EP0838289B1 - Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörper - Google Patents

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hydrogen
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition

Definitions

  • the invention relates to a method for producing massive Magnetic body made of materials with soft magnetic Properties using the die casting process.
  • the method is applicable for the production of soft magnetic Magnetic bodies for relays, transformers, solenoid valves, actuators and other electromagnetic products.
  • the invention is based on the object of a method create with the massive magnetic body made of materials soft magnetic properties using the Die casting process can be produced efficiently.
  • the process is characterized in that An alloy is used as the starting material Alloy components of the soft magnetic material and additionally one or more of the melting point depressants Elements consist of boron, carbon and phosphorus.
  • the added additional elements in such an amount that the Melting point of the soft magnetic material to a Temperature ⁇ 1400 ° C, preferably ⁇ 1300 ° C is lowered.
  • the die-cast from this alloy Magnetic bodies are then retrofitted using a Heat treatment in a reactive atmosphere the additional Elements at least partially removed.
  • the die-cast magnetic body can be used for the heat treatment
  • Hydrogen can be used as a reactive atmosphere. It is it is advantageous if the hydrogen atmosphere during the Heat treatment of the die-cast magnetic body continuously or is discontinuously renewed by rinsing.
  • the die-cast magnetic body initially in damp hydrogen a temperature between 850 and 1000 ° C and then in dry hydrogen at a temperature between 1000 and 1250 ° C heat treated.
  • the die-cast magnetic body at a temperature in the range of 870 to 950 ° C for a period of 2 to 16 hours in moist Hydrogen and finally at a temperature in the range from 1050 to 1120 ° C for a minimum of Heat treated in dry hydrogen for 1.5 hours.
  • the conditions are created to high quality soft magnetic alloys effective in Die casting process to process massive magnetic bodies.
  • At the Casting does not create any disruptive pores in the material. It can reusable molds are used and the The temperature of the casting melt can be lowered to such an extent that the Die casting tools have a sufficiently long service life.
  • the invention is based on exemplary embodiments explained in more detail.
  • Boron is added to a soft magnetic Fe 85 Si 15 alloy, which has a melting point of 1420 ° C., in such an amount that an Fe 77.5 Si 13.5 B 9 alloy is formed, the melting point of which is only 1160 ° C lies.
  • Rings with an outer ring diameter of 20 mm and a material thickness of 2 x 2 mm are cast from this alloy.
  • a measurement of the coercive field strength results in an H C value of> 1200 A / m.
  • These rings are then subjected to heat treatment in moist hydrogen at 1000 ° C. for 8 hours and then to heat treatment in dry hydrogen at 1100 ° C. for 8 hours.
  • the heat treatment reduces the boron content in the rings to ⁇ 0.1% and approximately the original Fe 85 Si 15 alloy with a coercive field strength H C of ⁇ 100 A / m is formed.
  • the rings thus produced can be used as ring cores for transformers be used.
  • the rods thus produced can be used as cores for relays be used.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörper aus Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens. Das Verfahren ist anwendbar zur Herstellung weichmagnetischer Magnetkörpern für Relais, Übertrager, Magnetventile, Aktoren und andere elektromagnetische Produkte.
Es ist bereits bekannt, massive weichmagnetische Magnetkörper auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen. Dabei ist es aber sehr aufwendig und vielfach nicht möglich, Poren in den Fertigteilen zu vermeiden. Durch Poren, die Ursache für die sogenannte innere Scherung sind, werden die weichmagnetischen Eigenschaften hochwertiger Werkstoffe stark verschlechtert. Damit sind die pulvermetallurgischen Verfahren nur bedingt für die Fertigung massiver weichmagnetischer Magnetkörper geeignet.
Bekannt ist es auch, massive weichmagnetische Magnetkörper für elektrische Maschinen im Feingußverfahren herzustellen (DD 108 628). Hierbei muß für jedes einzelne Gießteil eine Form hergestellt werden, die nach dem Guß aufwendig und unter Einsatz von aggressiven Hilfsstoffen vom Gießteil entfernt werden muß, wodurch Abfall erzeugt wird. Damit ist das Feingußverfahren für eine Massenfertigung unwirtschaftlich.
Es ist auch bereits bekannt, massive weichmagnetische Magnetkörper für elektrische Maschinen im Druckgußverfahren herzustellen (DD 126 155). Das Druckgußverfahren, das prinzipiell eine hohe Produktivität ermöglicht, konnte sich jedoch bisher in der Praxis für die Herstellung massiver weichmagnetischer Magnetkörper nicht durchsetzen, da infolge des hohen Schmelzpunktes der klassischen weichmagnetischen Legierungen die Druckgußwerkzeuge eine sehr niedrige Standzeit haben und die Fertigung damit unwirtschaftlich ist. Eine Veränderung der Legierungszusammensetzung ist wegen der damit verbundenen Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem massive Magnetkörper aus Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens rationell hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit dem in den Patentansprüchen beschriebenen Herstellungsverfahren gelöst.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet, die aus den Legierungsbestandteilen des weichmagnetischen Werkstoffs und zusätzlich einem oder mehreren der schmelzpunkterniedrigenden Elemente Bor, Kohlenstoff und Phosphor besteht. Dabei sind die zusätzlichen Elemente in einer solchen Menge zugesetzt, daß der Schmelzpunkt des weichmagnetischen Werkstoffs auf eine Temperatur < 1400 °C, vorzugsweise < 1300 °C abgesenkt wird. Den aus dieser Legierung im Druckgußverfahren erzeugten Magnetkörpern werden dann nachträglich mittels einer Wärmebehandlung in einer reaktiven Atmosphäre die zusätzlichen Elemente zumindest teilweise wieder entzogen.
