WO2004033135A1 - Moulded soft magnetic part produced by metal powder processing technique and exhibiting high maximum permeability, related manufacturing methods and uses - Google Patents

Moulded soft magnetic part produced by metal powder processing technique and exhibiting high maximum permeability, related manufacturing methods and uses Download PDF

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WO2004033135A1
WO2004033135A1 PCT/EP2003/005209 EP0305209W WO2004033135A1 WO 2004033135 A1 WO2004033135 A1 WO 2004033135A1 EP 0305209 W EP0305209 W EP 0305209W WO 2004033135 A1 WO2004033135 A1 WO 2004033135A1
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organofunctional silanes
annealing
molded part
powder particles
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Johannes Tenbrink
Robert Brand
Burkhard Kraus
Georg-Werner Reppel
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Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a powder-metallurgically produced soft-magnetic molded part with high maximum permeability, and a method for producing this molded part from metallic powder particles, the powder particles being provided with an electrical insulation layer, so that when the molded part is used as a magnetic core in alternating fields, as described, for example, in Fast switching solenoid valves can occur, the eddy current losses are low. Furthermore, the invention relates to the use of this molded part in dynamic applications, such as, for example, as magnetic cores in magnetic valves in injection systems of motor vehicles, as cores of ignition coils, as yokes in magnetic systems for valve control or as a rotor or stator in engine applications.
  • No. 2,601,212 proposes a process for the production of soft magnetic powder composite materials for applications in the high-frequency range in which phosphated carbonyl iron is mixed with 1 to 6% by weight of organosilanes as a binder. After pressing, the molded parts are cured at temperatures around 150 ° C. Annealing and thus decomposition of the organosilanes does not take place, which means that the organosilanes are polymerized and are in the finished product
  • the molded parts produced are Usage frequencies below 10 kHz are unsuitable.
  • Powder particles the strength of the molded part.
  • a similar process with subsequent annealing is described in German patent application 39 070 950.5.
  • the application shows that protection of the powder particles, which are provided with phosphate insulation, is possible during the pressing by means of an organic resin layer.
  • a further object of the present invention is to provide a soft magnetic powder-metallurgically produced molded part with fast response behavior, whereby a good response behavior means according to the invention that the frequency-dependent maximum permeability of a core made of this material in the entire frequency band from 0 to 4 kHz is preferably at least 200 ,
  • the essential idea of the present invention lies on the one hand in the insulating effect of the material and on the other hand in the lubricating effect of the silane layer.
  • the latter results from the fact that the organofunctional silane is not polymerized out to siloxane, as is the case in the above-mentioned US Pat. No. 2,601,212. This would take place at temperatures of approx. 100 - 150 ° C, but the powder is only dried at approx. 50 ° C in the coating process.
  • the subsequent annealing of the pressed parts then leads to polymerization, but the resulting siloxanes are not very temperature-resistant, so that they are destroyed above approx. 200 ° C. It essentially remains Si0 2 in the material.
  • annealing in which the organosilanes are decomposed, after pressing is suitable for reducing the losses mentioned.
  • the highest possible temperatures in the range of approximately 1100 ° C. would be desirable. At this temperature, however, the phosphate insulation on the surface of the powder particles would be destroyed.
  • the proportion of the pressing aid can be significantly reduced.
  • pressing aids are added in an amount of approximately 0.5% by weight. This proportion can be reduced to 0.25 or 0.125% by weight or even 0% by weight using the silane. This is advantageous for the resulting density of the material and for the specific total power loss (in W / kg).
  • the eddy current losses in turn contain two parts. On the one hand, the eddy currents flow within the powder particles, on the other hand also over the entire part volume:
  • the organofunctional silanes react in the reaction products that are produced under the corresponding reaction conditions.
  • reaction products are silicon oxides and silicon carbides.
  • molded parts which contain powder particles isolated in a known manner, for example powder particles isolated by means of phosphates, are further improved by using organofunctional silanes can.
  • the properties of the molded part according to the invention also improve compared to an insulation layer formed exclusively by the use of a substance containing silicon.
  • the molded parts according to the invention have a higher maximum permeability than all known molded parts with a comparably high mechanical strength.
  • a primary winding with 100 turns and a secondary winding with 20 turns are applied to an insulated ring of the sample with the dimensions 33 x 20 x 6 mm 2 (outer / inner diameter / height).
  • the field is excited by means of a sine voltage with an adjustable frequency.
  • the induction voltage on the secondary winding is determined with a voltmeter.
  • the values according to the invention for the maximum permeability at 50 Hz essentially correspond to the value of the maximum permeability in the static field.
  • the maximum permeability is preferably at least 200. It is particularly preferred if the maximum permeability between 0 and 4 kHz is above 300, in particular 350. Moldings whose maximum permeability is between 0 and 4 kHz above 400 are very particularly preferred.
  • the frequency-dependent permeability at high modulation (1 T) for the molded parts according to the invention is preferably at least 200, in particular 250.
  • the flexural strength of the molded parts according to the invention is preferably at least 30 N / mm 2 . Values of more than 50 N / mm 2 , in particular 60, are particularly preferred
  • the ferromagnetic material used according to the invention is preferably iron, cobalt iron, nickel iron or silicon iron, which is used in the form of a powder. Although the highest possible level of purity is preferred for the ferromagnetic material, minor impurities due to manufacturing technology are practically unavoidable.
  • the ferromagnetic material according to the invention therefore contains small amounts of impurities such as nitrogen, oxygen, sulfur or carbon.
  • the carbon content is preferably below 0.1%, in particular below 0.03%.
  • the nitrogen content is preferably below 0.01%, in particular below 0.003%.
  • Examples of commercially available iron powders which can be used according to the invention are those with the designations "AT40.29", “ASC100.29” and "ABC100.30" from Höganäs AB, Sweden.
  • a value of at least about 50 ⁇ m is preferably expedient for the particle size (d 50 ) of the powder particles.
  • larger particles also lead to higher maximum permeabilities.
  • An upper limit can expediently be specified at 400 ⁇ m.
  • a range from 50 to 200 ⁇ m is particularly preferred since there is an upper limit due to the eddy current losses occurring in the alternating field.
  • a range from more than 200 to about 400 ⁇ m is particularly preferred.
  • the coercive field strength of the molded parts according to the invention is preferably 1 to 3 A / cm.
  • electrical losses occur in the molded part according to the invention, which essentially consist of hysteresis losses and eddy current losses. As a rule, the losses increase at higher frequencies. Losses in the sense of the invention are understood to mean the total losses from all measured losses.
  • the specific resistance of the molded parts is preferably greater than 500 ⁇ m.
  • the invention also relates to a method for producing a magnetizable molded part comprising the steps:
  • organofunctional silanes which can be used are substances which are preferably building blocks of the general formula
  • X is an easily hydrolyzable group and R represents an organic radical.
  • Examples of easily hydrolyzable groups are Cl, OCH 3 , OCH 2 H 5 or OCH 2 CH 2 OCH 3 .
  • Suitable organic radicals are, for example, hydrogen or aliphatic or aromatic radicals having 2 to 10 carbon atoms, which can either be unsubstituted or partially substituted.
  • Suitable substituents are, for example, F, Br, I or preferably chlorine.
  • Unsubstituted organic radicals are preferably used.
  • the organofunctional silanes containing substances used are, for example, vinyl silanes, such as vinyl trichlorosilane, vinyl triethoxysilane, vinyl trimethoxysilane, vinyl tris ( ⁇ -metoxyethoxy) silane or vinyl triacetoxysilane, aminosilanes, such as ⁇ -aminopropyl-triethoxysilane, ⁇ -trimethoxysilane, ⁇ N-ß- (aminoethyl) - ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane or N-ß- (aminoethyl) - ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane or N-ß- (aminoethyl) -N- (ß-aminoethyl) - ⁇ -aminopropyltrimetoxysilane, Ureisosalkylsilane, Epoxyalkylsi- lanes, such as ß-glyxid
  • the proportion by weight of the organofunctional silanes is preferably in the range from 0.1 to 3% by weight, in particular 0.25 to 2% by weight.
  • lubricants for improving the pressing density are preferably present in the molded parts.
  • suitable lubricants are calcium, lithium, magnesium, zinc stearate and stearic acid.
  • other lubricants are also conceivable as long as they have a supporting effect on the pressing process and do not have a disadvantageous effect on the pourability of the powder.
  • Lithium stearate, stearic acid or Ca stearate is preferably used as a lubricant in an amount which on the one hand sufficiently supports the pressing process, but on the other hand still leads to high maximum permeabilities.
  • the proportion by weight is preferably in the range from 0 to 5% by weight, in particular between 0 and 0.6% by weight.
  • the powders which can be used according to the invention can be used annealed (pretreated) or unannealed. If the powders are used in an annealed state, a reducing atmosphere, in particular a hydrogen-containing atmosphere, is preferred.
  • the powder is treated in a manner known per se, as described, for example, in W. Rausch et. al, "The phosphating tion of metals ", 2nd edition, Eugen Leuze Verlag, Saulgau (1988).
  • thermoplastic or thermosetting plastic can be applied to the powder particles as an outer layer
  • Presses is hardened to a green body, but preferably no thermoplastic or thermoset is applied.
  • the pressing process can take place either at room temperature or at a temperature above room temperature (hot pressing).
  • hot pressing temperatures of at least 80 ° C are preferred.
  • the green body is preferably annealed in an oxidizing atmosphere, such as, for example, air or humidified hydrogen.
  • an oxidizing atmosphere such as, for example, air or humidified hydrogen.
  • the green body is preferably annealed at a temperature of at least 500 ° C.
