Verfahren zur Erzielung einer flachen Magnetisierungsschleife in amorphen Kernen durch eine Wärmebehandlung

Abstract

 Kerne für induktive Bauelemente, die einer Gleichstromvor magnetisierung unterliegen, müssen eine niedrige Remanenz­magnetisierung und eine niedrige, möglichst lineare Permeabilität bei kleiner Koerzitivfeldstärke besitzen. Diese Eigenschaften lassen sich erfindungsgemäß besonders gut einstellen, wenn eine Wärmebehandlung von mehr als 10 Stunden bei einer Temperatur vorgenommen wird, bei der im Inneren des zum Kern gewickelten amorphen Bandes aus einer eisenreichen Legierung noch keine Kristallisationskeime gebildet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung einer flachen Magnetisierungsschleife in Kernen für induktive Bauelemente, die aus amorphen Bändern gewickelt sind und die einer Wärmebehandlung soweit unterhalb der Kristallisationstemperatur ausgesetzt werden, daß vorwiegend an der Bandoberfläche kristalline Aus­scheidungen auftreten.

[0002] In der Zeitschrift IEEE Transactions on Magnetics, September 1984, Seiten 1415 bis 1416 ist beschrieben, daß man bei einer eisen­reichen, amorphen Legierung durch eine fünfstündige Wärmebehand­lung bei Temperaturen zwischen 425 und 595°C unterschiedliche Magnetisierungskurven erhält. Je nach Wahl der Temperatur bei der Wärmebehandlung lassen sich Permeabilitäten von µ_r = 700 bis zu einer vormagnetisierenden Feldstärke von H_c = 15 A/cm bzw. eine Permeabilität von µ_r = 200 bis zu einer vormagneti­sierenden Feldstärke von H_c=100 A/cm erzielen.

[0003] Weiterhin ist es aus einem Aufsatz von 0k und Morrish, Phys. Rev., Band 23 (1981) Seiten 2257 bis 2261 bekannt, Eisen-Nickel-Legierungen mit jeweils 40 % Eisen und Nickel bei einer Temperatur zwischen 375° und 400°C für 10 Stunden einer Wärmebehandlung auszusetzen. Eisenreiche Legierungen mit 65 % bzw. 82 % Eisen werden jeweils 1 Stunde bzw. 20 Minuten wärme­behandelt. Durch diese Wärmebehandlung entstehen kristalline Ausscheidungen vorwiegend an der Oberfläche des Bandes, die eine Volumenreduzierung an der Oberfläche bewirken. Als Folge ergeben sich Druckspannungen im Inneren des Bandes, die wegen der positiven Magnetostriktion der eisenreichen Legierung eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Bandlängs­richtung im amorphen Kern zur Folge haben. Dies bewirkt, daß die Remanenzmagnetisierung und die Permeabilität durch die Wärmebehandlung verringert werden, so daß derartig wärmebe­handelte Kerne für induktive Bauelemente mit Gleichstromvor. magnetisierung geeignet sind.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzu­geben, mit dem man die Eigenschaften der Kerne so einstellen kann, daß bei gleicher Remanenz wie bei bekannten Kernen sich eine besonders niedrige Koerzitivfeldstärke ergibt, so daß sehr kleine Permeabilitätswerte bei noch vertretbarer Koerzitivfeld­stärke erreicht werden können.

[0005] Dise Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Langzeitwärmebehandlung von mehr als 10 Stunden vorgenommen wird und daß die Temperatur bei der Langzeitwärmebehandlung so niedrig gewählt wird, daß weniger als die Hälfte des Bandquerschnittes kristalline Ausscheidungen aufweist.

[0006] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die durch eine Wärmebehandlung an der Oberfläche eisenreicher amorpher Bänder entstehenden kristallinen Ausscheidungen bei begrenzter Tempera­tur langsam ins Innere des Bandes hineinwachsen, so daß durch zeitliche Ausdehnung der Wärmebehandlung eine zunehmende Dicke der kristallinen Oberflächenschicht erreicht werden kann, ohne daß im Bandinneren sich Keime für Kristalle bilden.

