DE19643602A1 - Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörper - Google Patents
Verfahren zur Herstellung massiver MagnetkörperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung massiver
Magnetkörper aus Werkstoffen mit weichmagnetischen
Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens. Das
Verfahren ist anwendbar zur Herstellung weichmagnetischer
Magnetkörpern für Relais, Übertrager, Magnetventile, Aktoren
und andere elektromagnetische Produkte.
Es ist bereits bekannt, massive weichmagnetische Magnetkörper
auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen. Dabei ist es aber
sehr aufwendig und vielfach nicht möglich, Poren in den
Fertigteilen zu vermeiden. Durch Poren, die Ursache für die
sogenannte innere Scherung sind, werden die weichmagnetischen
Eigenschaften hochwertiger Werkstoffe stark verschlechtert.
Damit sind die pulvermetallurgischen Verfahren nur bedingt für
die Fertigung massiver weichmagnetischer Magnetkörper geeignet.
Bekannt ist es auch, massive weichmagnetische Magnetkörper für
elektrische Maschinen im Feingußverfahren herzustellen
(DD 108 628). Hierbei muß für jedes einzelne Gießteil eine Form
hergestellt werden, die nach dem Guß aufwendig und unter
Einsatz von aggressiven Hilfsstoffen vom Gießteil entfernt
werden muß, wodurch Abfall erzeugt wird. Damit ist das
Feingußverfahren für eine Massenfertigung unwirtschaftlich.
Es ist auch bereits bekannt, massive weichmagnetische
Magnetkörper für elektrische Maschinen im Druckgußverfahren
herzustellen (DD 126 155). Das Druckgußverfahren, das
prinzipiell eine hohe Produktivität ermöglicht, konnte sich
jedoch bisher in der Praxis für die Herstellung massiver
weichmagnetischer Magnetkörper nicht durchsetzen, da infolge
des hohen Schmelzpunktes der klassischen weichmagnetischen
Legierungen die Druckgußwerkzeuge eine sehr niedrige Standzeit
haben und die Fertigung damit unwirtschaftlich ist. Eine
Veränderung der Legierungszusammensetzung ist wegen der damit
verbundenen Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften
nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu
schaffen, mit dem massive Magnetkörper aus Werkstoffen mit
weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des
Druckgußverfahrens rationell hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit dem in den
Patentansprüchen beschriebenen Herstellungsverfahren gelöst.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als
Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet, die aus den
Legierungsbestandteilen des weichmagnetischen Werkstoffs und
zusätzlich einem oder mehreren schmelzpunkterniedrigenden
Elementen besteht, und daß man den aus dieser Legierung im
Druckgußverfahren erzeugten Magnetkörpern nachträglich mittels
einer Wärmebehandlung in einer reaktiven Atmosphäre die
zusätzlichen Elemente zumindest teilweise entzieht.
Zweckmäßigerweise kann als Ausgangswerkstoff eine Legierung
verwendet werden, die als schmelzpunkterniedrigende Elemente
Bor, Kohlenstoff und/oder Phosphor enthält.
Vorteilhaft ist es, als Ausgangswerkstoff eine Legierung zu
verwenden, welche die schmelzpunkterniedrigenden Elemente in
einer solchen Menge enthält, daß der Schmelzpunkt der Legierung
auf eine Temperatur < 1400°C, vorzugsweise < 1300°C abgesenkt
wird.
Für die Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kann
Wasserstoff als reaktive Atmosphäre verwendet werden. Dabei ist
es vorteilhaft, wenn die Wasserstoffatmosphäre während der
Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kontinuierlich oder
diskontinuierlich durch Spülen erneuert wird.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens werden
die Druckguß-Magnetkörper zunächst in feuchtem Wasserstoff bei
einer Temperatur zwischen 850 und 1000°C und anschließend in
trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 1000 und
1250°C wärmebehandelt. Hierbei sollten die Druckguß-Mag
netkörper bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 950°C
während einer Dauer von 2 bis 16 Stunden in feuchtem
Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich
von 1050 bis 1120°C während einer Dauer von mindestens
1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt werden.