  • the temperature is limited by the temperature at which the insulation layer becomes ineffective. For the insulation means used, this limit is preferably around 680 ° C. To increase the strength, it can be advantageous to carry out the annealing at different temperature levels.
  • the silane treatment before or after the phosphating treatment.
  • the phosphating is preferably carried out before the silane treatment.
  • the phosphates can be used in aqueous or non-aqueous solution.
  • the phosphate and silane can be carried out in one operation. It has been shown that the powder particles can be coated analogously to the method described in DE-Al-4 403 876 for the passivation of metallic surfaces of screws.
  • the silane or polysiloxane contains built-in phosphorus-oxygen assemblies, which can preferably be built in as intermediate links in polysiloxane chains (SI-0-Si-OPP-Si ).
  • the atomic ratio P: SI in the siloxane layer is preferably greater than 0.01.
  • the moldings according to the invention can have an open residual porosity, which can have a disadvantageous effect on the corrosion resistance.
  • the molded part is preferably subjected to vacuum impregnation with liquid resins and subsequent hardening after annealing.
  • Suitable resins are crosslinking or thermoplastic resins known per se, such as, for example, anaerobic methacrylate resins.
  • the penetration of the resin into the molded part can be promoted with the help of gas under pressure. Suitable pressures are advantageously in the range from 3 to 30 bar. In this way, oil and gasoline resistant molded parts with good temperature resistance up to about 250 ° C can be produced.
  • the present invention includes the use of the molded part according to the invention in solenoid valves, as cores of ignition coils or as yokes in magnet systems for valve control or as a rotor or stator in motor applications or other electrical machines.
  • FIG. 1 shows the frequency dependence of the maximum permeability of samples according to the production according to Examples 1,
  • Figure 3 shows the frequency dependence of the maximum permeability of samples according to the manufacture according to Examples 20 and 21 with a varied control of the toroid.
  • the commercially available phosphating Novaphos F 2311 (from Novamax) was dissolved in water (15 g F 2311 per liter of water) and the solution was adjusted to a pH of 5.0 at 57 ° C. using sodium hydroxide solution. The iron powder was then mixed with 1 l of the solution. After 5 minutes the reaction was stopped by rinsing with water and the powder was dried in air at 130 ° C. Mixed: (. L / cm 3 density 19d softening temperature of 90-95 ° C, Epikote ® EP 1055, from Shell) connecting the powder with a flexible after curing epoxy resin. The resin was used in the form of a 20% acetone solution and added to the powder in an amount of 2.5 g per 100 g powder (0.5% EP 1055). The mixing time was 30 minutes. The solvent was then evaporated in vacuo.
  • the powder thus produced was pressed in a non-directional press with a pressure of 600MPa into rings with an outer diameter of 33 mm, inner diameter of 20 mm and a height of 6 mm. Finally, annealing was carried out in two stages, first 1 h at 600 ° C in alternating air / vacuum and then 1 h at 520 ° C in air.
  • iron powder was provided with a phosphate layer and then coated with different organofunctional silanes.
  • the phosphated Fe powder was mixed with the silane solution in a ratio of 0.5 g of silane per 100 g of iron powder and reaction mixed for 1 hour. The mixtures were then dried in vacuo at 150 ° C. for 1.5 h. The powders were then further processed into cores in accordance with Example 1.
  • the measured maximum permeability is shown in Fig. 1 shown,
  • FIG. 1 shows the maximum permeability of the cores produced as a function of the frequency of the magnetic field compared to. Samples without the addition of organofunctional silanes (AT 40.29 OF).
  • Cores were produced in accordance with Examples 3 and 9, in which 0.5% of a lubricant was added to the powders before pressing. The powders were pressed either at room temperature (RT) or at 150 ° C.
  • the maximum permeability of the cores as a function of the frequency of the applied field is shown in FIG. 2.
  • the flexural strength was measured on 3 identical samples and the mean value was determined from the values for s B.
  • the results of the measurements are shown in Tab. 2.
  • the examples show that the permeability of powder cores can be increased by using organofunctional silanes. Especially in the frequency range up to 4 kHz and above there is a significant improvement compared to known powder cores (AT 40.29 OF).
  • the resistances were measured on rods with an oxidized surface.
  • the oxidation results from the annealing, but due to the very low porosity of the material (high density) there is only a thin oxide layer.
  • the oxide layer is a better electrical conductor than the actual powder composite.
  • the measured values of the spec. Resistance for the entire bar is therefore smaller than the spec. Resistance for the actual powder composite.

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Abstract

The invention concerns a moulded magnetic part consisting of layers of powder particles of a ferromagnetic material. An insulation arranged between said powder particles electrically isolate them at least partly from one another. The moulded part is reinforced by annealing. The invention also concerns a related production method and use of same comprising the following steps: treating a ferromagnetic material powder with a phosphate constituent; treating same with another constituent containing organofunctional silanes or a constituent containing both phosphates and organofunctional silanes; optionally adding compressing additives, binders, resins or lubricants; pressing the resulting compressed powder to form a green compact; annealing said green compact at a temperature exceeding the decomposition temperature of the organofunctional silanes to produce a mechanically reinforced moulded part.

Description

Beschreibungdescription
Pulvermetallurgisch hergestelltes weichmagnetisches Formteil mit hoher Maximalpermeabilität, Verfahren zu seiner Herstel- lung und dessen VerwendungPowder-metallurgically produced soft magnetic molded part with high maximum permeability, process for its production and its use
Die Erfindung betrifft ein pulvermetallurgisch hergestelltes weichmagnetisches Formteil mit hoher Maximalpermeabilität, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Formteils aus metal- lischen Pulverteilchen, wobei die Pulverteilchen mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen werden, so dass bei Anwendung des Formteils als Magnetkern in Wechselfeldern, wie sie beispielsweise in schnellschaltenden Magnetventilen auftreten können, die Wirbelstromverluste gering sind. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung dieses Formteils in dynamischen Anwendungen, wie beispielsweise als Magnetkerne in Magnetventilen in Einspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, als Kerne von Zündspulen, als Joche in Magnetsystemen zur Ventilsteuerung oder als Rotor bzw. Stator in Motoranwendungen.The invention relates to a powder-metallurgically produced soft-magnetic molded part with high maximum permeability, and a method for producing this molded part from metallic powder particles, the powder particles being provided with an electrical insulation layer, so that when the molded part is used as a magnetic core in alternating fields, as described, for example, in Fast switching solenoid valves can occur, the eddy current losses are low. Furthermore, the invention relates to the use of this molded part in dynamic applications, such as, for example, as magnetic cores in magnetic valves in injection systems of motor vehicles, as cores of ignition coils, as yokes in magnetic systems for valve control or as a rotor or stator in engine applications.
Bei der Entwicklung weichmagnetischer Pulververbundwerkstoffe der oben genannten Art werden folgende Eigenschaften gleichzeitig optimiert:When developing soft magnetic powder composite materials of the type mentioned above, the following properties are optimized at the same time:
1. ein maximaler spezifischer Widerstand, aus welchem minimale Wirbelstromverluste resultieren;1. a maximum specific resistance, from which minimal eddy current losses result;
2. eine minimale Koerzitivfeidstärke, durch welche minimale Hystereseverluste bewirkt werden;2. a minimal coercive field strength, by means of which minimal hysteresis losses are brought about;
3. eine maximale Permeabilität; 4. ein maximaler Füllgrad mit Magnetmaterial, d.h. eine hohe Dichte, aus der eine maximale Sättigungspolarisation resultiert . Insbesondere die Forderungen an den spezifischen Widerstand und die Koerzitivfeidstärke lassen sich in der Regel schlecht miteinander vereinbaren, da die notwendige Glühung zur Reduzierung der Koerzitivfeldstärke in der Regel auch zu einer Verringerung des spezifischen Widerstandes führt.3. maximum permeability; 4. a maximum degree of filling with magnetic material, ie a high density, from which a maximum saturation polarization results. In particular, the demands on the specific resistance and the coercive field strength are generally difficult to reconcile with one another, since the annealing required to reduce the coercive field strength generally also leads to a reduction in the specific resistance.
Untersuchungen zeigen aber bei gegebenen Koerzitivfeldstärken das beste Widerstandsniveau, wenn man gleichzeitig relativ große Werte für Permeabilität und Dichte fordert. Es gewähr- leistet eine Reduzierung der Koerzitivfeldstärke unter Beibehaltung eines hohen Widerstandniveaus.However, studies show the best resistance level at given coercive field strengths if at the same time relatively large values for permeability and density are required. It ensures a reduction in the coercive force while maintaining a high level of resistance.
Die US 2,601,212 schlägt zur Herstellung von weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen für Anwendungen im Hochfre- quenzbereich ein Verfahren vor, bei dem phosphatiertes Carbo- nyleisen mit 1 bis 6 Gew.% Organosilanen als Binder versetzt werden. Nach dem Verpressen werden die Formteile bei Temperaturen um die 150°C ausgehärtet. Eine Glühung und damit eine Zersetzung der Organosilane findet nicht statt, das heißt, die Organosilane werden polymerisiert und liegen im fertigenNo. 2,601,212 proposes a process for the production of soft magnetic powder composite materials for applications in the high-frequency range in which phosphated carbonyl iron is mixed with 1 to 6% by weight of organosilanes as a binder. After pressing, the molded parts are cured at temperatures around 150 ° C. Annealing and thus decomposition of the organosilanes does not take place, which means that the organosilanes are polymerized and are in the finished product
Formteil als Binderpolymer vor. Die damit erzeugten Formteile sind bzgl . Einsatzfrequenzen kleiner 10 kHz untauglich.Molding as a binder polymer. The molded parts produced are Usage frequencies below 10 kHz are unsuitable.
