EP1482072A2 - Metallischer Gegenstand mit elektrisch isolierender Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrischen isolierenden Beschichtung - Google Patents

Metallischer Gegenstand mit elektrisch isolierender Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrischen isolierenden Beschichtung Download PDF

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EP1482072A2
EP1482072A2 EP04010882A EP04010882A EP1482072A2 EP 1482072 A2 EP1482072 A2 EP 1482072A2 EP 04010882 A EP04010882 A EP 04010882A EP 04010882 A EP04010882 A EP 04010882A EP 1482072 A2 EP1482072 A2 EP 1482072A2
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EP
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zirconium
metallic
coating
electrically insulating
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Johannes Dr. Tenbrink
Markus Brunner
Harald Staubach
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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    • C23C18/1229—Composition of the substrate
    • C23C18/1241—Metallic substrates

Definitions

  • the invention relates to a metallic article, in particular a magnetic semi-finished with an electric is provided insulating coating. Furthermore it concerns the invention a method for producing an electrical insulating coating.
  • Magnesium oxide coatings have been known for a long time and were described for the first time in US 2,796,364. There, organometallic magnesium compounds are produced, which in solvents, especially in organic Solvents to be dissolved and applied to a metallic surface be applied. This coating will follow annealed on the metallic surface, leaving the solvent components disappear and on the metallic Surface a thin magnesium oxide coating remains. This magnesium oxide coating is created by the glow accompanying calcination.
  • a magnetic semi-finished product with an electrically insulating Coating is known, for example, from EP 0 597 284 B1. There, inter alia, a coating is described, which consists of magnesium oxide.
  • Magnesium oxide coatings have a Annealing resistance of only a maximum of 1000 ° C.
  • a big disadvantage with this procedure is that these Layer has a low temperature resistance. at Annealing under an atmosphere of pure hydrogen with A sufficiently low dew point is reached the boiling point of magnesium to a pronounced Layer degradation of the insulation by reduction of the magnesium oxide and then evaporating the magnesium metal formed.
  • Dew point is understood here and below to mean the temperature, in which the gaseous water vapor content of the annealing atmosphere condensed.
  • Object of the present invention is therefore a novel to provide high temperature resistant electrically insulating coating, in particular a magnetic semi-finished product with a electrically insulating high temperature resistant coating provide. Furthermore, it is the task of the present Invention to provide a novel process with the metallic Objects, in particular magnetic semi-finished products with a high temperature resistant, electrically insulating coating can be provided.
  • this object is achieved by a metallic object having an electrically insulating, high-temperature-resistant coating of zirconium oxide.
  • Zirconium oxide (ZrO 2 ) is thermodynamically much more stable than magnesium oxide (MgO), which is described, for example, in "J. Barin et al., Thermochemical Properties of Inorganic Substances, Springer-Verlag, Berlin 1977".
  • this coating becomes magnetic semifinished used.
  • the magnetic semi-finished product has the shape of tapes, sheets or strips and typically becomes assembled into laminated cores.
  • the coating of zirconium oxide is particularly suitable for nickel-iron alloys, which essentially consists of between 36.0 and 82.0 percent by weight Nickel, rest of iron.
  • These nickel-iron alloys usually require a magnetic Final annealing at temperatures above 1000 ° C.
  • the coating densities of metallic zirconium ⁇ here vary between 0.2 ⁇ ⁇ ⁇ 1.2 grams per m 2 metal surface. Typically, coatings are provided with occupancy densities of 0.4 ⁇ ⁇ ⁇ 0.6 gram per m 2 metal surface.
  • the coating densities ⁇ are an indirect and manageable measure of the coating thickness d. Since there is no suitable measuring method for the coating thicknesses, the typical way is to determine the content of metallic zirconium on the treated surface quantitatively.
  • a zirconium alkylate is typically provided here, which is dissolved in an organic solvent.
  • the zirconium alkylate is preferably zirconium butylate or zirconium propylate, in an anhydrous organic solvent is solved.
  • organic solvents are alcohols or mixtures from alcohols into consideration. Particularly suitable the corresponding alcohols or mixtures of alcohols the correspond to the alkylates. That is a propanol or a butanol is particularly suitable for the solution of zirconium propylate or zirconium butylate.
  • Low-boiling-point petrol is understood to mean a specific gasoline fraction with a defined sphere of influence.
