EP4214342A2 - Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung - Google Patents

Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung

Info

Publication number
EP4214342A2
EP4214342A2 EP21782652.8A EP21782652A EP4214342A2 EP 4214342 A2 EP4214342 A2 EP 4214342A2 EP 21782652 A EP21782652 A EP 21782652A EP 4214342 A2 EP4214342 A2 EP 4214342A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
annealing
iron alloy
magnetic
tool
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21782652.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bas-Jan Hoogenberg
Robert Vehof
Brian Brady
Guillermo DOMÍNGUEZ
Karl Radlmayr
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.)
Voestalpine Metal Forming GmbH
Mogema BV
Original Assignee
Voestalpine Metal Forming GmbH
Mogema BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voestalpine Metal Forming GmbH, Mogema BV filed Critical Voestalpine Metal Forming GmbH
Priority to EP23205888.3A priority Critical patent/EP4310200A3/de
Publication of EP4214342A2 publication Critical patent/EP4214342A2/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B22F3/162—Machining, working after consolidation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B22F3/164—Partial deformation or calibration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/006—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of flat products, e.g. sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/32—Soft annealing, e.g. spheroidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/001—Heat treatment of ferrous alloys containing Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/007—Heat treatment of ferrous alloys containing Co
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing
    • C21D8/0405—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing
    • C21D8/0421—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing characterised by the working steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing
    • C21D8/0447—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing characterised by the heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C21D9/48—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals deep-drawing sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/30—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0075—Magnetic shielding materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2251/00—Treating composite or clad material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties
    • C22C2202/02—Magnetic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing complex three-dimensional magnetic shields, devices for magnetic shielding and their use.
  • CA 2080177 C discloses a transfer molding process for small parts. In addition, it is also known to produce complex components by milling from solid material.
  • the object of the invention is to provide a method with which complex three-dimensional magnetic shielding devices can be produced in a simple, cost-effective manner.
  • the inventors have found that, on the one hand, in the field of high-tech (including semiconductor technology, electron microscopy) and, on the other hand, in the field of automotive applications, in particular due to the trend towards electric vehicles combined with autonomous driving, mechatronic systems with a very high level of precision and accuracy and, on the other hand, high Power outputs are more and more required, which requires a higher proportion of magnetic shielding devices.
  • the problem is that, as already explained, very large three-dimensional objects cannot be manufactured from these materials, since in particular the high temperature during annealing of 1,000 - 1,400°C on the one hand and relatively large surfaces and possibly also small thicknesses on the other hand are currently hardly possible show.
  • the reason for this is that such large components creep and deform at the temperatures mentioned simply because of their size.
  • Corresponding devices to avoid creep, which could support the components at different points, are very complex and very expensive.
  • the method envisages two possible processing routes to create complex three-dimensional magnetic shielding devices.
  • a first method route envisages producing the complex three-dimensionally shaped part from the appropriate materials in a cold deep-drawing process. This complex three-dimensional part is then annealed in a vacuum or in a hydrogen atmosphere and then placed in a tool while hot, which corresponds to the target shape or target geometry of the finished component and is held there until it is creep-resistant and can be removed.
  • the shape deviation is corrected by creeping of the material during the annealing process.
  • the material is not quenched here, but the molded part is held in its shape in the mold and pressed. It can now cool down in the mold, with the mold possibly being preheated in order to set the optimal cooling rate.
  • the parts have the absolutely correct shape, i.e. correspond to the target geometry, even if this is complex three-dimensional, since deformations due to creeping of the material cannot occur in this step. Since the shape correction, calibration or forming that may take place still takes place at very high temperatures, the magnetic properties can largely be retained.
  • suitable components especially if the material does not have a very high forming resistance, can be allowed to cool after magnetic annealing and placed in the tool at a suitable temperature, for example room temperature, and calibrated.
  • a suitable temperature for example room temperature
  • the forming speed can be adjusted if necessary and, in particular, abrupt forming can be avoided and instead a slower "pressing into shape" can take place.
  • the second solution envisages inserting a steel sheet or, in particular, a steel plate made of the soft magnetic material, annealed in a vacuum or hydrogen atmosphere for the purpose of adjusting the permeability, in the hot state into a pressing tool in which the part is formed in one step and in the formed state is held and cools in the mould, optionally preheating the mold to reduce the cooling rate.
  • the tool can be preheated or heated during cooling in such a way that the cooling rate is adapted to the requirements of the soft magnetic material.
  • the advantage of the invention is that through the defined holding and cooling in a tool, which is shaped in such a way that it corresponds to the end component and through the setting of cooling conditions that allow optimal magnetic permeability, creep tendencies of the material can be counteracted and that Material is dimensionally stable and true to form with high permeability can be produced. Changes in shape of a cold, finished material that occur during magnetic annealing can be corrected in the tool without the magnetic properties deteriorating too much (i.e. in the range of a factor of 10 and greater).
  • the invention thus relates to a method for producing three-dimensional magnetic shields with sufficient permeability from unannealed, soft-annealed or magnetically annealed soft-magnetic metal sheets, the metal sheet being either cold-formed in a one-stage or multi-stage process to form the three-dimensional component, followed by a (magnetic ) is subjected to annealing to increase the permeability and then transferred to a mold by being held and/or pressed in a tool in the hot state or at room temperature, which has the target contour of the component and is optionally shape-corrected or calibrated by the tool and, is allowed to cool in the tool, or a metal sheet is heated for the purpose of forming and increasing permeability and then formed and held in a hot forming tool to the desired geometry and allowed to cool in the tool, or the three-dimensional ional component is produced by additive manufacturing and then subjected to (magnetic) annealing to increase permeability.
  • sheet metal made from a magnetizable nickel-iron alloy, a magnetizable silicon-iron alloy, a magnetizable cobalt-iron alloy or other magnetizable metal alloys is used as the soft-magnetic metal sheet.
  • the sheet metal is subjected to soft annealing before cold forming or after cold forming, or the sheet metal is subjected to soft annealing before hot forming.
  • One embodiment provides that, in the case of a nickel-iron alloy, the soft annealing is carried out at 600 to 900° C., in particular up to 700 to 800° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a nickel-iron alloy, the magnetic annealing is carried out at 1000 to 1400° C., in particular 1100 to 1300° C., in particular at 1150° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a nickel-iron alloy, the hot forming is carried out at 500 to 800°C, in particular 600 to 800°C, preferably 600°C.
  • One embodiment provides that, in the case of a nickel-iron alloy, the hot calibration is carried out at 500 to 800°C, in particular 600 to 800°C, preferably 600°C.
  • One embodiment provides that, in the case of a cobalt-iron alloy, the magnetic annealing is carried out at 700 to 950° C., in particular 730 to 900° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a cobalt-iron alloy, the hot forming is carried out at 500 to 800° C., in particular 600 to 800° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a cobalt-iron alloy, the hot calibration is carried out at 500 to 800° C., in particular 600 to 800° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a silicon-iron alloy, the soft annealing is carried out at 600 to 950° C., in particular up to 700 to 800° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a silicon-iron alloy, the magnetic annealing is carried out at 700 to 1100° C., in particular 750 to 1050° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a silicon-iron alloy, the hot forming is carried out at 500 to 800° C., in particular 600 to 800° C.
  • One embodiment provides that, in the case of a silicon-iron alloy, the hot calibration is carried out at 500 to 800° C., in particular 600 to 800° C.
  • the cycle time for nickel-iron alloys is 2 to 10 hours for soft annealing.
  • One embodiment provides that the cycle time for nickel-iron alloys is 2 to 150 hours for magnetic annealing.
  • One embodiment provides that the cycle time for nickel-iron alloys during hot forming is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for nickel-iron alloys during hot calibration is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for nickel-iron alloys during cold forming is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for nickel-iron alloys during cold calibration is 1 sec. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for cobalt-iron alloys is 2 to 150 hours for magnetic annealing.
  • One embodiment provides that the cycle time for cobalt-iron alloys during hot forming is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for cobalt-iron alloys during hot calibration is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for cobalt-iron alloys during cold forming is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for cobalt-iron alloys is 1 second for cold calibration. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for silicon-iron alloys is 0.25 to 10 hours for soft annealing.
  • cycle time for silicon-iron alloys is 0.5 to 10 hours for magnetic annealing.
  • cycle time for silicon-iron alloys during hot forming is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for silicon-iron alloys during hot calibration is 1 sec. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for silicon-iron alloys during cold forming is 1 second. is up to 2 hours.
  • One embodiment provides that the cycle time for silicon-iron alloys during cold calibration is 1 sec. is up to 2 hours.
  • the forming speed is preferably between 5 mm/min and 60 mm/min tool speed.
  • One embodiment provides for the component to be removed after hot forming or after being held in the tool at a temperature at which the component is stable against material flow and can cool in air and in particular at 200 to 600° C., in particular 300 to 500° C is removed.
  • the sheet metal is produced by means of welds from a number of blanks, in particular combinations of a number of blanks made from different alloys, thicknesses or degrees of tempering or degrees of annealing, in particular with regard to soft, solution and/or stress-relieving annealing.
  • the welded blanks are planar or three-dimensionally shaped components that are welded to one another before, during or after the process.
