DE102019127776A1

DE102019127776A1 - Amorphes Metallband und Verfahren zum Herstellen eines amorphen Metallbands

Info

Publication number: DE102019127776A1
Application number: DE102019127776.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Polak; Thomas STRACHE
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US20210047738A1; US11629413B2

Abstract

In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbands bereitgestellt, wobei ein amorphes Metallband mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche bereitgestellt wird und die erste und/oder die zweite Hauptoberfläche mit einem nasschemischen Ätzverfahren und/oder einem photochemisches Ätzverfahren behandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein amorphes Metallband und ein Verfahren zum Herstellen eines amorphen Metallbands.
Die Herstellung amorpher Metallbänder erfolgt beispielsweise über ein Schmelzschleuderverfahren. Diese rascherstarrten Materialien besitzen intrinsisch herausragende mechanische und weichmagnetische Eigenschaften und finden deshalb entweder direkt, oder nach entsprechenden Wärmebehandlungen vielfach Anwendung wie beispielsweise als Eisenkern für induktive Bauelemente, wie beispielsweise in der US 8 699 190 offenbart ist, oder als Abschirmfolien, wie zum Beispiel in der US 2019/0 133 005 A offenbart ist, bzw. als mechanische Spiral- oder Blattfeder. Entscheidend ist dabei das vollständige Fehlen einer kristallinen Struktur.
Zur Herstellung amorpher Folien mit einer Rascherstarrungstechnologie, insbesondere eines Schmelzschleuderverfahrens wird vorerst eine glasbildende metallische Legierung in einem Tiegel, der aus oxydischer Keramik (z.B. Aluminiumoxid) und/oder Grafit besteht, erschmolzen. Der Schmelzvorgang kann, je nach Reaktivität der Schmelze, unter Luft, Vakuum, oder einem Schutzgas wie beispielsweise Argon erfolgen. Nach dem Aufschmelzen der Legierung auf Temperaturen deutlich oberhalb des Liquiduspunktes wird die Schmelze durch eine Gießdüse mit schlitzförmiger Auslassöffnung auf ein rotierendes Gießrad aus einer Kupferlegierung gespritzt. Die Gießdüse wird hierzu sehr nahe an die Oberfläche der rotierenden Kupferwalze gebracht, und hat zu dieser einen Abstand von etwa 50 - 500 µm. Die Schmelze wird durch die Düse gedrückt und erstarrt danach mit sehr hohen Abkühlgeschwindigkeiten von etwa 10⁴ K/s bis 10⁶ K/s auf der bewegten Kupferoberfläche zu einem kontinuierlichen amorphen Band, welches sich von der Gießradoberfläche ablöst und auf einer Wickelvorrichtung als kontinuierlicher Folienstreifen aufgewickelt wird. Die maximal mögliche Länge des Folienstreifens wird in der Regel durch das Fassungsvermögen des Schmelztiegels limitiert, welcher je nach Anlagengröße zwischen wenigen Kilogramm und mehreren Tonnen liegen kann.
Nanokristalline Metallbänder können durch eine Wärmebehandlung der amorphen Metallbänder hergestellt werden.
Es ist wünschenswert, dass das amorphe oder nanokristalline Metallband eine niedrige Oberflächenrauigkeit aufweist, damit der Füllfakor von Bauelementen wie Blechpaketen und Spulen, die aus dem amorphen oder nanokristallinen Metallband hergestellt werden, erhöht werden kann. Die DE 10 2010 036 401 A offenbart ein Verfahren, bei dem die Oberfläche des Gießrads, auf dem die Schmelze erstarrt, während des Gießvorgangs mittels einer Walzvorrichtung kontinuierlich umgeformt und geglättet wird. Dadurch kann der Füllfakor von Bauelementen erhöht werden. Weitere Verbesserungen sind jedoch wünschenswert.
Aufgabe besteht somit darin, ein amorphes Metallband mit noch verbesserter Oberflächenbeschaffenheit bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbands bereitgestellt, wobei ein amorphes Metallband mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche bereitgestellt wird. Die erste Hauptoberfläche und/oder die zweite Hauptoberfläche wird mit einem nasschemischen Ätzverfahren und/oder einem photochemischen Ätzverfahren behandelt. Dadurch wird die Oberflächenbeschaffenheit des amorphen Metallbands verbessert.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Rascherstarrungsherstellungsprozess die Oberflächenbeschaffenheit des dadurch hergestellten Bands bestimmt. Da es sich bei diesem Verfahren im Prinzip um eine freie Erstarrung einer Schmelze zu einem bandförmigen Festkörper handelt, werden die Oberflächen des Bands, je nach den vorliegenden Umgebungsbedingungen geformt. Somit kann die Form und das Material aus dem die verwendete Gießdüse besteht, sowie die Form und das Material aus dem das verwendete Gießrad besteht, schlussendlich die Oberflächenbeschaffenheit auf beiden Seiten des rascherstarrten Bandes beeinflussen. Unter Oberflächenbeschaffenheit kann man folgende Begriffe verstehen: Rauigkeit, Riefen, Löcher, Pickel, Kavitäten (Lufttaschen), Oberflächenkristallinität, Hohlform, Balligkeit, Keilförmigkeit, usw. Der Rascherstarrungsprozess bestimmt also sehr weitgehend die Oberflächenbeschaffenheit des Endproduktes.
Beispielsweise führt der Verschleiß der Gießradoberfläche während des Gießprozesses zu einer erhöhten Rauigkeit der Gießradoberfläche. In Folge dessen werden einerseits die Oberflächen des rascherstarrten Bandes eine Veränderung erfahren, da beim Erstarrungsprozess eine Art Abbildung der Gießradoberfläche auf das zu erstarrenden Material erfolgt. Und andererseits kann es durch die raue Gießradoberfläche zu einem verstärkten Einsaugen des Prozessgases unter den Schmelztropfen kommen, sodass es zu größeren Gasblasen im Kontaktbereich des Schmelztropfens mit dem Gießrad kommt.
Bei der Erstarrung der Schmelze werden diese Gasblasen im amorphen Band eingefroren und können zu Kavitäten (Lufttaschen) oder insbesondere bei dünnen Folien zu lochartigen Defekten im erstarrten Band führen.
Eine weitere unerwünschte Oberflächenbeschaffenheit ist eine partielle Oberflächenkristallinität eines ansonsten amorphen Bandes. Um den Verschleiß des Gießrades zu minimieren ist es wünschenswert, einen Gießradwerkstoff mit einer hohen Festigkeit zu wählen. Bei den üblichen verwendeten schmelzmetallurgischen Kupferwerkstoffen sind die Eigenschaften Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit in der Regel gegenläufig. Für viele Legierungen ist es aber erforderlich, Gießradwerkstoffe mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit einzusetzen, um ausreichend hohe Abkühlraten während der Folienherstellung zu erzielen. Sind die Abkühlraten nicht ausreichend hoch, kommt es zur Oberflächenkristallisation und im Weiteren zur Sprödigkeit der rascherstarrten Folie.
Weitere produktionsbedingte Gründe können auch zu Oberflächendefekten, wie z.B. Riefen in unterschiedliche Richtungen, Pickeln, Oberflächenkristallinität, Hohlform, Balligkeit, Keilförmigkeit, usw. führen.
Im Normalfall erfolgt bei amorphen Bändern kein weiterer Behandlungsschritt der Bandoberflächen nach dem Gießprozess, wie dies beispielsweise bei kristallinen Bändern oder Folien in Form eines nachgeschalteten Walzprozesses, oder sogar mit Schleifprozessen bei einer Zwischendicke der Fall ist. Mit Hilfe eines Walzprozesses erreicht man bei kristallinen Bändern oder Folien eine glatte und planparallele Oberfläche, auch wenn das aus der Schmelze erstarrte Band zu Beginn sehr uneben oder rau war. Ein zusätzlicher Schleifprozess bei einer Zwischendicke führt bei kristallinen Bändern zu einer weiter verbesserten Oberflächenqualität.
Erfindungsgemäß wird die Oberfläche eines amorphen Metallbands oder eines nanokristallinen Bands mittels eines oder mehrerer Ätzverfahren weiterbearbeitet bzw. nachbehandelt. Somit kann die Oberflächenbeschaffenheit eingestellt und verbessert werden. Beispielsweise kann die Oberflächenrauigkeit reduziert werden.
Die Oberflächenrauigkeit des Metallbands kann mit dem Wert R_a (dem arithmetischen Mittenwert) gemessen werden. Die Ebenheit des Metallbands und der Metallplatte kann mit dem Wert Rmax (der maximalen Rautiefe), der die vertikale Differenz der tiefsten Riefe und der höchsten Spitze innerhalb der Gesamtmessstrecke beschreibt, gemessen werden. Das Ziel besteht darin, dass das Metallband einen Wert von sowohl von Ra als auch Rmax aufweist, der so klein wie möglich ist, beispielsweise Ra < 0.5µm und R_max < 5µm, vorzugsweise Ra < 0.3µm und R_max < 3µm, vorzugsweise R_a < 0.2 µm und R_max < 2µm, vorzugsweise R_a < 0.1 µm und Rmax < 1µm.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zur Herstellung eines Metallbands folgendes auf:

Bereitstellen eines amorphen Metallbands mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche und nasschemisches Ätzen der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche.

Dadurch können Unebenheiten reduziert, Defekte reduziert oder entfernt und die Oberflächenrauigkeit kann reduziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel kommt die gesamte Oberfläche der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche in Kontakt mit der Ätzflüssigkeit. In diesem Ausführungsbeispiel werden zum Beispiel Spitzen in der Oberfläche bevorzugt geätzt und deren Höhe reduziert, so dass die Oberflächenrauigkeit reduziert wird.
Die erste und/oder zweite Hauptoberfläche wird nur oberflächlich geätzt, z.B. nur 1 µm an der Oberfläche, um ein durchgängiges Band mit reduzierter Oberflächenrauigkeit bereitzustellen.
In einem Ausführungsbeispiel wird die erste und/oder die zweite Hauptoberfläche gezielt selektiv geätzt, so dass nur bestimmte Bereiche der Oberfläche ausgewählt und geätzt werden. Bereiche der Oberfläche können beispielsweise durch eine Maske abgedeckt werden, die gegenüber der Ätzflüssigkeit zumindest über den Zeitraum des Ätzverfahrens chemisch beständig ist. Beispielweise werden Täler in der Hauptoberfläche abgedeckt und nicht geätzt, während Berge in der Hauptoberfläche nicht abgedeckt und durch ein Ätzverfahren später abgetragen werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird ferner eine chemisch beständige Schicht auf zumindest Teile der ersten Hauptoberflächen und/oder der zweiten Hauptoberfläche aufgebracht und danach die erste und/oder die zweite Hauptoberfläche nasschemisch geätzt, wobei von der chemisch beständigen Schicht freiliegende Bereiche der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche nasschemisch geätzt werden. Dadurch können Unebenheiten lokal und gezielt reduziert, Defekte lokal und gezielt reduziert oder entfernt und die Oberflächenrauigkeit kann reduziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zur Herstellung eines Metallbands Folgendes auf:

Bereitstellen eines amorphen Metallbands mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche, photochemisches Ätzen der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche.