  • the coating thickness from the concentration of the solution used, whose Viscosity and the flow rate of the coated Semi-finished dependent. This typically involves coating solutions used that is less than 1 percent by weight Containing zirconium, typically 0.3 weight percent solutions Zirconium propylate in n-propanol.
  • the coating solution via a capillary soaked distributor felt applied the semi-finished or after the free passage of the Semi-finished product through the solution between two suitable squeezing rollers guided. This becomes the entrained amount of solution limited to the desired level.
  • the layer thickness is in this case by the concentration of the solution through which Type of distribution felt used as well as by the used Profile of the squeezing rollers intended.
  • the to be coated Semi-finished products also with higher concentrated coating solution Mistake.
  • the applied solution with an inert gas blown off.
  • This solution can be processed, the about 2 weight percent or more zirconium.
  • Solutions are processed as solvents contain aliphatic ether alcohols. The advantage of this variant is the relatively high throughput speed. A large-scale rational procedure is thereby made possible.
  • the solvent consumption be significantly reduced and thus the Coating be carried out very efficiently.
  • the thus coated semi-finished products are without major problems storable. It comes under normal conditions to no corrosion of the semifinished product through the coating. It also happens no other type of implementation of the coating in the frame the usual processing. The coating reacts not chemically with those in further processing usually used punching or lubricating oils.
  • the punched rings had an outside diameter of 14.8 mm, one Inner diameter of 10.5 mm and a thickness of 0.20 mm.
  • the intercept corresponds to the hysteresis losses per cycle.
  • the slope B determines the eddy current losses in the case of classic eddy current losses.
  • the slope B increases in such a plot.
  • the hysteresis losses P h are generally smaller, the higher the annealing temperature and annealing time of the magnetic annealing and the better the dew point of the hydrogen atmosphere.

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Abstract

Es wird als neue Beschichtung von metallischen Gegenständen, insbesondere weichmagnetischen Halbzeug, eine elektrisch isolierende, hochtemperaturfeste Beschichtung aus Zirkonoxid vorgeschlagen. Die Zirkonoxid-Beschichtung kann oberhalb von Temperaturen von 1000°C geglüht werden.

Description

Metallischer Gegenstand mit elektrisch isolierender Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung
Die Erfindung betrifft einen metallischen Gegenstand, insbesondere ein magnetisches Halbzeug, das mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung.
Magnesiumoxid-Beschichtungen sind seit langer Zeit bekannt, und wurden zum ersten Mal in der US 2,796,364 beschrieben. Dort werden metallorganische Magnesiumverbindungen hergestellt, welche in Lösungsmitteln, insbesondere in organischen Lösungsmitteln, gelöst werden und auf eine metallische Oberfläche aufgebracht werden. Diese Beschichtung wird anschließend auf der metallischen Oberfläche geglüht, so dass die Lösungsmittelbestandteile verschwinden und auf der metallischen Oberfläche eine dünne Magnesiumoxid-Beschichtung übrig bleibt. Diese Magnesiumoxid-Beschichtung entsteht durch die beim Glühen einhergehende Kalzinierung.
Ein magnetisches Halbzeug mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung ist beispielsweise aus der EP 0 597 284 B1 bekannt. Dort wird unter anderem eine Beschichtung beschrieben, die aus Magnesiumoxid besteht.
Ein großer Nachteil bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Magnesiumoxid-Beschichtungen liegt darin, dass sie eine Glühbeständigkeit von nur maximal 1000°C aufweisen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird zunächst eine dünne Schicht aus einer Lösung von Magnesiummethylat in Methanol auf der metallischen Oberfläche aufgetragen. Typischerweise sind die aufgetragenen Dicken im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts, so dass die aufgetragenen Schichten in Interferenzfarben schillern. Durch die äußerst geringen Schichtdicken gibt es damit in der Regel keinerlei Probleme bei den gängigen Formgebungsmethoden, z.B. beim Stanzen, des zu verarbeitenden magnetischen Halbzeugs aufgrund eines abrieb- oder einer abrasionsbedingten Werkzeugbeeinträchtigung. Bei der nach der Formgebung stattfindenden magnetischen Schlussglühung erfolgt dann die Umwandlung der nach der Trocknung auf dem Halbzeug haftenden Schicht aus hydratisiertem Magnesiumhydroxid in eine dünne festhaftende Magnesiumoxid-Beschichtung.
