DE752117C

DE752117C - Process for changing the magnetic properties of ferromagnetic materials

Info

Publication number: DE752117C
Application number: DEL97989D
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Techn Pawlek
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1939-05-12
Filing date: 1939-05-12
Publication date: 1953-08-31

Description

Verfahren zur Veränderung der magnetischen Eigenschaften von ferromagnetischen Werkstoffen Durch Aufbringung von äußeren Spannungen an einen ferromagnetischen Werkstoff können dessen magnetische Eigenschaften sehr stark geändert werden. Bei Stoffen mit positiver Magnetostriktion bewirken Zugspannungen in der Magnetisierungsrichtung eine sehr starke Aufrichtung der Hysteresisschleife und schließlich die Ausbildung einer Rechteckschleife, während Druckspannungen eine sehr starke Schräglage der Hysteresisschleife hervorrufen. Bei Stoffen mit negativer Magnetostriktion kehren sich die Erscheinungen um: Druckspannungen verursachen ein Aufrichten, Zugspannungen eine starke Schräglage der Hysteresisschleife.Process for changing the magnetic properties of ferromagnetic Materials By applying external stress to a ferromagnetic The magnetic properties of the material can be changed very significantly. at Materials with positive magnetostriction cause tensile stresses in the direction of magnetization a very strong erection of the hysteresis loop and finally the training a rectangular loop, while compressive stresses a very strong inclination of the Create a hysteresis loop. Sweep on fabrics with negative magnetostriction the phenomena revolve around: compressive stresses cause straightening, tensile stresses a strong inclination of the hysteresis loop.

In der Praxis sind für die verschiedensten Zwecke verschiedene Magnetisierungskurven erwünscht: steiler Anstieg der Magnetisierungskurve und hohe Induktion, z. B.. bei Stromwandlern u. dgl., einerseits, sehr flache Hysteresisschleife, verbunden mit geringer Remanenz, z. B. bei Pupinspu.len, andererseits. Durch entsprechende Kombination des Spannungssinnes und der Art der Magnetostriktion ist es also möglich, für einen bestimmten magnetischen Werkstoff die für den jeweiligen Verwendungszweck bestgeeignete Form der Magnetisierungskurve herzustellen.In practice, there are different magnetization curves for the most varied of purposes desired: steep rise in the magnetization curve and high induction, e.g. B .. at Current transformers and the like, on the one hand, very flat hysteresis loop, connected to low remanence, e.g. B. at Pupinspu.len, on the other hand. By appropriate combination of the sense of tension and the type of magnetostriction it is possible for a specific magnetic material for the respective purpose of use to produce the most suitable shape of the magnetization curve.

Es wurde nun bereits vorgeschlagen, durch elektrolytisches Überziehen von unter Zug odcr Druck stehenden Bändern, Drähten usw. mit geeigneten Metallen die gewünschten Spannungszustände herzustellen. Die elektrolytisch aufgebrachten Überzüge sollten daher nach Aufhebung der äußeren Krafteinwir-kung als Stützschicht die Spannungen aufnehmen. Hat das LTberzugsmetall einen anderen Ausdehnungskoeffizienten als das Grundmetall, sobrauchenbeim elektrolytischen Überziehen keine äußeren Kräfte auf das Grundmetall einzuwirken, vielmehr genügt es, das Grundmetall mit dem elektrolytischen Üb-zrzug zu glühen, wodurch sich dann bei richtig gewähltem Niederschlagsmetall bei der Abkühlung infolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten vom Niederschlagszum Grundmetall die gewünschte Spannung bildet.It has already been proposed to produce the desired voltage states by electrolytic coating of strips, wires, etc., which are under tension or pressure, with suitable metals. The electrolytically applied coatings should therefore absorb the stresses as a support layer after the external force has been removed. If the coating metal has a different coefficient of expansion than the base metal, no external forces are required to act on the base metal during electrolytic coating; rather, it is sufficient to anneal the base metal with the electrolytic coating, which, if the precipitating metal is correctly selected, cools down due to the different expansion coefficients forms the desired voltage from the precipitate to the base metal.

