DE69514436T2 - Nanokristalline Legierung mit isolierender Beschichtung, daraus hergestellter Magnetkern und Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Beschichtung auf der nanokristallinen Legierung - Google Patents
Nanokristalline Legierung mit isolierender Beschichtung, daraus hergestellter Magnetkern und Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Beschichtung auf der nanokristallinen LegierungInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft eine nanokristalline Legierung mit einer Isolierbeschichtung, die hervorragende Hochfrequenzeigenschaften aufweist und zur Verwendung in verschiedenen Teilen wie Transformatoren, Drosselspulen usw. geeignet ist, und sie betrifft ferner einen Magnetkern aus der nanokristallinen Legierung und ein Verfahren zum Herstellen der Isolierbeschichtung auf der nanokristallinen Legierung.
- Eine nanokristalline Legierung, die feine Kristallkörner mit einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger mit einem Flächenanteil von 50% oder mehr der Legierungsstruktur enthält, wird, wegen ihrer guten weichmagnetischen Eigenschaften, zur Herstellung von Magnetkernen üblicher Drosselspulen, Hochfrequenztransformatoren, elektrischen Leckalarmen, Impulstransformatoren usw. verwendet. Typische Beispiele für eine derartige nanokristalline Legierung sind im US-Patent Nr. 4,881,989 und in JP-A-1-242755 offenbart. Die in der Technik bekannte nanokristalline Legierung wird allgemein dadurch hergestellt, dass eine durch Abschrecken einer geschmolzenen oder verdampften Legierung erhaltene amorphe Legierung einer Wärmebehandlung zum Ausbilden feiner Kristalle unterzogen wird. Ein Verfahren zum Abschrecken einer geschmolzenen Legierung zum Herstellen einer amorphen Legierung kann ein Einzelwalzenverfahren, ein Doppelwalzenverfahren, ein zentrifugierendes Abschreckverfahren, ein Rotationsspinnverfahren, ein Zerstäubungsverfahren, ein Kavitationsverfahren usw. sein. Ein Verfahren zum Abschrecken eines verdampften Metalls kann ein Sputterverfahren, ein Dampfabscheideverfahren, ein Ionenplatierverfahren usw. sein. Die nanokristalline Legierung wird durch feines Kristallisieren einer durch das obige Verfahren hergestellten amorphen Legierung hergestellt, und es ist bekannt, dass sie, im Gegensatz zu amorphen Legierungen, gute Wärmestabilität und hohe Sättigungsmagnetflussdichte, geringe Magnetostriktion und gute weichmagnetische Eigenschaften aufweist. Es ist auch bekannt, dass eine nanokristalline Legierung geringe zeitliche Änderungen ihrer Eigenschaften und gute Temperaturstabilität aufweist.
- Herkömmlicherweise werden Magnetkerne, wie sie in Rauschsignalfiltern, Impulstransformatoren usw. verwendet werden, aus Material mit hoher Permeabilität mit guten Hochfrequenzeigenschaften wie Ferrit, einer amorphen Legierung usw. hergestellt. Bei einem Hochfrequenztransformator für einen Wechselrichter wird ein Material mit geringen magnetischen Kernverlusten verwendet. Ferner ist angegeben, dass die im US-Patent Nr. 4,881,989 offenbarte nanokristalline Legierung auf Fe-Basis hohe Permeabilität und geringe magnetische Kernverluste aufweist, weswegen sie für die o. g. Nutzung geeignet ist.
- Jedoch hat der Erfinder herausgefunden, dass ein Magnetkern für eine übliche Drosselspule oder ein Hochfrequenz-Magnetkern für einen Wechselrichtertransformator aus einem dünnen Band einer nanokristallinen Legierung auf Fe-Basis keine ausreichenden Eigenschaften zeigt, wenn die Oberfläche des dünnen Bands nicht glatt ist und die dünnen Bänder keiner Schichtisolierung unterzogen werden, da der Einfluss von Wirbelströmen auf die Eigenschaften bei zunehmender Breite des dünnen Bands merklich wird. Als Verfahren zur Schichtisolierung offenbart JP-A-63-302504 das Auftragen von SiO&sub2;- Pulver oder MgO-Pulver auf einen Teil der Oberfläche, oder die gesamte Oberfläche, eines dünnen Legierungsbands, oder ein dünnes Legierungsband mit einer Alkohollösung eines modifizierten Alkylsilikats, das mit einer Säure versetzt ist, aufzutragen. JP-A-2-297903 und US-A-5 083 3.66 offenbaren, eine wärmebeständige Isolierschicht mit einer Dicke von 0,5- 5 um durch Erwärmen einer Beschichtung herzustellen, die aus einem gleichmäßigen Gemisch von 20-90 Gewichtsprozent (berechnet in Bezug auf SiO&sub2;) eines Silanololigomers und 80-10 Gewichtsprozent feiner Keramikteilchen besteht, wobei die Oligomere miteinander vernetzen können.