Für die Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kann Wasserstoff als reaktive Atmosphäre verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Wasserstoffatmosphäre während der Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Spülen erneuert wird.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Druckguß-Magnetkörper zunächst in feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 850 und 1000 °C und anschließend in trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1250 °C wärmebehandelt. Hierbei sollten die Druckguß-Magnetkörper bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 950 °C während einer Dauer von 2 bis 16 Stunden in feuchtem Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1050 bis 1120 °C während einer Dauer von mindestens 1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt werden.
Mit der Erfindung werden die Voraussetzungen geschaffen, um hochwertige weichmagnetische Legierungen effektiv im Druckgußverfahren zu massiven Magnetkörper zu verarbeiten. Beim Gießen entstehen keine störenden Poren im Werkstoff. Es können wiederverwendbare Gießformen eingesetzt werden und die Temperatur der Gießschmelze läßt sich soweit absenken, daß die Druckgußwerkzeuge eine hinreichen lange Standzeit haben.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Zu einer weichmagnetischen Fe85Si15-Legierung, die einen Schmelzpunkt von 1420 °C besitzt, wird Bor in einer solchen Menge zulegiert, daß eine Fe77,5Si13,5B9-Legierung entsteht, deren Schmelzpunkt bei nur noch 1160 °C liegt.
Aus dieser Legierung werden im Druckgußverfahren Ringe mit einem äußeren Ringdurchmesser von 20 mm und einer Materialdicke von 2 x 2 mm gegossen. Eine Messung der Koerzitivfeldstärke ergibt einen HC-Wert von > 1200 A/m.
Diese Ringe werden anschließend bei 1000 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in feuchtem Wasserstoff und anschließend bei 1100 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in trockenem Wasserstoff unterworfen. Durch die Wärmebehandlungen wird der Borgehalt in den Ringen auf < 0,1 % verringert und es entsteht annähernd die ursprüngliche Fe85Si15-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke HC von < 100 A/m.
Die so hergestellten Ringe können als Ringkerne für Übertrager eingesetzt werden.
Beispiel 2
Zu einer weichmagnetischen Fe49Co49V2-Legierung, die einen Schmelzpunkt von 1480 °C besitzt, wird Bor mit einem Massenanteil von 4,5 % zulegiert. Der Schmelzpunkt dieser Legierung liegt unterhalb 1100 °C. Aus dieser Legierung werden im Druckgußverfahren 25 mm lange und 2 mm dicke Stäbe gegossen. Eine Messung der Koerzitivfeldstärke ergibt einen HC-Wert von > 1600 A/m.
Diese Stäbe werden anschließend bei 1000 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in feuchtem Wasserstoff und anschließend bei 1080 °C während einer Dauer von 8 h einer Wärmebehandlung in trockenem Wasserstoff unterworfen. Durch die Wärmebehandlungen wird der Borgehalt in den Stäben auf < 0,1 % verringert und es entsteht annähernd die ursprüngliche Fe49Co49V2-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke HC von < 200 A/m.
Die so hergestellten Stäbe können als Kerne für Relais eingesetzt werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung massiver Magnetkörpern aus Werkstoffen mit weichmagnetischen Eigenschaften unter Anwendung des Druckgußverfahrens, wobei man als Ausgangswerkstoff eine Legierung verwendet, die aus den Legierungsbestandteilen des weichmagnetischen Werkstoffs und zusätzlich einem oder mehreren der schmelzpunkterniedrigenden Elemente Bor, Kohlenstoff und Phosphor besteht, wobei die zusätzlichen Elemente in einer solchen Menge zugesetzt sind, daß der Schmelzpunkt des weichmagnetischen Werkstoffs auf eine Temperatur < 1400 °C, vorzugsweise < 1300 °C abgesenkt wird, und daß man den aus dieser Legierung im Druckgußverfahren erzeugten Magnetkörpern nachträglich mittels einer Wärmebehandlung in einer reaktiven Atmosphäre die zusätzlichen Elemente zumindest teilweise wieder entzieht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper Wasserstoff als reaktive Atmosphäre verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffatmosphäre während der Wärmebehandlung der Druckguß-Magnetkörper kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Spülen erneuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckguß-Magnetkörper zunächst in feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 850 und 1000 °C und anschließend in trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1250 °C wärmebehandelt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckguß-Magnetkörper bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 950 °C während einer Dauer von 2 bis 16 Stunden in feuchtem Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1050 bis 1120 °C während einer Dauer von mindestens 1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt werden.
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