Gemäß der Erfindung wird nun durch geeignete Wahl des Niederschlagsmetalls und der Abscheidungsbedingungen direkt ein Spannungszustand im Niederschlag und in der Unterlage erzeugt, ohne daß es einer äußeren Krafteinwirkung auf das Grundmetall bedarf und ohne daß eine nachträgliche Wärmebehandlung unbedingt erforderlich wäre. Es wird dabei Gebrauch gemacht von folgendem an sich bekannten Verhalten elektrolytisch niedergeschlagener Metalle mit unedlerem 'Verhalten als Wasserstoff. Diese Metalle, wie z. B. Eisen, Nickel, Kobalt sowie lIangan und Chrom, nehmen bei ihrer elektrolytischen Abscheidung größere Mengen Wasserstoff auf, wodurch Spannungen im Niederschlag hervorgerufen werden, die so stark sein können, daß der Niederschlag aufreißt und sich von der Unterlage abhebt. Solange der Niederschlag noch haftet, treten erhebliche Druckspannungen in der Kathode auf (Stauchung von Blechen bzw. Band parallel der Blech- oder Bandebene), da der Niederschlag versucht, sich zusammenzuziehen.According to the invention, by suitable choice of the precipitating metal and the deposition conditions directly a state of stress in the precipitation and generated in the base without any external force acting on the base metal requires and without a subsequent heat treatment being absolutely necessary. Use is made of the following electrolytic behavior, which is known per se of precipitated metals with less noble behavior than hydrogen. These metals such as B. iron, nickel, cobalt as well as lIangan and chromium, take part in their electrolytic Separation of larger amounts of hydrogen, which causes tension in the precipitate that can be so strong that the precipitate rips open and separates itself from the Underlay takes off. As long as the precipitate is still adhering, considerable compressive stresses occur in the cathode (upsetting of sheets or strips parallel to the sheet or strip plane), as the precipitate tries to contract.

Während derartige Spannungen im Niederschlag bei den unedlen Metallen durch die Mitabscheidung von Wasserstoff bereits ohne weiteres auftreten, können sie bei edleren Niederschlagsmetallen, wie Kupfer, durch Zusatz von Kolloiden zum Elektrolyt willkürlich hervorgerufen werden.During such tensions in the precipitation in the base metals can easily occur due to the co-separation of hydrogen they with more noble precipitation metals, such as copper, by adding colloids to the Electrolyte can be created arbitrarily.

In Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird nun der ferromagnetische Werkstoff in Blech-, Draht- oder Bandform, bei dem ein bestimmter Induktionsverlauf erwünscht ist, als Kathode mit einem Metallniederschlag der oben bezeichneten Art versehen. Die Niederschlagsstärke muß so bemessen sein, daß sich die Druckspannungen auch auf das Unterlagsmetall auswirken können. Im allgemeinen wird die Dicke des Überzuges etwa gleich der des Unterlagsm2talls sein, doch werden zuweilen auch brauchbare Ergebnisse erhalten, wenn der Überzug nur etwa ein Drittel so dick ist wie die Unterlage.In carrying out the method according to the invention, the ferromagnetic Material in sheet metal, wire or strip form with a certain induction process is desirable as a cathode with a metal deposit of the type indicated above Mistake. The amount of precipitation must be such that the compressive stresses can also affect the underlying metal. In general, the thickness of the Coating be about the same as that of the underlay metal, but are sometimes also usable Results are obtained when the coating is only about a third as thick as the backing.

Bei einem Stoff mit, positiver Magnetostriktion als Kathode mit einem Niederschlag auf beiden Seiten des Bleches oder Bandes bewirken die Spannungen des Niederschlages erhebliche Druckspannungen in dem Kathodenwerkstoff und dadurch eine Einstellung des Vektors senkrecht zur Blechebene. Die Magnetisierungskurve des gewonnenen Kombinationskörpers verläuft infolgedessen sehr flach, die Permeabilität wird weitgehend unabhängig von der Feldstärke, es wird sog. Isopermverhalten herbeigeführt. Dabei ist die Beeinflussung noch im starken Maße abhängig vom Zustand der Kathode; kalt gereckte Bleche ergeben andere Hysteresiskurven als weich geglühte, isotrope andere als solche mit Fasertextur. Die mittlere Magnetostriktion eines Werkstoffes mit ungeordneter Lagerung der Kristalle hat bei einzelnen Legierungen ein anderes Vorzeichen als die in der Walzrichtung bzw. Faserachse liegende, der kristallographischen Richtung zugeordnete. Fast immer ist der Absolutwert der Magnetostriktion in den einzelnen Richtungen verschieden und damit auch verschieden zwischen isotroper und anisotroper Lagerung der Kristalle. Daher ergibt sich bei ein und demselben Werkstoff bei gleicher Druckbeanspruchung verschiedenes 'Verhalten in der Blechebene, je nachdem ob die Kristalle und damit die magnetischen Vektoren isotrop oder anisotrop im Werkstoff verteilt sind.For a substance with positive magnetostriction as the cathode with a Precipitation on both sides of the sheet or strip causes the tensions of the Precipitation significant compressive stresses in the cathode material and thereby a Adjustment of the vector perpendicular to the plane of the sheet. The magnetization curve of the obtained As a result, the combination body is very flat and the permeability is largely increased regardless of the field strength, so-called isoperm behavior is brought about. Included the influence is still largely dependent on the condition of the cathode; cold Stretched sheets produce different hysteresis curves than soft-annealed, isotropic others as those with a fiber texture. The mean magnetostriction of a material with Disordered storage of the crystals has a different sign in individual alloys than the crystallographic direction lying in the rolling direction or fiber axis assigned. Almost always the absolute value of magnetostriction in the individual Different directions and therefore also different between isotropic and anisotropic Storage of the crystals. Therefore, one and the same material results in the same Compressive stress different 'behavior in the sheet metal plane, depending on whether the Crystals and thus the magnetic vectors isotropic or anisotropic in the material are distributed.

