DE490912C

DE490912C - Verfahren zur Erzielung einer moeglichst konstanten Permeabilitaet ueber einen weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte bei einer Nickel und Eisen enthaltenden, magnetischen Zwecken dienenden Legierung mit mehr als 30úÑ Nickelgehalt

Info

Publication number: DE490912C
Application number: DEI26487D
Authority: DE
Original assignee: Electrical Research Products Inc
Current assignee: Electrical Research Products Inc
Priority date: 1925-07-31
Filing date: 1925-07-31
Publication date: 1930-02-04

Description

Verfahren zur Erzielung einer möglichst konstanten Permeabilität über einen weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte bei einer Nickel und Eisen enthaltenden, magnetischen Zwecken dienenden Legierung mit mehr als 30°!o Nickelgehalt Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung einer magnetischen Zwecken dienenden Legierung, welche Nickel und Eisen bei mehr als 30 0,16 Nickelgehalt enthält, und bezweckt, durch Ausglühen und nachfolgendes Abkühlen bei diesem Material eine möglichst konstante Permeabilität über einen weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte zu erzielen.
)Vo immer magnetisches Material magnetischen Feldern ausgesetzt wird, die durch Signalströme erzeugt werden, werden diese Ströme verzerrt, weil kein magnetisches Material bekannt ist, das nicht wenigstens eine Eigenschaft hätte, welche sich innerhalb des Betriebsbereiches verändert. Eine derartige Verzerrung wird verschiedentlich als Modulation, Morsegeflatter usw. bezeichnet, je nach den Bedingungen, unter denen sie entsteht. Die Permeabilität des magnetischen Materials ändert sich gewöhnlich mit der Feldstärke oder mit der sich ergebenden Flußdichte. Ebenso ist, wenn Felder durch eine vollständige Periode von Signalwechselstrom erzeugt werden, die Flußdichte für gleiche positive und eegative Werte der Feldstärke verschieden, und zwar infolge der Hysterese des Inägnetischen Materials. Der elektrische Widerstand kann gleichfalls mit der Feldstärke etwas schwanken, was veränderliche Verluste mit sich ergebender Verzerrung des Signalstromes herbeiführt; diese Wirkung ist aber für gewöhnlich klein. Es ist sehr zu wünschen, hohen Widerstand zu haben, um übermäßige Wirbelstrotnverluste zuvermeiden, und ebenso hohe Permeabilität zu haben, um eine gegebene Induktivität mit einem geringsten Aufwand an Material erhalten zu können.
Es ist an sich bekannt, durch Hitzebehandlung die Permeabilität von Nickel-Eisen-Legierungen zu erhöhen. Derartige Legierungen enthalten in der Regel 25 % oder 30 0% bis etwa 8o % oder mehr Nickel, insbesondere wird ein Mischungsverhältnis von 7812 % Nilekel und 211/2 % Eisen 'in der Praxis bevorzugt. Als Ergebnis ausgedehnter Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß die bisher angewandten Verfahren infolge unzweckmäßiger `Vahl, der Erhitzungstemperaturen und der Erhitzungsdauer der Legierung nicht die oben als wünschenswert bezeichnete Konstanz der Permeabilität über einen weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte zu geben vermochten. Dieser Mangel wird durch die Erfindung dadurch beseitigt, daß eine Legierung der oben bezeichneten Art auf eine Temperatur zwischen 425"C und 6oo° C während einer Zeit von höchstens 15 Minuten erhitzt wird.
Vorteilhaft kann die Legierung vor ihrer Erhitzung auf :125° C- bis =6oo° C gehärtet werden. Bei einem sich für viele Verwendungszweck(- in der Elektrotechnik eignenden Nickelgehalt der Legierung bis zu tio o:o erfol" t die Erhitzung auf eine Temperatur voll 5oo° C während einer Zeit von 15 Minuten. Vorteilhaft ist es weiterhin, daß man die Legierung sich in Luft von Zimmertemperatur abkühlen läßt.
Die zur Erzielung der oben beschriebenen Eigenschaften benutzte -Behandlung van Nikkcl-Eisen-Legierungen mit mehr als 3o o;'o Nickel läßt sich wie folgt darlegen: Der Legierungsbarren wird nach dem Guß in bekannter `'eise durch «Walzen und gelegentlich erforderliches Ausglühen bearbeitet, bis man dünne Blätter oder Streifen von etwa o,05 mm Stärke erhält. Dieser Vorgang erzeugt einen gewissen mäßigen Grad von Härte in dem Metall. Das Metall wird dann ausgeglüht, indem es bis zu 15 Minuten lang auf einer Temperatur zwischen -125' und 6oo' C gehalteil wird; bei einem -Nickelgehalt zwischen 3o und 6o oiö ist 500- C die geeigkiete TempBratur.
