verwendet, um einen Motor zu bezeichnen,
der dazu ausgeführt
ist, mit einer Benzinkraftstoffversorgung zu arbeiten und der Begriff Dieselmotor
wird verwendet, um eine Maschine zu bezeichnen, die dazu ausgeführt ist,
mit einer Dieselkraftstoffversorgung zu arbeiten.
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Der
Ort der Kraftstoffeinspritzung und die Umgebung, in denen die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
wirksam wird, zum Beispiel der Druck und die Motorumdrehungen, sind
in Benzinmotoren und Dieselmotoren unterschiedlich. Die Korrosionswirkung
der Umgebung, in der das magnetische Bauteil der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
wirksam wird, kann sich deshalb zusätzlich zu den erwünschten
magnetischen und elektrischen Eigenschaften des magnetischen Bauteils
unterscheiden. Deshalb können
sich die Ausführungsform,
die am besten geeignet ist für
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Benzinmotor, und die
Ausführungsform,
die am besten geeignet ist für
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Dieselmotor unterscheiden,
obwohl beide Ausführungsformen
innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegen. In einer
weiteren Ausführungsform
ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein den Kraftstoff direkt
einspritzendes Ventil.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das magnetische Bauteil geeignet zur Verwendung
in einer Umgebung, die ein Gemisch aus Kraftstoff und einem Alkohol
aufweist, wobei der Kraftstoff entweder Benzin oder Diesel ist.
Es ist bekannt, dass Kraftstoffgemische, die einen Alkohol aufweisen, äußerst korrosiv
sind. Diese Kraftstoffgemische können
auch eine kleine Menge an Wasser in einer Form aufweisen, die allgemein als
korrosives Wasser beschrieben wird.
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In
weiteren Ausführungsformen
weist die Mischung 90% Benzin und 10% Alkohol oder 85% Benzin und
15% Alkohol oder 80% Benzin und 20% Alkohol auf.
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Der
Alkohol kann Methanol, Äthanol,
Propanol, Butanol oder ein Gemisch aus zwei oder mehr aus Methanol, Äthanol,
Propanol und Butanol aufweisen.
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Kraftstoffgemische
aus Benzin und Alkohol erweisen sich oft als korrosiver als Kraftstoffgemische
aus Diesel und Alkohol. Folglich können sich eine Ausführungsform,
die besonders geeignet ist zur Verwendung in der Umgebung eines
Kraftstoffgemisches aus Benzin und Alkohol und eine Ausführungsform,
die besonders geeignet ist zur Verwendung in der Umgebung eines
Kraftstoffgemisches aus Diesel und Alkohol unterscheiden, obwohl
beide Ausführungsformen
innerhalb der durch die Erfindung definierten Bereiche liegen.
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In
einer Ausführungsform
ist der Alkohol Methanol. In weiterhin Ausführungsformen weist das Gemisch
90% Benzin und 10% Methanol oder 85% Benzin und 15% Methanol oder
80% Benzin und 20% Methanol auf.
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In
einer Ausführungsform
ist der Alkohol Äthanol.
In weiteren Ausführungsformen
weist die Mischung 90% Benzin und 10% Äthanol oder 85% Benzin und
15% Äthanol
oder 90% Benzin und 20% Äthanol
auf.
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Ebenso
wird häufig
festgestellt, dass Kraftstoffgemische aus Benzin und Methanol oder Äthanol korrosiver
sind als Kraftstoffgemische aus Diesel und Methanol oder Äthanol.
Zum Beispiel können
sich eine Anordnung, die besonders geeignet ist zur Verwendung in
der Umgebung eines Kraftstoffgemisches aus Benzin und Methanol und
eine Anordnung, die besonders geeignet ist zur Verwendung in der
Umgebung eines Kraftstoffgemisches aus Diesel und Methanol unterscheiden,
obwohl beide Anordnungen innerhalb der durch die Erfindung definierten
Bereiche liegen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 Schematisches
Diagramm eines nach dem Stand der Technik bekannten magnetisch betätigten Magnetspulenventils,
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2 Diagramm,
das die Koerzitivfeldstärke
H als Funktion der Glühtemperatur
zeigt,
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3 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für nicht
getemperte Proben zeigt,
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4 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 500°C für 5 Stunden getemperte
Proben zeigt,
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5 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 550°C für 5 Stunden getemperte
Proben zeigt,
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6 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 600°C für 5 Stunden getemperte
Proben zeigt,
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7 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 650°C für 5 Stunden getemperte
Proben zeigt,
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8 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 700°C für 5 Stunden getemperte
Proben zeigt,
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9 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 800°C für 5 Stunden getemperte
Proben zeigt.