Ein großer Nachteil bei diesem Vorgehen ist, dass diese Schicht eine niedrige Temperaturbeständigkeit aufweist. Bei Glühungen unter einer Atmosphäre von reinem Wasserstoff mit einem hinreichend niedrigen Taupunkt kommt es mit dem Erreichen des Siedepunkts von Magnesium zu einem ausgeprägtem Schichtabbau der Isolation durch Reduktion des Magnesiumoxids und anschließendes Verdampfen des gebildeten Magnesiummetalls.
Unter Taupunkt wird hier und im Folgenden die Temperatur verstanden, bei der der gasförmige Wasserdampfgehalt der Glühatmosphäre kondensiert.
Damit sind im Stand der Technik Glühungen unter einer trockenen Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Taupunkt unter -30°C lediglich unterhalb von 1000°C durchführbar.
Es gibt jedoch sehr viele Legierungen bzw. Metalle, die eine wesentlich höhere Glühtemperatur erfordern. Insbesondere besteht ein Bedürfnis, weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierungen mit einer elektrischen Isolationsschicht zu versehen, die eine Glühung oberhalb 1000°C problemlos übersteht.
Führt man die magnetischen Schlussglühungen in Wasserstoff-Atmosphären mit einem schlechteren Taupunkt, d. h. einem Taupunkt von mehr als -30°C, durch, lassen sich selbstverständlich Glühtemperaturen oberhalb 1000°C erreichen. Diese Glühungen unter diesen schlechten Glühatmosphärenbedingungen sind jedoch nicht geeignet, um optimale magnetische Eigenschaften in den weichmagnetischen Legierungen einzustellen. Es lassen sich insbesondere keine optimalen Permeabilitäten und keine geeignet niedrigen Koerzitivfeldstärken einstellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine neuartige hochtemperaturfeste elektrisch isolierende Beschichtung bereitzustellen, insbesondere ein magnetisches Halbzeug mit einer elektrisch isolierenden hochtemperaturfesten Beschichtung bereitzustellen. Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren bereitzustellen, mit dem metallische Gegenstände, insbesondere magnetisches Halbzeug mit einer hochtemperaturfesten, elektrisch isolierenden Beschichtung versehen werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen metallischen Gegenstand mit einer elektrisch isolierenden, hochtemperaturfesten Beschichtung aus Zirkonoxid gelöst. Zirkonoxid (ZrO2) ist thermodynamisch wesentlich beständiger als Magnesiumoxid (MgO), was beispielsweise in "J. Barin et al., Thermochemical Properties of Inorganic Substances, Springer-Verlag, Berlin 1977" beschrieben ist.
Typischerweise wird diese Beschichtung bei magnetischem Halbzeug verwendet. Das magnetische Halbzeug weist dabei die Form von Bändern, Blechen oder Streifen auf und wird typischerweise zu Blechpaketen zusammengesetzt. Die Beschichtung aus Zirkonoxid ist insbesondere für Nickel-Eisen-Legierungen geeignet, die im Wesentlichen aus zwischen 36,0 und 82,0 Gewichtsprozent Nickel, Rest Eisen bestehen.
Diese Nickel-Eisen-Legierungen erfordern in der Regel eine magnetische Schlussglühung bei Temperaturen oberhalb 1000°C.
Die Belegungsdichten an metallischem Zirkon ρ variieren dabei zwischen 0,2 ≤ ρ ≤ 1,2 Gramm pro m2 Metalloberfläche. Typischerweise sind Beschichtungen vorgesehen mit Belegungsdichten von 0,4 ≤ ρ < 0,6 Gramm pro m2 Metalloberfläche. Die Belegungsdichten ρ sind ein indirektes und handhabbares Mass für die Beschichtungsdicken d. Da für die Beschichtungsdicken kein geeignetes Messverfahren besteht, geht man typischerweise den Weg, daß man den Gehalt an metallischem Zirkon auf der behandelten Oberfläche quantitativ bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung solcher elektrisch isolierenden Beschichtungen aus Zirkonoxid auf einer Oberfläche eines metallischen Gegenstandes weist die folgenden Schritte auf:
  • Bereitstellen einer in einem Lösungsmittel gelösten organischen Zirkonverbindung (Lösung);
  • Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche; und
  • Glühen des metallischen Gegenstandes.