  • a further aspect of the invention relates to a shielding device made from a three-dimensional metal sheet of high permeability or composed of a plurality of metal sheets, in particular produced by a method according to one of the preceding claims, the metal sheet being formed into the three-dimensional component either in a single-stage or multi-stage process is cold formed, then subjected to (magnetic) annealing to increase the permeability and then transferred to a mold by being held and/or pressed in a tool in the hot state or at room temperature, which has the desired contour of the Component has and is optionally corrected or calibrated by the tool and, in the tool is allowed to cool, or a sheet is heated for the purpose of forming and increasing permeability and then formed in a hot forming tool to the desired geometry and is held and in the tool is allowed to cool, or the three-dimensional component is produced by additive manufacturing and then subjected to (magnetic) annealing to increase permeability.
  • the sheet metal consists of a magnetizable nickel-iron alloy, a magnetizable silicon-iron alloy, a magnetizable cobalt-iron alloy or other magnetizable metal alloys.
  • nickel-iron alloys the nickel content is between 30 and 90% by weight, the nickel content being in particular between 50-80% by weight, with the nickel-iron alloy containing further elements such as molybdenum and/or chromium in the range of up to 10% by weight and other elements such as manganese, silicon and/or carbon in the range of up to 1% by weight each and the balance iron and unavoidable impurities consists. .
  • the silicon content of a silicon-iron alloy is between 0.1-8% by weight, with the silicon-iron alloy containing up to 1% by weight manganese and up to 2% aluminum by weight. % may contain and the rest consists of iron and unavoidable impurities.
  • cobalt-iron alloys the cobalt content is 9-60% by weight, preferably 10-27% by weight, with the cobalt-iron alloy containing chromium from 2 to 10% by weight and molybdenum, vanadium, niobium, tantalum, aluminum, zirconium and/or manganese in the range of up to 2% by weight each and up to 5% by weight in total and the remainder consists of iron and unavoidable impurities .
  • a further aspect of the invention relates to the use of a shielding device as described above for coverings, linings and shields made from individual metal sheets or complex shielding components made from a number of metal sheets assembled together.
  • a further aspect of the invention relates to the use of a shielding device as described above for the formation of housings, chambers, spaces and the like.
  • FIG. 1 Various process sequences of embodiments with separate forming and calibrating steps for nickel-iron alloys
  • FIG. 2 Various process sequences of embodiments with individual forming steps for nickel-iron alloys
  • FIG. 3 Various process sequences of embodiments with a separate shaping and calibrating step for cobalt-iron alloys
  • FIG. 4 Various process sequences of embodiments with individual forming steps for cobalt-iron alloys
  • FIG. 5 Various process sequences of embodiments with a separate shaping and calibrating step for silicon-iron alloys
  • FIG. 6 Various process sequences of embodiments without a soft annealing step for silicon-iron alloys
  • FIG. 7 Different process sequences of embodiments with individual forming steps for silicon-iron alloys
  • the invention relates to the complex 3D shaping of sheet metal made from, for example, nickel-iron alloys, which have soft-magnetic properties. These materials inherently require complex and costly processing due to the need for an end-of-process heat treatment under controlled conditions. This heat treatment optimizes the magnetic properties, which are largely lost when the material is reshaped after heat treatment.
  • a method is created which adds additional method steps to existing method routes, which allow a modified procedure and thus on the one hand make the process considerably more effective and in particular make a final heat treatment step after a necessary forming unnecessary.
  • the soft-magnetic materials used according to the invention are characterized by high magnetic permeability.
  • the group of materials includes not only nickel-iron alloys, but also silicon-iron alloys, cobalt-iron alloys and others.
  • the nickel content is 30-90% by weight.
  • Such materials develop an exceptionally high magnetic permeability of r > 1000, thereby allowing high magnetic flux density of the material to be tolerated. Although the original permeability is very high, it can be further increased by the heat treatment already mentioned.
  • the nickel-iron alloy undergoes a phase transformation from BCC to FCC.
  • the FCC for the material is stable up to the melting point, allowing very high heat treatment temperatures.
  • the Curie temperature ranges from 200°C at 35% by weight nickel to a maximum of 600°C at about 70% by weight nickel.
  • the nickel content can preferably be between 50-80% by weight.
  • the nickel-iron alloy can include other elements such as molybdenum and/or chromium in the range of up to 10%.
  • the nickel-iron alloy can include other elements such as manganese, silicon and/or carbon in the range of up to 1% each.
  • the soft annealing can take place in a temperature range of 600 - 900°C with a cycle time of 1-10h
  • the magnetic annealing can take place in a temperature range of 1000 - 1400°C with a cycle time of 0.5 - 150h.
  • Cycle time or treatment time within the meaning of the invention is the total time in which the material is heat treated, i.e. the heating time and cooling time is included.
  • the cycle time can preferably be based on the thickness of the material, i.e. with thin sheets of 0.1 mm the lower limit of the cycle time is preferably used, while with thicker sheets > 5 mm thickness you can work towards the upper limit.
  • the silicon content is typically from 0.1-8% by weight. With a silicon content above 2% by weight, only the BCC phase is present up to the melting point, which also allows high temperature treatment here.
  • the Curie temperature ranges from 660°C with 8% by weight silicon to a maximum of 770°C in the absence of silicon.
  • the silicon-iron alloys can contain manganese up to 1% and aluminum up to 2%. These alloys can preferably be soft annealed in the temperature range from 550 -
  • the cycle time can be between 10 minutes and 10 hours.
  • the optional soft annealing can ensure a further improvement in the forming behavior of certain alloys.
  • Cold forming as the first processing step for grades with a lower Si content, preferably below 1.5%, and hot forming for high-alloy Si alloys, preferably above 1.5% Si, may be preferable to soft annealing in order to ensure good forming behavior.
  • the magnetic annealing can take place in the temperature range of 750 - 1050°C, the cycle time is preferably 5 seconds to 10 hours. In a continuous annealing process, the cycle time can be reduced to 5 seconds. up to 30 sec. can be set, which can reduce the production time. In a batch annealing process, the cycle time can be between 1 hour and 10 hours.
  • the cobalt content is 9-60% by weight, preferably 10-27% by weight.
  • These alloys are characterized by a high magnetic saturation of up to 2.4 T.
  • the permeability does not surpass the nickel-iron alloys (less than about 20,000 p), its high saturation makes it a preferred choice for achieving high flux density in magnetic shielding or other flux conductors (e.g. actuators).
  • the Curie temperature ranges from 850°C at 9 wt% cobalt to a maximum of 980°C at about 40 wt% cobalt.
  • the cobalt-iron alloy undergoes a phase transformation from BCC (ferrite) to FCC (austenite), therefore the heat treatment should preferably take place at temperatures below 900°C. In addition, at a concentration of 50/50 wt. Therefore, the desired temperature for complex molding operations is between these two phase transitions.
  • the cobalt-iron alloy can contain other elements such as chromium. Chromium increases the protection against corrosion and is preferably added in the range of 2 to 10%. Other elements such as molybdenum, vanadium, niobium, tantalum, aluminium, zirconium and/or manganese can be alloyed in the range of up to 2% each and up to 5% in total.
  • Magnetic fields Materials capable of absorbing and guiding lines of magnetic flux are required if magnetic fields are to be shielded. This applies, for example, to precision sensor instruments where magnetic fields could form parasitic effects. Examples are scientific applications (electron microscopes, atomic force microscopes, etc.), medical devices, the field of energy, semiconductors (subnanometers, precision mechatronics) and others. In addition, it can be foreseen that the transition to electrically powered vehicles and the transition to autonomous driving will be much stronger The type and scope of magnetic shielding is required, since the high voltages in DC motors negatively affect the electronics, which in particular analyze the surrounding traffic.
  • a heat treatment is provided in which a nickel-iron alloy is heated for a specific time, typically to 700°C - 800°C. For the respective material, this temperature is above the so-called recrystallization temperature.
  • This recrystallization anneal is typically performed for 0.5 to 10 hours and the result is material softening and increased ductility (except for the cobalt alloy) to prepare the material for subsequent processes. This process is referred to below as soft annealing.
  • a high-temperature heat treatment is provided when using nickel-iron alloys, which also heats the material for a specific period of time, with the temperature range from 1000°C - 1400°C, in particular 1050°C for a time of 1 to 6 hours is held.
  • the crystals in the material grow to a size where they are readily visible even to the naked eye.
  • This process significantly improves the shielding properties by increasing the permeability (p) even by a factor of 10 or more.
  • This heating is preferably carried out in a vacuum or in a hydrogen atmosphere, the two methods in vacuum or in a hydrogen atmosphere serving to eliminate impurities. The removal of impurities in turn allows greater or further grain growth.
  • This process is referred to below as magnetization annealing.
  • the cycle time of the first soft annealing can preferably be run through faster, ie shorter, than that of any subsequent magnetization annealing. This can support the structure formation.
  • FIG. 1(a) A possible process sequence for nickel-iron alloys is shown in FIG. 1(a).
  • a sheet of an alloy with adjustable soft-magnetic properties such as a nickel-based alloy with a thickness of 0.1 to 50 mm, is first subjected to soft annealing.
  • Forming then takes place either in the cold or warm state.
  • a cold forming for example shown in Fig. 1 (b)
  • this is done in a single or multi-stage process to the finished component.
  • a single-stage forming takes place at temperatures of 500 to 800°C.
  • the heat from soft annealing can be used for hot forming, or it can be heated up again.
  • the shaped bodies which may have warped as a result of the magnetization heat treatment or in which the material has crept due to the influence of heat or its own weight when warm, are brought back into the target geometry.
  • the tool has the appropriate geometry that corresponds to the target geometry of the formed component.
