DE2843140A1

DE2843140A1 - Verfahren zum herstellen eines weichmagnetischen werkstoffes

Info

Publication number: DE2843140A1
Application number: DE19782843140
Authority: DE
Inventors: Orville Wallace Reen
Original assignee: Allegheny Ludlum Industries Inc
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1977-10-03
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1979-05-17
Also published as: ATA713478A; GB2007261A; CA1099884A; SE7810304L; FR2404679A1; JPS5461010A; US4115158A; GB2007261B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines weichmagnetischen Werkstoffes. Sie US-Patentanmeldung 571 169 vom 2Pr. April 1975 offenbart ein pulvermetallurgisches Herstellungsverfahren für phosphorhaltige weichmagnetische Werkstoffe. In dieser Patentanmeldung geht es um ein Verfahren zum Herstellen eines weichmagnetischen Werkstoffs, welcher sich durch eine magnetisierende Kraft zum Erreichen von 10 Kilogauss von nicht mehr als 2,0 Oersted und eine Koerzitivkraft von 10 Kilogauss mit nicht mehr als 0,9 Oersted auszeichnet.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, das in der genannten US-Patentanmeldung 571 169 enthaltene Verfahren zu verbessern. Erfindungsgemäß werden weichmagnetische Werkstoffe aus Eisen

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und Phosphor enthaltenden Pulvern mit niedrigem Calciumgehalt hergestellt. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß Calcium einen schädlichen Einfluß auf die magnetischen Eigenschaften phosphorhaltiger weichmagnetischer Werkstoffe ausübt.

An Literatur über phosphorhaltige weichmagnetische Werkstoffe und deren Herstellung seien genannt: -

"Effect Of Phosphorus Additions Upon The Magnetic Properties Of Parts From Iron Powder, I. Investigation. In A Constant Field", übersetzt aus Poroshkovaya Metallurgiya, Nr. 3 (123), Seiten 23 bis 26, März 1972; "Effect Of Phosphorus Additions Upon The Magnetic Properties Of Parts From Iron Powder, II. Investigation In Alternating Fields", übersetzt aus Poroshkovaya Metallurgiya, Nr. 4 (124), Seiten 29 bis 32, April 1973; "Effect Of Processing Factors On The Shrinkage And Magnetic Properties Of Parts Produced From Iron-Phosphorus Powder", aus Poroshkovaya Metallurgiya, Nr. 12 (120), Seiten 42 bis 45, Dezember 1972; "Iron Powder Makes Tough Magnetic P/M Parts", Precision Metal, JuIi 1976, Seite 30; US-Patentschrift 3,836,355, vom 17- Sept. 1974 und "Production Of Soft Magnetic Materials From Iron-Phosphorus Powders by Dynamic Hot Pressing", Chemical Abstracts, 1977, Band 86, Seite 182, Nr. 192967r. Wie die bereits genannte US-Patentanmeldung 571 169 offenbart keine der vorstehend genannten Literaturstellen die Verwendung von calciumarmem Eisen-Phosphor-Pulver. Keiner der Literaturstellen ist außerdem ein Hinweis auf den Nutzen derartiger Pulver zu entnehmen. In einer anderen Literaturstelle "Phosphorus As An Alloying Element In Ferrous P/M", Modem Developments In Powder Metallurgy, Band 10, Ferrous and Non-Ferrous P/M Materials, Seiten 97 bis 128, (1977) aus den Mitteilungen des internationalen Pulvermetallurgie-Kongresses 1976 wird auf den Einfluß hingewiesen, den bestimmte Verunreinigungen auf die mechanischen Eigenschaften von gesinterten Eisen-Phosphor-

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Legierungen ausüben. Ein Hinweis speziell auf Calcium findet sich jedoch nicht. Außerdem zieht die Literaturstelle keine Verbindung zwischen Magnetwerkstoffen und Eisen-Phosphor-Verunreinigungen im allgemeinen sowie wenig Calcium. Vielleicht ist eine Untersuchung des Einflusses von Eisen-Phosphor-Verunreinigungen auf Magnetwerkstoffe übersehen worden, da lediglich eine geringe Menge an Ferro-Phosphor bei der Herstellung von phosphorhalt igen weichmagnetischen Werkstoffen verwendet wird. In der "belgischen Patentschrift 847 5^5 vom 14. Febr. 1977 wird der Einfluß von Verunreinigungen in Eisen-Phosphor erörtert. Dieses belgische Patent 847 5^5 beschäftigt sich jedoch nicht mit Eisen-Phosphor mit spezifisch niedrigem Calciumgehalt. Außerdem ist kein Hinweis auf magnetische Eigenschaften darin au finden. Keine der vorstehend erwähnten Literatursteilen offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines weichmagnetisehen Werkstoffes aus calciumarmem Eisen-Pho spho r-Pulver.

Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, ein Verfahren zum Herstellen eines weichmagnetischen Werkstoffs aus calciumarmem Eisen-Phosphor-Pulver zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird eine Mischung aus Eisenpulver und Eisenphosphorpulver, enthaltend zwischen 0,-4 und 1,25 % und vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,9 % Phosphor, zu einem Presskörper verdichtet und in nicht oxidierenderAtmosphäre gesintert. Da gefunden ^,iurde, daß Calcium einen schädlichen Einfluß auf die magnetischen Eigenschaften ausübt, ist der Calciumgehalt des Eisen-Phosphor-Pulvers auf maximal 0,2 % und vorzugsweise auf maximal 0,15 % begrenzt. Aus ähnlichen Gründen ist der Calciumgehalt des Eisenpulvers auf maximal 0,02 % und vorzugsweise auf maximal 0,015 % begrenzt. Der im Eisenpulver zulässige maximale Calciumgehalt ist geringer als im Eisen-Phosphor-Pulver, weil die Mischung beträchtlich mehr Eisenpulver enthält. Das Eisen-Phosphor-Pulver besitzt einen Phosphor gehalt von 12 bis 30 %. In den meisten Fällen

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liegt der Phosphorgehalt oberhalb von 18 %. Bei höheren | Phosphorgehalten werden geringere Mengen an Eisen-Phosphor- t Pulver benötigt und da handelsübliches Eisen-Phosphor-Pulver calciumreich ist, bedeutet dieses geringere Eaffinierungserfordernisse. Das Eaffinieren kann auf dem -Fachmann geläufige f Art vorgenommen werden. Das Pressen sollte vorzugsweise bei \

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einem Mindestdruck von 3*1 kg/mm und das Sintern bei einer j

Mindesttemperatür von 1177°C vorgenommen werden. Bevorzugte Sintertemperaturen liegen zwischen 1220 und 1245°C. Wie bereits erwähnt, erfolgt das Sintern in nicht oxidierender Atmosphäre. Als typische Sinteratmosphären seien Wasserstoff, Vakuua und dissoziierter Ammoniak genannt. Die Sinterdauern liegen im allgemeinen bei wenigstens 10 Minuten und betragen vorzugsweise wenigstens 20 Minuten auf Temperatur. Die Sinterdauern können nicht genau vorgeschrieben werden, weil sie von verschiedenen Einflußgrößen, wie von der Sinter— temperatur und der Größe des Presskörpers abhängen.

Die übrigen Metalle der Gruppe II A des Periodensystems, wie Magnesium, können als den magnetischen Eigenschaften abträglich angenommen werden, wie Calcium selbst. Diese Metalle liegen jedoch praktisch in Eisen-Phosphor und hoch reinen Eisenpulvern nicht vor, weshalb sie nicht im Detail erörtert werden. Aus Gründen der Vollständigkeit wird darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß das Eisenpulver und das Eisen-Phosphor-Pulver nicht mehr als 0,03 % bzw. 0,3 % an Metallen der Gruppe II A des Periodensystems enthalten soll.

Der weichmagnetische Werkstoff enthält nicht mehr als 0,04 % Calcium und vorzugsweise nicht mehr als 0,03 % Calcium. In gleicher Weise sind nicht mehr als 0,06 % und vorzugsweise nicht mehr als 0,045 % an Metallen der Gruppe II A des periodischen Systems enthalten. Diese Werkstoffe bestehen im wesentlichen aus von 0,4 bis 1,25 % Phosphor, bis zu 0,06 % Metall der Gruppe II A des periodischen Systems, bis zu 0,05 % Kohlenstoff, bis zu 1,0 % Mangan, bis zu 0,05 %

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Schwefel, bis zu 1,0 % Silicium, Rest Eisen.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Verfahren zum Herstellen eines phosphorhaltigen weichmagnetischen Werkstoffs. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

Eisenpulver und Iferro-Pho sphor-Pulver werden zu einer Mischung vermischt, welche 0,4 bis 1,2 % Phosphor enthält. Diese Mischung wird zu einem Presskörper verdichtet und der Presskörper wird in nicht oxidierender Atmosphäre gesintert. Das Eisenpulver enthält nicht mehr als 0,02 % Calcium, und . das Ferro-Phosphcr-Pulver enthält nicht mehr als 0,2 % Calcium. Das S'erro-Phosphor-Pulver enthält 12 bis 30 % Phosphor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erlaut ert.