- Jedoch reißt die Isolierschicht auf der Legierung oder trennt sich von der Oberfläche der Legierung durch Kontraktionsspannungen ab, da sich die amorphe Legierung während der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation zusammenzieht. Auch können wegen durch die Kontraktion erzeugten internen Spannungen in der Legierung keine ausreichenden magnetischen Eigenschaften erzielt werden. Obwohl das in JP-A-2-297903 offenbarte Verfahren diese Probleme überwindet, zeigt die durch das Verfahren hergestellte Isolierschicht schlechte Anhaftung hinsichtlich eines Harzes. Daher schält sich, wenn ein Magnetkern für z. B. einen Wechselrichtertransformator aus einem dünnen Legierungsband mit einer derartigen Isolierschicht nach Imprägnierung mit einem Harz zerschnitten wird, das Harz von der Schnittfläche ab, und die dünnen Legierungsbändern sind nicht miteinander verlaminiert. Beim Verfahren, bei dem SiO&sub2;-Pulver oder MgO-Pulver auf die Oberfläche einer Legierung aufgebracht wird, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Pulver während der Herstellung des Magnetkerns von der Legierungsfläche trennt, was zu unzureichender Isolierung führt.
- Der Einfluss der Kontraktion durch Wärmebehandlung muss nicht notwendigerweise berücksichtigt werden, wenn eine mit einer Isolierbeschichtung versehene amorphe Legierung herge stellt wird. Jedoch bewirkt, wie oben beschrieben, die Kontraktion während der Wärmebehandlung eine fehlerhafte Isolierung durch Rissbildung oder Abschälen der Isolierbeschichtung oder eine Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften wegen erhöhten inneren Spannungen. Daher bestand Bedarf an der Entwicklung einer Isolierbeschichtung, die frei von den obigen Problemen ist, und eines Verfahrens zum Herstellen einer derartigen Isolierbeschichtung auf einer nanokristallinen Legierung. Ferner war auf dem Gebiet elektronischer Schaltungen, die einen kleinen Magnetkern benötigen, eine Isolierbeschichtung erforderlich, die selbst dann ausreichende Isoliereigenschaften zeigt, wenn die Isolierbeschichtung dünner gemacht wird.
- Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine nanokristalline Legierung mit hervorragenden Isoliereigenschaften zu schaffen. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Magnetkern mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften bei hoher Frequenz zu schaffen, und noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Isolierbeschichtung zu schaffen, die frei von den herkömmlichen Problemen ist.
- Als Ergebnis intensiver Forschung im Hinblick auf die obigen Aufgaben hat der Erfinder herausgefunden, dass eine durch Erwärmen einer Lösung mindestens eines Isoliermaterials, das aus der aus Aluminiumsilikaten, Lithiumsilikaten und Magnesiummethylat bestehenden Gruppe ausgewählt ist, hergestellte Isolierbeschichtung frei von Rissbildung und Abschälen während der Wärmebehandlung zum Kristallisieren einer amorphen Legierung ist, und das eine mit einer derartigen Isolierbeschichtung versehene nanokristalline Legierung hervorragende Eigenschaften zeigt und als Material für einen bei hoher Frequenz verwendeten Magnetkern geeignet ist. Die Erfindung wurde auf Grundlage dieser Erkenntnis bewerkstelligt.
- Demgemäß ist gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung Folgendes geschaffen: Eine nanokristalline Legierung mit einer auf mindestens einer Oberfläche vorhandenen Isolierbeschichtung, wobei die nanokristalline Legietung eine durch die nachstehende Formel angegebene chemische Zusammensetzung aufweist:
- (Fe1-aMa)&sub1;&sub0;&sub0;-x-y-z-bAxM'yM"zXb (in Atomprozent),
- wobei M mindestens eines der Elemente Co und Ni ist, A mindestens eines der Elemente Cu und Au; M' mindestens eines der Elemente Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W; M" mindestens eines der Elemente Cr, Mn, Al, Sn, Zn, Ag, In, der Elemente der Platingruppe, Mg, Ca, Sr, Y, der Seltenerdelemente Nb, O und 5; X mindestens eines der Elemente B, Si, C, Ge, Ga und P; a, x, y, z und b die Ungleichungen 0 ≤ a ≤ 0,5, 0 ≤ x ≤ 10, 0,1 ≤ y ≤ 20, 0 ≤ z ≤ 20 und 2 ≤ b ≤ 30 erfüllen; und die Isolierbeschichtung eine mittlere Dicke von 2 um oder weniger aufweist und aus mindestens einem der Isoliermaterialien Aluminiumsilikat, Lithiumsilikat und Magnesiumoxid besteht.
- Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Magnetkern geschaffen, der aus der oben definierten nanokristallinen Legierung besteht.
- Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Isolierbeschichtung auf einer nanokristallinen Legierung geschaffen, bei dem eine geschmolzene Legierung mit einer durch die folgende Formel angegebenen chemischen Zusammensetzung:
- (Fe1-aMa)&sub1;&sub0;&sub0;-x-y-z-bAxM'yM"zXb (in Atomprozent)
- rasch abgeschreckt wird, wobei zur Bildung der amorphen Legierung M mindestens eines der Elemente Co und Ni ist; A mindestens eines der Elemente Cu und Au; M' mindestens eines der Elemente Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W; M" mindestens eines der Elemente Cr, Mn, Al, Sn, Zn, Ag, In, der Elemente der Platingruppe, Mg, Ca, Sr, Y, der Seltenerdelemente, Nb, O und S. X mindestens eines der Elemente B, Si, C, Ge, Ga und P; und a, x, y, z und b die Ungleichungen 0 ≤ a ≤ 0,5, 0 ≤ x ≤ 10, 0,1 ≤ y ≤ 20, 0 ≤ z ≤ 20, 2 ≤ b ≤ 30 erfüllen, auf mindestens eine Oberfläche der amorphen Legierung eine Lösung aufgetragen wird, die mindestens eines der Isoliermaterialien Aluminiumsilikat, Lithiumsilikat und Magnesiummethylat enthält, die mit der Lösung beschichtete amorphe Legierung bei einer Temperatur zwischen 80 und 350ºC getrocknet wird, und die getrocknete amorphe Legierung bei einer Temperatur wärmebehandelt wird, die nicht unter der Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung liegt, um ein feines Kristallkorn mit einer Korngröße von 30 nm oder weniger in einer Legierungsstruktur auszubilden, während gleichzeitig die isolierende Beschichtung in einer Dicke von 2 um oder weniger ausgebildet wird, die aus mindestens einem der Isoliermaterialien Aluminiumsilikat, Lithiumsilikat und Magnesiumoxid besteht.
- Fig. 1 ist eine schematische Wiedergabe zum Veranschaulichen eines Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verfahren;
- Fig. 2 ist eine schematische Wiedergabe zum Veranschaulichen eines anderen Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verfahren;
- Fig. 3 ist eine schematische Wiedergabe zum Veranschaulichen noch eines anderen Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verfahren, und
- Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die einen Ringmagnetkern gemäß der Erfindung zeigt.
- Die erfindungsgemäße nanokristalline Legierung, die auf mindestens einer ihrer Flächen eine Isolierbeschichtung trägt, kann wie folgt hergestellt werden.
- Als Erstes wird eine amorphe Legierung durch schnelles Abschrecken einer geschmolzenen Legierung mit einer chemischen Zusammensetzung, die durch die folgende Formel repräsentiert ist, hergestellt:
- (Fe1-aMa)&sub1;&sub0;&sub0;-x-y-z-bAxM'yM"zXb (in Atomprozent),
- wobei M mindestens eines der Elemente Co und Ni ist, A mindestens eines der Elemente Cu und Au; M' mindestens eines der Elemente Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W; M" mindestens eines der Elemente Cr, Mn, A1, Sn, Zn, Ag, In, der Elemente der Platingruppe, Mg, Ca, Sr, Y, der Seltenerdelemente Nb, O und S. X mindestens eines der Elemente B, Si, C, Ge, Ga und P; a, x, y, z und b die Ungleichungen 0 ≤ a ≤ 0,5, 0 ≤ x ≤ 10, 0,1 ≤ y ≤ 20, 0 ≤ z ≤ 20 und 2 ≤ b ≤ 30 erfüllen. Zum schnellen Abschrecken der geschmolzenen Legierung kann ein Einzelwalzenverfahren, ein Doppelwalzenverfahren usw. verwendet werden. Mit einer chemischen Zusammensetzung außerhalb dem obigen Bereich gelingt es nicht, den durch die Erfindung erzielten Effekt ausreichend zu erhalten, und zwar wegen einer merklichen Verringerung der spezifischen Permeabilität oder einer merklichen Erhöhung der magnetischen Kernverluste, was es nicht ermöglicht, eine nanokristalline Legierung mit praxisgerechten Eigenschaften zu erhalten.
- Dann wird auf mindestens eine Fläche der so hergestellten amorphen Legierung eine Lösung mindestens eines Isoliermaterials aufgetragen. Das Isoliermaterial wird aus der aus Aluminiumsilikaten, modifizierten Aluminiumsilikaten, Lithiumsilikaten und Magnesiummethylat bestehenden Gruppe ausgewählt. Die Konzentration des Isoliermaterials in der Lösung beträgt vorzugsweise 5 bis 50 Gewichtsprozent. Die so hergestellte Lösung kann mit einer Lösung kolloidalen Siliciumoxids gemischt werden. Die Lösung kann auf eine amorphe Legierung aufgetragen werden, nachdem diese einer anodisierenden Behandlung unterzogen wurde, die die Isoliereigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit der sich ergebenden nanokristallinen Legierung verbessert. Die Menge der auf die amorphe Legierung aufgetragenen Lösung wird so eingestellt, dass die Dicke der sich ergebenden Isolierbeschichtung 2 um oder weniger beträgt.