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10 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 900°C für 5 Stunden getemperte
Proben zeigt,
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11 Diagramm,
das die Polarisierung J als Funktion des Magnetfelds H für bei 1000°C für 5 Stunden
getemperte Proben zeigt,
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12 Diagramm,
das die Polarisierung J160 bei einem Magnetfeld
H von 160 A/cm als eine Funktion der Glühtemperatur zeigt, und
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13 Diagramm,
das die Sättigungspolarisierung
J600 bei einem Magnetfeld H von 600 A/cm
als eine Funktion der Glühtemperatur
zeigt.
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Tabelle
1 Tabelle, die die Zusammensetzung der Chargen von Legierungen gemäß der Erfindung zeigt.
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Tabelle
2 Tabelle, die die Koerzitivfeldstärke, Hc,
als eine Funktion der Glühtemperatur
zeigt.
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Tabelle
3 Tabelle, die den spezifischen elektrischen Widerstand, p, zeigt,
der für
Proben mit unterschiedlichem Co-Gehalt gemessen wurde.
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Tabelle
4 Tabelle, die einen Vergleich der magnetischen und elektrischen
Parameter zwischen den Legierungen gemäß der Erfindung und handelsüblichen
Legierungen zeigt.
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Tabelle
5 Tabelle, die die Ergebnisse von Korrosionstests bei 85°C und 85%
Luftfeuchtigkeit zeigt.
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Tabelle
6 Tabelle, die die Ergebnisse von Korrosionstests in einer Lösung aus
Benzin, Methanol und korrosivem Wasser zeigt.
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Tabelle
7 Tabelle, die die Ergebnisse von Korrosionstests in einer Sulfat,
Nitrat und Chlorid enthaltenden Lösung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Fünf auf FeCrCo
basierte Legierungen von sich unterscheidender Zusammensetzung wurden
durch Schmelzen und Gießen
von 5 kg jeder Zusammensetzung hergestellt. Jede Legierung wies
13 Gewichtsprozente an Chrom auf und der Kobaltgehalt wurde von
0 Gewichtsprozent bis zu 20 Gewichtsprozent variiert. Die Zusammensetzung
von jeder der fünf
Chargen ist in Tabelle 1 aufgeführt.
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Jeder
der Gussblöcke
wurde auf einen Durchmesser von 40 mm abgedreht. Die Blöcke wurden
auf eine Temperatur von 1200°C
erhitzt und dann auf einen Durchmesser von etwa 12 mm heissgerollt.
Die Proben wurden dann in Salzsäure
und Königswasser
geätzt.
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Jede
Probe wurde durch Gesenkdrücken
von einem Durchmesser im Bereich von 12 mm auf einen Durchmesser
im Bereich von 10,47 mm bis 10,66 mm reduziert. Die Stäbe wurden
dann entfettet und auf einen Durchmesser von 10 mm kaltgezogen.
Von jedem dieser Stäbe
wurden zehn Messproben, jede mit einer Länge von 100 mm, für die Temperversuche
und magnetischen Vermessungen geschnitten. Von jeder Legierungszusammensetzung
wurde eine Messprobe bei einer Temperatur zwischen 500°C und 1150°C in einer
Wasserstoffatmosphäre
für fünf Stunden
geglüht.
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Die
Koerzitivfeldstärke
Hc (A/cm) wurde für jede der Zusammensetzungen
und der Glühtemperaturen gemessen
und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 2 zusammengefasst.
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Für das magnetische
Bauteil von magnetisch betätigten
Vorrichtungen ist ein niedriger Wert von Hc erwünscht. Hc ist invers proportional zur Permeabilität, μ. Eine hohe
Permeabilität
führt zu
einer Reduktion des elektrischen Stroms, der erfor derlich ist, um
eine vorgegebene Flussdichte zu erreichen. Ein niedriger Wert von Hc erlaubt eine schnelle Magnetisierung und
Entmagnetisierung, und ermöglicht
es, dass das Ventil schnell geöffnet
und geschlossen wird. Dies ist besonders wünschenswert in Kraftstoffeinspritzsystemen
und im Besonderen in Kraftstoffeinspritzsystemen für Benzinmotoren,
bei denen die U/min des Motors hoch ist.
