DE2626268A1

DE2626268A1 - Magnetlegierung hoher permeabilitaet

Info

Publication number: DE2626268A1
Application number: DE19762626268
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1975-06-12
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1977-01-20
Also published as: FR2314568B1; JPS5617409B2; FR2314568A1; DE2626268C2; GB1488230A; NL7606382A; JPS5210819A

Description

Magnetlegierung hoher Permeabilität

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetlegierung hoher Permeabilität, insbesondere auf eine verbesserte Aluminium-Silizium-Eisen-Magnetlegierungszusammensetzung.

Die gewichtsmäßig 4 bis 8 <% Aluminium, β bis 11 ^ Silizium und Rest Eisen enthaltende Legierung wird gewöhnlich "Sendust" genannt und ist als ausgezeichnetes "weiches" magnetisches Material mit einer hohen Permeabilität, einer gewünschten Härte und einem hohen elektrischen Widerstand bekannt. Wegen dieser Eigen-

58l-(A-501)-TSl

709824/06 7-0 ^: '

schäften ist es ζ. B. für Magnetkopfkernmaterialien, insbesondere mit Hochfrequenzeingängen und wo Abriebfestigkeit wesentlich ist, hochgradig geeignet. Wegen ihrer Härte und Sprödigkeit hat diese Legierung jedoch den Nachteil, daß sie nicht plastisch verformbar bzw. bearbeitbar ist. Aus diesem Grund besteht die bisher zur Erzeugung von Blättchen oder Flocken der "Sendust"-Legierung übliche Praxis darin, mechanisch einen Gußblock aus der Legierung in Scheiben zu unterteilen und dann jede Scheibe bis zur gewünschten Dicke zu schleifen. Wegen der Sprödigkeit der Legierung können jedoch das Zerschnitzelungs- und Endbeaibeitungsverfahren unvermeidlich Anlaß zum Splittern und zu Abfall geben, und infolgedessen war die Produktausbeute relativ niedrig. Ein anderes in die Praxis eingeführtes Verfahren besteht darin, einen Gußblock in ein Pulver einer Teilchengröße von beispielsweise der Größenordnung vcn 10 /um zu unterteilen und dann eine Masse des Pulvers mit einem Bindemittel unter Einwirkung von Druck zu komptaktieren, der so hoch wie 18 bis 21 t/cm sein muß, um ein gewünschtes Erzeugnis der Legierung zu erhalten. Diese Verfahren sind auch verhältnismäßig kompliziert und machten die Erzeugnisse aufwendig bzw. teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Aluminium-Silizium-Eisen ("Sendust"-Typ)-Magnetlegierung zu entwickeln, mit der die erwähnten Nachteile überwunden werden, d. h. die sich im Gegensatz zu den bekannten Legierungen dieses Typs schmieden und walzen läßt.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe ge-

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löst wird, ist ein Magnetwerkstoff auf der Basis einer Aluminium-Silizium-Eisen-Legierung, mit dem Kennzeichen, daß er gewichtsmäßig aus 3 bis 8 % Aluminium, 4 bis 8 % Silizium, 0,1 bis 1 % Niob und/oder Tantal, Rest Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

Vorzugsweise liegt der Eisengehalt dieser Legierung im Bereich von 85 bis 92 %. Es wurde gefunden, daß der Zusatz des Niob- und/oder Tantalgehalts zum Basislegierungssystem, in welchem die Aluminium- und Siliziumgehalte etwas geringere Anteile als in der herkömmlichen "Sendust"-Legierungszusammensetzung darstellen, hochgradig zur Erreichung der Eigenschaft wirksam ist, daß die Legierung schmiedbar und walzbar wird, ohne daß deren wirksame bzw. effektive Permeabilität für Hochfrequenzströme sinkt.

Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Tabelle 1 zeigt die magnetischen Eigenschaften und die Schmiedbarkeitsgrade verschiedener bekannter Aluminium-Silizium-Eisen-Legierungszusammensetzungen, und die Tabelle 2 zeigt solche verschiedener derartiger Legierungszusammensetzungen, denen noch 0,5 Gew.% Niob zugesetzt ist, wobei sämtliche Legierungszusammensetzungen nach einem herkömmlichen Gießverfahren hergestellt wurden. In beiden Tabellen bedeutet der Hinweis "ausgezeichnet" in der Schmiedbarkeitsspalte Probelegierungszusammensetzungen, die mit einer Verringerung des Querschnitts von nahezu 100 % gewalzt werden konnten, während der Hinweis "schlecht" Probelegierungszusammensetzungen anzeigt, die als Folge der Bildung von Rissen nach 1 oder 2 bis 5 Stichen des

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Walzvorganges zum Walzen ungeeignet waren. Der Hinweis "gut" bedeutet Probelegierungszusammensetzungen, deren Walzbarkeit zwischen den vorgenannten beiden Gruppen liegt.