Dabei wird typischerweise ein Zirkonalkylat bereitgestellt, das in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist. Das Zirkonalkylat ist vorzugsweise Zirkonbutylat oder Zirkonpropylat, das in einem möglichst wasserfreien organischen Lösungsmittel gelöst ist.
Als organische Lösungsmittel kommen dabei Alkohole oder Mischungen aus Alkoholen in Betracht. Besonders geeignet sind die entsprechenden Alkohole bzw. Mischungen aus Alkoholen die den Alkylaten entsprechen. Das heißt ein Propanol bzw. ein Buthanol eignet sich besonders zur Lösung von Zirkonpropylat bzw. Zirkonbutylat.
Es können jedoch auch andere Lösungsmittel verwendet werden, so z. B. aliphatische Lösungsmittel oder Ätheralkohole oder aliphatische Ätheralkohole oder Mischungen daraus. Des weiteren kommt sogenanntes Siedegrenzenbenzin in Betracht.
Unter Siedegrenzenbenzin versteht man eine besitimmte Benzinfraktion mit einem definierten Siedebreich.
Typischerweise wird aus den genannten Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen und der metallorganischen Zirkonverbindung dann eine Lösung mit einer Konzentration zwischen 0,2 und 10 Gewichtsprozent Zirkon hergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Herstellung der Lösung und auch bei deren späteren Verarbeitung darauf geachtet, dass keine Kontamination mit Wasser erfolgt.
Sämtliche in Betracht kommenden metallorganischen Zirkonverbindungen werden bei Kontamination mit Wasser über eine Hydrolyse über mehrere Zwischenstufen in wasserunlösliche Hydroxide zersetzt. Wenn es zur Bildung dieser wasserunlöslichen Zirkonhydroxide kommt, werden diese ausgefällt und eine Verarbeitung ist dann nur sehr schwer möglich.
Insbesondere bei der Verwendung von aliphatischen Ätheralkoholen als Lösungsmittel ist eine Verarbeitung von Beschichtungslösungen möglich, mit denen sehr dicke und abriebfeste Zirkonoxidbeschichtungen ermöglicht werden.
Für das Auftragen der elektrisch isolierenden Beschichtungslösung auf die zu beschichtenden Halbzeugteile kommen sowohl ein einfaches Tauchverfahren (Vakuumimprägnierung) als auch verschiedene kontinuierliche Prozesse in Betracht.
Zur Erzielung sehr dünner Schichten kann insbesondere mit einem einfachen Durchlaufverfahren gearbeitet werden. Die Verwendung anderer Auftragsverfahren, z. B. eines Rotationssiebdrucks oder Sprühverfahrens, ist grundsätzlich möglich. Eine Vorbehandlung der zu beschichtenden Halbzeuge oder Metallteile ist in der Regel nicht erforderlich.
In einer ersten Ausführungsform wird der zu beschichtende Gegenstand in einer geeigneten (geschlossenen) Anlage durch eine verdünnte Lösung gezogen und anschließend mittels Warmluft getrocknet. Bei dieser Verfahrensvariante ist die Beschichtungsdicke von der Konzentration der eingesetzten Lösung, deren Viskosität und der Durchlaufgeschwindigkeit des zu beschichtenden Halbzeuges abhängig. Dabei werden typischerweise Beschichtungslösungen verwendet, die weniger als 1 Gewichtsprozent Zirkon enthalten, typischerweise Lösungen mit 0,3 Gewichtsprozent Zirkonpropylat in n-Propanol.
In einer zweiten Ausführungsform, insbesondere bei der Verwendung von höher konzentrierten Beschichtungslösungen, d. h. also Beschichtungslösungen, die mehr als 1 Gewichtsprozent Zirkon in der Beschichtungslösung enthalten, wird die Beschichtungslösung über einen kapillargetränkten Verteilerfilz auf das Halbzeug aufgetragen bzw. nach dem freien Durchlauf des Halbzeugs durch die Lösung zwischen zwei geeigneten Abquetschrollen geführt. Dadurch wird die mitgeführte Lösungsmenge auf das gewünschte Maß begrenzt. Die Schichtdicke wird in diesem Fall durch die Konzentration der Lösung, durch die Art des verwendeten Verteilerfilzes sowie durch das verwendete Profil der Abquetschwalzen bestimmt.
