DE4019636C2 - Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen Materialien - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen MaterialienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der
magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der
Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen Materialien.
Ferromagnetische amorphe Legierungen werden häufig für viele
magnetische Anwendungen, wie Verteiltransformatoren, Gleichstrom
quellen, Motoren, Stromverstärkern, magnetischen Abschirmungen
usw. verwendet. Amorphe Eisenbasislegierungen zeigen nach dem
Glühen in herkömmlichen Öfen eine Glühsprödigkeit. Das stellt für
viele Anwendungen ein ernstes Problem dar.
In der Vergangenheit sind Anstrengungen unternommen worden, um
einen neuen magnetischen Werkstoff mit besseren magnetischen
Eigenschaften, wie höhere magnetische Induktion (Bm), niedrigere
Koerzitivfeldstärke (Hc) und daher geringerem Kernverlust, wenn der
Transformatorenkern aus solchen Materialien besteht, zu finden.
Bei ferromagnetischen Materialien, die in der Vergangenheit zur
Herstellung von Transformatorenkernen verwendet worden sind, ist es
sehr schwierig, im Betrieb ihre magnetischen Eigenschaften zu
ändern.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte
und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von
ferromagnetischen Materialien zu schaffen.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der
Schritt der Anwendung von Wechselstrom oder gepulstem
Strom während der Magnetisierung der ferromagnetischen
amorphen
Legierungen zur Erhöhung des Maximalwertes der magnetischen
Induktion (Bm) und Verminderung des Minimalwertes der Koerzitiv
feldstärke (Hc).
Der Wechselstrom wird von einer Wechselstromquelle abgenommen und
über ein Elektrodenpaar direkt in das Teil aus ferromagnetischem
Material geleitet. Es wird angenommen, daß der durch das
ferromagnetische Material fließende Strom die Domänenwand in dem
Material verschiebt in Abhängigkeit zu der Stromdichte und
Frequenz. Daher werden die weichmagnetischen Eigenschaften des
ferromagnetischen Materials verbessert. Das Verfahren der
vorliegenden Erfindung umfaßt ferner den Schritt der Anwendung von
Wechselstrom oder gepulstem Strom auf eine Probe aus einer
Legierung, welche mit Wechselstrom-Widerstandserwärmung oder
gepulstem Hochstrom wärmebehandelt worden ist. Diese amorphe
Legierung wird während des Glühprozesses keine Glühsprödigkeit
zeigen. Die Wechselstrom-Widerstandserwärmung oder der gepulste
Hochstromprozeß zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften
und Glühsprödigkeit der Legierung ist in der US 49 50 337 beschrieben.
Der angewendete Wechselstrom oder gepulste Strom hat eine Frequenz
im Bereich von 50 bis 50.000 Hz und eine Stromdichte von 10 bis 500
A/cm² und eine Sinus-, Dreieck- oder Rechteckwellenform.
Dementsprechend umfaßt das Verfahren zur Verbesserung der
magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer amorpher Legierungen
gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Schritt zur Schaffung
eines ferromagnetischen amorphen Legierungsteils in einem
Magnetisierungsfeld, einen zweiten Schritt die Anwendung von
Wechselstrom oder gepulstem Strom, der durch das Teil geleitet wird
und in einem dritten Schritt das Erfassen und Aufzeichnen der
magnetischen Induktion und Koerzitivfeldstärke des Teils während
der Magnetisierung und Entmagnetisierung.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Be
zug auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm des Systems zur Messung der
B-H-Schleife eines geraden Teils nach dem Verfahren gemäß der
Erfindung.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Systems zur Messung der
B-H-Schleife eines ringförmigen Teils nach dem Verfahren der
Erfindung.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines ferromagnetischen
amorphen Legierungs-Bandes mit seiner magnetischen Domänenstruktur.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der magnetischen
Induktion und Koerzitivfeldstärke einer geraden Fe₇₈B₁₃Si₉-Probe
zeigt, durch die ein 60 Hz-Sinusstrom hindurchfließt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches die Veränderung der magnetischen
Induktion und Koerzitivfeldstärke einer geraden Fe₇₈B₁₃Si₉-Probe
bei einem Wechselstrom mit verschiedenen Frequenzen zeigt.
Fig. 6 ist ein Diagramm einer B-H-Schleife für eine gerade
Fe ₇₈B₁₃Si₉ -Probe im Gußzustand nach einem Wechselstrom-Widerstands
erwärmen und bei Anwendung von Wechselstrom.
Das Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften
ferromagnetischer amorpher Legierung unter Anwendung von hohem
Wechselstrom oder gepulstem Strom wird durch die folgende
Erläuterung verdeutlicht.
