DE112014005579T5

DE112014005579T5 - Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials und Verfahren zum Steigern der Magnetostriktion

Info

Publication number: DE112014005579T5
Application number: DE112014005579.4T
Authority: DE
Inventors: Yasufumi Furuya; Takashi Nakajima; Takenobu Sato; Shinichi Yamaura; Takashi Ebata
Original assignee: Tohoku University NUC; Tohoku Steel Co Ltd; Hirosaki University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC; Tohoku Steel Co Ltd; Hirosaki University NUC
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2034-12-06
Also published as: US20160300998A1; CN106164321A; CN106164321B; JPWO2015083821A1; WO2015083821A1; DE112014005579B4; JP6112582B2

Abstract

Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials und ein Verfahren zum Steigern der Magnetostriktion bereitzustellen, wodurch die Magnetostriktion in einem magnetostriktiven Material gesteigert werden kann, das für Schüttelgeneratoren oder Kraftaufnehmer oder dergleichen verwendet wird, die den umgekehrten magnetostriktiven Effekt nutzen. Gelöst wird die Aufgabe, indem ein Legierungsmaterial mit der Zusammensetzung Co: 67 bis 87 Massenprozent und Fe und unvermeidliche Verunreinigungen als Rest nach dem Schmelzen und Gießen warmgeschmiedet wird, wodurch ein magnetostriktives Material mit Magnetostriktion von 100 ppm oder mehr hergestellt wird. Außerdem kann nach dem Warmschmieden durch Kaltwalzen ein magnetostriktives Material mit einer Magnetostriktion von 130 ppm oder mehr hergestellt werden. Nach der Warmbearbeitung bzw. nach der Kaltbearbeitung kann eine Wärmebehandlung bei 400 bis 1000°C durchgeführt werden.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials und ein Verfahren zum Steigern der Magnetostriktion.
[Technischer Hintergrund]
In Schüttelgeneratoren oder Kraftaufnehmern wird magnetostriktives Material verwendet, wobei das Phänomen des umgekehrten magnetostriktiven Effekts ausgenutzt wird, bei dem durch eine Verformung, die sich durch Anlegen einer Spannung von außen ergibt, das Magnetfeld im Inneren eines Magnetkörpers verändert wird.
Von Furuya et al. werden eine Fe-Co-Legierung (Co: 56 bis 80 Atomprozent) und ein Wärmebehandlungsverfahren dafür bereitgestellt, die eine Verbesserung hinsichtlich der Zerbrechlichkeit bislang in Schüttelgeneratoren verwendeter Tb-Dy-Fe-Legierungen (Terfenol-D) und FeGa-Legierungen (Galfenol) und der Verarbeitungsfähigkeit bieten sollen.
[Literatur zum Stand der Technik]
[Patentliteratur]

[Patentliteratur 1] japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-177664