Dadurch können Unebenheiten reduziert, Defekte reduziert oder entfernt, und die Oberflächenrauigkeit kann reduziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird ferner eine UV-lichtempfindliche oder anderweitig lichtempfindliche Schicht auf die erste Hauptoberfläche und/oder die zweite Hauptoberfläche aufgebracht, und danach diese Schicht so belichtet, dass die zu ätzenden Bereiche unbelichtet bleiben. Die belichteten Bereiche bilden durch die Lichteinwirkung eine ätzresistente Beschichtung. Nach Weglösen der unbelichteten Bereiche mit einem geeigneten Lösemittel wird die erste und/oder die zweite Hauptoberfläche auf diese Weise photochemisch geätzt, wobei von der chemisch beständigen Schicht freiliegende Bereiche der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche auf diese Weise photochemisch geätzt werden. Anschließend erfolgt noch die Entfernung der ätzresistenten Schicht, z.B. unter Einwirkung einer Lauge.
Dadurch können Unebenheiten lokal und gezielt reduziert, Defekte lokal und gezielt reduziert oder entfernt und die Oberflächenrauigkeit kann reduziert werden.
Es ist auch möglich, eine UV-lichtempfindliche oder anderweitig lichtempfindliche Schicht auf die erste Hauptoberfläche und/oder die zweite Hauptoberfläche aufzubringen, und danach diese Schicht so zu belichten, dass die zu ätzenden Bereiche belichtet werden. Diese belichteten Bereiche der lichtempfindlichen Schicht werden, beispielsweise mit einem geeigneten Lösemittel entfernt, um Bereiche zu erzeugen, die von der restlichen lichtempfindlichen, aber chemisch beständigen Schicht freiliegen und somit geätzt werden können. In diesem Ausführungsbeispiel bilden die unbelichteten Bereiche der lichtempfindlichen Schicht eine ätzresistente bzw. chemisch beständige Beschichtung, die nach dem Ätzverfahren entfernt wird.
In einem Ausführungsbeispiel werden die freiliegenden Bereiche der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche photochemisch weggeätzt, um zumindest ein Teil aus dem Band herauszutrennen.
Kristalline Metallbänder, nanokristalline Metallbänder und amorphe Metallfolien lassen sich durch photochemische Ätzverfahren strukturieren. Dies ermöglicht das Herauslösen von Teilen in beliebigen Formen aus diesen kristallinen Metallbändern und amorphen Metallfolien. Das photochemische Ätzen von amorphen Metallfolien beinhaltet üblicherweise folgende Prozessschritte: das Aufbringen einer chemisch beständigen und lateral strukturierten Schicht auf eine Seite der amorphen Metallfolie, sowie das Ätzen der nicht beschichten Stellen der Metallfolie mit einer geeigneten Ätzflüssigkeit von ebendieser Seite. Die andere Seite der amorphen Metallfolie kann ebenfalls mit einer chemisch beständigen Schicht überzogen sein. Die laterale Strukturierung erfolgt dabei in bekannter Weise durch Aufbringen einer lichtempfindlichen Schicht oder Folie. Diese wird anschließend so belichtet, dass die zu ätzenden Bereiche unbelichtet bleiben. Die Belichtung dieser Schicht oder Folie bewirkt die Ausbildung einer Ätzresistenz. Die unbelichteten Bereiche der Schicht oder Folie werden dann durch ein geeignetes Lösemittel entfernt. Anschließend erfolgt auf diese Weise das photochemische Ätzen mit Einwirkung der Ätzlösung nur auf die freiliegenden Bereiche. Abschließend muss noch die ätzresistente Schicht entfernt werden, z.B. unter Einwirkung einer Lauge. Das photochemische Ätzen kann in einem kontinuierlich ablaufenden Reel-to-Reel Prozess integriert sein.
Alternativ kann eine UV-lichtempfindliche oder anderweitig lichtempfindliche Schicht auf die erste Hauptoberfläche und/oder die zweite Hauptoberfläche aufgebracht werden, bei der die zu ätzenden Bereiche belichtet und entfernt werden. Diese belichteten Bereiche der lichtempfindlichen Schicht werden, beispielsweise mit einem geeigneten Lösemittel entfernt, um Bereiche zu erzeugen, die von der restlichen lichtempfindlichen, aber chemisch beständigen Schicht freiliegen und somit geätzt werden können. In diesem Ausführungsbeispiel bilden die unbelichteten Bereiche der lichtempfindlichen Schicht eine ätzresistente bzw. chemisch beständige Beschichtung, die erst nach dem Ätzverfahren entfernt wird.
Photochemische Ätzverfahren, beispielsweise wie in der US 2004/0085174 A1 und US 7 235 910 B2 , können verwendet werden. Diese Photochemischen Ätzverfahren haben Vorteile bezüglich der Herausbildung von Kantengeometrien, die keinen Grat aufweisen, wie dies üblicherweise durch andere Schneid- oder Stanzverfahren hervorgerufen wird. Photochemische Ätzverfahren, wie sie beispielsweise in der US 5 100 506 und US 2005/0161429 A1 offenbart sind, mit denen gezielt Schneidwerkzeuge mit guten Schneidkanten hergestellt werden können, können auch für amorphe Metallbänder verwendet werden.
Die Oberflächen von kristallinen Metallbändern und amorphen Metallfolien lassen sich durch handelsübliche optische Inspektionssysteme hinsichtlich Oberflächendefekten charakterisieren. Diese Systeme liefern Ergebnisse zur Art des Oberflächendefektes (bspw. Pickel, Loch, usw.) und zu dessen Lage und dessen Größe. Diese Systeme lassen sich in Reel-to-Reel Prozesse integrieren und können Ergebnisse online oder in Datenbanken übergeben. Der Querschnitt von Metallfolien lässt sich mit Hilfe geeigneter handelsüblicher Profilometer bestimmen. An einem C-Bügel befestigt vermessen zwei Sensoren jeweils lokal den Abstand zu beiden Bandseiten. Bei den Sensoren handelt es sich üblicherweise um konfokale System, oder Triangulationssensoren, oder kapazitive Sensoren oder mechanische Taster. Die beiden Sensoren werden lateral, d.h. quer zur Bandrichtung, über das Band zur Bestimmung eines Dickenprofils bewegt. Entsprechende Messeinrichtungen können in einen Reel-to-Reel Prozess eingebunden sein und sie liefern Daten zum Profil und zur lokalen Dicke der Metallfolien. Die Oberflächenrauigkeit lässt sich mit handelsüblichen Oberflächenrauigkeitsmessgeräten bestimmen. Diese lassen sich ebenfalls in einen Reel-to-Reel Prozess integrieren.
In einem Ausführungsbeispiel wird ferner eine Oberflächen- und Querschnittsinspektion des amorphen Metallbands durchgeführt. Beispielsweise können die erste und/oder die zweite Hauptoberfläche optisch untersucht werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zur Herstellung eines Metallbands folgendes auf:

Bereitstellen eines amorphen Metallbands mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche,
Oberflächen- und Querschnittsinspektion des amorphen Metallbands, gefolgt von
nasschemischem Oberflächenbehandeln, beispielsweise nasschemischem Ätzten der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche des amorphen Metallbands, gefolgt von
lateralem photochemischen Ätzens der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche des amorphen Metallbands.

