DE3120169C2

DE3120169C2 - Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes

Info

Publication number: DE3120169C2
Application number: DE3120169A
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: US4385944A; DE3120169A1; JPS5739103A

Abstract

Um magnetische kristallisierte Werkzeuge auf der Basis glasartiger Metallegierungen zu bekommen, werden metallische Glaslegierungspulver geeigneter ferromagnetischer Zusammensetzung durch mechanische Bindung oder adhäsive Bindung oder durch thermomechanische Verfahren verdichtet. Die resultierenden verdichteten Gegenstände können hitzebehandelt werden, um ihre magnetischen Eigenschaften zu verbessern. Verdichtete Körper dieser Art zeigen ausgezeichnete ferromagnetische Eigenschaften, geringe Remanzenz, niedrige Koerzitivkraft und hohe Permeabilitäten.

Description

Glasartige Metallegierungen und Gegenstände daraus sind in der US-PS 38 56 513 und der DE-OS 23 64 131 beschrieben.

Aus Kieffer/Hotop »Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe«, 1948, ist es bekannt, Metallgegenstände durch Vermischen von Legierungspulvern mit einem Bindemittel und Verfestigung des Gemisches mit mechanischem Druck herzustellen. Ferromagnetische glasartige Legierungen werden dabei ebensowenig verwendet wie Isolatoren als Bindemittel.

Neue Anwendungen, die verbesserte magnetische Eigenschaften erfordern, machten Bemühungen notwendig, Verfahren zu entwickeln, die gleichzeitig die Festigkeit und die magnetische Reaktion magnetischer Gegenstände erhöhen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand darin, ferromagnetische Metallgegenstände mit niedriger Remanenz, hoher Permeabilität und hoher Härte zu bekommen.

j<> Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Metallgegenstandes durch Vermischen von Metall-Legierungspulver mit einem Bindemittel und Pressen des Gemisches mit mechanischem Druck ist dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungspulver ein ferromagnetisches glasartiges Pulver und als Bindemittel ein Isolator in solcher Menge, daß die Pulverteilchen beim Pressen im wesentlichen getrennt voneinander gehalten werden, gemischt werden und d^r Gegenstand während des Pressens in einem Magnetfeld bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergarigstemperatur gehärtet wird.

Nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellte Gegenstände haben niedrige Remanenz und hohe Permeabilität. Typischerweise haben sie eine relative magnetische Anfangspermeabilität von wenigstens 100. Wenn hier von »relativer Permeabilität« gesprochen wird, meint dies das Verhältnis der magnetischen Induktion in einem Medium, die durch ein bestimmtes Feld erzeugt wird, zu der magnetischen Induktion im Vakuum, die durch das gleiche Feld erzeugt wird.

Die Metallgegenstände werden erfindungsgemäß aus glasartigen Metallegierungen in Pulverform hergestellt. Das allgemeine Verfahren für die Herstellung von Metallglaspulvern aus Legierungen besteht in einem schneilen Abschrecken und einer Atomisierstufe. Die Herstellung einer glasartigen Legierung kann gemäß der Lehre der US-PS 38 56 553 erfolgen. Die resultierenden Bleche, Bänder, Streifen und Drähte sind brauchbare Vorläufer der hier beschriebenen Materialien.

Ausgangsmaterial kann ein feines Pulver (mit einer Teilchengröße unter 100 μπι), grobes Pulver (mit einer Teilchengröße zwischen 100 und 1000 μιη) und Flocken (mit einer Teilchengröße zwischen 1000 und 5000 μίτι) sein.

Für hohe Permeabilitäten werden zweckmäßig Teilchendurchmesser von etwa 100 μιη oder mehr verwendet.

Eine Kombination von relativ hoher Permeabilität (z. B. in der Größenordnung von etwa 100) und ausgezeichneter mechanischer Härte (z. B. in der Größenordnung von etwa 8000 N/mm²) bekommt man durch Verwendung von Teilchen mit einer Teilchengröße von etwa 44 μιη.

