DE3619659A1 - Amorphe legierung auf fe-basis - Google Patents

Amorphe legierung auf fe-basis

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DE3619659A1 DE19863619659 DE3619659A DE3619659A1 DE 3619659 A1 DE3619659 A1 DE 3619659A1 DE 19863619659 DE19863619659 DE 19863619659 DE 3619659 A DE3619659 A DE 3619659A DE 3619659 A1 DE3619659 A1 DE 3619659A1
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Description

  • BESCHREIBUNG:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte amorphe Legierung und insbesondere eine amorphe Legierung auf Fe-Basis, die für magnetische Kernmaterialien geeignet ist, wie sie in Hochfrequenztransformatoren für die Verwendung bei Frequenzen von 20 kHz oder mehr, in Gleichtaktdrosseln und anderen elektronischen Bauelementen Anwendung finden.
  • Herkömmlich für Hochfrequenztransformatoren und -drosseln verwendete magnetische Kernmaterialien bestehen hauptsächlich aus Ferrit, da dieses einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, so daß nur geringe Wirbelstromverluste auftreten. Da Ferrit jedoch eine relativ geringe Sättigungs-Magnetflußdichte und schlechte Temperaturcharakteristika hat, liegt der Nachteil darin, daß die Herstellung kleiner Magnetkerne daraus schwierig ist.
  • In letzter Zeit fanden amorphe magnetische Legierungen viel Aufmerksamkeit als Materialien, die geeignet sind, die herkömmlichen Magnetkernmaterialien aufgrund ihrer hohen Sättigungs-Magnetflußdichte zu übertreffen. Amorphe Legierungen lassen sich im allgemeinen in solche auf Fe-Basis und in solche auf Co-Basis einteilen. Der Nachteil der amorphen Legierungen auf Fe-Basis liegt darin, daß sie im allgemeinen bei hohen Frequenzen einen großen Kernverlust haben. Amorphe Legierungen auf Co-Basis haben andererseits einen geringen Anfangskernverlust, der sich jedoch mit der Zeit in einem breiten Bereich verändert und diese Legierungen für die praktische Anwendung ungeeignet macht.
  • K. Inomata et al. schlugen vor, amorphen Legierungen auf Fe-Basis Nb zuzugeben, um ihren Magnetostriktionskoeffizienten zu verringern und damit einen niedrigen Kernverlust zu erzielen (Magnetostriction and Magnetic Core Loss at High Frequency in Amorphous Fe-Nb-Si-B Alloys", J. Appl. Phys. 54 (11), November 1983, Seiten 6553 bis 655).
  • Solche Nb enthaltenden amorphen Legierungen auf Fe-Basis zeigen jedoch noch immer einen höheren Kernverlust als amorphe Legierungen auf Co-Basis.
  • Amorphe Legierungen auf Fe-Basis haben damit einerseits eine höhere Beständigkeit gegen zeitliche Veränderungen als amorphe Legierungen auf Co-Basis, andererseits zeigen sie jedoch einen höheren Kernverlust als diese bei hohen Frequenzen.
  • Aus amorphen Legierungen auf Fe-Basis hergestellte magnetische Kerne sind daher aufgrund des Kernverlustes bei hohen Frequenzen einem beträchtlichen Temperaturanstieg ausgesetzt.
  • Angesichts dieser Tatsache liegt eine wichtige technische Aufgabe darin, den Kernverlust von amorphen Legierungen auf Fe-Basis so weit wie möglich zu verringern.
  • Daneben sind amorphe Legierungen auf Fe-Basis denen auf Co-Basis auch bezüglich der Permeabilität unterlegen.
  • Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine amorphe Legierung auf Fe-Basis zu schaffen, die nicht an den oben beschriebenen Nachteilen des Standes des Technik leidet.
  • Insbesondere soll eine amorphe Legierung auf Fe-Basis mit einem geringen Kernverlust angegeben werden, die für magnetische Kerne von Hochfrequenztransformatoren, Gleichtaktdrosseln und so weiter geeignet ist, die bei hohen Frequenzen, insbesondere bei 50 kHz oder mehr, Anwendung finden.