In einer dritten Ausführungsform werden die zu beschichtenden Halbzeuge ebenfalls mit höher konzentrierter Beschichtungslösung versehen. Anschließend wird zur Einstellung einer definierten Schichtdicke die aufgetragene Lösung mit einem Inertgas abgeblasen. Dabei können Lösungen verarbeitet werden, die ungefähr 2 Gewichtsprozent oder mehr Zirkon enthalten. Typischerweise werden Lösungen verarbeitet, die als Lösungsmittel aliphatische Ätheralkohole enthalten. Der Vorteil dieser Variante ist die relativ hohe Durchlaufgeschwindigkeit. Ein großtechnisches rationales Verfahren wird dadurch ermöglicht.
In den beiden letztgenannten Ausführungsformen kann der Lösungsmittelverbrauch deutlich reduziert werden und somit die Beschichtung sehr rationell durchgeführt werden.
Bei der in allen Ausführungsformen sich anschließenden Trocknung des Lösungsmittels kommt es in der Regel zu einer Reaktion der metallorganischen Zirkonverbindung mit der in der Trockenluft enthaltenen Restluftfeuchtigkeit. Diese chemische Reaktion führt über verschiedene Zwischenstufen von partiell hydrolisierten Zirkonalkoholaten zu hydratisierten Zirkoniumhydroxiden. Dabei wird Alkohol abgespalten. Es entsteht zum Teil auch Zirkonoxid unter Abspaltung von Wasser.
Die derart beschichteten Halbzeuge sind ohne größere Probleme lagerfähig. Es kommt unter normalen Bedingungen zu keiner Korrosion des Halbzeugs durch die Beschichtung. Es erfolgen auch keine anders gearteten Umsetzungen der Beschichtung im Rahmen der üblichen Weiterverarbeitung. Die Beschichtung reagiert chemisch nicht mit den bei der Weiterverarbeitung in der Regel eingesetzten Stanz- oder Schmierölen.
Bei der letztendlich erfolgenden (magnetischen) Schlussglühung werden die Beschichtungen vollständig in Zirkonoxid umgewandelt. Diese Umwandlung entspricht einer Kalzinierung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungs- und Vergleichsbeispielen sowie den Figuren eingehend erläutert. Dabei zeigen:
  • Figur 1 zeigt die Ergebnisse von Verlustmessungen an verschiedenen losen Stanzringstapeln nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik.
  • Figur 2 zeigt die Ergebnisse der Verlustmessungen an verschiedenen druckbeaufschlagten Stanzringstapeln nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik.
    • Es wurden elektrische Isolationsbeschichtungen auf weichmagnetischem Halbzeug aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit der Zusammensetzung von 47,5 Gewichtsprozent Nickel 0,5 Gewichtsprozent Mangan, 0,2 Gewichtsprozent Silizium sowie Rest Eisen und erschmelzungsbedingtem und/oder zufälligen Verunreinigungen aus dem Stand der Technik mit solchen nach der vorliegenden Erfindung verglichen. Dabei werden die folgenden Versuchsreihen durchgeführt:
  • A) Es wurde ein Band der Dicke 0,20 mm mit einer Magnesiummethylat-Lösung versehen. Die dabei erzielte Magnesiumkonzentration lag bei 0,3 g/qm. Daraus wurden Stanzringe gefertigt, die in einem Haubenofen bei einer Glühdauer von fünf Stunden bei einer Temperatur von 1030°C unter Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Taupunkt von -20°C magnetisch schlussgeglüht wurden.
  • B) Es wurde ein Band der Dicke 0,20 mm mit einer Magnesiummethylat-Lösung versehen. Die Magnesiummethylat-Beschichtung wies eine Konzentration von 0,3 g/qm an Magnesium auf. Es wurden Stanzringe hergestellt. Diese Stanzringe wurden in einem Haubenofen bei einer Temperatur von 1150°C bei einer Glühdauer von fünf Stunden unter Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Taupunkt < -30°C magnetisch schlussgeglüht. Die erzählten Stanzringe wiesen danach keine Magnesiumoxid-Beschichtung auf. Die Stanzringe waren metallisch blank.
  • C) Es wurde ein Band der Dicke 0,20 mm mit einer Magnesiummethylatlösung beschichtet. Die dabei verwendete Konzentration wies 0,3 g/qm an Magnesium auf. Daraus wurden wiederum Stanzringe gefertigt. Diese Stanzringe wurden in einem Durchlaufofen bei einer Temperatur von 1020°C schlussgeglüht. Die magnetische Schlussglühung fand unter einer Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Taupunkt von -28°C und einer Durchlaufzeit von 0,75 Stunden statt.