Mit diesem Verfahren kann können unterschiedliche Unebenheiten und Defekte reduziert oder entfernt und die Oberflächenrauigkeit kann reduziert werden. Die Oberflächenrauigkeit kann auf Grund der Verwendung von mehreren nacheinander durchgeführten Ätzverfahren schrittweise reduziert werden.
Dieses Verfahren kann im Rahmen eines einstufigen oder mehrstufigen Reel-to-Reel Verfahrens durchgeführt werden.
Jegliche Form von Oberflächendefekten (Formfehler) führt bei magnetischen und mechanischen Anwendungen von amorphen, bandförmigen Materialen zur Verschlechterung der intrinsischen Materialeigenschaften. Durch die erfindungsgemäßen Verfahren können somit Metallbänder und Teile mit verbesserten Materialeigenschaften bereitgestellt werden.
Als Beispiel kann bei magnetischen Anwendungen die erhebliche Reduktion des Füllfaktors (Laminier-Faktor, Stapelfaktor) durch raue, pickelbehaftete und unebene Bandoberflächen erwähnt werden. Eine starke Reduktion des Füllfaktors kann somit Vorteile von Legierungen mit höherer Sättigungsflussdichte, oder höherer Permeabilität wieder zu Nichte machen. Durch die erfindungsgemäßen Verfahren können somit Bauelemente mit einem verbesserten Füllfaktor bereitgestellt werden.
Im Bereich mechanischer Anwendungen führen raue, pickelbehaftete und unebene Bandoberflächen zur Reduktion der Bruchdehnung und der Biegewechselfestigkeit. Dies zeigt sich auch insbesondere in der Tatsache, dass bei Zugversuchen mit amorphen Bändern der Bruch mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit innerhalb des Hookeschen Bereiches erfolgt. Bei unzähligen Belastungsversuchen von auf Endbandbreite gegossenen, oder aus breiteren Bändern auf Endbandbreite geschnittenen Bändern, konnte gezeigten werden, dass die Bänder bei einer Grenzspannung reißen, welche immer noch dem linearen Verhalten von σ = E ∈ (Hookesches Gesetz mit σ = Bandspannung, E = Elastizitätsmodul und ∈ = Dehnung mit ∈ = ΔI/I_o) zuzuschreiben ist. Das Erreichen, oder Überschreiten der Elastizitätsgrenze erscheint unmöglich. Grund dafür sind Oberflächendefekte (Lufttaschen und lochartige Defekte, Riefen in unterschiedliche Richtungen, Pickel, Oberflächenkristallinität, Hohlform, Balligkeit, Keilförmigkeit) und Defekte an den Kanten oder Schneidkanten (Kantenschäden, Einrisse, Schneidgrat, Knicke) des Bandes, welche durch Spannungskonzentration und Kerbwirkung Ausgangspunkte für Bruch oder Rissbildung, bzw. Rissfortsetzung darstellen. Die genannten Defekte auf der Fläche und an den Kanten bilden sozusagen „Sollbruchstellen“. Erst durch die Belastung im Versuch (Belastungsversuch, Druck- oder Zugversuch, ...) oder beim Einsatz als Produkt (z.B.: Feder) kommt es zum Materialversagen (Reißen des Bandes oder Bruch des Bauteiles). Die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Metallbänder werden somit verbessert.
Die Abmessungen der Defekte auf amorphen Bändern, welche typischerweise eine Dicke im Bereich von 10µm bis 100µm aufweisen können, liegen auch in der Größenordnung „µm“ und können zum Teil nur unter dem Mikroskop erkannt werden. Beispielsweise liegt die laterale Ausdehnung von Lufttaschen und lochartigen Defekten auf der Bandoberfläche im Bereich von 50µm bis 500µm, Pickel oder der Schneidgrat erheben sich über die Bandoberfläche im Bereich von 1µm bis 20µm, Defekte aus Hohlform, Balligkeit und Keilförmigkeit liegen ebenfalls in der Größenordnung von 1µm bis 10µm, die Oberflächenkristallinität tritt zumeist punktförmig auf den Oberflächen auf und reicht bis zu 0.5µm in das Bulkmaterial hinein. Solche Defekte werden mit den erfindungsgemäßen Verfahren entfernt oder ihre Größe wird reduziert.
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher, alle Defekte auf den beiden Oberflächen und alle Defekte an allen Kanten möglichst weitgehend zu entfernen um damit glatte, planparallele amorphe Platten bzw. Bänder zu gewährleisten. Diese glatten planparallelen amorphen Platten und Bändern haben folgende Vorteile:

- Verringerte Bruch- oder Riss-Gefahr beim Verformen oder Biegen der Platte
- Erhöhung der Bruchdehnung durch Verminderung der Kerbwirkung
- Erhöhung der Biegewechselfestigkeit
- Erhöhung des Füllfaktors für magnetische Anwendungen beim Stapeln von Ringen oder Platten für planare Induktivitäten
- Verbesserung der Einmündung in die ferromagnetische Sättigung und Verringerung des Koerzitivfeldes H_c.

In einem Ausführungsbespiel wird ferner das amorphe Metallband mit einer Rascherstarrungstechnologie hergestellt. Beispielsweise wird eine Schmelze aus einer Legierung mit einem Metalloidgehalt von 15 Atom% bis 30 Atom% auf eine sich bewegende Außenoberfläche eines sich bewegenden Kühlkörpers gegossen, wobei die Schmelze auf der Außenoberfläche erstarrt und das amorphe Metallband geformt wird.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Außenoberfläche des Kühlkörpers kontinuierlich bearbeitet, um die Außenoberfläche des Kühlkörpers zu glätten, während die Schmelze auf die sich bewegende Außenoberfläche des Kühlkörpers gegossen wird.
Die Außenoberflächen kann beispielsweise mit einer Walzvorrichtung umgeformt und dadurch geglättet oder durch Polieren, Schleifen oder mittels Bürsten bearbeitet werden.
Ein nanokristallines Metallband kann durch eine Wärmebehandlung des amorphen Metallbands bereitgestellt werden. Die Wärmebehandlung kann vor, innerhalb oder nach den Prozessschritten der Oberflächen- und Querschnittsinspektion des amorphen Metallbands, der nasschemisches Oberflächenbehandlung, und des lateralen photochemischen Ätzens durchgeführt werden.
Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur T_a durchgeführt werden, wobei 450°C ≤ T_a ≤ 750°C beträgt, um ein nanokristallines Gefüge in der Folie zu erzeugen, bei dem zumindest 80 Vol.-% der Körner eine mittlere Größe kleiner als 100 nm aufweisen.
Das amorphe Metallband kann unter Zugspannung im Durchlauf wärmebehandelt werden. Das Metallband kann mit einer Geschwindigkeit s im Durchlauf durch einen Durchlaufofen gezogen werden, sodass eine Verweildauer der Folie in einer Temperaturzone des Durchlaufofens mit der Temperatur T_a zwischen 2 Sekunden und 10 Minuten liegt. Das Metallband kann unter einer Zugspannung von 1 MPa bis 1000 MPa in Durchlauf wärmebehandelt werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist das amorphe Metallband folgende Legierungszusammensetzung auf:

Fe_{100-a-b-w-x-y-z} T_a M_b Si_w B_x Py Cz (in Atom.-%),

T eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Co, Ni, Cu, Cr und V bezeichnet,
M eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und
Ta bezeichnet, und
0 ≤ a ≤70
0 ≤ b ≤ 9 0≤ w ≤ 18
5 ≤ x ≤ 20
0 ≤ y ≤ 7
0 ≤ z ≤ 2
gilt.