Ein Verfahren, welches dieser Tatsache Rechnung trägt, ist in der DE 34 39 397 beschrieben. Nach diesem Verfahren werden Pulverteilchen, die mit einer Phosphatisolation versehen sind, einer Glühung in oxidierender Atmosphäre bei einer Temperatur von maximal 600°C unterzogen. Die Glühbehandlung führt zu einer Absenkung der Koerzitivfeldstärke des Eisens und erhöht aufgrund der Entstehung von Eisenoxid zwischen denA method which takes this fact into account is described in DE 34 39 397. According to this process, powder particles which are provided with a phosphate insulation are subjected to annealing in an oxidizing atmosphere at a temperature of at most 600 ° C. The annealing treatment leads to a reduction in the coercive field strength of the iron and increases due to the formation of iron oxide between the
Pulverteilchen die Festigkeit des Formteils. Ein ähnliches Verfahren mit anschließender Glühung beschreibt die Deutsche Patentanmeldung 39 070 950.5. Die Anmeldung zeigt, dass ein Schutz der mit einer Phosphatisolation ver- sehnen Pulverteilchen während des Pressens mittels einer or- ganischen Harzschicht möglich ist.Powder particles the strength of the molded part. A similar process with subsequent annealing is described in German patent application 39 070 950.5. The application shows that protection of the powder particles, which are provided with phosphate insulation, is possible during the pressing by means of an organic resin layer.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten pulvermetallurgisch hergestellten Formteile sind bezüglich der Maximalpermeabilität, welche bei 50 Hz und H = 10 A/cm bestimmt ist, herkömm- liehen weichmagnetischen Legierungswerkstoffen noch deutlich unterlegen. So werden im allgemeinen Maximalpermeabilitäten von bis zu 200 erreicht. Für bestimmte Anwendungen der Formteile, beispielsweise als Kernmaterial in Magnetventilen der Kraftfahrzeugtechnik, ist jedoch häufig eine Maximalpermeabi- lität von mindestens 275 vorzugsweise größer 300, erwünscht.These powder-metallurgically produced molded parts known from the prior art are still significantly inferior to conventional soft magnetic alloy materials with regard to the maximum permeability, which is determined at 50 Hz and H = 10 A / cm. In general, maximum permeabilities of up to 200 are achieved. However, a maximum permeability of at least 275, preferably greater than 300, is often desired for certain applications of the molded parts, for example as core material in magnetic valves in motor vehicle technology.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Formteil mit weichmagnetischen Eigenschaften, hoher Maximalpermeabilität, welche bei 50 Hz und H = 10 A/cm bestimmt ist, bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines weichmagnetischen pulvermetallurgisch hergestellten Formteils mit schnellem Ansprechverhalten, wobei unter einem guten Ansprechverhalten erfindungsgemäß verstan- den wird, dass die frequenzabhängige Maximalpermeabilität eines Kerns aus diesem Material im gesamten Frequenzband von 0 bis 4 kHz vorzugsweise mindestens 200 beträgt.The object of the present invention is therefore to provide a molded part with soft magnetic properties, high maximum permeability, which is determined at 50 Hz and H = 10 A / cm, and at the same time high mechanical strength. A further object of the present invention is to provide a soft magnetic powder-metallurgically produced molded part with fast response behavior, whereby a good response behavior means according to the invention that the frequency-dependent maximum permeability of a core made of this material in the entire frequency band from 0 to 4 kHz is preferably at least 200 ,
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein pulvermetallur- gisch hergestelltes Formteil aus verpressten und geglühten weichmagnetischen phosphatbeschichteten Pulverteilchen gelöst, wobei die phosphatbeschichteten Pulverteilchen vor der Glühung mit organofunktionellen Silanen beschichtet worden sind, wobei der Gewichtsanteil der organofunktionellen Silane zwischen 0,1 und 3 Gew.% an dem ungeglühten Formteil liegt und nach der Glühung das Formteil keine polymerisierten Organosilane enthält, gekennzeichnet durch einen spezifischen Wi- derstand p ≥ lOμΩm, eine Koerzitivfeldstärke Hc ≤ 3,0 A/cm, Hystereseverlusten WH ≤ 0,1 J/kg bei einer Aussteuerung von B = 1 Tesla, einer Maximalpermeabilität (gemessen bei f = 50 Hz) > 275 und eine Dichte γ ≥ 7,1 g/cm3.According to the invention, the object is achieved by a powder-metallurgically produced molded part from compressed and annealed soft-magnetic phosphate-coated powder particles, the phosphate-coated powder particles having been coated with organofunctional silanes prior to annealing where the weight fraction of the organofunctional silanes is between 0.1 and 3% by weight of the unannealed molded part and after the annealing the molded part contains no polymerized organosilanes, characterized by a specific resistance p ≥ 10 μΩm, a coercive field strength H c ≤ 3 .0 A / cm, hysteresis losses W H ≤ 0.1 J / kg with a modulation of B = 1 Tesla, a maximum permeability (measured at f = 50 Hz)> 275 and a density γ ≥ 7.1 g / cm 3 .
Der wesentliche Gedanke der vorliegenden Erfindung liegt zum einen in der isolierenden Wirkung des Materials und zum anderen in der schmierenden Wirkung der Silanschicht . Letztere ergibt sich dadurch, dass das organofunktionelle Silan nicht zu Siloxan auspolymerisiert wird, wie das in der oben genann- ten US 2,601,212 der Fall ist. Dies würde bei Temperaturen von ca. 100 - 150°C geschehen, beim Beschichtungsprozess wird das Pulver aber lediglich bei ca. 50 °C getrocknet. Bei der anschließenden Glühung der gepressten Teile kommt es dann zur Polymerisierung, allerdings sind die entstehenden Siloxane nicht sehr temperaturbeständig, so dass sie oberhalb von ca. 200°C zerstört werden. Es verbleibt im wesentlichen Si02 im Werkstoff .The essential idea of the present invention lies on the one hand in the insulating effect of the material and on the other hand in the lubricating effect of the silane layer. The latter results from the fact that the organofunctional silane is not polymerized out to siloxane, as is the case in the above-mentioned US Pat. No. 2,601,212. This would take place at temperatures of approx. 100 - 150 ° C, but the powder is only dried at approx. 50 ° C in the coating process. The subsequent annealing of the pressed parts then leads to polymerization, but the resulting siloxanes are not very temperature-resistant, so that they are destroyed above approx. 200 ° C. It essentially remains Si0 2 in the material.
Insgesamt hat sich gezeigt, dass eine Glühung, bei der die Organosilane zersetzt werden, nach dem Pressen geeignet ist, die besagten Verluste zu verringern. Zur möglichst effektiven Ausheilung von kristallinen Defekten und zur Förderung des Kornwachstums wären an sich möglichst hohe Temperaturen im Bereich von etwa 1100°C wünschenswert. Allerdings würde bei dieser Temperatur die auf der Oberfläche der Pulverteilchen befindliche Phosphatisolation zerstört werden. Durch die schmierende Wirkung der nicht auspolymerisierten Silanschicht des Pulvers vor dem Verpressen kann der Anteil des Presshilfsmittels deutlich reduziert werden. Typischerweise wird Presshilfsmittel in einer Menge von ca. 0.5 Gew.% zugesetzt. Durch das Silan kann dieser Anteil auf 0.25 bzw. 0,125 Gew.% oder sogar 0 Gew.% gesenkt werden. Dies ist vorteilhaft für die resultierende Dichte des Werkstoffes und für die spezifische Gesamtverlustleistung (in W/kg) .Overall, it has been shown that annealing, in which the organosilanes are decomposed, after pressing is suitable for reducing the losses mentioned. In order to heal crystalline defects as effectively as possible and to promote grain growth, the highest possible temperatures in the range of approximately 1100 ° C. would be desirable. At this temperature, however, the phosphate insulation on the surface of the powder particles would be destroyed. Due to the lubricating effect of the unpolymerized silane layer of the powder before pressing, the proportion of the pressing aid can be significantly reduced. Typically, pressing aids are added in an amount of approximately 0.5% by weight. This proportion can be reduced to 0.25 or 0.125% by weight or even 0% by weight using the silane. This is advantageous for the resulting density of the material and for the specific total power loss (in W / kg).
Diese setzt sich aus den Hystereseverlusten und den Wirbel - Stromverlusten zusammen:This consists of the hysteresis losses and the eddy current losses:
Figure imgf000007_0001
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Dabei gilt eine proportionale Abhängigkeit der Hysteresever- lustleistung von der Frequenz:A proportional dependence of the hysteresis loss power on the frequency applies:
PH = W„ .f (2)P H = W „.f (2)
Die Wirbelstromverluste wiederum enthalten zwei Anteile. Einerseits fließen die Wirbelströme innerhalb der Pulverparti- kel, andererseits auch über das gesamte Teilevolumen:The eddy current losses in turn contain two parts. On the one hand, the eddy currents flow within the powder particles, on the other hand also over the entire part volume:
Figure imgf000007_0002
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Für die Berechnung der Wirbelstromverlustleistung gilt allgemein:The following generally applies to the calculation of the eddy current power loss:
Figure imgf000007_0003
(geometrieabhängiger Vorfaktor z, Durchmesser d, spez . Widerstand peι , Dichte y, Induktion B mit Exponenten g, Frequenz f)
Figure imgf000007_0003
(geometry-dependent pre-factor z, diameter d, specific resistance p e ι, density y, induction B with exponent g, frequency f )
Bei der Wirbelstromverlustleistung innerhalb der Pulverpartikel (mittlerer Durchmesser d) gilt der Vorfaktor z = π2/20 (nach K. Honma und N. Hirano, R&D 2, 40-42 (1980)). Für den Widerstand und die Dichte sind die Werte für Reineisen einzusetzen ( γFe = 7,87 g/cm3 und pFe = 0,1 μΩm) .In the eddy current power loss within the powder particles (mean diameter d) of the prefactor 2 shall z = π / 20 (according to K. N. Honma and Hirano, R & D 2, 40-42 (1980)). The values for pure iron should be used for the resistance and density (γ Fe = 7.87 g / cm 3 and p Fe = 0.1 μΩm).
