EP1231003A2 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff - Google Patents

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EP1231003A2
EP1231003A2 EP02001397A EP02001397A EP1231003A2 EP 1231003 A2 EP1231003 A2 EP 1231003A2 EP 02001397 A EP02001397 A EP 02001397A EP 02001397 A EP02001397 A EP 02001397A EP 1231003 A2 EP1231003 A2 EP 1231003A2
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minutes
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oxygen
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Jochen Winkler
Andreas Harzer
Wolfgang Ballerstedt
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Molded part made of a soft magnetic composite material, in particular for use as a magnetic core for a common rail injector, according to the genre of independent claims.
  • thermoplastic resin mixed iron powder known, which is particularly for Suitable for the production of magnetic cores.
  • an iron powder with phosphoric acid treat this iron powder then with a thermoplastic Resin to mix this mixture at a temperature below the glass transition temperature or Pressing the melting point of the thermoplastic resin, heat the pressed product to the thermoplastic Harden resin, and optionally tempering the obtained Component up to a temperature above the curing temperature of the thermoplastic resin.
  • thermoplastic material Polyetherimide known under the trade name Ultem® and oligomers as described in WO 95/33589 and under the trade names Orgasol 3501 and Orgasol 2001 from Elf Atochem, France.
  • EP 0 765 199 B1 provides the iron powder with a pressing aid or a lubricant mix that a metal stearate, a wax, a paraffin, a natural or synthetic fat derivative or an oligomer can be of the amide type.
  • a pressing aid or a lubricant mix that a metal stearate, a wax, a paraffin, a natural or synthetic fat derivative or an oligomer can be of the amide type.
  • lubricants or pressing aids the Kenolube® products from the company Höganäs AB, Sweden, H-wax® from 30%, and Promold® from Morton International, Cincinatti, USA, described using the iron powder in a proportion of preferably 0.2 to 0.8 percent by weight be mixed.
  • this starting mixture is known from EP 0 765 199 B1 pressing at a pressure between 400 and 1800 MPa, and then in air at temperatures between 100 ° C and 600 ° C, preferably 200 ° C to 500 ° C, to anneal.
  • a powdery powder produced according to EP 0 765 199 B1 Soft magnetic material is sold under the trade name Somaloy TM 500 distributed by Höganäs AB, Sweden and is in the company magazine SOMALOY TM 500, SMC 97-1, Pages 1-11, Höganäs AB, Sweden, characterized in more detail.
  • Such soft magnetic composites are also used also in Jan Tengzelius, "Soft magnetic composites for electric motors ", conference proceedings Hagener Symposium, 1.12.2000, pages 211 to 227.
  • the object of the present invention was to provide a method by which a powder mixture with a Iron powder in particular as a magnetic core for common rail injectors usable molded part made of a soft magnetic Composite with improved over the prior art mechanical and magnetic properties can be produced is.
  • the methods according to the invention have compared to the state technology has the advantage that the molded parts produced afterwards or magnetic cores usual for common rail injectors Magnetic cores made of soft magnetic composite materials for example with mixtures of pure iron powder with polyamide binder, Pure iron powder with polyphenylene sulfide binder or pure iron powder with polyethylene binder are, especially with regard to mechanical strength, density, saturation polarization, magnetic Permeability, the specific electrical resistance, superior to surface hardness and flexural strength are.
  • the molded parts produced according to the invention in the form of magnetic cores compared to magnetic cores made of polyphenylene sulfide-bonded composite material have an increased density of more than 7.3 g / cm 3 by at least 0.2 g / cm 3 , and they also have a significantly improved surface hardness and statistical bending strength, which is particularly evident in the critical area of the pole faces in an improved edge breaking strength under permanent load. In addition, they are less prone to material breakouts and less diesel fuel penetrates the workpiece structure.
  • the molded parts produced according to the invention in the form of magnetic cores typically have a magnetic force of 95 N to 103 N, while corresponding molded parts made of polyphenylene sulfide-bonded composite material only reach about 80 N.
