DE4019634C2

DE4019634C2 - Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von amorphen ferromagnetischen Legierungen

Info

Publication number: DE4019634C2
Application number: DE19904019634
Authority: DE
Inventors: James C M Li; Der-Ray Huang
Original assignee: China Steel Corp
Current assignee: China Steel Corp
Priority date: 1989-07-01
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH0346204A; GB2233829B; GB2233829A; GB9013656D0; DE4019634A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von amorphen ferromagnetischen Legierungen.

Ferromagnetische amorphe Legierungen werden weithin für viele magnetische Anwendungen verwendet, wie Verteiltransformatoren, Gleichstromquellen, Motoren, Stromverstärker und magnetische Abschirmungen usw. Amorphe Eisenbasis- und Nickelbasislegierungen leiden an Glühsprödigkeit nach herkömmlichem Glühen im Ofen. Das ist ein ernstes Problem für viele Anwendungen. Nach einem eigenen Vorschlag wird gepulstes Hochstromerwärmen zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften amorpher ferromagnetischer Legierungen und zur Vermeidung ihrer Glühbrüchigkeit angewendet.

Nun soll die Leistung amorpher Legierungen nicht dadurch verbessert werden, daß das Gefüge verändert wird, sondern durch einen neuen Prozeß, der während der magnetischen Anwendung des Materials ausgeübt wird.

Genauer gesagt, wurde eine neue Technik zur Verbesserung der Gleichstrom- und Niedrigfrequenz-Magneteigenschaften ferromagnetischer amorpher Legierungen während ihres Betriebs entwickelt. Sowohl ultraweicher Ferromagnetismus als auch Superparamagnetismus wurden bei den erfindungsgemäßen amorphen ferromagnetischen Legierungen gefunden.

Daher ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Verbesserung der Gleichstrom- oder Niedrigfrequenz-Magneteigenschaften amorpher ferromagnetischer Legierungen während ihrer magnetischen Anwendung.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die gleichzeitige Anwendung eines zusätzlichen Magnetfeldes mit einer Frequenz im Bereich von 10 Hz bis 50 000 Hz auf die amorphen ferromagnetischen Legierungen während ihrer Magnetisierung zur Erhöhung der maximalen Wirksamkeit in bezug auf die magnetische Induktion (Bm) und Senkung des Minimalwertes der Koerzitivfeldstärke (Hc).

Es wurde gefunden, daß die optimale Richtung des zusätzlich angewendeten Magnetfeldes entlang der Längsrichtung der Proben aus amorphen ferromagnetischen Legierungen liegt, und es wird angenommen, daß die angewendeten Magnetfelder die Mobilität der magnetischen Domänenwände der amorphen ferromagnetischen Legierungen erhöht.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt ferner die Anwendung eines solchen zusätzlichen Magnetfeldes auf ein Teil, das nach dem Wechselstrom- Widerstandserwärmen oder gepulsten Hochstrom-Erwärmungsprozeß behandelt worden ist.

Die amorphen Legierungen zeigten keine Glühsprödigkeit.

Die angewendeten Magnetfelder haben eine geeignete Frequenz im Bereich von 10 bis 50 000 Hz, das Maximum des Magnetfeldes liegt von 0,08 bis 400 A/m und die Wellenformen sind Sinus-, Dreieck- oder Rechteckform oder Kombinationen davon.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm des Systems zur Messung der B-H-Schleife von geraden Teilen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm des Systems zur Messung der B-H-Schleife eines ringförmigen Teils nach dem Verfahren gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Veränderung der magnetischen Induktion und Koerzitivfeldstärke eines geraden amorphen Fe₇₈B₁₃Si₉ Bandes zeigt, wobei (A) eine gegossene Probe ist. (B) repräsentiert die gleichzeitige Anwendung eines Magnetfeldes (Ha) auf eine gegossene Probe (A). (C) repräsentiert eine Probe nach dem Wechselstrom-Widerstandserwärmen. (D) repräsentiert die gleichzeitige Anwendung eines Magnetfeldes (Ha) auf die Probe (C).

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis der Größenordnung des Magnetfeldes und Frequenz zur Erreichung optimaler weichmagnetischer Eigenschaften des gegossenen Fe₄₀Ni₃₈Mo₄B₁₈ amorphen Bandes zeigt.

Fig. 5 ist ein Diagramm der B-H-Schleife einer Fe₄₀Ni₃₈Mo₄B₁₈ ringförmigen gegossenen Probe mit und ohne gleichzeitige Anwendung von Magnetfeldern.