Ein amorphes Metallband mit reduzierter Unebenheit, und/oder reduzierten Oberflächendefekten und/oder reduzierter Oberflächenrauigkeit und reduzierten Rand- und Kantendefekten wird somit bereitgestellt,
Das amorphe Metallband kann
eine Breite von 2 mm bis zu 300mm, vorzugsweise 40mm bis 300 mm, und/oder
eine Dicke von weniger als 50 µm, vorzugsweise weniger als 25 µm, vorzugsweise von weniger als 20 µm, vorzugsweise von zwischen 10 µm und 18 µm, und/oder
eine zusammenhängende Länge von mindestens 2km, oder mindestens 8 km aufweisen.
Das amorphe Metallband kann folgende Legierungszusammensetzung aufweisen:

Fe_{100-a-b-w-x-y-z} T_a M_b Si_w B_x Py Cz (in Atom.-%),

T eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Co, Ni, Cu, Cr und V bezeichnet,
M eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und
Ta bezeichnet, und
0 ≤ a ≤70
0 ≤ b ≤ 9
o ≤ w ≤18
5 ≤ x ≤ 20
0 ≤ y ≤ 7
0 ≤ z ≤ 2
gilt.

Eine glatte, planparallele amorphe Metallplatte mit reduzierter Unebenheit, und/oder reduzierten Oberflächendefekten und/oder reduzierter Oberflächenrauigkeit und reduzierten Rand- und Kantendefekten wird bereitgestellt.
Die Oberflächenrauigkeit des Metallbands und der Metallplatte kann mit dem Wert R_a gemessen werden. Die Ebenheit des Metallbands und der Metallplatte kann mit dem Wert Rmax gemessen werden. Das Ziel besteht darin, dass die amorphe Metallplatte einen Wert sowohl von Ra als auch Rmax aufweist, der so klein wie möglich ist. Beispielsweise Ra < 0.5µm und R_max < 5µm, vorzugsweise Ra < 0.3µm und Rmax < 3µm, vorzugsweise Ra < 0.2 µm und R_max < 2µm, vorzugsweise Ra < 0.1 µm und R_max < 1 µm.
Die Metallplatte kann eine Breite von 2 mm bis zu 300mm, vorzugsweise 40mm bis 300 mm, und/oder eine Dicke von weniger als 50 µm, vorzugsweise weniger als 25 µm, vorzugsweise von weniger als 20 µm, vorzugswiese von zwischen 10 µm und 18 µm aufweisen.
Die Metallplatte kann die folgende Legierungszusammensetzung aufweisen:

Fe_{100-a-b-w-x-y-z} T_a M_b Si_w B_x Py Cz (in Atom.-%),

Das amorphe Metallband kann unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Damit ein Metall bzw. eine Legierung als amorphe Folie bzw. Band mit einer Rascherstarrungstechnologie hergestellt werden kann, weist die Metallfolie bzw. das Metallband ein oder mehrere glasbildenden Elemente, wie Si, B, P und C auf. Diese glasbildenden Elemente werden auch als Metalloide bezeichnet. Der Anteil der glasbildenden Elemente kann zwischen 15 Atom% und 30 Atom% betragen.
In einem Ausführungsbeispiel ist das amorphe Metallband eine Eisen-basierte Metallfolie mit einem Metalloidgehalt von 15 bis 30 Atom%.
In einem Ausführungsbeispiel weist das amorphe Eisen-basierte Metallband eine Zusammensetzung (Fe,T)_aM_b auf, wobei 70 Atom% ≤ a ≤ 85 Atom% und 15 Atom% ≤ b ≤ 30 Atom%, T eines oder mehrerer der Elemente Co, Ni, Mn, Cu, Nb, Mo, Cr, Zn, Sn und Zr und M eines oder mehrerer der Elemente B, Si, C und P ist.
Das amorphe Metallband weist ein Gefüge auf, das zu mindestens 80 Volumenprozent amorph ist, oder das zu mindestens 50, vorzugsweise 80 Volumenprozent aus nanokristallinen Körnern besteht, bei denen zumindest 80 Volumenprozent eine mittlere Korngröße kleiner als 100nm und eine zufällige Orientierung aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Gießradseite des Metallbands eine Oberflächenrauigkeit mit einem arithmetischen Mittenwert, R_a, auf, der weniger als 0,8 µm, vorzugsweise weniger als 0,7 µm ist.
Die Keilförmigkeit bzw. die Balligkeit kann am Bandquerschnitt bzw. am Querschnitt der Metallplatte, die aus dem Metallband getrennt worden ist, abgelesen werden. Ist beispielsweise der einen Seite des Bandes im Querschnitt eine Dicke von d₁ zuzuordnen und der anderen Seite des Bandes im Querschnitt ein Dicke von d₂ zuzuordnen, so kann die Keilförmigkeit als Differenz der beiden Dicken = Absolutwert(d₂-d₁) aufgefasst werden. Das Ziel besteht darin, dass die Keilförmigkeit so klein wie möglich ist. Beispielsweise ist die Keilförmigkeit < 5 µm, vorzugsweise < 4µm, vorzugsweise < 3 µm, vorzugsweise ist die Keilförmigkeit < 2 µm, vorzugsweise ist die Keilförmigkeit < 1 µm.
In einem Ausführungsbeispiel wird das amorphe Metallband zunächst einer Oberflächen- und Querschnittsinspektion, gefolgt von einer nasschemischen Oberflächenbehandlung, beispielsweise einem nasschemisches Ätzen der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche des amorphen Metallbands, optional gefolgt von einem lateralen photochemischen Ätzen der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche des amorphen Metallbands unterzogen.
Die einzigartige Kombination dieser drei Verfahren stellt sicher, dass die für die Anwendung verwendeten glatten, planparallelen Platten eine verringerte Bruch- oder Riss-Gefahr beim Verformen oder Biegen der Platte aufweisen, bzw. die Bruchdehnung und die Biegewechselfestigkeit der Platte erhöht wird, bzw. der Füllfaktor für magnetische Anwendungen beim Stapeln von Ringen oder Platten erhöht wird, und eine Verbesserung der Einmündung in die ferromagnetische Sättigung und eine Verringerung des Koerzitivfeldes H_c hervorgerufen wird.
Die Endprodukte der beschriebenen Prozesskette sind Teile, die aus dem kontinuierlichen Band letztendlich herausgelöst werden. Bei diesen Teilen werden durch die beschriebene Prozesskette die Oberflächendefekte und die Kantendeffekte deutlich reduziert, bzw. vollständig entfernt.
Anwendungen glatter, planparalleler und amorpher Platten für mechanische Anwendungen umfassen:

- Spiralfedern
- Blattfedern
- Kombination aus mechanischen und magnetischen Federn
- Klingen
- Scherblätter
- Kratzfeste und schneidfeste Oberflächen, Schutzummantelungen.