Für die Berechnung der Wirbelstromverlustleistung über das gesamte Teilevolumen wird die untersuchte Ringgeometrie in guter Näherung mit einer Toroidform angenähert . Man erhält den Vorfaktor z = π2/16 (nach R.M. Bozorth, Ferromagnetism, IEEE Press, NewYork, 1993) . Weiterhin benötigt man den Eisendurchmesser D des Toroids und die makroskopische Dichte. Legt man die gemessenen Hystereseverluste und Widerstände zugrunde, ergibt sich folgende Gleichung für die Gesamtverlustleistung (bei einer Aussteuerung von B = I T):For the calculation of the eddy current power loss over the entire part volume, the examined ring geometry is approximated with a toroidal shape. One obtains the prefactor z = π 2/16 (RM by Bozorth, Ferromagnetism, IEEE Press, New York, 1993). You also need the iron diameter D of the toroid and the macroscopic density. If the measured hysteresis losses and resistances are taken as a basis, the following equation results for the total power loss (with a modulation of B = IT):
pFe ≤ WH x f + 627 (Ws2)/(kgm2) x d2 x f 2 + c x ∑f x f 2 p Fe ≤ W H xf + 627 (Ws 2 ) / (kgm 2 ) xd 2 xf 2 + cx ∑fxf 2
mit der Obergrenze für die Hystereseverluste WH ≤ 0,14 J/kg.with the upper limit for the hysteresis losses W H ≤ 0.14 J / kg.
Während der Glühbehandlung setzen sich die organofunktionel- len Silane in deren bei den entsprechenden Reaktionsbedingungen entstehenden Reaktionsprodukte um. Beispiele für solche Reaktionsprodukte sind Siliziumoxide und Siliziumcarbide .During the annealing treatment, the organofunctional silanes react in the reaction products that are produced under the corresponding reaction conditions. Examples of such reaction products are silicon oxides and silicon carbides.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Formteile, die auf bekannte Weise isolierte Pulverteilchen, z.B. mittels Phosphaten isolierte Pulverteilchen, enthalten, durch Einsatz von organofunktionellen Silanen noch weiter verbessert werden können. Auch gegenüber einer ausschließlich durch den Einsatz einer Silizium enthaltenden Substanz gebildeten Isolationsschicht, ergibt sich eine Verbesserung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Formteils.It has surprisingly been found that molded parts which contain powder particles isolated in a known manner, for example powder particles isolated by means of phosphates, are further improved by using organofunctional silanes can. The properties of the molded part according to the invention also improve compared to an insulation layer formed exclusively by the use of a substance containing silicon.
Die erfindungsgemäßen Formteile weisen gegenüber allen bekannten Formteilen mit vergleichbar hoher mechanischer Festigkeit eine höhere Maximalpermeabilität auf.The molded parts according to the invention have a higher maximum permeability than all known molded parts with a comparably high mechanical strength.
Die Maximalpermeabilität wird gemäß der Erfindung bei H = 10 A/cm und f = 50 Hz bestimmt.The maximum permeability is determined according to the invention at H = 10 A / cm and f = 50 Hz.
Beschreibung der Methode zur Bestimmung der Maximalpermeabilität:Description of the method for determining the maximum permeability:
Auf einen isolierten Ring der Probe mit den Dimensionen 33 x 20 x 6 mm2 (Außen-/Innendurchmesser/Höhe) werden eine Primärwicklung mit 100 Windungen und eine Sekundärwicklung mit 20 Windungen aufgebracht. Die Erregung des Feldes erfolgt mit- tels einer Sinusspannung mit einstellbarer Frequenz. An der Sekundärwicklung wird die Induktionsspannung mit einem Voltmeter ermittelt.A primary winding with 100 turns and a secondary winding with 20 turns are applied to an insulated ring of the sample with the dimensions 33 x 20 x 6 mm 2 (outer / inner diameter / height). The field is excited by means of a sine voltage with an adjustable frequency. The induction voltage on the secondary winding is determined with a voltmeter.
Die Maximalpermeabilität wird im allgemeinen durch Variation der Stärke des angelegten Feldes und Aufsuchen des Permeabilitätsmaximums auf der Neukurve bestimmt. In der Regel liegt die Maximalpermeabilität des erfindungsgemäßen Formteils jedoch bei etwa H = 10 A/cm, so dass die Angabe der Permeabilität bei diesem Magnetfeld der Maximalpermeabilität mit aus- reichender Übereinstimmung entspricht. Die erfindungsgemäß angegebenen Werte für die Maximalpermeabilität bei 50 Hz entsprechen im wesentlichen dem Wert der Maximalpermeabilität im statischen Feld.The maximum permeability is generally determined by varying the strength of the applied field and looking for the maximum permeability on the new curve. As a rule, however, the maximum permeability of the molded part according to the invention is approximately H = 10 A / cm, so that the specification of the permeability in this magnetic field corresponds to the maximum permeability with sufficient agreement. The values according to the invention for the maximum permeability at 50 Hz essentially correspond to the value of the maximum permeability in the static field.
Die Maximalpermeabilität der erfindungsgemäßen Formteile im quasistatischen Feld bei f = 50 Hz beträgt vorzugsweise mindestens 275, insbesondere mindestens 300. Ganz besonders bevorzugt sind Formteile mit Maximalpermeabilitäten von mehr als 400, insbesondere 480.The maximum permeability of the molded parts according to the invention in the quasi-static field at f = 50 Hz is preferably at least 275, in particular at least 300. Molded parts with maximum permeabilities of more than 400, in particular 480, are particularly preferred.
Im gesamten Frequenzband von 0 und bis 4 kHz beträgt die Maximalpermeabilität vorzugsweise mindestens 200. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Maximalpermeabilität zwischen 0 bis 4 kHz oberhalb 300, insbesondere 350 liegt. Ganz besonders bevorzugt sind solche Formteile, deren Maximalpermeabilität zwischen 0 und 4 kHz oberhalb von 400 liegt.In the entire frequency band from 0 and up to 4 kHz, the maximum permeability is preferably at least 200. It is particularly preferred if the maximum permeability between 0 and 4 kHz is above 300, in particular 350. Moldings whose maximum permeability is between 0 and 4 kHz above 400 are very particularly preferred.
Für bestimmte Anwendungen ist es wünschenswert, wenn die frequenzabhängige Permeabilität der erfindungsgemäßen Formteile im Bereich von 0 bis 4 kHz bei einer höheren Aussteuerung von B = 1 T (H > 10 A/cm) möglichst groß ist.For certain applications, it is desirable if the frequency-dependent permeability of the molded parts according to the invention is as large as possible in the range from 0 to 4 kHz with a higher modulation of W = 1 T (H> 10 A / cm).
Die frequenzabhängige Permeabilität bei hoher Aussteuerung (1 T) beträgt für die erfindungsgemäßen Formteile vorzugsweise mindestens 200, insbesondere 250.The frequency-dependent permeability at high modulation (1 T) for the molded parts according to the invention is preferably at least 200, in particular 250.
Die Biegebruchfestigkeit der erfindungsgemäßen Formteile, welche nach der weiter unten beschriebenen Methode bestimmt wird, beträgt vorzugsweise mindestens 30 N/mm2. Besonders be- vorzugt sind Werte von mehr als 50 N/mm2, insbesondere 60The flexural strength of the molded parts according to the invention, which is determined by the method described below, is preferably at least 30 N / mm 2 . Values of more than 50 N / mm 2 , in particular 60, are particularly preferred
N/mm2. Ganz besonders bevorzugt sind solche erfindungsgemäßen Formteil, die eine Biegebruchfestigkeit von mehr als 80 N/mm2 aufweisen. Das erfindungsgemäß eingesetzte ferromagnetische Material ist vorzugsweise Eisen, Kobalt-Eisen, Nickel-Eisen oder Silizium- Eisen, welches in Form eines Pulvers eingesetzt wird. Obwohl für das ferromagnetische Material eine möglichst hohe Reinheit bevorzugt ist, sind fertigungstechnisch bedingte geringe Unreinheiten praktisch nicht zu vermeiden. Das erfindungsgemäße ferromagnetische Material enthält daher geringe Mengen an Verunreinigungen wie beispielsweise Stickstoff, Sauer- Stoff, Schwefel oder Kohlenstoff. Der Kohlenstoffgehalt liegt vorzugsweise unter 0,1 %, insbesondere unter 0,03 %. Der Stickstoffgehalt liegt bevorzugt unter 0,01 %, insbesondere unterhalb 0,003 % Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare kommerziell erhältliche Eisenpulver sind solche der Bezeich- nung "AT40.29", „ASC100.29" und "ABC100.30" der Fa. Höganäs AB, Schweden.N / mm 2 . Those molded parts according to the invention which have a bending strength of more than 80 N / mm 2 are very particularly preferred. The ferromagnetic material used according to the invention is preferably iron, cobalt iron, nickel iron or silicon iron, which is used in the form of a powder. Although the highest possible level of purity is preferred for the ferromagnetic material, minor impurities due to manufacturing technology are practically unavoidable. The ferromagnetic material according to the invention therefore contains small amounts of impurities such as nitrogen, oxygen, sulfur or carbon. The carbon content is preferably below 0.1%, in particular below 0.03%. The nitrogen content is preferably below 0.01%, in particular below 0.003%. Examples of commercially available iron powders which can be used according to the invention are those with the designations "AT40.29", "ASC100.29" and "ABC100.30" from Höganäs AB, Sweden.