  • D) Es wurde ein Band der Dicke 0,20 mm mit Zirkoniumpropylat-Lösung beschichtet. Die dabei erzielte Konzentration wies 0,5 g/qm an Zirkon auf. Daraus wurden wiederum Stanzringe gefertigt. Die Stanzringe wurden in einem Haubenofen für eine Glühdauer von fünf Stunden bei einer Temperatur von 1150°C unter einer Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Taupunkt < -30°C magnetisch schlussgeglüht.
  • E) Es wurde ein Band der Dicke 0,20 mm mit Zirkonpropylat beschichtet. Die dabei verwendete Konzentration wies 0,5 g/qm an Zirkon auf. Daraus wurden wiederum Stanzringe gefertigt, die in einem Durchlaufofen bei einer Glühtemperatur von 1140°C unter einer Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Taupunkt von < -30°C und einer Durchlaufzeit von 0,75 Stunden schlussgeglüht.
    • Die Stanzringe hatten einen Aussendurchmesser von 14,8 mm, einen Innendurchmesser von 10,5 mm und eine Dicke von 0,20 mm.
    Zur physikalischen und magnetischen Charakterisierung wurden anschließend aus allen Versuchen A) bis E) mehrere Stanzringe zu einem Stanzringpaket gestapelt. Die Ummagnetisierungsverluste wurden für eine Amplitude von B = 1,0 T als Funktion der Frequenz f bestimmt. Es wurde dabei eine "sinusförmige Induktion" als Messbedingung genommen. Die Gesamtverluste PFe setzen sich aus den Hystereseverlusten Ph und den Wirbelstromverlusten PWS zusammen. Dabei gilt in erster Näherung der folgender Zusammenhang: PFe = Ph + PWS = A·f + B·f2 wobei A und B Fitparameter sind.
    In einer Auftragung der Verluste pro Zyklus, d. h. also einer Darstellung der Verluste PFe pro Zyklus als Funktion der Frequenz f entspricht dem Achsenabschnitt den Hystereseverlusten pro Zyklus. Die Steigung B bestimmt die Wirbelstromverluste im Falle klassischer Wirbelstromverluste. Eine mehr oder weniger perfekte Isolation der Stanzringe führt zu einzelnen Kontakten zwischen den Stanzringen, was sich letztlich in erhöhten Wirbelstromverlusten äußert, da die effektive Stanzringdicke zunimmt.
    Im Falle einer schlechten Isolation erhöht sich also die Steigung B in einer derartigen Auftragung. Die Hystereseverluste Ph sind in der Regel umso kleiner, je höher die Glühtemperatur und die Glühdauer der magnetischen Schlussglühung und je besser der Taupunkt der Wasserstoff-Atmosphäre sind.
    Die Stanzringe wurden entweder lose gestapelt (p = 0) oder in einer Messvorrichtung mit Druck beaufschlagt. Die Messung unter Beaufschlagung mit Druck diente dabei zur Bestimmung der Isolationsqualität. Aufgrund der Magnetostriktion der untersuchten Nickel-Eisen-Legierungen, die ungefähr λS = 25 ppm beträgt, führte dies allerdings zu einer Erhöhung der Hystereseverluste während der Messung
    Die Messung simuliert die spätere Anwendung von Statorblechpaketen in Motoren. Dort werden Stanzringe zu einem Stanzringpaket gestapelt. Zur Gewährleistung eines ausreichenden Füllfaktors werden diese mit Druck beaufschlagt. Das Stanzringpaket wird anschließend mit einem dünnflüssigen Klebstoff infiltriert. Bei dieser Art der Stanzringpaketfertigung ist eine ausreichende Isolation der einzelnen Statorstanzringe unerlässlich, um die Wirbelstromverluste im Stator so niedrig als möglich zu halten.
    Aus den Figuren 1 und 2 ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Zirkonoxid-Beschichtungen im Vergleich zu den Magnesiumoxidbeschichtungen aus dem Stand der Technik zu den niedrigeren Hystereseverlusten führen. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können an Nickel-Eisen-Legierungen Hystereseverluste kleiner 5,0 mJ/kg, insbesondere kleiner 4,5 mJ/kg und kleiner 4,0 mJ/kg, realisiert werden.