  • Angesichts dieser Aufgabe führten die Erfinder eingehende Untersuchungen durch, um amorphe Legierungen auf Fe-Basis mit geringem Kernverlust zu finden. Es ergab sich, daß die Zugabe von Kupfer zu amorphen (Fe-M) -Si-B-Legierungen zu amorphen Legierungen auf Fe-Basis führt, deren Kernverlust im wesentlichen auf den selben Wert wie der von amorphen Legierungen auf Co-Basis oder sogar noch weiter verringert ist.
  • Eine erfindungsgemäße amorphe Legierung auf Fe-Basis ist durch die folgende allgemeine Formel gekennzeichnet: (Fe1-aMa)100-x-y-zCuxSiyBz Dabei bezeichnet M zumindest ein Element aus der Gruppe, die aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn und Ni besteht.
  • a, x, y und z genügen den folgenden Ausdrücken: 0,001#a#o,1, 0,1<-x<=3, y<19, 5<=z<-25 und 15<-y+z<30, wobei x, y und z Atom--%-Anteile angeben.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der anliegenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Kernverlust W2/100k der erfindungsgemäßen amorphen Legierungen und dem Gehalt von Cu (=x); Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Kernverlust W2/100k der erfindungsgemäßen amorphen Legierungen und dem Anteil von M (=a); Fig. 3 graphische Darstellungen, die jeweils die Gleichstrom-B-H-Kurve, den Kernverlust W2/100k und die effektive Permeabilität Ae1k der erfindungsgemäßen amorphen Legierung bei 1 kHz zeigen; Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der effektiven Permeabilität ße und der Frequenz f für die erfindungsgemäßen amorphen Legierungen L, M und die herkömmlichen amorphen Legierungen N, O; Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der effektiven Permeabilität ijelk bei 1 kHz und einem Erregungs-Magnetfeld Hm für die erfindungsgemäßen amorphen Legierungen P, Q und die herkömmlichen amorphen Legierungen R, S; Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Impedanz [z] und der Frequenz f für Gleichtaktdrosseln, die einerseits aus einer erfindungsgemäßen amorphen Legierung T und andererseits aus einem herkömmlichen Ferrit U hergestellt sind; Fig. 7 eine graphische Darstellung der Impuls-Spannungscharakteristika einer aus einer erfindungsgemäßen amorphen Legierung X hergestellten Gleichtaktdrossel und von Gleichtaktdrosseln, die aus einem herkömmlichen Ferrit bzw. einer herkömmlichen amorphen Legierung auf Co-Basis v, Z hergestellt sind; Fig. 8 eine graphische Darstellung von Gleichtakt-Rauschpegeln, die an Eingangsanschlüssen von schaltenden Leistungsversorgungseinheiten abfallen, die eine aus der erfindungsgemäßen amorphen Legierung V hergestellte Gleichtaktdrossel bzw.
  • eine aus dem herkömmlichen Ferrit W hergestellte Gleichtaktdrossel aufweisen; und Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Veränderungsrate des Kernverlustes mit der Zeit (W24-W0)/Wo der erfindungsgemäßen amorphen Legierung und dem Gehalt von B (=z).
  • In den graphischen Darstellungen ist die magnetische Feldstärke in Oerstedt (Oe)-Einheiten aufgetragen, wobei 1 Oe = 103/4w A/m.
  • Die erfindungsgemäße amorphe Legierung auf Fe-Basis ist dadurch gekennzeichnet, daß sie Kupfer in einer Menge von 0,1 - 3 Atom-% enthält. Wenn der Cu-Anteil geringer als 0,1 Atom-% ist, zeigt er nur geringe Auswirkungen auf die Verringerung der Kernverluste. Wenn er 3 Atom-% übersteigt, werden die Kernverluste größer, als wenn die Legierung kein Kupfer enthält. Der bevorzugte Kupferanteil liegt bei 0,1-2 Atom-%, um geringere Kernverluste zu schaffen.