Vorzugsweise ist für die Teilchengröße (d50) der Pulverteilchen ein Wert von mindestens etwa 50μm sinnvoll. Im allgemei- nen führen größere Teilchen auch zu höheren Maximalpermeabilitäten. Eine Obergrenze lässt sich bei zweckmäßigerweise 400μm angeben.A value of at least about 50 μm is preferably expedient for the particle size (d 50 ) of the powder particles. In general, larger particles also lead to higher maximum permeabilities. An upper limit can expediently be specified at 400 μm.
Bei Optimierung der erfindungsgemäßen Formteile für eine hohe Permeabilität bei einer Aussteuerung von etwa B = 1 T ist ein Bereich von 50 bis 200 μm besonders bevorzugt, da eine obere Grenze aufgrund der im Wechselfeld auftretenden Wirbelstromverluste gegeben ist. Zur Erzielung einer hohen Maximalpermeabilität ist ein Bereich von mehr als 200 bis etwa 400 μm be- sonders bevorzugt.When optimizing the molded parts according to the invention for a high permeability with a modulation of approximately B = 1 T, a range from 50 to 200 μm is particularly preferred since there is an upper limit due to the eddy current losses occurring in the alternating field. In order to achieve a high maximum permeability, a range from more than 200 to about 400 μm is particularly preferred.
Die Koerzitivfeldstärke der erfindungsgemäßen Formteile beträgt vorzugsweise 1 bis 3 A/cm. Im magnetischen Wechselfeld treten im erfindungsgemäßen Formteil elektrische Verluste auf, die sich im wesentlichen aus Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten zusammensetzen. In der Regel steigen die Verluste bei höheren Frequenzen an. Unter Verlusten im Sinne der Erfindung werden die Gesamtverluste aus allen gemessenen Verlustanteilen verstanden.The coercive field strength of the molded parts according to the invention is preferably 1 to 3 A / cm. In the magnetic alternating field, electrical losses occur in the molded part according to the invention, which essentially consist of hysteresis losses and eddy current losses. As a rule, the losses increase at higher frequencies. Losses in the sense of the invention are understood to mean the total losses from all measured losses.
Die Verluste bei B = 1 T und f = 1 kHz der erfindungsgemäßen Formteile liegen vorzugsweise in einem Bereich von 80 bis 450 W/kg. Besonders bevorzugt sind solche erfindungsgemäßen Formteile, welche Verluste von weniger als 250 W/kg bei B = 1 T und f = 1 kHz aufweisen. Ganz besonders bevorzugt sind Formteile, deren Verluste unterhalb 160 W/kg liegen.The losses at B = 1 T and f = 1 kHz of the molded parts according to the invention are preferably in a range from 80 to 450 W / kg. Those molded parts according to the invention which have losses of less than 250 W / kg at B = 1 T and f = 1 kHz are particularly preferred. Molded parts whose losses are below 160 W / kg are very particularly preferred.
Die Messung der Verluste wird an einem Ringkern der Abmessungen 33 x 20 x 6 mm2 mit nx = 170 und n2 = 20 durchgeführt.The losses are measured on a toroidal core measuring 33 x 20 x 6 mm 2 with n x = 170 and n 2 = 20.
Der spezifische Widerstand der Formteile ist vorzugsweise größer als 500 μΩm.The specific resistance of the molded parts is preferably greater than 500 μΩm.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines magnetisierbaren Formteils umfassend die Schritte:The invention also relates to a method for producing a magnetizable molded part comprising the steps:
- Behandlung eines Pulvers aus einem ferromagnetischen Material mit einer Phosphatkomponente- Treatment of a powder made of a ferromagnetic material with a phosphate component
Behandlung mit einer weiteren Komponente enthaltend organofunktionelle Silane oder Behandlung des Pulvers mit einer Komponente, die sowohl Phosphate als auch organo- funktionelle Silane enthält,Treatment with a further component containing organofunctional silanes or treatment of the powder with a component which contains both phosphates and organofunctional silanes,
Ggf. Zugabe von Presshilfsmitteln, Bindern, Harzen oderPossibly. Add pressing aids, binders, resins or
Gleitmitteln,lubricants,
Pressen des behandelten Pulvers zu einem Grünling und Glühung des Grünlings zu einem mechanisch verfestigten Formteil .Pressing the treated powder into a green compact and Annealing the green body to a mechanically solidified molded part.
Die einsetzbaren organofunktionellen Silane sind Substanzen, die vorzugsweise Bausteine der allgemeinen FormelThe organofunctional silanes which can be used are substances which are preferably building blocks of the general formula
X R{CHι)n - Si - X (l)X R {CHι) n - Si - X (l)
XX
wobei X eine leicht hydrolysierbare Gruppe ist und R für ei- nen organischen Rest steht, enthalten.where X is an easily hydrolyzable group and R represents an organic radical.
Beispiele für leicht hydrolysierbare Gruppen sind Cl, OCH3, OCH2H5 oder OCH2CH2OCH3.Examples of easily hydrolyzable groups are Cl, OCH 3 , OCH 2 H 5 or OCH 2 CH 2 OCH 3 .
Geeignete organische Reste sind beispielsweise Wasserstoff oder aliphantische oder aromatische Reste mit 2 bis 10 C- Atomen, die entweder unsubstituiert oder teilweise substituiert sein können. Geeignete Substituenten sind beispielsweise F, Br, I oder bevorzugt Chlor. Vorzugsweise werden unsubsti- tuierte organische Reste eingesetzt.Suitable organic radicals are, for example, hydrogen or aliphatic or aromatic radicals having 2 to 10 carbon atoms, which can either be unsubstituted or partially substituted. Suitable substituents are, for example, F, Br, I or preferably chlorine. Unsubstituted organic radicals are preferably used.
Die eingesetzten organofunktionellen Silane enthaltenden Substanzen sind beispielsweise Vinylsilane, wie Vinyltrichlorsi- lan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyl-tris- (ß-metoxyethoxy) -silan oder Vinyltriacetoxysilan, Aminosila- ne, wie γ-Aminopropyl-triethoxysilan, γ-Aminopropyl- trimethoxysilan, N-ß- (Aminoethyl) -γ-aminopropyl- trimethoxysilan oder N-ß- (Aminoethyl) -γ-aminopropyl- trimethoxysilan oder N-ß- (Aminoethyl) -N- (ß-Aminoethyl) -γ- aminopropyl-trimetoxysilan, Ureisosalkylsilane, Epoxyalkylsi- lane, wie ß-Glyxidyloxypropyl-trimethoxysilan, Methacrylal- kylsilane, wie γ-Methacryloxypropyl-trimetoxysilan oder γ- Methacryloxypropyl-tris- (ß-methoxyethoxy) -silan oder Mercap- toalkysilane, wie γ-Mercaptopropyl-trimethoxysilan oder γ- Mercaptopropyl-triethoxysilan.The organofunctional silanes containing substances used are, for example, vinyl silanes, such as vinyl trichlorosilane, vinyl triethoxysilane, vinyl trimethoxysilane, vinyl tris (β-metoxyethoxy) silane or vinyl triacetoxysilane, aminosilanes, such as γ-aminopropyl-triethoxysilane, γ-trimethoxysilane, γ N-ß- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane or N-ß- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane or N-ß- (aminoethyl) -N- (ß-aminoethyl) -γ-aminopropyltrimetoxysilane, Ureisosalkylsilane, Epoxyalkylsi- lanes, such as ß-glyxidyloxypropyl-trimethoxysilane, methacrylalkylsilanes, such as γ-methacryloxypropyl-trimetoxysilane or γ-methacryloxypropyl-tris (ß-methoxyethoxy) -silane or mercaptoalkysilanes, such as γ-mercaptopropyl-trimethoxysiloxysiloxysiloxysilane ,
Der Gewichtsanteil der organofunktionellen Silane liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 3 Gew.-%, insbesondere 0,25 bis 2 Gew.-%.The proportion by weight of the organofunctional silanes is preferably in the range from 0.1 to 3% by weight, in particular 0.25 to 2% by weight.
In den Formteilen sind vorzugsweise übliche Gleitmittel zur Verbesserung der Pressdichte vorhanden. Beispiele für geeignete Gleitmittel sind Calcium-, Lithium-, Magnesium-, Zinkstearat und Stearinsäure. Im Prinzip sind aber auch ande- re Gleitmittel denkbar, solange sie auf den Pressvorgang unterstützend wirken und sich nicht nachteilig auf die Rieselfähigkeit des Pulvers auswirken.Conventional lubricants for improving the pressing density are preferably present in the molded parts. Examples of suitable lubricants are calcium, lithium, magnesium, zinc stearate and stearic acid. In principle, however, other lubricants are also conceivable as long as they have a supporting effect on the pressing process and do not have a disadvantageous effect on the pourability of the powder.