  • the heat from the component from magnetization annealing can also be used for this purpose.
  • the cooling rate can be adjusted in such a way that the cooling curve runs in such a way that maximum permeability is maintained.
  • the first shaping step is omitted, here magnetization annealing takes place directly after soft annealing, with a final shaping step taking place in particular using the heat from magnetization annealing.
  • magnetization annealing takes place directly after soft annealing, with a final shaping step taking place in particular using the heat from magnetization annealing.
  • This is preferably designed in such a way that the sheet metal blank is hot-formed in one step and then held in the tool and allowed to cool, at least until mechanical stability is reached and for as long as the cooling rate is necessary to maintain permeability.
  • the blank is directly subjected to the magnetization annealing, so that the soft annealing is integrated in this step.
  • the final shaping then corresponds to the previously described embodiment. All of the steps mentioned can be followed by cutting, milling, drilling, welding, surface and cleaning steps. In addition, further layers or volumes can be applied additively to components made of sheet metal, for example with 3D printing.
  • FIGS. 3 to 7 show possible production methods for other alloy compositions.
  • Figures 3 and 4 show the possible route for cobalt-iron alloys and Figures 5 to 7 show possible routes for silicon-iron alloys.
  • the advantage of the invention is that the formation of monolithic complex components has functional advantages over the prior art in that the parts are cold-formed and then heat-treated.
  • the combination of the heat treatment step and the hot forming leads to precisely shaped components with a high magnetic shielding effect. Hot forming while maintaining the required temperatures also enables complex shapes, which are particularly advantageous where installation space is limited, for example in electromobility.
  • complex components can then also be combined to form complex shielding devices, for example to form entire housings, claddings, chambers and the like.
  • complex components or shielding devices can also be made from different material thicknesses. An example of this is given in the table below.
  • circuit boards with a length of up to 3500 mm and a width of up to 2500 mm can be produced from a soft-annealed nickel-iron alloy with a Ni content of 48% by weight and formed into a three-dimensional shield. All fusion welding processes, preferably laser welding, can be used as the joining process for producing blanks of this size.
  • a spherical dome 50 mm deep and 100 mm in diameter, was formed from 2 mm thick blanks made of a nickel-iron alloy containing 48% by weight Ni by cold forming, ie deep drawing, at room temperature. This deformation degrades the magnetic properties, so this would be of a Experts are not used as a magnetic shielding element.
  • Such parts are used to demonstrate the effect of the invention and are therefore referred to as reference parts.
  • test parts were formed using the same process to a draw depth of 48mm (and 100mm diameter). These parts are test parts to characterize the calibration process and are finish drawn to 50mm after thermal treatment. The magnetic properties of the test and reference parts were characterized prior to heat treatment.
  • Test and reference parts were magnetized together at 1150°C for 4 hours in a hydrogen atmosphere. After this process step, the reference parts are finished (the parts are manufactured according to FIG. 1 (c)).
  • test parts 48mm were finished by means of cold forming, i.e. deep drawing at room temperature to a depth of 50mm and a diameter of 100mm. This step is calibrated by 2mm (from 48mm to 50m), which leads to a calculated global strain of approx. 4% (the parts are made according to the process shown in Figure 1 (c)).
  • the magnetic properties of the test parts were characterized again between the final drawing and the next process steps. After the final drawing, these test parts were subjected to a second magnetization annealing at 1150° C. for a period of 4 hours in a hydrogen atmosphere and tested for their magnetic properties.
  • the characterization showed that the magnetic shielding had the best values after magnetization annealing.
  • a magnetic flux of 36.7 mT is measured without shielding. This value is reduced to 58 pT (with a reduction factor of 633) for the reference parts after magnetization annealing, while a value of 1.8 mT was measured on the reference parts before annealing (this corresponds to a reduction factor of 20).
  • the anneal provides more than a 30X improvement in shielding compared to the just cold worked part.
  • a significantly larger magnetic shield according to the invention was produced and characterized (approx. 600 ⁇ 300 ⁇ 80 mm).
  • a dome-shaped geometry was produced from a soft-annealed 48% by weight nickel-iron alloy sheet with a thickness of 2 mm in a forming step at room temperature and was geometrically characterized.
  • the component was subjected to magnetization annealing at 1150°C for 4 hours in a hydrogen atmosphere. After that, a magnetic and geometric characterization was carried out. The geometric measurements showed a deviation of 1% from the geometry after the first forming step. This is due to creep during magnetization annealing.
  • the magnetic characterization shows that, with a relatively high magnetic flux density of 1.2 mT, the products according to the invention achieve a 9% lower magnetic shielding compared to the annealed parts before calibration. No difference was measured at a lower flux density of about 300 pT. This can be explained by the fact that no (local) saturation occurs at the lower flux density.
  • the presented method with a calibration step can have large local effects on permeability, but can achieve well-functioning shielding globally.
  • shape of this method corresponds to the target geometry on the test parts, where there is a shape deviation on the reference parts due to material creep. Extremely precise and complex geometries can be produced with a calibration step, which is advantageous for applications with limited installation space or miniaturization.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler magnetischer Abschirmungen mit einer ausreichenden Permeabilität aus ungeglühten, weichgeglühten oder magnetisch geglühten weichmagnetischen Metallblechen, wobei das Metallblech entweder in einem ein- oder mehrstufigen Prozess zu dem dreidimensionalen Bauteil kalt umgeformt wird, anschließend einer (magnetische) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen und dann in ein Formwerkzeug überführt wird, indem es im heißen Zustand oder auf Raumtemperatur in einem Werkzeug gehalten und/oder gepresst wird, welches die Sollkontur des Bauteils besitzt und durch das Werkzeug gegebenenfalls form-korrigiert oder kalibriert wird und, in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder ein Blech zum Zwecke der Umformung und der Erhöhung Permeabilität erhitzt wird und anschließend in einem Warmumformwerkzeug auf die Sollgeometrie umgeformt wird und gehalten wird und in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder das dreidimensionale Bauteil durch additive Fertigung erzeugt wird und anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen wird, sowie eine Abschirmvorrichtung.

Description

Verfahren zum Herstellen und Design komplexer dreidimensionaler magnetischer Abschirmelemente, Abschirmelemente und deren Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen komplexer dreidimensionaler magnetischer Abschirmungen, Vorrichtungen zur magnetischen Abschirmung und deren Verwendung.
Materialien mit einer extrem hohen magnetischen Permeabilität, insbesondere Nickel-Eisen- Legierungen werden als magnetische Abschirmungen eingesetzt, da sie bei einer sehr hohen Permeabilität von pr =50.000-140.000 den magnetischen Fluss insbesondere niedrig frequenter Magnetfelder konzentrieren. Derartige Materialien werden auch als weichmagnetische Materialien bezeichnet. Wenn derartige Metalle gebogen, verformt oder mechanisch bearbeitet werden, bricht allerdings die sehr hohe Permeabilität drastisch ein, wobei Werte bis pr=150 möglich sind.
Dieser extreme Verlust an Permeabilität kann durch eine nachfolgende Wärmebehandlung wieder behoben werden, die Permeabilität kann sogar verbessert werden. Allerdings ist die Wärmebehandlungszeit relativ lang und die Temperatur recht hoch, was das Fließen des Materials begünstigen kann, was insbesondere bei verformten Materialien vollkommen unerwünscht ist. Deshalb werden solche Teile üblicherweise eingespannt und dann auf 1.000 - 1.400°C aufgeheizt.
Zur Erzeugung magnetischer Abschirmung ist es beispielsweise bekannt, Bleche aus einem solchen Material zu biegen, wie es auch in der US 43331285 offenbart wird. Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Materialien mit Wasserstrahl oder Laser zu schneiden oder sie tieferzuziehen (JP 11186019 A).
Aus der US 6813364 Bl ist ein einfaches Tiefziehverfahren für kleine Teile bekannt.
Aus der W02014/090282 Al ist ein Elektroabscheideverfahren bekannt.
Aus der CA 2080177 C ist ein Spritzpressverfahren für kleine Teile bekannt. Darüber hinaus ist es auch bekannt, komplexe Bauteile durch das Fräsen aus dem vollen Material herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem komplexe dreidimensionale magnetische Abschirmvorrichtungen auf einfache, kostengünstige Art und Weise erzeugt werden können.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine magnetische Abschirmvorrichtung zu schaffen, welche kostengünstig komplex dreidimensional ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruch 22 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass einerseits im Bereich High Tech (u. a. der Halbleitertechnik, Elektronenmikroskopie) und andererseits im Bereich der automotiven Anwendungen, insbesondere durch den Trend zu Elektrofahrzeugen kombiniert mit dem autonomen Fahren, mechatronische Systeme mit einer sehr hohen Präzision und Genauigkeit und andererseits hohe Stromleistungen mehr und mehr verlangt werden, was einen höheren Anteil an magnetischen Abschirmvorrichtungen bedingt.
Problematisch ist jedoch, dass, wie bereits ausgeführt, sehr große dreidimensionale Objekte sich aus diesen Materialien nicht fertigen lassen, da insbesondere die hohe Temperatur bei der Glühung von 1.000 - 1.400°C einerseits, andererseits relativ große Oberflächen und gegebenenfalls auch geringe Dicken sich derzeit kaum darstellen lassen. Grund hierfür ist, dass derartige große Bauteile schon alleine aufgrund der Größe bei den genannten Temperaturen kriechen und sich verformen. Entsprechende Vorrichtungen zum Vermeiden vom Kriechen, welche die Bauteile an unterschiedlichen Punkten stützen könnten sind sehr komplex und sehr teuer. Zudem hat sich herausgestellt, dass auch mit solchen Vorrichtungen eine Verformung komplexer Bauteile nicht sicher ausgeschlossen werden kann. Erfindungsgemäß sieht das Verfahren zwei mögliche Verfahrensrouten vor, um komplexe dreidimensionale magnetische Abschirmvorrichtungen zu schaffen.