[Übersicht über die Erfindung]
[Probleme, die diese Erfindung löst]
Allerdings ist es bei dem Verfahren der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-177664 schwierig, die Magnetostriktion stabil bei 100 ppm oder mehr zu halten, weshalb Bedarf an einem Verfahren zur Massenproduktion eines Legierungsmaterials besteht, mit dem eine Magnetostriktion von 100 ppm oder mehr erlangt werden kann, da diese zur praktischen Ausnutzung des umgekehrten magnetostriktiven Effekts notwendig ist. Da bei dem Verfahren der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-177664 das Gießen unter starker Annäherung an die späteren Abmessungen im Gebrauch erfolgt (Schleuderguss usw.), ergibt sich der Vorteil einer nur geringen Anzahl anschließender Verarbeitungsschritte durch Schleifen oder dergleichen, so dass praktisch keine Verformungsverarbeitung stattfindet und lediglich Wärmebehandlung und Zusammensetzung eine Rolle spielen, weshalb die Magnetostriktion, die stark von Kristallstruktur und Verformungen bzw. Fehlern abhängig ist, nicht ausreichend steuerbar ist, wodurch sich das Problem ergibt, dass nur eine stabile Magnetostriktion von lediglich 90 ppm erreicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Probleme getätigt, und es ist ihre Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials und ein Verfahren zum Steigern der Magnetostriktion bereitzustellen, wodurch die Magnetostriktion in einem magnetostriktiven Material gesteigert werden kann, das für Schüttelgeneratoren oder Kraftaufnehmer oder dergleichen verwendet wird, die den umgekehrten magnetostriktiven Effekt nutzen.
[Mittel, um die Probleme zu lösen]
Die Erfinder haben festgestellt, dass eine stabile Magnetostriktion von 100 ppm oder mehr erlangt werden kann, wenn ein magnetostriktives Grundmaterial hergestellt wird, indem 67–87 Massenprozent Co und als Rest Fe sowie unvermeidliche Verunreinigungen geschmolzen und gegossen und anschließend einer Warmbearbeitung sowie wahlweise einer Kaltbearbeitung unterzogen werden.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsmaterial, welches das magnetostriktive Material bildet, einer Warmbearbeitung unterzogen wird.
Indem das Legierungsmaterial, welches das magnetostriktive Material bildet, einer Warmbearbeitung unterzogen wird, kann ein magnetostriktives Material mit hoher Magnetostriktion hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steigern der Magnetostriktion eines magnetostriktiven Materials ist dadurch gekennzeichnet, dass das magnetostriktive Material einer Warmbearbeitung und wahlweise eine Kaltbearbeitung und/oder einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Indem in der vorliegenden Erfindung das magnetostriktive Material einer Warmbearbeitung und wahlweise eine Kaltbearbeitung und/oder einer Wärmebehandlung unterzogen wird, kann die Magnetostriktion gesteigert werden. In der vorliegenden Erfindung sind die Kaltbearbeitung und die Wärmebehandlung nicht zwingend notwendig, und es kann auch ausschließlich eine Warmbearbeitung, eine Kombination aus Warmbearbeitung und Kaltbearbeitung, eine Kombination aus Warmbearbeitung und Wärmebehandlung oder eine Kombination aus Warmbearbeitung, Kaltbearbeitung und Wärmebehandlung durchgeführt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Warmbearbeitung auch um eine Bearbeitung zur plastischen Verformung unter Wärme handeln, und sie umfasst insbesondere vorzugsweise Warmschmieden oder Warmwalzen und kann auch Vorblocken umfassen. Das Warmschmieden kann beispielsweise in einer Presse oder mit einem Hammer durchgeführt werden. Das Warmwalzen kann beispielsweise in einer Walzmaschine durchgeführt werden. Auf die Warmbearbeitung folgt vorzugsweise die Kaltbearbeitung. Indem die Warmbearbeitung auf die Kaltbearbeitung folgt, kann die Magnetostriktion weiter gesteigert werden. In der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Kaltbearbeitung auch um eine Bearbeitung zur plastischen Verformung unter Kälte handeln, und sie vorzugsweise Kaltwalzen und kann auch Kaltziehen umfassen. Als „kalt” gilt dabei eine Fertigungsumgebung mit einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und 300°C.