Vorzugsweise wird als Gleitmittel Lithiumstearat , Stearinsau- re oder Ca-Stearat in einer Menge eingesetzt, die einerseits den Pressvorgang ausreichend unterstützt, andererseits jedoch noch zu hohen Maximalpermeabilitäten führt. Der Gewichtsanteil liegt bevorzugt im Bereich von 0 bis 5 Gew.-%, insbesondere zwischen 0 und 0,6 Gew.-%.Lithium stearate, stearic acid or Ca stearate is preferably used as a lubricant in an amount which on the one hand sufficiently supports the pressing process, but on the other hand still leads to high maximum permeabilities. The proportion by weight is preferably in the range from 0 to 5% by weight, in particular between 0 and 0.6% by weight.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Pulver können geglüht (vorbehandelt) oder ungeglüht verwendet werden. Werden die Pulver geglüht eingesetzt, so ist eine reduzierende Atmosphäre, insbesondere eine Wasserstoffhaltige Atmosphäre, bevorzugt.The powders which can be used according to the invention can be used annealed (pretreated) or unannealed. If the powders are used in an annealed state, a reducing atmosphere, in particular a hydrogen-containing atmosphere, is preferred.
Die Behandlung des Pulvers erfolgt auf an sich bekannte Weise, wie beispielsweise in W. Rausch et. al, "Die Phosphatie- rung von Metallen", 2. Auflage, Eugen Leuze Verlag, Saulgau (1988) beschrieben.The powder is treated in a manner known per se, as described, for example, in W. Rausch et. al, "The phosphating tion of metals ", 2nd edition, Eugen Leuze Verlag, Saulgau (1988).
Als äußere Schicht kann auf die Pulverteilchen ein Thermo- plast oder Duroplast aufgebracht werden, welches vor demA thermoplastic or thermosetting plastic can be applied to the powder particles as an outer layer
Pressen zu einem Grünling ausgehärtet wird, Vorzugsweise wird jedoch kein Thermoplast oder Duroplast aufgebracht.Presses is hardened to a green body, but preferably no thermoplastic or thermoset is applied.
Der Pressvorgang kann entweder bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur oberhalb Raumtemperatur (Warmpressen) erfolgen. Wenn warmgepresst wird, sind Temperaturen von mindestens 80°C bevorzugt .The pressing process can take place either at room temperature or at a temperature above room temperature (hot pressing). When hot pressing, temperatures of at least 80 ° C are preferred.
Vorzugsweise wird die Glühung des Grünlings in einer oxidie- renden Atmosphäre, wie beispielsweise Luft oder befeuchtetem Wasserstoff durchgeführt.The green body is preferably annealed in an oxidizing atmosphere, such as, for example, air or humidified hydrogen.
Die Glühung des Grünlings findet bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 500°C statt. Die Temperatur ist nach oben begrenzt durch die Temperatur, bei der die Isolationsschicht unwirksam wird. Für die eingesetzten Isolationsmittel liegt diese Grenze vorzugsweise etwa bei 680 °C. Es kann dabei zur Erhöhung der Festigkeit von Vorteil sein, die Glühung bei verschiedenen Temperaturstufen durchzuführen.The green body is preferably annealed at a temperature of at least 500 ° C. The temperature is limited by the temperature at which the insulation layer becomes ineffective. For the insulation means used, this limit is preferably around 680 ° C. To increase the strength, it can be advantageous to carry out the annealing at different temperature levels.
Es ist möglich, die Silanbehandlung vor oder nach der Phosphatierungsbehandlung durchzuführen. Bevorzugt wird die Phosphatierung allerdings vor der Silanbehandlung durch geführt . Die Phosphate können in wässriger oder nichtwässriger Lösung angewendet werden.It is possible to carry out the silane treatment before or after the phosphating treatment. However, the phosphating is preferably carried out before the silane treatment. The phosphates can be used in aqueous or non-aqueous solution.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Phosphatbeschichtung und Silanbeschichtung in einem Arbeitsgang durchzuführen. Es hat sich gezeigt, dass die Pulverteilchen analog der in der DE-Al-4 403 876 beschriebenen Methode zur Passivierung von metallischen Oberflächen von Schrauben beschichtet werden können. Bei dieser Methode enthält das Silan bzw. Polysiloxan eingebaute Phosphor-Sauerstoff-Baugruppen, die vorzugsweise als Zwischenglieder in Polysiloxan-ketten (SI-0-Si-O-P-P-Si- ... ) eingebaut sein können. Dabei ist das Atomverhältnis P:SI in der Siloxanschicht vorzugsweise größer als 0,01.In a further preferred embodiment it is also possible to coat the phosphate and silane to be carried out in one operation. It has been shown that the powder particles can be coated analogously to the method described in DE-Al-4 403 876 for the passivation of metallic surfaces of screws. In this method, the silane or polysiloxane contains built-in phosphorus-oxygen assemblies, which can preferably be built in as intermediate links in polysiloxane chains (SI-0-Si-OPP-Si ...). The atomic ratio P: SI in the siloxane layer is preferably greater than 0.01.
Die erfindungsgemäßen Formteile können je nach Herstellungsbedingungen eine offene Restporösität besitzen, die sich nachteilig auf die Korrosionsbeständigkeit auswirken kann. Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes wird vorzugsweise das Formteil nach der Glühung einer Vakuumimprägnierung mit flüssigen Harzen und anschließender Härtung unterzogen. Geeignete Harze sind an sich bekannte vernetzende oder thermoplastische Harze, wie beispielsweise anaerobe Methacrylatharze . Das Eindringen des Harzes in das Formteil kann mit Hilfe von unter Druck stehendem Gas gefördert werden. Geeignete Drücke liegen zweckmäßigerweise im Bereich von 3 bis 30 bar. Auf diese Weise lassen sich öl- und benzinfeste Formteil mit guter Temperaturbeständigkeit bis zu etwa 250°C herstellen.Depending on the production conditions, the moldings according to the invention can have an open residual porosity, which can have a disadvantageous effect on the corrosion resistance. To improve corrosion protection, the molded part is preferably subjected to vacuum impregnation with liquid resins and subsequent hardening after annealing. Suitable resins are crosslinking or thermoplastic resins known per se, such as, for example, anaerobic methacrylate resins. The penetration of the resin into the molded part can be promoted with the help of gas under pressure. Suitable pressures are advantageously in the range from 3 to 30 bar. In this way, oil and gasoline resistant molded parts with good temperature resistance up to about 250 ° C can be produced.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Formteils in Magnetventilen, als Kerne von Zündspulen oder als Joche in Magnetsystemen zur Ventilsteuerung oder als Rotor oder Stator in Motoranwendungen oder anderen elektrischen Maschinen.Furthermore, the present invention includes the use of the molded part according to the invention in solenoid valves, as cores of ignition coils or as yokes in magnet systems for valve control or as a rotor or stator in motor applications or other electrical machines.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt : Figur 1 die Frequenzabhängigkeit der Maximalpermeabilität von Proben gemäß Herstellung nach den Beispielen 1,The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing figures. It shows : FIG. 1 shows the frequency dependence of the maximum permeability of samples according to the production according to Examples 1,
3 , 4 , 6 , 7 , und 8 ,3, 4, 6, 7, and 8,
Figur 2 die Frequenzabhängigkeit der Maximalpermeabilität von Proben gemäß Herstellung nach den Beispielen 1 und 10 - 19 und2 shows the frequency dependence of the maximum permeability of samples according to the production according to Examples 1 and 10-19 and
Figur 3 die Frequenzabhängigkeit der Maximalpermeabilität von Proben gemäß Herstellung nach den Beispielen 20 und 21 mit variierter Aussteuerung des Ringkerns.Figure 3 shows the frequency dependence of the maximum permeability of samples according to the manufacture according to Examples 20 and 21 with a varied control of the toroid.
Beispiel 1 (Vergleich)Example 1 (comparison)
Herstellung von Kernen mit Phosphatisolation in wässriger LösungManufacture of cores with phosphate insulation in aqueous solution
200 g Eisenpulver (AT 40.29, Fa. Höganäs) mit einer mittleren Teilchengröße d50 = 265μm und einem C-Gehalt bzw. N-Gehalt von etwa 0,003 % und einem O-Gehalt von etwa 0,081 % wurde auf HCl angeätzt und mit einer wässrigen Lösung zur Phospha- tierung behandelt.200 g of iron powder (AT 40.29, Höganäs) with an average particle size d 50 = 265 μm and a C content or N content of about 0.003% and an O content of about 0.081% was etched onto HCl and with an aqueous solution Solution treated for phosphating.
Zur Herstellung der Lösung wurde die kommerziell erhältliche Phophatierung Novaphos F 2311 (Fa. Novamax) in Wasser gelöst (15 g F 2311 pro Liter Wasser) und die Lösung bei 57°C mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 5,0 eingestellt. Anschließend wurde das Eisenpulver mit 1 1 der Lösung gemischt. Nach 5 min wurde die Reaktion durch Spülen mit Wasser gestoppt und das Pulver bei 130°C an Luft getrocknet. Anschließen wurde das Pulver mit einem nach der Härtung flexiblen Epoxid-Harz (Epikote® EP 1055, Fa. Shell; Erweichungstemperatur 90-95°C, Dichte: l,19d/cm3) gemischt. Das Harz wurde in Form einer 20%-igen Aceton-Lösung eingesetzt und dem Pulver in einer Menge von 2,5 g pro 100 g Pulver (0,5% EP 1055) zugegeben. Die Mischzeit betrug 30 min. Anschließend erfolgte eine Verdampfung des Lösungsmittels im Vakuum.To prepare the solution, the commercially available phosphating Novaphos F 2311 (from Novamax) was dissolved in water (15 g F 2311 per liter of water) and the solution was adjusted to a pH of 5.0 at 57 ° C. using sodium hydroxide solution. The iron powder was then mixed with 1 l of the solution. After 5 minutes the reaction was stopped by rinsing with water and the powder was dried in air at 130 ° C. Mixed: (. L / cm 3 density 19d softening temperature of 90-95 ° C, Epikote ® EP 1055, from Shell) connecting the powder with a flexible after curing epoxy resin. The resin was used in the form of a 20% acetone solution and added to the powder in an amount of 2.5 g per 100 g powder (0.5% EP 1055). The mixing time was 30 minutes. The solvent was then evaporated in vacuo.