  • Silizium und Bor sind notwendig, um die Amorphität der erfindungsgemäßen Legierung sicherzustellen. Die sich ergebende Legierung kann kaum amorph hergestellt werden, wenn die Si-Anteile (=y) und B-Anteile (=z) nicht folgende Anforderungen erfüllen: y<-19 Atom-%, 5<z525 Atom-% und 15<=y+z<30 Atom-%. Die bevorzugten Mengen von Silizium und Bor erfüllen folgende Bedingungen: 8<yS19 Atom-%, 7Sz<10 Atom-% und 18<y+z<26 Atom-%.
  • Wenn die Silizium- und Boranteile in den oben genannten bevorzugten Bereichen liegen, zeigt die sich ergebende amorphe Legierung vorteilhaft einen geringeren Kernverlust und eine kleinere zeitliche Veränderung. Insbesondere wenn der Bor-Gehalt z im Bereich von 8-9,5 Atom-% liegt, ist die Veränderung des Kernverlustes über der Zeit extrem gering.
  • Ein kleiner Teil von Eisen wird durch ein oder mehrere andere Elemente M ersetzt, die aus der aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn und Ni bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Der Anteil dieser Elemente M sollte insgesamt im Bereich von 0,001-0,1 liegen. Wenn der M-Anteil (=a) geringer als 0,001 ist, kann durch die Zugabe von M keine wesentliche Wirkung auf die Verringerung eines Kernverlustes ausgeübt werden. Übersteigt andererseits der M-Anteil (= a) 0,1, hat die sich ergebende amorphe Legierung eine extrem verringerte Sättigungs-Magnetflußdichte und wird daneben so spröde, daß sie nicht leicht in Bänder geformt werden kann. Die bevorzugte Menge von M beträgt 0,01-0,1.
  • Wenn M Cr oder Mn ist, hat die sich ergebende amorphe Legierung ein kleines Rechteckigkeitsverhältnis, eine hohe Konstanz der Permeabilität in einem sich verändernden magnetischen Feld und eine große Sättigungs-Magnetflußdichte, so daß sie für Magnetkerne von Hochfrequenztransformatoren für Vorwärtsumrichter und für solche von Gleichtaktdrosseln geeignet ist, die gute Charakteristika bezüglich impulsartiger Hochspannungs-Rauscherscheinungen haben.
  • Wenn M Mo oder Nb ist, hat die amorphe Legierung nicht nur einen geringen Kernverlust, sondern, verglichen mit hoch permeablen amorphen Legierungsmaterialien auf Co-Basis,auch eine hohe Permeabilität. Eine derartige, Mo oder Nb enthaltende amorphe Legierung auf Fe-Basis ist daher nicht nur für Magnetkerne von Hochfrequenztransformatoren, sondern auch für die gewöhnlicher Gleichtaktdrosseln geeignet. Da diese Legierung eine hohe Permeabilität im Bereich niedriger Frequenzen aufweist, ist sie daneben für Zusatzumformer für Schwingspul (MC)-Tonabnehmer geeignet.
  • Die erfindungsgemäße amorphe Legierung muß nicht vollständig amorph sein. Sie kann Kristalle bis zu einem solchen Maß enthalten, daß ihre Hochfrequenz-Magnetcharakteristika nicht verschlechtert werden. Daneben können in der erfindungsgemäßen amorphen Legierung die unvermeidlichen Fremdstoffe bzw. Verunreinigungen, wie z.B. N, S, C, O, in kleinen Mengen enthalten sein, so lange die charakteristischen Wirkungen nicht beeinträchtigt werden.