Eisenpulver wurde mit 6 verschiedenen 3?erro-Phosphor-Pulvem (Pulver A bis Pulver Ϊ¹) vermischt. Die chemische Zusammensetzung der Eisenpulver ist in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt. Die chemische Zusammensetzung der Iferro-Phosphor-Pulver ist in der Tafel 2 zusammengestellt.

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Die Eigenschaften des Eisenpulvers und der Eisen-Phosphor-Pulver wurden so eingestellt, daß 6 Mischungen (Mischungen A bis ϊ\) mit 0,75 % Phosphor erzielt wurden. Die Mischungen A bis 3¹ entsprechen den Pulvern A bis J7.

Die Pulvermischungen wurden bei Drücken von bis zu 7 kg/mm zu magnetischen Proberingen verpreßt und nachfolgend in Vakuum 60 Minuten bei 1252⁰C gesintert. Die Dichte der Proberinge ist in der nachfolgenden Tafel 3 zusammen mit den erzielten magnetischen Vers-uchsergebnissen zusammengestellt. Die Ergebnisse der magnetischen Untersuchungen nennen die maximale Magnetisierungskraft zum Erreichen einer Induktion von 10 Mlogauss sowie die Koerzitivkraft bei dieser Induktion (d.h. die Kraft, die erforderlich ist, um die Restinduktion auf 0 abzusenken.

	Dichte (g/cm3)	Tafel 3	Ko erzitivkraft
Probering		maximale Magne-	für eine Induktion von 10 KB
aus Mischung		ti si erungskraft für 10 KB-In-	(Oersted)
	7,08	duktion
	7,04	(Oersted)	0,852
A.	7,08	1,90	0,811
B.	7,04	1,85	0,796
C.	7,00	1,81	0,837
D.	7,05	2,04	0,940
E.	3,02	0,870
P.	2,23

Aus Tafel 3 geht hervor, daß die Proberinge, welche aus den Mischungen A, B und C hergestellt worden waren, eine niedrigere magnet!sierende Kraft" erforderten und daß mit einer Ausnahme eine niedrigere Koerzitivkraft als an aus den Mischungen D, E und J? hergestellten Proberingen ermittelt wurde. Dieses deutlich unterschiedliche Verhalten ergibt sich daraus, daß die Mischungen A, B und C aus erfindungsgemäß zusammengesetzten lerro-Phosphor-Pulvern hergestellt waren, während die Mischungen D, E und F

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Ferro-Pho sphor-Pulver enthielten, die außerhalb des erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereichs lagen. Die Mischungen A, B und C wurden aus Ferro-Phosphor-Pulver mit'weniger als 0,2 % Calcium hergestellt. Andererseits enthielt das Eisen-Phosphor-Pulver, aus welchem die Mischungen D, E und ¥ hergestellt wurden, wenigstens 0,26 % Calcium.

Es sei unterstrichen, daß die aus den Mischungen A, B und G hergestellten Proberinge sich durch eine zum Erreichen einer Induktion von 10 Silogauss benötigte Magnetisierungskraft von weniger als 2,0 Oersted auszeichnen und daß die Koerzitivkrafte aus dieser 10 Eilogauss-Induktion weniger als 0,9 Oersted betrugao-Derartige Eigenschaften sind charakteristisch für mit Hilfe des erxindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Werkstoffe.

Es versteht sich für den Fachmann_T daß die Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt ist, da diese lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen.

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Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines phosphorhaltigen weichtnagnetischen Werkstoffes, bei welchem Eisenpulver und Eisen-Phosphor-Pdlver zu einer 0,4- bis 1,25 % Phosphor enthaltenden Mischung miteinander vermischt werden und die Mischung zu einem Presskörper verdichtet wird, worauf der Presskörper in nicht oxidierender Atmosphäre gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum "Herstellen der Mischung ein Eisen-Phosphorpulver mit einem Calciumgehalt von nicht mehr als 0,2 % und ein Eisenpulver mit einem Calciumgehalt von nicht mehr als 0,02 % verwendet werden, wobei das Eisen-Phosphor-Pulver einen Phosphorgehalt von 12 bis 30 % aufweist.

2- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Eisen-Phosphor-Pulver mit einem Calciumgehalt von nicht mehr als 0,15 % verwendet wird.

3. "Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Eisenpulver mit nicht mehr als 0,015 /

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Calcium verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Eisen-Phosphor-Pulver mit einem Phosphor gehalt von wenigstens 18 % verwendet wird.

5- Phosphorhaitiger weichinagnetischer Werkstoff, g e k e η η zeichnet durch eine zum Erreichen von 10 ELlogauss benötigte Magnetisierungskraft von nicht mehr als 2,0 Oersted und eine Koerzitivkraft aus 10 KLlogauss von nicht mehr als 0,9 Oersted, wobei der Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4- hergestellt ist.

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