DE3120168C2

DE3120168C2 - Verwendung eines Metallkörpers als Elektromagnetkern

Info

Publication number: DE3120168C2
Application number: DE19813120168
Authority: DE
Inventors: Ryusuke Morristown N.J. Hasegawa
Original assignee: Allied Corp Morris Township NJ; Allied Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1984-09-13
Also published as: JPS5719302A; DE3120168A1

Abstract

Um magnetische kristallisierte Werkzeuge auf der Basis von Glasmetallegierungen zu bekommen, werden Metallglaslegierungspulver oder Metallglaslegierungsstücke geeigneter ferromagnetischer Zusammensetzung durch mechanische, adhäsive Bindung oder durch thermomechanische Verfahren komprimiert. Die resultierenden komprimierten Formlinge können hitzebehandelt werden, um magnetische Eigenschaften zu verbessern. Die komprimierten Formlinge zeigen ausgezeichnete ferromagnetische Eigenschaften, wie niedrige Remanenz und niedrige Koerzitivkraft.

Description

für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Metallkörpers aus einer Legierung der Zusammensetzung

Co₄₀-₈₈(Fe₁Ni)o-4o(Mo,Nb,Ta,V,Mn,Cr)o-io(P,B.C₁Si)₁2_25

für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung eines Metallkörpers aus einer Legierung der Zusammensetzung

Ni₄o-84(Co₁Fe)₄-4o(Mo₁Nb,Ta₁V,Mn,Cr)o-,o(P,B,C,Si)₁2-25

für den Zweck nach Anspruch 1.

Glasartige Metallegierungen, Verfahren zu ihrer Herstellung und daraus hergestellte Gegenstände sind in der US-PS 38 56 513 und der DE-OS 30 11 152 beschrieben. Über eine Verwendung im Sinne der Erfindung läßt sich diesen Druckschriften aber nichts entnehmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand darin. Metallkörper mit niedriger Koerzitivkraft und Remanenz für die Verwendung als Elektromagnetkerne zu bekommen.

Erfindungsgemäß werden durch Entglasen eines Vorformlings, der durch Komprimieren einer glasartigen ferromagnetischen Legierung erhalten wurde, bei 600 bis 1200°C gewonnene kristalline Metallkörper aus einer feinkörnigen Matrix mit darin gleichmäßig verteilten Boriden, Karbiden, Phosphiden oder Siliciden als Elektromagnetkern mit niedriger Koerzitivkraft und Remanenz verwendet

Bei dem Verfahren zur Herstellung der erfindutigsgemäß verwendeten Metallkörper werden die glasartigen ferromagnetischen Legierungen zu einem Aggregat kristalliner Phasen durch Wärmebehandlung oberhalb der Kristallisationstemperaturen während einer ausreichend langen Zeit entglast. Das kristallisierte Produkt hat hervorragende magnetische Eigenschaften, die sich von einer MikroStruktur herleiten, die durch Wärmebehandlung und magnetisches Glühen optimiert wird. Eine ungewöhnlich hohe Volumenfraktion sehr feiner harter Teilchen aus Boriden, Karbiden, Phosphiden oder Siliciden wird in der For η einer gleichmäßigen Dispersion in der feinkörnigen Matrixphase erhalten. Die zur Herstellung der Metallkörper verwendeten Legierungen sind alles glasbildende Zusammensetzungen in den Metall-Metalloid-Systemen, die sich durch die folgende allgemeine Formel beschreiben lassen:

(Fe.Ni,Co)_a8-_b5(Mo,Nb,Ta,Cr,V)o-,o(P,B,C,Si)₁₂_25.

Bei solchen Systemen werden typischerweise die glasartigen Legierunen auf Temperaturen zwischen 0,6 und %

0,95 des Schmelzpunktes ausreichend lange bis zu mehreren Stunden wärmebehandelt und vorzugsweise lang- %

sam in einem Magnetfeld gekühlt, um die besten Eigenschaften zu erhalten. fl

so Die resultierenden Metallkörper haben hervorragende magnetische Eigenschaften, wie niedrige Koerzitiv- %

kraft und niedrige Remanenz. S:

Die erfindungsgemäß verwendeten Metallkörper werden aus glasartigen Metallegierungen in Pulverform %

hergestellt. Solche glasartigen Metallpulver lassen sich durch schnelles Abschrecken und Atomisieren herstellen, Ii

wie nach der US-PS 38 56 553. Unter »Pulver« werden auch Fäden und Flecken verstanden. [jj

Dieses Pulver wird gepreßt. Das Pressen kann so praktiziert werden, daß man ein glasartiges Metallband auf f;·¹

einer Rolle aufwickelt. Diese Rolle wird in einem Behälter eingeschlossen, um eine Berührung mit der Umge- ^

bungsluft zu verhindern. Der Behälter mit dem Metallglas wird evakuiert und dicht verschlossen. Das Ganze J.,*

wird isostatisch heiß gepreßt, um einen vollständig dichten Ringkern zu ergeben, der im wesentlichen aus bis zu ;if

