DE2807602A1

DE2807602A1 - Pulverfoermige zusammensetzung zur herstellung weichmagnetischer komponenten

Info

Publication number: DE2807602A1
Application number: DE19782807602
Authority: DE
Inventors: Robert Russel Fayles; Jan Robert Tengzelius
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1978-10-19
Also published as: IT1101808B; JPS6323241B2; SE7702084L; JPS53127310A; IT7848186A0; ES467302A1; DE2807602C2; FR2381584A1; GB1599081A; FR2381584B1; SE407641B; CA1100788A

Description

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HÖGANÄS AB , Fack, S-26 3 01 ilöganäs, Schweden

Pulverförmige Zusammensetzung zur Herstellung weichmagnetischer Komponenten.

Die Erfindung betrifft hochreine Eisenpulver mit grosser Teilchengrösse, denen ein phosphorhaltiges Pulver zugesetzt ist und die insbesondere für die pulvermetallurgische Herstellung von Teilen bestimmt sind, die hohe Anforderungen bezüglich ihrer weichmagnetischen Eigenschaften erfüllen können.

Pulvermetallurgische Herstellungsweisen sind durch die Herstellung grosser Serien von Teilen mit guter Dimensionsgenauigkeit gekennzeichnet. Die Produktionsfolge beginnt mit dem Vermischen eines Metallpulvers, z.B. Eisenpulver, das gegebenenfalls Legierungselemente in gepulverter Form enthält, mit einem Schmiermittel, um die anschliessende Komprimierung einfacher zu machen. Dabei wird das Pulvergemisch zu einem Pressling komprimiert, dessen Form näherungsweise oder genau der Form des fertigen Teils entspricht. Danach wird der Pressling erhitzt und bei einer Temperatur gehalten, bei der er durch Sinterung seine Endeigenschaften bezüglich Festigkeit, Duktilität oder dergleichen erhält. In dieser Weise hergestellte Werkstoffe unterscheiden sich erheblich von auf schmelzmetallurgischem Wege hergestellten Werkstoffe durch ihre Porosität. Komponenten, die Anforderungen bezüglich guter weichmagnetischer Eigenschaften erfüllen können, werden gewöhnlich aus Werkstoffen, die Eisen als Hauptkomponente enthalten, hergestellt. Die üblichste Herstellungsweise ist ein Verfahren, bei dem die Komponenten aus einem Stück eines hochreinen festen Materials, z.B. Armco-Eisen, hergestellt werden. Für die Herstellung derartiger Komponenten wird jedoch auch die pulvermetallurgische Technik angewandt, und zwar wegen der Vorteile dieses Verfahren bezüglich Materialersparnis, Dimensionsgenauigkeit und der vereinfachten Formung der Komponenten. Es ist jedoch bisher nicht möglich gewesen, die gleichen guten

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-fr-

weichmagnetischen Eigenschaften für Werkstoffe zu erhalten, die mittels der Pulvermetallurgie hergestellt werden und Eisen als Hauptkomponente enthalten, wie für feste Werkstoffe.-mit einer entsprechenden Zusammensetzung. Dieser Unterschied beruht im wesentlichen auf der Porosität des auf pulvernietallurgischem Wege hergestellten Werkstoffes.

Gemäss der vorliegenden Erfindung, die nachfolgend sowie in den Ansprüchen weiter erleutert wird, wurde gefunden, dass es möglich ist, für ein auf pulvermetallurgischem Wege hergestelltes Material weichmagnetische Eigenschaften zu erhalten, die annähernd die gleichen sind wie die entsprechenden Eigenschaften von hochreinem festem bzw. massivem Eisen, und zwar durch Verwendung eines Eisenpulvers als Ausgangsmaterial·, das eine Siebanalyse aufweist, die in der Pulvermetallurgie ungewöhnlich ist, da sie in Richtung der groben Teilchen verlagert ist. Zusätzlich zu dem Umstand, dass das Eisenpulver grob sein soll, ist auch ein sehr niedriger Gehalt an Verunreinigungen erforderlich.

Dieses hochreine Eisenpulver, das vorzugsweise durch Atomisierung gebildet wird, soll einen Eisengehalt von mehr als 99.8 % aufweisen. Diese Zahl und auch die folgenden sind als Gewichtsprozente zu verstehen. Der Gehalt an Verunreinigungen, von denen bekannt ist, dass sie die magnetischen Eigenschaften des Eisens verschlechtern, soll in diesem Eisenpulver so niedrig wie möglich sein, vorzugsweise: C ^0.01 %, Gesamt-0 <0.1..%, N <0.005 %. Um die Vorteile des Gegenstands der Erfindung zu erhalten, wird ein Pulver verwendet, bei dem die Teilchengrösse des Hauptanteils der Teilchen zwischen 35 und 100 Tyler—Siebgraden (417 und 147 pm) betragen, der Anteil von Teilchen, die grosser als 35 Tyler-Siebgrade (417 um) sind, 5 % nicht übersteigen und der Anteil an Teilchen, die kleiner als 100 Tyler-Siebgrade (147 pm) sind, geringer als 20 %, vorzugsweise 10 %, sein soll.