- Die amorphe Legierung mit der aufgetragenen Lösung wird dann bei einer Temperatur von 80-350ºC für vorzugsweise fünf Sekunden bis zehn Minuten getrocknet. Der Trocknungsvorgang kann durch Aufblasen von Luft oder eines anderen Gases wie Argon, Stickstoff, Helium usw., das auf 80-350ºC gehalten wird, auf die aufgetragene Lösung ausgeführt werden, um die Lösung schnell zu trocknen. Dies sorgt für gleichmäßige Dicke der Isolierbeschichtung.
- Bevor die so getrocknete amorphe Legierung einer anschließenden Wärmebehandlung unterzogen wird, wird sie im Allgemeinen durch Wickeln des dünnen Bands der amorphen Legierung oder durch Auflaminieren zugeschnittener Bleche oder gestanzter Bleche der amorphen Legierung in Form eines Magnetkerns hergestellt. Der Wicklungs- oder Laminierschritt kann nach einer Wärmebehandlung ausgeführt werden, wenn das wärmebehandelte Legierungsband ausreichend flexibel ist.
- Die Wärmebehandlung zur Kristallisierung wird bei einer Temperatur nicht unter der Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung, im Allgemeinen 450-700ºC, für eine Minute bis 24 Stunden in Inertgasatmosphäre wie Stickstoffgasatmosphäre, Argongasatmosphäre usw. oder oxidierender Atmosphäre wie Luft ausgeführt. Durch diese Wärmebehandlung bilden sich in der Legierungsstruktur feine Kristallkörner aus, und gleichzeitig bildet sich an der Oberfläche der sich ergebenden nanokristallinen Legierung die Isolierbeschichtung aus. Während der Wärmebehandlung wird Magnesiummethylat oxidiert, um eine Isolierbeschichtung aus Magnesiumoxid zu liefern.
- Wenn die amorphe Legierung, auf die die Lösung aufgetragen ist, unmittelbar einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ohne dass ein Trocknen erfolgte, führt dies dazu, dass die Wärmebehandlungsatmosphäre eine große Menge an aus der Lösung abgedampftem Dampf enthält. Dies führt zu bevorzugter Kristallisation an der Oberfläche der Legierung. Im Ergebnis kann keine nanokristalline Legierung mit gleichmäßiger und feiner Struktur erhalten werden. Auch besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Rissbildung und Abschälen der Isolierbeschichtung auftreten. Daher ist ein Trocknungsschritt vor der Wärmebehandlung zur Kristallisation unabdingbar.
- Das erfindungsgemäße Herstellverfahren wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben.
- Gemäß Fig. 1 kann ein dünnes Band 1 aus einer amorphen Legierung, das in der durch den Pfeil angegebenen Richtung von einer Wicklungshaspel 2 abgewickelt wird, durch eine in einem Behälter 3 aufgenommene Lösung 4 laufen, um die Lösung 4 auf beide Flächen des dünnen Bands 1 der amorphen Legie rung aufzutragen. Nachdem das dünne Band 1 der amorphen Legierung durch eine Abkratzeinrichtung 5 gelaufen ist, wird es in einen auf 80-350ºC gehaltenen Trocknungsofen 6 eingeführt. Das getrocknete dünne Band 1 aus der amorphen Legierung wird dann auf eine Wicklungshaspel 7 aufgewickelt und der anschließenden Wärmebehandlung zur Kristallisierung unterzogen.
- Gemäß Fig. 2 kann ein dünnes Band 1 aus einer amorphen Legierung, das in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung von einer Wicklungshaspel 2 abgewickelt wird, durch eine Walzen-Auftrageinrichtung 8 laufen. Eine Übertragungswalze 10 ist teilweise in eine in einem Behälter 3 aufgenommene Lösung 4 eingetaucht, um die Lösung 4 auf die Unterseite des dünnen Bands 1 aus der amorphen Legierung aufzutragen, das dann in einen auf 80-350ºC gehaltenen Trocknungsofen 6 eingeführt wird. Das getrocknete dünne Band 1 aus der amorphen Legierung wird dann auf eine Wicklungshaspel 7 aufgewickelt und der anschließenden Wärmebehandlung zur Kristallisierung unterzogen.
- Gemäß Fig. 3 wird die Oberseite eines dünnen Bands 1 aus einer amorphen Legierung, das in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung von einer Wicklungshaspel 2 abgewickelt wird, mit einer Lösung 4 von einer Sprüheinrichtung 9 besprüht. Das dünne Band 1 aus der amorphen Legierung wird dann in einen auf 80-350ºC gehaltenen Trocknungsofen 6 eingeführt. Das getrocknete dünne Band 1 aus der amorphen Legierung wird dann auf eine Wicklungshaspel 7 aufgewickelt und der anschließenden Wärmebehandlung zur Kristallisierung unterzogen.