Mit der Erfindung werden die Voraussetzungen geschaffen, um
hochwertige weichmagnetische Legierungen effektiv im
Druckgußverfahren zu massiven Magnetkörper zu verarbeiten. Beim
Gießen entstehen keine störenden Poren im Werkstoff. Es können
wiederverwendbare Gießformen eingesetzt werden und die
Temperatur der Gießschmelze läßt sich soweit absenken, daß die
Druckgußwerkzeuge eine hinreichen lange Standzeit haben.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Zu einer weichmagnetischen Fe85Si15-Legierung, die einen
Schmelzpunkt von 1420°C besitzt, wird Bor in einer solchen
Menge zulegiert, daß eine Fe77,5Si13,5B9-Legierung entsteht,
deren Schmelzpunkt bei nur noch 1160°C liegt.
Aus dieser Legierung werden im Druckgußverfahren Ringe mit
einem äußeren Ringdurchmesser von 20 mm und einer Materialdicke
von 2 × 2 mm gegossen. Eine Messung der Koerzitivfeldstärke
ergibt einen Hc-Wert von < 1200 A/m.
Diese Ringe werden anschließend bei 1000°C während einer Dauer
von 8 h einer Wärmebehandlung in feuchtem Wasserstoff und
anschließend bei 1100°C während einer Dauer von 8 h einer
Wärmebehandlung in trockenem Wasserstoff unterworfen. Durch die
Wärmebehandlungen wird der Borgehalt in den Ringen auf < 0,1%
verringert und es entsteht annähernd die ursprüngliche
Fe85Si15-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke Hc von
< 100 A/m.
Die so hergestellten Ringe können als Ringkerne für Übertrager
eingesetzt werden.
Zu einer weichmagnetischen Fe49Co49V2-Legierung, die einen
Schmelzpunkt von 1480°C besitzt, wird Bor mit einem
Massenanteil von 4,5% zulegiert. Der Schmelzpunkt dieser
Legierung liegt unterhalb 1100°C. Aus dieser Legierung werden
im Druckgußverfahren 25 mm lange und 2 mm dicke Stäbe gegossen.
Eine Messung der Koerzitivfeldstärke ergibt einen Hc-Wert von
< 1600 A/m.
Diese Stäbe werden anschließend bei 1000°C während einer Dauer
von 8 h einer Wärmebehandlung in feuchtem Wasserstoff und
anschließend bei 1080°C während einer Dauer von 8 h einer
Wärmebehandlung in trockenem Wasserstoff unterworfen. Durch die
Wärmebehandlungen wird der Borgehalt in den Stäben auf < 0,1%
verringert und es entsteht annähernd die ursprüngliche
Fe49Co49V2-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke Hc von
< 200 A/m.
Die so hergestellten Stäbe können als Kerne für Relais
eingesetzt werden.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörpern aus
Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung
des Druckgußverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß man als
Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet, die aus den
Legierungsbestandteilen des weichmagnetischen Werkstoffs und
zusätzlich einem oder mehreren schmelzpunkterniedrigenden
Elementen besteht, und daß man den aus dieser Legierung im
Druckgußverfahren erzeugten Magnetkörpern nachträglich mittels
einer Wärmebehandlung in einer reaktiven Atmosphäre die
zusätzlichen Elemente zumindest teilweise entzieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet wird, die als
schmelzpunkterniedrigende Elemente Bor, Kohlenstoff und/oder
Phosphor enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet wird, welche die
schmelzpunkterniedrigenden Elemente in einer solchen Menge
enthält, daß der Schmelzpunkt der Legierung auf eine Temperatur
< 1400°C, vorzugsweise < 1300°C abgesenkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
die Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper Wasserstoff als
reaktive Atmosphäre verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wasserstoffatmosphäre während der Wärmebehandlung der Druckguß-Mag
netkörper kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Spülen
erneuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckguß-Magnetkörper zunächst in feuchtem Wasserstoff bei
einer Temperatur zwischen 850 und 1000°C und anschließend in
trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 1000 und
1250°C wärmebehandelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckguß-Magnetkörper bei einer Temperatur im Bereich von 870
bis 950°C während einer Dauer von 2 bis 16 Stunden in feuchtem
Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich
von 1050 bis 1120°C während einer Dauer von mindestens
1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt werden.
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