Anwendungen glatter, planparalleler und amorpher Platten für magnetische Anwendungen umfassen:

- Planare (einlagige) Induktivitäten
- Gestapelte, mehrlagige planare Induktivitäten
- Gestapelte, mehrlagige, ringförmige planare Induktivitäten
- Induktive Bauelemente.

Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verfahrenskette für ein Reel-to-Reel Verfahren.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das komplette Anätzen des Bandes.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das Auffüllen von Kavitäten mit einer chemisch beständigen Schicht und durch anschließendes Wegätzen der unbedeckten Stellen.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das Aufbringen einer chemisch beständigen Schicht um vertikal hervorstehende Defekte herum und durch anschließendes Wegätzen der unbedeckten Stellen
5 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das Auftragen von Ätzflüssigkeit nur auf vertikal hervorstehende Defekte.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verfahrenskette für einen Reel-to-Reel Prozess zur Herstellung eines Metallbands, insbesondere zum Nachbehandeln eines amorphen oder nanokristallinen Metallbands 1. Das Metallband 1 weist eine erste Hauptoberfläche 2 und eine gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 3 auf und wurde als amorphes Band bzw. amorphe Folie mit einer Rascherstarrungstechnologie hergestellt. Typischerweise ist die erste Hauptoberfläche 2 die Bandseite, welche frei an Luft erstarrt ist, und die zweite Hauptoberfläche 3 die Bandseite, welche mit dem Gießrad in Kontakt war.
Der Reel-to-Reel Prozess nach diesem Ausführungsbeispiel weist eine kontinuierliche Oberflächeninspektion (A1) von beiden Bandseiten, das Ausmessen des Bandprofiles (A2) und die Messung der Oberflächenrauigkeit (A3), sowie eine nasschemische Oberflächenbehandlung (B), sowie ein laterales photochemisches Ätzverfahren (C) zur lateralen Formgebung auf. Als Ergebnis entsteht ein Metallband 1', das glatter und planparalleler ist. Ferner können aus diesem Metallband 1' glatte, planparallele amorphe Platten 5 geformt werden.
Die kontinuierliche Oberflächeninspektion (A1) liefert Bilder (x-y Dimension) und Positions- und Größendaten von Oberflächendefekten von beiden Bandseiten. Die Bestimmung des Bandprofils (A2) liefert die lokale Dicke als Funktion der lateralen Bandposition y.
Mit der im Folgenden beschriebenen Verfahrenskette in 1 kann man aus amorphen Metallbändern bzw. Metallfolien 1 gezielt glatte, planparallele amorphe Platten 5 herstellen. Die Verfahrenskette kann ein einzelner Reel-to-Reel Prozess sein, oder sie kann auf mehrere Reel-to-Reel Prozesse aufgeteilt werden.
Zu Beginn wird die amorphe Metallfolie 1 einer Oberflächen- und Querschnittsinspektion (A) unterzogen. Dazu wird das Bandmaterial 1 von beiden Seiten 2, 3 nach dem Abwickeln vom Start-Reel einer kontinuierlichen Oberflächeninspektion (A1) unterzogen und bezüglich der Oberflächendefekte (Pickel, Riefen, Löcher, usw.) charakterisiert. Unmittelbar davor oder danach wird mit einem Profilometer kontinuierlich oder in diskreten Abständen das Bandprofil (A2) und die Oberflächenrauigkeit ausgemessen (A3). Folgende Daten können während A erfasst und in einer Datenbank gespeichert werden: Pickel, Löcher, Riefen in unterschiedliche Richtungen, sowie Dicke und Form des Bandquerschnittes, und die Oberflächenrauigkeit. Diese Daten werden genutzt, um alle folgenden Prozesse ortsaufgelöst zu steuern. Die ermittelten Daten können ortsauflösend und mit der Angabe über die Ausdehnung des Defektes sein.
In einer nasschemischen Oberflächenbehandlung (B) werden die lateralen und vertikalen Ausdehnungen störender Oberflächendefekte verringert. Dazu wird komplett oder selektiv Oberflächenmaterial durch einen gesteuerten Ätzvorgang entfernt. Das Oberflächenmaterial kann auf beiden Bandseiten, d.h. a) die Bandseite 3, welche mit dem Gießrad in Kontakt war, b) die Seite des Bandes 2, welche frei an Luft erstarrt ist, entfernt werden. Folgende Verfahren können dabei einzeln oder zusammen oder nacheinander zum Einsatz kommen: das komplette Anätzen des Bandes (B1) von einer (2) oder beiden Bandseiten 2, 3, wie mit den Pfeilen 10 schematisch dargestellt ist, das Auffüllen von Kavitäten bzw. Vertiefungen 6 (3) mit einer chemisch beständigen Schicht 7 (B2) oder/und das Aufbringen einer chemisch beständigen Schicht 7 um vertikal hervorstehende Defekte 8 (4) herum (B3) und anschließendes Wegätzen der unbedeckten Stellen 8, oder das Auftragen von Ätzflüssigkeit 9 ( 5) nur auf die vertikal hervorstehenden Defekte 8 (B4).
Die in B beschriebenen Ätzverfahren erfordern eine Kenntnis der lateralen Position und der lateralen und der vertikalen Ausdehnung der Defekte, beispielsweise die Vertiefungen 6 und Erhebungen 8 und einen zeitlich kontrollierten Ätzvorgang hinsichtlich Zeit und Menge der Ätzflüssigkeit. Die Größe der behandelten Fläche ist abhängig von der Prozessführung und kann 1 mm² bis 100000 cm² groß sein. Optional kann das in B nasschemisch behandelte Band einer weiteren Oberflächen- und Querschnittsinspektion A unterzogen werden. Der Prozess B kann mehrere Male durchlaufen werden, bis die gewünschte Oberflächengüte, beispielsweise eine reduzierte Unebenheit, reduzierte Oberflächendefekte und reduzierte Oberflächenrauigkeit erreicht ist. Insbesondere können durch ein separates, globales Anätzen des Bandes 1 von einer oder beiden Bandseiten 2, 3 (B1) optisch nicht detektierbare, oberflächennahe Kristalle entfernt werden. Der Prozess B kann lokal entfallen, wenn die amorphe Metallfolie lokal schon die gewünschte Oberflächengüte aufweist.