Das Verfahren zur Verbesserung der Gleichstrom- oder Niedrigfrequenz-Magneteigenschaften amorpher ferromagnetischer Legierungen durch gleichzeitige Anwendung von Magnetfeldern wird in folgender Weise ausgeführt:

1. Proben
- A. Amorphe ferromagnetische Bänder mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, einschließlich Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis-Legierungen.
- B. Probenform
  - - Gerades langes Band,
  - - ringförmiger Kern, gewickelt aus amorphem Band,
  - - Transformatorenkerne in C-, E- oder Rechteckform.
- C. Bei den Versuchen wurden Proben aus Fe₇₈B₁₃Si₉ und Fe₄₀Ni₃₈Mo₄B₁₈ mit gerader Form und Ringform verwendet.
2. Messen der Gleichstrom- oder Niedrigfrequenz- Magneteigenschaften während gleichzeitiger Anwendung eines Magnetfeldes auf die Probe
- A. Gerade Probe:
  Die gerade Probe wurde in die Mitte eines gleichförmigen Magnetfeldes (H) gelegt, welches durch eine solenoidförmige Spule (oder ein Paar von Helmholtz-Spulen) erzeugt wurde, welche an eine bipolare Gleichstromquelle oder einen Funktionsgenerator angeschlossen war. Eine zweite Solenoidspule (oder ein Paar von Helmholtz-Spulen) entlang derselben Richtung wurde installiert, um ein Magnetfeld Ha zu erzeugen. Um den zentralen Teil der Probe wurde eine Suchspule (S), verbunden mit einer Kompensationsspule (C), an ein Fluxmeter (oder Integrator) zur Messung der magnetischen Flußdichte (B) der Probe angeschlossen. Durch Verbinden der Anschlüsse des angewendeten Magnetfeldes (H) und der magnetischen Flußdichte (B) mit einem X-Y-Rekorder wurde die Gleichstrom-B-H-Hysteresis-Schleife erhalten (Fig. 1).
- B. Ringförmige Proben:
  Die ringförmigen Proben wurden hergestellt durch Wickeln eines langen amorphen Bandes. Wie Fig. 2 zeigt, sind drei Spulen um den ringförmigen Kern angeordnet, die Primärspule (N₁) war an eine bipolare Gleichstromquelle oder einen Funktionsgenerator angeschlossen, um ein Gleichstrom- oder Niedrigfrequenz-Magnetfeld (H) zu erzeugen, die zweite Spule (N₂) war angeschlossen an ein Fluxmeter (oder Integrator) zur Messung der magnetischen Flußdichte (B), und die dritte Spule (N₃) war angeschlossen an eine Wechselstromquelle zur Erzeugung eines Magnetfeldes (Ha) entlang der Längsrichtung der Proben. Dann wurde durch Verbinden der Ausgänge von H und B mit einem X-Y-Rekorder die B-H-Hysterese-Schleife erhalten.
3. Bedingungen für das angewendete Magnetfeld
- A. Frequenzbereich: f = 10 Hz bis 50 kHz
- B. Wellenform: Sinus, Dreieck und Rechteck und ihre Kombination
- C. Magnetfeld: Ha = 0,8 bis 400 A/m
4. Beispiele und Verbesserung der Gleichstrom- oder Magneteigenschaften von amorphen ferromagnetischen Legierungen als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Anwendung von zusätzlichen Magnetfeldern.