  • Die erfindungsgemäße amorphe Legierung kann nach einem bekannten Flüssigkeits-Abschreckverfahren hergestellt werden, wie z.B. einem Einzelwalzverfahren, einem Doppelwalzverfahren usw. Für praktische Zwecke findet vorzugsweise das Einzelwalzverfahren Anwendung. Damit läßt sich ein amorphes Legierungsband mit einer Dicke von 8-100 ßm und einer Breite von ca. 0,5-100 mm herstellen. Als magnetisches Kernmaterial für Verwendung bei hohen Frequenzen findet vorzugsweise ein amorphes Band mit einer Dicke von 25 ßm oder weniger Anwendung.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele im einzelnen erläutert.
  • Beispiel 1 Unter Verwendung der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen von Legierungselementen wurden nach einem Einzelwalzverfahren verschiedene amorphe Legierungsbänder auf Fe-Basis hergestellt. Jedes Band hatte eine Breite von 5 mm und eine Dicke von etwa 18 ßm. Jedes Band wurde so gewickelt, daß sich ein gewickelter Magnetkern mit 15 mm Innendurchmesser und 19 mm Außendurchmesser ergab. Der gewickelte Magnetkern wurde einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffgas-Atmosphäre bei 400-5600C für eine Stunde ausgesetzt. Alle Wickelkerne wurden auf einen Kernverlust W2/100k vermessen, d.h. bei einer maximalen Magnetflußdichte von 2 kG und einer Frequenz f=100 kHz, wobei ein von der Firma NORMA MESS-TECHNIK GMBH hergestelltes U-Funktionsmeter Anwendung fandt. Der gemessene Kernverlust für jede Legierung ist ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt.
  • Zu Vergleichszwecken enthält Tabelle 1 auch die Kernverlust-Werte von herkömmlichen amorphen Legierungen auf Fe-Basis, von einer amorphen Legierung auf Co-Basis und von Mn-Zn-Ferrit.
  • Tabelle 1 Kernverlust W2/100k Nr. Zusammensetzung (Atom-%) (mW/cm3) 1 (Fe0.987Cr0.013)76.5CuSi13.5B9 290 2 (Fe0.987Ti0.013)76.5Cu1Si13.5B9 400 3 (Fe0.987Zr0.013)76.5CuSi13.5B9 400 4 (Fe0.987Hf0.013)76.5CuSi13.5B9 380 5 (FeO gg7V (0.013)76.5CuSi13.5B9 390 6 (Fe0.987Nb0.013)76.5Cu1Si13.5B9 240 7 (Fe0.987Ta0.013)76.5Cu1Si13.5B9 340 8 (Fe0.987Mo0.013)76.5Cu1Si13.5B9 260 9 (Fe0.987W 0.013)76.sCulSil3.5B9 340 10 (Fe0.987Mn0.013Mn0.013)76.5Si13.5B9 280 11 (Fe0.987Mn0.013Ni0.013)76.5Cu1Si13.5B9 380 12 (Fe0.95 CrO*05 )78 CulSil2 B9 300 13 (Fe0.97Cr0.03)80CuSi10B9 350 14 (Fe0.96Cr0.04)77.5Si13.3B9 300 15 (Fe0.98Cr0.02)75.5CuSi13.5B10 360 16 (Fe0.92Cr0.08)74CuSi10B15 360 17 (Fe0.999Mo0.001)77 CulSil3 Bg 380 18 (Fe0.98Mo0.02)73Cu1Si1B25 320 19 (Fe0.97Mo0.03)70CuSi19B10 300 20 (Fe0.95Mo0.05)78CuSi12B9 280 21 (Fe0.93Mo0.07)76CuSi14B9 320 22 (Fe0.96Nb0.04)77.5Cu0.5Si13B9 290 23 (Fe0.93Nb0.07)75.5Cu1.5Si14B9 330 24 (Fe0.96Mn0.04)73Cu2Si15B10 330 25 (Fe0.90Mn0.10)73Cu2Si15B10 320 26 (Fe0.98Cr0.01Ti0.01)75Cu3Si10B12 380 27 (Fe0.98Ti0.01Zr0.01)79.9Cu0.1Si12B8 360 28 (Fe0.98Mo0,01Nb0.01)78.3Cu0,7Si14B7 