Eine erste Verfahrensroute sieht vor, aus den entsprechenden Materialien in einem kalten Tiefziehprozess das komplexe dreidimensional geformte Teil herzustellen. Dieses komplexe dreidimensionale Teil wird anschließend im Vakuum oder unter Wasserstoffatmosphäre geglüht und anschließend in heißem Zustand in ein Werkzeug eingelegt, welches der Sollform bzw. Sollgeometrie des fertigen Bauteils entspricht und dort so lange gehalten wird, bis es Kriechstabil ist und entnommen werden kann.
In diesem zweiten Schritt des Formprozesses wird somit die Formabweichung durch Kriechen des Materials während des Glühprozesses korrigiert. Erfindungsgemäß wird das Material hierbei nicht abgeschreckt, sondern das Formteil im Formwerkzeug in seiner Form gehalten und gepresst. Im Formwerkzeug kann es nun abkühlen, wobei gegebenenfalls das Formwerkzeug vorgeheizt ist, um die optimale Abkühlrate einzustellen.
Es ist von Vorteil, dass die Teile die absolut korrekte Form haben, also der Sollgeometrie entsprechen, auch wenn diese komplex dreidimensional ist, da Deformationen durch Kriechen des Werkstoffs in diesem Schritt nicht auftreten können. Da die gegebenenfalls stattfindende Formkorrektur, Kalibrierung oder Umformung noch bei sehr hohen Temperaturen stattfindet, können die magnetischen Eigenschaften weitgehend erhalten bleiben.
In einer Abwandlung des Verfahrens können geeignete Bauteile, insbesondere wenn der Werkstoff keinen sehr hohen Umformwiderstand besitzt, nach dem magnetischen Glühen abkühlen gelassen und bei einer geeigneten Temperatur, zum Beispiel Raumtemperatur in das Werkzeug eingelegt und kalibriert werden. Um negative Einflüsse auf die Permeabilität zu verringern kann gegebenenfalls die Umformgeschwindigkeit angepasst werden und insbesondere ein schlagartiges Umformen vermieden werden und statt dessen ein langsameres „in Form drücken" erfolgen.
Die zweite Lösung sieht vor, ein Stahlblech oder insbesondere eine unter Vakuum oder Wasserstoffatmosphäre zum Zwecke der Einstellung der Permeabilität geglühte Stahlplatte aus dem weichmagnetischen Material, in heißem Zustand in ein Presswerkzeug einzulegen, in dem das Teil in einem Schritt umgeformt wird und in dem umgeformten Zustand gehalten wird und in der Form abkühlt, wobei gegebenenfalls die Form vorgeheizt wird, um die Abkühlgeschwindigkeit zu verringern. In beiden Fällen kann das Werkzeug vorgewärmt werden oder während des Abkühlens so beheizt werden, dass die Abkühlrate an die Anforderung des weichmagnetischen Materials angepasst ist.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch das definierte Halten und Abkühlen in einem Werkzeug, welches so geformt ist, dass es dem Endbauteil entspricht und durch das Einstellen von Abkühlbedingungen, die eine optimale magnetische Permeabilität zulassen, Kriechneigungen des Materials entgegengewirkt werden kann und das Material formbeständig und formentreu mit hoher Permeabilität herstellbar ist. Während des magnetischen Glühens eingetretene Formänderungen eines kalt fertig geformten Materials können in dem Werkzeug korrigiert werden, ohne dass die magnetischen Eigenschaften zu stark (d.h. im Bereich von Faktor 10 und größer) verschlechtert werden.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler magnetischer Abschirmungen mit einer ausreichenden Permeabilität aus ungeglühten, weichgeglühten o- der magnetisch geglühten weichmagnetischen Metallblechen, wobei das Metallblech entweder in einem ein- oder mehrstufigen Prozess zu dem dreidimensionalen Bauteil kalt umgeformt wird, anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen und dann in ein Formwerkzeug überführt wird, indem es im heißen Zustand oder auf Raumtemperatur in einem Werkzeug gehalten und/oder gepresst wird, welches die Sollkontur des Bauteils besitzt und durch das Werkzeug gegebenenfalls formkorrigiert oder kalibriert wird und, in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder ein Blech zum Zwecke der Umformung und der Erhöhung Permeabilität erhitzt wird und anschließend in einem Warmumformwerkzeug auf die Sollgeometrie umgeformt wird und gehalten wird und in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder das dreidimensionale Bauteil durch additive Fertigung erzeugt wird und anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass als weichmagnetisches Metallblech Blech aus einer aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Legierung, einer magnetisierbaren Silizium-Eisen-Legierung, einer magnetisierbaren Kobalt-Eisen-Legierung oder anderen magnetisierbaren Metalllegierungen verwendet wird. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Blech vor der kalten Umformung oder nach der kalten Umformung oder das Blech vor der warmen Umformung einer Weichglühung unterzogen wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung das Weichglühen bei 600 bis 900°C, insbesondere bis 700 bis 800°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung das magnetische Glühen bei 1000 bis 1400°C, insbesondere 1100 bis 1300°C, insbesondere bei 1150°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung die Warmumformung bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, bevorzugt 600°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung das Warmkalibrieren bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, bevorzugt 600°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Kobalt-Eisen-Legierung das magnetische Glühen bei 700 bis 950°C, insbesondere 730 bis 900°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Kobalt-Eisen-Legierung die Warmumformung bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Kobalt-Eisen-Legierung das Warmkalibrieren bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung das Weichglühen bei 600 bis 950°C, insbesondere bis 700 bis 800°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung das magnetische Glühen bei 700 bis 1100°C, insbesondere 750 bis 1050°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung, die Warmumformung bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung das Warmkalibrieren bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C durchgeführt wird. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Nickel-Eisen-Legierungen bei einem Weichglühen 2 bis 10h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Nickel-Eisen-Legierungen bei einem magnetischen Glühen 2 bis 150h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Nickel-Eisen-Legierungen bei einem Warmumformen 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Nickel-Eisen-Legierungen bei einem Warmkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass Zykluszeit bei Nickel-Eisen-Legierungen bei einem Kaltumformen 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Nickel-Eisen-Legierungen bei einem Kaltkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Kobalt-Eisen-Legierungen bei einem magnetischen Glühen 2 bis 150h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Kobalt-Eisen-Legierungen bei einem Warmumformen 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Kobalt-Eisen-Legierungen bei einem Warmkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Kobalt-Eisen-Legierungen bei einem Kaltumformen 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Kobalt-Eisen-Legierungen bei einem Kaltkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Silizium-Eisen-Legierungen bei einem Weichglühen 0,25 bis 10h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Silizium-Eisen-Legierungen bei einem magnetischen Glühen 0,5 bis 10h beträgt. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Silizium-Eisen-Legierungen bei einem Warmumformen 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Silizium-Eisen-Legierungen bei einem Warmkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Silizium-Eisen-Legierungen bei einem Kaltumformen 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zykluszeit bei Silizium-Eisen-Legierungen bei einem Kaltkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Umformgeschwindigkeit, insbesondere beim Warmumformen bevorzugt zwischen 5 mm/min und 60 mm/min Werkzeuggeschwindigkeit beträgt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Bauteil nach dem Warmumformen oder nach dem Halten im Werkzeug bei einer Temperatur entnommen wird, bei der das Bauteil gegen Materialfließen stabil ist und an Luft abkühlen kann und insbesondere bei 200 bis 600°C, insbesondere 300 bis 500°C entnommen wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Blech mittels Schweißungen aus mehreren Platinen hergestellt wird, insbesondere Kombinationen von mehreren Platinen aus verschieden Legierungen, Dicken oder Anlassgraden oder Glühgraden, insbesondere bezüglich eines Weich-, Lösungs- und/oder Spannungsarmglühen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die geschweißten Platinen eben oder dreidimensional ausgeformte Bauteile sind, die vor, innerhalb oder nach dem Prozess miteinander verschweißt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung aus einem dreidimensionalen ausgebildeten Metallblech einer hohen Permeabilität oder zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von Metallblechen, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallblech entweder in einem ein- oder mehrstufigen Prozess zu dem dreidimensionalen Bauteil kalt umgeformt ist, anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen und dann in ein Formwerkzeug überführt wird, indem es im heißen Zustand oder auf Raumtemperatur in einem Werkzeug gehalten und/oder gepresst ist, welches die Sollkontur des Bauteils besitzt und durch das Werkzeug gegebenenfalls formkorrigiert oder kalibriert wird und, in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder ein Blech zum Zwecke der Umformung und der Erhöhung Permeabilität erhitzt ist und anschließend in einem Warmumformwerkzeug auf die Sollgeometrie umgeformt ist und gehalten wird und in dem Werkzeug abkühlen gelassen ist, oder das dreidimensionale Bauteil durch additive Fertigung erzeugt ist und anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen ist..