Vor dem Pressen wurde als Gleitmittel 0,5 Gew.-% Calciumstea- rat zugegeben und ca. 30 min untergemischt.Before pressing, 0.5% by weight of calcium stearate was added as a lubricant and mixed in for about 30 minutes.
Das so hergestellte Pulver wurde in einer undirektionalen Presse mit einem Druck von 600MPa zu Ringen mit einem Außendurchmesser von 33 mm, Innendurchmesser von 20 mm und einer Höhe von 6 mm gepresst. Schließlich erfolgte eine Glühung in 2 Stufen, zunächst 1 h bei 600°C in alternieren Luft/Vakuum und dann 1 h bei 520°C an Luft.The powder thus produced was pressed in a non-directional press with a pressure of 600MPa into rings with an outer diameter of 33 mm, inner diameter of 20 mm and a height of 6 mm. Finally, annealing was carried out in two stages, first 1 h at 600 ° C in alternating air / vacuum and then 1 h at 520 ° C in air.
Beispiel 2 (Vergleich)Example 2 (comparison)
Nicht wässrige PhosphatierungNon-aqueous phosphating
Die Herstellung entspricht Beispiel 1 mit folgendem Unterschied:The production corresponds to Example 1 with the following difference:
1000 g Eisenpulver entsprechend Beispiel 1 werden mit 80 g Aceton und 3,37 g H3P0 und lg H20 30 min reaktionsgemischt und bei Raumtemperatur unter Vakuum getrocknet . Die Maximalpermeabilität über die Frequenz dieser Probe ist in Fig. 1 (AT 40.29 OF) und 2 (AT 40.20 OF / 0,5 % EP 1055 =,5 % Ca RT) aufgetragen.1000 g of iron powder as in Example 1 are mixed reaction 2 0 30 min with 80 g of acetone and 3.37 g of H 3 P0 and lg H, and dried at room temperature under vacuum. The maximum permeability over the frequency of this sample is plotted in FIG. 1 (AT 40.29 OF) and 2 (AT 40.20 OF / 0.5% EP 1055 = .5% Ca RT).
Beispiele 3 bis 5 Phosphat und SilanbehandlungExamples 3 to 5 Phosphate and silane treatment
Entsprechend Beispiel 2 wurden Eisenpulver mit einer Phos- phatschicht versehen und dann mit unterschiedlichen organofunktionellen Silanen beschichtet.According to Example 2, iron powder was provided with a phosphate layer and then coated with different organofunctional silanes.
Verwendete Silanverbindungen:Silane compounds used:
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Aus diesen Silanverbindungen wurden verschiedene Lösungen der Zusammensetzung 4 g Silan, 95 g Isopropanol und 1 g aqua dest hergestellt .Various solutions with the composition 4 g of silane, 95 g of isopropanol and 1 g of distilled water were prepared from these silane compounds.
Zur Bildung der Silanschicht wurden die phosphatierten Fe- Pulver mit der Silanlösung im Mengenverhältnis 0,5 g Silan pro 100 g Eisenpulver gemischt und 1 h reaktionsgemischt. Die Mischungen wurden dann 1,5 h bei 150°C im Vakuum getrocknet. Anschl ießend wurden die Pulver entsprechend Beispiel 1 zu Kernen weiterverarbeitet .To form the silane layer, the phosphated Fe powder was mixed with the silane solution in a ratio of 0.5 g of silane per 100 g of iron powder and reaction mixed for 1 hour. The mixtures were then dried in vacuo at 150 ° C. for 1.5 h. The powders were then further processed into cores in accordance with Example 1.
Die gemessene Maximalpermeabil ität ist in Fig . 1 dargestel lt ,The measured maximum permeability is shown in Fig. 1 shown,
Beispiele 6 bis 8Examples 6 to 8
Variat ion des SilananteilsVariat ion of the silane content
Es wurden Kerne gemäß Beispielen 3 bis 5 mit unterschiedli chem Silananteil hergestellt .Cores according to Examples 3 to 5 with different silane contents were produced.
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Figur 1 zeigt die Maximalpermeabilität der hergestellten Ker- ne in Abhängigkeit der Frequenz des Magnetfelds im Vergleich zu. Proben ohne Zusatz von organofunktionellen Silanen (AT 40.29 OF) .FIG. 1 shows the maximum permeability of the cores produced as a function of the frequency of the magnetic field compared to. Samples without the addition of organofunctional silanes (AT 40.29 OF).
Beispiele 10 bis 19Examples 10 to 19
Variationen des Gleitmittels und der PresstemperaturVariations in lubricant and press temperature
Entsprechend der Beispiele 3 und 9 wurden Kerne hergestellt, bei denen den Pulvern vor dem Pressen 0,5 % eines Gleitmittels zugesetzt wurden. Das Pressen der Pulver erfolgte entweder bei Raumtemperatur (RT) oder bei 150 °C. Cores were produced in accordance with Examples 3 and 9, in which 0.5% of a lubricant was added to the powders before pressing. The powders were pressed either at room temperature (RT) or at 150 ° C.
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Die Maximalpermeabilität der Kerne in Abhängigkeit von der Frequenz des angelegten Feldes ist in Fig. 2 dargestellt.The maximum permeability of the cores as a function of the frequency of the applied field is shown in FIG. 2.
In Tabelle 1 sind die Messwerte der Maximalpermeabilität bei einer Frequenz des angelegten Feldes von f = 50 Hz für die Beispiele 10, 11, und 13 - 19 zusammengefasst .Table 1 summarizes the measured values of the maximum permeability at a frequency of the applied field of f = 50 Hz for Examples 10, 11, and 13-19.
Beispiel 20Example 20
5 kg des Pulvers AT 40.29 (Fa. Höganäs) mit d50 = 265 μm wurden mit 15 g H3P0 und Aceton in einem Mischer phosphatiert . Anschließend wurde das Aceton abgepumpt. Nach Zugabe von 50 g Silan A187 mit Isopropanol und Wasser wurde abermals durchgemischt und abgepumpt. Das erhaltene Pulver wurde mit 0,5 % Li-Stearat in einem Taumelmischer versetzt. Die Herstellung von Ringen erfolgte entsprechend Beispiel 1. Die Maximalpermeabilität (H = 10 A/cm) betrug 440. Die Frequenzabhängigkeit der Maximalpermeabilität und der Permeabilität bei B = 1 T zeigt Fig. 3.5 kg of the powder AT 40.29 (Höganäs) with d 50 = 265 μm were phosphated in a mixer with 15 g H 3 P0 and acetone. The acetone was then pumped off. After adding 50 g of silane A187 with isopropanol and water, the mixture was mixed again and pumped off. The powder obtained was mixed with 0.5% Li stearate in a tumble mixer. Rings were produced in accordance with Example 1. The maximum permeability (H = 10 A / cm) was 440. The frequency dependence of the maximum permeability and the permeability at B = 1 T is shown in FIG. 3.
Beispiel 21Example 21
Es wurden entsprechend Beispiel 20 weitere Ringe hergestellt, jedoch durch Verwendung eines Pulvers mit d50 = 120μm (ABC100.30, Fa. Höganäs) .According to Example 20, further rings were produced, but by using a powder with d 50 = 120 μm (ABC100.30, Höganäs).
Bei f = 3 kHz und einer Induktion B = 1 T (höhere Aussteue- rung gegenüber Beispiel 20) wird eine Permeabilität von 304 erreicht. Die Frequenzabhängigkeit der Maximalpermeabilität und der Permeabilität bei B = 1 T ist in Fig. 3 dargestellt.At f = 3 kHz and an induction B = 1 T (higher modulation compared to example 20), a permeability of 304 is achieved. The frequency dependence of the maximum permeability and the permeability at B = 1 T is shown in FIG. 3.
Messung der BiegefestigkeitFlexural strength measurement
Um die Biegefestigkeit der Kerne zu bestimmen, wurden analog der vorstehenden Beispiele quaderförmige Stäbe mit den Abmessungen ls = 40 mm, b = 10 mm, h = 4 mm gepresst. Die Messung erfolgte auf übliche Weise durch Auflage des Sta- bes an zwei Punkten mit einem Abstand von 15 mm und Anlegen einer nach unten wirkenden Kraft in der Mitte zwischen diesen Punkten. Aus der gemessenen Biegebruchkraft FB errechnet sich die Biegefestigkeit sB nach folgender Formel:In order to determine the bending strength of the cores, parallelepiped-shaped bars with dimensions l s = 40 mm, b = 10 mm, h = 4 mm were pressed analogously to the examples above. The measurement was carried out in the usual way by placing the rod at two points at a distance of 15 mm and applying a downward force in the middle between these points. From the measured bending force F B is the bending strength B s is calculated by the following formula:
SB = 1,5 x (FB x ls)/(b x h')S B = 1.5 x (F B xl s ) / (wxh ')
Die Biegebruchfestigkeit wurde jeweils an 3 gleichartigen Proben gemessen und aus den Werten für sB der Mittelwert be- stimmt. Die Ergebnisse der Messungen sind in Tab. 2 dargestellt . Die Beispiele zeigen, dass durch den Einsatz von organofunktionellen Silanen die Permeabilität von Pulverkernen erhöht werden kann. Insbesondere im Frequenzbereich bis 4 kHz und darüber zeigt sich eine erhebliche Verbesserung gegenüber be- kannten Pulverkernen (AT 40.29 OF) .The flexural strength was measured on 3 identical samples and the mean value was determined from the values for s B. The results of the measurements are shown in Tab. 2. The examples show that the permeability of powder cores can be increased by using organofunctional silanes. Especially in the frequency range up to 4 kHz and above there is a significant improvement compared to known powder cores (AT 40.29 OF).