Nach dem nasschemischen Ätzverfahren (B) kann ein photochemischen Ätzverfahren C durchgeführt werden, um eine glattere Oberfläche 2' und/oder 3' herzustellen. Die laterale Formgebung der glatten, planparallelen, amorphen Platte 5 erfolgt in dem lateralen photochemischen Ätzverfahren (C). Dabei wird auf einer Seite, beispielsweise die Hauptoberfläche 2 der amorphen Metallfolie 1 eine chemisch beständige und lateral strukturierte Schicht beliebiger Formgebung aufgebracht und anschließend mit einer geeigneten Ätzflüssigkeit die nicht beschichten Stellen der Metallfolie von ebendieser Seite durchgeätzt. Die andere Seite der amorphen Metallfolie, beispielsweise die zweite Hauptoberfläche 3 kann ebenfalls mit einer chemisch beständigen Schicht überzogen sein. Das photochemische Ätzen erfolgt in einem kontinuierlich ablaufenden Reel-to-Reel Prozess. Das Auftragen der erwähnten chemisch beständigen und lateral strukturierten Schicht erfolgt so, dass die Positionen der heraus zu ätzenden Platten 5 anhand der Ergebnisse der Oberflächen- und Querschnittsinspektion (A) kontinuierlich lokal angepasst werden. Insbesondere wird darauf geachtet, dass die Platten defektfrei sind, eine möglichst kleine Rauigkeit und einen planparallelen Querschnitt haben.
Die einzigartige Kombination der Verfahren A + B + C stellt sicher, dass die für die Anwendung verwendeten glatten, planparallelen Platten 5 eine verringerte Bruch- oder Riss-Gefahr beim Verformen oder Biegen der Platte aufweisen, bzw. die Bruchdehnung und die Biegewechselfestigkeit der Platte 5 erhöht wird, bzw. der Füllfaktor für magnetische Anwendungen beim Stapeln von Ringen oder Platten erhöht wird, und eine Verbesserung der Einmündung in die ferromagnetische Sättigung und eine Verringerung des Koerzitivfeldes H_c hervorgerufen wird.
In anderen Ausführungsbeispielen kann das nasschemische Ätzverfahren B oder das photochemische Ätzverfahren C allein verwendet werden. Auch wäre es möglich, die optische Inspektion des Verfahrens A wegzulassen, im Falle dass die Oberflächenbeschaffenheit der behandelten Metallband 1' für die geplante Anwendung ausreichend ist. Es wäre auch möglich den gesamten Prozess, d.h. die Verfahren A+B+C zu wiederholen oder ein oder mehrere dieser Verfahren zu wiederholen. Beispielsweise könnten die Verfahren A und/oder B mehrmals wiederholt und danach das Verfahren C nur einmal durchgeführt werden.
Verschiedene Ätzverfahren B sind in den 2 bis 5 schematisch dargestellt. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das komplette Anätzen des Bandes 1 von einer oder auch beiden Bandseiten 2, 3. Die Ätzflüssigkeit, wie schematisch mit den Pfeilen 10 dargestellt ist, entfernt eine oberflächennahe Schicht so, dass vertikal hervorstehende Oberflächendefekte 11 in ihrer lateralen und vertikalen Ausdehnung reduziert oder sogar ganz eliminiert werden, wie mit Bezugszeichen 11' dargestellt ist. Dies geschieht dadurch, dass an den vertikal hervorstehenden Oberflächendefekten 11 die Ätzflüssigkeit sowohl von oben, als auch von der Seite das Material angreifen kann und bevorzugt gegenüber ebeneren Bereichen der Oberfläche geätzt wird. Der Ätzvorgang ist hinsichtlich Zeit und Menge der Ätzflüssigkeit kontrolliert, sodass der Oberflächenabtrag auf einer vertikalen Strecke erfolgt, die der kleinsten oder der größten (oder einer dazwischenliegenden) ursprünglichen Höhe der hervorstehenden Defekte 11 innerhalb der behandelten Fläche entspricht.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das Auffüllen von Kavitäten 6 mit einer chemisch beständigen Schicht 7 und durch anschließendes Wegätzen der unbedeckten Stellen 12, wie mit den Pfeilen 10 schematisch dargestellt ist. Es entsteht eine Oberfläche 1' mit deutlich flacheren bis gänzlich verschwindenden Kavitäten 6'. Der Ätzvorgang ist hinsichtlich Zeit und Menge der Ätzflüssigkeit, wie mit den Pfeilen 10 schematisch dargestellt ist, kontrolliert, sodass der Oberflächenabtrag auf einer vertikalen Strecke erfolgt, die der kleinsten oder der größten (oder einer dazwischenliegenden) ursprünglichen Tiefe der Kavitäten 6 innerhalb der behandelten Fläche entspricht.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das Aufbringen einer chemisch beständigen Schicht 7 um vertikal hervorstehende Defekte 8 herum und durch anschließendes Wegätzen der unbedeckten Stellen, d.h. der hervorstehenden Defekte 8. Es entsteht ein Metallband 1' mit einer Oberfläche 2' und/oder Oberfläche 3' mit deutlich flacheren hervorstehenden Defekten bis hin zu einer Oberfläche ohne hervorstehende Defekte. Der Ätzvorgang ist hinsichtlich Zeit und Menge der Ätzflüssigkeit, wie mit dem Pfeil 10 schematisch dargestellt ist, kontrolliert, sodass der Oberflächenabtrag auf einer vertikalen Strecke erfolgt, die der kleinsten oder der größten (oder einer dazwischenliegenden) ursprünglichen Höhe der hervorstehenden Defekte innerhalb der behandelten Fläche entspricht.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer nasschemischen Oberflächenbehandlung durch das Auftragen von Ätzflüssigkeit 9 nur auf vertikal hervorstehende Defekte 8. Es entsteht ein Metallband 1' mit einer Oberfläche 2' und/oder Oberfläche 3' mit deutlich flacheren hervorstehenden Defekten bis hin zu einer Oberfläche ohne hervorstehende Defekte. Der Ätzvorgang ist hinsichtlich Zeit, Ort, Ausdehnung und Menge der Ätzflüssigkeit (Pfeil 10) kontrolliert, sodass der Oberflächenabtrag auf einer vertikalen Strecke erfolgt, die der kleinsten oder der größten (oder einer dazwischenliegenden) ursprünglichen Höhe der hervorstehenden Defekte innerhalb der behandelten Fläche entspricht.
Die Endprodukte der beschriebenen Prozesskette sind Teile 5 bzw. Platten , die aus dem kontinuierlichen Band 1' letztendlich herausgelöst werden. Bei diesen Teilen 5 werden durch die beschriebene Prozesskette die Oberflächendefekte und die Kantendeffekte deutlich reduziert, bzw. vollständig entfernt.
Diese glatten, planparallelen und amorphen Platten 5 können für mechanische Anwendungen, wie:

- Spiralfedern
- Blattfedern
- Kombination aus mechanischen und magnetischen Federn
- Klingen
- Scherblätter
- Kratzfeste und schneidfeste Oberflächen, Schutzummantelungen und/oder für magnetische Anwendungen, wie:
- Planare (einlagige) Induktivitäten
- Gestapelte, mehrlagige planare Induktivitäten
- Gestapelte, mehrlagige, ringförmige planare Induktivitäten
- Induktive Bauelemente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8699190 [0002]
US 2019/0133005 A [0002]
DE 102010036401 A [0005]
US 2004/0085174 A1 [0030]
US 7235910 B2 [0030]
US 5100506 [0030]
US 2005/0161429 A1 [0030]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Metallbands, aufweisend: Bereitstellen eines amorphen Metallbands mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche, nasschemisches Ätzen der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Aufbringen einer chemisch beständigen Schicht auf zumindest Teile der ersten Hauptoberflächen und/oder der zweiten Hauptoberfläche, und danach nasschemisches Ätzen der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche, wobei von der chemisch beständigen Schicht freiliegende Bereiche der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche nasschemisch geätzt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Metallbands, aufweisend: Bereitstellen eines amorphen Metallbands mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche, photochemisches Ätzen der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner aufweisend: Aufbringen einer chemisch beständigen Schicht auf zumindest Teile der ersten Hauptoberflächen und/oder der zweiten Hauptoberfläche, und danach photochemisches Ätzen der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche, wobei von der chemisch beständigen Schicht freiliegende Bereiche der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche photochemisch geätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die freiliegenden Bereiche der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche photochemisch weggeätzt werden, um zumindest ein Teil aus dem Band zu trennen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: Oberflächen- und Querschnittsinspektion des amorphen Metallbands.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste und/oder die zweite Hauptoberfläche optisch untersucht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Metallbands, aufweisend: Bereitstellen eines amorphen Metallbands mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche, Oberflächen- und Querschnittsinspektion des amorphen Metallbands, gefolgt von nasschemischem Oberflächenbehandeln, beispielsweise nasschemischem Ätzten der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche des amorphen Metallbands, gefolgt von lateralem photochemischen Ätzen der ersten und/oder zweiten Hauptoberfläche des amorphen Metallbands.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren im Rahmen eines einstufigen oder mehrstufigen Reel-to-Reel Verfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: Herstellen des Metallbands mit einer Rascherstarrungstechnologie.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Schmelze aus einer Legierung mit einem Metalloidgehalt von 15 Atom% bis 30 Atom% auf eine sich bewegende Außenoberfläche eines sich bewegenden Kühlkörpers gegossen wird, wobei die Schmelze auf der Außenoberfläche erstarrt und das amorphe Metallband geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Außenoberfläche des Kühlkörpers kontinuierlich bearbeitet wird, um die Außenoberfläche des Kühlkörpers zu glätten, während die Schmelze auf die sich bewegende Außenoberfläche des Kühlkörpers gegossen wird,
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: Wärmebehandeln des amorphen Metallbands, um das amorphe Metallband in einen nanokristallinen Zustand zu versetzen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Wärmebehandlung vor, innerhalb, oder nach den Prozessschritten der Oberflächen- und Querschnittsinspektion des amorphen Metallbands, der nasschemisches Oberflächenbehandlung, und des lateralen photochemischen Ätzens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur T_a durchgeführt wird, wobei 450°C ≤ T_a ≤ 750°C beträgt, um ein nanokristallines Gefüge in dem Metallband zu erzeugen, bei dem zumindest 80 Vol.-% der Körner eine mittlere Größe kleiner als 100 nm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 wobei das Metallband unter Zugspannung im Durchlauf wärmebehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Metallband mit einer Geschwindigkeit s im Durchlauf durch einen Durchlaufofen gezogen wird, sodass eine Verweildauer der Folie in einer Temperaturzone des Durchlaufofens mit der Temperatur T_a zwischen 2 Sekunden und 10 Minuten liegt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Metallband unter einer Zugspannung von 1 MPa bis 1000 MPa im Durchlauf wärmebehandelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das amorphe Metallband folgende Legierungszusammensetzung aufweist: Fe_{100-a-b-w-x-y-z} T_a M_b Si_w B_x Py Cz (in Atom.-%), wobei T eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Co, Ni, Cu, Cr und V bezeichnet, M eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und Ta bezeichnet, und 0 ≤ a ≤70 0 ≤ b ≤ 9 o ≤ w ≤18 5 ≤ x ≤ 20 0 ≤ y ≤ 7 0 ≤ z ≤ 2 gilt.
Amorphes Metallband mit reduzierter Unebenheit, und/oder reduzierten Oberflächendefekten und/oder reduzierter Oberflächenrauigkeit und reduzierten Rand- und Kantendefekten.
Amorphes Metallband nach Anspruch 20, das eine Breite von 2 mm bis zu 300mm, vorzugsweise 40mm bis 300 mm, und/oder eine Dicke von weniger als 50 µm, vorzugsweise weniger als 25 µm, vorzugsweise von weniger als 20 µm, vorzugswiese von zwischen 10 µm und 18 µm aufweist. und/oder eine zusammenhängende Länge von mindestens 2km, oder mindestens 8 km aufweist.
Amorphes Metallband nach Anspruch 20 oder 21, das folgende Legierungszusammensetzung aufweist: Fe_{100-a-b-w-x-y-z} T_a M_b Si_w B_x Py Cz (in Atom.-%), wobei T eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Co, Ni, Cu, Cr und V bezeichnet, M eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und Ta bezeichnet, und 0 ≤ a ≤ 70 0 ≤ b ≤ 9 o ≤ w ≤18 5 ≤ x ≤ 20 0 ≤ y ≤ 7 0 ≤ z ≤ 2 gilt.
Glatte, planparallele amorphe Metallplatte mit reduzierter Unebenheit, und/oder reduzierten Oberflächendefekten und/oder reduzierter Oberflächenrauigkeit und reduzierten Rand- und Kantendefekten.
Metallplatte nach Anspruch 23, die eine Breite von 2 mm bis zu 300mm, vorzugsweise 40mm bis 300 mm, und/oder eine Dicke von weniger als 50 µm, vorzugsweise weniger als 25 µm, vorzugsweise von weniger als 20 µm, vorzugswiese von zwischen 10 µm und 18 µm aufweist.
Metallplatte nach Anspruch 23 oder Anspruch 24, die folgende Legierungszusammensetzung aufweist: Fe_{100-a-b-w-x-y-z} T_a M_b Si_w B_x Py Cz (in Atom.-%), wobei T eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Co, Ni, Cu, Cr und V bezeichnet, M eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und Ta bezeichnet, und 0 ≤ a ≤70 0 ≤ b ≤ 9 o ≤ w ≤18 5 ≤ x ≤ 20 0 ≤ y ≤ 7 0 ≤ z ≤ 2 gilt.