  • the molded parts produced according to the invention when used as a magnetic core in common rail injectors are significantly higher Switching dynamics, especially one reduced by approx. 20 ⁇ s Switch-on time, a reduced energy requirement, approx. 50% higher mechanical strength, better mechanical Machinability and greater insensitivity to Manufacturing fluctuations in manufacturing.
  • the gas atmosphere during Annealing a gas mixture with an oxygen content of 2 vol% is up to 7 vol%, being a mixture of air and nitrogen or a mixture of air and a rare gas, the proportion the air between 40 vol% and 10 vol%, in particular 10 vol% to 30 vol%, is particularly simple and inexpensive can be produced.
  • Another improvement in magnetic and mechanical Properties of the molded parts obtained, particularly with regard to their density, is achieved when the annealing of the pressed parts in a two-stage process is, after pressing the starting mixture the molded part initially at a relatively low temperature annealed, then in a die tool or by hot plan forming pressed again, and finally at a higher one Temperature is annealed again.
  • Molded parts made of a soft magnetic composite is preferably an oxide-bonded material, i.e. during the tempering process, one of the starting mixtures decomposes for example added metal stearate a metal oxide so that the presence of Oxygen at grain boundaries form iron oxide bridges, which the Effective improvement in structural cohesion are according to the invention manufactured molded parts over such Polymer-bonded soft magnetic composites too contain at least almost no organic components.
  • the molded parts produced according to the invention have their higher density also has a lower porosity, which leads to a significantly improved thermomechanical long-term stability, especially against hot diesel fuel leads.
  • a first embodiment of the invention is based on a Starting mixture with a pure iron powder and a pressing aid from the Höganäs company, Sweden, is marketed under the trade name Somaloy TM 500.
  • the pure iron powder used is one high-purity iron powder with a phosphated surface, as described in EP 0 765 199 B1 as a lubricant Pressing aids, selected from the group of metal stearates, waxes, paraffins, natural or synthetic fat derivatives or the amide-type oligomers is clogged.
  • the pure iron powder is preferred together with the under the molding aid known from the trade name Kenolube® Höganäs AB, Sweden.
  • Kenolube® which is essentially an amide wax and contains zinc stearate in a proportion of 0.4% by weight 0.7% by weight, preferably 0.5% by weight to 0.6% by weight, of the pure iron powder added and with this to the starting mixture mixed.
  • the starting mixture is then in a common die tool preferably at room temperature at a pressure between 600 MPa to 900 MPa, in particular 700 MPa to 800 MPa, for example in the form of a magnetic core pressed for common rail injectors.
  • the molded part obtained is at temperatures between 380 ° C to 450 ° C, especially at approx. 425 ° C, over a period of 10 min to 120 min, in particular 30 min to 60 min, in a nitrogen-air mixture or in a Noble gas-air mixture annealed, the proportion of air between 50 vol% and 5 vol%, in particular 10 vol% to 30 % By volume, for example 20% by volume.
  • the added Press aids partly decomposed and partly in one binding oxide converted.
  • a mixture of an inert gas with oxygen for example a Nitrogen-oxygen mixture or an argon-oxygen mixture, be used, which has an oxygen content between 1 vol% and 10 vol%, in particular 2 vol% to 7 vol%, contains.
  • the molded parts obtained after the tempering are preferred a final mechanical surface treatment, for example, subjected to grinding. This leads to improved mechanical properties and an improved Long-term stability of the molded parts obtained.
  • the measured Magnetic force on such magnetic cores is usually approx. 5% to 10% increases.
  • a second embodiment of the invention provides that deviates from the exemplary embodiment explained above after compressing the starting mixture to the First a tempering step at one temperature from 150 ° C to 400 ° C, especially at temperatures between 230 ° C and 310 ° C.
  • This first tempering step can take place in air or an inert gas atmosphere such as an inert gas atmosphere or a nitrogen atmosphere respectively. However, it is preferably carried out analogously annealing in the first embodiment, in a gas mixture from an inert gas and oxygen, the proportion of the oxygen in the gas mixture between 10 vol% and Is 1% by volume.
  • the gas atmosphere is particularly preferred in this exemplary embodiment again a mixture of air and nitrogen, the proportion of air between 50 vol% and 5 vol%, in particular 10 vol.% To 30 vol.%, For example 20 vol.%, is.
  • the pressed, tempered molded part After the first tempering step, the pressed, tempered molded part another pressing at a pressure between 600 MPa to 900 MPa, in particular 700 MPa to 800 MPa, carried out at room temperature.
  • this post-forming can also be carried out using hot plan forming in a suitable die tool at elevated temperature take place as described for example in DE 100 05 551.6 is.
  • the molded parts obtained after the tempering are preferred then analogous to the first embodiment of a final one mechanical surface treatment, for example grinding.
  • a molded part made of a soft magnetic composite material made of the phosphated pure iron powder Somaloy 500 with 0.6% by weight Kenolube according to the above exemplary embodiments has a statistical bending strength of at least 25 N / mm 2 , determined on test bars according to ISO 3327, and a surface hardness HB 2, 5 / 31.25 from at least 70.
  • rings with an outer diameter of 40 mm, an inner diameter of 30 mm and a height of 5 mm have a magnetic polarization J 100 of at least 1.4 Tesla at 100 A / cm and a saturation polarization J s of at least 1.5 Tesla 500 amperes / cm, a coercive field strength H cB of a maximum of 3.0 amperes / cm, a maximum permeability ⁇ max . of at least 450 and a total loss ⁇ H + ⁇ W at 1 Tesla and 50 Hz of max. 8 W / kg measured.
  • a saturation polarization of more than 1.7 Tesla and a maximum permeability of approx. 500 is achieved with a specific electrical resistance of approx. 10 ⁇ m.
  • the density of the molded parts obtained is at least 7.30 g / cm 3 , it being possible to increase the density to up to approximately 7.5 g / cm 3 by the additional post-forming in a die tool or the additional hot plan forming.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff mit den Verfahrensschritten a.) Bereitstellen einer Ausgangsmischung mit einem Eisenpulver und einem Presshilfsmittel, b.) Verpressen der Ausgangsmischung zu einem Formteil und c.) Tempern des Formteils vorgeschlagen, wobei das Tempern vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 380°C und 450°C in einem Gemisch aus einem Inertgas und Sauerstoff erfolgt, das einen Sauerstoffanteil zwischen 10 Vol% und 1 Vol% aufweist. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff mit den Verfahrensschritten a.) Bereitstellen einer Ausgangsmischung mit einem Eisenpulver und einem Presshilfsmittel, b.) Verpressen der Ausgangsmischung zu einem Formteil und c.) Tempern des Formteils vorgeschlagen, bei dem nach dem Tempern des Formteils eine Nachformung und ein weiteres Tempern erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff, insbesondere zur Verwendung als Magnetkern für einen Common-Rail-Injektor, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Aus EP 0 765 199 B1 sind mit einem thermoplastischen Harz vermischte Eisenpulver bekannt, die sich insbesondere zur Herstellung von Magnetkernen eignen. Im Einzelnen ist dort vorgesehen, zunächst ein Eisenpulver mit Phosphorsäure zu behandeln, dieses Eisenpulver dann mit einem thermoplastischen Harz zu vermischen, diese Mischung bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur oder des Schmelzpunktes des thermoplastischen Harzes zu verpressen, das gepresste Produkt zu erhitzen, um das thermoplastische Harz auszuhärten, und gegebenenfalls ein Tempern der erhaltenen Komponente bis zu einer Temperatur oberhalb der Aushärtungstemperatur des thermoplastischen Harzes vorzunehmen.
Weiter ist daraus bekannt, dem thermoplastischen Material Polyetherimid, das unter dem Handelsnamen Ultem® bekannt ist, sowie Oligomere, wie sie in WO 95/33589 beschrieben und unter den Handelsnamen Orgasol 3501 und Orgasol 2001 von Elf Atochem, Frankreich, vertrieben werden, zuzusetzen.
Darüber hinaus ist in EP 0 765 199 B1 vorgesehen, das Eisenpulver mit einem Presshilfsmittel bzw. einem Gleitmittel zu vermischen, das ein Metall-Stearat, ein Wachs, ein Paraffin, ein natürliches oder synthetisches Fettderivat oder ein Oligomer vom Amid-Typ sein kann. Konkret sind als Gleitmittel bzw. Presshilfsmittel die Produkte Kenolube® von der Firma Höganäs AB, Schweden, H-wax® von der Firma Höchst AG, Deutschland, und Promold® von der Firma Morton International, Cincinatti, USA, beschrieben, die mit dem Eisenpulver in einem Anteil von vorzugsweise 0,2 bis 0,8 Gewichtsprozent vermischt werden.
Schließlich ist aus EP 0 765 199 B1 bekannt, diese Ausgangsmischung bei einem Druck zwischen 400 und 1800 MPa zu pressen, und danach an Luft bei Temperaturen zwischen 100°C und 600°C, vorzugsweise 200°C bis 500°C, zu tempern.
Ein gemäß EP 0 765 199 B1 hergestellter, pulverförmiger weichmagnetischer Werkstoff wird unter dem Handelsnamen Somaloy™ 500 von der Firma Höganäs AB, Schweden, vertrieben und ist in der Firmenzeitschrift SOMALOY™500, SMC 97-1, Seiten 1-11, Höganäs AB, Schweden, näher charakterisiert.
Weiter werden derartige weichmagnetische Verbundwerkstoffe auch in Jan Tengzelius, "Weichmagnetische Verbundwerkstoffe für Elektromotoren", Tagungsband Hagener Symposium, 1.12.2000, Seiten 211 bis 227, beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem aus einer Pulvermischung mit einem Eisenpulver ein insbesondere als Magnetkern für Common-Rail-Injektoren einsetzbares Formteil aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten mechanischen und magnetischen Eigenschaften herstellbar ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Verfahren haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die danach hergestellten Formteile bzw. Magnetkerne für Common-Rail-Injektoren üblichen Magnetkernen aus weichmagnetischen Verbundwerkstoffen, die beispielsweise mit Mischungen von Reineisenpulver mit Polyamid-Binder, Reineisenpulver mit Polyphenylensulfid-Binder oder Reineisenpulver mit Polyethylen-Binder hergestellt worden sind, insbesondere hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, der Dichte, der Sättigungspolarisation, der magnetischen Permeabilität, des spezifischen elektrischen Widerstandes, der Oberflächenhärte und der Biegefestigkeit überlegen sind.
Beispielsweise weisen die erfindungsgemäß hergestellten Formteile in Form von Magnetkernen gegenüber Magnetkernen aus Polyphenylensulfid-gebundenem Verbundwerkstoff eine um mindestens 0,2 g/cm3 erhöhte Dichte von mehr als 7,3 g/cm3 auf, und sie besitzen auch eine deutlich verbesserte Oberflächenhärte und statistische Biegefestigkeit, was sich insbesondere im kritischen Bereich der Polflächen in einer verbesserten Kantenbruchfestigkeit bei Dauerbelastung äußert. Daneben neigen sie deutlich weniger zu Materialausbrüchen und es dringt auch weniger Diesel-Kraftstoff in das Werkstückgefüge ein. Überdies zeigen die erfindungsgemäß hergestellten Formteile in Form von Magnetkernen eine Magnetkraft von typischerweise 95 N bis 103 N, während entsprechende Formteile aus Polyphenylensulfid-gebundenem Verbundwerkstoff lediglich ca. 80 N erreichen.
Weiter weisen die erfindungsgemäß hergestellten Formteile beim Einsatz als Magnetkern in Common-Rail-Injektoren gegenüber bisher üblichen Magnetkernen eine deutlich höhere Schaltdynamik, insbesondere eine um ca. 20 µs verringerte Einschaltzeit, einen verringerten Energiebedarf, eine um ca. 50% höhere mechanische Festigkeit, eine bessere mechanische Bearbeitbarkeit und eine höhere Unempfindlichkeit gegenüber Fertigungsschwankungen bei der Herstellung auf.
Zudem sind sie durch Einsatz eines preiswerteren Rohstoffes und den Wegfall eines bisher erforderlichen Warmpressens, was auch zu geringerem Werkzeugverschleiß führt, billiger herstellbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So hat sich herausgestellt, dass in der Gasatmosphäre beim Tempern insbesondere in Kombination mit Temperaturen zwischen 380°C bis 450°C eine gewisse Mindestmenge an Sauerstoff sehr vorteilhaft ist, um eine ausreichende Oxidbildung zwischen den Eisenpulverteilchen bzw. an deren Oberfläche zu gewährleisten, dass andererseits aber eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringerte Menge des in der eingesetzten Gasatmosphäre enthaltenen Sauerstoffes zu deutlich verbesserten magnetischen Eigenschaften, beispielsweise einer höheren Magnetkraft, der danach erhaltenen Formteile führt.
Insbesondere ist vorteilhaft, wenn die Gasatmosphäre beim Tempern ein Gasgemisch mit einem Sauerstoffanteil von 2 Vol% bis 7 Vol% ist, wobei eine Mischung von Luft und Stickstoff oder eine Mischung von Luft und einem Edelgas, wobei der Anteil der Luft zwischen 40 Vol% und 10 Vol%, insbesondere 10 Vol% bis 30 Vol%, beträgt, besonders einfach und preiswert herstellbar ist.
Darüber hinaus ist vorteilhaft, wenn nach dem Tempern der erhaltenen Formteile in Form von Magnetkernen eine mechanische Bearbeitung, beispielsweise ein vorsichtiges Schleifen, vorgenommen wird, das einem Ausgleich von Polhöhendifferenzen und einer Einebnung von Polflächen dient, und durch das die Magnetkraft der beispielsweise als Magnetkern eingesetzten Formteile weiter auf über 100 N gesteigert werden kann.
Eine weitere Verbesserung der magnetischen und mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Formteile, insbesondere hinsichtlich ihrer Dichte, wird erreicht, wenn das Tempern der gepressten Formteile in einem zweistufigen Prozess ausgeführt wird, wobei nach dem Verpressen der Ausgangsmischung das Formteil zunächst bei einer relativ niedrigen Temperatur getempert, danach in einem Matrizenwerkzeug oder durch Heißplanformen erneut verpresst, und schließlich bei einer höheren Temperatur erneut getempert wird.
Da es sich bei den nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteilen aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff bevorzugt um einen oxidgebundenen Werkstoff handelt, d.h. bei dem Temperprozeß zersetzt sich ein der Ausgangsmischung beispielsweise zugesetztes Metall-Stearat zu einem Metalloxid, so dass sich durch die Anwesenheit von Sauerstoff an Korngrenzen Eisenoxidbrücken bilden, die den Gefügezusammenhalt wirksam verbessern, sind in den erfindungsgemäß hergestellten Formteilen gegenüber solchen aus Polymer-gebundenen weichmagnetischen Verbundwerkstoffen auch zumindest nahezu keine organischen Anteile mehr enthalten. Somit weisen die erfindungsgemäß hergestellten Formteile neben ihrer höheren Dichte auch eine geringere Porosität auf, was zu einer deutlich verbesserten thermomechanischen Langzeitstabilität, insbesondere gegenüber heißem Diesel-Kraftstoff führt.
Ausführungsbeispiele
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung geht von einer Ausgangsmischung mit einem Reineisenpulver und einem Presshilfsmittel aus, wie sie von der Firma Höganäs, Schweden, unter dem Handelsnamen Somaloy™ 500 vertrieben wird.
Im Einzelnen ist das dabei eingesetzte Reineisenpulver ein hochreines Eisenpulver mit phosphatierter Oberfläche, dem, wie in EP 0 765 199 B1 beschrieben, als Gleitmittel ein Presshilfmittel, ausgewählt aus der Gruppe der MetallStearate, der Wachse, der Paraffine, der natürlichen oder synthetischen Fettderivate oder der Oligomere vom Amid-Typ zugesetzt ist.
Bevorzugt wird das Reineisenpulver zusammen mit dem unter dem Handelsnamen Kenolube® bekannten Presshilfsmittel der Firma Höganäs AB, Schweden, eingesetzt. Dazu wird das Presshilfsmittel Kenolube®, das im Wesentlichen ein Amid-Wachs und Zink-Stearat enthält, in einem Anteil von 0,4 Gew.% bis 0,7 Gew.%, vorzugsweise 0,5 Gew.% bis 0,6 Gew.%, dem Reineisenpulver zugesetzt und mit diesem zu der Ausgangsmischung vermischt. Anschließend wird die Ausgangsmischung dann in einem üblichen Matrizenwerkzeug bevorzugt bei Raumtemperatur bei einem Druck zwischen 600 MPa bis 900 MPa, insbesondere 700 MPa bis 800 MPa, beispielsweise in Form eines Magnetkerns für Common-Rail-Injektoren verpresst.
Nach dem Verpressen wird das erhaltene Formteil bei Temperaturen zwischen 380°C bis 450°C, insbesondere bei ca. 425°C, über eine Zeitdauer von 10 min bis 120 min, insbesondere 30 min bis 60 min, in einem Stickstoff-Luft-Gemisch oder einem Edelgas-Luft-Gemisch getempert, wobei der Anteil der Luft zwischen 50 Vol% und 5 Vol%, insbesondere 10 Vol.% bis 30 Vol.%, beispielsweise 20 Vol.%, beträgt. Dabei wird das zugesetzte Presshilfsmittel teils zersetzt und teils in ein bindendes Oxid umgewandelt. Alternativ kann auch eine Mischung von einem Inertgas mit Sauerstoff, beispielsweise ein Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch oder ein Argon-Sauerstoff-Gemisch, eingesetzt werden, das eine Sauerstoffanteil zwischen 1 Vol% und 10 Vol%, insbesondere 2 Vol% bis 7 Vol%, enthält.
Die nach dem Tempern erhaltenen Formteile werden bevorzugt einer abschließenden mechanischen Oberflächenbearbeitung, beispielsweise einem Schleifen, unterzogen. Dies führt zu verbesserten mechanischen Eigenschaften und einer verbesserten Langzeitstabilität der erhaltenen Formteile. Zudem wird durch das nachträgliche Schleifen erreicht, dass die gemessene Magnetkraft an solchen Magnetkernen in der Regel um ca. 5% bis 10% steigt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass abweichend von dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel nach dem Verpressen der Ausgangsmischung zu dem Formteil zunächst ein erster Temperschritt bei einer Temperatur von 150°C bis 400°C, insbesondere bei Temperaturen zwischen 230°C und 310°C, vorgenommen wird.
Dieser erste Temperschritt kann an Luft oder einer Inertgasatmosphäre wie einer Edelgasatmosphäre oder einer Stickstoffatmosphäre erfolgen. Bevorzugt erfolgt er jedoch, analog dem Tempern im ersten Ausführungsbeispiel, in einem Gasgemisch aus einem Inertgas und Sauerstoff, wobei der Anteil des Sauerstoffes in dem Gasgemisch zwischen 10 Vol% und 1 Vol% beträgt.
Besonders bevorzugt ist die Gasatmosphäre in diesem Ausführungsbeispiel erneut eine Mischung von Luft und Stickstoff, wobei der Anteil der Luft zwischen 50 Vol% und 5 Vol%, insbesondere 10 Vol.% bis 30 Vol.%, beispielsweise 20 Vol.%, beträgt.
Nach dem ersten Temperschritt wird dann zur Nachformung des verpressten, getemperten Formteils ein weiteres Verpressen bei einem Druck zwischen 600 MPa bis 900 MPa, insbesondere 700 MPa bis 800 MPa, bei Raumtemperatur vorgenommen.
Alternativ kann diese Nachformung auch durch Heißplanformen in einem geeigneten Matrizenwerkzeug unter erhöhter Temperatur erfolgen, wie dies beispielsweise in DE 100 05 551.6 beschrieben ist.
Nach der erläuterten Nachformung erfolgt ein erneutes, zweites Tempern des erhaltenen Formteils, das analog dem ersten Ausführungsbeispiel bei Temperaturen zwischen 380°C bis 450°C, insbesondere 425°C, über eine Zeitdauer von 10 min bis 120 min, insbesondere 30 min bis 60 min, in einem Stickstoff-Luft-Gemisch oder einem Edelgas-Luft-Gemisch erfolgt, wobei der Anteil der Luft zwischen 50 Vol% und 5 Vol%, insbesondere 10 Vol.% bis 30 Vol.%, beispielsweise 20 Vol.%, beträgt.
Die nach dem Tempern erhaltenen Formteile werden bevorzugt dann analog dem ersten Ausführungsbeispiel einer abschließenden mechanischen Oberflächenbearbeitung, beispielsweise einem Schleifen, unterzogen.
Im Einzelnen weist ein Formteil aus einem weichmagnetischer Verbundwerkstoff aus dem phosphatierten Reineisenpulver Somaloy 500 mit 0,6% Massenanteilen Kenolube gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen eine statistische Biegefestigkeit von mindestens 25 N/mm2, ermittelt an Prüfstäben nach ISO 3327, und eine Oberflächenhärte HB 2,5/31,25 von mindestens 70 auf.
Weiter wird an Ringen mit einem Außendurchmesser von 40 mm, einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Höhe von 5 mm eine magnetische Polarisation J100 von mindestens 1,4 Tesla bei 100 A/cm, eine Sättigungspolarisation Js von mindestens 1,5 Tesla bei 500 Ampere/cm, eine Koerzitivfeldstärke HcB von maximal 3,0 Ampere/cm, eine Maximalpermeabilität µmax. von mindestens 450 und einem Gesamtverlust νH + νW bei 1 Tesla und 50 Hz von max. 8 W/kg gemessen. In der Regel wird sogar eine Sättigungspolarisation von mehr als 1,7 Tesla und eine Maximalpermeabilität von ca. 500 bei einem spezifischen elektrischen Widerstand von ca. 10 µΩm erreicht.
Die Dichte der erhaltenen Formteile beträgt mindestens 7,30 g/cm3, wobei durch das zusätzliche Nachformen in einem Matrizenwerkzeug bzw. das zusätzliche Heißplanformen eine Erhöhung der Dichte auf bis ca. 7,5 g/cm3 erreicht werden kann.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff mit den Verfahrensschritten a.) Bereitstellen einer Ausgangsmischung mit einem Eisenpulver und einem Presshilfsmittel, b.) Verpressen der Ausgangsmischung zu einem Formteil und c.) Tempern des Formteils, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern in einem Gemisch aus einem Inertgas und Sauerstoff erfolgt, wobei der Anteil des Sauerstoffes in dem Gasgemisch zwischen 10 Vol% und 1 Vol% beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Sauerstoffes zwischen 7 Vol% und 2 Vol% beträgt, wobei das Gasgemisch insbesondere eine Mischung von Luft und Stickstoff oder von Luft und einem Edelgas ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern bei Temperaturen zwischen 380°C bis 450°C, insbesondere 425°C, über eine Zeitdauer von 10 min bis 120 min, insbesondere 30 min bis 60 min, erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen bei Raumtemperatur bei einem Druck zwischen 600 MPa bis 900 MPa, insbesondere 700 MPa bis 800 MPa, erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsmischung eingesetzt wird, die ein phosphatiertes Reineisenpulver und ein Presshilfsmittel ausgewählt aus der Gruppe der Metallstearate, der Wachse, der Paraffine, der natürlichen oder synthetischen Fett-Derivate und der Oligomere vom Amid-Typ, insbesondere Kenolube®, enthält.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verpressten Formteile nach dem Verfahrensschritt b.) zunächst bei einer Temperatur von 150°C bis 400°C, insbesondere 230°C bis 310°C, in Luft, einer Inertgasatmosphäre oder einem Gasgemisch aus einem Inertgas und Sauerstoff, wobei der Anteil des Sauerstoffes in dem Gasgemisch zwischen 10 Vol% und 1 Vol% beträgt, getempert werden, danach nachgeformt und anschließend gemäß Verfahrensschritt c.) erneut getempert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachformung ein weiteres Verpressen bei einem Druck zwischen 600 MPa bis 900 MPa, insbesondere 700 MPa bis 800 MPa, oder ein Heißplanformen vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Tempern gemäß Verfahrensschritt c.) zumindest bereichsweise eine mechanische Bearbeitung, insbesondere ein Schleifen, der Oberfläche der Formteile erfolgt.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff mit den Verfahrensschritten a.) Bereitstellen einer Ausgangsmischung mit einem Eisenpulver und einem Presshilfsmittel, b.) Verpressen der Ausgangsmischung zu einem Formteil und c.) Tempern des Formteils, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Tempern des Formteils eine Nachformung und ein weiteres Tempern erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachformung ein weiteres Verpressen des Formteils bei einem Druck zwischen 600 MPa bis 900 MPa, insbesondere 700 MPa bis 800 MPa, bei Raumtemperatur oder ein Heißplanformen des Formteils vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Tempern bei Temperaturen zwischen 380°C und 450°C, insbesondere 425°C, über eine Zeitdauer von 10 min bis 120 min, insbesondere 30 min bis 60 min, erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern gemäß Verfahrensschritt c.) bei einer Temperatur von 150°C bis 400°C, insbesondere 230°C bis 310°C, über eine Zeitdauer von 10 min bis 120 min, insbesondere 30 min bis 60 min, erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen gemäß Verfahrensschritt b.) bei einem Druck zwischen 600 MPa bis 900 MPa, insbesondere 700 MPa bis 800 MPa, bei Raumtemperatur erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern gemäß Verfahrensschritt c.) und/oder das weitere Tempern in Luft, in einer Stickstoffatmosphäre, einer Edelgasatmosphäre oder einem Gasgemisch aus einem Inertgas und Sauerstoff erfolgt, wobei der Anteil des Sauerstoffes in dem Gasgemisch zwischen 10 Vol% und 1 Vol% beträgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern gemäß Verfahrensschritt c.) und das weitere Tempern in einem Gasgemisch aus einem Inertgas und Sauerstoff erfolgt, wobei der Anteil des Sauerstoffes in dem Gasgemisch zwischen 10 Vol% und 1 Vol% beträgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsmischung eingesetzt wird, die ein phosphatiertes Reineisenpulver und ein Presshilfsmittel ausgewählt aus der Gruppe der Metallstearate, der Wachse, der Paraffine, der natürlichen oder synthetischen Fett-Derivate und der Oligomere vom Amid-Typ, insbesondere Kenolube®, enthält.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem weiteren Tempern zumindest bereichsweise eine mechanische Bearbeitung, insbesondere ein Schleifen, der Oberfläche der Formteile erfolgt.
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