330 29 (Fe0.98Cr0.01Mn0.01)74.5Cu1.5Si15B9 330 30 (Fe0.98Cr0.01Mo0.01)88Cu2Si16B9 340 31 (Fe0.98Cr0.01Mn0.01)76.8Cu0.2Si14B9 340 32 (Fe0.98Ni0.01Nb0.01)75.9Cu0.1Si15B9 380 33 (Fe0.98Ni0.01Mo0.01)77.5Cu0.5Si13B9 370 34 (Fe0.98V0.01Ta0.01)78Cu1Si12B9 360 35 (Fe0.98V0.01Nb0.01)80CuSi10B9 340 36 (Fe0.98V0.01Cr0.01)75Cu1Si15B9 340 37 (Fe0.98 Zr0.01Hf0.01)75Cu1Si15B9 350 38 (Fe0.97Cr0.01Mo0.01Nb0.01)76Cu1Si14B9 320 39 Fe78Si10B12 llQ0 40 Fe73Nb3Si14B10 470 41 Fe765Cu1Si135B9 450 42 Co7.SFe4Sil6.5B10Mo2 380 43 Mn - Zn-Ferrit 400 Anmerkung: Die Proben-Nummern 39-43 sind herkömmliche Materialien.
  • Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, haben die erfindungsgemäßen amorphen Legierungen geringere Kernverluste als die herkömmlichen amorphen Legierungen auf Fe-Basis und das Ferrit.
  • Beispiel 2 Die Kernverluste wurden bei einer maximalen Magnetflußdichte Bm=2kG und einer Frequenz f=100 kHz an den folgenden amorphen Legierungen gemessen: A: (Fe0.98Cr0.02)77.5-xCuxSi13.5B9 B: (Fe0.98Cr0.02)77.5-xCuxSi13.5B9 C: Fe77.5-xCuxSi13.5B9 Dabei wurde der Cu-Gehalt (=x) zwischen 0 und 3,5 Atom-% verändert.
  • Fig. 1 zeigt die Beziehungen zwischen den Kernverlusten W2/100k und dem Cu-Gehalt (=x). Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß in dem Bereich von 0,1-3 Atom-% Kupfergehalt die Kupfer enthaltenden Legierungen geringere Kernverluste haben als die Legierungen, die kein Kupfer enthalten. Daneben hat die amorphe Legierung C, die kein M-Element enthält, über den gesamten Meßbereich einen höheren Kernverlust als die amorphen Legierungen A und B, die Cr bzw. Mo enthalten. Damit wird verifiziert, daß das M-Element für die Verringerung des Kernverlustes der erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis notwendig ist.
  • Beispiel 3 Es ,rden die Kernverluste bei einer maximalen Magnetflußdichte Bm = 2 kG und einer Frequenz = 100 kHz an amorphen Legierungen gemessen, die durch die Formel: (Fe1aMa)76.5Cu1Si 13.5 B9 angegeben werden, wobei M Cr, Mo, Nb oder Mn ist. Fig. 2 zeigt die Beziehungen zwischen den Kernverlusten W2/100k und dem M-Gehalt (=a), wobei die Buchstaben D, E, F und G folgende Legierungen angeben: D: M = Cr E: M = Mo F: M = Nb G: M = Mn Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden die Kernverluste verringert, wenn der M-Gehalt (= a) von 0 auf 0,001 ansteigt, und sie verlaufen abfallend weiter, wenn der M-Gehalt (= a) 0,001 übersteigt. Übersteigt der M-Gehalt (= a) jedoch 0,05, dreht sich die Tendenz der Kernverluste der amorphen Legierungen um, und diese beginnen anzusteigen.
  • Was den Kernverlust anlangt, kann M in einer Menge von mehr als 0,1 enthalten sein. Da jedoch ein M-Anteil von mehr als 0,1 zur Sprödigkeit der amorphen Legierungen führt, sollte der obere Grenzwert von M 0,1 betragen.