- Die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellte nanokristalline Legierung weist vorzugsweise eine Dicke von 20 bis 50 um auf, und sie enthält feine Kristalle mit einer mittleren Korngröße von 30 nm oder weniger, vorzugsweise mit einem Flächenanteil von 50% oder mehr. Die feinen Kristalle bestehen hauptsächlich aus der bcc-Fe-Phase (Phase mit körperzentriertem, kubischem Gitter), die Si enthält, und sie können eine geordnete Gitterphase enthalten oder aus einem geordneten Gitter bestehen. Als Feststofflösungskomponente können in der bcc-Fe-Phase andere Legierungselemente als Si, nämlich B, Al, Ge, Zr usw. enthalten sein. Der restliche Teil neben der kristallinen Phase besteht hauptsächlich aus einer amorphen Phase. Jedoch ist vom Schutzumfang der Erfindung auch eine nanokristalline Legierung umfasst, die nur aus einer kristallinen Phase besteht. In einem Teil der Legierungsstruktur kann auch eine Mischphase ausgebildet sein.
- Die mittlere Dicke der Isolierbeschichtung beträgt 2 um oder weniger, vorzugsweise 0,01 bis 1 um. Eine mittlere Dicke von 0,5 um oder weniger ist besonders bevorzugt, da die Größe eines Magnetkerns verringert werden kann, während hervorragende Isoliereigenschaften erhalten bleiben.
- Eine Lösung von Aluminiumsilikat (Al&sub2;O&sub3;·SiO&sub2;) versorgt die Oberfläche der nanokristallinen Legierung mit einer Isolierbeschichtung mit gleichmäßiger Dicke und hoher Abschälfestigkeit, da während des Kristallisationsprozesses kaum interne Spannungen in der Legierung erzeugt werden. Daher können die Isoliereigenschaften verbessert werden. Eine nanokristalline Legierung mit einer derartigen Isolierbeschichtung zeigt hohe Permeabilität und geringe magnetische Kernverluste im Bereich niedriger und hoher Frequenzen.
- Eine Lösung von Lithiumsilikat (Li&sub2;O·SiO&sub2;) erzeugt denselben Effekt wie oben, da während des Kristallisationsprozesses kaum interne Spannungen in der Legierung erzeugt werden.
- Da eine Lösung von Magnesiummethylat schnell getrocknet wer den kann, wird auf der nanokristallinen Legierung eine dünne, gleichmäßige und harte Isolierbeschichtung ausgebildet, die aus Magnesiumoxid besteht und verbesserte Isoliereigenschaften zeigt.
- Der oben beschriebene, durch Verlaminieren oder Aufwickeln der nanokristallinen Legierung hergestellte Magnetkern zeigt hervorragende Schichtisolierung und geringe interne Spannungen, weswegen er für einen in einem Hochfrequenzbereich verwendeten Magnetkern geeignet ist. Außerdem kann ein zugeschnittener Kern mit hoher Interlaminarfestigkeit erhalten werden, da die nanokristalline Legierung gute Haftung an ein Harz wie ein solches vom Epoxytyp zeigt.
- Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher beschrieben, die so anzusehen sind, dass sie verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen.
- Ein amorphes Legierungsband mit einer Breite von 25,4 mm und einer Dicke von 18 um wurde durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung aus FeRestCu0,9Nb2,8Si15,5B6,2 (Atomprozent) unter Verwendung eines Einzelwalzenverfahrens hergestellt. Nach dem Hindurchleiten durch eine Lösung, die jedes in der Tabelle 1 aufgelistete Isoliermaterial enthielt, wurde das Band aus der amorphen Legierung in einem auf 200ºC gehaltenen Heißgasofen getrocknet. Dann wurde das getrocknete Band aus der amorphen Legierung aufgewickelt, um eine Ringform von 100 mm Außendurchmesser und 80 mm Innendurchmesser zu erhalten, und dann wurde es mit einer Heizrate von 1,5ºC/min. in einem Ofen auf 570ºC erhitzt und dort für 15 Minuten belassen, um es einer Wärmebehandlung in Stickstoffatmosphäre zu unterziehen. Das wärmebehandelte Erzeugnis wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um einen jeweiligen Magnetkern zu erhalten. Der größte Teil der Legierungsstruktur der sich ergebenden nanokristallinen Legierung war mit extrem feinen Körnern der bcc-Phase mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 12 nm belegt.
- Zum Vergleich wurde ein Ringmagnetkern ohne Isolierbeschichtung auf dieselbe Weise wie oben hergestellt (Probe Nr. 9).
- Die spezifische Permeabilität (ur) bei 10 MHz, die Magnetkernverluste (Pc) bei 500 kHz und 0,05 T, die mittlere Dicke der Isolierbeschichtung und der Widerstand (R) zwischen dem innersten Teil und der Oberfläche des Magnetkerns sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
- Wie es aus der Tabelle 1 erkennbar ist, wies die nanokristalline Legierung mit Isolierbeschichtung gemäß der Erfindung einen sehr großen Wert für R auf, was hohen interlaminaren Isolierwiderstand bedeutet. Dies führt zu guten magnetischen Eigenschaften mit hohem ur und niedrigem Pc.