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Metallblech aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Legierung, einer magnetisierbaren Silizium-Eisen-Legierung, einer magnetisierbaren Ko- balt-Eisen-Legierung oder anderen magnetisierbaren Metalllegierungen besteht.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei Nickel-Eisen-Legierungen der Nickel-Gehalt zwischen 30 und 90 Gew.-% beträgt, wobei der Nickel Gehalt insbesondere zwischen 50-80 Gew.-% beträgt, wobei die Nickel-Eisen-Legierung weitere Elemente wie Molybdän und/oder Chrom im Bereich von bis zu 10 Gew.-% umfassen kann und weitere Elemente wie Mangan, Silizium und/oder Kohlenstoff im Bereich von jeweils bis zu 1 Gew.-% umfassen kann und der Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen besteht. .
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierungen der Silizium-Gehalt zwischen 0,1-8 Gew.-% beträgt wobei die Silizium-Eisen-Legierung Mangan bis zu 1 Gew.-% und Aluminium bis 2 Gew.-% enthalten kann und der Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen besteht.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass Bei Kobalt-Eisen-Legierungen der Kobalt-Gehalt 9-60 Gew.-% bevorzugt 10-27 Gew.-% beträgt, wobei die Kobalt-Eisen-Legierung Chrom von 2 bis 10 Gew.-% enthalten kann und Molybdän, Vanadium, Niob, Tantal, Aluminium, Zirkonium und/oder Mangan im Bereich von jeweils bis zu 2 Gew.-% und in Summe bis zu 5 Gew.-% enthalten sein können und der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Abschirmvorrichtung wie zuvor beschrieben für Verkleidungen, Auskleidungen und Abschirmungen aus einzelnen Blechen oder komplexen Abschirmbauteilen aus mehreren zusammengesetzten Blechen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Abschirmvorrichtung wie zuvor beschrieben für die Ausbildung von Gehäusen, Kammern, Räumen und dergleichen.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert, es zeigen dabei:
Figur 1: Verschiedene Verfahrensabläufe von Ausführungsformen mit separatem Form- und Kalibrierschritt für Nickel-Eisen-Legierungen;
Figur 2: Verschiedene Verfahrensabläufe von Ausführungsformen mit einzelnen Formschritten für Nickel-Eisen-Legierungen;
Figur 3: Verschiedene Verfahrensabläufe von Ausführungsformen mit separatem Form- und Kalibrierschritt für Kobalt-Eisen-Legierungen;
Figur 4: Verschiedene Verfahrensabläufe von Ausführungsformen mit einzelnen Formschritten für Kobalt-Eisen-Legierungen;
Figur 5: Verschiedene Verfahrensabläufe von Ausführungsformen mit separatem Form- und Kalibrierschritt für Silizium-Eisen-Legierungen;
Figur 6: Verschiedene Verfahrensabläufe von Ausführungsformen ohne Weichglühschritt für Silizium-Eisen-Legierungen;
Figur 7 Verschiedene Verfahrensabläufe von Ausführungsformen mit einzelnen Formschritten für Silizium-Eisen-Legierungen;
Die Erfindung betrifft die komplexe 3D-Formung von Metallblechen aus beispielsweise Nickel- Eisen-Legierungen, welche weichmagnetische Eigenschaften haben. Diese Werkstoffe benötigen an sich eine komplexe und kostspielige Verarbeitung aufgrund einer benötigten Wärmebehandlung am Ende des Verfahrens unter kontrollierten Bedingungen. Diese Wärmebehandlung optimiert die magnetischen Eigenschaften, welche weitestgehend verlorengehen, wenn das Material nach der Wärmebehandlung umgeformt wird.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren geschaffen, welches zu existierenden Verfahrensrouten zusätzliche Verfahrensschritte hinzufügt, welche eine geänderte Verfahrensweise zulassen und so einerseits den Prozess erheblich effektiver machen und insbesondere einen abschließenden Wärmebehandlungsschritt nach einer nötigen Umformung entbehrlich machen. Die erfindungsgemäß verwendeten weichmagnetischen Materialien werden durch eine hohe magnetische Permeabilität gekennzeichnet. Die Gruppe der Materialien umfasst hierbei nicht nur Nickel-Eisen-Legierungen, sondern auch Silizium-Eisen-Legierungen, Kobalt-Eisen-Legie- rungen und weitere.
Alle Prozentangaben sind -soweit nicht anders angegeben- in Gewichtsprozent (Gew.-%) gemeint und zu interpretieren.
Bei Nickel-Eisen-Legierungen beträgt der Nickel-Gehalt 30-90 Gew.-%. Derartige Materialien entwickeln eine außergewöhnlich hohe magnetische Permeabilität von r > 1000, wodurch sie es erlauben, hohe Dichte von Magnetfluss des Materials zuzulassen. Obwohl die ursprüngliche Permeabilität sehr hoch ist, kann sie noch weiter erhöht werden durch die schon genannte Wärmebehandlung. Oberhalb von 30 Gew.-% Nickel unterliegt die Nickel-Eisen- Legierung einer Phasenumwandlung von BCC zu FCC. Der FCC für das Material ist bis zum Schmelzpunkt stabil, was sehr hohe Wärmebehandlungstemperaturen erlaubt. Die Curie- Temperatur reicht von 200°C bei 35 Gew.-% Nickel bis höchstens 600°C bei etwa 70 Gew.- % Nickel. Bevorzugt kann der Nickel Gehalt zwischen 50-80 Gew.-% betragen. Die Nickel- Eisen-Legierung kann weitere Elemente wie Molybdän und/oder Chrom im Bereich von bis zu 10% umfassen. Die Nickel-Eisen-Legierung kann weitere Elemente wie Mangan, Silizium und/oder Kohlenstoff im Bereich von jeweils bis zu 1% umfassen.
Das Weichglühen kann in einem Temperaturbereich von 600 - 900°C mit einer Zykluszeit von l-10h erfolgen, die magnetische Glühung kann in einem Temperaturbereich von 1000 - 1400°C stattfinden, mit einer Zykluszeit von 0,5 - 150h.
Zykluszeit oder Behandlungszeit im Sinne der Erfindung ist die gesamte Zeit, in welcher das Material wärmebehandelt wird, d.h. die Aufheizzeit und Abkühlzeit ist inkludiert. Die Zykluszeit kann sich vorzugsweise an der Dicke des Materials orientieren, d.h. bei dünnen Blechen von 0,1 mm wird das untere Limit der Zykluszeit vorzugsweise angewandt, während bei dickeren Blechen > 5 mm Dicke in Richtung des oberen Limits gearbeitet werden kann.
Für Silizium-Eisen-Legierungen beträgt der Silizium-Gehalt typischerweise von 0,1-8 Gew.-%. Bei einem Silizium-Gehalt oberhalb von 2 Gew.-% liegt ausschließlich die BCC-Phase bis zum Schmelzpunkt vor, welches auch hier eine hohe Temperaturbehandlung erlaubt. Die Curie- Temperatur reicht von 660°C bei 8 Gew.-% Silizium bis höchstens 770°C bei Abwesenheit von Silizium. Die Silizium-Eisen-Legierungen kann Mangan bis zu 1 % und Aluminium bis 2 % enthalten. Die Weichglühung kann diesen Legierungen vorzugsweise im Temperaturbereich von 550 -
750 °C stattfinden. Die Zykluszeit kann zwischen 10min und 10 h betragen.
Die optionale Weichglühung kann bei bestimmten Legierungen eine weitere Verbesserung des Umformverhaltens sicherstellen. Eine Kaltumformung als erster Verarbeitungsschritt bei den Güten mit niedrigerem Si-Gehalt, bevorzugt unter 1,5 % eine Warmumformung bei den hoch legierten Si-Legierungen bevorzugt über 1,5 % Si kann dem Weichglühen vorzuziehen um ein gutes Umformverhalten sicherzustellen sein. Die Magnetische Glühung kann im Temperaturbereich von 750 - 1050°C stattfinden, die Zykluszeit beträgt vorzugsweise 5sec bis 10h. In einem kontinuierlichen Glühverfahren kann die Zykluszeit auf 5 sek. bis 30 sek. eingestellt werden, welches die Herstellzeit verringern kann. Bei einem Haubenglühverfahren kann die Zykluszeit zwischen lh und 10h betragen.
Bei Kobalt-Eisen-Legierungen beträgt der Kobalt-Gehalt 9-60 Gew.-% bevorzugt 10-27 Gew.- %. Charakteristisch für diese Legierungen ist eine hohe magnetische Sättigung von bis zu 2.4 T. Obwohl der Permeabilität die Nickel-Eisen-Legierungen nicht übertrifft (weniger als etwa 20.000 p) ist es wegen der hohen Sättigung eine bevorzugte Wahl zur Erreichung einer hohen Flussdichte bei magnetischen Abschirmungen oder sonstige Flussleiter (z.B. Aktuatoren). Die Curie-Temperatur reicht von 850°C bei 9 Gew.-% Kobalt bis höchstens 980°C bei etwa 40 Gew.-% Kobalt. Bei etwa 900-950°C unterliegt die Kobalt-Eisen-Legierung einer Phasenumwandlung von BCC (Ferrit) zu FCC (Austenit), daher sollte die Wärmebehandlung bevorzugt bei Temperaturen unterhalb von 900°C stattfinden. Außerdem bildet sich bei einer Konzentration von 50/50 Gew.-% Kobalt-Eisen bei einer Temperatur unter 730°C ein Phasenumwandlung zu einem sogenannten B2-Superlattice wobei die Sprödigkeit stark zunimmt. Deswegen liegt die gewünschte Temperatur für komplexe Formoperationen zwischen diesen beiden Phasenumwandlungen. Die Kobalt-Eisen-Legierung kann weitere Elemente wie Chrom enthalten. Chrom erhöht den Korrosionschutz und wird vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 % zulegiert. Weitere Elemente wie Molybdän, Vanadium, Niob, Tantal, Aluminium, Zirkonium und/oder Mangan können im Bereich von jeweils bis zu 2 % und in Summe bis zu 5% zulegiert werden.