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Infolge des sehr niedrigen Anteils an Teilchen, die kleiner als 147 um sind, sind die mechanischen Eigenschaften von aus diesem groben, hochreinen Eisenpulver hergestellten Teilen sehr schlecht. Falls eine grössere Festigkeit erwünscht ist, ist es nicht möglich, den Anteil der Teilchen mit einer Grosse von weniger als 147 pm zu vergrössern, ohne dass dabei gleichzeitig die weichmagnetischen Eigenschaften verschlechtert werden. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass man zu dem hochreinen groben Eisenpulver eine pulverförmige Legierungskomponente zusetzt, wobei die Legierungskomponente beim Sintern eine grössere Festigkeit erhalten wird, ohne dass man dabei die weichmagnetischen Eigenschaften des so hergestellten Materials verschlechtert.

Es ist zum Beispiel aus der SE-PS 7205754-0 bekannt, dass Ferrophosphor in Pulverform, das mit den Eisenpulversorten, die in der Pulvermetallurgie üblich sind und durch eine Teilchengrösse von weniger als 147 um gekennzeichnet sind, vermischt wird, bei der Sinterung zu einer grösseren Festigkeit führt. Wie sich aus den folgenden Beispielen ergibt, kann durch die Zugabe von Ferrophosphor in Pulverform zu dem oben genannten hochreinen groben Eisenpulver die Festigkeit des gesinterten Materials auf das Fünffache gesteigert werden, wobei die weichmagnetischen Eigenschaften nicht nur beibehalten, sondern sogar verbessert werden. Erfindungsgemäss sollte der Gesamtphosphorgehalt des Gemisches 1.5 % nicht übersteigen. Eine maximale Zunahme der Festigkeit wird bei einem Gehalt von 0.3 % Phosphor erhalten. Phosphor wird vorzugsweise als Ferrophosphorpulver zugesetzt.

Nach der Komprimierung und Sinterung bei für die Pulvermetallurgie üblichen Bedingungen ergibt ein solches Pulvergemisch Komponenten mit guten mechanischen und weichmagnetischen Eigenschaften, die besser sind als die des entsprechenden

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Werkstoffes ohne Phosphorzusatz und die in Abhängigkeit von dem Phosphorgehalt sogar besser sein können als bei festem bzw. kompaktem hochreinem Eisen.

In den folgenden Beispielen wird der Gegenstand der Erfindung erläutert und die erhaltenen überraschenden Ergehnissen vorgestellt.

Beispiel 1.

Es werden zwei Eisenpulver mit unterschiedlichen Verteilungen der Teilchengrösse hergestellt, indem man eine hochreine Eisenschmelze atomisiert, trocknet, nachreduziert und siebt. Die chemische Analyse dieser zwei Eisenpulver ergibt die folgende Zusammensetzung: 0.047 % O, 0.004 % N, 0.003 % S, ^■0.1 % C, Rest Fe. Die Verteilung der Teilchengrössen dieser zwei Eisenpulver A und B sind die folgenden:

Eisenpulver Siebanalys Tylergrade, %: >35 35-100 ^100

A 1.3 97.4 1.3

B 0.0 3.6 96.4

Diese Eisenpulver werden mit Ferrophosphor, das 15 % Phosphor enthält und eine Teilchengrösse von weniger als 45 um aufweist, vermischt, bis ein Phosphorgehalt von 0.45 % erreicht ist. Im folgenden wird das Pulver A mit einem Zusatz von 0.45 % Phosphor mit C und das Pulver B mit einem Zusatz von 0.45 % Phosphor mit D bezeichnet.

Die Pulver A-D werden mit 0.8 % Zinkstearat vermischt und anschliessend bei einem Druck von 589 MPa zu Stäben mit Abmessungen von 55x10x10 mm sowie zu Stäben für den Zugfestigkeitstest gepresst. Nach dem Abbrennen des Schmiermittels innerhalb von 30 Minuten bei 400⁰C an der Luft werden die Stäben in einem Bandofen 60 Minuten lang bei 1120⁰C in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert. Da die Koerzitivkraft ein wichtiges Mass für die weichmagnetischen Eigenschaften eines Materials ist, wurde diese mittels eines sogenannten Koerzi-

meters bestimmt. Die vier Werkstoffe zeigten die folgenden Koerzitivkräfte:

Material	A	1.02	Oe
	B	1.56	Oe
	C	0.89	Oe
	D	1.34	Oe

Die obigen Ergebnisse zeigen die grossen Vorteile, die bei der Verwendung eines groben, mit Phosphor vermischten Eisenpulvers erhalten werden. Der niedrige Koerzitivkraftwert des Materials C ist annähernd der gleiche wie der von Armco-Eisen, der etwa 0.9 Oe beträgt.