Ferner werden noch drei weitere Gruppen an Ausführungsbei- spielen vorgestellt. Für jede Gruppe werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele aufgeführt. Alle Pulver (teilweise vor- geglüht) wurden gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet, gepresst und geglüht. Die Herstellungsparameter und die resultierenden Eigenschaften sind in den nachfolgenden Tabellen aufgeführt . Furthermore, three further groups of implementation examples are presented. Two exemplary embodiments are listed below for each group. All powders (partially pre-annealed) were coated, pressed and annealed in accordance with the present invention. The manufacturing parameters and the resulting properties are listed in the tables below.
. Gruppe, group
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. Gruppe, group
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. Gruppe, group
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25 25
Alle Daten der oben aufgeführten drei Gruppen beziehen sich auf Mittelwerte von Messungen an jeweils drei Ringen bzw. fünf Stäben.All data of the three groups listed above refer to the mean values of measurements on three rings or five rods.
Die Widerstände wurden an Stäben mit oxidierter Oberfläche gemessen. Die Oxidation resultiert aus der Glühung, wegen der sehr geringen Porosität des Materials (hohe Dichte) ergibt sich aber nur eine dünne Oxidschicht .The resistances were measured on rods with an oxidized surface. The oxidation results from the annealing, but due to the very low porosity of the material (high density) there is only a thin oxide layer.
Die Oxidschicht ist ein besserer elektrischer Leiter als der eigentliche Pulververbundwerkstoff. Bei der Widerstandsmessung über die Stablänge liegt demnach eine Parallelschaltung aus dünner Oxidschicht (geringer spez. Widerstand) und Pulververbundwerkstoff (hoher spez. Widerstand) vor. Die gemes- sen Werte des spez. Widerstands für den gesamten Stab sind deshalb kleiner als der spez. Widerstand für den eigentlichen Pulververbundwerkstoff . The oxide layer is a better electrical conductor than the actual powder composite. When measuring resistance across the length of the rod, there is therefore a parallel connection of a thin oxide layer (low specific resistance) and powder composite material (high specific resistance). The measured values of the spec. Resistance for the entire bar is therefore smaller than the spec. Resistance for the actual powder composite.

Claims

Patentansprüche claims
1. Pulvermetallurgisch hergestelltes Formteil aus ver- pressten und geglühten weichmagnetischen phosphatbe- schichteten Pulverteilchen, wobei die phosphatbeschichteten Pulverteilchen vor der Glühung mit organofunktionellen Silanen beschichtet worden sind, wobei der Gewichtsanteil der organofunktionellen Silane zwischen 0,1 und 3 Gew.% an dem ungeglühten Formteil liegt und das Formteil nach der Glühung keine polymerisierten organofunktionellen Silane enthält, gekennzeichnet durch einen spezifischen Widerstand p ≥ 10 μΩm , eine Koerzitivfeldstärke Hc ≤ 3,0 A/cm, Hystereseverlusten WH ≤ 0,14 J/kg (bei einer Austeuerung von B = 1 T) , einer Maximalpermeabilität (gemessen bei f = 50 Hz) > 275 und eine Dichte γ ≥ 7,1 g/cm3.1. Powder metallurgically produced molded part from pressed and annealed soft magnetic phosphate-coated powder particles, the phosphate-coated powder particles having been coated with organofunctional silanes prior to annealing, the weight fraction of the organofunctional silanes being between 0.1 and 3% by weight of the unannealed molded part and the molded part does not contain any polymerized organofunctional silanes after annealing, characterized by a specific resistance p ≥ 10 μΩm, a coercive field strength H c ≤ 3.0 A / cm, hysteresis losses W H ≤ 0.14 J / kg (with a modulation of B = 1 T), a maximum permeability (measured at f = 50 Hz)> 275 and a density γ ≥ 7.1 g / cm 3 .
2. Formteil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der spezifische Widerstand p ≥ 200μΩm beträgt.2. Molding according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the specific resistance is p ≥ 200μΩm.
3. Formteil nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der spezifische Widerstand p ≥ 750μΩm beträgt.3. Molding according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the specific resistance is p ≥ 750μΩm.
Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hystereseverluste WH ≤ 0,115 J/kg bei einer Aussteuerung von 1 Tesla betragen. Shaped part according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hysteresis losses W H ≤ 0.115 J / kg with a modulation of 1 Tesla.
5. Formteil nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hystereseverluste WH ≤ 0,110 J/kg bei einer Aussteuerung von 1 Tesla betragen.5. Molding according to claim 4, characterized in that the hysteresis losses W H ≤ 0.110 J / kg with a modulation of 1 Tesla.
6. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verlustfaktor c ≤ 1,00 (Ws2) / (kgm2) beträgt.6. Molding according to one of claims 1 to 5, characterized in that the loss factor c ≤ 1.00 (Ws 2 ) / (kgm 2 ).
7. Formteil nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verlustfaktor c ≤ 0,50 (Ws2) / (kgm2) beträgt.7. Molding according to claim 6, characterized in that the loss factor c ≤ 0.50 (Ws 2 ) / (kgm 2 ).
8. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die frequenzabhängige Maximalpermeabilität bei 10 A/cm im gesamten Frequenzband von 0 bis 4 kHz mindestens 200 beträgt.8. Molding according to one of claims 1 to 7, that the frequency-dependent maximum permeability at 10 A / cm in the entire frequency band from 0 to 4 kHz is at least 200.
9. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Biegebruchfestigkeit mindestens 30 MPa beträgt .9. Shaped part according to one of claims 1 to 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the bending strength is at least 30 MPa.
10. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Pulverteilchen aus Eisen, Nickel-Eisen, Kobalt-Eisen oder Silizium-Eisen mit einer mittleren Teilchengröße d50 > 50 μm bestehen.10. Molding according to one of claims 1 to 9, characterized in that the powder particles consist of iron, nickel iron, cobalt iron or silicon iron with an average particle size d 50 > 50 microns.
11. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Pulverteilchen aus wasserverdüstem Eisen bestehen.11. Molding according to one of claims 1 to 10, characterized in that the powder particles consist of water-atomized iron.
12. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Teilchengröße d50 der Pulverteilchen im Bereich von etwa 50 bis etwa 400μm liegt.12. Shaped part according to one of claims 1 to 8, characterized in that the particle size d 50 of the powder particles is in the range from about 50 to about 400 microns.
13. Verfahren zur Herstellung eines magnetisierbaren Form- teils umfassend die Schritte:13. A method for producing a magnetizable molded part comprising the steps:
Behandlung eines Pulvers aus einem ferromagnetischen Material mit einer Phosphatkomponente, Behandlung mit einer weiteren Komponente enthaltend organofunktionelle Silane oder Behandlung des Pulvers mit einer Komponente, die sowohl Phosphate als auch organofunktionelle Silane enthält, ggf. Zugabe von Presshilfsmitteln, Bindern, Harzen oder Gleitmitteln, Pressen des behandelten Pulvers zu einem Grünling und - Glühung des Grünlings oberhalb der Zersetzungstemperatur der organofunktionellen Silane zu einem mechanisch verfestigten Formteil.Treatment of a powder made of a ferromagnetic material with a phosphate component, treatment with a further component containing organofunctional silanes or treatment of the powder with a component which contains both phosphates and organofunctional silanes, optionally adding pressing aids, binders, resins or lubricants, pressing the treated powder to a green body and - annealing the green body above the decomposition temperature of the organofunctional silanes to a mechanically solidified molded part.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die organofunktionellen Silane Bausteine der allgemeinen Formel14. The method according to claim 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the organofunctional silanes building blocks of the general formula
X R(CH2)n-Si-X (DX R (CH2) n-Si-X (D
X wobei x eine leicht hydrolysierbare Gruppe ist und R für einen organischen Rest steht, enthalten. X where x is an easily hydrolyzable group and R represents an organic radical.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Glühung in einer oxidierenden Atmosphäre oder unter Schutzgas durchgeführt wird.15. The method according to claim 13 or 14, so that the annealing is carried out in an oxidizing atmosphere or under a protective gas.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Glühung des Grünlings bei einer Temperatur von mindestens 400°C stattfindet.16. The method according to any one of claims 13 to 15, so that the green body is annealed at a temperature of at least 400 ° C.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Phosphatisierung vor der Silanbehandlung durchgeführt wird.17. The method according to any one of claims 13 to 16, so that the phosphating is carried out before the silane treatment.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Phosphatisierung und Silanbehandlung in einem Arbeitsgang durchgeführt wird.18. The method according to any one of claims 13 to 16, so that the phosphating and silane treatment is carried out in one operation.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Formteil nach der Glühung einer Vakuumimpräg- nierung mit flüssigen Harzen unterzogen wird.19. The method according to any one of claims 13 to 18, that the molded part is subjected to a vacuum impregnation with liquid resins after the annealing.
20. Verwendung des Formteils nach Anspruch 1 in Magnetventilen als Kerne von Zündspulen oder als Joche in Magnetsystemen zur Ventilsteuerung oder als Stator oder Rotor in elektrischen Maschinen. 20. Use of the molded part according to claim 1 in solenoid valves as cores of ignition coils or as yokes in magnet systems for valve control or as a stator or rotor in electrical machines.
PCT/EP2003/005209 2002-09-27 2003-05-17 Moulded soft magnetic part produced by metal powder processing technique and exhibiting high maximum permeability, related manufacturing methods and uses WO2004033135A1 (en)

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