Materialien, die in der Lage sind, Magnetflusslinien aufzunehmen und zu führen, werden benötigt, wenn magnetische Felder abgeschirmt werden sollen. Dies betrifft zum Beispiel Präzisionssensorinstrumente, bei denen magnetische Felder parasitische Effekte bilden könnten. Beispiele sind wissenschaftliche Anwendungen (Elektronenmikroskope, Atomkraftmikroskope usw.), medizinische Geräte, der Bereich der Energie, Halbleiter (Subnanometer, Präzisionsmechatronik) und andere. Zusätzlich kann abgesehen werden, dass der Übergang zu elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und der Übergang zum autonomen Fahren viel stärkere magnetische Abschirmungen in Art und Umfang benötigt, da die hohen Spannungen in Gleichstrommotoren die Elektronik negativ beeinflusst, welche insbesondere umgebenden Verkehr analysiert.
Wie bereits ausgeführt, werden derartige Materialien üblicherweise mit einer Schlussglühung in einen erneut sehr hohen weichmagnetischen Zustand mit einer sehr hohen magnetischen Permeabilität gebracht, was jedoch dazu führt, dass komplexe Formen nicht herstellbar sind.
Erfindungsgemäß wird eine Wärmebehandlung vorgesehen, bei der bei eine Nickel-Eisen-Le- gierung für eine bestimmte Zeit aufgeheizt wird, auf typischerweise 700°C - 800°C. Diese Temperatur ist für das jeweilige Material oberhalb der sogenannten Rekristallisationstemperatur. Dieses Rekristallisationsglühen wird üblicherweise für 0,5 bis 10 Stunden durchgeführt und das Ergebnis ist eine Materialerweichung und eine erhöhte Duktilität (mit Ausnahme der Kobalt-Legierung), um das Material für nachfolgende Verfahren vorzubereiten. Im Folgenden wird dieser Prozess als Weichglühen bezeichnet.
Zudem ist eine Hochtemperaturwärmebehandlung bei der Verwendung von Nickel-Eisen-Le- gierungen vorgesehen, welche ebenfalls das Material für eine bestimmte Zeitperiode aufheizt, wobei der Temperaturbereich von 1000°C - 1400°C, insbesondere 1050°C für eine Zeit von 1 bis 6 Stunden gehalten wird. Während dieser Behandlungszeit wachsen die Kristalle im Material zu einer Größe heran, mit der sie sogar für das Auge ohne Weiteres sichtbar sind. Dieser Prozess verbessert die Abschirmeigenschaften erheblich durch die Erhöhung der Permeabilität (p) sogar bis zum Faktor 10 oder mehr. Vorzugsweise wird dieses Aufheizen im Vakuum oder in Wasserstoffatmosphäre durchgeführt, wobei die beiden Verfahren im Vakuum oder in Wasserstoffatmosphäre dazu dienen, Unreinheiten zu eliminieren. Das Entfernen von Verunreinigungen wiederum erlaubt ein größeres bzw. weiteres Kornwachstum. Im Folgenden wird dieser Prozess als Magnetisierungsglühen bezeichnet. Im Allgemeinen kann die Zykluszeit der ersten Weichglühung vorzugsweise schneller durchlaufen werden, also kürzer sein, als jene der allfällig folgenden Magnetisierungsglühung. Dies kann die Gefügebildung unterstützen.
In Figur 1(a) ist ein möglicher Verfahrensablauf für Nickel-Eisen-Legierungen gezeigt. Ein Blech aus einer Legierung mit weichmagnetisch einstellbaren Eigenschaften, wie einer Nickel-Basis-Legierung in einer Stärke von 0,1 bis 50mm wird zunächst einer Weichglühung unterzogen.
Anschließend erfolgt eine Umformung entweder im kalten oder warmen Zustand. Bei einer kalten Umformung (beispielsweise gezeigt in Fig. 1 (b)) erfolgt diese in einem ein- oder mehrstufigen Prozess bis zum fertigen Bauteil. Im warmen Zustand erfolgt eine einstufige Umformung bei Temperaturen von 500 bis 800°C.
Für die Warmumformung kann die Hitze aus der Weichglühung genutzt werden, oder eine erneute Aufheizung erfolgen.
Anschließend erfolgt für beide möglichen Verfahrensrouten das magnetische Glühen, mit dem die Permeabilität eingestellt wird. Diese erfolgt bei 1000 bis 1400°C für 1 bis 6 Stunden. Anschließend wird der so erhaltene Formkörper bei 500 bis 800°C einer Warmkalibrierung bzw. Formkorrektur oder einer Formstabilisierung im warmen Zustand in einem hierfür geeigneten Werkzeug unterworfen. Um den Herstellungsaufwand zu vereinfachen und ein robustes Verfahren sicherzustellen kann die Kalibrierung auch im kalten Zustand erfolgen. Dies zeigen die Figuren 1 (c) and 1 (d).
Das bedeutet, dass die Formkörper, die sich ggf. durch die Magnetisierungs-Wärmebehandlung verzogen haben oder bei denen das Material durch den Wärmeeinfluss oder das Eigengewicht im warmen Zustand gekrochen ist, wieder in die Sollgeometrie gebracht werden. Hierzu besitzt das Werkzeug die entsprechende Geometrie, die der Sollgeometrie des geformten Bauteiles entspricht. Somit wird keine komplette Umformung sondern eine Formanpassung oder Kalibrierung durchgeführt. Hierzu kann selbstverständlich auch die Wärme des Bauteils aus dem Magnetisierungsglühen verwendet werden. Insbesondere kann die Abkühlgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass die Abkühlkurve so verläuft, dass eine maximale Permeabilität erhalten bleibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens (Figur 2(a)) entfällt der erste Formgebungsschritt, hier erfolgt direkt nach dem Weichglühen das Magnetisierungsglühen, wobei insbesondere unter Nutzung der Wärme aus dem Magnetisierungsglühen ein abschließender Formgebungsschritt erfolgt. Dieser ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Blechplatine in einem Schritt warm umgeformt wird und dann im Werkzeug gehalten und abkühlen gelassen wird, zumindest bis zur mechanischen Stabilität und so lange, wie die Abkühlgeschwindigkeit zur Beibehaltung der Permeabilität notwendig ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figur 2(b)), wird die Platine direkt dem Magnetisierungsglühen unterworfen, so dass das Weichglühen in diesem Schritt integriert ist. Die abschließenden Formgebung entspricht dann der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Nach all den genannten Schritten können Schneid-, Fräs-, Bohr-, Schweiß-, Oberflächen- und Reinigungsschritte folgen, darüber hinaus können auf aus Blech gefertigten Bauteilen weitere Schichten oder Volumina, beispielsweise mit 3D-Druck additiv aufgebracht werden.
Die Figuren 3 bis 7 zeigen mögliche Herstellwege für andere Legierungszusammensetzungen. Hier zeigen Figuren 3 und 4 die mögliche Route für Kobalt-Eisen Legierungen und Figuren 5 bis 7 mögliche Wege für Silizium-Eisen Legierungen.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Ausformung von monolithischen komplexen Bauteilen funktionale Vorteile hat gegenüber dem Stand der Technik, indem die Teile kaltgeformt und anschließend wärmebehandelt werden. Die Kombination des Wärmebehandlungsschrittes und der Warmumformung führt zu exakt geformten Bauteilen mit hoher magnetischer Abschirmwirkung. Die Warmumformung unter Beibehaltung der erforderlichen Temperaturen ermöglicht zudem komplexe Formgebung, welche insbesondere bei limitierten Bauräumen, zum Beispiel in der Elektromobilität, von Vorteil sind.
Mit der Erfindung gelingt es somit auch sehr komplexe Bauteile herzustellen. Solche Bauteile können dann auch zu komplexen Abschirmvorrichtungen kombiniert werden, beispielsweise zu ganzen Gehäusen, Verkleidungen, Kammern und dergleichen. Hierbei können die komplexen Bauteile oder Abschirmvorrichtungen auch aus unterschiedlichen Materialstärken ausgebildet sein. Ein Beispiel hierfür sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Beispielsweise können aus einer weichgeglühten Nickel-Eisen-Legierung mit einem Gehalt von 48 Gew.-% Ni Platinen mit einer Länge von bis zu 3500 mm und einer Breite bis zu 2500 mm hergestellt werden und zu einer drei dimensionalen Abschirmung umgeformt werden. Als Fügeverfahren zur Herstellung derart großer Platinen können alle Schmelzschweißverfahren, bevorzugt das Laserschweißen eingesetzt werden.
Zur Überprüfung der Erfindung wurde aus 2 mm dicken Platinen aus einer Nickel-Eisen-Le- gierung mit einem Gehalt von 48 Gew.-% Ni mittels Kaltumformung, also Tiefziehen, bei Raumtemperatur eine sphärische Kuppel, Tiefe 50mm und Diameter 100mm, geformt. Diese Verformung verschlechtert die magnetischen Eigenschaften, daher würden dies von einem Fachmann nicht als magnetisches Abschirmelement verwendet werden. Derartige Teile werden verwendet um den Effekt der Erfindung darzustellen und daher als Referenzteile bezeichnet.