Ferromagnetische amorphe Bänder verschiedener Zusammensetzungen,
insbesondere amorphe Bänder auf Eisen- oder Nickelbasis. Auch ist
es geeignet für alle kristallinen Materialien.
Probenform:
Probenform:
- - gerade lange Bänder,
- - ringkerngewickelt aus einem langen Band,
- - C-förmig, E-förmig oder rechtwinkliger Kerntyp.
Bei den Versuchen wurden Proben der Zusammensetzung Fe₇₈B₁₃Si₉
verwendet und in gerade und ringförmige Form gebracht.
Die geraden Proben wurden in das Zentrum eines gleichförmigen
Magnetfeldes (H) gebracht, welches durch eine lange Solenoidspule
erzeugt wurde, welche an eine bipolare Gleichstromquelle oder
einen Funktionsgenerator angeschlossen war. Beide Enden des geraden
amorphen Bandes wurden durch zwei quadratische Kupferplatten
geklemmt, welche angeschlossen waren an die Ausgangsanschlüsse
einer Wechselstromquelle, welche in der Lage ist zur Erzeugung
einer Suchspule (S), kombiniert mit einer Kompensationsspule (C)
und die verbunden ist mit einem Fluxmeter (oder Integrator) zur
Messung der magnetischen Flußdichte (B) der Probe. Durch Verbinden
der Anschlüsse des angewendeten Magnetfeldes (H) und der
magnetischen Flußdichte (B) mit einem X-Y-Rekorder wurde die
B-H-Hystereseschleife erhalten.
Die Ringproben wurden hergestellt durch Wickeln eines langen
amorphen Bandes, beschichtet mit Isolationsmaterialien. Die beiden
Enden des langen Bandes wurden an den Ausgang der Wechselstrom
quelle angeschlossen. Der Ringkern wurde aus zwei Spulen gewickelt,
die Primärspule (N₁) wurde an die bipolare
Gleichstromquelle oder einen Funktionsgenerator
angeschlossen, um das angelegte Magnetfeld (H) zu
erzeugen, und die Sekundärspule (N₂) wurde an einen
Fluxmeter oder Integrator angeschlossen, um die
magnetische Flußdichte (B) zu messen. Dann wurde die
B-H-Hystereseschleife durch Verbinden der Anschlußpunkte
von H und B an einen X-Y-Rekorder erhalten (Fig. 2).
Frequenzbereich: 50 Hz bis 50 kHz
Wellenform: Sinuswelle, dreieckige oder rechteckige Welle,
Stromdichte: J = 10-500 A/cm²
Wellenform: Sinuswelle, dreieckige oder rechteckige Welle,
Stromdichte: J = 10-500 A/cm²
Querfeld induziert durch Wechselstrom oder gepulsten
Strom.
Außer in der Nähe der Bandkanten ist das Magnetfeld,
erzeugt durch Anlegen eines Stroms I durch eine
rechteckige Probe im wesentlichen quer und variiert
linear mit dem Abstand von der Bandmittenebene. Fig. 3
zeigt den Querschnitt des amorphen Bandes und seine
mögliche magnetische Domänenstruktur.
Probe: gerade Form (15, 24 cm × 3,05 mm × 25 um)
Zusammensetzung: Fe₇₈B₁₃Si₉
Zusammensetzung: Fe₇₈B₁₃Si₉
Bei Anlegen eines magnetischen Feldes: Hm = + 23,7 A/m,
- a. Magnetische Induktion: Bmo = 0,72 T,
- b. Koerzitivfeldstärke Hco = 5,9 A/m.
Wenn ein Strom einer 60 Hz-Sinuskurve durch die Proben
mit unterschiedlichen Stromdichten J = 0 bis 334 A/cm²
(= 0 bis 250 mA) fließt, ergeben sich Veränderungen der
magnetischen Induktion und Koerzitivfeldstärke der Proben
gemäß Fig. 4. Die magnetischen Induktionswerte unter
verschiedenen Stromdichten sind fast dieselben und
etwas höher als der Wert von gegossenen Proben. Jedoch
nimmt die Koerzitivfeldstärke der Proben merkbar ab, wenn
die Stromdichte zunimmt. Die Abnahme ist langsamer,
nachdem die Stromdichte höher ist als 150 A/cm². Wenn die
Stromdichte 334 A/cm² ist, wird die Koerzitivfeldstärke
niedriger als der halbe Wert einer gegossenen Probe.