- Ein Band aus einer amorphen Legierung wurde mit einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 18 um durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung mit jeder in der Tabelle 2 angegebenen chemischen Zusammensetzung unter Verwendung eines Einzelwalzenverfahrens hergestellt. Nachdem das Band aus der amorphen Legierung durch eine Lösung geführt worden war, in der das jeweilige in der Tabelle 2 aufgelistete Isoliermaterial gelöst war, wurde es in einem auf 200ºC gehaltenen Heißgasofen getrocknet. Das getrocknete Band aus der amorphen Legierung wurde dann aufgewickelt, um eine Ringform mit 100 mm Außendurchmesser und 80 mm Innendurchmesser auszubilden, und dann wurde es in einem Ofen mit einer Heizrate von 1,5ºC/min. auf 570ºC erwärmt und dort für 15 Minuten belassen, um einer Wärmebehandlung in Stickstoffatmosphäre unterzogen zu werden. Das wärmebehandelte Erzeugnis wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um einen jeweiligen Magnetkern zu erhalten. Der größte Teil der Legierungsstruktur der sich ergebenden nanokristallinen Legierung war mit extrem feinen Körner der bcc-Phase mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 12 nm belegt.
- Die spezifische Permeabilität (ur) bei 10 MHz, die Magnetkernverluste (Pc) bei 500 kHz und 0,05 T, die mittlere Dicke der Isolierbeschichtung und der Widerstand (R) zwischen dem innersten Teil und der Oberfläche des Magnetkerns sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Tabelle 2 (Fortsetzung)
- Aus der Tabelle 2 ergibt es sich, dass der erfindungsgemäße Magnetkern wegen seiner hohen Permeabilität (ur) und geringen magnetischen Kernverluste (Pc) hervorragend ist:
- Ein Band aus einer amorphen Legierung mit einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 12 um wurde dadurch hergestellt, dass eine geschmolzene Legierung aus FeRestCu&sub1;Nb&sub3;Si&sub1;&sub6;B6,5Cr0,5Sn0,05 (Atomprozent) unter Verwendung eines Einzelwalzenverfahrens hergestellt wurde. Nachdem das Band aus der amorphen Legierung durch eine Lithiumsilikatlösung geführt worden war, wurde es in einem Heißgasofen getrocknet, der auf der jeweiligen in der Tabelle 3 aufgelisteten Temperatur gehalten wurde. Dann wurde das getrocknete Band aus der amorphen Legierung mit einer Beschichtung mit einer Dicke von ungefähr 1 um so gewickelt, dass eine Ringform von 60 mm Außendurchmesser und 50 mm Innendurchmesser gebildet war, und dann wurde es in einem Ofen mit einer Heizrate von 1,2ºC/min. auf 570ºC erhitzt und dort für 15 Minuten belassen, um es einer Wärmebehandlung in Stickstoffatmosphäre zu unterziehen. Das wärmebehandelte Erzeugnis wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um einen jeweiligen Magnetkern zu erhalten. Der größte Teil der Legierungsstruktur der sich ergebenden nanokristallinen Legierung war durch extrem feine Körner der bcc-Phase mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 12 nm belegt.
- Die spezifische Permeabilität (ur) bei 1 kHz ist für jeden Magnetkern in der Tabelle 3 dargestellt.
- Ferner wurde die Sprödigkeit jeder nanokristallinen Legierung dahingehend bewertet, ob ein Sprödbruch auftrat, wenn die Legierung gebogen wurde. Tabelle 3
- Wenn die Trocknungstemperatur unter 80ºC lag (Proben Nr. 32 und 33), hafteten die Legierungsbänder nach der Wärmebehandlung zur Kristallisierung wegen unzureichender Trocknung aneinander, was zu verschlechterten magnetischen Eigenschaften führte. Andererseits wurden die Legierungsbänder spröde und brachen leicht, wenn die Trocknungstemperatur über 350ºC betrug (Proben Nr. 34 und 35). Dies erschwerte die Herstellung eines Magnetkerns sehr, weswegen die Permeabilität (ur) nicht bestimmt werden konnte.