Dieser Prozess wurde für eine gleichmäßige Spannungs- und Dehnungsverteilung gewählt. Weitere Teile wurden mit dem gleichen Prozess auf eine Ziehtiefe von 48mm (und 100mm Durchmesser) geformt. Diese Teile sind Testteile zur Charakterisierung des Kalibrierungsprozesses und werden nach thermischer Behandlung auf 50mm fertig gezogen. Die magnetischen Eigenschaften der Test- und Referenzteile wurden vor der Wärmebehandlung charakterisiert.
Test- und Referenzteile wurden zusammen einem Magnetisierungsglühen bei 1150°C für eine Zeit von 4 Stunden unter Wasserstoffatmosphäre unterzogen. Nach dieser Prozessstufe sind die Referenzteile fertig (die Teile sind nach Figur 1 (c) gefertigt).
Die Testteile (48mm) wurden mittels Kaltumformung, also Tiefziehen bei Raumtemperatur auf eine Tiefe von 50mm und Durchmesser 100mm fertig gezogen diesem Schritt erfolgt eine Kalibrierung von 2mm (von 48mm nach 50m), was zu einer berechneten globalen Dehnung von ca. 4 % führt (die Teile sind nach das Prozess in Abbildung 1 (c) gefertigt). Zwischen dem Fertigzug und den nächsten Prozessschritten wurden die magnetischen Eigenschaft der Testteile nochmals charakterisiert. Diese Testteile wurden nach dem Fertigzug einem zweitem Magnetisierungsglühen bei 1150°C für eine Zeit von 4 Stunden unter Wasserstoffatmosphäre unterzogen und auf ihre magnetischen Eigenschaften getestet.
Die Charakterisierung zeigte, dass die magnetische Abschirmung nach dem Magnetisierungsglühen die besten Werte aufwies. Ohne Abschirmung wird eine magnetischer Fluss von 36.7 mT gemessen. Dieser Wert wird bei den Referenzteile nach Magnetisierungsglühen auf bis zu 58 pT (mit einem Reduzierungsfaktor von 633) abgesenkt, während an den Referenzteilen vor dem Glühen ein Wert von 1.8 mT gemessen wurde (dies entspricht einem Reduzierungsfaktor von 20). Das Glühen bietet eine mehr als 30 fache Verbesserung der Abschirmung im Vergleich zum nur kaltumgeformten Teil.
Bei den Testteilen mit einem kalten Kalibrierungsschritt (4% Dehnung), nach dem Magnetisierungsglühen wurde ein magnetischer Fluss von 418 pT gemessen (Reduzierungsfaktor 92). Mit diesem Ergebnis ist die Abschirmung hier ca. 4,5x besser als ohne Magnetisierungsglühen, aber ca. 6x schlechter als bei den geglühten Referenzteilen. Diese Dehnung von 4% ist für einen Kalibrierungsschritt eine sehr hoher Wert und tritt in Realteilen bestenfalls sehr lokal auf. Dennoch konnten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gute Eigenschaften realisiert werden. Üblicherweise treten Verformungen in der Praxis nur in radiennahen freien Umformzonen ohne Stem pel kontakt auf, womit große Bereiche weitgehend unverformt bleiben.
In einem weiteren Versuch wurde eine deutlich größere erfindungsgemäße magnetische Abschirmungen hergestellt und charakterisiert (ca. 600 x 300 x 80 mm). Aus einem weichgeglühten 48 Gew.-% Nickel-Eisen-Legierung-Blech mit 2 mm Dicke wurde in einem Umformschritt bei Raumtemperatur einen kuppelförmige Geometrie hergestellt und geometrisch charakterisiert.
Das Bauteil wurde einem Magnetisierungsglühen bei 1150°C für eine Zeit von 4 Stunden unter Wasserstoffatmosphäre unterzogen. Danach wurde eine magnetische- und geometrische Charakterisierung durchgeführt.. Die geometrische Messungen wiesen eine Abweichung von der Geometrie nach dem ersten Umformschritt von 1 % auf. Diese ist auf das Kriechen während des Magnetisierungsglühens zurückzuführen.
Um die Zielgeometrie wieder herzustellen, erfolgte ein Tiefzieh-Kalibrierprozess bei Raumtemperatur. Dabei trat eine lokale Dehnung von ca. 0.7 % in den Radien des Bauteils auf (die Teile sind entsprechend dem Prozess in Abbildung 1 (c) gefertigt).
Die magnetische Charakterisierung zeigt, dass, bei einer relativ hohen magnetische Flussdichte von 1.2 mT, die erfindungsgemäßen Produkte eine um 9 % geringere magnetische Abschirmung erreichen im Vergleich zu den geglühten Teilen vor der Kalibrierung. Bei einer niedrigeren Flussdichte von etwa 300 pT wurde kein Unterschied gemessen. Dies ist damit zu erklären, dass bei der niedrigeren Flussdichte keine (lokale) Sättigung auftritt.
Diese beiden Beispiele zeigen, dass das vorgestellte Verfahren mit Kalibrierungsschritt große lokale Auswirkungen auf die Permeabilität haben kann, aber global eine gut funktionierende Abschirmung erreichen kann. Darüber hinaus entspricht die Form bei diesem Verfahren der Sollgeometrie an den Testteile, wo an der Referenzteile eine Formabweichung durch Materialkriechen vorliegt. Mit einem Kalibrierungsschritt können sind äußerst exakte und komplexe Geometrien herstellbar, vorteilhaft bei bauraumbeschränkten oder miniaturisierten Anwendungen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler magnetischer Abschirmungen mit einer ausreichenden Permeabilität aus ungeglühten, weichgeglühten oder magnetisch geglühten weichmagnetischen Metallblechen, wobei das Metallblech entweder in einem ein- oder mehrstufigen Prozess zu dem dreidimensionalen Bauteil kalt umgeformt wird, anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen und dann in ein Formwerkzeug überführt wird, indem es im heißen Zustand oder auf Raumtemperatur in einem Werkzeug gehalten und/oder gepresst wird, welches die Sollkontur des Bauteils besitzt und durch das Werkzeug gegebenenfalls formkorrigiert oder kalibriert wird und, in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder ein Blech zum Zwecke der Umformung und der Erhöhung Permeabilität erhitzt wird und anschließend in einem Warmumformwerkzeug auf die Sollgeometrie umgeformt wird und gehalten wird und in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder das dreidimensionale Bauteil durch additive Fertigung erzeugt wird und anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weichmagnetisches Metallblech Blech aus einer aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Legierung, einer magnetisierbaren Silizium-Eisen-Legierung, einer magnetisierbaren Kobalt-Eisen-Legierung oder anderen magnetisierbaren Metalllegierungen verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech vor der kalten Umformung oder nach der kalten Umformung oder das Blech vor der warmen Umformung einer Weichglühung unterzogen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung das Weichglühen bei 600 bis 900°C, insbesondere bis 700 bis 800°C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung das magnetische Glühen bei 1000 bis 1400°C, insbesondere 1100 bis 1300°C, insbesondere bei 1150°C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung die Warmumformung bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, bevorzugt 600°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nickel-Eisen-Legierung das Warmkalibrieren bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, bevorzugt 600°C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kobalt-Eisen-Legierung das magnetische Glühen bei 700 bis 950°C, insbesondere 730 bis 900°C durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kobalt-Eisen-Legierung die Warmumformung bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kobalt-Eisen-Legierung das Warmkalibrieren bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C, durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung das Weichglühen bei 600 bis 950°C, insbesondere bis 700 bis 800°C durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung das magnetische Glühen bei 700 bis 1100°C, insbesondere 750 bis 1050°C durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung, die Warmumformung bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C durchgeführt wird
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Silizium-Eisen-Legierung das Warmkalibrieren bei 500 bis 800°C, insbesondere 600 bis 800°C durchgeführt wird
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykluszeit bei Nickel-Eisen-Legierungen bei einem Weichglühen 2 bis 10h, bei einem magnetischen Glühen 2 bis 150h, bei einem Warmumformen 1 sek. bis 2h, bei einem Warmkalibrieren 1 sek. bis 2h, bei einem Kaltumformen 1 sek. bis 2h und bei einem Kaltkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykluszeit bei Kobalt-Eisen-Legierungen bei einem magnetischen Glühen 2 bis 150h, bei einem Warmumformen 1 sek. bis 2h , bei einem Warm kalibrieren 1 sek. bis 2h, bei einem Kaltumformen 1 sek. bis 2h und/bei einem Kaltkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykluszeit bei Silizium-Eisen-Legierungen bei einem Weichglühen 0,25 bis 10h, bei einem magnetischen Glühen 0,5 bis 10h, bei einem Warmumformen 1 sek. bis 2h, bei einem Warmkalibrieren 1 sek. bis 2h, bei einem Kaltumformen 1 sek. bis 2h und bei einem Kaltkalibrieren 1 sek. bis 2h beträgt.