Schließlich sei noch folgende Anwendungsmöglichkeit erwähnt. Bei dem Wickeln von Bandkernen wird die innere Faser des magnetischen Werkstoffes auf Druck, die äußere Faser aber auf Zug beansprucht. Besonders weiche magnetische Legierungen büßen beim Wickeln erheblich von ihren guten Eigenschaften ein. Durch einseitiges Niederschlagen von Metallen auf Bändern vor dem Wickeln kann nun der durch das Wickeln entstehende Spannungszustand entscheidend beeinflußt werden.Finally, the following possible application should be mentioned. In which Winding tape cores, the inner fiber of the magnetic material is subjected to pressure, but the outer fiber is subjected to tensile stress. Particularly soft magnetic alloys lose considerably of their good properties when swaddling. By unilateral Precipitation of metals on strips before winding can now be caused by winding the resulting state of tension can be decisively influenced.

Durch die Wahl der ElektrolYsierbedingungen und des niederzuschlagenden -Metalls ist die Stärke des Spannungszustandes in weiten Grenzen veränderbar: Kleine Stromdichten, hohe Konzentrationen des Metalls im Elektrolyt und hohe Badtemperatur setzen die Spannungen herab; hohe Stromdichten, verdünnte Bäder und niedere Temperatur bedingen hohe innere Spannungen des Niederschlages. Schließlich kann noch der zunächst erhaltene Spannungszustand weitgehend durch Anlassen nach der Elektrolyse verändert werden, wobei nur dafür gesorgt werden muß, daß die Anlaßtemperatur die Rekristallisationstemperatur des überzugsmetalls nicht überschreitet. Im Gebiet der Rekristallisation wird eine Kombination der schon bekannten Verfahren mit dem erfindungsgemäßen erhalten. Gegebenenfalls werden auch durch eine solche Kombination noch besondere, für gewisse Verwendungsgebiete geeignete Spannungsverhältnisse und damit magnetische Eigenschaften erzielt, die bei dem vollständigen Ausglühen der Werkstoffe entsprechend den früheren Verfahren nicht möglich sind.By choosing the electrolysis conditions and the one to be precipitated -Metal, the strength of the state of tension can be varied within wide limits: Small Current densities, high concentrations of the metal in the electrolyte and high bath temperature reduce tensions; high current densities, dilute baths and low temperatures cause high internal tensions in the precipitation. In the end the state of tension that was initially obtained can largely be restored by tempering the electrolysis can be changed, it only has to be ensured that the tempering temperature does not exceed the recrystallization temperature of the coating metal. In the area of the recrystallization is a combination of the already known processes with the obtained according to the invention. If necessary, also through such a combination special tension ratios suitable for certain areas of application and thus achieved magnetic properties that when completely annealing the Materials according to the earlier methods are not possible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for changing the magnetic properties of ferromagnetic substances, characterized in that by complete or partial electrolytic plating with one or more metals with less noble Behave as hydrogen or with one or more metals from colloids Solutions on one or two sides of strip, wire or sheet material Compressive stresses are generated approximately in the same thickness as that of the base metal.

2. The method according to claim I, characterized in that the material according to the g ° electrolytic precipitation of the coating metal one below the recrystallization temperature of the coating metal is subjected to annealing treatment. To delimit the The subject of the invention from the prior art are the following in the grant procedure Publications have been considered: B i 11 i t e r, "Principles of Electroplating", r934 p.96; »Announcements from the material testing institute at the technical university in Darmstadt ”, 1933, issue z, p. 50; Messkin-Kussmann, »The. ferromagnetic alloys «, 19,32, p. 164.