- Ein Band aus einer amorphen Legierung mit einer Breite von 25 mm und einer Dicke von 12 um wurde durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung von FeRestNb&sub3;Ga&sub4;Si&sub1;&sub4;B&sub7; (Atomprozent) unter Verwendung eines Einzelwalzenverfahrens hergestellt. Nach dem Hindurchleiten durch eine Lösung, die jedes in der Tabelle 4 aufgelistete Isoliermaterial enthielt, wurde das Band aus der amorphen Legierung in einem auf 200ºC gehaltenen Heißgasofen getrocknet. Das getrocknete Band aus der amorphen Legierung wurde dann aufgewickelt, um eine in Fig. 4 dargestellte Ringform zu erzeugen, und es wurde dann in einem Ofen mit einer Heizrate von 1, 2ºC/min. auf 550ºC erhitzt und dort für 15 Minuten belassen, um es einer Wärmebehandlung in Stickstoffatmosphäre zu unterziehen. Das wärmebehandelte Erzeugnis wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um einen jeweiligen Magnetkern zu erhalten. Der größte Teil der Legierungsstruktur der sich ergebenden nanokristallinen Legierung war durch extrem feine Körner der bcc-Phase mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 14 nm belegt. Jeder Magnetkern wurde mit einem Epoxyharz imprägniert und durch Zerschneiden nach dem Aushärten des imprägnierten Harzes zu einem geschnittenen Kern ausgebildet. Die mittlere Dicke der Isolierbeschichtung, die Magnetkernverluste (Pc) bei 20 kHz und 0,2 T, der Widerstand (R) zwischen dem innersten Teil und der Oberfläche sowie das Aussehen der Schnittfläche jedes Magnetkerns sind in der Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4
- Hinweis: "+" bedeutet, dass an der Schnittfläche kein Abschälen des Harzes und keine Interlaminartrennung beobachtet wurden, während "-" bedeutet, dass Derartiges beobachtet wurde.
- Wie es aus der Tabelle 4 erkennbar ist, wurden an der Schnittfläche bei erfindungsgemäßen Magnetkernen kein Abschälen und keine Interlaminartrennung beobachtet, was zu niedrigen magnetischen Kernverlusten führt. Ferner zeigen die höheren Werte von R, dass die erfindungsgemäßen Magnetkerne mit ausreichender Schichtisolierung versehen sind.
- Ein Band aus einer amorphen Legierung mit einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 15 um wurde durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung von FeRestCu&sub1;Ta&sub3;Si&sub1;&sub6;B&sub6; (Atomprozent) unter Verwendung eines Einzelwalzenverfahrens her gestellt. Nach dem Beschichten der Oberfläche der amorphen Legierung mit einer Lösung jedes in der Tabelle 5 aufgelisteten Isoliermaterials unter Verwendung einer Walzen-Auftrageinrichtung wurde das Band aus der amorphen Legierung in einem auf 200ºC gehaltenen Heißgasofen getrocknet. Das Band aus der getrockneten amorphen Legierung wurde dann aufgewickelt, um eine Ringform von 35 mm Außendurchmesser und 30 mm Innendurchmesser auszubilden, und es wurde dann in einem Ofen mit einer Heizrate von 1,5ºC/min. auf 550ºC erhitzt und dort für 15 Minuten belassen, um es einer Wärmebehandlung in Stickstoffatmosphäre zu unterziehen. Das wärmebehandelte Erzeugnis wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um einen jeweiligen Magnetkern zu erhalten. Der größte Teil der Legierungsstruktur der sich ergebenden nanokristallinen Legierung war durch extrem feine Körner der bcc-Phase mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 12 nm belegt.
- Die spezifische Permeabilität (ur) bei 10 MHz, die Magnetkernverluste (Pc) bei 500 kHz und 0,05 T, die mittlere Dicke der Isolierbeschichtung und der Widerstand (R) zwischen dem innersten Teil und der Oberfläche des Magnetkerns sind in der Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5
- Wie es aus der Tabelle 5 erkennbar ist, waren die erfindungsgemäßen Magnetkerne den Vergleichsmagnetkernen wegen ihrer hohen Permeabilitäten, ihrer geringen magnetischen Kernverluste und ihrer hohen Isolierwiderstände überlegen.
- Ein Band aus einer amorphen Legierung mit einer Breite von 25 mm und einer Dicke von 15 um wurde durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung von FeRestCu&sub1;Zr&sub3;Si14,5B6,5 (Atomprozent) unter Verwendung eines Einzelwalzenverfahrens hergestellt. Nach dem Aufsprühen einer Lösung jedes in der Tabelle 6 aufgelisteten Isoliermaterials auf die Oberfläche der amorphen Legierung wurde das Band aus der amorphen Legierung in einem auf 200ºC gehaltenen Heißgasofen getrocknet. Das getrocknete Band aus der amorphen Legierung wurde dann so aufgewickelt, dass eine Ringform von 50 mm Außendurchmesser und 30 mm Innendurchmesser gebildet war, und dann wurde es in einem Ofen mit einer Heizrate von 1,5ºC/min. auf 550ºC erhitzt und dort für 15 Minuten belassen, um es einer Wärmebehandlung in Stickstoffatmosphäre zu unterziehen. Das wärmebehandelte Erzeugnis wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um einen jeweiligen Magnetkern zu erhalten. Der größte Teil der Legierungsstruktur der sich ergebenden nanokristallinen Legierung war durch extrem feine Körner der bcc-Phase mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 12 nm belegt.