18 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformgeschwindigkeit, insbesondere beim Warmumformen bevorzugt zwischen 5 mm/min und 60 mm/min Werkzeuggeschwindigkeit beträgt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach dem Warmumformen oder nach dem Halten im Werkzeug bei einer Temperatur entnommen wird, bei der das Bauteil gegen Materialfließen stabil ist und an Luft abkühlen kann und insbesondere bei 200 bis 600°C, insbesondere 300 bis 500°C entnommen wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech mittels Schweißungen aus mehreren Platinen hergestellt wird, insbesondere Kombinationen von mehreren Platinen aus verschieden Legierungen, Dicken oder Anlassgraden oder Glühgraden, insbesondere bezüglich eines Weich-, Lösungs- und/oder Spannungsarmglühen.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die geschweißten Platinen
19 eben oder dreidimensional ausgeformte Bauteile sind, die vor, innerhalb oder nach dem Prozess miteinander verschweißt werden.
22. Abschirmvorrichtung aus einem dreidimensionalen ausgebildeten Metallblech einer hohen Permeabilität oder zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von Metallblechen, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallblech entweder in einem ein- oder mehrstufigen Prozess zu dem dreidimensionalen Bauteil kalt umgeformt ist, anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen und dann in ein Formwerkzeug überführt wird, indem es im heißen Zustand oder auf Raumtemperatur in einem Werkzeug gehalten und/oder gepresst ist, welches die Sollkontur des Bauteils besitzt und durch das Werkzeug gegebenenfalls formkorrigiert oder kalibriert wird und, in dem Werkzeug abkühlen gelassen wird, oder ein Blech zum Zwecke der Umformung und der Erhöhung Permeabilität erhitzt ist und anschließend in einem Warmumformwerkzeug auf die Sollgeometrie umgeformt ist und gehalten wird und in dem Werkzeug abkühlen gelassen ist, oder das dreidimensionale Bauteil durch additive Fertigung erzeugt ist und anschließend einer (magnetischen) Glühung zur Erhöhung der Permeabilität unterzogen ist..
23. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Legierung, einer magnetisierbaren Silizium-Eisen- Legierung, einer magnetisierbaren Kobalt-Eisen-Legierung oder anderen magnetisierbaren Metalllegierungen besteht.
24. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ni- ckel-Eisen-Legierungen der Nickel-Gehalt zwischen 30 und 90 Gew.-% beträgt, wobei der Nickel Gehalt insbesondere zwischen 50-80 Gew.-% beträgt, wobei die Nickel-Eisen-Legierung weitere Elemente wie Molybdän und/oder Chrom im Bereich von bis zu 10 Gew.-% umfassen kann und weitere Elemente wie Mangan, Silizium und/oder Kohlenstoff im Bereich von jeweils bis zu 1 Gew.-% umfassen kann und der Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen besteht. .
25. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Silizium- Eisen-Legierungen der Silizium-Gehalt zwischen 0,1-8 Gew.-% beträgt wobei die Silizium-Ei- sen-Legierung Mangan bis zu 1 Gew.-% und Aluminium bis 2 Gew.-% enthalten kann und der Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen besteht.
20
26. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Bei Kobalt-Eisen- Legierungen der Kobalt-Gehalt 9-60 Gew.-% bevorzugt 10-27 Gew.-% beträgt, wobei die Kobalt-Eisen-Legierung Chrom von 2 bis 10 Gew.-% enthalten kann und Molybdän, Vana- dium, Niob, Tantal, Aluminium, Zirkonium und/oder Mangan im Bereich von jeweils bis zu 2 Gew.-% und in Summe bis zu 5 Gew.-% enthalten sein können und der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
27. Verwendung einer Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26 für Verklei- düngen, Auskleidungen und Abschirmungen aus einzelnen Blechen oder komplexen Abschirmbauteilen aus mehreren zusammengesetzten Blechen.
28. Verwendung einer Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26 für die Ausbildung von Gehäusen, Kammern, Räumen und dergleichen.
21
EP21782652.8A 2020-09-16 2021-09-16 Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung Pending EP4214342A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23205888.3A EP4310200A3 (de) 2020-09-16 2021-09-16 Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020124189.5A DE102020124189A1 (de) 2020-09-16 2020-09-16 Verfahren zum Herstellen und Design komplexer dreidimensionaler magnetischer Abschirmelemente, Abschirmelemente und deren Verwendung
PCT/EP2021/075544 WO2022058461A2 (de) 2020-09-16 2021-09-16 Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23205888.3A Division EP4310200A3 (de) 2020-09-16 2021-09-16 Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4214342A2 true EP4214342A2 (de) 2023-07-26

Family

ID=77998953

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23205888.3A Pending EP4310200A3 (de) 2020-09-16 2021-09-16 Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung
EP21782652.8A Pending EP4214342A2 (de) 2020-09-16 2021-09-16 Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23205888.3A Pending EP4310200A3 (de) 2020-09-16 2021-09-16 Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230332276A1 (de)
EP (2) EP4310200A3 (de)
KR (1) KR20230070251A (de)
DE (1) DE102020124189A1 (de)
WO (1) WO2022058461A2 (de)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4265683A (en) * 1979-02-07 1981-05-05 Westinghouse Electric Corp. Development of grain-oriented iron sheet for electrical apparatus
US4331285A (en) 1980-03-24 1982-05-25 Hewlett-Packard Company Method for fabricating a magnetic shielding enclosure
JPS59173219A (ja) * 1983-03-18 1984-10-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気シ−ルド用素材の製造法
JPH0798975B2 (ja) * 1987-08-20 1995-10-25 日本冶金工業株式会社 Ｆｅ−Ｎｉ系合金の製造方法
CA2080177C (en) 1992-01-02 1997-02-25 Edward Allan Highum Electro-magnetic shield and method for making the same
JPH11186019A (ja) 1997-12-17 1999-07-09 Toshiba Corp 磁気シールド部品
WO2000079835A1 (de) 1999-06-16 2000-12-28 Phonak Ag Hinterohr-hörgerät
DE102008010168B4 (de) * 2008-02-20 2010-04-22 Benteler Automobiltechnik Gmbh Panzerung für ein Fahrzeug
DE102010040698A1 (de) * 2010-09-14 2012-03-15 Grunewald Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer Legeform für die Fertigung von Bauteilen
WO2014090282A1 (en) 2012-12-11 2014-06-19 Phonak Ag Magnetically-shielding housing
CN106555034B (zh) * 2015-09-28 2019-02-05 宝山钢铁股份有限公司 一种低矫顽力冷轧电磁纯铁板带连续退火方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4310200A3 (de) 2024-05-08
WO2022058461A2 (de) 2022-03-24
KR20230070251A (ko) 2023-05-22
EP4310200A2 (de) 2024-01-24
US20230332276A1 (en) 2023-10-19
WO2022058461A3 (de) 2022-05-12
DE102020124189A1 (de) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3728675B1 (de) Verfahren zum additiven fertigen eines gegenstandes aus einem maraging-stahlpulver
EP3314031B1 (de) Hochfestes und gut umformbares almg-band sowie verfahren zu seiner herstellung
DE69208528T2 (de) Verfahren zur Formgebung von amorphen metallischen Werkstoffen
EP0021101B1 (de) Amorphe weichmagnetische Legierung
DE102013010946B3 (de) Verfahren und Anlage zum Herstellen eines pressgehärteten Stahlblechbauteils
DE112016003044T5 (de) Weichmagnetisches material und verfahren zur herstellung desselben
DE19934989B4 (de) Magnetisches Verbundelement, Verfahren zum Herstellen des ferromagnetischen Teils desselben sowie Verfahren zum Herstellen des unmagnetischen Teils desselben
DE102011001783A1 (de) Feder für ein mechanisches Uhrwerk, mechanisches Uhrwerk, Uhr mit einem mechanischen Uhrwerk und Verfahren zur Herstellung einer Feder
DE2165052B2 (de) Verwendung einer legierung auf eisen-chrom-kobalt-basis zur herstellung von dauermagneten
CH655951A5 (de) Superlegierungsblech auf nickelbasis und verfahren zu dessen herstellung.
DE2606632C2 (de) Verwendung von Kohlenstoff-Stahl als superplastischer Wirkstoff und Verfahren zu dessen Wärmebehandlung
EP3730286A1 (de) Blechpaket und verfahren zum herstellen einer hochpermeablen weichmagnetischen legierung
DE112015001405T5 (de) Verfahren zum Herstellen eines R-T-B-basierten Sintermagneten
EP1918407A1 (de) Weichmagnetische Legierung auf Eisen-Kobalt-Basis sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE112022004292T5 (de) Verfahren zur Vorbereitung eines großen Formrohlings zum isothermen Schmieden
EP3541969B1 (de) Verfahren zum herstellen eines bandes aus einer co-fe-legierung, band aus einer co-fe-legierung und blechpaket
DE1558632A1 (de) Korrosionsbestaendige Kobalt-Nickel-Molybdaen-Chromlegierungen
EP2886673B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Eisen-Cobalt-Molybdän/Wolfram-Stickstoff-Legierungen
EP4214342A2 (de) Verfahren zum herstellen und design komplexer dreidimensionaler magnetischer abschirmelemente, abschirmelemente und deren verwendung
EP3719158B9 (de) Verwendung eines stahlpulvers, verfahren zur herstellung eines stahlbauteils durch ein additives fertigungsverfahren
EP2993531A1 (de) Verfahren zur umformung einer feder
EP2339595B1 (de) Magnetisches Formgedächtnislegierungsmaterial
EP0013331A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Profilen und die Verwendung eines Feinkornstahles für Profile
DE112014005579B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines magnetostriktiven Materials
DE3417273C2 (de) Kupfer-Nickel-Legierung für elektrisch leitendes Material für integrierte Schaltkreise

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230406

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)