In der vorliegenden Erfindung umfasst das Legierungsmaterial ein magnetostriktives Fe-Co-Legierungsmaterial, wobei das magnetostriktive Material vorzugsweise ein magnetostriktives Fe-Co-Grundmaterial ist. Das Legierungsmaterial enthält vorzugsweise 67–87 Massenprozent Co und als Rest Fe sowie unvermeidliche Verunreinigungen, die geschmolzen und erstarren gelassen werden. In diesem Fall lässt sich ohne Weiteres ein magnetostriktives Material mit einer Magnetostriktion von 100 ppm oder mehr herstellen. Das Legierungsmaterial enthält bevorzugt 71–82 Massenprozent Co und als Rest Fe sowie unvermeidliche Verunreinigungen, die geschmolzen und erstarren gelassen werden. Wenn ein Legierungsmaterial dieser Zusammensetzung nach der Warmbearbeitung einer Kaltbearbeitung unterzogen wird, lässt sich die Magnetostriktion des magnetostriktiven Materials auf 130 ppm oder mehr erhöhen.
In der vorliegenden Erfindung kann das Legierungsmaterial 67–87 Massenprozent Co, 1 Massenprozent oder weniger von einem, zwei oder mehreren von Nb, Mo, V, Ti und Cr und als Rest Fe sowie unvermeidliche Verunreinigungen enthalten, die geschmolzen und erstarren gelassen werden. In diesem Fall nimmt zwar die Magnetostriktion des hergestellten magnetostriktiven Materials im Vergleich zu einem Verzicht auf Nb, Mo, V, Ti oder Cr in gewissem Maße ab, doch kann im Gegenzug die mechanische Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit stark erhöht werden. Wenn zwei oder mehrere von Nb, Mo, V, Ti und Cr enthalten sind, sollte ihr kombinierter Massenprozentanteil bei 1 Massenprozent oder weniger liegen.
In der vorliegenden Erfindung kann das Legierungsmaterial 67–72 Massenprozent Co, 0,6 Massenprozent oder weniger von einem, zwei oder mehreren von Nb, Mo, V, Ti und Cr und als Rest Fe sowie unvermeidliche Verunreinigungen enthalten, die geschmolzen und erstarren gelassen werden, womit zum einen durch Durchführen einer Kaltbearbeitung nach der Warmbearbeitung die Magnetostriktion des magnetostriktiven Materials auf 110 ppm gesteigert und zum anderen die mechanische Festigkeit stark erhöht werden kann.
Das magnetostriktive Material mit erhöhter mechanischer Festigkeit eignet sich zur Anwendung auf Vorrichtungen, von denen Haltbarkeit verlangt wird, wie beispielsweise Schüttelgeneratoren oder Messgeber, die den umgekehrten magnetostriktiven Effekt nutzen.
In der vorliegenden Erfindung wird die Warmbearbeitung vorzugsweise bei 1200°C oder weniger durchgeführt, und mehr bevorzugt erfolgt nach einer Erwärmung auf 900 bis 1100°C eine Entnahme aus dem Ofen, woraufhin zwischen 1100 und 700°C eine plastische Verformung durchgeführt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Legierungsmaterial um Grundmaterial in einer Größe, die Verarbeitungen wie das Warmschmieden oder Vorblocken mittels einer Presse oder eines Hammers sowie das Warmwalzen oder Kaltwalzen in einer Walzmaschine gestattet.
Nach der Warmbearbeitung bzw. nach der Kaltbearbeitung kann auch eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, derart, dass in einem zweidimensionalen Zustandsdiagramm des Fe-Co-Systems die Phasengrenze (bcc + fcc)/bcc nicht überschritten wird. Als konkreter Temperaturbereich nach der Warm- oder Kaltbearbeitung ist auch eine Wärmebehandlung zwischen 400 und 1000°C möglich.
Hinsichtlich der Form des magnetostriktiven Materials nach der Warmbearbeitung oder Kaltbearbeitung liegt keine Einschränkung vor, doch lassen sich zum Beispiele eine Stabform, eine Drahtform und eine Plattenform usw. nennen.