100% kristallinen Phasen besteht. Ähnlich ist es möglich, Scheiben aus einem Streifen von Metallglas auszustan- f;_:;

Mi zen. Die Scheiben werden zu einer zylindrischen Form angeordnet, beispielsweise indem man sie in eine S}t1

zylindrische Blechdose geeigneten Durchmessers und Materials einführt. Das Ganze wird auf eine geeignete fi Temperatur ausreichend lange erhitzt und dann zu einem vollständig dichten Stab, der im wesentlichen aus bis zu 100% kristallinen Phasen besteht, warmstranggeprcßt. Ähnlich kann ein Stapel von Rollen in einer Clechdose eingeschlossen und dann warmstranggepreßt werden, um vollständig dichte kristallisierte Stäbe zu bilden.

<v"> Neben der Herstellung von Vorformlingen aus Bändern oder Streifen ist es im allgemeinen bevorzugt, hierzu Pulver oder Flocken zu verwenden. Pulver können in evakuierte Blechdosen gegeben und dann entweder zu Streifen warmvcrformt oder unter Bildung von Stäben warmstranggepreßt oder heiß geschmiedet oder zu Scheiben. Ringen oder anderen erwünschten Formungen isostatisch heiß gepreßt werden. Außerdem können

Pulver nach herkömmlichen Methoden im Vakuum heißgepreßt werden. Die Pulver können mit geeignetem organischem Bindemitte!, beispielsweise Paraffin, vermischt werden und dann kalt zu geeigneten Formungen gepreßt werden. Die Bindemittelmenge ist geringer als 30 Gewichts-%, bevorzugt 9,5 bis 3 Gewichts-%. Eine solche vorgeformte Legierung kann eine Dichte von wenigstens 60% des theoretischen Maximums haben. Der gepreßte Vorformling kann bei einer relativ niedrigen Temperatur vorgesintert werden, um seine Grünfestigkeit zu steigern, und dann zu den Endabmessungen geschliffen werden. Die vorgesinterten Formlinge werden in eine evakuierte Blechdose gegeben und dann isostatisch zu 100°/oig kristallinen dichten Teilen gepreßt

Die Temperatur des Sinterverfahrens hängt von der Legierung ab, liegt aber im Bereich von 600 bis 1200⁰C. Das Sintern kann in Gegenwart eines angelegten magnetischen Feldes erfolgen. Allgemein liegt die Sintertemperatur zwischen 0,7 und 0,95 der Solidustemperatur der Legierung. Vorzugsweise wird das Sinterverfahren in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt

Für eine Herstellung der Vorformlinge geeignete Pulver können feine Pulver (mit einer Teilchengröße unter 100 μπι), groDe Pulver (mit einer Teilchengröße zwischen 100 und 1000 μπι) und Flocken (mit einer Teilchengröße zwischen 1000 und 5000 μπι) sein. Feines Metallglaspulver wird vorzugsweise anfangs kalt gepreßt, wonach gesintert und durch heißes isostatisches Pressen verdichtet wird. Metallglaspulver mit großer Teilchengröße (z.B. zwischen 44 und 149 μπι) wird direkt einem isostatischen Heißpressen in einer Form aus geeigneten Materialien unierzogen.

Nach dem isostatischen Heißpressen wird das Endprodukt auf die Endabmessungen geschliffen. Dieses Verfahren ist zweckmäßig, um große Maschinenwerkzeuge einfacher Geometrie herzustellen. Außerdem kann das nachstehende Produkt, wenn erwünscht, je nach der für die Anwendung speziell verwendeten Legierung nacherhitzt werden. Der feste Körper hat eine Dichte von nicht weniger als etwa 95% der entsprechenden gegossenen Legierung.

Die erfindungsgemäß verwendeten Metallkörper besitzen neben de;i bereits genannten Eigenschaften auch wenigstens einige der folgenden: hohe Härte und Kratzfestigkeit, große Glattheit der glasartigen Oberfläche, Dimensions- und Formbeständigkeit, mechanische Steifheit, Festigkeit, Duktilität und hohen elektrischen Widerstand.

Bevorzugt für die Herstellung der Vorformlinge verwendete ferromagnetische Legierungen basieren auf einem Element der Gruppe Eisen, Kobalt und Nickel. Die Legierungen auf Eisenbasis haben die allgemeine Zusammensetzung

die Legierungen auf Kobaltbasis haben die allgemeine Zusammensetzung

Co₄₀-B₈(Fe, Ni)o-₄o(Mo,Nb,Ta,V,Mn,Cr)o-,o(P,B,C,Si),2-25,

und die Legierungen auf Nickelbasis haben die allgemein Zusammensetzung

Ni4o-84(Co,Fe)₄_₄₀(Mo,Nb,Ta,V,Mn,Cr)o-,o(P,B,C,Si),2-25.