Für das Pressen können die Pulver in evakuierte Blechdosen eingefüllt und dann zu Streifen geformt oder isostatisch zu Scheiben, Ringen oder irgendeiner anderen erwünschten Form gepreßt werden. Außerdem

bo können Pulver unter ihrer Glasübergangstemperatur in herkömmlichen Techniken zu irgendeiner erwünschten Form im Vakuum heißgepreßt werden. Vorzugsweise wird das feinste Pulver kaltgepreßt.

Als Isolatoren und Bindemittel können Harze verwendet werden, wie Phenolformaldehydharze. Andere geeignete Bindemittel sind beispielsweise synthetische Harze, trocknende Öle. Rückstände aus der Destillation von Ölen oder Fetten. Lösungen von Pflanzengummis oder Harzen, oxidierte öl- oder Wachsverbindungen oder

to Paraffin. Die Bindemitteltnengc kann his zu 30 Gewichts-% ausmachen und ist vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 Gewichts-%. Solche Formlinge können eine Dichte von wenigstens 60% des theoretischen Maximums haben. Der gepreßte Gegenstand kann bei einer relativ niedrigen Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur gehärtet werden, um eine stärkere Festigkeit zu ergeben und dann zu den Endabmessungen geschliffen zu

werden. Vorzugsweise erfolgt die Härtung in Abwesenheit von Sauerstoff.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, große Maschinenwerkzeuge einfacher Geometrie herzustellen. Das fertiggestellte Produkt kann gegebenenfalls je nach der in der Anwendung benutzten speziellen Legierung geglüht werden. Der feste Körper hat eine Dichte von nicht weniger als 60% und vorzugsweise 95% der Legierung im Gußzustand.

Die erfindungsgemäß hergestellten Metallgegenstände haben allgemein wenigstens einige der folgenden Eigenschaften: hohe Härte und Kratzbeständigkeit, große Glattheit einer glasartigen Oberfläche, Dimensionsund Formbeständigkeit, mechanische Steifheit, Festigkeit, Duktilität und hohen elektrischen Widerstand.

Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Legierungen sind beispielsweise solche der Zusammensetzung

Bevorzugte ferromagnetische Legierungen beruhen auf einem Element der Gruppe Eisen, Kobalt und Nickel. Die Legierungen auf Eisenbasis haben zweckmäßig die allgemeine Zusammensetzung

P, B₁C^i)₁₂₂₅,

die Legierungen auf Kobaltbasis haben zweckmäßig die allgemeine Zusammensetzung

20 Co₄₀₈₈(Fe₁Ni)(M₀(Mo₁Nb₁Ta₁V₁Mn₁Cr)O₁O(P₁B₁CSi)₁₂₂₅,

und die Legierungen auf Nickelbasis haben zweckmäßig die allgemeine Zusammensetzung

Ni₄OM(Co₁Fe)₁^o(Mo₁Nb₁Ta₁V₁Mn₁Cr)OiC)(P₁B₁C, Si)₁₂₂₅.

Bevorzugte Legierungen haben weniger als 5 Atom-% Kohlenstoff, 20 Atom-% Bor, 20 Atom-% Silicium und 10 Atom-% Phosphor.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise elektromagnetische Kerne oder Polstücke hergestellt werden. Diese erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände haben eine hohe Permeabilität. Sie können viel weniger Nicke! als herkömmliche gepreßte Legierungsteile vergleichbarer Permeabilität enthalten. Die Verarbeitung von solchem glasartigen Legierungspulver für magnetische Körper ist im wesentlichen die gleiche wie jene von Permalloypulvern. Die erhaltenen Kerne können als Transformatorkerne und für andere Wechselstromzwecke verwendet werden.