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Wie
aus Tabelle 2 und 2 für Proben mit 0 Gewichtsprozent
bis 9 Gewichtsprozent Co ersehen werden kann, wurde beobachtet,
dass die Koerzitivfeldstärke,
Hc, mit steigender Glühtemperatur abnimmt und der niedrigste
Wert wird bei etwa 700°C
erreicht. Bei Glühtemperaturen
oberhalb 700°C
wurde festgestellt, dass die Koerzitivfeldstärke, Hc,
in Abhängigkeit
von dem Kobaltgehalt um ein unterschiedliches Maß zunahm. Für Temperaturen über 700°C verringert
sich die Koerzitivfeldstärke
der Legierung ohne Kobalt weiter, während für die Kobalt enthaltenden Proben
beobachtet wurde, dass sich Hc mit steigendem
Kobaltgehalt erhöht.
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Die
Charge mit einem Kobaltgehalt von 20 Gewichtsprozent zeigt jedoch
eine andere Art des Verhaltens. Für diese Zusammensetzung wurde
der niedrigste Wert der Koerzitivfeldstärke, Hc,
bei einer Glühtemperatur
von 550°C
erreicht. Bei höheren
Glühtemperaturen
nimmt die Koerzitivfeldstärke,
Hc, nach dem Tempern bei 700°C auf über 30 A/cm
zu, und nimmt dann mit steigender Temperatur für die Glühtemperaturen zwischen 700°C und 1000°C wieder
ab.
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Die
Polarisierung J für
angewandte Magnetfelder H von bis zu 600 A/cm wurde für Proben
von jeder der Zusammensetzungen und jeder der Glühtemperaturen gemessen. Die
Ergebnisse dieser Versuche sind in den 3 bis 11 dargestellt.
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Die
Beziehung zwischen der Polarisierung bei einem Messmagnetfeld von
160 A/cm (J160) und der Glühtemperatur
ist für
jede der Zusammensetzungen der Legierungen in 12 zusammengefasst.
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Die
Beziehung zwischen der Sättigungspolarisierung
Js bei einem Messmagnetfeld von 600 A/cm (J600) und der Glühtemperatur ist für jede der
Zusammensetzungen der Legierungen in 13 zusammengefasst.
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Ein
hoher Wert von Js ist wünschenswert, so dass die Größe und das
Gewicht des magnetischen Bauteils reduziert werden können. Für ein Magnetfeld
von 160 A/cm wird ein Wert für
J160 von oberhalb 1,7 T beobachtet für die Legierungen
mit einem Kobaltgehalt von 6 Gewichtsprozent und 9 Gewichtsprozent
und einer Glühtemperatur
von 650°C
und 700°C.
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Der
spezifische elektrische Widerstand, p, wurde für jede der Chargen ebenfalls
gemessen und wird in Tabelle 3 gezeigt. Es ist erwünscht, dass
der spezifische elektrische Widerstand so hoch wie möglich ist,
um Wirbelströme
zu dämpfen
und die Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung zu verbessern. Es
wurde gemessen, dass der spezifische elektrische Widerstand, p,
zunimmt von 0,428 μΩm für die Legierung,
die 0 Gewichtsprozent Kobalt enthält, auf 0,768 μΩm für die Legierung,
die 20 Gewichtsprozent Kobalt enthält.
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Die
Legierung, die 9 Gewichtsprozent Co, 13 Gewichtsprozent Cr, und
den Rest an Fe aufweist, zeigte die besten weichmagne tischen Merkmale
bei Bedingungen für
das Tempern von 700°C
für fünf Stunden.
Der höchste
Sättigungspolarisierungswert,
Js, und auch die Polarisierung bei einem
Feld von 160 A/cm, J160, wurden ebenfalls
mit dieser Zusammensetzung erzielt und die Koerzitivfeldstärke, Hc, die bei 1,57 A/cm liegt, ist ebenfalls
geeignet gering. Der spezifische elektrische Widerstand ist auf
0,582 μΩm erhöht, was
vorteilhaft ist für
die Dynamik von Kraftstoffeinspritzventilen.
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Tabelle
4 vergleicht die Werte von Hc, Js, J160, μ und p für eine Zusammensetzung
mit 13 Gewichtsprozent Cr, 9 Gewichtsprozent Co, und dem Rest an
Fe mit der Zusammensetzung aus 0 Gewichtsprozent Co, 13 Gewichtsprozent
Cr, und dem Rest an Fe, handelsüblichem
reinem Fe (VACOFER S1) und einer handelsüblichen FeCo Legierung (VACOFLUX
17) der Zusammensetzung 17 Gewichtsprozent Co, 2 Gewichtsprozent Cr,
1 Gewichtsprozent Mo, und dem Rest an Fe.
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Wie
in Tabelle 4 gezeigt, weist eine Legierung, die 9 Gewichtsprozent
Co, 13 Gewichtsprozent Cr, und den Rest an Fe aufweist, einen Wert
der Sättigungspolarisierung
bei einem Feld von 160 A/cm, J160, auf die etwa
0,1 T höher
ist als der, der für
eine binäre
Legierung mit 13 Gewichtsprozent Cr und dem Rest an Fe beobachtet
wird. Der spezifische elektrische Widerstand ist ebenfalls von etwa
0,15 μΩm über den
erhöht,
der für
die binäre
Legierung mit 13 Gewichtsprozent Cr und dem Rest an Fe gemessen
wird.