In der Zeichnung ist Fig. 1 ein Zusammensetzungsdiagramm, das die Schmiedbarkeiten herkömmlicher, in der Tabelle 1 angegebener Aluminium-Silizium-Eisen-Zusammensetzungen zeigt, und Fig. 2 ist ein ähnliches Diagramm, das eine Verschiebung der Walzbarkeitsgrenzlinie bei den Aluminium-Silizium-Eisen-Zusammensetzungen mit 0,5 % Niobzusatz zeigt, die in der Tabelle 2 aufgeführt sind.

In Fig. 1 sind in der Tabelle 1 angegebene Legierungszusammensetzungen, die walzbar sind, mit einem Kreis markiert, und nicht walzbare Legierungszusammensetzungen sind mit einem Kreuz markiert, wobei jeweils die zugehörige Probenummer angegeben ist. Weiter stellt eine gestrichelt gezeichnete Kurve Bl^ die Schmiedbarkeitsgrenzlinie dar, die darunter den Bereich von Zusammensetzungen Zl (höheren Aluminium- und höheren Siliziumgehalts) definiert, die nicht einmal warmwalzbar sind.

Insbesondere sieht man, daß nur zwei Zusammensetzungen in der Tabelle 1, und zwar die Probe Nr. 1, die eine als "Al 16" oder "Alperm" bekannte binäre Aluminium-Eisen-Legierung darstellt, und die Probe Nr. 2, die eine ternäre, 1^,5 % Aluminium, 2,5 % Silizium und Rest Eisen enthaltende Legierung ist, walzbar sind. Alle anderen ternären Probezusammensetzungen in der Tabelle 1 mit einer Dicke von 10 mm wurden nach 1 bis Stichen des Warmwalzvorganges bei einer Temperatur von

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1000 bis 1^00 C rissig, wobei jeder Walzenstich eine Querschnitts- oder Dickenverringerung von 0,1 bis 0,2 mm brachte, und diese Probezusammensetzungen wurden daher zum Walzen ungeeignet.

Das Zusammensetzungsdiagramm in Fig. 2 läßt erkennen, daß infolge des Zusatzes von Niob eine Verschiebung der Schmiedbarkeitsgrenzlinie 131 in die Lage B2 auftritt, so daß die Zone walzbarer Zusammensetzungen erweitert wird. Probezusammensetzungen, die mit einem Kreuz und einem dieses umgebenden Kreis markiert sind, sind zum Walzen ungeeignet und, wie man erkennt, in einer Zone mit höherem Aluminium- und höherem Siliziumgehalt und maximal 87 % Eisen verteilt. Mit einem doppelten Kreis markierte Probezusammensetzungen in Fig. 2, die walzbar sind, weisen gemäß der Tabelle 2 gleichzeitig Hochfrequenzeigenschaften auf, die mit denen des bekannten "Sendust" vergleichbar sind. Man findet weiter, daß die mit einem geschwärzten Kreis markierte Probezusammensetzung zwar walzbar, jedoch von schlechteren magnetischen Eigenschaften ist.

Weitere Versuche zeigten, daß im Fall eines Niobzusatzes von weniger als 0,1 Gew.^ keine merkliche Verschiebung der Schmiedbarkeitsgrenzlinie auftritt und daß bei höherem Niobzusatz als 1 Gew.^ ungünstige Wirkungen auf die magnetischen Eigenschaften verstärkt auftreten, obwohl die walzbare Zone erweitert wird. Es wurde auch beobachtet, daß die Walzbarkeitszone der Zusammensetzungen bei geringerem Zusatz an Niob in einem niedrigeren Aluminium- und niedrigeren Siliziumbereich liegt und bei Steigerung des Niobzusatzes einen Bereich mit höherem Aluminium- und höherem Silizium-

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τ*

gehalt umfaßt. Der Eisenanteil für die walzbare Legierung hat nach den Befunden über 92 Gew.% zu sein, wenn kein Niob zugesetzt wird (Fig. 1), über 90 Gew.^ zu liegen, wenn der Niobzusatz 0,1 bis 0,2 Gew.$ beträgt, über 87 Gew.9o bei einem Niobzusatz von 0,5 Gew.% und über 85 Gew.?c! bei einem Niobzusatz von 0,8 bis 1,0 Gew.% zu sein. In der oben erwähnten walzbaren Zusammensetzungszone findet man weiter die Optimalzusammenset zungszone gemäß der Erfindung, in der J5 bis 8 Gew.% Aluminium und 4 bis 8 Gew.^ Silizium vorliegen und ermöglichen, daß die Legierungszusammensetzungen gute auf Hochfrequenz ansprechende Permeabilitäten aufweisen.