Für diese speziellen Anwendungen sollten ferromagnetische glasartige Legierungen relativ geringe mechanisehe Härte (d. h. weniger als 1000 kg/mm²) haben. Glasartige Legierungen, die für solche Anwendungen bevorzugt, sind, sind beispielsweise Fe₈₂P₁₈, Fe₈₀P₁₅C₅, Fe₈₈B₁₂, Fe₈₃Bi₇, Fe₈₀PIbC₃B₁, Fe₈₀P₁₄B₆ und Fe₄₀Ni₄₀P₁₄Bb. Diese Legierungen haben Härtewerte iru Bereich zwischen 7600 und 10 000 N/mm².

Beispiel 1

Glasartige Legierungsflocken oder grobe Pulver mit Teilchen im Bereich zwischen etwa 100 und 500 μηι und 500 bis 2000 μπι der Zusammensetzung Fe₄ONi₄₀P₁₄Bb wurden hergestellt, indem man einen Strom von atomisierten geschmolzenen Tröpfchen auf einer Kühlsubstratoberfläche abschreckte. Die resultierenden groben Pulver und Flocken wurden anschließend durch Glühen unterhalb der Glasübergangstemperatur während einer Stunde bei 200°C versprödet, und dann wurden die Pulver und Flocken einem Mahlvorgang in einer tiockenen Kugelmühle unter einer Atmosphäre von äußerst reinem Argon während 16 Stunden unterzogen. Dieses Verf fahren führte zu feinen glasartigen Teilchen unregelmäßiger Form mit einer Teilchengröße von weniger als

S;,; 30 μιτι. Die resultierenden feinen Pulver wurden gleichmäßig mit 2% Magnesiumoxidteilchen im Bereich unter

ii* 1 μιτι vermischt, und die Zusammensetzung wurde unter Verwendung von Hochdruck zwischen 14 000 und

?|| 17 500 bar zu einem Ringdurchmesser von 1,252 cm verpreßt. Die Zugabe von feinern Keramikpulver war dazu

S? bestimmt, einen gleichmäßig verteilten Luftspalt in dem Kern zu liefern, um so seinen Widerstand zu erhöhen.

$jj Die komprimierten Kerne wurden 2 bis 16 Stunden bei 300⁰C geglüht. Typischerweise fand man, daß ein mit

|| 17 500 bar gepreßter und 16 Stunden bei 300°C geglühter Kern eine Permeabilität von 125 Einheiten besaß.

I»

i^l) Beispiel 2

',-'- Drei ringförmige Körper wurden aus glasartiger Metallegierung der Zusammensetzung Fe₄₀Ni₄₀P₁₄Bt herge-

ί stellt. Die Ringkörper wurden durch Pressen von glasartigem Metallegierungspulver in eine Form hergestellt.

Die Probe a) wurde aus zerkleinerter glasartiger Metallegierung hergestellt, und die Proben b) und c) wurden to aus Pulver von 44 u.m hergestellt. Die Probe a) zeigte eine Koerzitivfeldstärke H_c von 55 A/m und eine relative Anfangspermeabilität von 107. Die Proben b) und c) hatten eine Koerzitivfeldstärke H_c von 171 A/m bzw. 205 A/m und eine relative Anfangspermeabilität von 97 bzw. 121. Jeder der ringförmigen Körper zeigte feldunabhängige Wechselstrompermeabilität von etwa 90 bis zu der Frequenz von 500 kHz.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Metallgegenstandes durch Vermischen von Metall-Legierungspulver mit einem Bindemittel und Pressen des Gemisches mit mechanischem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungspulver ein ferromagnetisches glasartiges Legierungspulver und als Bindemittel ein Isolator in solcher Menge, daß die Pulverteilchen beim Pressen im wesentlichen getrennt voneinander gehalten werden, gemischt werden und der Gegenstand während des Pressens in einem Magnetfeld bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur gehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator in einer Menge von weniger als ίο 10 Gewichts-% zugemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator in einer Menge von 0,5 bis 3 Gewichts-% zugemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch isostatisch zu einer Dichte von wenigstens 60% des theoretischen Maximums kaltgepreßt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 auf ein Legierungspulver einer Teilchengröße von

etwa 44 μηι.

6. Anwendung nach Anspruch 5 auf ein Legierungspulver der Zusammensetzung