EP0838289A1

EP0838289A1 - Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörper

Info

Publication number: EP0838289A1
Application number: EP97117634A
Authority: EP
Inventors: Stefan Dr. Roth
Original assignee: Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1997-10-11
Publication date: 1998-04-29
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: DE19643602A1; ATE229859T1; JPH10154625A; DE59708998D1; US5932032A; EP0838289B1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem massive Magnetkörper aus Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens rationell hergestellt werden können. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet, die aus den Legierungsbestandteilen des weichmagnetischen Werkstoffs und zusätzlich einem oder mehreren schmelzpunkterniedrigenden Elementen besteht, und daß man den aus dieser Legierung im Druckgußverfahren erzeugten Magnetkörpern nachträglich mittels einer Wärmebehandlung in einer reaktiven Atmosphäre die zusätzlichen Elemente zumindest teilweise entzieht. Das Verfahren ist anwendbar zur Herstellung weichmagnetischer Magnetkörpern für Relais, Übertrager, Magnetventile, Aktoren und andere elektromagnetische Produkte.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörper aus Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens. Das Verfahren ist anwendbar zur Herstellung weichmagnetischer Magnetkörpern für Relais, Übertrager, Magnetventile, Aktoren und andere elektromagnetische Produkte.

Es ist bereits bekannt, massive weichmagnetische Magnetkörper auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen. Dabei ist es aber sehr aufwendig und vielfach nicht möglich, Poren in den Fertigteilen zu vermeiden. Durch Poren, die Ursache für die sogenannte innere Scherung sind, werden die weichmagnetischen Eigenschaften hochwertiger Werkstoffe stark verschlechtert. Damit sind die pulvermetallurgischen Verfahren nur bedingt für die Fertigung massiver weichmagnetischer Magnetkörper geeignet.

Bekannt ist es auch, massive weichmagnetische Magnetkörper für elektrische Maschinen im Feingußverfahren herzustellen (DD 108 628). Hierbei muß für jedes einzelne Gießteil eine Form hergestellt werden, die nach dem Guß aufwendig und unter Einsatz von aggressiven Hilfsstoffen vom Gießteil entfernt werden muß, wodurch Abfall erzeugt wird. Damit ist das Feingußverfahren für eine Massenfertigung unwirtschaftlich.

Es ist auch bereits bekannt, massive weichmagnetische Magnetkörper für elektrische Maschinen im Druckgußverfahren herzustellen (DD 126 155). Das Druckgußverfahren, das prinzipiell eine hohe Produktivität ermöglicht, konnte sich jedoch bisher in der Praxis für die Herstellung massiver weichmagnetischer Magnetkörper nicht durchsetzen, da infolge des hohen Schmelzpunktes der klassischen weichmagnetischen Legierungen die Druckgußwerkzeuge eine sehr niedrige Standzeit haben und die Fertigung damit unwirtschaftlich ist. Eine Veränderung der Legierungszusammensetzung ist wegen der damit verbundenen Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem massive Magnetkörper aus Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens rationell hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit dem in den Patentansprüchen beschriebenen Herstellungsverfahren gelöst.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet, die aus den Legierungsbestandteilen des weichmagnetischen Werkstoffs und zusätzlich einem oder mehreren schmelzpunkterniedrigenden Elementen besteht, und daß man den aus dieser Legierung im Druckgußverfahren erzeugten Magnetkörpern nachträglich mittels einer Wärmebehandlung in einer reaktiven Atmosphäre die zusätzlichen Elemente zumindest teilweise entzieht.

Zweckmäßigerweise kann als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet werden, die als schmelzpunkterniedrigende Elemente Bor, Kohlenstoff und/oder Phosphor enthält.

Vorteilhaft ist es, als Ausgangswerkstoff eine Legierung zu verwenden, welche die schmelzpunkterniedrigenden Elemente in einer solchen Menge enthält, daß der Schmelzpunkt der Legierung auf eine Temperatur < 1400 °C vorzugsweise < 1300 °C abgesenkt wird.

Für die Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kann Wasserstoff als reaktive Atmosphäre verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Wasserstoffatmosphäre während der Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Spülen erneuert wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Druckguß-Magnetkörper zunächst in feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 850 und 1000 °C und anschließend in trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1250 °C wärmebehandelt. Hierbei sollten die Druckguß-Magnetkörper bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 950 °C während einer Dauer von 2 bis 16 Stunden in feuchtem Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1050 bis 1120 °C während einer Dauer von mindestens 1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt werden.

Mit der Erfindung werden die Voraussetzungen geschaffen, um hochwertige weichmagnetische Legierungen effektiv im Druckgußverfahren zu massiven Magnetkörper zu verarbeiten. Beim Gießen entstehen keine störenden Poren im Werkstoff. Es können wiederverwendbare Gießformen eingesetzt werden und die Temperatur der Gießschmelze läßt sich soweit absenken, daß die Druckgußwerkzeuge eine hinreichen lange Standzeit haben.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Zu einer weichmagnetischen Fe₈₅Si₁₅-Legierung, die einen Schmelzpunkt von 1420 °C besitzt, wird Bor in einer solchen Menge zulegiert, daß eine Fe_77,5Si_13,5B₉-Legierung entsteht, deren Schmelzpunkt bei nur noch 1160 °C liegt.

Aus dieser Legierung werden im Druckgußverfahren Ringe mit einem äußeren Ringdurchmesser von 20 mm und einer Materialdicke von 2 x 2 mm gegossen. Eine Messung der Koerzitivfeldstärke ergibt einen H_c-Wert von > 1200 A/m.
Diese Ringe werden anschließend bei 1000 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in feuchtem Wasserstoff und anschließend bei 1100 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in trockenem Wasserstoff unterworfen. Durch die Wärmebehandlungen wird der Borgehalt in den Ringen auf < 0,1 % verringert und es entsteht annähernd die ursprüngliche Fe₈₅Si₁₅-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke H_c von < 100 A/m.

Die so hergestellten Ringe können als Ringkerne für Übertragen eingesetzt werden.

Beispiel 2

Zu einer weichmagnetischen Fe₄₉Co₄₉V₂-Legierung, die einen Schmelzpunkt von 1480 °C besitzt, wird Bor mit einem Massenanteil von 4,5 % zulegiert. Der Schmelzpunkt dieser Legierung liegt unterhalb 1100 °C. Aus dieser Legierung werden im Druckgußverfahren 25 mm lange und 2 mm dicke Stäbe gegossen. Eine Messung der Koerzitivfeldstärke ergibt einen H_c-Wert von > 1600 A/m.

Diese Stäbe werden anschließend bei 1000 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in feuchtem Wasserstoff und anschließend bei 1080 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in trockenem Wasserstoff unterworfen. Durch die Wärmebehandlungen wird der Borgehalt in den Stäben auf < 0,1 % verringert und es entsteht annähernd die ursprüngliche Fe₄₉Co₄₉V₂-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke H_c von < 200 A/m.

Die so hergestellten Stäbe können als Kerne für Relais eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörpern aus Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet, die aus den Legierungsbestandteilen des weichmagnetischen Werkstoffs und zusätzlich einem oder mehreren schmelzpunkterniedrigenden Elementen besteht, und daß man den aus dieser Legierung im Druckgußverfahren erzeugten Magnetkörpern nachträglich mittels einer Wärmebehandlung in einer reaktiven Atmosphäre die zusätzlichen Elemente zumindest teilweise entzieht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet wird, die als schmelzpunkterniedrigende Elemente Bor, Kohlenstoff und/oder Phosphor enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet wird, welche die schmelzpunkterniedrigenden Elemente in einer solchen Menge enthält, daß der Schmelzpunkt der Legierung auf eine Temperatur < 1400 °C, vorzugsweise < 1300 °C abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper Wasserstoff als reaktive Atmosphäre verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffatmosphäre während der Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Spülen erneuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckguß-Magnetkörper zunächst in feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 850 und 1000 °C und anschließend in trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1250 °C wärmebehandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckguß-Magnetkörper bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 950 °C während einer Dauer von 2 bis 16 Stunden in feuchtem Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1050 bis 1120 °C während einer Dauer von mindestens 1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt werden.