Man sieht, daß die Legierungszusammensetzungen der Proben Nr. 6a bis Nr. 9a innerhalb dieser Optimalzone liegen und insbesondere die Probe Nr. 7a eine weit höhere effektive Permeabilität als das herkömmliche "Sendust" für Eingänge von 100 kHz und 4 MHz zeigt, obwohl sie für Eingänge im Niederfrequenzbereich (4 kHz) etwas unterlegen ist.

Man stellt ebenfalls fest, daß die Härte der Legierungszusammensetzungen gemäß der Erfindung so hoch wie 479 bis 574 Vickers-Härte bleibt und so das Verschleißwiderstandsverhalten der Legierung auf ausgezeichnetem Niveau hält.

Die Erfindung wurde überwiegend anhand der Wirkung des Zusatzes von Niob zur Aluminium-Silizium-Eisen-Basislegierung erläutert, es soll jedoch noch besonders darauf hingewiesen werden, daß der Niobbestandteil praktisch teilweise oder ganz auch durch Tantal ersetzt sein kann. Insbesondere liegt in der Natur affinitätsmäßig eine Koexistenz von Niob und Tantal

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vor, und diese Elemente haben gleichartige physikalische und chemische Eigenschaften. Tatsächlich enthielt auch das in den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendete Niobmaterial 2 bis J5 Gew.Ψο Tantal, Rest Niob. Gegenwärtig ist es ziemlich aufwendig, reineres Niob oder Tantal als das erwähnte zu erzeugen. Es wurde jedoch bestätigt, daß im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhältlich sind, wenn man statt des in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Niobzusatzes ein Tantalmaterial zusetzt, das seinerseits einige Gew.;» Niob enthält. Demgemäß ist der erfindungsgemäße Zusatz von 0,1 bis 1 Gew.io als Gesamtmenge von Niob und/oder Tantal zu verstehen.

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Tabelle

O CO OO

Pro
bt
Mr.

Oewichtaanteil
*

Si

Nb

Walzverfahren

WaIt-
teatp.
°C

Querachnittverringe-
rung
(M/Stich) χ (Stiche)

Ab-
walz-
grad
*

Schmied-
bar-
keit

Magnetisch· Eigenschaften

Anfangs- Maxi-

mal-
permea-
bilitfit
,um

Koerzi
tiv
kraft
Hc (Oe)

Remanenz
Br(O)

Effektive Pemeabi- _tlmtr
litÄt /^uelT

100 kHz

4 NHt

Harte
Hv

Be-
• mer
kun
gen

1

Al

0

1100

0,125x5·· 0,5x2

40

gut

Permea
bilität

55,000

0,04

4 kHz

"Alperm"

2

16

2.5

0

1200

0,1x100

91,6

ausge
zeichnet

3,000

3

13,5

5

0

1200

0,1x8

-

schlecht

4
•

11

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0

1200

0,1

-

■

5

8

10

0

1000

0,125x3

-

■

120,000

0,02

550

60

574

"Sendust"

6

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0

1200

0,1x2

-

M

30,000

3,600

7

4

5.5

0

1300

0,2x1

-

m

8

6

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0

1300

0,1x1

-

■

9

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0

1200

0,1x2

-

M

10

6

7,5

0

1200

0,1x2

-

H

6

Bemerkung 1): Die Dicke der Proben vor den Walzen: etwa 4 bis 12 mm (nicht konstant).

Bemerkung 2): Die Verringerung des Querschnitts (der Dicke) bei jedem Walzenstich: (Dicke vor jedem Stich)-(Walzenspalt).

Bemerkung 3): Abwalzgrad: (Anfangsdicke - Enddicko)/(Anfangadicke) χ 100 %. Bemerkung 4); Konditionieruneswärmebehandlung: Probη Nr. 1 wurde von 600 ⁰C abgeschreckt,

und die andoron Proben wurden nach und nach von 1000 ⁰C eine Stunde abgekühlt.

Tabelle 2

Pro-

Oewichta-
anteil

Al

Si

Nb

WaIz-

Quera chnit t svarringerung

Abwals-

Schmiedbar

Anfange

Hagnetische Eigen-

Koerzi

schäften

Rema

Effektive Per

100 kHz

_/ueff

HSrte

Bemer

J

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r

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⁰C

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grad %

keit

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bilitUt

- Maximal-

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kraft

nenz

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bilitat

Ho(Oe)

Br(O)

4 kHz

gen

la

11

5

0,5

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-

gut

/Um

Sa

8

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-

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6

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Claims

Ansprüche

.1. Magnetwerkstoff auf der Basis einer Aluminium-Silizium-Eisen-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß er gewichtsmäßig aus 3 bis 8 % Aluminium, 4 bis 8 % Silizium, 0,1 bis 1 5o Niob und/oder Tantal, Rest Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
2. Magnetwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 85 bis 92 ¹Jo Eisen enthält.

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ORIGINAL INSPECTED