  • Beispiel 4 An den folgenden erfindungsgemäßen amorphen Legierungen auf Fe-Basis wurden Gleichstrom (DC)-B-H-Kurven gemessen: H: (Fe0.98Cr0.02)76.5Cu1Si13.5B9 I: (Fe0.094Mo0.06)76.5Cu1Si13.5B9 J: (Fe0.98Mn0.02)76.5Cu1Si13.5B9 (Fe0094Nb006)76,5Cu1Si135B9 Fig. 3 zeigt die Gleichstrom-B-H-Kurven der vier amorphen Legierungen H, I, J und K sowie ihre Kernverluste W2/100k bei einer maximalen Magnetflußdichte Bm = 2 kG und einer Frequenz f = 100 kHz und ihre effektive Permeabilität ße1k bei 1 kHz.
  • Fig. 3 zeigt, daß die Cr bzw. Mn enthaltenden Legierungen H und J B - H-Kurven mit niedrigen Rechteckigkeitsverhältnissen haben, die für die Sättigung geringer geneigt sind und daneben eine hohe Konstanz der Permeabilität über einen weiten Magnetfeldbereich aufweisen. Damit sind sie für Magnetkerne von Hochfrequenztransformatoren für Vorwärtsumrichter und von Gleichtaktdrosseln sehr geeignet, die für impulsförmige Hochspannungsrauscherscheinungen sehr wirksam sind.
  • Fig. 3 zeigt auch, daß die Mo bzw. Nb enthaltenden Legierungen I und K so hohe Sättigungs-Magnetflußdichten und Permeabilitäten wie amorphe Legierungen auf Co-Basis aufweisen. Damit sind sie nicht nur für Magnetkerne von Hochfrequenztransformatoren, sondern auch für die von Gleichtaktdrosseln mit guten Eigenschaften für gewöhnliche Gleichtaktrauscherscheinungen und von Booster-Transformatoren für Schwingspul (MC)-Tonabnehmer sehr geeignet.
  • Beispiel 5 Unter Verwendung einer erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis (Fe-Cr-Cu-Si-B-Legierung) (Nr. 1), einer amorphen Legierung auf Co-Basis (Nr. 2) und eines Mn-Zn-Ferrits (Nr. 3), wie sie jeweils in Tabelle 2 dargestellt sind, wurden Hochfrequenz-Transformatoren hergestellt. Jeder Hochfrequenztransformator wurde in einer 100 kHz-Schaltleistungsversorgung montiert, um den Temperaturanstieg des Magnetkerns jedes Transformators zu messen.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
  • Tabelle 2 Temperatur-Nr. Magnetkernmaterial anstieg (°C) 1 (Fe0.97Cr0.03)76.5Cu1Si13.5B9 27 2 Co69Fe5S15BMo1 30 3 Ferrit 35 Wie aus obigem Vergleich deutlich wird, zeigt die erfindungsgemäße amorphe Legierung auf Fe-Basis (Nr. 1) einen erheblich geringeren Temperaturanstieg als das Ferrit (Nr. 3), und sie ist besser als die amorphe Legierung auf Co-Basis (Nr. 2), was die Verhinderung des Temperaturanstiegs anlangt.
  • Beispiel 6 An den folgenden amorphen Legierungen wurde im Frequenzbereich von 1-200 kHz die effektive Permeabilität gemessen: (Fe0.95Nb0.05)77Cu1Si13B9 (Fe0.95Mo0.05)77Cu1Si13B9 Fe77.5Si13.5B9 O: Co69Fe5Si15B10Mo1 Mit den Buchstaben L und M sind erfindungsgemäße Legierungen, mit N eine herkömmliche amorphe Legierung auf Fe-Basis und mit 0 eine amorphe Legierung auf Co-Basis bezeichnet. Die Beziehungen zwischen der effektiven Permeabilität der vier amorphen Legierungen und der Frequenz sind in Fig. 4 dargestellt.