Die richtigen Werte der Temperatur und Zeit können in jedem Falle durch Versuch bestimmt werden. Die Geschwindigkeit der Abkühlung ist vorzugsweise beschleunigter als für gewöhnlich beim Ausglühen, hat aber keinen kritischen Wert; Kühlung in Luft bei gewöhnlicher Zimmertemperatur ist zufriedenstellend.
Bei einer Legierung, die 36 a'o Nickel enthält, liegt bei der beschriebenen Behandlung die Permeabilität im Bereich von i25 bis iooo, und die Schwankung der Permeabilität über einen Bereich von Flußdichten von o bis 1 oo c. g. s.-Einheiten geht von 2 0% bis 5 %. Der Hystereseverlust kann bei einer maximalen Flußdichte von S c. g. s.-Einheiten sehr niedrig sein, nämlich 1,5. 10-4 Erg je Periode je Kubikzentimeter, also etwa 1/1_, desjenigeil von hartem gezogenen Eisendraht. Der 'Widerstand beträgt etwa 8o Mikrohm je Kubikzentimeter.
Die, induktive Belastung von Signalleitungen ist ein zur Erläuterung der Anwendungeil und der Art und Weise der Vorbereitutig des magnetischen 'Materials geeignetes Verwendungsgebiet und ist deshalb in der folgenden Beschreibung für diesen Zweck gewählt worden.
Auf der Zeichnung ist Abb. i ein senkrechter Schnitt durch eine Belastungsspule zur Belastung von Signalleitern, bei der der Kern der Spule aus Lamellen eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelteil magnetischen Materials besteht.
Abb.2 ist eine Kurve, welche die Veränderung der Perineabilität des magnetischen -Materials über einen Bereich von Flußdichten von o bis i oo c. . s.-Einheiteti im Verg gleich zu einer Eisensorte darstellt, welche die größte erreichbare Konstanz all Permeabilität über diesen Bereich hat.
Abb. 3 ist eine Kurve, welche die Anfangspermeabilität des magnetischen Materials für eine bestimmte Temperatur der Hitzebehandlung darstellt.
Abb. i ist eine Kurve. welche die Größe des Hystereseverlustes darstellt, der in einem Stück des mac-netischen Materials erhalten wird, nachdem es den einzelnen Temperaturen der Hitzebehandlung unterworfen worden ist, die. auf der Randbeschriftung angegeben sind.
Abb.5 zeigt die prozentuale Veränderung an Permeabilität, die eintritt, wenn sich die maximale Flußdichte von o bis i oo c. g. s: Einheiten für die Legierung' ändert. nachdem sie den verschiedenen Temperaturen unterworfen worden ist, die als Abszissen aufgetragen sind.
Bei der Zubereitung des Materials zur Verwendung als Kern einer Belastungsspule werden Nickel und Eisen in dem Verhältnis von beispielsweise etwa 36 0'o Nickel und dem Rest Eisen in bekannter Weise in einem Induktions- oder LichtbDgenofen geschmolzen. Reine handelsübliche Sorten dieser beiden -Metalle sind für diesen Zweck geeignet. Die geschmolzene Legierung wird in eine Barrenform gegossen, und das aus ihm durch die bereits oben beschriebene Behandlung hergestellte dünne Band wird, ohne es der Hitzebehandlung gemäß der Erfindung zu unterziehen, aufgerollt, um einen Ringkern. wie in Abb. t dargestellt, zu bilden. dessen Windungen in beliebiger Weise voneinander isoliert werden. Beim Isolieren der benachbarten Windungen des Ringkerns "sind gute Ergebnisse dadurch erzielt worden, daß das Band, ehe es zum Ring zusanunengerollt wurde, in folgender Weise oxydiert wurde: Nach Entfettung mit Alkohol wurde das Band einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur oberhalb -loo' C und unterhalb der endgültigen Hitzebehandlungstemperatur ausgesetzt. Die Dauer dieses Vorganges hängt von der Stärke des gewünschten Oxydüberzuges .ab; gute Ergebnisse aber sind durch Erhitzung des Materials auf die genannte Temperatur für die Dauer von etwa 1 5 lünuten erzielt worden.
Der Kern wird dann einer Erhitzung gemäß der Erfindung auf 425' C bis 6oo C während einer Zeit von höchstens 1 5 -Minuten unterworfen und darauf abgekühlt.