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Die
Zusammensetzung aus 9 Gewichtsprozent Co, 13 Gewichtsprozent Cr,
und dem Rest an Fe weist einen höheren
spezifischen elektrischen Widerstand auf, aber ein leicht niedrigeres
Hc, Js und J160 im Vergleich mit reinem Fe. Wie jedoch
aus den Er gebnissen aus den Korrosionsversuchen ersehen werden wird,
hat sich der Korrosionswiderstand der Zusammensetzung mit 13 Gewichtsprozent
Cr, 9 Gewichtsprozent Co, Rest Fe bedeutend über den von reinem Fe verbessert.
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Der
Korrosionswiderstand der fünf
Chargen wurde zusätzlich
zu zwei handelsüblichen
Legierungen (VACOFLUX 17 und VACOFLUX 50 (49 Gewichtsprozent Co,
2 Gewichtsprozent V, Rest Fe)) untersucht. In einem ersten Test
wurden Stücke
jeder Charge einem Umwelttest bei 85°C und 85% Luftfeuchtigkeit unterzogen.
Die Ergebnisse der Beobachtungsprüfung sind in Tabelle 5 zusammengefasst.
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Nach
14 Tagen der Aussetzung zeigten die Legierungen mit Kobaltgehalt
zwischen 3 Gewichtsprozent und 9 Gewichtsprozent keinerlei Anzeichen
von Korrosion.
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Das
Korrosionsverhalten der Legierungen wurde auch für eine Benzin/Methanol/Wasser-Umgebung untersucht.
Es wurde eine Lösung
hergestellt, die 84,5% Benzin, 15% Methanol und 0,5% korrosives
Wasser enthielt. Das korrosive Wasser wies 16,5 mg an Natriumchlorid
pro Liter, 13,5 mg an Natriumwasserstoffkarbonat pro Liter, und
14,8 mg an Ameisensäure
auf. Die Proben wurden für
150 Stunden bei 130°C
in der Lösung
untergetaucht. Die Ergebnisse dieses Tests sind in Tabelle 6 dargestellt.
Die Tests wurden optisch unter einem optischen Mikroskop bei einer
Vergrößerung von
16 beurteilt. Proben mit 0 Gewichtsprozent, 3 Gewichtsprozent beziehungsweise
9 Gewichtsprozent Kobalt zeigten keinerlei Anzeichen von Korrosion.
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In
einem dritten Korrosionstest wurden Proben in eine Sulfat, Nitrat
und Chlorid aufweisende Lösung eingetaucht.
Die Lösung weist
1000 ppm Sulfate, 500 ppm Nitrate, 100 ppm Chloride auf und weist
einen pH-Wert von 1,6 auf. Die Proben wurden über 11 Tage bei 60°C in die
Lösung
eingetaucht. Die Ergebnisse dieses Versuchs werden in Tabelle 7
gezeigt.
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Wie
aus Tabelle 7 ersehen werden kann, erfüllten Proben mit 6 Gewichtsprozent
Kobalt und 9 Gewichtsprozent Kobalt das Kriterium der Gruppe 2 und
werden als ausreichend korrosionsbeständig bezeichnet.