  • Wie sich vorteilhaft herausstellt, haben die erfindungsgemäßen amorphen Legierungen auf Fe-Basis L und M eine erheblich höhere effektive Permeabilität als die herkömm- liche amorphe Legierung auf Fe-Basis N und auch eine höhere effektive Permeabilität als die amorphe Legierung auf Co-Basis O.
  • Beispiel 7 An den folgenden amorphen Legierungen wurde die effektive Permeabilität bei 1 kHz ße1k gemessen, wobei ein Erregungsmagnetfeld Hm in einem Bereich zwischen 0 und 150 mOe (12 A/m) lag: (Fe0.95Nb0.05)77Cu1Si13B9 (Fe0.98Cr0.02)76Cu1Si14B9 R: Fe77 5Sil3 5Bg S: Co70Fe5Si15B9Mo1 Die Beziehungen zwischen der effektiven Permeabilität ße1k der vier amorphen Legierungen und einem Erregungsmagnetfeld Hm sind in Fig. 5 dargestellt.
  • Fig. 5 zeigt, daß die erfindungsgemäße, Nb enthaltende amorphe Legierung auf Fe-Basis P eine hohe Permeabilität Ae1k hat und der herkömmlichen amorphen Legierung auf Co-Basis S in der Erregungsmagnetfeld-Abhängigkeit überlegen ist.
  • Fig. 5 ergibt weiterhin, daß die erfindungsgemäße, Cr enthaltende amorphe Legierung auf Fe-Basis Q eine effektive Permeabilität ße1k hat, die nur geringfügig von dem Erregungsmagnetfeld abhängt, womit sie der herkömmlichen amorphen Legierung auf Fe-Basis R in der Konstanz der Permeabilität überlegen ist.
  • Beispiel 8 An einer aus einer erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis T mit der Formel: (Fe0.95Nb0.05)77Cu1Si13B9 hergestellten Gleichtaktdrossel sowie an einer aus einem Ferrit U hergestellten Gleichtaktdrossel wurde die Impedanz im Frequenzbereich von 0,01-2 MHz gemessen. Beide Gleichtaktdrosseln aus den Materialien T und U hatten die Form eines Toroids mit 25 mm Außendurchmesser, 15 mm Innendurchmesser und 12 mm Höhe und 40 Wicklungen aus einem 0,7 mm-Draht.
  • Fig. 6 zeigt die Beziehungen zwischen der Impedanz der Gleichtaktdrosseln aus den Materialien T und U und der Frequenz. Es ergibt sich, daß die erfindungsgemäße amorphe Legierung auf Fe-Basis T fast über den gesamten gemessenen Frequenzbereich eine höhere Impedanz als das Ferrit U hat.
  • Damit ist die obige amorphe Legierung auf Fe-Basis T als ein Magnetkernmaterial für Gleichtaktdrosseln geeignet.
  • Beispiel 9 Die Spannungsimpulscharakteristika bei einer Impulsbreite von einer Sekunde wurden an Gleichtaktdrosseln gemessen, die aus folgenden Materialien hergestellt waren: einer erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis X mit der Formel: FeO 98Cr0 02)77CU1Si13 9 einem herkömmlichen Ferrit Y und einer amorphen Legierung auf Co-Basis Z mit der Formel: Co70Fe5Si15B10.
  • Die Beziehungen zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung in den drei Gleichtaktdrosseln sind in Fig. 7 dargestellt.
  • Aus Fig. 7 wird deutlich, daß die aus der erfindungsgemäßen Legierung X hergestellte Gleichtaktdrossel verglichen mit den aus dem Ferrit Y bzw. der amorphen Legierung auf Co-Basis Z hergestellten Gleichtaktdrosseln bis zu einer bedeutend höheren Spannung eine beträchtliche Dämpfungs- wirkung aufweist. Damit zeigt die aus der erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis X hergestellte Gleichtaktdrossel hervorragende Wirkungen für die Verringerung von impulsförmigen Hochspannungs-Rauscherscheinungen.