Tabelle I zeigt Wärmebehandlungen, die für die Bildung magnetischer Legierungen geeignet sind, sowie Temperaturbereiche, die bevorzugt verwendet werden.

Das beim Entglasen bei 600 bis 1200⁰C erhaltene kristallisierte Produkt hat ungewöhnlich gute magnetische Eigenschaften, die auf der MikroStruktur beruhen, welche durch Wärmebehandlung, vorzugsweise in einem magetischen Feld, optimiert wird. Eine überraschend hohe Volumenfraktion von sehr feinen harten Teilchen aus Boriden, Karbiden, Phosphiden oder Siliciden wird in der Form einer gleichmäßigen Dispersion in der feinkörnigen Matrixphase ausgefällt und gehalten.

Solche Metallkörper sind aufgrund ihrer niedrigen Koerzitivkraft und niedrigen Raumtemperatur brauchbar als elektromagnetische Gleichstromkerne. Für diesen Zweck braucht man im allgemeinen die Legierungsteilchen nicht zu isolieren, um Wirbelströme zu vermeiden. Solche elektromagnetischen Kerne mit hoher Härte und Duktilität sind geeignet für die Herstellung von Einrichtungen für magnetisches Anheben schwerer Gegenstände. Materialien für solche Anwendungen brauchen hohe Festigkeit, große Härte und weiche magnetische Eigenschaften.

Beispiel

Feines glasartiges Metallegierungspulver der Zusammensetzung Fe₄oNi₄oP|₄Bb mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als etwa 30 μΐη wurde bei 75O⁰C eine Stunde lang in einem Zylinder mit einem Durchmesser von 1,25 cm heißgepreßt. Man fand, daß der Zylinder aus 100% kristallinen Phasen als Ergebnis der Umformung der amorphen Phase bei hoher Temperatur bestand. Der Zylinder hatte eine niedrige Remanenz von 0,0006 bis 0,001 Tesla und eine lineare Beziehung zwischen angelegtem Feld und Induktion. Diese Merkmale sind am geeignetsten für Relaiskerne und Polstücke für Elektromagneten, die geringe magnetische Restfelder erfordern. Die Vorteile dieser Materialien, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, sind niedrige Remanenz und hohe mechanische Festigkeit. Die überlegenen magnetischen Eigenschaften dieses Materials wurden ohne das übliche sorgfältige und teure Wärmebehandlungsverfahren in einem Magnetfeld erhalten. «

Tabelle I

Wärmebehandlungen

Bevorzugte Wärmebehandlungen

Legierungen auf Eisenbasis Fe₄O-So(Co₁Ni)₀-W(Mo₁N

_]0 Legierungen auf Kobaltbasis C(FNi)(MNb

-.r₍)(P,B₁C.Si)₁2-25

Legierungen auf Nickelbasis Ni₄₀_₈₄(Co,Fe)₄-₄o(Mo.Nb,Ta₁V₁Cr)o-3o(P,B,C,Si),2-25

Tabelle II

70O-12O0°C bis zu 3 Std.

700-120O⁰C bis zu 3 Std

750-110O⁰C bis zu 3 Std.

80C-IOOO⁰C 5 Min. bis 2 Std

800-1000°C 5 Min. bis 2. Std.

800-1000⁰C 5 Min. bis 2 Std.

Magnetische Induktion und angelegtes Feld für heißgepreßte entglaste Legierung aus Glasmetallpulver der Zusammensetzung Fe₄₀Ni₄₀PHBo

Magnetfeld (A/m)	Tabelle 111	Magnetische Induktion (Tesla)
3 104	Magnetfeld (A/m)	0,0061
5811		0,0110
8 199		0,0153
10 587	0,0197
12 975	0,0240
15 522	0,0284
17 830	0,0318
20 059	0,0356
22 606	0,0406
24 835	0,0446
26 984	0,0485
29 452	0,0527
31 760	0,0577
34 148	0,0620
36 457	0,0661
39 004	0,0704
41 233	0,0749
43 064	0,0791

Zusammensetzung
FesrBu FejjMoeCiaBe Fe_MCo3B_n
Magnetische Induktion (Tesla)

3 7 11 15 19 23

etwaO 0,0060 0,0125 0,0185 0,0250 0,0315 0,0375

0,0002 0,0070 0,0145 0,0225 0,0295 0,0370 0,0440

etwaO 0,0075 0,0145 0,0210 0,0280 0,0360 0,0430

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines durch Entglasen eines Vorformlings, der durch Komprimieren eines glasartigen ferromagnetischen L^gierungspulvers erhalten wurde, bei 600 bis 1200°C gewonnenen kristallinen Metallkörpers aus einer feinkörnigen Matrix mit darin gleichmäßig verteilten Bonden, Karbiden, Phosphiden oder Siliciden als Elektromagnetkern mit niedriger Koerzitivkraft und Remanenz.

2. Verwendung eines Metallkörpers aus einer Legierung der Zusammensetzung