[Wirkung der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials und ein Verfahren zum Steigern der Magnetostriktion bereitgestellt werden, wodurch die Magnetostriktion in einem magnetostriktiven Material gesteigert werden kann, das für Schüttelgeneratoren oder Kraftaufnehmer oder dergleichen verwendet wird, die den umgekehrten magnetostriktiven Effekt nutzen.
[Kurzbeschreibung der Figuren]
Es zeigen:
1 einen Graphen, der für verschiedene Herstellungsverfahren die Beziehung zwischen Zusammensetzung des Legierungsmaterials und Magnetostriktion gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
2 ein zweidimensionales Zustandsdiagramm des Fe-Co-Systems;
3 einen Graphen, der für den jeweiligen Massenprozentanteil von Co die Beziehung zwischen der Menge an zugesetzten Elementen und der Zugfestigkeit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt; und
4 einen Graphen, der für den jeweiligen Massenprozentanteil von Co die Beziehung zwischen der Menge an zugesetzten Elementen und Magnetostriktion gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt.
[Beschreibung der Anwendungsformen dieser Erfindung]
Im Folgenden soll eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden.
Bestandteil Co: 67 bis 87 Massenprozent; Fe und unvermeidliche Verunreinigungen: Rest Indem ein Legierungsmaterial mit der oben genannten Zusammensetzung nach dem Schmelzen und Gießen warmgeschmiedet wird, kann ein magnetostriktives Grundmaterial mit Magnetostriktion von 100 ppm oder mehr hergestellt werden. Indem außerdem nach dem Warmschmieden ein Kaltwalzvorgang durchgeführt wird, kann die Magnetostriktion weiter gesteigert werden. Nach dem Warmschmieden kann auch ein Warmwalzvorgang durchgeführt werden. Außerdem kann nach dem Warmwalzvorgang ein Kaltwalzvorgang durchgeführt werden.
Bestandteil Co: 71 bis 82 Massenprozent; Fe und unvermeidliche Verunreinigungen: Rest Indem ein Legierungsmaterial mit der oben genannten Zusammensetzung nach dem Schmelzen und Gießen warmgeschmiedet wird, kann ein magnetostriktives Material mit Magnetostriktion von 110 ppm oder mehr hergestellt werden. Außerdem kann nach dem Warmschmieden durch Kaltwalzen ein magnetostriktives Material mit einer Magnetostriktion von 130 ppm oder mehr hergestellt werden.
Bestandteil Co: 76 bis 82 Massenprozent; Fe und unvermeidliche Verunreinigungen: Rest Indem ein Legierungsmaterial mit der oben genannten Zusammensetzung nach dem Schmelzen und Gießen warmgeschmiedet und außerdem kaltgewalzt wird, kann ein magnetostriktives Material mit Magnetostriktion von 150 ppm oder mehr hergestellt werden.
Bestandteil Co: 67 bis 87 Massenprozent; eins oder zwei oder mehrere von Nb, Mo, V, Ti und Cr: 1 Massenprozent oder weniger; Fe und unvermeidliche Verunreinigungen: Rest Indem ein Legierungsmaterial mit der oben genannten Zusammensetzung nach dem Schmelzen und Gießen warmgeschmiedet und außerdem kaltgezogen wird, kann ein magnetostriktives Material mit Magnetostriktion von 65 bis 139 ppm oder mehr und einer Zugfestigkeit von 695 bis 1010 MPa hergestellt werden.
Warmbearbeitung, Kaltbearbeitung
Bearbeitungen wie Warm- oder Kaltschmieden, Walzen, Ziehen erhöhen die Magnetostriktion. Es wird angenommen, dass die Magnetostriktion auf komplexe Weise von Kristallstruktur, Verformungen und Gitterfehlern beeinflusst wird.
Wärmebehandlung bei 400 bis 1000°C
Auch wenn nach der Warmbearbeitung und der Kaltbearbeitung zu Zwecken der Beseitigung von Verformungen eine Warmbearbeitung bei 400 bis 1000°C durchgeführt wird, ergibt sich keine starke Reduzierung der Magnetostriktion. Die Wärmebehandlung kann auch zwischen der Warmbearbeitung und der Kaltbearbeitung durchgeführt werden. Allerdings kommt es bei einer Wärmebehandlung bei 1000°C oder mehr zu einer auffälligen Reduzierung, wobei als Faktor die Ausfällung der fcc-Phase oder dergleichen denkbar ist. 2 zeigt ein zweidimensionales Zustandsdiagramm des Fe-Co-Systems.
