DE2915737C2

DE2915737C2 -

Info

Publication number: DE2915737C2
Application number: DE2915737A
Authority: DE
Inventors: Fred Everett Schenectady N.Y. Us Luborsky; John Lee Scotia N.Y. Us Walter
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1990-07-05
Also published as: IT1113381B; JPH0143828B2; FR2423547B1; ES8202371A1; GB2023173A; JPS54148122A; BR7902477A; ES479803A0; JPH03264654A; PH14433A; DE2915737A1; IT7922007A0; GB2023173B; FR2423547A1

Description

Amorphe Metallegierungen mit Eisen, Bor und Silizium sind an sich aus der DE-OS 23 64 131 bekannt.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer glasartigen Legierung aus Eisen, Bor und Silizium, die eine einzigartige Kombination magnetischer und physikalischer Eigenschaften aufweist, und sie betrifft weiter die Verwendung einer solchen Legierung in Form von Bändern und anderen brauchbaren Gegenständen.

Amorphe bzw. glasartige Metalle mit einer hohen Sättigungsmagnetisierung können vorteilhaft in elektrischen Apparaten eingesetzt werden, wie Speise- und Leistungstransformatoren, doch ermangeln solche Legierungen der erforderlichen Duktilität und Stabilität für diesen Zweck. So hat z. B. die eisenreiche Legierung Fe₈₀B₂₀ eine 4π M _s von 15 700 bis 16 100 Gauss, beginnt jedoch innerhalb von 2 Stunden bei etwa 340°C zu kristallisieren und ist recht schwierig in Form eines duktilen Bandes für elektrische Apparaturen herzustellen. Andere bekannte amorphe Legierungen haben eine etwas größere Stabilität und angemessene Duktilität für diesen Zweck, doch ist ihre Sättigungsmagnetisierung zu gering.

Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff für magnetoelektrische Komponenten anzugeben, der nicht nur duktil und stabil ist, sondern auch eine ausreichend hohe Sättigungsmagnetisierung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Verwendung nach der Erfindung besteht nicht mehr die Notwendigkeit, zwischen der erwünschten Magnetisierung und den physikalischen Eigenschaften in amorphen Metallen zu wählen. Durch die vorliegende Erfindung wird eine amorphe Metallegierung in Form eines Bandes verwendet, das ausreichend duktil ist, um leicht in elektrischen Apparaturen eingesetzt zu werden, und das gute magnetische Eigenschaften und Stabilität bei erhöhter Temperatur aufweist. Diese einzigartige Kombination von Eigenschaften für die Anwendung der amorphen Metalle auf dem Gebiet der Energieerzeugung, Übertragung und Benutzung kann ohne Nachteile erhalten werden.

Es wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die Sättigungsmagnetisierung einer amorphen Metallegierung durch die Zahl von Elektronen beeinflußt wird, die aus glasbildenden Bestandteilen der Legierung zur Verfügung gestellt werden. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Stabilität solcher Legierungen verbessert wird, wenn eine größere Varietät von glasbildenden Atomen darin Anwendung findet. Obwohl daher die binäre Legierung Fe₈₀B₂₀ schwer als hochduktiles amorphes Band herzustellen ist, haben sich geringe Zusätze eines zweiten glasbildenden Elementes als vorteilhaft bei der Herstellung sehr duktiler Bänder unter den dafür üblichen Bedingungen erwiesen.

Es wurde weiter festgestellt, daß die Zugabe von Silizium zu Fe₈₀B₂₀ die 4π M _s reduziert, weil Silizium mehr verfügbare Elektronen hat als Bor, die Verbesserung hinsichtlich der Duktilität aber groß ist und die Sättigungsmagnetisierung nur am Rande vermindert wird. Darüber hinaus wird die Stabilität gegen Kristallisation bei erhöhter Temperatur in jedem Fall beträchtlich verbessert, bei dem Bor teilweise durch Silizium ersetzt ist, und dies in Legierungen, die 80 bis 84 Atom-% Eisen enthalten. In solchen Legierungen variiert Silizium von 1 bis 8 Atom-%, während Bor im Bereich von 12 bis 16 Atom-% vorhanden ist.

Gemäß der Erfindung darf bei den verwendeten Legierungen der Eisengehalt der Legierung nicht unterhalb von 80 Atom-% verringert werden. Auch beträgt der Minimalgehalt an Silizium in den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen etwa 1 Atom-%. Geht man über diese angegebenen Grenzen hinaus, dann verliert man eine oder mehrere der erwünschten magnetischen oder physikalischen Eigenschaften.

Die erfindungsgemäß verwendete Legierung liegt besonders in Form eines Bandes vor, das brauchbar ist z. B. bei der Konstruktion magnetoelektrischer Komponenten von Motoren, Generatoren, Transformatoren und anderen elektrischen Apparaten.

Bei der Ausführung der Erfindung werden die neuen Legierungen einfach durch Vermischen der Legierungsbestandteile in den erforderlichen Mengen in Form von Pulvern und Schmelzen der Mischung zum Gießen von Band mit den erwünschten Abmessungen hergestellt. Das Kühlen nach dem Gießen erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die zur Herstellung amorphen Materials geeignet ist.