Wenn die Proben denselben Wechselstrom (Stromdichte J =
160 A/cm²) mit verschiedenen Frequenzen (50 Hz-20 kHz)
führten, waren die Veränderungen der magnetischen
Induktion und Koerzitivfeldstärke der Proben gemäß
Fig. 5. Also sind die magnetischen Induktionen nahezu
dieselben und etwas höher als der Wert der gegossenen
Probe. Die Werte des Koerzitivfeldstärken-Verhältnisses
liegen um 0,5, und das Minimum liegt im Frequenzbereich
von 100 bis 1000 Hz.
Die Wellenform des Wechselstroms, der durch die Proben
floß, kann Sinus-, Dreieck- oder Rechteckform haben.
Unter demselben Spitzenstrom ist die Wirkung der
Verbesserung der magnetischen Eigenschaften bei
Rechteckwellen am besten, und die Effekte bei Sinusform
und bei Dreieckform sind fast dieselben. Für 300 Hz Strom
durch die Proben ist die Veränderung der magnetischen
Induktion und Koerzitivkfeldstärke bei einem angelegten
Magnetfeld Hm = + 23,7 A/m gemäß folgender Liste:
Probe: ringförmig,
Zusammensetzung: Fe₇₈B₁₃Si₉
Zusammensetzung: Fe₇₈B₁₃Si₉
Ein 5schichtiger amorpher Kern mit einem Durchmesser von
3,8 cm war gewunden aus einem 60 cm langen Band (Breite:
7,5 cm, Dicke 25 µm, Gewicht: 6,623 g).
Die Referenzmagneteigenschaften der gegossenen Probe:
Bei Anlegen eines Magnetfeldes beim Messen der
B-H-Schleife Hm = + 12 A/m:
- a. magnetische Induktion Bmo = 0,67 T
- b. Koerzitivfeldstärke Hco = 5,8 A/m
Anlegen einer 60 Hz-Sinuskurve durch den Kern. Die
verbesserten magnetischen Induktion und
Koerzitivfeldstärke der Proben sind wie folgt:
Probe: gerade Form (15 cm × 3,05 mm × 25 µm)
Zusammensetzung: Fe₇₈B₁₃Si₉
Zusammensetzung: Fe₇₈B₁₃Si₉
- A) Gegossene Probe
Angelegtes Magnetfeld beim Messen der B-H-Schleife Hm = + 23,4 A/m- - Magnetische Induktion Bm = 0,71 T
- - Koerzitivfeldstärke Hc = 6,0 A/m.
- B) Nach Wechselstrom-Widerstandserwärmen mit
- - Frequenz f = 60 Hz
- - Stromdichte J = 3.000 A/cm²
- - Erhitzungszeit th = 50 s
- - Angelegtes Feld Hp = 8000 A/m
- Magnetisches Feld beim Messen der B-H-Schleife Hm =
+ 23,4 A/m
- - Magnetische Induktion Bm = 0,97 T
- - Koerzitivfeldstärke Hc = 3,2 A/m
- Bruchspannung εf = 1 (Duktilität)
- C) Wechselstrom durch die Proben nach
Wechselstrom-Widerstandserwärmen mit
- - Frequenz: f = 300 Hz
- - Wellenform: Rechteck
- - Stromdichte: 160 A/cm²
- Beim Messen der B-H-Schleife angelegtes Magnetfeld Hm =
+ 23,4 A/m
- - Magnetische Induktion Bm = 0,99 T
- - Koerzitivfeldstärke Hc = 1,36 A/m
Die B-H-Schleifen der gegossenen Proben, der Proben nach
dem Wechselstrom-Widerstandserwärmen und die der mit
Wechselstrom durchflossenen Proben sind in Fig. 6
dargestellt.
Claims (7)
1. Verfahren zur Erhöhung der magnetischen
Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke
von ferromagnetischen Materialien
dadurch gekennzeichnet, daß
- (a) ein Teil aus ferromagnetischem Material nacheinander ein magnetisierendes und ein entmagnetisierendes Feld gebracht und
- (b) ein Wechselstrom oder ein gepulster Strom durch das Teil geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß für die
Teile ferromagnetische amorphe Legierungen verwendet
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß für
die Teile eine amorphe Eisen-, Nickel-, oder
Kobaltbasislegierung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Wechselstrom oder gepulster Strom mit einer Frequenz im
Bereich von 50 bis 50000 Hz angewendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
Wechselstrom von Sinus-, Dreieck- oder Rechteckform
angewendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Wechselstrom oder gepulste Strom mit einer Stromdichte
von 10 bis 500 A/cm² angewendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Teile
mit einer geraden Form, einer Ringform oder irgendeiner
Transformatorenkernform verwendet werden.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: KNAUF, R., DIPL.-ING. WERNER, D., DIPL.-ING. DR.-I |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |