EP1318529A2 - Surface hardened soft magnetic actuator part and fabrication process - Google Patents

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EP1318529A2
EP1318529A2 EP02027301A EP02027301A EP1318529A2 EP 1318529 A2 EP1318529 A2 EP 1318529A2 EP 02027301 A EP02027301 A EP 02027301A EP 02027301 A EP02027301 A EP 02027301A EP 1318529 A2 EP1318529 A2 EP 1318529A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
concentration
depth
nitriding
soft magnetic
actuator part
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02027301A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1318529A3 (en
Inventor
Johannes Dr. Tenbrink
Wolfgang Barthon
Heinz-Joachim Dr. Spies
Heinz Dr. Zimbras
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Vacuumschmelze GmbH and Co KG filed Critical Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Publication of EP1318529A2 publication Critical patent/EP1318529A2/en
Publication of EP1318529A3 publication Critical patent/EP1318529A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/08Cores, Yokes, or armatures made from powder
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/327Manufacturing or calibrating methods, e.g. air gap treatments

Definitions

  • the invention relates to a surface-hardened soft magnetic Actuator part and a method for its production.
  • a method should therefore be sought which largely avoids the formation of a connection layer. This is achieved by keeping the N content in the surface layer below 5% by weight, if possible, and the formation of a surface connection layer being hardly detectable by practical means, ie with layer thicknesses well below 0.5 ⁇ m and a phase proportion of Fe 4 N in the depth range up to 1 ⁇ m below the surface below a practical detection limit of 10% by weight.
  • this method must also be suitable for effectively nitriding soft magnetic alloys with higher Ni or Co contents.
  • the object of the present invention is therefore to provide new surface-treated to provide soft magnetic actuator parts, which has a higher surface hardness at the same time compared to slight losses in the soft magnetic properties have the state of the art.
  • a soft magnetic actuator part made of soft magnetic alloy with a surface hardness increased by nitriding of at least 150 HV0.01 which has the following depth profile of the N concentration: Depth range up to 1 ⁇ m Peak value of the maximum N concentration of at least 0.2%, at a depth of 1 ⁇ m an N concentration of at least 0.25%, at a depth of 2 ⁇ m an N concentration of at least 0.1%, at a depth of 5 ⁇ m an N concentration of at least 0.05%.
  • the present invention works in a lower temperature range between 380 ° C and 480 ° C. It is thus achieved to reduce the penetration depth in order to keep the tension of the surface layer securely connected with the nitriding as low as possible in order to optimize the magnetic properties of the parts. At these temperatures, a nitriding process can only be achieved with exceptionally high nitriding parameters.
  • the method of oxynitriding was chosen.
  • the nitriding index K N is used to describe the nitriding conditions.
  • the thermodynamic equilibrium of the NH 3 decomposition reaction NH 3 1 ⁇ 2 N 2 + 1.5 H 2
  • nitriding index K N P (NH 3 ) / P (H 2 ) 1.5 .
  • Tab. 1 shows the nitrogen concentration in% by weight at different penetration depths t in ⁇ m.
  • N max and the depth of penetration decrease with decreasing temperature. This trend can be compensated for by an extended nitriding time or a higher nitriding index.
  • the N uptake is lowest for PERMENORM 5000V5.
  • VACOFLUX 17 absorbs the most at high temperatures. At the lower temperatures, CHRONOPERM 50 absorbs the most nitrogen.
  • Nitriding tests were also undertaken on anchors made of RECOVAC 50. In addition to the results for RECOVAC 50, it should be noted that unpolished areas that still had the TiO 2 tarnish layer from the final annealing showed no hardening effect. The TiO2 layer obviously acts as a very efficient diffusion barrier.
  • Tab. 3 shows the oxygen concentration in% by weight at different penetration depths t in ⁇ m.
  • the following Table 4 shows the oxygen concentration in% by weight at different penetration depths in ⁇ m.
  • the maximum O concentration O max , half and 10% of the maximum O concentration are given, each determined from the GDOS profile.
  • the oxygen content generally increases very quickly with the Depth of penetration. It is not a clear dependency on the nitriding parameters.
  • Tab. 5 shows the surface hardness of disc samples in the final annealed condition and after various nitriding treatments.
  • the hardness increases near the surface. An annealed one and ground surface is therefore less Test load harder than a merely annealed surface. The surface hardness increases further due to nitriding. This effect is less evident at a test load of 0.1 kg, but rather more with a lower test load of 0.01kg. This is due to the small thickness influenced by the nitriding Surface zone conditional. So the hardness values form not only reflect the surface zone, but in the larger one Test load also that of the underlying base material. When comparing the results of hardness measurements these thin surface layers are therefore always on to respect the same conditions, i.e. same test load and same measurement method.
  • Tab. 6 shows the hardness results for pole pieces. To be noted is that the large spread of readings by the occasional unstable position of the pole pieces with the hardness impression on the pole face. The pole pieces can thereby tilting slightly, which results in lower measurements Hardness values can lead.
  • Tab. 7 shows the results for anchors. For comparison with, results are shown on thin galvanic coatings (NiPd, hard gold) currently in production on parts made of PERMENORM 5000V5.
  • Tab. 9 shows the hardness values of VACOFLUX 17 on rings for different loads and nitration tests. Table 10 lists the Vickers hardness of Recovac 50 anchors for the nitriding tests at 480 ° C or 450 ° C and the non-nitrided state. It should be noted that Recovac 50 shows no surface hardening due to nitriding in the unpolished state.
  • Tab. 11 shows the comparison of hardness values after optimal nitriding with the results for conventional relay FI-coatings.
  • K N 10 m. H 2 O.
  • Tab. 12 shows the results of a corrosion test on relay parts, at which the temperature and relative humidity be changed cyclically. From this it can be seen that the parts corrode if the nitriding index is small and the temperature is greater than 500 ° C.
  • nitriding was carried out in the presence of oxygen, ie oxynitriding. Due to the requirements regarding the safety of the production plant, the oxygen potential was set by adding water vapor. When changing to the low temperatures, an air additive was then initially used, because of the fear that an insufficient oxygen potential could not be set with the addition of H 2 O due to kinetic inhibition. A reasonable hardening can be achieved, but the parts tarnish and are very susceptible to corrosion. Due to the very high O 2 partial pressure, a rich oxide layer forms on the surface.
  • nitriding is carried out at temperatures below 500 ° C and with a high nitriding index and setting the oxygen potential by adding H 2 O, the parts will survive the usual climatic test with FI parts. Only at the highest temperature in this series did some 5000V5 parts show minimal rust formation.
  • Tab. 13 shows the proportion of corroded anchors in artificial sea water at 50 ° C after 48 hours.
  • Tab. 14 shows the proportion of corroded parts in artificial seawater at 80 ° C after 5h 45min anchor hung on insulated wires and separated by shrink tubing; Pole pieces placed in smooth plastic shells, only non-nitrided pole pieces made of PERMENORM 5000V5 lay on a rough plastic surface.
  • Tables 17 to 19 therefore show the result for the coercive field strength H c . It can be seen that H c is influenced very little by the selected nitriding conditions. With CHRONOPERM 50 and VACOFLUX 17 there is no significant change, with PERMENORM 5000V5 H c increases somewhat with increasing temperature. Regarding the data of the punching rings from CHRONOPERM 50, it should be noted that the rings for the low temperatures of 380 and 410 ° C were obviously damaged and therefore have high H c values falling out of line (marked with *) in Table 17).
  • Table 18 shows the coercive field strength H c of PERMENORM 5000V5 on different sample forms.
  • H c / mA / cm nitriding Ground anchor Pole piece ground Core (static) Core (f 50Hz)
  • FF 1.111 ⁇ 1% not nitrided 41.8 52.9 38.0 1003
  • Figures 1 to 3 show an example of the result for the dc permeability measured on punch rings. This takes based on the results for all 3 alloys - with -50% for the highest temperature of 480 ° C at PERMENORM 5000V5 most clearly. If you compare this with the data for the higher nitriding temperatures above 500 ° C, the degradation here, however, is significantly less. A complete overview is given below
  • Fig. 2 shows the static permeability on punch rings of PERMENORM 5000V5 at different nitriding temperatures; Nitriding time 24h unless otherwise stated.
  • Fig. 4 shows the static permeability on relays PERMENORM 5000V5.
  • Fig. 5 shows the static permeability on relays CHRONOPERM 50.
  • Fig. 6 shows the static permeability on relays CHRONOPERM 50 with changed nitriding conditions compared to FIG. 5.
  • Tab. 20 shows maximum static permeability on punch rings and on relays for various nitriding conditions.
  • Fig. 7 shows the air gap of a relay made of PERMENORM 5000V5 (rough), determined from static permeability measurement.
  • Fig. 9 shows the static air gap of a relay CHRONOPERM 50 (smooth)
  • Tab. 21 shows the 50 Hz maximum permeability on punch rings and on relays for different nitriding conditions.
  • Fig. 11 shows the dynamic permeability of PERMENORM 5000V5 on punched rings with constant field.
  • Fig. 12 shows the dynamic permeability of CHRONOPERM 50 on punched rings without constant field
  • Tables 22 and 23 summarize the induction voltages at the relay, as they are also measured in production, and the quantities derived from them for the various nitriding tests in the temperature range from 380 ° C to 480 ° C. The results in the non-nitrided state serve as comparative values.
  • Table 24 lists the induction voltages as measured for a relay. All pole pieces are made of PERMENORM 5000V5, the anchors are made of different Alloys after different treatments.
  • the Ti-containing RECOVAC 50 was tested in a puncture test investigated by RECOVAC 50 anchors. was measured each with current pole pieces made of PERMENORM 5000V5 and for comparison also with anchors made of V5. Tab. 24 shows the result. Because of the associated with the NiPd coating Air gap, the impedance level drops significantly. Uncoated RECOVAC 50, however, is better. With RECOVAC 50 the deterioration in impedance due to nitriding is more evident - The increase in hardness was also so strong as by far with no other alloy (see above). The level reached corresponds to the level as it was before installation the new pouring system was common. It should be noted the statement already made above that at RECOVAC 50 a hardening only occurs on ground surfaces.
  • Tab. 24 shows the result of the impedance measurements on various parts. Measurements were taken with new pole pieces from one lot (manufactured using a new casting machine).
  • U Z02 (mV) is given in the table. 5000V5, nitrided V5 not nitrided - NiPd RECOVAC 50 not nitrided R50 + 18h / 450 ° C R50 + 8h / 480 ° C 39.4 ⁇ 3.9 25.8 ⁇ 3.9 29.3 ⁇ 3.3 21.8 ⁇ 4.9 22.3 ⁇ 4.2
  • FIGS. 14 to 17 now show the course by way of example the 50 Hz - ⁇ (H) curve measured on relays.
  • PERMENORM 5000V5 Fig. 15
  • CHRONOPERM 50 Fig. 17
  • Air gaps no significant differences from the condition without surface hardening, as in the example of PERMENORM 5000V5 (Fig. 18) and CHRONOPERM 50 (Fig. 19).
  • Fig. 18 shows an air gap of a PERMENORM relay 5000V5 in the "smooth" state without direct current superimposition determined using the shear formula from the on punched rings certain 50Hz permeability and that determined on relays ⁇ (H) curve.
  • Fig. 19 shows an air gap of a CHRONOPERM relay 50 determined in the "rough” state without direct current superimposition using the shear formula from the one determined on punched rings 50Hz permeability and that determined on relays ⁇ (H) curve.
  • VACOFLUX 17 results of VACOFLUX 17 at higher nitriding temperatures of 510 to 570 ° C have already been reported. A strong hardening effect could only be determined at 570 ° C, but with considerable losses in terms of magnetics.
  • Table 25 shows the composition of the alloys examined (% by weight). Ni Cr Mn Si rest PERMENORM 5000V5 47.5 ⁇ 0.1 0.5 0.2 Fe CHRONOPERM 50 47.5 2.0 0.45 0.15 Fe
  • Figure 21a shows GDOS depth profile for PERMENORM 5000V5 and Figure 21b: GDOS depth profile for CHRONOPERM 50.
  • the surface layer is by means of sputtered from an ion beam. From time to time the Sputtering process interrupted and the eye spectrum spatially resolved of the surface. That way information about the lateral distribution of the essential elements contained in the alloy in various Distances from the surface.

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Abstract

Soft magnetic actuator part has a surface hardness of at least 150 HV 0.01 increased by nitriding. The N concentration has the following deep profile: a top value of maximum N concentration of at least 0.2 wt.% in the depth region of up to 1 mu m, an N-concentration of at least 0.25 wt.% in the depth region of 1 mu m, an N-concentration of at least 0.1 wt.% in the depth region of 2 mu m and an N-concentration of at least 0.05 wt.% in the depth region of 5 mu m. <??>An Independent claim is also included for a process for the surface treatment of an electromagnetic actuator part comprising nitriding at 380-480 degrees C at a nitriding number KN of approximately 10, preferably in an oxygen atmosphere (oxynitriding) at an oxidation number KO of approximately 0.20.

Description

Die Erfindung betrifft eine oberflächengehärtetes weichmagnetisches Aktuatorteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a surface-hardened soft magnetic Actuator part and a method for its production.

Beim Einsatz von Relaisteilen, FI-Schaltern, elektromagnetischen Einspritzventilen, elektromagnetischen Ventilverstellungen im Kraftfahrzeug, Textilmaschinen und anderen Aktuatoren werden neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit und einer hohen Härte gleichzeitig sehr gute weichmagnetische Eigenschaften der einzelnen weichmagnetischen Aktuatorteile gefordert.When using relay parts, RCD switches, electromagnetic Injectors, electromagnetic valve adjusters in motor vehicles, textile machines and others In addition to high corrosion resistance, actuators and a high hardness at the same time very good soft magnetic Properties of the individual soft magnetic actuator parts required.

Um diesen Anforderungen nachzukommen, ist es seit langem bekannt, die verwendeten Aktuatorteile an deren Oberflächen mit einer Behandlung zu versehen, insbesondere diese zu Nitrieren. Die bekannten Nitrierverfahren haben jedoch den Nachteil, dass die Oberflächen festkörperchemisch stark verändert werden, d.h. in der Regel Nitridausscheidungen in der Oberflächenschicht aufweisen. Diese festkörperchemische Änderung zieht festkörperphysikalische Veränderungen mit sich, die zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften an den Oberflächen der behandelten Teile und damit zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Teile insgesamt führen.It has been around for a long time to meet these requirements known, the actuator parts used on their surfaces to be provided with a treatment, in particular this Nitriding. However, the known nitriding processes Disadvantage that the surfaces are chemically strong be changed, i.e. usually nitride deposits in have the surface layer. This solid-state chemical Change takes into account changes in solid state physics themselves, leading to a deterioration in soft magnetic Properties on the surfaces of the treated parts and thus deterioration of the soft magnetic parts overall lead.

Aus der Literatur bekannt ist das Plasmanitrieren von Relaisteilen, mit dem Ziel der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Verminderung der Abrasion der Funktionsflächen]. Dies wird nach T. Satoshi, Electromagnetic Relay and its Manufacture, Jap. Patentanmeldung 10-92286, Offenlegung 10.04.98, angemeldet 13.09.96 von der Firma Nippon Koshuha Gijutsu KK dadurch erreicht, dass durch Plasmanitrieren bei 480 bis 590°C eine Verbindungsschicht aus Eisennitrid Fe4N auf der Oberfläche erzeugt wird, also entsprechend einem Phasenanteil an Fe4N von 100% in der Randschicht. Die Anwesenheit eines Plasmas mit Stickstoffionen und die relativ hohen Behandlungstemperaturen sorgen für das Entstehen dieser Verbindungsschicht. In dieser Anmeldung wird dargelegt, dass selbst bei einer Schichtdicke von 1,5 µm weder Oberflächenhärte noch Korrosionsbeständigkeit ausreichend sind, so dass letztlich Schichtdicken an Eisennitrid von 2 bis 20 µm vorgeschlagen werden.The plasma nitriding of relay parts is known from the literature, with the aim of improving the corrosion resistance and reducing the abrasion of the functional surfaces]. This is done according to T. Satoshi, Electromagnetic Relay and its Manufacture, Jap. Patent application 10-92286, published April 10, 1998, filed September 13, 1996 by the company Nippon Koshuha Gijutsu KK by plasma nitriding at 480 to 590 ° C creating a connection layer of iron nitride Fe 4 N on the surface, corresponding to a phase proportion of Fe 4 N of 100% in the surface layer. The presence of a plasma with nitrogen ions and the relatively high treatment temperatures ensure the formation of this connection layer. This application states that even with a layer thickness of 1.5 μm, neither surface hardness nor corrosion resistance are sufficient, so that layer thicknesses of iron nitride of 2 to 20 μm are ultimately proposed.

Nun sind aber derart große Schichtdicken für besonders empfindliche Relais, wie z.B. Fehlerstromschutzschalterrelais, oder andere elektromagnetische Aktuatoren mit hoher effektiver Permeabilität des aus verschiedenen Teilen aufgebauten Magnetkreises nicht akzeptabel. Einerseits führen diese Schichten magnetisch gesehen zur Vergrößerung des Luftspaltes und vermindern damit die effektive Permeabilität des Magnetkreises erheblich. Außerdem ist bekannt, dass Verspannungen, welche unweigerlich beim Wachsen einer derartigen Verbindungsschicht entstehen und auch später im Betrieb aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung im Vergleich zum Grundmaterial unvermeidbar sind, zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften führen, welche sich z.B. in einer deutlichen Erhöhung der Koerzitivfeldstärke bemerkbar machen. Für empfindliche Relais und andere Anwendungen mit großer Permeabilität des Magnetkreises sollte deshalb ein Verfahren gesucht werden, welches das Entstehen einer Verbindungsschicht möglichst weitgehend vermeidet. Dies wird dadurch erreicht, daß der N-Gehalt in der oberflächlichen Randschicht möglichst unter 5 Gew.-% gehalten wird und die Entstehung einer oberflächlichen Verbindungsschicht mit praktikablen Mitteln kaum nachweisbar ist, d.h. mit Schichtdicken weit unter 0,5 µm und einem Phasenanteil an Fe4N im Tiefenbereich bis 1 µm unter der Oberfläche unterhalb einer praktischen Nachweisgrenze von 10 Gew.-%. Außerdem muß dieses Verfahren auch geeignet sein, weichmagnetische Legierungen mit höheren Ni- oder Co-Gehalten effektiv aufzunitrieren.However, such large layer thicknesses are not acceptable for particularly sensitive relays, such as residual current circuit breaker relays, or other electromagnetic actuators with a high effective permeability of the magnetic circuit composed of different parts. On the one hand, these layers, magnetically speaking, lead to an enlargement of the air gap and thus considerably reduce the effective permeability of the magnetic circuit. In addition, it is known that tensions which inevitably arise when such a connection layer grows and which are also unavoidable later in operation due to different thermal expansion in comparison with the base material, lead to a deterioration in the magnetic properties, which are manifested, for example, in a significant increase in the coercive field strength. For sensitive relays and other applications with high permeability of the magnetic circuit, a method should therefore be sought which largely avoids the formation of a connection layer. This is achieved by keeping the N content in the surface layer below 5% by weight, if possible, and the formation of a surface connection layer being hardly detectable by practical means, ie with layer thicknesses well below 0.5 µm and a phase proportion of Fe 4 N in the depth range up to 1 µm below the surface below a practical detection limit of 10% by weight. In addition, this method must also be suitable for effectively nitriding soft magnetic alloys with higher Ni or Co contents.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, neue oberflächenbehandelte weichmagnetische Aktuatorteile bereitzustellen, die eine höhere Oberflächenhärte bei gleichzeitig geringen Einbußen der weichmagnetischen Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik aufweisen.The object of the present invention is therefore to provide new surface-treated to provide soft magnetic actuator parts, which has a higher surface hardness at the same time compared to slight losses in the soft magnetic properties have the state of the art.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Aktuatorteil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by an actuator part solved according to claim 1. Refinements and training of the inventive concept are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Weichmagnetisches Aktuatorteil aus weichmagnetischer Legierung mit durch Nitrieren gesteigerter Oberflächenhärte von mindestens 150 HV0,01 vorgesehen, der folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration aufweist: Tiefenbereich bis 1 µm Spitzenwert der maximalen N-Konzentration von mindestens 0,2%, bei einer Tiefe von 1 µm eine N-Konzentration von mindestens 0,25%, bei einer Tiefe von 2 µm eine N-Konzentration von mindestens 0,1%, bei einer Tiefe von 5 µm eine N-Konzentration von mindestens 0,05%,. According to the invention, a soft magnetic actuator part made of soft magnetic alloy with a surface hardness increased by nitriding of at least 150 HV0.01 is provided, which has the following depth profile of the N concentration: Depth range up to 1 µm Peak value of the maximum N concentration of at least 0.2%, at a depth of 1 µm an N concentration of at least 0.25%, at a depth of 2 µm an N concentration of at least 0.1%, at a depth of 5 µm an N concentration of at least 0.05%.

Bei der Erfindung wird erreicht, dass eine Degradation, die die festkörperchemischen und damit die festkörperphysikalischen Eigenschaften der Oberfläche verändert, durch den Nitriervorgang weitestgehend minimiert wird.In the invention, a degradation is achieved the solid-state chemical and thus the solid-state physical Surface properties changed by the Nitriding process is minimized as far as possible.

Üblicherweise steigt bei Temperaturen von 510°C bzw. 570°C und Nitrierkennzahlen KN≤1 die Korrosionsanfälligkeit der Legierungen durch das Nitrieren erheblich an und die üblichen Klimatests werden von den nitrierten Aktuatorteilen nicht mehr bestanden. Um dies zu verhindern, wird nach der vorliegenden Erfindung in einem niedrigeren Temperaturbereich zwischen 380°C und 480°C gearbeitet. Es wird damit erreicht, die Eindringtiefe zu verkleinern, um die mit dem Nitrieren sicher verbundene Verspannung der Randschicht so gering wie möglich zu halten zur Optimierung der magnetischen Eigenschaften der Teile. Bei diesen Temperaturen ist ein Nitriervorgang nur mit außergewöhnlich hohen Nitrierkennzahlen zu erreichen.Usually at temperatures of 510 ° C or 570 ° C and nitriding indices K N ≤1, the susceptibility to corrosion of the alloys due to nitriding increases considerably and the usual climatic tests are no longer passed by the nitrided actuator parts. To prevent this, the present invention works in a lower temperature range between 380 ° C and 480 ° C. It is thus achieved to reduce the penetration depth in order to keep the tension of the surface layer securely connected with the nitriding as low as possible in order to optimize the magnetic properties of the parts. At these temperatures, a nitriding process can only be achieved with exceptionally high nitriding parameters.

In allen Fällen wurde die Methode des Oxinitrierens gewählt. Zur Beschreibung der Nitrierbedingungen wird die Nitrierkennzahl KN herangezogen. Das thermodynamische Gleichgewicht der NH3-Zersetzungsreaktion NH3  ½ N2 + 1,5 H2 In all cases the method of oxynitriding was chosen. The nitriding index K N is used to describe the nitriding conditions. The thermodynamic equilibrium of the NH 3 decomposition reaction NH 3 ½ N 2 + 1.5 H 2

wird bei den üblichen Nitrierbedingungen bei weitem nicht erreicht. Für den Nitriervorgang entscheidend ist die Präsenz atomaren Stickstoffs aus der NH3-Zersetzungsreaktion. Es ist deshalb zweckmäßig und üblich, den Prozess über die Nitrierkennzahl KN = P(NH3) / P(H2)1,5, also das Verhältnis von unzersetztem zu zersetztem NH3 zu beschreiben. Typischerweise wird mit einer Nitrierkennzahl von ca. 10 die Behandlung vorgenommen. Ebenso wird die Sauerstoffaktivität über die Oxidationskennzahl KO beschrieben: KO = P(H2O) / P(H2). is far from being achieved under the usual nitriding conditions. The presence of atomic nitrogen from the NH 3 decomposition reaction is decisive for the nitriding process. It is therefore expedient and customary for the process to use the nitriding index K N = P (NH 3 ) / P (H 2 ) 1.5 . to describe the ratio of undecomposed to decomposed NH 3 . The treatment is typically carried out with a nitriding index of approximately 10. The oxygen activity is also described via the oxidation number K O : K O = P (H 2 O) / P (H 2 ).

Für das Resultat ist es, da man bei den niedrigen Temperaturen weit ab vom thermodynamischen Gleichgewicht agiert, ein Unterschied, ob KO durch Luftzusatz oder das Befeuchten oder Einspritzen von Wasser eingestellt wird. Typischerweise wird die Nitrierung bei einer Oxidationskennzahl von ca. 0,2 vorgenommen. Gemessen wird mittels ZrO2-Sonde, welche typischerweise bei höherer Temperatur, in diesem Fall bei 825°C, betrieben wird. Dort stellt sich das thermodynamische Gleichgewicht ein - also kein Unterschied zwischen Luft- oder H2O-Zusatz. In der kälteren Nitrieratmosphäre herrscht aber kein Gleichgewicht. Man hat dann bei KO-Einstellung über Luft ein viel höheres Sauerstoffpotential - die Proben laufen an. Mit H2O-Zusatz ist das tatsächliche Sauerstoffpotential viel niedriger - die Proben bleiben blank.For the result, since the low temperatures act far from the thermodynamic equilibrium, it makes a difference whether K O is set by adding air or by moistening or injecting water. The nitriding is typically carried out at an oxidation number of approximately 0.2. The measurement is carried out using a ZrO 2 probe, which is typically operated at a higher temperature, in this case at 825 ° C. The thermodynamic equilibrium is established there - that is, no difference between the addition of air or H 2 O. However, there is no balance in the colder nitriding atmosphere. You then have a much higher oxygen potential when K O is set via air - the samples start up. With H 2 O addition, the actual oxygen potential is much lower - the samples remain blank.

Die Untersuchungen wurden an insgesamt 4 verschiedenen weichmagnetischen Legierungen durchgeführt, deren nominelle Zusammensetzung (in Gew.-%) die folgende Tabelle wiedergibt. Legierung Ni Co Cr Mo Mn Si Ti Fe PERMENORM 5000V5 47,5 < 0,3 < 0,1 < 0,2 0,5 0,2 < 0,01 Rest CHRONOPERM 50 47,5 < 0,3 2,0 < 0,1 0,45 0,15 < 0,01 Rest RECOVAC 50 48,0 < 0,3 < 0,1 < 0,2 0,5 0,2 1,7 Rest VACOFLUX 17 < 0,1 17,0 2,0 0,8 < 0,1 < 0,1 < 0,01 Rest Mittels der optischen Glimmentladungsspektroskopie GDOS wurde die Zusammensetzung der Legierungen im oberflächennahen Bereich analysiert. Die Tabellen 1 bis 4 enthalten ausgewählte N- bzw. O-Konzentrationen, die den Diagrammen entnommen wurden. The investigations were carried out on a total of 4 different soft magnetic alloys, the nominal composition (in% by weight) of which is shown in the following table. alloy Ni Co Cr Mo Mn Si Ti Fe PERMENORM 5000V5 47.5 <0.3 <0.1 <0.2 0.5 0.2 <0.01 rest CHRONOPERM 50 47.5 <0.3 2.0 <0.1 0.45 0.15 <0.01 rest RECOVAC 50 48.0 <0.3 <0.1 <0.2 0.5 0.2 1.7 rest VACOFLUX 17 <0.1 17.0 2.0 0.8 <0.1 <0.1 <0.01 rest The composition of the alloys near the surface was analyzed by means of the optical glow discharge spectroscopy GDOS. Tables 1 to 4 contain selected N and O concentrations, which were taken from the diagrams.

Tab. 1 zeigt die Stickstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen t in µm. Nitriervariante N (Gew.-%) t=1µm t=2µm t=5µm CHRONOPERM 50 8h/570°C/KN=1,0/+ H2O 0,87 0,61 0,50 8h/570°C/KN=0,5/+ H2O 0,65 0,51 0,42 8h/570°C/KN=0,25/+ H2O 1,00 0,72 0,49 8h/570°C/KN=0,18/+ H2O 0,46 0,38 0,26 8h/510°C/KN=0,5/+ H2O 0,94 0,39 0,12 24h/380°C/+ Luft 1,56 1,08 0,21 24h/410°C/+ Luft 0,93 0,72 0,18 24h/380°C/+ H2O 0,41 0,12 0,06 24h/440°C/+ H2O 1,24 0,90 0,53 12h/460°C/+ H2O 1,05 0,80 0,40 8h/480°C/+ H2O 1,68 1,30 0,78 18h/450°C/+ H2O 1,23 0,86 0,45 PERMENORM 5000V5 8h/570°C/KN=1,0/+ H2O 0,26 0,20 0,21 8h/570°C/KN=0,5/+ H2O 0,23 0,18 0,17 8h/570°C/KN=0,25/+ H2O 0,13 0,11 0,10 8h/570°C/KN=0,18/+ H2O 0,16 0,13 0,11 8h/510°C/KN=0,5/+ H2O 0,16 0,13 0,09 24h/380°C/+Luft 1,32 0,90 0,18 24h/410°C/+ Luft 0,69 0,60 0,21 24h/380°C/+ H2O 0,24 0,12 0,06 24h/440°C/+ H2O 0,68 0,50 0,31 12h/460°C/+ H2O 0,87 0,62 0,37 8h/480°C/+ H2O 1,12 0,81 0,56 18h/450°C/+ H2O 0,77 0,60 0,37 VACOFLUX 17 8h/570°C/KN=1,0/+ H2O 1,32 0,88 0,72 8h/570°C/KN=0,5/+ H2O 0,74 0,62 0,57 8h/570°C/KN=0,25/+ H2O 0,66 0,54 0,49 8h/570°C/KN=0,18/+ H2O 0,68 0,58 0,52 8h/510°C/KN=0,5/+ H2O 0,10 0,08 0,06 24h/380°C/+ Luft 0,36 0,18 0,12 24h/410°C/+ Luft 0,90 0,66 0,30 24h/380°C/+ H2O 0,12 0,10 0,09 24h/440°C/+ H2O 1,18 0,87 0,62 12h/460°C/+ H2O 0,93 0,74 0,67 8h/480°C/+ H2O 8,76 6,56 5,02 18h/450°C/+ H2O 1,53 1,20 1,03 Tab. 1 shows the nitrogen concentration in% by weight at different penetration depths t in µm. Nitriervariante N (% by weight) t = 1 micron t = 2 .mu.m t = 5 .mu.m CHRONOPERM 50 8h / 570 ° C / K N = 1.0 / + H 2 O 0.87 0.61 0.50 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.65 0.51 0.42 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / + H 2 O 1.00 0.72 0.49 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / + H 2 O 0.46 0.38 0.26 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.94 0.39 0.12 24h / 380 ° C / + air 1.56 1.08 0.21 24h / 410 ° C / + air 0.93 0.72 0.18 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.41 0.12 0.06 24h / 440 ° C / + H 2 O 1.24 0.90 0.53 12h / 460 ° C / + H 2 O 1.05 0.80 0.40 8h / 480 ° C / + H 2 O 1.68 1.30 0.78 18h / 450 ° C / + H 2 O 1.23 0.86 0.45 PERMENORM 5000V5 8h / 570 ° C / K N = 1.0 / + H 2 O 0.26 0.20 0.21 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.23 0.18 0.17 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / + H 2 O 0.13 0.11 0.10 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / + H 2 O 0.16 0.13 0.11 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.16 0.13 0.09 24 h / 380 ° C / air + 1.32 0.90 0.18 24h / 410 ° C / + air 0.69 0.60 0.21 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.24 0.12 0.06 24h / 440 ° C / + H 2 O 0.68 0.50 0.31 12h / 460 ° C / + H 2 O 0.87 0.62 0.37 8h / 480 ° C / + H 2 O 1.12 0.81 0.56 18h / 450 ° C / + H 2 O 0.77 0.60 0.37 VACOFLUX 17 8h / 570 ° C / K N = 1.0 / + H 2 O 1.32 0.88 0.72 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.74 0.62 0.57 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / + H 2 O 0.66 0.54 0.49 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / + H 2 O 0.68 0.58 0.52 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.10 0.08 0.06 24h / 380 ° C / + air 0.36 0.18 0.12 24h / 410 ° C / + air 0.90 0.66 0.30 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.12 0.10 0.09 24h / 440 ° C / + H 2 O 1.18 0.87 0.62 12h / 460 ° C / + H 2 O 0.93 0.74 0.67 8h / 480 ° C / + H 2 O 8.76 6.56 5.02 18h / 450 ° C / + H 2 O 1.53 1.20 1.03

Die nachfolgende Tab. 2 zeigt die Stickstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen in µm. Angegeben ist die maximale N-Konzentration Nmax, die Hälfte und 10% der maximalen N-Konzentration, jeweils bestimmt aus dem GDOS-Profil. Dazu jeweils die Tiefenangabe in µm. Legierung Nmax(%) Nmax/2 (%) Nmax/10 CHRONOPERM 50 24h/380°C/+ Luft 1,67 bei 0,62µm 0,84 bei 2,5µm Bei 5,38µm 24h/410°C/+ Luftft 0,99 bei 0,67µm 0,50 bei 2,87µm Bei ≈20µm 24h/380°C/+ H2O 0,53 bei 0,54µm 0,27 bei 1,36µm >≈10µm 24h/440°C/+ H2O 1,30 bei 0,51µm 0,65 bei 3,85µm Bei 8,46µm 12h/460°C/+ H2O 1,18 bei 0,62µm 0,59 bei 3,44µm Bei 9,23µm 8h/480°C/+ H2O 1,74 bei 0,64µm 0,87 bei 4,49µm Bei 12,5µm 18h/450°C/+ H2O 1,60 bei 0,51 µm 0,80 bei 2,28µm Bei 8,0µm PERMENORM 5000V5 24h/380°C/+ Luft 1,53 bei 0,67µm 0,76 bei 2,46µm Bei 5,44µm 24h/410°C/+Luft 0,72 bei 0,62µm 0,36 bei 3,59µm Bei ≈13µm 24h/380°C/+ H2O 0,28 bei 0,64µm 0,14 bei 1,69µm Bei »10µm 24h/440°C/+ H2O 0,87 bei 0,26µm 0,44 bei 2,92µm Bei 10,56µm 12h/460°C/+ H2O 0,93 bei 0,77µm 0,47 bei 3,54µm Bei 11,49µm 8h/480°C/+ H2O 1,30 bei 0,45µm 0,65 bei 3,33µm Bei 13,33µm 18h/450°C/+ H2O 0,85 bei 0,66µm 0,43 bei 4,16µm Bei 12,74µm VACOFLUX 17 24h/380°C/+ Luft 1,08 bei 0,26µm 0,54 bei 0,77µm Bei ≈20µm 24h/410°C/+ Luft 1,68 bei 0µm 0,84 bei 1,59µm Bei >20µm 24h/380°C/+ H2O 0,15 bei 0,41µm 0,08 bei >>10µm Bei >>>10µm 24h/440°C/+ H2O 1,39 bei 0,51µm 0,70 bei 3,85µm Bei ≈48µm 12h/460°C/+ H2O 1,05 bei 0,62µm 0,50 bei ≈14µm Bei >>20µm 8h/480°C/+ H2O 8,76 bei 1,00µm 4,38 bei ≈8µm Bei >>80µm 18h/450°C/+ H2O 1,77 bei 0,38µm 0,89 bei 12,72µm Bei >>30µm The following Table 2 shows the nitrogen concentration in% by weight at different penetration depths in µm. The maximum N concentration N max , half and 10% of the maximum N concentration are given, each determined from the GDOS profile. In addition, the depth in µm. alloy N max (%) N max / 2 (%) N max / 10 CHRONOPERM 50 24h / 380 ° C / + air 1.67 at 0.62µm 0.84 at 2.5µm At 5.38 µm 24h / 410 ° C / + air 0.99 at 0.67µm 0.50 at 2.87 µm At ≈20µm 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.53 at 0.54µm 0.27 at 1.36 µm > ≈10μm 24h / 440 ° C / + H 2 O 1.30 at 0.51 µm 0.65 at 3.85 µm At 8.46 µm 12h / 460 ° C / + H 2 O 1.18 at 0.62µm 0.59 at 3.44 µm At 9.23 µm 8h / 480 ° C / + H 2 O 1.74 at 0.64µm 0.87 at 4.49 µm At 12.5 µm 18h / 450 ° C / + H 2 O 1.60 at 0.51 µm 0.80 at 2.28µm At 8.0 µm PERMENORM 5000V5 24h / 380 ° C / + air 1.53 at 0.67µm 0.76 at 2.46 µm At 5.44 µm 24 h / 410 ° C / air + 0.72 at 0.62µm 0.36 at 3.59µm At ≈13µm 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.28 at 0.64 µm 0.14 at 1.69 µm At »10µm 24h / 440 ° C / + H 2 O 0.87 at 0.26µm 0.44 at 2.92 µm At 10.56 µm 12h / 460 ° C / + H 2 O 0.93 at 0.77µm 0.47 at 3.54 µm At 11.49 µm 8h / 480 ° C / + H 2 O 1.30 at 0.45µm 0.65 at 3.33 µm At 13.33µm 18h / 450 ° C / + H 2 O 0.85 at 0.66µm 0.43 at 4.16µm At 12.74 µm VACOFLUX 17 24h / 380 ° C / + air 1.08 at 0.26µm 0.54 at 0.77µm At ≈20µm 24h / 410 ° C / + air 1.68 at 0µm 0.84 at 1.59 µm At> 20µm 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.15 at 0.41 µm 0.08 at >> 10µm At >>> 10µm 24h / 440 ° C / + H 2 O 1.39 at 0.51 µm 0.70 at 3.85 µm At ≈48µm 12h / 460 ° C / + H 2 O 1.05 at 0.62µm 0.50 at ≈14µm At >> 20µm 8h / 480 ° C / + H 2 O 8.76 at 1.00µm 4.38 at ≈8µm At >> 80µm 18h / 450 ° C / + H 2 O 1.77 at 0.38µm 0.89 at 12.72 µm At >> 30µm

Für alle 3 Legierungen gilt, dass die maximale Konzentration Nmax, als auch die Eindringtiefe mit abnehmender Temperatur abnimmt. Dieser Trend kann durch eine verlängerte Nitrierdauer oder eine höhere Nitrierkennzahl kompensiert werden. Die N-Aufnahme ist für PERMENORM 5000V5 am geringsten. VACOFLUX 17 nimmt bei hohen Temperaturen am meisten auf. Bei den niedrigeren Temperaturen nimmt CHRONOPERM 50 am meisten Stickstoff auf.It applies to all 3 alloys that the maximum concentration N max and the depth of penetration decrease with decreasing temperature. This trend can be compensated for by an extended nitriding time or a higher nitriding index. The N uptake is lowest for PERMENORM 5000V5. VACOFLUX 17 absorbs the most at high temperatures. At the lower temperatures, CHRONOPERM 50 absorbs the most nitrogen.

Nitrierversuche wurden ebenfalls unternommen an Ankern aus RECOVAC 50. Anzumerken ist zu den Ergebnissen für RECOVAC 50 noch die Tatsache, dass ungeschliffene Stellen, welche noch die TiO2-Anlaufschicht aus der Schlussglühung aufwiesen, keinen Härtungseffekt zeigten. Die TiO2-Schicht wirkt offensichtlich als sehr effiziente Diffusionsbarriere.Nitriding tests were also undertaken on anchors made of RECOVAC 50. In addition to the results for RECOVAC 50, it should be noted that unpolished areas that still had the TiO 2 tarnish layer from the final annealing showed no hardening effect. The TiO2 layer obviously acts as a very efficient diffusion barrier.

Tab. 3 zeigt die Sauerstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen t in µm. Nitriervariante 0 (Gew.-%) t=1µm t=2µm t=5µm CHRONOPERM 50 8h/570°C/KN=1,0/+ H2O 0,71 0,31 ≤ 0,08 8h/570°C/KN=0,5/+ H2O 0,70 0,19 0 8h/570°C/KN=0,25/+ H2O 1,89 0,63 0,31 8h/570°C/KN=0,18/+ H2O 0,71 0,20 < 0,08 8h/510°C/KN=0,5/+ H2O 0,70 0,24 0 24h/380°C/+ Luft 0,54 0,21 ≤ 0,06 24h/410°C/+ Luft 0,78 0,30 0,18 24h/380°C/+ H2O 0,62 0,25 0,12 24h/440°C/+ H2O 0,46 0,19 0,06 12h/460°C/+ H2O 0,62 0,19 <0,06 8h/480°C/+ H2O 0,78 0,19 <0,06 18h/450°C/+ H2O 0,71 0,21 0 PERMENORM 5000V5 8h/570°C/KN=1,0/+ H2O 0,55 0,20 0 8h/570°C/KN=0,5/+ H2O 0,62 0,16 0 8h/570°C/KN=0,251+ H2O 0,78 0,27 0,08 8h/570°C/KN=0,18/+ H2O 0,79 0,28 0,08 8h/510°C/KN=0,5/+ H2O 0,47 0,16 0 24h/380°C/+Luft 0,75 0,30 ≤ 0,12 24h/410°C/+ Luft 0,63 0,30 0,12 24h/380°C/+ H2O 0,74 0,25 0,12 24h/440°C/+H2O 0,50 0,25 <0,06 12h/460°C/+ H2O 0,77 0,28 0,06 8h/480°C/+ H2O 0,75 0,31 <0,06 18h/450°C/+ H2O 0,61 0,21 0 VACOFLUX 17 8h/570°C/KN=1,0/+ H2O 0,82 0,35 0,12 8h/570°C/KN=0,5/+ H2O 0,39 0,08 0 8h/570°C/KN=0,25/+ H2O 0,87 0,28 ≈ 0,08 8h/570°C/KN=0,18/+ H2O 0,71 0,31 ≈ 0,08 8h/510°C/KN=0,5/+ H2O 0,60 0,16 ≤ 0,08 24h/380°C/+ Luft 0,66 0,24 ≤ 0,18 24h/410°C/+ Luft 0,54 0,30 0,18 24h/380°C/+ H2O 0,50 0,25 0,15 24h/440°C/+ H2O 0,62 0,25 0,12 12h/460°C/+ H2O 0,62 0,22 0,15 8h/480°C/+ H2O 1,86 0,93 0,25 18h/450°C/+ H2O 1,10 0,31 0,18 Tab. 3 shows the oxygen concentration in% by weight at different penetration depths t in µm. Nitriervariante 0 (% by weight) t = 1 micron t = 2 .mu.m t = 5 .mu.m CHRONOPERM 50 8h / 570 ° C / K N = 1.0 / + H 2 O 0.71 0.31 ≤ 0.08 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.70 0.19 0 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / + H 2 O 1.89 0.63 0.31 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / + H 2 O 0.71 0.20 <0.08 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.70 0.24 0 24h / 380 ° C / + air 0.54 0.21 ≤ 0.06 24h / 410 ° C / + air 0.78 0.30 0.18 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.62 0.25 0.12 24h / 440 ° C / + H 2 O 0.46 0.19 0.06 12h / 460 ° C / + H 2 O 0.62 0.19 <0.06 8h / 480 ° C / + H 2 O 0.78 0.19 <0.06 18h / 450 ° C / + H 2 O 0.71 0.21 0 PERMENORM 5000V5 8h / 570 ° C / K N = 1.0 / + H 2 O 0.55 0.20 0 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.62 0.16 0 8h / 570 ° C / K N = 0.251 + H 2 O 0.78 0.27 0.08 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / + H 2 O 0.79 0.28 0.08 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.47 0.16 0 24 h / 380 ° C / air + 0.75 0.30 ≤ 0.12 24h / 410 ° C / + air 0.63 0.30 0.12 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.74 0.25 0.12 24h / 440 ° C / + H 2 O 0.50 0.25 <0.06 12h / 460 ° C / + H 2 O 0.77 0.28 0.06 8h / 480 ° C / + H 2 O 0.75 0.31 <0.06 18h / 450 ° C / + H 2 O 0.61 0.21 0 VACOFLUX 17 8h / 570 ° C / K N = 1.0 / + H 2 O 0.82 0.35 0.12 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.39 0.08 0 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / + H 2 O 0.87 0.28 ≈ 0.08 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / + H 2 O 0.71 0.31 ≈ 0.08 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / + H 2 O 0.60 0.16 ≤ 0.08 24h / 380 ° C / + air 0.66 0.24 ≤ 0.18 24h / 410 ° C / + air 0.54 0.30 0.18 24h / 380 ° C / + H 2 O 0.50 0.25 0.15 24h / 440 ° C / + H 2 O 0.62 0.25 0.12 12h / 460 ° C / + H 2 O 0.62 0.22 0.15 8h / 480 ° C / + H 2 O 1.86 0.93 0.25 18h / 450 ° C / + H 2 O 1.10 0.31 0.18

Die nachfolgende Tab. 4 zeigt die Sauerstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen in µm. Angegeben ist die maximale O-Konzentration Omax, die Hälfte und 10% der maximalen O-Konzentration, jeweils bestimmt aus dem GDOS-Profil. Dazu jeweils die Tiefenangabe in µm. Omax(%) Omax/2 (%) Omax/10 CHRONOPERM 50 24h/380°C/+ Luft 3,0 bei 0µm 1,5 bei 0,10µm 0,3 bei 1,95µm 24h/410°C/+ Luft 2,5 bei 0µm 1,25 bei 0,15µm 0,25 bei 2,67µm 24h/380°C/+ H2O 4,0 bei 0µm 2,0 bei 0,05µm 0,4 bei 1,44µm 24h/440°C/+ H2O 1,5 bei 0µm 0,75 bei 0,72µm 0,15 bei 2,05µm 12h/460°C/+ H2O 3,0 bei 0µm 1,5 bei 0,08µm 0,3 bei 1,49µm 8h/480°C/+ H2O 2,36 bei 0µm 1,18 bei 0,58µm 0,24 bei 2µm 18h/450°C/+ H2O 1,66 bei 0,51µm 0,83 bei 0,81µm Bei 2,84µm PERMENORM 5000V5 24h/380°C/+ Luft 3,0 bei 0µm 1,5 bei 0,41µm 0,3 bei 1,90µm 24h/410°C/+ Luft 5,0 bei 0µm 2,5 bei 0,1µm 0,5 bei 1,23µm 24h/380°C/+ H2O 2,5 bei 0µm 1,25 bei 0,72µm 0,25 bei 1,92µm 24h/440°C/+ H2O 4,0 bei 0µm 2,0 bei 0,21µm 0,4 bei 1,18µm 12h/460°C/+ H2O 2,5 bei 0µm 1,25 bei 0,75µm 0,25 bei 2,25µm 8h/480°C/+ H2O 4,0 bei 0µm 2,0 bei 0,26µm 0,4 bei 1,47µm 18h/450°C/+ H2O 1,66 bei 0µm 0,83 bei 0,66µm Bei 2,34µm VACOFLUX 17 24h/380°C/+ Luft 8,0 bei 0µm 4,0 bei 0,05µm 0,8 bei 0,82µm 24h/410°C/+ Luft 8,5 bei 0µm 4,25 bei 0,1µm 0,85 bei 0,56µm 24h/380°C/+ H2O 4,0 bei 0µm 2,0 bei 0,13µm 0,4 bei 1,18µm 24h/440°C/+ H2O 2,5 bei 0µm 1,25 bei 0,51µm 0,25 bei 2,05µm 12h/460°C/+ H2O 3,5 bei 0µm 1,75 bei 0,41µm 0,35 bei 1,38µm 8h/480°C/+ H2O 5,0 bei 0µm 2,5 bei 0,82µm 0,5 bei 2,87µm 18h/450°C/+ H2O 2,91 bei 0,38µm 1,46 bei 0,76µm Bei 1,98µm The following Table 4 shows the oxygen concentration in% by weight at different penetration depths in µm. The maximum O concentration O max , half and 10% of the maximum O concentration are given, each determined from the GDOS profile. In addition, the depth in µm. O max (%) O max / 2 (%) O max / 10 CHRONOPERM 50 24h / 380 ° C / + air 3.0 at 0µm 1.5 at 0.10 µm 0.3 at 1.95 µm 24h / 410 ° C / + air 2.5 at 0µm 1.25 at 0.15µm 0.25 at 2.67 µm 24h / 380 ° C / + H 2 O 4.0 at 0µm 2.0 at 0.05 µm 0.4 at 1.44 µm 24h / 440 ° C / + H 2 O 1.5 at 0µm 0.75 at 0.72µm 0.15 at 2.05µm 12h / 460 ° C / + H 2 O 3.0 at 0µm 1.5 at 0.08µm 0.3 at 1.49 µm 8h / 480 ° C / + H 2 O 2.36 at 0µm 1.18 at 0.58µm 0.24 at 2µm 18h / 450 ° C / + H 2 O 1.66 at 0.51 µm 0.83 at 0.81µm At 2.84 µm PERMENORM 5000V5 24h / 380 ° C / + air 3.0 at 0µm 1.5 at 0.41 µm 0.3 at 1.90 µm 24h / 410 ° C / + air 5.0 at 0µm 2.5 at 0.1µm 0.5 at 1.23 µm 24h / 380 ° C / + H 2 O 2.5 at 0µm 1.25 at 0.72µm 0.25 at 1.92 µm 24h / 440 ° C / + H 2 O 4.0 at 0µm 2.0 at 0.21 µm 0.4 at 1.18 µm 12h / 460 ° C / + H 2 O 2.5 at 0µm 1.25 at 0.75µm 0.25 at 2.25µm 8h / 480 ° C / + H 2 O 4.0 at 0µm 2.0 at 0.26µm 0.4 at 1.47 µm 18h / 450 ° C / + H 2 O 1.66 at 0µm 0.83 at 0.66µm At 2.34 µm VACOFLUX 17 24h / 380 ° C / + air 8.0 at 0µm 4.0 at 0.05 µm 0.8 at 0.82µm 24h / 410 ° C / + air 8.5 at 0µm 4.25 at 0.1µm 0.85 at 0.56µm 24h / 380 ° C / + H 2 O 4.0 at 0µm 2.0 at 0.13 µm 0.4 at 1.18 µm 24h / 440 ° C / + H 2 O 2.5 at 0µm 1.25 at 0.51 µm 0.25 at 2.05µm 12h / 460 ° C / + H 2 O 3.5 at 0µm 1.75 at 0.41 µm 0.35 at 1.38 µm 8h / 480 ° C / + H 2 O 5.0 at 0µm 2.5 at 0.82 µm 0.5 at 2.87 µm 18h / 450 ° C / + H 2 O 2.91 at 0.38µm 1.46 at 0.76µm At 1.98 µm

Der Sauerstoffgehalt nimmt allgemein sehr schnell mit der Eindringtiefe ab. Es ist keine eindeutige Abhängigkeit von den Nitrierparametern feststellbar. The oxygen content generally increases very quickly with the Depth of penetration. It is not a clear dependency on the nitriding parameters.

Tab. 5 zeigt die Oberflächenhärte an Scheibenproben im schlussgeglühten Zustand, sowie nach verschiedenen Nitrierbehandlungen. Legierung VACOFLUX 17 CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Nicht nitriert 156 HV0.1 102 HV0.1 102 HV0.1 24h/380°C/NH3 KN=10/mit Luft 493 HV0.01 252 HV0.01 250 HV0.01 24h/410°C/NH3 KN=10/mit Luft 658 HV0.01 238 HV0.01 202 HV0.01 24h/380°C/NH3 KN=10/mit H2O 275 HV0.01 169 HV0.01 170 HV0.01 24h/440°C/NH3 KN=10/mit H2O 1273 HV0.01 328 HV0.01 248 HV0.01 12h/460°C/NH3 KN=10/mit H2O 1074 HV0.01 309 HV0.01 252 HV0.01 8h/480°C/NH3 KN=10/mit H2O 1205 HV0.01 427 HV0.01 250 HV0.01 18h/450°C/NH3 KN=10/mit H2O 1134 HV0.01 297 HV0.01 237 HV0.01 Tab. 5 shows the surface hardness of disc samples in the final annealed condition and after various nitriding treatments. alloy VACOFLUX 17 CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Not nitrided 156 HV0.1 102 HV0.1 102 HV0.1 24h / 380 ° C / NH 3 K N = 10 / with air 493 HV0.01 252 HV0.01 250 HV0.01 24h / 410 ° C / NH 3 K N = 10 / with air 658 HV0.01 238 HV0.01 202 HV0.01 24h / 380 ° C / NH 3 KN = 10 / with H 2 O 275 HV0.01 169 HV0.01 170 HV0.01 24h / 440 ° C / NH 3 K N = 10 / with H 2 O 1273 HV0.01 328 HV0.01 248 HV0.01 12h / 460 ° C / NH 3 K N = 10 / with H 2 O 1074 HV0.01 309 HV0.01 252 HV0.01 8h / 480 ° C / NH 3 K N = 10 / with H 2 O 1205 HV0.01 427 HV0.01 250 HV0.01 18h / 450 ° C / NH 3 K N = 10 / with H 2 O 1134 HV0.01 297 HV0.01 237 HV0.01

Bedingt durch das Schleifen bei Ankern und Polstücken, steigt die Härte im oberflächennahen Bereich an. Eine geglühte und geschliffene Oberfläche ist deshalb bei geringer Prüflast härter als eine lediglich geglühte Oberfläche. Durch das Nitrieren steigt die Oberflächenhärte weiter an. Dieser Effekt zeigt sich weniger bei Prüflast 0,1kg, sondern mehr bei geringerer Prüflast von 0,01kg. Dies ist durch die geringe Dicke der durch das Nitrieren beeinflussten Oberflächenzone bedingt. Die Härtewerte bilden also nicht allein die Oberflächenzone wider, sondern bei größerer Prüflast auch die des darunter liegenden Grundmaterials. Beim Vergleich der Ergebnisse von Härtemessungen an diesen dünnen Oberflächenschichten ist deshalb immer auf gleiche Bedingungen zu achten, d.h. gleiche Prüflast und gleiches Messverfahren. Due to the grinding of anchors and pole pieces, the hardness increases near the surface. An annealed one and ground surface is therefore less Test load harder than a merely annealed surface. The surface hardness increases further due to nitriding. This effect is less evident at a test load of 0.1 kg, but rather more with a lower test load of 0.01kg. This is due to the small thickness influenced by the nitriding Surface zone conditional. So the hardness values form not only reflect the surface zone, but in the larger one Test load also that of the underlying base material. When comparing the results of hardness measurements these thin surface layers are therefore always on to respect the same conditions, i.e. same test load and same measurement method.

Tab. 6 zeigt die Härteergebnisse für Polstücke. Zu beachten ist, dass die große Streuung der Messwerte durch die gelegentlich instabile Stellung der Polstücke beim Härteeindruck auf die Polfläche bedingt ist. Die Polstücke können dabei leicht verkippen, was bei der Messung zu niedrigeren Härtewerte führen kann.Tab. 6 shows the hardness results for pole pieces. To be noted is that the large spread of readings by the occasional unstable position of the pole pieces with the hardness impression on the pole face. The pole pieces can thereby tilting slightly, which results in lower measurements Hardness values can lead.

Tab. 7 (HV0,1) und Tab. 8 (HV0,01) zeigen die Ergebnisse für Anker. Zum Vergleich mit aufgeführt sind Ergebnisse an derzeit in Produktion befindlichen, dünnen galvanischen Beschichtungen (NiPd, Hartgold) auf Teilen aus PERMENORM 5000V5. Tab. 9 zeigt die Härtewerte von VACOFLUX 17 an Ringen für unterschiedliche Belastungen und Nitrierversuche. In Tab. 10 ist die Vickershärte von Ankern aus Recovac 50 für die Nitrierversuche bei 480°C bzw. 450°C sowie den nicht nitrierten Zustand aufgelistet. Hierzu ist anzumerken, dass Recovac 50 im ungeschliffenen Zustand durch das Nitrieren keinerlei Oberflächenhärtung zeigt. Aufgrund des Ti-Gehaltes der Legierung bildet sich bei der Schlussglühung unter H2 eine Anlaufschicht. Diese ist trotz guten Taupunktes (um -40°C) des verwendeten trockenen H2 unvermeidbar, aufgrund der hohen thermodynamischen Stabilität des TiO2. Diese TiO2-Schicht wirkt offensichtlich als perfekte Diffusionsbarriere und verhindert die Härtung durch Nitrieren. An einer geschliffenen Oberfläche ist dagegen ein erheblicher Härtungseffekt durch das Nitrieren festzustellen.Tab. 7 (HV0.1) and Tab. 8 (HV0.01) show the results for anchors. For comparison with, results are shown on thin galvanic coatings (NiPd, hard gold) currently in production on parts made of PERMENORM 5000V5. Tab. 9 shows the hardness values of VACOFLUX 17 on rings for different loads and nitration tests. Table 10 lists the Vickers hardness of Recovac 50 anchors for the nitriding tests at 480 ° C or 450 ° C and the non-nitrided state. It should be noted that Recovac 50 shows no surface hardening due to nitriding in the unpolished state. Due to the Ti content of the alloy, a tarnish layer forms during the final annealing under H 2 . Despite the good dew point (around -40 ° C) of the dry H 2 used, it is unavoidable due to the high thermodynamic stability of the TiO 2 . This TiO 2 layer obviously acts as a perfect diffusion barrier and prevents hardening by nitriding. In contrast, a significant hardening effect from nitriding can be observed on a ground surface.

Tab. 11 zeigt schließlich den Vergleich von Härtewerten nach optimaler Nitrierung mit den Ergebnissen bei FI-Relais üblicher Beschichtungen. Härte HV0,1; HV0,01 v. Polstückfunktionsflächen, nitriert jeweils m. KN=10 m. H2O. Legierung ungeschliffen ungeschliffen + nitriert geschliffen geschliffen + nitriert 460°C/12h HV0,1 CHRONOPERM 50 111 121 206 216 119 151 192 205 115 205 205 235 138 126 202 218 146 123 201 171 MW:126±14 MW: 145 ± 32 MW: 201 ± 5 MW: 209 ± 21 PERMENORM 5000V5 164 133 218 196 128 183 203 215 160 135 197 201 132 124 181 199 132 145 201 212 MW: 143 ± 16 MW: 144 ± 21 MW: 200 ± 12 MW: 204 ± 7 HV0,01 CHRONOPERM 50 136 178 219 401 117 206 263 368 145 175 257 401 148 189 189 439 125 182 229 305 MW: 134 ± 12 MW: 186 ± 11 MW: 231 ± 27 MW: 383 ± 45 PERMENORM 5000V5 117 193 245 339 140 168 269 305 159 269 263 368 162 193 214 401 123 229 245 358 MW: 140 ±18 MW: 211 ± 35 MW: 247 ± 19 MW: 354 ± 32 480°C/8h HV0.1 CHRONOPERM 50 133 ± 21 261 ± 18 PERMENORM 5000V5 168 ± 13 223 ± 16 HV0.01 CHRONOPERM 50 220 ± 40 497 ± 35 PERMENORM 5000V5 202 ± 23 347 ± 60 450°C/18h HV0.1 CHRONOPERM 50 127 ± 4 226 ± 10 PERMENORM 5000V5 166 ± 22 209 ± 11 HV0.01 CHRONOPERM 50 180 ± 30 388 ± 59 PERMENORM 5000V5 214 ± 38 364 ± 41

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Figure 00150001
Härte von VACOFLUX 17 an Ringen. Nitrierbehandlung HV 0,01 HV0,1 nicht nitriert 156 24h/380°C/KN=10/mit Luft 493 366 ± 13 24h/410°C/KN=10/mit Luft 658 351 ± 82 24h/380°C/KN=10/mit H2O 275 233 ± 15 24h/440°C/KN=10/mit H2O 1273 654 ± 100 12h/460°C/KN=10/mit H2O 1074 644 ± 107 8h/480°C/KN=10/mit H2O 1205 1165 ± 111 18h/450°C/KN=10/mit H2O 1134 1119 ± 82 570°C/8h/KN=1/mit H2O 791 570°C/8h/KN=0,5/mit H2O 1065 570°C/8h/KN=0,25/mit H2O 980 570°C/8h/KN=0,18 mit H2O 952 510°C/8h/KN=0,5/mit H2O 165 Oberflächenhärte an Ankern aus Recovac 50 Behandlung HV 0.1 HV 0.01 geschliffen ungeschliffen Geschliffen Geglüht, ausgehärtet Nitriert: 18h/450°C/KN=10 421 270 686 433 222 660 493 215 551 413 238 571 409 253 772 Mittelwert 434 ± 34 240 ± 22 648 ± 90 Geglüht, ausgehärtet Nitriert: 8h/480°C/KN=10 572 191 772 433 224 533 394 218 439 514 285 840 519 193 805 Mittelwert 486 ± 72 222 ± 38 678 ± 180 Geglüht, ausgehärtet Nicht nitriert 268 292 283 242 249 Mittelwert 267 ± 21 Vergleich der Härte für FI-Anker nach verschiedenen Oberflächenbehandlungen. geglüht geschliffen nitriert NiPd Hartgold Cr HV 0,1 5000V5 102 167 197 180 168 200 CHR 50 102 149 225 RECOVAC 50 267 434 HV 0,01 5000V5 212 357 280 208 316 CHR 50 198 417 RECOVAC 50 648 Vergleich d. Härte für FI-Polstücke nach verschiedenen Oberflächenbehandlungen. geglüht geschliffen nitriert NiPd Hartgold Cr HV 0,1 5000V5 200 204 189 CHR 50 201 209 HV 0,01 5000V5 247 354 224 CHR 50 231 383 Finally, Tab. 11 shows the comparison of hardness values after optimal nitriding with the results for conventional relay FI-coatings. Hardness HV0.1; HV0.01 v. Functional pole piece surfaces, each nitrided m. K N = 10 m. H 2 O. alloy unpolished unground + nitrided polished ground + nitrided 460 ° C / 12h HV0,1 CHRONOPERM 50 111 121 206 216 119 151 192 205 115 205 205 235 138 126 202 218 146 123 201 171 MW: 126 ± 14 MW: 145 ± 32 MW: 201 ± 5 MW: 209 ± 21 PERMENORM 5000V5 164 133 218 196 128 183 203 215 160 135 197 201 132 124 181 199 132 145 201 212 MW: 143 ± 16 MW: 144 ± 21 MW: 200 ± 12 MW: 204 ± 7 HV0.01 CHRONOPERM 50 136 178 219 401 117 206 263 368 145 175 257 401 148 189 189 439 125 182 229 305 MW: 134 ± 12 MW: 186 ± 11 MW: 231 ± 27 MW: 383 ± 45 PERMENORM 5000V5 117 193 245 339 140 168 269 305 159 269 263 368 162 193 214 401 123 229 245 358 MW: 140 ± 18 MW: 211 ± 35 MW: 247 ± 19 MW: 354 ± 32 480 ° C / 8h HV0.1 CHRONOPERM 50 133 ± 21 261 ± 18 PERMENORM 5000V5 168 ± 13 223 ± 16 HV0.01 CHRONOPERM 50 220 ± 40 497 ± 35 PERMENORM 5000V5 202 ± 23 347 ± 60 450 ° C / 18h HV0.1 CHRONOPERM 50 127 ± 4 226 ± 10 PERMENORM 5000V5 166 ± 22 209 ± 11 HV0.01 CHRONOPERM 50 180 ± 30 388 ± 59 PERMENORM 5000V5 214 ± 38 364 ± 41
Figure 00140001
Figure 00150001
VACOFLUX 17 hardness on rings. nitriding HV 0.01 HV0,1 not nitrided 156 24h / 380 ° C / K N = 10 / with air 493 366 ± 13 24h / 410 ° C / K N = 10 / with air 658 351 ± 82 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 275 233 ± 15 24h / 440 ° C / K N = 10 / with H 2 O 1273 654 ± 100 12h / 460 ° C / K N = 10 / with H 2 O 1074 644 ± 107 8h / 480 ° C / K N = 10 / with H 2 O 1205 1165 ± 111 18h / 450 ° C / K N = 10 / with H 2 O 1134 1119 ± 82 570 ° C / 8h / K N = 1 / with H 2 O 791 570 ° C / 8h / K N = 0.5 / with H 2 O 1065 570 ° C / 8h / K N = 0.25 / with H 2 O 980 570 ° C / 8h / K N = 0.18 with H 2 O 952 510 ° C / 8h / K N = 0.5 / with H 2 O 165 Surface hardness on Recovac 50 anchors treatment HV 0.1 HV 0.01 polished unpolished polished Annealed, hardened Nitrided: 18h / 450 ° C / K N = 10 421 270 686 433 222 660 493 215 551 413 238 571 409 253 772 Average 434 ± 34 240 ± 22 648 ± 90 Annealed, hardened Nitrided: 8h / 480 ° C / K N = 10 572 191 772 433 224 533 394 218 439 514 285 840 519 193 805 Average 486 ± 72 222 ± 38 678 ± 180 Annealed, hardened Not nitrided 268 292 283 242 249 Average 267 ± 21 Comparison of the hardness for FI anchors after different surface treatments. annealed polished nitrided NiPd hard gold Cr HV 0.1 5000V5 102 167 197 180 168 200 CHR 50 102 149 225 RECOVAC 50 267 434 HV 0.01 5000V5 212 357 280 208 316 CHR 50 198 417 RECOVAC 50 648 Comparison d. Hardness for FI pole pieces after various surface treatments. annealed polished nitrided NiPd hard gold Cr HV 0.1 5000V5 200 204 189 CHR 50 201 209 HV 0.01 5000V5 247 354 224 CHR 50 231 383

Wie aus den Daten der Tab. 11 ersichtlich ist, führt eine Nitrierbehandlung fertig geschliffener Anker bei optimierten Bedingungen zu den höchsten Härtewerten, welche die der heute üblichen Beschichtungen deutlich übersteigt. Dies gilt ebenso für Polstückoberflächen.As can be seen from the data in Table 11, one Nitriding treatment of ground anchors with optimized Conditions at the highest hardness values that those of coatings that are common today. This also applies to pole piece surfaces.

Tab. 12 zeigt die Ergebnisse eines Korrosionstests an Relaisteilen, bei dem die Temperatur und die relative Luftfeuchte zyklisch verändert werden. Daraus ist zu entnehmen, dass die Teile korrodieren, wenn die Nitrierkennzahl klein ist, und die -temperatur größer 500°C liegt. Tab. 12 shows the results of a corrosion test on relay parts, at which the temperature and relative humidity be changed cyclically. From this it can be seen that the parts corrode if the nitriding index is small and the temperature is greater than 500 ° C.

Aufgrund der vorliegenden Erfahrungen wurde für alle Untersuchungen unter Gegenwart von Sauerstoff nitriert, d.h. oxinitriert. Aufgrund der Anforderungen bezüglich der Sicherheit der Produktionsanlage, wurde dazu das Sauerstoffpotential über die Zugabe von Wasserdampf eingestellt. Beim Wechsel auf die tiefen Temperaturen wurde dann zunächst ein Luftzusatz verwendet, aufgrund der Befürchtung, mit H2O-Zusatz aufgrund kinetischer Hemmung kein ausreichendes Sauerstoffpotential einstellen zu können. Zwar kann dabei eine vernünftige Härtung erzielt werden, die Teile laufen aber an und sind sehr korrosionsanfällig. Auf der Oberfläche bildet sich durch den sehr hohen O2-Partialdruck eine Fereiche Oxidschicht.On the basis of the experience available, nitriding was carried out in the presence of oxygen, ie oxynitriding. Due to the requirements regarding the safety of the production plant, the oxygen potential was set by adding water vapor. When changing to the low temperatures, an air additive was then initially used, because of the fear that an insufficient oxygen potential could not be set with the addition of H 2 O due to kinetic inhibition. A reasonable hardening can be achieved, but the parts tarnish and are very susceptible to corrosion. Due to the very high O 2 partial pressure, a rich oxide layer forms on the surface.

Wenn bei Temperaturen kleiner 500°C und mit hoher Nitrierkennzahl und Einstellung des Sauerstoffpotentials über H2O-Zugabe nitriert wird, überstehen die Teile den bei FI-Teilen üblichen Klimatest. Erst bei der in dieser Reihe höchsten Temperatur ergab sich bei einigen 5000V5-Teilen minimaler Rostansatz. zeigt den Anteil der korrodierten Teile (mit mindestens einem Rostpunkt) im Klimatest nach 3 Tagen (1 Zyklus: 3h/20°C/45% rel. Luftfeuchte und 3h/55°C/95% rel. Luftfeuchte) Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Polstücke Anker Polstücke Anker 8h/570°C/KN=1,0/mit H2O 60% 100% 80% 100% 8h/570°C/KN=0,5/mit H2O 20% 80% 30% 70% 8h/570°C/KN=0,25/mit H2O 10% 60% 30% 100% 8h/570°C/KN=0,18/mit H2O 20% 30% 30% 50% 8h/510°C/KN=0,5/mit H2O 100% 100% 100% 100% 24h/380°C/KN=10/mit Luft 80% 100% 30% 100% 24h/410°C/KN=10/mit Luft 20% 100% 30% 100% 24h/380°C/KN=10/mit H2O 0% 0% 0% 0% 24h/440°C/KN=10/mit H2O 0% 0% 0% 0% 12h/460°C/KN=10/mit H2O 0% 0% 0% 0% 8h/480°C/KN=10/mit H2O 0% 0% 0% 20% 18h/450°C/KN=10/mit H2O 0% 0% 0% 0% If nitriding is carried out at temperatures below 500 ° C and with a high nitriding index and setting the oxygen potential by adding H 2 O, the parts will survive the usual climatic test with FI parts. Only at the highest temperature in this series did some 5000V5 parts show minimal rust formation. shows the proportion of corroded parts (with at least one rust point) in the climate test after 3 days (1 cycle: 3h / 20 ° C / 45% rel.humidity and 3h / 55 ° C / 95% rel.humidity) Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 pole pieces anchor pole pieces anchor 8h / 570 ° C / K N = 1.0 / with H 2 O 60% 100% 80% 100% 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / with H 2 O 20% 80% 30% 70% 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / with H 2 O 10% 60% 30% 100% 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / with H 2 O 20% 30% 30% 50% 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / with H 2 O 100% 100% 100% 100% 24h / 380 ° C / K N = 10 / with air 80% 100% 30% 100% 24h / 410 ° C / K N = 10 / with air 20% 100% 30% 100% 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 0% 0% 0% 0% 24h / 440 ° C / K N = 10 / with H 2 O 0% 0% 0% 0% 12h / 460 ° C / K N = 10 / with H 2 O 0% 0% 0% 0% 8h / 480 ° C / K N = 10 / with H 2 O 0% 0% 0% 20% 18h / 450 ° C / K N = 10 / with H 2 O 0% 0% 0% 0%

Im Hinblick auf einen schärferen Korrosionstest, welcher Unterschiede besser herausarbeitet, wurde auch ein Tauchtest in künstlichem Meerwasser durchgeführt. Zur Vermeidung von Spaltkorrosion werden die Anker dabei auf eine Schnur aufgefädelt und in das synthetische Meerwasser getaucht. Bei Polstücken ist dies so nicht möglich und man hat stets das Problem der Spaltkorrosion unter der Auflagefläche. Bei Raumtemperatur konnte an allen untersuchten Teilen keine Korrosion beobachtet werden. Zur Steigerung der Aggressivität der Testbedingungen wurde deshalb die Prüftemperatur angehoben. Dieser wesentlich aggressivere Korrosionstest mit künstlichem Meerwasser wird bei 50°C (Tab.13) noch recht gut überstanden, bei 80°C (Tab.14 und 15) jedoch beginnt die Korrosion schon nach wenigen Stunden. Die korrodierten Polstücke sind vor allem auf Spaltkorrosion an den Auflageflächen wegen glatter Behälterböden zurückzuführen. With regard to a sharper corrosion test, which Differences worked out better, was also a diving test performed in artificial sea water. To avoid from crevice corrosion the anchors are on a cord threaded and immersed in the synthetic sea water. With pole pieces this is not possible and you always have the problem of crevice corrosion under the contact surface. at No room temperature was found on all parts examined Corrosion can be observed. To increase aggressiveness The test temperature was therefore the test temperature raised. This much more aggressive corrosion test with artificial sea water at 50 ° C (Tab. 13) survived quite well, but starts at 80 ° C (Tab. 14 and 15) corrosion after just a few hours. The corroded Pole pieces are mainly due to crevice corrosion on the Support surfaces due to smooth container bottoms.

Tab. 13 zeigt den Anteil der korrodierten Anker in künstlichem Meerwasser bei 50°C nach 48 Stunden. Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Nicht nitriert Nicht geprüft 0% 24h/380°C/KN=10/mit H2O 20% 20% 24h/440°C/KN=10/mit H2O 0% 20% 12h/460°C/KN=10/mit H2O 0% 20% Tab. 13 shows the proportion of corroded anchors in artificial sea water at 50 ° C after 48 hours. Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Not nitrided Not checked 0% 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 20% 20% 24h / 440 ° C / K N = 10 / with H 2 O 0% 20% 12h / 460 ° C / K N = 10 / with H 2 O 0% 20%

Tab. 14 zeigt den Anteil der korrodierten Teile in künstlichem Meerwasser bei 80°C nach 5h 45min Anker aufgehängt an isolierten Drähten und durch Schrumpfschlauch getrennt; Polstücke in glatte Plastikschalen gelegt, nur nicht nitrierte Polstücke aus PERMENORM 5000V5 lagen auf rauer Plastikoberfläche. Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Polstücke Anker Polstücke Anker Nicht nitriert 100% 20% 20% 70% 8h/570°C/KN=0,18/mit H2O 100% 100% 100% 100% 24h/380°C/KN=10/mit H2O 100% 40% 100% 20% 24h/410°C/KN=10/mit Luft 100% Nicht geprüft 100% Nicht geprüft 8h/570°C/KN=0,25/mit H2O 100% Nicht geprüft 100% Nicht geprüft Tab. 14 shows the proportion of corroded parts in artificial seawater at 80 ° C after 5h 45min anchor hung on insulated wires and separated by shrink tubing; Pole pieces placed in smooth plastic shells, only non-nitrided pole pieces made of PERMENORM 5000V5 lay on a rough plastic surface. Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 pole pieces anchor pole pieces anchor Not nitrided 100% 20% 20% 70% 8h / 570 ° C / K N = 0.18 / with H 2 O 100% 100% 100% 100% 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 100% 40% 100% 20% 24h / 410 ° C / K N = 10 / with air 100% Not checked 100% Not checked 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / with H 2 O 100% Not checked 100% Not checked

Tab. 15 zeigt den Anteil der korrodierten Teile in künstlichem Meerwasser bei 80°C nach 4h 15min. Je 5 Polstücke wurden in glatte Glasschalen gelegt. Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Nicht nitriert 80% Nicht geprüft 24h/380°C/KN=10/mit H2O 100% 80% Table 15 shows the proportion of corroded parts in artificial sea water at 80 ° C after 4h 15min. 5 pole pieces each were placed in smooth glass dishes. Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Not nitrided 80% Not checked 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 100% 80%

Tab. 16 schließlich zeigt das Ergebnis eines Stichversuches zur Verwendung des bei den Dauermagneten üblichen HAST-Testes. Dabei zeigt CHRONOPERM 50 eine bessere Beständigkeit. Dies ist aber noch weiter und vor allem mit größeren Stückzahlen zu erproben (Ergebnis des HAST-Testes nach DIN IEC 68-2-66 - Überprüfung der Korrosion an Ankern nach 135 Stunden bei 130°C/95% rel. Luftfeuchte). Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Nicht nitriert Nicht korrodiert Nicht korrodiert 18h/450°C/KN=10/mit H2O Nicht korrodiert Korrodiert Tab. 16 finally shows the result of a puncture test on the use of the HAST test customary for permanent magnets. CHRONOPERM 50 shows better durability. But this has to be tested even further and above all with larger quantities (result of the HAST test according to DIN IEC 68-2-66 - checking the corrosion of anchors after 135 hours at 130 ° C / 95% relative humidity). Nitrierversuch CHRONOPERM 50 PERMENORM 5000V5 Not nitrided Not corroded Not corroded 18h / 450 ° C / K N = 10 / with H 2 O Not corroded corroded

Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die hohen Nitriertemperaturen absolut ungeeignet sind, da sie zu starker Korrosionsanfälligkeit der nitrierten Teile führen. Beim Nitrieren bei niedrigen Temperaturen unter 500° ist eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit gegeben, entsprechend dem derzeit gültigen Wechselklimatest. Bei Anwendung schärferer Korrosionstests (künstliches Meerwasser bei 50°C, HAST-Test) schneidet CHRONOPERM 50 besser ab. Bei weiter gesteigerter Aggressivität der Testbedingungen korrodieren dann beide Legierungen - Korrosionsbeständigkeit im Sinne eines Edelstahles kann man bei diesen Legierungszusammensetzungen auch nicht erwarten.Overall, it can be said that the high nitriding temperatures are absolutely unsuitable because they are too susceptible to corrosion of the nitrided parts. When nitriding at low temperatures below 500 ° is sufficient Corrosion resistance given, according to the present valid alternating climate test. When using more severe corrosion tests (artificial sea water at 50 ° C, HAST test) CHRONOPERM 50 performs better. With further increased The aggressiveness of the test conditions then corrode both Alloys - corrosion resistance in the sense of a stainless steel one can with these alloy compositions also do not expect.

Es ist klar, dass von allen Magnetwerten die statischen Werte am schärfsten auf durch den Nitriervorgang eingebrachte Verspannungen reagieren. Die folgenden Tabellen zeigen deshalb die ermittelten Hc-Werte und statische, an Stanzringen ermittelte µ(H)-Kurven. Ziel dieser Untersuchungsreihe bei tiefen Nitriertemperaturen war es ja, die Nitrierschicht möglichst dünn zu bekommen, um die Magnetik so wenig wie irgend möglich zu beeinträchtigen. It is clear that of all the magnetic values, the static values react most sharply to tension caused by the nitriding process. The following tables therefore show the H c values and static µ (H) curves determined on punch rings. The aim of this series of tests at low nitriding temperatures was to keep the nitriding layer as thin as possible in order to impair the magnetics as little as possible.

Die Tabellen 17 bis 19 zeigen deshalb zunächst das Ergebnis für die Koerzitivfeldstärke Hc. Es wird ersichtlich, dass Hc durch die gewählten Nitrierbedingungen nur sehr gering beeinflußt wird. Bei CHRONOPERM 50 und VACOFLUX 17 gibt es keine signifikante Veränderung, bei PERMENORM 5000V5 nimmt Hc mit zunehmender Temperatur etwas zu. Zu den Daten der Stanzringe aus CHRONOPERM 50 ist anzumerken, dass die Ringe für die niedrigen Temperaturen 380 und 410°C offenbar beschädigt wurden und deshalb aus der Reihe fallend hohe Hc-Werte aufweisen (in Tab. 17 mit *) gekennzeichnet). Die hohen Hc-Werte und damit auch niedrigen Permeabilitätswerte spiegeln sich weder in Hc-Werten an Teilen noch in den Impedanzergebnissen an Relais wider, so dass in diesem Fall wirklich von (irgendwann nach der Schlussglühung) beschädigten Stanzringen auszugehen ist. In den folgenden Figuren und Ergebnissen wurden die Ergebnisse an diesen Stanzringen deshalb ausgelassen. Koerzitivfeldstärke Hc von CHRONOPERM 50 an unterschiedlichen Probenformen ( * = Stanzringe beschädigt). Hc / mA/cm Nitrierbehandlung Anker geschliffen Polstück geschliffen Kern (statisch) Kern (f=50Hz) FF=1,111±1% nicht nitriert 43,4 56,2 30,9 539 24h/380°C/KN=10/mit Luft 45,01 55,21 136 *) 24h/410°C/KN=10/mitLuft 57,55 58,65 110 *) 24h/380°C/KN=10/mit H2O 40,4 50,04 145 *) 24h/440°C/KN=10/mit H2O 38,2 52,81 31,89 12h/460°C/KN=10/mit H2O 40,76 51,48 32,74 8h/480°C/KN=10/mit H2O 42,2 48,6 34,58 18h/450°C/KN=10/mit H2O 41,4 50,6 33,1 Tables 17 to 19 therefore show the result for the coercive field strength H c . It can be seen that H c is influenced very little by the selected nitriding conditions. With CHRONOPERM 50 and VACOFLUX 17 there is no significant change, with PERMENORM 5000V5 H c increases somewhat with increasing temperature. Regarding the data of the punching rings from CHRONOPERM 50, it should be noted that the rings for the low temperatures of 380 and 410 ° C were obviously damaged and therefore have high H c values falling out of line (marked with *) in Table 17). The high H c values and thus also low permeability values are not reflected in the H c values on parts or in the impedance results on relays, so that in this case damaged punch rings can be assumed (sometime after the final annealing). The results on these punch rings were therefore omitted in the following figures and results. Coercive field strength H c of CHRONOPERM 50 on different sample shapes (* = punch rings damaged). H c / mA / cm nitriding Ground anchor Pole piece ground Core (static) Core (f = 50Hz) FF = 1.111 ± 1% not nitrided 43.4 56.2 30.9 539 24h / 380 ° C / K N = 10 / with air 45.01 55.21 136 *) 24h / 410 ° C / K N = 10 / with air 57.55 58,65 110 *) 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 40.4 50.04 145 *) 24h / 440 ° C / K N = 10 / with H 2 O 38.2 52.81 31.89 12h / 460 ° C / K N = 10 / with H 2 O 40.76 51.48 32.74 8h / 480 ° C / K N = 10 / with H 2 O 42.2 48.6 34.58 18h / 450 ° C / K N = 10 / with H 2 O 41.4 50.6 33.1

Tab. 18 zeigt die Koerzitivfeldstärke Hc von PERMENORM 5000V5 an unterschiedlichen Probenformen. Hc / mA/cm Nitrierbehandlung Anker geschliffen Polstück geschliffen Kern (statisch) Kern (f=50Hz) FF=1,111±1% nicht nitriert 41,8 52,9 38,0 1003 24h/380°C/KN=10/mit Luft 42,34 54,77 41,47 24h/410°C/KN=10/mitLuft 43,98 47,36 47,18 24h/380°C/KN=10/mit H2O 36,82 38,6 40,55 24h/440°C/KN=10/mit H2O 49,15 56,2 44,62 12h/460°C/KN=10/mit H2O 51,04 60,57 45,67 8h/480°C/KN=10/mit H2O 53,05 60,11 51,44 18h/450°C/KN=10/mit H2O 52,3 68,0 46,1 Table 18 shows the coercive field strength H c of PERMENORM 5000V5 on different sample forms. H c / mA / cm nitriding Ground anchor Pole piece ground Core (static) Core (f = 50Hz) FF = 1.111 ± 1% not nitrided 41.8 52.9 38.0 1003 24h / 380 ° C / K N = 10 / with air 42.34 54.77 41.47 24h / 410 ° C / K N = 10 / with air 43.98 47.36 47.18 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 36.82 38.6 40.55 24h / 440 ° C / K N = 10 / with H 2 O 49,15 56.2 44.62 12h / 460 ° C / K N = 10 / with H 2 O 51.04 60.57 45.67 8h / 480 ° C / K N = 10 / with H 2 O 53.05 60.11 51.44 18h / 450 ° C / K N = 10 / with H 2 O 52.3 68.0 46.1

Tab. 19 zeigt die Koerzitivfeldstärke Hc von VACOFLUX 17 an Ringkernen. Hc / mA/cm Nitrierbehandlung Kern (statisch) nicht nitriert 1082 24h/380°C/KN=10/mit Luft 921 24h/410°C/KN=10/mit Luft 984 24h/380°C/KN=10/mit H2O 984 24h/440°C/KN=10/mit H2O 964 12h/460°C/KN=10/mit H2O 987 8h/480°C/KN=10/mit H2O 963 18h/450°C/KN=10/mit H2O 1038 8h/570°C/KN=1/mit H2O 2873 8h/570°C/KN=0,5/mit H2O 1764 8h/570°C/KN=0,25/mit H2O 1107 8h/570°C/KN=0,18 mit H2O 1056 8h/510°C/KN=0,5/mit H2O 1082 Tab. 19 shows the coercive field strength H c of VACOFLUX 17 on toroidal cores. H c / mA / cm nitriding Core (static) not nitrided 1082 24h / 380 ° C / K N = 10 / with air 921 24h / 410 ° C / K N = 10 / with air 984 24h / 380 ° C / K N = 10 / with H 2 O 984 24h / 440 ° C / K N = 10 / with H 2 O 964 12h / 460 ° C / K N = 10 / with H 2 O 987 8h / 480 ° C / K N = 10 / with H 2 O 963 18h / 450 ° C / K N = 10 / with H 2 O 1038 8h / 570 ° C / K N = 1 / with H 2 O 2873 8h / 570 ° C / K N = 0.5 / with H 2 O 1764 8h / 570 ° C / K N = 0.25 / with H 2 O 1107 8h / 570 ° C / K N = 0.18 with H 2 O 1056 8h / 510 ° C / K N = 0.5 / with H 2 O 1082

Die Figuren 1 bis 3 zeigen beispielhaft das Ergebnis für die dc-Permeabilität, gemessen an Stanzringen. Diese nimmt ausweislich der Ergebnisse für alle 3 Legierungen ab - mit -50% für die höchste Temperatur von 480°C bei PERMENORM 5000V5 noch am deutlichsten. Vergleicht man dies mit den Daten für die höheren Nitriertemperaturen über 500°C, so ist die Degradation hier jedoch deutlich geringer. Eine komplette Übersicht gibt die weiter unten befindliche Figures 1 to 3 show an example of the result for the dc permeability measured on punch rings. This takes based on the results for all 3 alloys - with -50% for the highest temperature of 480 ° C at PERMENORM 5000V5 most clearly. If you compare this with the data for the higher nitriding temperatures above 500 ° C, the degradation here, however, is significantly less. A complete overview is given below

Tab. 20 anhand der Daten für die Maximalpermeabilität bei statischer Magnetisierung.Tab. 20 based on the data for maximum permeability static magnetization.

Fig. 1 zeigt die statische Permeabilität, gemessen an Stanzringen, von VACOFLUX 17 bei verschiedenen Nitriertemperaturen; Nitrierdauer 24h, wenn nicht anders angegeben.1 shows the static permeability, measured Punching rings, from VACOFLUX 17 at different nitriding temperatures; Nitriding time 24h unless otherwise stated.

Fig. 2 zeigt die statische Permeabilität an Stanzringen von PERMENORM 5000V5 bei verschiedenen Nitriertemperaturen; Nitrierdauer 24h, wenn nicht anders angegeben.Fig. 2 shows the static permeability on punch rings of PERMENORM 5000V5 at different nitriding temperatures; Nitriding time 24h unless otherwise stated.

Fig. 3 zeigt die statische Permeabilität an Stanzringen von CHRONOPERM 50; Dauer 24h, oder nach Angabe.3 shows the static permeability on punch rings of CHRONOPERM 50; Duration 24h, or as specified.

Eine weitere Aussage über den Einfluss des Nitrierens ist möglich über die Bestimmung der statischen Permeabilität am Magnetkreis aus Polstück und Anker (folgend Relais genannt). Zum einen spiegelt diese Messung eine Veränderung der Permeabilität der Teile und damit des Materials wider, aber auch jede Luftspaltveränderung aufgrund des Nitriervorganges. Dabei kann die Permeabilität an Teilen gemessen werden, wie sie dem Nitriervorgang entnommen wurden, also ohne jegliche weitere Reinigung - im folgenden als "rau" bezeichnet. Es kann aber auch das übliche Abziehen auf Papier erfolgen - im folgenden als "glatt" bezeichnet. Generell führt eine Messung im "rauen" Zustand zu größeren Streuungen und auch zu niedrigeren Werten. Man muss sich vor Augen halten, dass neben dem Nitriervorgang noch die weitere Handhabung der Teile inklusive des Transportes unter nicht staubarmen Bedingungen erfolgen. Ein Vergleich und die Bewertung der magnetischen Eigenschaften sollte also anhand der Messung an über Papier gezogenen Teilen erfolgen, der sonst auch üblichen Messbedingung. Another statement about the influence of nitriding is possible by determining the static permeability on Magnetic circuit consisting of pole piece and armature (hereinafter referred to as relay). On the one hand, this measurement reflects a change the permeability of the parts and thus the material but also every air gap change due to the nitriding process. The permeability can be measured on parts as they were taken from the nitriding process, that is without any further cleaning - hereinafter referred to as "rough" designated. But it can also be the usual peeling on paper take place - hereinafter referred to as "smooth". As a general rule a measurement in the "rough" state leads to larger ones Scatter and also to lower values. You have to keep in mind that in addition to the nitriding process further handling of the parts including transport under not in low-dust conditions. A comparison and so the evaluation of the magnetic properties should based on the measurement on parts drawn over paper, the otherwise usual measurement condition.

Fig. 4 zeigt die statische Permeabilität an Relais aus PERMENORM 5000V5.Fig. 4 shows the static permeability on relays PERMENORM 5000V5.

Fig. 5 zeigt die statische Permeabilität an Relais aus CHRONOPERM 50.Fig. 5 shows the static permeability on relays CHRONOPERM 50.

Fig. 6 zeigt die statische Permeabilität an Relais aus CHRONOPERM 50 mit gegenüber Fig. 5 geänderten Nitrierbedingungen.Fig. 6 shows the static permeability on relays CHRONOPERM 50 with changed nitriding conditions compared to FIG. 5.

Betrachtet man die Ergebnisse für PERMENORM 5000V5 (Fig. 4) und CHRONOPERM 50 (Fig. 5 und 6 - zwei verschiedene Nitrierbedingungen), so ist die Permeabilitätsabnahme im Rahmen dessen, was auch an den Stanzringen gesehen wurde. Dies würde also dafür sprechen , dass keine wesentliche Luftspaltveränderung stattgefunden hätte. Diese Schlussfolgerung kann anhand der Ergebnisse für den auf Papier abgezogenen "glatten" Zustand gezogen werden. Ohne Abziehen auf Papier kommt es zu größeren Streuungen - auch schon an nicht nitrierten Teilen (s.o.).Looking at the results for PERMENORM 5000V5 (Fig. 4) and CHRONOPERM 50 (FIGS. 5 and 6 - two different nitriding conditions), So the decrease in permeability is in the frame of what was also seen on the punch rings. This would therefore argue that there is no significant change in the air gap would have taken place. That conclusion can be based on the results for the printed paper "smooth" condition. Without peeling off There is a lot of scatter in paper - and it does matter non-nitrided parts (see above).

Tab. 20 zeigt Statische Maximalpermeabilität an Stanzringen und an Relais für verschiedene Nitrierbedingungen. unnitriert 24h/380°C 24h/440°C 12h/460°C 8h/480°C 18h/450°C V5-Stanzring 93.284 94.703 67.845 55.796 46.673 56.556 V5-Relais 17.829 16.937 14.790 14.824 12.763 13.770 CHR50-Stanzring 111.171 n.g. 101.784 94.583 82.298 94.583 CHR50-Relais 11.850 10.816 12.805 11.293 11.642 12.830 Tab. 20 shows maximum static permeability on punch rings and on relays for various nitriding conditions. unnitriert 24 h / 380 ° C 24 h / 440 ° C 12h / 460 ° C 8h / 480 ° C 18h / 450 ° C V5 punch ring 93284 94703 67845 55796 46673 56556 V5 relay 17829 16937 14790 14824 12763 13770 CHR50-punching ring 111171 ng 101784 94583 82298 94583 CHR50 relay 11850 10816 12805 11293 11642 12830

Setzt man nun das Permeabilitätsergebnis µ(B) wie es an Stanzringen gemessen wurde und die effektive Permeabilität µ*, gemessen an Relais, d.h. am Magnetkreis aus Polstück und Anker, in die Scherungsformel µ* = 11/µM + lL / lFe ein, so kann man den Luftspalt berechnen. Dies gilt zumindest für den Bereich kleinerer Aussteuerungen Bei größerer Aussteuerung wird das Ergebnis aufgrund von Sättigungseffekten verfälscht. Betrachtet man das Ergebnis für den "rauen" Zustand, so fällt das Ergebnis für 410°C/Luft auf. Durch das Nitrieren mit Luftzusatz waren die Teile fleckig angelaufen. Die Fe-reiche Oxidschicht führt naturgemäß zu einer deutlichen Luftspaltvergrößerung. Ansonsten streuen die Ergebnisse um 2 bis 3 µm, ohne eine Tendenz bezüglich der Nitrierbedingungen erkennen zu lassen. Für durch Abziehen auf Papier gereinigte Funktionsflächen ergibt sich ein konsistentes Bild - eine Luftspaltveränderung durch den Nitriervorgang ist nicht feststellbar, s. Fig. 8 und 9.Now put the permeability result µ (B) as measured on punch rings and the effective permeability µ *, measured on relays, ie on the magnetic circuit consisting of pole piece and armature, in the shear formula µ * = 1 1 / μ M + l L / l Fe on, you can calculate the air gap. This applies at least to the area of smaller modulation. With larger modulation, the result is falsified due to saturation effects. If you consider the result for the "rough" condition, the result for 410 ° C / air is striking. The parts had tarnished due to the nitriding with the addition of air. The Fe-rich oxide layer naturally leads to a significant enlargement of the air gap. Otherwise the results are scattered by 2 to 3 µm without showing any tendency with regard to the nitriding conditions. For functional surfaces cleaned by peeling off on paper, there is a consistent picture - an air gap change due to the nitriding process cannot be determined, see 8 and 9.

Fig. 7 zeigt den Luftspalt eines Relais aus PERMENORM 5000V5 (rau), bestimmt aus statischer Permeabilitätsmessung.Fig. 7 shows the air gap of a relay made of PERMENORM 5000V5 (rough), determined from static permeability measurement.

Fig. 8 zeigt den Luftspalt eines Relais aus 5000V5 (glatt), bestimmt aus statischer Permeabilitätsmessung.8 shows the air gap of a relay made of 5000V5 (smooth), determined from static permeability measurement.

Fig. 9 zeigt den statischen Luftspalt eines Relais aus CHRONOPERM 50 (glatt) Fig. 9 shows the static air gap of a relay CHRONOPERM 50 (smooth)

Da es beim Nitrieren unter diesen Nitrierparametern praktisch nicht zu Luftspaltveränderungen kommt, ist die Veränderung der dynamischen Materialpermeabilität entscheidend für die Relaiseigenschaften. Oben angeführte Ergebnisse hatten eine Verschlechterung der statischen magnetischen Eigenschaften gezeigt. Aufgrund der Materialstärke knapp über 1mm im Falle der Anker und von 1,98 mm im Falle der Polstücke ist bei dieser 50 Hz-Anwendung aufgrund der Wirbelstromeffekte eine Einebnung dieser Degradation zu erwarten. Die Figuren 10 bis 13 zeigen nun beispielhaft das Ergebnis für die beiden Legierungen, jeweils ohne Gleichfeldüberlagerung und mit dc-Vormagnetisierung von 0,45 T. Wie schon an den Hc-Werten erkennbar, reagiert CHRONOPERM 50 weniger als PERMENORM 5000V5. Es ist eine klare Tendenz zur Verschlechterung der Magnetik mit stärker werdenden Nitrierbedingungen, d.h. zunehmender Temperatur, erkennbar. Insgesamt jedoch hält sich die Degradation im Rahmen. Anhand dieser Ergebnisse sind für Messungen an Relais deutlich geringere Impedanzeinbußen zu erwarten, als dies bei den ansonsten eher üblichen Nitriertemperaturen oberhalb 500°C bisher der Fall war. Eine komplette Übersicht der Ergebnisse anhand der Daten für die dynamische 50Hz-Maximalpermeabilität zeigt die Tab. 21.Since there are practically no air gap changes when nitriding under these nitriding parameters, the change in the dynamic material permeability is decisive for the relay properties. Results above had shown deterioration in static magnetic properties. Due to the material thickness of just over 1 mm in the case of the anchors and 1.98 mm in the case of the pole pieces, a flattening of this degradation can be expected in this 50 Hz application due to the eddy current effects. Figures 10 to 13 now show an example of the result for the two alloys, each without a DC field overlay and with dc bias of 0.45 T. As can already be seen from the H c values, CHRONOPERM 50 reacts less than PERMENORM 5000V5. There is a clear tendency to deteriorate the magnetics with increasing nitriding conditions, ie increasing temperature. Overall, however, the degradation is moderate. Based on these results, significantly lower impedance losses are to be expected for measurements at relays than was previously the case with the otherwise more usual nitriding temperatures above 500 ° C. Table 21 shows a complete overview of the results using the data for the dynamic 50 Hz maximum permeability.

Fig. 10 zeigt die Dynamische Permeabilität von PERMENORM 5000V5 an Stanzringen ohne Gleichfeld. 10 shows PERMENORM's dynamic permeability 5000V5 on punched rings without constant field.

Tab. 21 zeigt die 50Hz-Maximalpermeabilität an Stanzringen und an Relais für verschiedene Nitrierbedingungen. unnitriert 24h/380°C 24h/440°C 12h/460°C 8h/480°C 18h/450°C V5-Stanzring 20.457 19.896 16.082 15.579 14.235 15.724 V5-Relais 7.392 6.147 6.009 6.420 5.936 5.451 CHR50-Stanzring 26.845 n. g. 22.775 21.833 20.415 21.716 CHR50-Relais 7.123 6.251 6.761 6.718 6.785 7.054 Tab. 21 shows the 50 Hz maximum permeability on punch rings and on relays for different nitriding conditions. unnitriert 24 h / 380 ° C 24 h / 440 ° C 12h / 460 ° C 8h / 480 ° C 18h / 450 ° C V5 punch ring 20457 19896 16082 15,579 14235 15724 V5 relay 7392 6147 6009 6420 5936 5451 CHR50-punching ring 26845 ng 22775 21833 20415 21716 CHR50 relay 7123 6251 6761 6718 6785 7054

Fig. 11 zeigt die Dynamische Permeabilität von PERMENORM 5000V5 an Stanzringen mit Gleichfeld.Fig. 11 shows the dynamic permeability of PERMENORM 5000V5 on punched rings with constant field.

Fig. 12 zeigt die Dynamische Permeabilität von CHRONOPERM 50 an Stanzringen ohne GleichfeldFig. 12 shows the dynamic permeability of CHRONOPERM 50 on punched rings without constant field

Fig. 13 zeigt die Dynamische Permeabilität von CHRONOPERM 50 an Stanzringen mit Gleichfeld.13 shows the dynamic permeability of CHRONOPERM 50 on punched rings with constant field.

In den Tabellen 22 und 23 sind die Induktionsspannungen am Relais, wie sie auch in der Fertigung gemessen werden, und daraus abgeleitete Größen für die verschiedenen Nitrierversuche im Temperaturbereich von 380°C bis 480°C zusammengefasst. Die Ergebnisse im nicht nitrierten Zustand dienen als Vergleichswerte. Die felderzeugende Primärwicklung hat N1=10 Windungen, die Sekundärwicklung, an der die Induktionsspannungen gemessen wurden, hat N2=200 Windungen. Die mittlere Eisenweglänge der Relais beträgt lFe=3,4cm, der mittlere Eisenquerschnitt AFe=0,069cm2. Index 1 steht für die Feldstärke H and=270mA/cm, Index 2 für H and=500mA/cm, Index DC für Gleichfeldüberlagerung von B==0,45 Tesla. Der Strom, der durch die Primärwicklung fließen muss, ergibt sich aus folgender Gleichung: Ieff = H ·lFE N 1·2 Die Induktionswerte ergeben sich unter Annahme eines Formfaktors FF=1,11 aus der Gleichung B = Uavg ƒ·AFE·N2 und der Beziehung Uavg = Urms FF Die Permeabilitäten µ* ergeben sich aus µ* µ* = B H · µ 0 . Tables 22 and 23 summarize the induction voltages at the relay, as they are also measured in production, and the quantities derived from them for the various nitriding tests in the temperature range from 380 ° C to 480 ° C. The results in the non-nitrided state serve as comparative values. The field-generating primary winding has N 1 = 10 turns, the secondary winding on which the induction voltages were measured has N2 = 200 turns. The average iron path length of the relays is l Fe = 3.4 cm, the average iron cross section A Fe = 0.069 cm 2 . Index 1 stands for the field strength H and = 270mA / cm, index 2 for H and = 500mA / cm, index DC for constant field overlay of B = = 0.45 Tesla. The current that has to flow through the primary winding results from the following equation: I eff = H · l FE N 1 · 2 The induction values result from the equation assuming a form factor FF = 1.11 B = U avg 4 · ƒ · A FE · N 2 and the relationship U avg = U rms FF The permeabilities µ * result from µ * µ * = B H · μ 0 ,

Tab. 22 zeigt die Induktionsspannungen (Effektivwerte) und daraus abgeleitete Größen (Spitzenwerte) bei Relaisteilen aus PERMENORM 5000V5 für verschiedene Nitriervarianten Nitrierbehandlung: 24h/KN=10 (wenn nicht anders angegeben). Es sind jeweils Mittelwerte aus mehreren Einzelmessungen angegeben. Mittelwerte nicht über Papier gezogen ("rauh") Nitrierbehandlung U1 /mV B1 /T µ* U2+DC/ mV B2+DC /T µ* Nicht nitriert 63,64 0,208 6130 79,84 0,260 4138 380°C/ mit Luft 410°C/ mit Luft 380°C/ mit H2O 67,25 0,220 6470 89,48 0,292 4649 440°C/ mit H2O 63,70 0,208 6130 84,60 0,276 4395 12h/460°C/ mit H2O 45,99 0,150 4425 66,76 0,218 3468 8h/480°C/ mit H2O 60,86 0,199 5855 81,28 0,265 4223 18h/450°C/ mit H2O 45,27 0,148 4355 57,41 0,187 2982 Mittelwerte über Papier gezogen ("glatt") Nitrierbehandlung U1 /mV B1 /T µ* U2+DC/ mV B2+DC /T µ* Nicht nitriert 67,59 0,220 6496 85,69 0,277 4416 380°C/ mit Luft 68,42 0,223 6583 88,20 0,288 4582 410°C/ mit Luft 69,90 0,228 6724 91,33 0,298 4745 380°C/ mit H2O 72,80 0,238 7003 95,83 0,313 4978 440°C/ mit H2O 67,40 0,220 6484 89,81 0,293 4666 12h/460°C/ mit H2O 67,03 0,219 6448 88,86 0,290 4617 8h/480°C/ mit H2O 65,41 0,213 6292 85,16 0,278 4424 18h/450°C/ mit H2O 61,28 0,200 5895 78,17 0,255 4061 Tab. 22 shows the induction voltages (effective values) and derived values (peak values) for relay parts made of PERMENORM 5000V5 for different nitriding variants. Nitriding treatment: 24h / K N = 10 (unless otherwise stated). Average values from several individual measurements are given. means not drawn over paper ("rough") nitriding U 1 / mV B 1 / T μ * U 2 + DC / mV B 2 + DC / T μ * Not nitrided 63.64 0.208 6130 79.84 0.260 4138 380 ° C / with air 410 ° C / with air 380 ° C / with H 2 O 67.25 0,220 6470 89.48 0.292 4649 440 ° C / with H 2 O 63.70 0.208 6130 84,60 0.276 4395 12h / 460 ° C / with H 2 O 45,99 0,150 4425 66.76 0.218 3468 8h / 480 ° C / with H 2 O 60.86 0,199 5855 81.28 0.265 4223 18h / 450 ° C / with H 2 O 45.27 0.148 4355 57.41 0,187 2982 means drawn over paper ("smooth") nitriding U 1 / mV B 1 / T μ * U 2 + DC / mV B 2 + DC / T μ * Not nitrided 67.59 0,220 6496 85.69 0.277 4416 380 ° C / with air 68.42 0.223 6583 88,20 0,288 4582 410 ° C / with air 69,90 0.228 6724 91,33 0,298 4745 380 ° C / with H 2 O 72,80 0,238 7003 95.83 0.313 4978 440 ° C / with H 2 O 67.40 0,220 6484 89.81 0.293 4666 12h / 460 ° C / with H 2 O 67.03 0.219 6448 88.86 0,290 4617 8h / 480 ° C / with H 2 O 65.41 0.213 6292 85.16 0,278 4424 18h / 450 ° C / with H 2 O 61.28 0,200 5895 78.17 0,255 4061

Tab. 23: Induktionsspannungen (Effektivwerte) und daraus abgeleitete Größen (Spitzenwerte) bei Relaisteilen aus CHRONOPERM 50 für verschiedene Nitriervarianten Nitrierbehandlung: 24h/KN=10 (wenn nicht anders angegeben). Es sind jeweils Mittelwerte angegeben. Mittelwerte nicht über Papier gezogen ("rauh") Nitrierbehandlung U1 /mV B1 /T µ* U2+DC/ mV B2+DC /T µ* Nicht nitriert 73,78 0,241 7091 86,70 0,283 4500 380°C/ mit Luft 410°C/ mit Luft 380°C/ mit H2O 65,81 0,215 6331 72,90 0,238 3787 440°C/ mit H2O 60,93 0,199 5861 68,85 0,225 3577 12h/460°C/ mit H2O 54,49 0,178 5242 67,34 0,220 3499 8h/480°C/ mit H2O 55,46 0,181 5335 65,99 0,215 3428 18h/450°C/ mit H2O 55,78 0,182 5366 66,03 0,216 3430 Mittelwerte über Papier gezogen ("glatt") Nitrierbehandlung U1 /mV B1 /T µ* U2+DC/ mV B2+DC /T µ* Nicht nitriert 78,27 0,255 7522 92,7 0,302 4811 380°C/ mit Luft 67,89 0,222 6531 77,01 0,251 4001 410°C/ mit Luft 66,88 0,218 6434 73,04 0,238 3794 380°C/ mit H2O 67,86 0,222 6529 76,82 0,251 3991 440°C/ mit H2O 69,93 0,228 6728 79,12 0,258 4111 12h/460°C/mit H2O 72,78 0,238 7001 86,59 0,283 4498 8h/480°C/mit H2O 70,83 0,231 6814 81,61 0,266 4239 18h/450°C/mit H2O 73,99 0,242 7118 87,68 0,286 4555 Tab. 23: Induction voltages (rms values) and derived values (peak values) for relay parts made of CHRONOPERM 50 for different nitriding variants Nitriding treatment: 24h / K N = 10 (unless otherwise stated). Average values are given in each case. means not drawn over paper ("rough") nitriding U 1 / mV B 1 / T μ * U 2 + DC / mV B 2 + DC / T μ * Not nitrided 73.78 0,241 7091 86.70 0.283 4500 380 ° C / with air 410 ° C / with air 380 ° C / with H 2 O 65.81 0.215 6331 72,90 0,238 3787 440 ° C / with H 2 O 60.93 0,199 5861 68,85 0.225 3577 12h / 460 ° C / with H 2 O 54.49 0,178 5242 67.34 0,220 3499 8h / 480 ° C / with H 2 O 55.46 0,181 5335 65,99 0.215 3428 18h / 450 ° C / with H 2 O 55.78 0.182 5366 66.03 0,216 3430 means drawn over paper ("smooth") nitriding U 1 / mV B 1 / T μ * U 2 + DC / mV B 2 + DC / T μ * Not nitrided 78.27 0,255 7522 92.7 0,302 4811 380 ° C / with air 67.89 0.222 6531 77.01 0,251 4001 410 ° C / with air 66.88 0.218 6434 73.04 0,238 3794 380 ° C / with H 2 O 67.86 0.222 6529 76.82 0,251 3991 440 ° C / with H 2 O 69.93 0.228 6728 79.12 0,258 4111 12h / 460 ° C / with H 2 O 72.78 0,238 7001 86.59 0.283 4498 8h / 480 ° C / with H 2 O 70.83 0.231 6814 81.61 0.266 4239 18h / 450 ° C / with H 2 O 73.99 0,242 7118 87.68 0.286 4555

Die Ergebnisse muss man vergleichen mit dem damaligen Stand der Fertigung von FI-Relaisteilen mit einem Mittelwert für die entscheidende Messgröße U2DC von typischerweise knapp über 80 mV. Erschwerend hinzu kommt noch der zweimalige Transport der Versuchsteile einmal hin zum Nitrieren und dann wieder zurück, jeweils mit Express-Transport und die zusätzlichen Handhabungsschritte für den Nitriervorgang. Vor diesem Hintergrund ist das Ergebnis sehr zufriedenstellend. Es ist also möglich, durch Nitrieren Relaisteile herzustellen, deren Oberflächenhärte diejenige bisher angewandter Verfahren übertrifft, und dies im Gegensatz zu den bisher üblichen Verfahren bei minimaler Einbuße an Permeabilität bzw. Impedanz.The results have to be compared with the state of the art at the time of the production of FI relay parts with an average value for the decisive measured variable U2 DC of typically just over 80 mV. To make matters worse, the test parts have to be transported twice to nitride and then back again, each with express transport and the additional handling steps for the nitriding process. Against this background, the result is very satisfactory. It is therefore possible to produce relay parts by nitriding, the surface hardness of which exceeds that of previously used methods, and this in contrast to the previously customary methods with a minimal loss of permeability or impedance.

In der Tabelle 24 sind die Induktionsspannungen aufgelistet, wie sie für ein Relais gemessen werden. Alle Polstücke sind aus PERMENORM 5000V5, die Anker sind aus verschiedenen Legierungen nach unterschiedlichen Behandlungen.Table 24 lists the induction voltages as measured for a relay. All pole pieces are made of PERMENORM 5000V5, the anchors are made of different Alloys after different treatments.

Das Ti-haltige RECOVAC 50 wurde in einem Stichversuch anhand von Ankern aus RECOVAC 50 untersucht. Gemessen wurde jeweils mit aktuellen Polstücken aus PERMENORM 5000V5 und zum Vergleich auch mit Ankern aus V5. Tab. 24 zeigt das Ergebnis. Aufgrund des mit der NiPd-Beschichtung verbundenen Luftspaltes sinkt das Impedanzniveau erheblich ab. Unbeschichtetes RECOVAC 50 ist dagegen besser. Bei RECOVAC 50 ist die Impedanzverschlechterung durch das Nitrieren deutlicher - die Härtesteigerung war allerdings auch so stark wie mit Abstand bei keiner anderen Legierung (s. oben). Das erreichte Niveau entspricht dem Niveau, wie es vor Installation der neuen Eingießanlage üblich war. Anzumerken ist noch die bereits oben aufgeführte Feststellung, dass bei RECOVAC 50 eine Härtung nur an geschliffenen Flächen auftritt.The Ti-containing RECOVAC 50 was tested in a puncture test investigated by RECOVAC 50 anchors. Was measured each with current pole pieces made of PERMENORM 5000V5 and for comparison also with anchors made of V5. Tab. 24 shows the result. Because of the associated with the NiPd coating Air gap, the impedance level drops significantly. Uncoated RECOVAC 50, however, is better. With RECOVAC 50 the deterioration in impedance due to nitriding is more evident - The increase in hardness was also so strong as by far with no other alloy (see above). The level reached corresponds to the level as it was before installation the new pouring system was common. It should be noted the statement already made above that at RECOVAC 50 a hardening only occurs on ground surfaces.

Tab. 24 zeigt das Ergebnis der Impedanzmessungen an diversen Teilen. Gemessen wurde jeweils mit neuen Polstücken aus einem Los (gefertigt über neue Eingießanlage). Angegeben in der Tabelle ist UZ02 (mV). 5000V5, unnitriert V5 unnitriert - NiPd RECOVAC 50 unnitriert R50 + 18h/450°C R50 + 8h/480°C 39,4 ± 3,9 25,8 ± 3,9 29,3 ± 3,3 21,8 ± 4,9 22,3 ± 4,2 Tab. 24 shows the result of the impedance measurements on various parts. Measurements were taken with new pole pieces from one lot (manufactured using a new casting machine). U Z02 (mV) is given in the table. 5000V5, nitrided V5 not nitrided - NiPd RECOVAC 50 not nitrided R50 + 18h / 450 ° C R50 + 8h / 480 ° C 39.4 ± 3.9 25.8 ± 3.9 29.3 ± 3.3 21.8 ± 4.9 22.3 ± 4.2

Die Figuren 14 bis 17 zeigen nun beispielhaft den Verlauf der 50 Hz - µ(H)-Kurve, gemessen an Relais. Auch hier ist in der anwendungsnahen Messung mit dc-Vorbelastung von 0,45 T sowohl für PERMENORM 5000V5 (Fig. 15), als auch für CHRONOPERM 50 (Fig. 17) praktisch keine Einbuße feststellbar. Ebenso gibt es bei den über die Scherungsformel ermittelten Luftspalten keine signifikanten Unterschiede zum Zustand ohne Oberflächenhärtung, wie am Beispiel PERMENORM 5000V5 (Fig. 18) und CHRONOPERM 50 (Fig. 19) ersichtlich.FIGS. 14 to 17 now show the course by way of example the 50 Hz - µ (H) curve measured on relays. Here too in the application-related measurement with dc preload of 0.45 T for PERMENORM 5000V5 (Fig. 15) as well as for CHRONOPERM 50 (Fig. 17) practically no loss. There are also those determined using the shear formula Air gaps no significant differences from the condition without surface hardening, as in the example of PERMENORM 5000V5 (Fig. 18) and CHRONOPERM 50 (Fig. 19).

Fig. 14 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus PERMENORM 5000V5 ohne Gleichfeldvorbelastung.14 shows the dynamic permeability at a relay made of PERMENORM 5000V5 without constant field preload.

Fig. 15 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus PERMENORM 5000V5 mit dc-Vorbelastung von 0,45 T.15 shows the dynamic permeability at a relay made from PERMENORM 5000V5 with DC preload of 0.45 T.

Fig. 16 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus CHRONOPERM 50 ohne Gleichfeldvorbelastung.16 shows the dynamic permeability at a relay made of CHRONOPERM 50 without constant field preload.

Fig. 17 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus CHRONOPERM 50 mit dc-Vorbelastung von 0,45 T.17 shows the dynamic permeability at a relay made of CHRONOPERM 50 with DC preload of 0.45 T.

Fig. 18 zeigt einen Luftspalt eines Relais aus PERMENORM 5000V5 im "glatten" Zustand ohne Gleichstromüberlagerung ermittelt über die Scherungsformel aus der an Stanzringen bestimmten 50Hz-Permeabilität und der an Relais bestimmten µ(H)-Kurve.Fig. 18 shows an air gap of a PERMENORM relay 5000V5 in the "smooth" state without direct current superimposition determined using the shear formula from the on punched rings certain 50Hz permeability and that determined on relays μ (H) curve.

Fig. 19 zeigt einen Luftspalt eines Relais aus CHRONOPERM 50 im "rauen" Zustand ohne Gleichstromüberlagerung ermittelt über die Scherungsformel aus der an Stanzringen bestimmten 50Hz-Permeabilität und der an Relais bestimmten µ(H) -Kurve.Fig. 19 shows an air gap of a CHRONOPERM relay 50 determined in the "rough" state without direct current superimposition using the shear formula from the one determined on punched rings 50Hz permeability and that determined on relays µ (H) curve.

Zur Bewertung der verschiedenen Oberflächenbehandlungen kann nun einmal das Ergebnis für die Oberflächenhärte und zum anderen die Auswirkung auf die Permeabilität bzw. Impedanz herangezogen werden. Dieses Ergebnis zeigt Fig. 20. Es wird klar, dass die Oberflächenhärtung durch Nitrieren die bestmögliche Kombination aus optimaler Härte und höchstmöglicher Permeabilität darstellt.To evaluate the various surface treatments can be the result for the surface hardness and on the other hand, the impact on permeability or impedance be used. This result is shown in Fig. 20. It it becomes clear that the surface hardening by nitriding the best possible combination of optimal hardness and highest possible Represents permeability.

Fig. 20 zeigt die Permeabilität mit dc-Vorbelastung von 0,45 T - aufgetragen ist die Messgröße U2dc - als Funktion der Oberflächenhärte der Anker für verschiedene Zustände. Dabei steht "unbehandelt" für den geschliffenen Zustand. Bei den galvanischen Beschichtungen wird nur jeweils der Anker beschichtet - gemessen jeweils mit normalen, lediglich geschliffenen Polstücken aus 5000V5. Bei nitrierten Teilen sind sowohl Anker als auch Polstück nitriert worden.20 shows the permeability with dc preload of 0.45 T - the measured variable U2 dc is plotted - as a function of the surface hardness of the anchors for different states. "Untreated" stands for the ground condition. In the galvanic coatings, only the armature is coated - measured with normal, only ground pole pieces made of 5000V5. In the case of nitrided parts, both the armature and the pole piece have been nitrided.

Über die Ergebnisse an VACOFLUX 17 bei höheren Nitriertemperaturen von 510 bis 570°C wurde schon früher berichtet. Nur bei 570°C konnte ein starker Härtungseffekt festgestellt werden, allerdings bei erheblichen Einbußen bezüglich der Magnetik. Im Rahmen der weiter durchgeführten Untersuchungen zum Nitrieren von FI-Relaisteilen lief das VACOFLUX 17 nebenher mit. Durch das Nitrieren bei niedrigeren Temperaturen kann die magnetische Beeinträchtigung gänzlich vermieden werden und es werden vergleichbar hohe Oberflächenhärten um 1.000 (HV0,1) erzielt. Die N-Konzentration als Funktion der Tiefe nimmt aber in der Regel früher ab. Eine extrem hohe N-Konzentration wurde allerdings für den Versuch KN=10 bei 480°C erzielt, verbunden mit sehr großer Härte und sehr großer Eindringtiefe.The results of VACOFLUX 17 at higher nitriding temperatures of 510 to 570 ° C have already been reported. A strong hardening effect could only be determined at 570 ° C, but with considerable losses in terms of magnetics. The VACOFLUX 17 ran alongside as part of the ongoing investigations into the nitriding of FI relay parts. By nitriding at lower temperatures, the magnetic impairment can be completely avoided and comparatively high surface hardness around 1,000 (HV0.1) can be achieved. However, the N concentration as a function of depth usually decreases earlier. However, an extremely high N concentration was achieved for the test K N = 10 at 480 ° C, combined with a very high hardness and a very large penetration depth.

Zur Charakterisierung der oberflächenhärtenden Schicht wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Insbesondere galt es zu klären, wie die Schicht aufgebaut ist, und in welcher Form der Stickstoff in der Randschicht vorliegt. Für diese Untersuchungen wurden Proben aus den Legierungen CHRONOPERM 50 und PERMENORM 5000V5 verwendet, welche für 12h bei 460°C oxinitriert worden waren. Tab. 25 gibt die Legierungszusammensetzung an. Die Figuren 21a und 21b zeigen die dazugehörigen GDOS-Tiefenprofile. Man erkennt für beide Legierungen eine Anreichung von Sauerstoff im unmittelbaren Oberflächenbereich, etwa bis in eine Tiefe von ca. 2 µm. Dies ist bedingt durch das gewählte Nitrierverfahren. Durch Oxinitrieren mit einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck kann eine effektive Oberflächenhärtung erreicht werden.To characterize the surface-hardening layer carried out various investigations. In particular It was necessary to clarify how the layer is structured, and in what form the nitrogen is in the surface layer. Alloy samples were used for these investigations CHRONOPERM 50 and PERMENORM 5000V5 used which for Oxinitrided at 460 ° C for 12 hours. Tab. 25 gives the Alloy composition. Figures 21a and 21b show the associated GDOS depth profiles. One recognizes for both alloys have an immediate oxygen enrichment Surface area, approximately to a depth of approx. 2 µm. This is due to the selected nitriding process. By oxynitriding with a certain oxygen partial pressure effective surface hardening can be achieved.

Tab. 25 zeigt die Zusammensetzung der untersuchten Legierungen (Gew.-%). Ni Cr Mn Si Rest PERMENORM 5000V5 47,5 < 0,1 0,5 0,2 Fe CHRONOPERM 50 47,5 2,0 0,45 0,15 Fe Table 25 shows the composition of the alloys examined (% by weight). Ni Cr Mn Si rest PERMENORM 5000V5 47.5 <0.1 0.5 0.2 Fe CHRONOPERM 50 47.5 2.0 0.45 0.15 Fe

Figur 21a zeigt GDOS-Tiefenprofil für PERMENORM 5000V5 und Figur 21b: GDOS-Tiefenprofil für CHRONOPERM 50.Figure 21a shows GDOS depth profile for PERMENORM 5000V5 and Figure 21b: GDOS depth profile for CHRONOPERM 50.

Zur Klärung der Frage des Auftretens von Nitridverbindungen und/oder der Entstehung einer Nitridverbindungsschicht wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Zunächst erfolgte eine Untersuchung auf laterale Homogenität mittels ortsaufgelöster Auger-Spektroskopie.To clarify the question of the occurrence of nitride compounds and / or the formation of a nitride compound layer carried out various investigations. First of all an examination for lateral homogeneity by means of spatially resolved Auger spectroscopy.

Bei diesem Verfahren wird die Oberflächenschicht mittels eines Ionenstrahls abgesputtert. Von Zeit zu Zeit wird der Sputtervorgang unterbrochen, und ortsaufgelöst das Augerspektrum der Oberfläche aufgenommen. Auf diese Weise erhält man eine Information über die laterale Verteilung der in der Legierung enthaltenen wesentlichen Elemente in verschiedenen Abständen von der Oberfläche.In this method, the surface layer is by means of sputtered from an ion beam. From time to time the Sputtering process interrupted and the eye spectrum spatially resolved of the surface. That way information about the lateral distribution of the essential elements contained in the alloy in various Distances from the surface.

Die Ergebnisse zeigten stets eine Anreicherung der Oberflächenschicht mit Sauerstoff, bedingt durch das gewählte Verfahren des Oxinitrierens.. Auffallend ist dabei das deutliche Sauerstoffsignal auf der Oberfläche, welches nach Sputtern so nicht mehr festgestellt wird.The results always showed an enrichment of the surface layer with oxygen, due to the chosen method of oxynitriding .. What is striking is the clear Oxygen signal on the surface, which after sputtering is no longer determined.

Anzumerken ist noch, dass das ebenfalls festzustellende Kohlenstoff-Signal durch Kontamination der Oberfläche mit Organik bedingt ist. Man findet dies jedoch nur auf der O-berfläche - es verschwindet nach kürzester Sputterzeit. Diese C-Anreicherung auf der Oberfläche ist daher technisch nicht von Bedeutung. Es konnten keine nennenswerten lateralen Inhomogenitäten auf der Skala der Auflösung dieser Methode (ca. 0,5 µm) festgestellt werden, also kein Hinweis auf das Auftreten grober Nitridausscheidungen.It should also be noted that this is also ascertainable Carbon signal due to contamination of the surface Is organic. However, this can only be found on the surface - it disappears after the shortest sputtering time. This C enrichment on the surface is therefore technical not significant. There were no significant lateral ones Inhomogeneities on the scale of the resolution of this method (approx. 0.5 µm) are found, so no indication on the appearance of coarse nitride deposits.

Des Weiteren erfolgte auch eine Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen. Es wurden aus 0,2mm dickem Band übliche 3mm-Durchmesser TEM-Proben ausgestanzt. Anschließend wurden diese der üblichen Schlussglühung 5h/1150°C/H2 unterzogen. Danach wurde eine Seite mit einem handelsüblichen TENUPOL-Gerät einseitig elektropoliert und anschließend bei 450°C für 18h oxinitriert mit KN=10. Danach wurde die TEM-Probe von der zuvor nicht polierten Seite mittels TENUPOL bis zur Entstehung eines Loches durchgedünnt. Die durchstrahlbaren Ränder des Loches enthalten damit den oberflächennahen Bereich der anderen Probenseite. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie wurden keine Hinweise auf eine durchgängige Verbindungsschicht gefunden. Außerdem ergaben sich keine eindeutigen Hinweise auf NitridausscheidungenFurthermore, a transmission electron microscopic examination was carried out. Usual 3mm diameter TEM samples were punched out of 0.2mm thick tape. They were then subjected to the usual final annealing at 5h / 1150 ° C / H2. Then one side was electropolished on one side with a commercially available TENUPOL device and then oxinitrided at 450 ° C for 18 h with K N = 10. The TEM sample was then thinned from the previously unpolished side using TENUPOL until a hole was formed. The penetrable edges of the hole thus contain the area near the surface of the other side of the sample. No evidence of a continuous connection layer was found by means of transmission electron microscopy. In addition, there was no clear evidence of nitride excretion

Schließlich wurde noch mittels hochauflösender Rasterelektronenmikroskopie nachgewiesen, dass die Proben frei von einer Verbindungsdeckschicht sind. Auch hier fanden sich keine Hinweise auf Nitride im oberflächennahen Bereich unterhalb der Oberfläche. Mit mehreren Methoden (Transmissionselektronenmikroskopie, hochauflösende Rasterelektronenmikros-kopie, streifende Röntgenbeugung) konnten keine Nitride nachgewiesen werden. Daraus folgt, dass der in sehr großen Mengen in der Randschicht vorhandene Stickstoff wohl wesentlich interstitiell (im Zwischengitter) gelöst vorliegt.Finally, using high-resolution scanning electron microscopy demonstrated that the samples are free of any Are connecting cover layer. None were found here either Indications of nitrides in the area near the surface below the surface. With several methods (transmission electron microscopy, high resolution scanning electron microscopy, grazing X-ray diffraction) could not nitrides be detected. It follows that the very large amounts of nitrogen present in the surface layer is essentially interstitial (in the interstitial grid).

Die Ergebnisse der Untersuchungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • Keine Verbindungsdeckschicht: dies ist auch Vorraussetzung für ein hohes Impedanzniveau der Relais, da die Deckschicht unmagnetisch wäre und als Luftspalt wirken würde.
  • Bisher kein Nachweis für das Vorliegen von Nitridausscheidungen im oberflächennahen Bereich unterhalb der Oberfläche: dies deutet darauf hin, dass die Härtesteigerung hier wesentlich durch interstitiell gelösten Stickstoff bewirkt wird.
  • Damit liegt der Phasenanteil an Eisennitrid im Tiefenbereich von 1 µm unterhalb der Oberfläche sicher unter einer praktischen Nachweisgrenze von 10 Gew.-%.
The results of the investigations can be summarized as follows:
  • No connection cover layer: this is also a prerequisite for a high impedance level of the relays, since the cover layer would be non-magnetic and would act as an air gap.
  • So far no evidence for the presence of nitride deposits in the area near the surface below the surface: this indicates that the increase in hardness here is essentially caused by interstitially dissolved nitrogen.
  • The phase proportion of iron nitride in the depth range of 1 µm below the surface is therefore below a practical detection limit of 10% by weight.

Versuche zum Nitrieren von FI-Relaisteilen aus NiFe(Cr)-Legierungen haben gezeigt, dass eine erhebliche Steigerung der Oberflächenhärte machbar ist. So können mit CHRONOPERM 50 Oberflächenhärten HV0,01 von über 400 erzeugt werden, welche die Härte der heute üblichen galvanischen oder Sputterbeschichtungen deutlich übersteigt. Dies gelingt sogar mit PERMENORM 5000V5, allerdings auf etwas niedrigerem Niveau von HV0,01=350. Das erfindungsgemäße Verfahren erzielt eine minimale Einbuße an Permeabilität bzw. Impedanz im Relais. Während man mit den heute üblichen Beschichtungen 1/3 bis zur Hälfte der Impedanz aufgrund des Luftspaltes verliert, ist die Einbuße beim hier erarbeiteten Verfahren sehr gering. Durch das jetzt erarbeitete Verfahren konnte die Korrosionsbeständigkeit nitrierter Teile im üblichen Klimatest hergestellt werden. In den verschiedenen untersuchten aggressiveren Tests schnitt CHRONOPERM 50 meistens besser ab, als PERMENORM 5000V5.Attempts to nitride FI relay parts made of NiFe (Cr) alloys have shown a significant increase the surface hardness is feasible. With CHRONOPERM 50 surface hardnesses HV0.01 can be generated from over 400, which is the hardness of today's galvanic or Sputter coatings significantly exceeds. This even succeeds with PERMENORM 5000V5, but at a lower level Level of HV0.01 = 350. The method according to the invention achieved minimal loss of permeability or impedance in the relay. While with the coatings common today 1/3 to half of the impedance due to the air gap loses, the loss in the process developed here very low. Through the process now being developed could the corrosion resistance of nitrided parts in the usual Climate test are made. In the different examined more aggressive tests CHRONOPERM 50 cut mostly better than PERMENORM 5000V5.

Folgende Randbedingungen für eine bevorzugte Art der Fertigung nitrierter Relaisteile können für sich oder im Zusammenwirken zudem angegeben werden:

  • Das Nitrieren muss nach dem Schleifen direkt nach der Reinigung der Teile erfolgen;
  • Die Polstücke und Anker sollen geordnet auf geeigneten Glühunterlagen positioniert werden, so dass die Funktionsfläche frei liegt. Dafür werden (schonende) Handhabungssysteme notwendig sein;
  • Die Anker müssen eine unterscheidbare Funktionsseite (welche beim Nitrieren frei liegt) und Gegenseite (mit schlechterem Gaszutritt) aufweisen;
  • Die Handhabung der Teile beim Positionieren auf die Glühunterlagen, beim Transport etc. muss höchsten Ansprüchen genügen, um keine zusätzliche Degradation und Streuung einzufangen.
  • Eine Sichtkontrolle, die Endprüfung und das Verpacken sollten erst nach dem Nitriervorgang erfolgen;.
The following boundary conditions for a preferred type of manufacture of nitrided relay parts can also be specified individually or in combination:
  • After grinding, nitriding must be carried out immediately after cleaning the parts;
  • The pole pieces and anchors should be positioned on suitable glow pads so that the functional surface is exposed. (Gentle) handling systems will be necessary for this;
  • The anchors must have a distinguishable functional side (which is exposed when nitriding) and the opposite side (with poorer gas access);
  • The handling of the parts when positioning them on the glow pads, during transport, etc. must meet the highest demands in order to avoid additional degradation and scattering.
  • A visual inspection, final inspection and packaging should only be carried out after the nitriding process.

Claims (17)

Weichmagnetisches Aktuatorteil mit durch Nitrieren gesteigerter Oberflächenhärte von mindestens 150 HV0,01, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration: im Tiefenbereich Spitzenwert der maximalen N- bis 1 µm Konzentration von mindestens 0,2 Gew.%, bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 1 µm 0,25 Gew.%, bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens 0,1 von 2 µm Gew.%, bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 5 µm 0,05 Gew.%.
Soft magnetic actuator part with surface hardness increased by nitriding of at least 150 HV0.01, characterized by the following depth profile of the N concentration: in the depth range Peak value of the maximum N- up to 1 µm Concentration of at least 0.2% by weight, at a depth an N concentration of at least of 1 µm 0.25% by weight, at a depth an N concentration of at least 0.1 of 2 µm Wt%., at a depth an N concentration of at least of 5 µm 0.05% by weight.
Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 1 bestehend aus einer Legierung auf Ni-Basis mit einem Ni-Gehalt von 35 bis 85 Gew.%.Soft magnetic actuator part according to claim 1 consisting made of a Ni-based alloy with a Ni content of 35 up to 85% by weight. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke Hc< 200 mA/cm.Soft magnetic actuator part according to claim 1 or 2, characterized by a coercive field strength H c <200 mA / cm. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke Hc < 100 mA/cm.Soft magnetic actuator part according to claim 3, characterized by a coercive field strength H c <100 mA / cm. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke Hc < 70 mA/cm. Soft magnetic actuator part according to claim 4, characterized by a coercive field strength H c <70 mA / cm. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration: im Tiefenbereich Spitzenwert der maximalen N- bis 1 µm Konzentration von mindestens 0,5 Gew.%. bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 1 µm 0,5 Gew.% bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 2 µm 0,35 Gew.% bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 5 µm 0,2 Gew.%.
Soft magnetic actuator part according to one of the preceding claims, characterized by the following depth profile of the N concentration: in the depth range Peak value of the maximum N- up to 1 µm Concentration of at least 0.5 Wt.%. at a depth an N concentration of at least of 1 µm 0.5% by weight at a depth an N concentration of at least of 2 µm 0.35% by weight at a depth an N concentration of at least of 5 µm 0.2% by weight.
Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 1 bestehend aus einer weichmagnetischen Co-haltigen Fe-BasislegierungSoft magnetic actuator part according to claim 1 consisting made of a soft magnetic Co-containing Fe base alloy Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Co-Gehalt 10 bis 50 Gew.% beträgt.Soft magnetic actuator part according to claim 7, characterized in that the Co content is 10 to 50% by weight. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration: im Tiefenbereich Spitzenwert der maximalen N- bis 1 µm Konzentration von mindestens 0,5 Gew.%, bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 1 µm 0,5 Gew.%, bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 2 µm 0,2 Gew.%, bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 5 µm 0,1 Gew.%,
Soft magnetic actuator part according to one of claims 7 or 8, characterized by the following depth profile of the N concentration: in the depth range Peak value of the maximum N- up to 1 µm Concentration of at least 0.5 Wt%., at a depth an N concentration of at least of 1 µm 0.5% by weight, at a depth an N concentration of at least of 2 µm 0.2% by weight, at a depth an N concentration of at least of 5 µm 0.1% by weight,
Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration: im Tiefenbereich Spitzenwert der maximalen N- bis 1 µm Konzentration von mindestens 1 Gew.%. bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 1 µm 0,7 Gew.% bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 2 µm 0,5 Gew.% bei einer Tiefe eine N-Konzentration von mindestens von 5 µm 0,3 Gew.%
Soft magnetic actuator part according to claim 9, characterized by the following depth profile of the N concentration: in the depth range Peak value of the maximum N- up to 1 µm Concentration of at least 1% by weight. at a depth an N concentration of at least of 1 µm 0.7% by weight at a depth an N concentration of at least of 2 µm 0.5% by weight at a depth an N concentration of at least of 5 µm 0.3% by weight
Weichmagnetisches Aktuatorteil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke Hc < 2 A/cm,Soft magnetic actuator part according to one of Claims 7 to 10, characterized by a coercive field strength Hc <2 A / cm, Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine niedrige Koerzitivfeldstärke Hc < 1,5 A/cm Soft magnetic actuator part according to claim 11, characterized by a low coercive field strength Hc <1.5 A / cm Verwendung eines weichmagnetischen Aktuatorteils nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Relais für Fehlerstromschutzschalter.Use of a soft magnetic actuator part after one of claims 1 to 12 in a relay for residual current circuit breakers. Verwendung nach Anspruch 13, wobei das weichmagnetische Aktuatorteil geschliffene und nachträglich nitrierte Funktionsflächen mit mindestens einer Härte HV0,01 von 220 aufweist.Use according to claim 13, wherein the soft magnetic Actuator part ground and subsequently nitrided functional surfaces with at least a hardness HV0.01 of 220. Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais einen Magnetkreis mit Polstück und Anker aufweist, wobei an einem der beiden oder an beiden Teilen eine 50-Hz-Maximalpermeabilität von mindestens 4.000 gegeben ist.Use according to claim 13 or 14, characterized in that the relay has a magnetic circuit with a pole piece and armature, with a 50 Hz maximum permeability of at least 4,000 being given on one or both parts. Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines elektromagnetischen Aktuatorteils nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Nitrieren in einem Temperaturbereich zwischen 380°C und 480°C erfolgt und bei einer Nitrierkennzahl KN ≈ 10.Method for surface treatment of an electromagnetic actuator part according to one of Claims 1 to 12, characterized by nitriding in a temperature range between 380 ° C and 480 ° C and with a nitriding index K N ≈ 10. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrieren in einer Sauerstoffatmosphäre (Oxinitrieren) bei einer Oxidationskennzahl KO ≈ 0,20 vorgenommen wird.A method according to claim 16, characterized in that the nitriding in an oxygen atmosphere (oxynitriding) is carried out with an oxidation number K O ≈ 0.20.
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