Abb. 3 zeigt die Anfangspermeabilitäten, die für eitlen Bereich von Hitzebehandlungstemperaturen einer Nickel-Eisen-Legierung mit 371, -2910 Nickel erzielt werden, wobei die Hitzehehandlun;, eine Dauer von 15 Minuten hat. In dieser- Abbildung sind die Permeahiiitä ten al. Ordinaten und die Temperatui-c-li als Abszissen aufgetragen, wobei zu bedchten is:. daß die Gestaltung der Kurve etwas v, :i dem Betrage und der Art der mcchan;,chen Behandlungen abhängt, denen das -laterial unterworfen wird, während es auf -eine endgültige Abmessung her abgearb itet wird.
'ebb. ,l zeigt die Größe des Hysteresever--ites, der für einen Bereich von Hitzebe-@iandlungstemperaturen mit einer Nickel-Eisen-Legierung mit 371j.= o ö Nickel erhalten wird, wobei die Hitzebehandlung in jedem Falle eine Dauer von 15 Minuten hat. Diese Abbildung zeigt den Hystereseverlust in Erg je Periode je Kubikzentimeter für eine maximale Flulidichte von ä c. g. s.-Einheiten als Ordinaten. Die Hitzebehandlungstemperaturen sind als Abszissen dargestellt.
Aus Abb. 5 geht hervor, wie das Verfahren gemäß der Erfindung- den Prozentsatz der Veränderung der Permeabilität herabsetzt. Die Kurve der Abb. 5 kann sich nach oben oder nach unten oder seitlich verschieben, je nach der Vorgeschichte des Materials. -In Abb.2 stellen die Kurven die Permeabilitätsänderungen mit der Flußdichte für die geeignetste Art von Eisen im Vergleich mit der erfindungsgemäß behandelten magnetischen Legierung dar. Durch Betrachtung der Kurve A, die für die Sorte von Eisen gilt. welche die konstanteste Permeabilität über diesen Bereich hat, und der Kurve B, die für die erfindungsgemäß behandelte Nikkel-Eisen-Legierung gilt. wird die größere Konstanz der Permeabilität des Materials der Kurve B über einen breiten Bereich von niedrigen Flußdichten dargetan. Als Ordinaten sind die prozentualen Änderungen der Anfangspermeabilität und als Abszissen die Flußdichten aufgetragen. Kurve B gilt für eine Nickel - Eisen - Legierung mit 37i2 0,ö Nickel.
Eine Spule von der oben beschriebenen Art hat nur etwa ein Drittel oder weniger des Volumens der besten Belastungsspulen, die für den gleichen Zweck bis jetzt gebräuchlich waren.
ES ergibt sich, daß das eben beschriebene Material zur fortlaufenden Belastung von SiglIalleitungen und auch für Belastungsspulen geeignet ist. Im Vergleich mit Belastungsmaterial, bei dem hohe Permeabilität durch FIitzehelialidlung erzielt wird, nachdem das Material in einer für fortlaufende Belastung i1ccigneten Form auf den Kupferleiter aufgebracht ist, bietet das nach der Erfindung hergestellte Material den Vorteil, daß die erforderliche Temperatur, wenn Hitzebehandlung des belasteten Leiters wünschenswert oder notwendig wird, verhältnismäßig niedrig ist und keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen erfordert, um eine Beschädigung des Kupferleiters zu verhüten.
Die Erlindung ist bei der Belastung voll Leitungen, die mit Hochfrequenz benutzt werden, von besonderer Bedeutung. weil die als Zwischenmodulierung bekannte Verzerrung dann sehr groß ist, wenn nach dem gewöhnlichen Verfahren hergestellte Materialien Verwendung finden.
Nickel-Eisen-Legierungen mit 35 0.ö bis 38 ();ö Nickel sind besonders geeignet zu Belastungs- und ähnlichen Zwecken; 36 0. ci Nickel ist hierfür vielleicht der geeignetste Nickelgehalt.

Claims

PATENT ANSPRÜCHE i. Verfahren zur Erzielung einer möglichst konstanten Permeabilität über einen weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte bei einer Nickel und Eisen enthaltenden, magnetischen Zwecken dienenden Legierung mit mehr als 3o o-O Nickelgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf eine Temperatur zwischen ¢25' C und 6oo' C während einer Zeit von höchstens 15 Minuten erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß die Legierung vor der Erhitzung auf .125' C bis 6oo° (' gehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei einem Nickelgehalt von bis zu 6o 0 o auf eine Temperatur von 5oo° C während einer Zeit von 15 Minuten erhitzt wird. . .1.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Legierung in Luft von Zimmertemperatur erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Form von Draht, Band o. dgl. befindliche Legierung vor der Erhitzung zu einer Spule aufgewickelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Wicklungen der Spule dadurch gegen(#inander isoliert werden, dah die Lcjieruli; einem Owdationsprozel) unterworfen wird.