Beispiel 1

Probe: Gerade Form (15,24 cm × 3,05 mm × 25 µm)
Zusammensetzung: Fe₇₈B₁₃Si₉

A. Gegossene Probe
Bei dem angewendeten Gleichstrom-Magnetfeld beim Messen der B-H-Schleife ist Hm = ±26,9 A/m
magnetische Induktion Bm = 0,72 T,
Koerzitivfeldstärke Hc = 6,2 A/m
B. Anwenden eines Magnetfeldes Ha mit rechteckiger Welle entlang der Längsrichtung der Probe (A)
Mit unterschiedlichen Frequenzen, wenn das angewendete Gleichstrom-Magnetfeld zur Messung der Gleichstrom-B-H-Schleife angewendet wird, ist Hm = ±26,9 A/m. Die Verbesserung der Gleichstrom- Magnetinduktion Bm und der Koerzitivfeldstärke Hc ist wie folgt: Die Koerzitivfeldstärke der Proben, während gleichzeitig ein Magnetfeld angewendet wird, kann auf einen Wert von weniger als 25% des von gegossenen Proben verbessert werden.
C. Proben nach Wechselstrom-Widerstandserwärmen:
Bedingungen für das Wechselstrom-Widerstandserwärmen:
Frequenz f = 60 Hz
Stromdichte J = 2980 A/cm²
Erhitzungsdauer t_h = 50 s
angewendetes Feld Hp = 24 000 A/m
Wenn das angewendete Gleichstrommagnetfeld beim Messen der B-H-Schleife Hm = ±26,9 A/m ist,
magnetische Induktion Bm = 11,23 kG,
Koerzitivfeldstärke Hc = 1,9 A/m
D. Gleichzeitige Anwendung eines Magnetfeldes Ha auf die Probe (C)
Wenn das angewendete Magnetfeld Hm = ±26,9 A/m beim Messen der B-H-Schleife ist, ist die Verbesserung der magnetischen Induktion Bm und der Koerzitivfeldstärke Hc wie folgt: Verglichen mit den Werten einer gegossenen Probe ist die Koerzitivfeldstärke der Proben nach dem Widerstandserwärmen auf Werte von weniger als 20% der von gegossenen Proben verbessert, und die erhöhte magnetische Induktion wird 60% erreichen. Für Proben nach dem Widerstandserwärmen und gleichzeitigem Anwenden eines Magnetfeldes kann die Koerzitivfeldstärke auf Werte von weniger als 7% der von gegossenen Proben gemäß Fig. 3 verbessert werden. Der zusätzliche Vorteil dieses Verfahrens ist, daß die Proben ihre mechanische Duktilität (Bruchlast = 1) erhalten.

Beispiel 2

Probe: Ringform
Zusammensetzung: Fe₄₀Ni₃₈Mo₄B₁₈

Ein sechslagiger Ringkern mit einem Durchmesser von 3,8 cm war aus einem 75 cm langen amorphen Band (Breite 7mm, Dicke 25 µm, Gewicht 0,766 g) gewickelt.

A. Gegossene Probe
Wenn das angewendete Gleichstrom-Magnetfeld beim Messen der Gleichstrom-Hysterese Hm = ±19,2 A/m ist, sind die magnetischen Eigenschaften der Proben wie folgt:
Magnetische Induktion Bm = 0,57 T
Koerzitivfeldstärke Hc = 5,1 A/m
B. Gleichzeitige Anwendung von Magnetfeld Ha mit verschiedenen Wellenformen entlang der Längsrichtung der Proben (A).
Wenn das angewendete Gleichstrom-Magnetfeld beim Messen der Gleichstrom-Hysterese Hm = ±19,2 A/m ist, sind die magnetische Induktion und die Koerzitivfeldstärke wie folgt verbessert:

Aus dem obigen ergibt sich, daß der geeignete Frequenzbereich zur Erreichung optimaler Gleichstrom- weichmagnetischen Eigenschaften (Bm = 0,58 T, Hc = 1,1 A/m) von 100 bis 400 Hz reicht, und daß das Verhältnis zwischen der Frequenz und der Größenordnung des angewendeten Magnetfeldes aus Fig. 4 ersichtlich ist. Aus den Gleichstrom-Hysteresen gemäß Fig. 5 ist erkennbar, daß die Schleife, gemessen unter gleichzeitiger Anwendung eines Magnetfeldes (Rechteck, 300 Hz, 15,5 A/m) sehr viel kleiner als die Schleife der gegossenen Proben bei Anwendung eines derartigen Magnetfeldes ist.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von amorphen ferromagnetischen Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß während der Magnetisierung von Teilen aus amorphen ferromagnetischen Legierungen mittels Gleichstrom oder niederfrequentem Strom zusätzlich ein Magnetfeld mit einer Frequenz im Bereich von 10 Hz bis 50 000 Hz an die Teile angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Ultra-Weich-Ferromagnetismus und der Superparamagnetismus der Teile ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Magnetisierung die Gleichstrom- oder Niedrigfrequenz- Magneteigenschaften, wie die magnetische Induktion, die Koerzitivfeldstärke und die Permeabilität, ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Magnetisierung zusätzlich die Gleichstrom- oder sehr niedrig frequente B-H-Hysterese der Teile gemessen und aufgezeichnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegossenes oder wärmebehandeltes Teil aus einem Material aus amorphen Legierungen auf Eisen-, Nickel- oder Kobalt- Basis verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeld mit einer Sinus-, Dreieck- oder Rechteckwellenform oder einer Kombination dieser Wellenformen angewendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in einem Wechselstrom-Magnetfeld mit einer Feldstärke von 0,8 bis 400 A/m magnetisiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teile aus gegossenen oder wärmebehandelten amorphen ferromagnetischen Legierungen mit gerader Form, Ringform oder irgendeiner Form eines Transformatorenkerns verwendet werden.