| Charge
Nr. | Fe
(Gewichtsprozent) | Co
(Gewichtsprozent) | Cr
(Gewichtsprozent) |
| 93/7215 | Rest | 0 | 13 |
| 93/7216 | Rest | 3 | 13 |
| 93/7217 | Rest | 6 | 13 |
| 93/7218 | Rest | 9 | 13 |
| 93/7342 | Rest | 20 | 13 |
Tabelle
1
| Glühtemperatur
(°C) | 93/7215
Co = 0 wt% | 93/7216
Co = 3 wt% | 93/7217
Co = 6 wt% | 93/7218
Co = 9 wt% | 93/7219
Co = 20 wt% |
| nicht
getempert | 4,50 | 8,82 | 12,54 | 12,93 | 12,81 |
| 500 | 4,21 | 6,49 | 8,59 | 8,61 | 9,64 |
| 550 | 3,21 | 5,33 | 7,85 | 8,14 | 9,21 |
| 600 | 2,61 | 3,03 | 7,47 | 7,90 | 12,80 |
| 650 | 2,46 | 4,47 | 6,76 | 7,70 | 25,10 |
| 700 | 1,85 | 1,36 | 1,42 | 1,57 | 33,00 |
| 800 | 0,79 | 1,07 | 2,90 | 7,49 | 29,40 |
| 900 | 0,69 | 1,44 | 5,22 | 13,71 | 25,00 |
| 1000 | 0,53 | 1,29 | 12,55 | 15,69 | 24,60 |
Tabelle
2
| Charge
Nr. | (Gewichtsprozent)
Co Gehalt | Spezifischer
elektrischer Widerstand (μΩm) |
| 93/7215 | 0 | 0,428 |
| 93/7216 | 3 | 0,485 |
| 93/7217 | 6 | 0,539 |
| 93/7218 | 9 | 0,582 |
| 93/7342 | 20 | 0,768 |
Tabelle
3 | Legierung | Hc (A/cm) | Js (T) | J160 (T) | μ (max) | p
(μΩm) |
| 93/7218
(13 Gewichtsprozent Cr, 0 Gewichtsprozent Co, Rest Fe) | 1,57 | 1,84 | 1,767 | 1,320 | 0,58 |
| 93/7215
(13 Gewichtsprozent Cr, 0 Gewichtsprozent Co, Rest Fe) | 0,53 | 1,765 | 1,657 | 1,788 | 0,43 |
| VACOFLUX
17 | ≤ 2,0 | 2,22 | > 2,0 | 2,500 | 0,39 |
| VACOFER
S1 | ≤ 0,12 | 2,15 | 1,97 | 40,000 | 0,10 |
Tabelle
4 | Legierung | Sichtbare
Veränderung
(nach 14 Tagen) |
| VACOFLUX
17 | Schwarzes
Korrosionsprodukt an den Seitenflächen |
| VACOFLUX
50 | Zwei
kleine Rostflecken auf der Oberfläche |
| 93/7215
(0 Gewichtsprozent Co) | Schwarzes
Korrosionsprodukt auf den Seitenflächen |
| 93/7216
(3 Gewichtsprozent Co) | Keine
Veränderung
sichtbar |
| 93/7217
(6 Gewichtsprozent Co) | Keine
Veränderung
sichtbar |
| 93/7218
(9 Gewichtsprozent Co) | Keine
Veränderung
sichtbar |
| 93/7342
(20 Gewichtsprozent Co) | Geringfügig dunkler |
Tabelle
5 | Legierung | Sichtbare
Veränderung
(nach 150 Stunden bei 130°C
in Lösung
aus Benzin, Methanol und korrosivem Wasser) |
| VACOFLUX
17 | Korrosionsnarbenbildung |
| VACOFLUX
50 | Korrosionsnarbenbildung,
Struktur sichtbar |
| 93/7215
(0 Gewichtsprozent Co) | Keine
Veränderung
sichtbar |
| 93/7216
(3 Gewichtsprozent Co) | Keine
Veränderung
sichtbar |
| 93/7217
(6 Gewichtsprozent Co) | Kleine
Korrosionsflecken auf einer Seite |
| 93/7218
(9 Gewichtsprozent Co) | Keine
Veränderung
sichtbar |
| 93/7342
(20 Gewichtsprozent Co) | Kleine isolierte Korrosionsflecken |
Tabelle
6
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Zusammenfassung
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Korrosionsbeständiges magnetisches Bauteil
für ein
Kraftstoffeinspritzventil
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Ein
magnetisches Bauteil für
eine magnetisch betätigte
Kraftstoffeinspritzanordnung wird zur Verfügung gestellt. Das magnetische
Bauteil ist aus einer korrosionsbeständigen weichmagnetischen Legierung ausgeformt,
die in Gewichtsprozent im Wesentlichen besteht aus 3% < Co < 20%, 6% < Cr < 15%, 0% ≤ S ≤ 0,5%, 0% ≤ Mo ≤ 3%, 0% ≤ Si ≤ 3,5%, 0% ≤ Al ≤ 4,5%, 0% ≤ Mn ≤ 4,5%, 0% ≤ Me ≤ 6%, wobei
Me eines oder mehrere der Elemente Sn, Zn, W, Ta, Nb, Zr und Ti,
0% ≤ V ≤ 4,5%, 0%
Ni ≤ 5%,
0% ≤ C < 0,05%, 0% ≤ Cu < 1%, 0% ≤ P < 0,1%, 0% ≤ N < 0,5%, 0% ≤ 0 < 0,05%, 0% < B < 0,01% aufweist,
und der Rest im Wesentlichen Eisen und die üblichen Unreinheiten aufweist.