Während Variationen hinsichtlich der Schmelztemperaturen der nach der vorliegenden Erfindung verwendeten einzelnen Legierungen bestimmte Anforderungen auferlegen können, die hinsichtlich des Schmelzens und Gießens der Legierung variieren, kann doch die Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen mit gleichmäßig zufriedenstellenden Ergebnissen ausgeführt werden, wenn man die obige Prozedur einhält und die beschriebene Ausrüstung benutzt. Die erfindungsgemäßen Ergebnisse sind somit routinemäßig reproduzierbar, solange die angegegebenen Grenzen hinsichtlich der Zusammensetzung bei der Herstellung der Legierung streng eingehalten werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Band mit einer ungefähren Dicke von 0,0025 cm und einer Breite von 0,13 cm aus einer Fe₈₀B₂₀-Legierung wurde hergestellt, indem man einen Strom aus dieser Legierung auf die Oberfläche einer sich rasch drehenden Kühltrommel richtete.

Die amorphe Natur des erhaltenen Bandes wurde durch Röntgenstrahl- Diffraktion, Differentialabtastkalorimetrie und Messungen magnetischer und physikalischer Eigenschaften bestätigt. Der Grad der Duktilität wurde bestimmt durch Messen des Krümmungsradius, bei dem ein Bruch auftrat in einem einfachen Biegetest zwischen zwei parallelen Platten. Bandsegmente wurden in gereinigtem Stickstoff zwei Stunden lang bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 400°C geglüht. Als Kristallisationstemperatur wurde die Temperatur genommen, bei der für das zweistündige Glühen die Koerzitivkraft abrupt zunahm. Sättigungsmagnetisierung und Curietemperatur wurden mit konventionellen Induktionstechniken erhalten, wie sie in "Applied Physics", Band 29, Seite 330, 1976, und in "Scripta Met.", Band 11, Seite 367, 1977, beschrieben sind. Die Ergebnisse dieser Tests und der an Bändern ausgeführten, die gemäß den folgenden Beispielen I bis III und Vergleichsbeispielen 1 bis 5 hergestellt wurden, sind in der nach Beispiel III folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde ein Band aus der Legierung Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ hergestellt und getestet, wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse finden sich in der unten folgenden Tabelle.

Vergleichsbeispiel 3

Aus der anderen amorphen Metallegierung Fe₄₀Ni₄₀B₂₀ wurde ein Band, wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, hergestellt und getestet, wobei die Ergebnisse in der genanten Tabelle zu finden sind.

Vergleichsbeispiel 4

Es wurde ein Band aus der Legierung Fe_84,5B₁₅P_0,5, wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, hergestellt und getestet, wobei die Ergebnisse in der genannten Tabelle zu finden sind.

Beispiel I

Es wurde ein Band aus der Legierung Fe₈₄B₁₅Si₁, wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, hergestellt und getestet, wobei die Ergebnisse in der genannten Tabelle zu finden sind.

Beispiel II

Es wurde ein Band aus der Legierung Fe₈₀B₁₆Si₄ nach dem in Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt und getestet, und die Ergebnisse sind in der genannten Tabelle enthalten.

Vergleichsbeispiel 5

Ein weiteres Band wurde aus der Legierung Fe₈₄B₁₆, wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, hergestellt und getestet, und die Ergebnisse sind in der Tabelle enthalten.

Beispiel III

Schließlich wurde noch ein Band aus der Legierung Fe₈₀B₁₂Si₈ wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt und getestet, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle enthalten.

Tabelle

Wie die in der Tabelle zusammengefaßten Daten zeigen, ist die Temperatur T _B, bei der die Versprödung stattfindet, am höchsten für die ternäre Zusammensetzung Fe₈₄B₁₅Si₁, und die Zugabe einer geringen Menge Phosphor verringert diese Versprödungstemperatur stark. Die Duktilität der Legierungen, die nur ein Nichtmetall enthalten, ist größer als die der Legierungen, die zwei Nichtmetalle enthalten, und die Duktilität der Legierungen Fe₈₄B₁₅Si₁ und Fe_84,5B₁₅P_0,5 ist für die getestete Gruppe von Legierungen am größten. Die Stabilität im Hinblick auf Versprödung und Kristallisation der Legierungen ist maximal in den Legierungen, die zwei Nichtmetalle enthalten, und minimal in den Legierungen, die nur ein Nichtmetall entahlten, von den getesteten Legierungen. Die Sättigungsmagnetisierung in den Legierungen mit zwei Nichtmetallen ist vorteilhaft, verglichen mit dem Maximalwert von Fe₈₀B₂₀. Eine hervorragende Stabilität haben die Legierungen Fe₈₀B₁₆Si₄ und Fe₈₀B₁₂Si₈.

Claims

1. Verwendung einer glasartigen Legierung, die aus 80 bis 84 at% Eisen, 12 bis 15 at% Bor und 1 bis 8 at% Silizium besteht, als Werkstoff für magnetoelektrische Komponenten von Motoren, Generatoren und Transformatoren.

2. Verwendung einer glasartigen Legierung gemäß Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Fe₈₀B₁₆Si₄ für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer glasartigen Legierung gemäß Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Fe₈₀B₁₂Si₈ für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer glasartigen Legierung gemäß Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Fe₈₄B₁₅Si₁ für den Zweck nach Anspruch 1.