    Im Fall B) ist trotz einer Glühung bei 1150°C ein solcher Wert nicht realisiert worden. Dies lässt sich dadurch erklären, dass zuvor eine Glühung wie bei A) durchgeführt worden ist. Infolge des schlechten Taupunkts sind Schädigungen an den Legierungsoberflächen aufgetreten, die eine Begrenzung des Kornwachstums durch die Bildung von Oxiden auf den Korngrenzen bewirkt haben. Diese Schädigungen können durch eine zweite Glühung nicht ausgeglichen werden. Die Oxide können durch eine erhöhte Glühtemperatur und einen verbesserten Taupunkt weitgehend reduziert werden. Die Triebkraft für das Kornwachstum ist jedoch nur noch gering, was zu einer deutlich erhöhten Koerzitivfeldstärke führt. Diese deutlich erhöhte Koerzitivfeldstärke macht sich selbstverständlich in den erhöhten Hystereseverlusten bemerkbar. Der Einfluss der Reduktion der Isolationsschicht im Beispiel B) ist aus der Figur 2 deutlich ersichtlich. Die Steigung und die damit verbundenen Wirbelstromverluste nehmen deutlich zu.
    In der beigefügten Tabelle 1 sind sämtliche Werte für die Hystereseverluste, die Gesamtverluste und die Fitparameter A und B aus der Gleichung [1] aufgeführt.

    Claims (18)

    1. Metallischer Gegenstand mit einer elektrisch isolierenden, hochtemperaturfesten Beschichtung aus Zirkonoxid.
    2. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 1, wobei als metallischer Gegenstand ein magnetisches Halbzeug vorgesehen ist.
    3. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 2, wobei das Halbzeug die Form von Bändern oder Blechen oder Streifen aufweist.
    4. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, wobei das magnetische Halbzeug aus einer weichmagnetischen Legierung besteht und die Gestalt eines Blechpakets aufweist.
    5. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 4, wobei die weichmagnetische Legierung bei einer Temperatur oberhalb 1000°C magnetisch schlussgeglüht ist.
    6. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtung Belegungsdichten ρ an metallischem Zirkon zwischen 0,2 ≤ ρ ≤ 1,2 Gramm pro m2 Metalloberfläche aufweist.
    7. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 6, wobei die Beschichtung Belegungsdichten ρ an metallischem Zirkon zwischen 0,4 ≤ ρ ≤ 0,6 Gramm pro m2 Metalloberfläche aufweist.
    8. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei als weichmagnetische Legierung eine Nickel-Eisen-Legierung vorgesehen ist, die im wesentlichen aus Nickel mit einem Gehalt zwischen 36,0 und 82,0 Gewichtsprozent, Rest Eisen besteht.
    9. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 8, wobei als magnetische Legierung eine Legierung aus 47,5 Gewichtsprozent Nickel, 0,5 Gewichtsprozent Mangan, 0,2 Gewichtsprozent Silizium, Rest Eisen sowie erschmelzungsbedingter und/oder zufälliger Verunreinigungen vorgesehen ist.
    10. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung aus Zirkonoxid auf einer Oberfläche eines metallischen Gegenstandes mit folgenden Schritten:
      Bereitstellen einer in einem Lösungsmittel gelösten organischen Zirkonverbindung (Lösung);
      Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche;
      Glühen des metallischen Gegenstandes.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Zirkonalkylat bereitgestellt wird, das in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Zirkonalkylat aus der Gruppe Zirkonbutylat und Zirkonpropylat bereitgestellt wird, das in einem wasserfreien organischen Lösungsmittel gelöst ist.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei als organisches Lösungsmittel ein Alkohol oder eine Mischung von Alkoholen vorgesehen ist.
    14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei als organisches Lösungsmittel ein aliphatisches Lösungsmittel vorgesehen ist.
    15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei eine Lösung hergestellt wird, die zwischen 0,2 Gewichtsprozent und 10 Gewichtsprozent Zirkon enthält.
    16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei zwischen dem Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche und dem Glühen des metallischen Gegenstandes eine Formbearbeitung des metallischen Gegenstandes durchgeführt wird.
    17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei als metallischer Gegenstand ein magnetisches Halbzeug vorgesehen ist.
    18. Verfahren nach Anspruch 16 und 17, wobei als magnetisches Halbzeug ein weichmagnetisches Band vorgesehen ist.
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