DE4444482A1 - Weichmagnetischer Werkstoff - Google Patents

Weichmagnetischer Werkstoff

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Werkstoff nach der Gattung des Hauptanspruches. Derartige Werkstoffe sind bekannt in der Zusammensetzung Eisen(Fe)-Kobalt(Co)- Zusatzwerkstoff (X) mit einem Co-Gehalt < 25 Masseprozent. Diese relativ teuren Werkstoffe sind in vielen Erzeugnissen im Einsatz, bei denen eine hohe Sättigungsinduktion (Bs) gefordert ist. Als Legierungszusatz X wurden verschiedene Elemente verwendet, wobei jedoch stets zur Erzielung der gewünschten hohen Sättigungsinduktion die genannten hohen Kobalt-Gehalte zugesetzt waren, welche eine schlechte Umformbarkeit und eine schlechte spanabhebende Bearbeitbarkeit mit sich bringen. Nur mit einem Legierungsanteil an Zusätzen insgesamt von weniger als 2 bis 3 Masseprozent kann dabei die gewünschte geringe Koerzitivfeldstärke und akzeptable Verarbeitbarkeit erreicht werden. Diese Magnetwerkstoffe haben jedoch einen unerwünscht niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand (Rspez.) unter etwa 0,45 µΩm.
Alternativ sind weichmagnetische Werkstoffe aus Eisen- Chrom- und Eisen-Silizium-Legierungen bekannt. Eisen-Chrom- Legierungen besitzen zwar die zur Verhinderung von Wirbelströmen im Eisen erwünschten hohen spezifischen Widerstandswerte, sie liegen aber in der Sättigungsinduktion unter etwa 1,7 Tesla (T). Eisen-Silizium-Legierungen besitzen ebenfalls relativ niedrige Sättigungsinduktionen und sind zusätzlich sehr schlecht mechanisch bearbeitbar.
Die Figur zeigt die Sättigungsinduktion und den spezifischen elektrischen Widerstand verschiedener Werkstoffgruppen im Vergleich.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße weichmagnetische Werkstoff mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine hohe Sättigungsinduktion bei gleichzeitig hohem spezifischem elektrischem Widerstand und gleichzeitig guter mechanischer Ver- bzw. Bearbeitbarkeit erreicht wird. Hierbei haben sich insbesondere Werkstoffe als vorteilhaft erwiesen, welche neben Eisen 5 bis 20 Masseprozent Kobalt, sowie 1 bis 7 Masseprozent Aluminium und vorzugsweise zusätzlich 0 bis 8 Masseprozent Mangan enthalten. Ein weiterer vorteilhafter Werkstoff enthält neben Eisen 5 bis 20 Masseprozent Kobalt sowie 1 bis 7 Masseprozent Aluminium und vorzugsweise zusätzlich 0 bis 4 Masseprozent Vanadium. Diese Werkstoffe erfüllen das gewünschte Eigenschaftsprofil mit einer Sättigungsinduktion < 1,9 T, einem spezifischen elektrischen Widerstand < 0,5 µΩm, guter Umformbarkeit und spanender Bearbeitbarkeit sowie relativ niedrigen Rohstoffpreisen. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Zusammensetzung aus Eisen mit 14 Masseprozent Kobalt und 3,5 Masseprozent Aluminium (spezifischer Widerstand 0,65 µΩm, Sättigungsinduktion 2,0 T) sowie eine Zusammensetzung aus Eisen mit 12 Masseprozent Kobalt, 2,2 Masseprozent Aluminium sowie 2,5 Masseprozent Mangan (spezifischer Widerstand 0,66 µΩm, Sättigungsinduktion 2,06 T) erwiesen. Die Eisenanteile sind bei den verschiedenen Legierungen nicht ausdrücklich genannt, sie bilden jeweils die Vervollständigung zu 100 Masseprozent.
Die Zeichnung zeigt in einem Schema-Diagramm die Bereiche der Sättigungsinduktion Bs(T) und des spezifischen elektrischen Widerstands Rspez (µΩm) verschiedener Werkstoffe im Vergleich. Man sieht hierbei, daß Magnetwerkstoffe mit einem hohen Kobaltgehalt von 25 bis 50 Masseprozent zwar eine hohe Sättigungsinduktion aufweisen, jedoch einen sehr niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand. Andererseits besitzen Legierungen mit einem Gehalt von 13 Masseprozent Chrom einen wegen der Unterdrückung von Wirbelströmen im Magneten erwünscht hohen spezifischen elektrischen Widerstand, jedoch bei zu geringer Sättigungsinduktion. Auch die bekannten Legierungen aus Eisen und Silizium liegen nicht in dem gewünschten Diagrammbereich mit hoher Sättigungsinduktion und gleichzeitig hohem spezifischem elektrischem Widerstand, wie er durch das Feld Fe-(5-20)Co-X gekennzeichnet ist.
Gegenüber den bekannten Fe-Co-X-Werkstoffen mit Co-Gehalten zwischen 25 und 50 Masseprozent und Zusatzelementen von < 2,5 Masseprozent Vanadium oder Chrom besitzt das erfindungsgemäße Magnetmaterial den erwünschten hohen spezifischen elektrischen Widerstand < 0,5 µΩm bei gleichzeitig hoher Sättigungsinduktion < 1,9 T. Durch den niedrigen Co-Gehalt von weniger als 20 Masseprozent ist die Verarbeitbarkeit des Materials deutlich besser als die herkömmlicher Werkstoffe und gleichzeitig ist der Rohstoffpreis deutlich geringer.

Claims (7)

1. Weichmagnetischer Werkstoff, enthaltend Eisen (Fe) und Kobalt (Co) sowie wenigstens einen weiteren Legierungszusatz (X), gekennzeichnet durch einen Legierungszusatz (X) von Aluminium (Al).
2. Werkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Legierungszusatz von 1 bis 7 Masseprozent Al.
3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen weiteren Legierungszusatz von Mangan (Mn).
4. Werkstoff nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Legierungszusatz von < 8 Masseprozent Mn.
5. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen weiteren Legierungszusatz von Vanadium (V).
6. Werkstoff nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Legierungszusatz von < 4 Masseprozent V.
7. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Co von 5 bis 20 Masseprozent, vorzugsweise von 10 bis 15 Masseprozent Co.
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