Es wurde auch gefunden, dass gleichzeitig mit einer Verringerung der Koerzitivkraft der Widerstand des Materials ansteigt, wenn Phosphor zugesetzt wird. Dies führt zu einer Verringerung von Wirbelstromverlusten, was bedeutet, dass die gesamten magnetischen Verluste verringert werden.

Die Dichte, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung ergeben sich aus der folgenden Aufstellung:

Material	Dichte	Zugfestigkeit	Bruchdehnung	-5
	g/cm^	N/rnm^	%	15.4
A	7.28	~50	2.6
B	7.29	184	14.0
C	7.24	254
D	7.25	400

Die in diesem Beispiel angegebenen Festigkeitseigenschaften zeigen sehr niedrige Werte für Material A, das aus Eisenpulver mit einem geringen Gehalt an Teilchen mit einer Grosse von weniger als 147 pm hergestellt ist. Den Ergebnissen kann ebenfalls entnommen werden, dass durch die Zugabe von Phosphor zu diesem Pulver die Zugfestigkeit um etwa das Fünffache verbessert wird.

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Beispiel 2

Ein Eisenpulver A gemäss Beispiel 1 wird mit Ferrophosphor, das 15 % Phosphor enthält und eine Teilchengrösse von weniger als 45 um aufweist, vermischt, bis Phosphorgehalte zwischen 0.3 und 1.5 % P erreicht worden sind. Zu diesen Mischungen wird 0.8 % Zinkstearat gegeben. Es werden Probestäben gepresst, abgebrannt und gesintert, und zwar in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben. Es werden die folgenden Ergebnisse erhalten:

Material	Dichte g/cnH	Zugfestigkeit N/mm^	Bruchdehnung %
A+0.30 % P	7.23	265	8.6
A+0.45 % P	7.24	254	2.6
A+0.60 % P	7.23	240	0.9
A+1.00 % P	7.18	234	0.7
A+1.50 % P	7.15	150	0.5
A+0 % P gemäss Bei spiel 1	7.28	~50	~5

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Zugfestigkeit von gesinterten Stäben, die aus dem Eisenpulver A als Grundmaterial bestehen, durch die Zugabe von Phosphor erheblich gesteigert wird. Die Tatsache, dass dieser erhebliche Anstieg der Zugfestigkeit, der von der Phosphorzugabe abhängig ist, zusammen mit einer Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften erhalten wird, ergibt sich aus der folgenden Aufstellung sowie den Figuren 1 und 2, welche die Zugfestigkeit bzw. die Koerzitivkraft als Funktion des Phosphorgehalts wiedergeben.

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	% P	2807602	Koerζ itivkraft Oe
Material	% P	0.95
A + 0.30	% P	0.89
A + 0.45	% P	0.82
A + 0.60		0.73
A + 1.00	gemäss 1	0.65
A + 1.50	1.02
A + 0 % P Beispiel

Sämtliche Werte bezüglich der Koerzitivkraft sind sehr niedrig und zeigen, dass dieses Material ausserordentlich gut für Komponenten geeignet ist, für die gute weichmagnetische Eigenschaften gefordert werden.

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Claims

HÖGANÄS AB Patentansprüche

1. Pulverförmige Zusammensetzung zur Herstellung von weichmagnetischen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptanteil des Pulvers aus einem hochreinen Eisenpulver mit einer Teilchengrösse zwischen 35 und 100 Tyler-Siebgraden (417-147 um) besteht, wobei weniger als 5 % des Pulvers eine Teilchengrösse von mehr als 35 Tyler-Siebgraden (417 um) und weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % des Pulvers eine Teilchengrösse von weniger als 100 Tyler-Siebgraden (147 um) aufweist, und das Pulver als Legierungszusatz bis zu 1.5 %, vorzugsweise zwischen 0.15 und 1.0 % Phosphor enthält.

2. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phosphor in Form von Ferrophosphor als Pulver zugesetzt ist, wobei das Ferrophosphor vorzugsweise einen Phosphorgehalt von etwa 15 % und eine Teilchengrösse von weniger als 4 5 pm aufweist.

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