- Die spezifische Permeabilität (ur) bei 10 MHz, die Magnetkernverluste (Pc) bei 500 kHz und 0,05 T, die mittlere Dicke der Isolierbeschichtung und der Widerstand (R) zwischen dem innersten Teil und der Oberfläche des Magnetkerns sind in der Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6
- Wie es aus der Tabelle 6 erkennbar ist, waren die erfindungsgemäßen Magnetkerne den Vergleichsmagnetkernen wegen ihrer hohen Permeabilitäten, ihrer geringen magnetischen Kernverluste und ihrer hohen Isolierwiderstände überlegen.
Claims (10)
1. Nanokristalline Legierung mit einer auf mindestens einer Oberfläche vorhandenen
Isolierbeschichtung, wobei die nanokristalline Legierung eine durch die nachstehende
Formel angegebene chemische Zusammensetzung aufweist:
(Fe1-aMa)&sub1;&sub0;&sub0;-x-y-z-bAxM'yM"zXb (in Atom-%),
wobei M mindestens eines der Elemente Co und Ni ist; A mindestens eines der Elemente Cu
und Au; M' mindestens eines der Elemente Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W; M"
mindestens eines der Elemente Cr, Mn, Al, Sn, Zn, Ag, In, der Elemente der Platingruppe, Mg,
Ca, Sr, Y, der Seltenerdelemente, Nb, O und S; X mindestens eines der Elemente B, Si, C,
Ge, Gaund P; a, x, y,z und b die Ungleichungen 0 ≤ a ≤ 0,5, 0 < x ≤ 10, 0,1 ≤ y ≤ 20, 0 ≤ z
≤ 20 und 2 ≤ b ≤ 30 erfüllen; und die Isolierbeschichtung eine mittlere Dicke von 2 um oder
weniger aufweist und aus mindestens einem der Isoliermaterialien Aluminiumsilikat,
Lithiumsilikat und Magnesiumoxid besteht.
2. Nanokristalline Legierung nach Anspruch 1, wobei die mittlere Dicke der
Isolierbeschichtung 0,2 um oder weniger beträgt.
3. Durch Laminieren oder Wickeln der nanokristalline Legierung nach Anspruch 1 oder
hergestellter Magnetkern.
4. Magnetkern nach Anspruch 3, der mit einem Harz des Epoxytyps imprägniert ist.
5. Verfahren zum Herstellen einer Isolierbeschichtung auf einer nanokristalline
Legierung, wobei
eine geschmolzene Legierung mit einer durch die folgende Formel angegebenen
chemischen Zusammensetzung:
(Fe1-aMa)&sub1;&sub0;&sub0;-x-y-z-bAxM'yM"zXb (in Atom-%)
rasch abgeschreckt wird, wobei zur Bildung der amorphen Legierung M mindestens eines
der Elemente Co und Ni ist; A mindestens eines der Elemente Cu und Au; M' mindestens
eines der Elemente Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W; M" mindestens eines der Elemente
Cr, Mn, Al, Sn, Zn, Ag, In, der Elemente der Platingruppe, Mg, Ca, Sr, Y, der
Seltenerdelemente, Nb, O und S; X mindestens eines der Elemente B, Si, C, Ge, Ga und P; und a, x,
y, z und b die Ungleichungen 0 ≤ a ≤ 0,5, 0 ≤ · 510, 0,1 ≤ y ≤ 20, 0 ≤ z ≤ 20 und 2 ≤ b ≤
30 erfüllen,
auf mindestens eine Oberfläche der amorphen Legierung eine Lösung aufgetragen
wird, die mindestens eines der Isoliermaterialien Aluminiumsilikat, Lithiumsilikat und
Magnesiummethylat enthält,
die mit der Lösung beschichtete amorphe Legierung bei einer Temperatur zwischen
80 und 350ºC getrocknet wird, und
die getrocknete amorphe Legierung bei einer Temperatur wärmebehandelt wird, die
nicht unter der Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung liegt, um ein feines
Kristallkorn mit einer Korngröße von 30 nm oder weniger in einer Legierungsstruktur
auszubilden, während gleichzeitig die isolierende Beschichtung in einer Dicke von 2 um oder
weniger ausgebildet wird, die aus mindestens einem der Isoliermaterialien Aluminiumsilikat,
Lithiumsilikat und Magnesiumoxid besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lösung dadurch auf die amorphe Legierung
aufgetragen wird, daß die Legierung durch die Lösung geführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lösung dadurch auf die amorphe Legierung
aufgetragen wird, daß die Legierung durch eine Walzen-Auftrageinrichtung geführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lösung durch Aufsprühen auf die Oberfläche
der amorphen Legierung aufgetragen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die amorphe Legierung nach
Anodisieren ihrer Oberfläche mit der Lösung beschichtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die mit der Lösung beschichtete
amorphe Legierung durch Aufblasen von Heißluft oder gasförmigem Argon, Stickstoff oder
Helium auf ihre Oberfläche getrocknet wird.
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| JP (1) | JPH0845723A (de) |
| DE (1) | DE69514436T2 (de) |
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