Als nächstes soll ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Fe-Co-Grundmaterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Beispielsweise wird in einem Induktionsofen in Atmosphäre Legierungsmaterial mit der oben genannten Zusammensetzung geschmolzen und veredelt, zu einem Block gegossen und anschließend auf 900 bis 1100°C erwärmt, woraufhin es aus dem Ofen entnommen und einer Warmbearbeitung (Warmschmieden, Warmwalzen oder Warmwalzen im Anschluss an Warmschmieden usw.) unterzogen und in eine Stabform, Drahtform oder Plattenform gebracht wird. Als nächstes kann im Falle eines Drahtmaterials mittels Kaltziehen ein noch dünneres Drahtmaterial erzeugt werden, oder es kann durch Begradigung ein Stabmaterial erzeugt werden. Im Falle eines Stabmaterials kann eine Kaltbegradigung durchgeführt werden. Im Falle eines Plattenmaterials kann eine Begradigung zu einer Platte durchgeführt werden, oder es kann mittels Kaltwalzen eine noch dünnere Platte oder ein Bandmaterial erzeugt werden. Das so erzeugte Draht-, Stab-, Platten oder Bandmaterial kann in diesem Zustand verwendet oder in eine andere Verwendungsform gebracht werden. Es kann auch eine Wärmebehandlung bei 400 bis 1000°C durchgeführt werden.
Erstes Ausführungsbeispiel
7 kg eines Legierungsmaterials aus Co in den in Tabelle 1 gezeigten verschiedenen Massenprozentanteilen, einem Rest Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen wurden in einem Ar-Gasstrom geschmolzen und in eine Kokille gegossen, wodurch ein Gussblock von etwa 80 mm Durchmesser hergestellt wurde (Schmelzschritt der Versuche (1) bis (5) in Tabelle 1).
In den Versuchen (1) bis (4) aus Tabelle 1 wurde der Gussblock sodann 1 Stunde lang in einem Gasbrennererwärmungsofen 1000 bis 1100°C belassen, dann entnommen und dann mit einem Warmschmiedelufthammer zu einer etwa 15 mm dicken Platte geformt (Warmschmiedeschritt).
Als nächstes wurde in den Versuchen (1) und (2) aus Tabelle 1 die 15 mm dicke Platte in einer Kaltwalzmaschine zu einem 0,3 mm dicken Blech geformt (Kaltwalzschritt). In Versuch (2) aus Tabelle 1 wurde das Versuchsobjekt 1 Stunde lang in einem elektrischen Ofen mit 800°C belassen und dann einer Ofenabkühlung unterzogen (Wärmebehandlungsschritt).
In den Versuchen (3) und (4) aus Tabelle 1 wurde die 15 mm dicke Platte 1 Stunde lang in einem elektrischen Ofen mit 1100°C belassen und dann in einer Warmwalzmaschine zu einem 1 mm dicken Blech gewalzt (Warmwalzschritt). In Versuch (4) aus Tabelle 1 wurde das Versuchsobjekt 1 Stunde lang in einem elektrischen Ofen mit 800°C belassen und dann einer Ofenabkühlung unterzogen (Wärmebehandlungsschritt).
In Versuch (5) aus Tabelle 1 wurde dem Versuchsobjekt nach dem Schmelzen in gegossener Form eine Probe entnommen, woraufhin es 1 Stunde lang in einem elektrischen Ofen mit 800°C belassen wurde und dann einer Ofenabkühlung unterzogen wurde (Wärmebehandlungsschritt).
Auf diese Weise wurde gemäß den Versuchen (1) bis (5) magnetostriktives Grundmaterial hergestellt.
Als Probe zur Magnetostriktionsmessung wurde ein Objekt mit 8 mm Länge × 5 mm Breite × 0,3 mm Dicke geformt, und es wurde mithilfe von Klebstoff („M-Bond 610” von Vishay) an eine Biegelehre („KFL-05-120-C1-11L1M2R” von Kyowa Electronic Instruments Co., Ltd.) geklebt. Für die Magnetostriktionsmessung wurde ein Vibrationsprobenmagnetometer „VSM-5-10” von Toei Kogyo K. K. verwendet, und es wurde bei Raumtemperatur ein maximales Magnetfeld von 12 kOe angelegt, und die Widerstandsänderung der Biegelehre wurde mittels eines Multi-Datenerfassungssystems („NR-600” von der Keyence Corporation) und eines Dehnungsmessers („NR-ST04” von der Keyence Corporation) gemessen, wodurch die Magnetostriktion ermittelt wurde.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 1 aufgeführt.
Wie Tabelle 1 und 1 zu entnehmen ist, wurde in dem Zusammensetzungsbereich der Versuche (1) bis (4) mit 67 bis 87 Massenprozent Co sowie Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest in jedem Fall eine Magnetostriktion von über 100 ppm erzielt.