  • Beispiel 10 Aus einer erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis V mit der Formel: (FeO 95Nbo 05)77CU1S i13B9 sowie aus einem herkömmlichen Ferrit W wurden Gleichtaktdrosseln hergestellt. Jede Gleichtaktdrossel wurde in einer von der Firma Hitachi Metals, Ltd. hergestellten Schaltleistungsversorgung montiert, um das von den Eingangsanschlüssen der Schaltleistungsversorgung abfallende Gleichtaktrauschen zu messen. Die Beziehungen zwischen den Gleichtakt-Rauschpegeln und der Frequenz sind in Fig. 8 dargestellt.
  • Aus Fig. 8 wird deutlich, daß der Rauschpegel im Falle der aus der erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis V hergestellten Gleichtaktdrossel in Bereichen niedriger und hoher Frequenzen geringer als im Falle der aus dem Ferrit W hergestellten Gleichtaktdrossel ist. Damit ergibt sich eine gute Eignung der erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis für Gleichtaktdrosseln.
  • Beispiel 11 Die Veränderungsrate des Kernverlustes mit der Zeit wurde an einer erfindungsgemäßen amorphen Legierung auf Fe-Basis mit der Formel: (Fe0.95Nb0.05)85.5-zCu1Si13.5Bz gemessen, wobei z von 7 auf 13 Atom-% verändert wurde. Die Veränderungsrate wurde bestimmt, indem zuerst der Kernverlust (W0) der amorphen Legierung bei 2 kG und 100 kHz gemessen, die amorphe Legierung für 24 Stunden bei 1500C gehalten, danach wieder ihr Kernverlust (W24) gemessen und anschließend der Wert (W24-W0)/Wo berechnet wurde.
  • Die Beziehung zwischen der Veränderungsrate des Kernverlustes mit der Zeit und dem B-Gehalt (= z) ist in Fig. 9 dargestellt.
  • Aus Fig. 9 wird deutlich, daß sich selbst bei einer Veränderung des B-Gehalts die zeitliche Veränderungsrate des Kernverlustes nicht stark ändert, und daß sie insbesondere annähernd null ist, wenn der B-Gehalt in einem Bereich von 8-9,5 Atom-% liegt.
  • Wie oben ausgeführt, zeigt die erfindungsgemäße amorphe Legierung auf Fe-Basis vorteilhaft einen geringeren Kernverlust bei hoher Frequenz und eine höhere Permeabilität als herkömmliche amorphe Legierungen auf Fe-Basis. Sie läßt sich daher sehr vorteilhaft für Hochfrequenztransformatoren, Gleichtaktdrosseln und so weiter einsetzen.
  • Die Erfindung wurde oben anhand von Beispielen erläutert.
  • Sie ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern läßt sich, ohne den grundlegenden Erfindungsgedanken zu verlassen, vielfach abwandeln.
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Claims (4)

  1. Amorphe Legierung auf Fe-Basis PATENTANSPRÜCHE: 1. Amorphe Legierung auf Fe-Basis mit niedrigem Kernverlust, g e k e n n z e i c h n e t durch die allgemeine Formel: (Fe1-aMa)100-x-y-zCuxSiyBz wobei M zumindest ein Element aus der Gruppe Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn und Ni ist, a, x, und z den folgenden Ausdrücken genügen: 0,001#a#o,1 0,1<x~3 y<19 5<z<25 15#y+z#30, und x, y und z Anteile in Atom-% angeben.
  2. 2. Amorphe Legierung auf Fe-Basis nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß a, x, y und z folgenden Ausdrücken genügen: 0,01<a<0,1 0,1#x#2 8<=y<=19 7<z<10 18<y+z<26
  3. 3. Amorphe Legierung auf Fe-Basis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß M Cr und/oder Mn ist.
  4. 4. Amorphe Legierung auf Fe-Basis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß M Mo und/oder Nb ist.
DE19863619659 1985-06-13 1986-06-11 Verwendung einer glasartigen Legierung auf Fe-Basis Expired - Fee Related DE3619659C2 (de)

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