Dagegen wurde außerhalb des Zusammensetzungsbereichs der Versuche (1) bis (4) mit 67 bis 87 Massenprozent Co sowie Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen nur eine Magnetostriktion von unter 100 ppm erzielt. Wurde zwar die gleiche Zusammensetzung wie in den Versuchen (1) bis (4) verwendet, aber keine warme plastische Verformung gemäß Versuch (5) durchgeführt, so wurde ebenfalls nur eine Magnetostriktion von unter 100 ppm erzielt. Tabelle 1

Versuch Nr.	Herstellungsschritt/Bestanteil (Massenprozent Co)	65,4	67,6	71,3	76,4	81,2	86,5	88,8	91,0
1	Schmelzen; Warmschmieden; Kaltwalzen		142	158	167	172	138	88	40
₂	Schmelzen; Warmschmieden; Kaltwalzen; Wärmebehandeln		132	144	151	143	115	71	28
3	Schmelzen; Warmschmieden; Warmwalzen	90	105	117	128	118	104	68	35
4	Schmelzen; Warmschmieden; Warmwalzen; Wärmebehandeln	96	113	122	117	110	102	65	24
5	Schmelzen; Wärmebehandeln		96	94	82

Zweites Ausführungsbeispiel
7 kg eines Legierungsmaterials aus Co in den in Tabelle 2 und 3 gezeigten verschiedenen Massenprozentanteilen, Nb, Mo, V, Ti oder Cr in den gezeigten Massenprozentanteilen und einem Rest Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen wurden in einer Ar-Atmosphäre geschmolzen und in eine Kokille gegossen, wodurch ein Gussblock von etwa 80 mm Durchmesser hergestellt wurde (Schmelzschritt).
Als nächstes wurde der Gussblock 1 Stunde lang in einem Gasbrennererwärmungsofen 1000 bis 1100°C belassen, dann entnommen und dann mit einem Warmschmiedelufthammer zu einer Dicke von etwa 16 mm geformt (Warmschmiedeschritt).
Dann wurde mittels Kaltziehen ein Drahtmaterial mit etwa 8 mm Durchmesser geformt (Kaltziehschritt). Das Versuchsobjekt wurde außerdem 1 Stunde lang in einem elektrischen Ofen mit 800°C belassen und dann einer Ofenabkühlung unterzogen (Wärmebehandlungsschritt).
Auf diese Weise wurde magnetostriktives Material hergestellt.
Von dem hergestellten magnetostriktiven Material wurde eine Zugprobe gemäß JIS14A von 4 mm Durchmesser genommen, woraus eine Magnetostriktionsmessprobe mit 8 mm Länge × 5 mm Breite × 0,3 mm Dicke erstellt und getestet wurde. Die Zugfestigkeit wurde mit einem Instron-Zugfestigkeitsprüfsystem gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 3 aufgeführt. Die Messung der Magnetostriktion erfolgte ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 und 4 aufgeführt.
Wie Tabelle 2 und 3 zu entnehmen ist, nahm bei einem Massenprozentanteil von Co von 67,5 bis 86,5 die Zugfestigkeit proportional zu einer Zusetzungsmenge von 1 Massenprozent oder weniger zu. Wie zudem Tabelle 3 und 4 zu entnehmen ist, nahm bei einem Massenprozentanteil von Co von 67,5 bis 86,5 die Magnetostriktion in Bezug auf eine Zusetzungsmenge von 1 Massenprozent oder weniger mit einer Kurve zweiter Ordnung ab. Im Zusammensetzungsbereich mit 67,5 bis 71,5 Massenprozent Co, 0,6 Massenprozent oder weniger von Nb, Mo, V, Ti oder Cr sowie Fe und unvermeidlichem Verunreinigungen als Rest konnte die Magnetostriktion in jedem Fall auf 110 ppm oder mehr gesteigert werden, und es konnte im Vergleich zum Verzicht auf die Zusetzung eine große mechanische Festigkeit erlangt werden.
Die Zusätze Nb, Mo, V, Ti und Cr erhöhen die mechanische Festigkeit jeweils mittels Mischkristallverfestigung, und auch bei Zusetzung von zwei oder mehr der Elemente wurde die gleiche Wirkung wie bei Zusetzung eines Elements erzielt. So wies beispielsweise eine Legierung mit der Zusammensetzung Co: 71,5 Massenprozent, Nb: 0,36 Massenprozent, V: 0,24 Massenprozent sowie Fe und unvermeidliche Verunreinigungen: Rest eine Magnetostriktion von 120 ppm und eine Zugfestigkeit von 830 MPa auf.
Das magnetostriktive Material mit erhöhter mechanischer Festigkeit eignet sich zur Anwendung auf Vorrichtungen, von denen Haltbarkeit verlangt wird, wie beispielsweise Schüttelgeneratoren oder Messgeber, die den umgekehrten magnetostriktiven Effekt nutzen. Schüttelgeneratoren oder Messgeber, die den umgekehrten magnetostriktiven Effekt nutzen, verschlechtern sich aufgrund von Verformung durch die wiederholt auf sie wirkenden Kräfte, doch wenn ein magnetostriktives Material mit erhöhter mechanischer Festigkeit verwendet wird, kann ihre Lebensdauer verlängert werden. Tabelle 2 Festigkeit (Zugfestigkeit (MPa)

Co 67,5

Zugesetztes Element 0 0,2 0,6 1,0

Nb 660 725 852 980

Mo 660 715 825 930

V 660 700 782 870

Ti 660 698 780 873

Cr 660 695 765 836

Co 71,5

Zugesetztes Element 0 0,2 0,6 1,0

Nb 681 740 875 1002

Mo 681 730 845 950

V 681 725 810 890

Ti 681 725 808 893

Cr 681 715 785 856

Co 86,5

Zugesetztes Element 0 0,2 0,6 1,0

Nb 688 752 880 1010

Mo 688 745 852 955

V 688 730 823 900

Ti 688 725 821 899

Cr 688 728 799 870

Tabelle 3 Magnetostriktion (ppm)

Co 67,5

Zugesetztes Element 0 0,2 0,6 1,0

Nb 132 126 115 80

Mo 132 127 120 88

V 132 128 122 98

Ti 132 128 122 99

Cr 132 125 118 80

Co 71,5

Zugesetztes Element 0 0,2 0,6 1,0

Nb 144 135 124 90

Mo 144 137 130 97

V 144 139 132 110

Ti 144 138 135 113

Cr 144 131 120 88

Co 86,5

Zugesetztes Element 0 0,2 0,6 1,0

Nb 115 110 93 65

Mo 115 112 101 73

V 115 113 97 80

Ti 115 110 97 81

Cr 115 105 94 68

Claims

Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsmaterial, welches das magnetostriktive Material bildet, einer Warmbearbeitung unterzogen wird.
Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmbearbeitung Warmschmieden oder Warmwalzen umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Warmbearbeitung eine Kaltbearbeitung durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltbearbeitung Kaltwalzen umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsmaterial 67–87 Massenprozent Co und einen Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen umfasst, die geschmolzen und erstarren gelassen werden.
Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsmaterial 71–82 Massenprozent Co und einen Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen umfasst, die geschmolzen und erstarren gelassen werden.
Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsmaterial 67–87 Massenprozent Co, 1 Massenprozent oder weniger von einem oder mehreren von Nb, Mo, V, Ti und Cr und einen Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen umfasst, die geschmolzen und erstarren gelassen werden.
Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Warmbearbeitung oder Kaltbearbeitung eine Wärmebehandlung bei 400 bis 1000°C durchgeführt wird.
Verfahren zum Steigern der Magnetostriktion eines magnetostriktiven Materials, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetostriktive Material einer Warmbearbeitung und wahlweise einer Kaltbearbeitung und/oder einer Wärmebehandlung unterzogen wird.