[0007] Dies wird am Beispiel einer Legierung mit 78 Atom-% Eisen, 9 Atom-% Silizium und 13 Atom-% Bor nachstehend näher erläutert:

[0008] Fig. 1 zeigt die Magnetisierungskennlinie mit niedriger Remanenz­magnetisierung und ein Schliffbild durch ein Bandstück, nachdem das Band 16 Stunden bei 420°C gelagert wurde. Die Schicht mit den kristallinen Ausscheidungen ist in dem Schliffbild schwarz zu erkennen. An den Grenzschichten zwischen dem amorphen Kern und den mit kristallinen Ausscheidungen durchsetzten Oberflächen­schichten sieht man, daß die Kristalle von den Rändern zur Mitte wachsen. In der Mitte des Bandes tritt so gut wie keine Keim­bildung auf. Verlängert man die Wärmebehandlung, so erhält man im Mittel dickere Kristallschichten an der Oberfläche.

[0009] Fig. 2 zeigt dazu die Magnetisierungskennlinie und ein Schliff­bild der gleichen Legierung wie in Fig. 1. Hier wurde die Wärme­behandlung bei 420°C 64 Stunden lang durchgeführt. Gemessen wurde beim Kern mit dem Band nach Fig. 1 eine relative Permeabili­tät µ_r = 796 bei einer Koerzitivfeldstärke von 0,695 A/cm und bei dem Kern mit dem Band nach Fig. 2 eine relative Permeabilität µ_r = 246 bei einer Koerztivifeldstärke von 3,49 A/cm. Man kann also durch besonders lange Wärmebehandlungszeiten besonders niedrige Permeabilitäten erreichen, ohne daß die Koerzitivfeldstärke zu sehr ansteigt.

[0010] Als Vergleich ist in Fig. 3 die Magnetisierungskennlinie und das Schliffbild dargestellt für einen Kern, der 8 Stunden bei 460°C wärmebehandelt wurde. Hier sieht man deutlich die Keimbildung im Inneren des Bandes. Gemessen wurde ebenfalls eine geringe relative Permeabilität µ_r = 214, während allerdings die Koerzi­tivfeldstärke H_c = 5,25 A/cm doch schon relativ hoch ist.

[0011] Fig. 4 zeigt nun die Magnetisierungskennlinie und das Schliff­bild bei einer extremen Langzeitbehandlung von 455 Stunden bei 410°C. Hier sieht man im Kern ebenfalls wenig Keimbildung, allerdings wachsen die Kristalle von den Seiten ziemlich weit in die Mitte des Bandes hinein. Als Ergebnis erhält man eine besonders niedrige relative Permeabilität µ_r = 137. Wegen der doch schon sehr weitgehenden Kristallisation im Bandinneren ist auch hier die Koerzitivfeldstärke mit H_c = 5,8 A/cm recht hoch, so daß nach der Lehre der Erfindung bei dieser langen Zeit eine weitere Verringerung der Temperatur vorzunehmen wäre.

[0012] Diese Beispiele zeigen, daß man bei Verwendung einer eisenreichen Legierung, die mehr als 60 Atom-% Eisen enthalten sollte, eine hohe Sättigungsinduktion (über 1,2 Tesla) bei einstellbarer relativer Permeabilität und im Verhältnis zur Permeabilität eine niedrige Koerzitivfeldstärke erreichen kann.

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzielung einer flachen Magnetisierungs­schleife in Kernen für induktive Bauelemente, die aus amorphen Bändern gewickelt sind und die einer Wärmebehandlung soweit unterhalb der Kristallisationstemperatur ausgesetzt werden, daß vorwiegend an der Bandoberfläche kristalline Ausscheidungen auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Langzeitwärmebehandlung von mehr als 10 Stunden vorgenommen wird und daß die Temperatur bei der Langzeitwärmebehandlung so niedrig gewählt wird, daß weniger als die Hälfte des Bandquer­schnittes kristalline Ausscheidungen aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß amorphe Bänder aus einer Legierung mit mehr als 60 Atom.-% Eisen zur Erzielung einer Sättigungsinduktion über 1,2 Tesla zu Kernen gewickelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß zur Erzielung einer relativen Permeabili­tät unter 500 und einer Koerzitivfeldstärke unterhalb 5 A/cm eine Langzeitwärmebehandlung von mehr als 30 Stunden vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Kerne einer Langzeitwärmebehandlung von mehr als 5 Stunden unterworfen werden und daß die Temperatur bei der Langzeitwärmebehandlung so niedrig gewählt wird, daß weniger als die Hälfte des Bandquerschnittes kristalline Ausscheidungen aufweist.

Zeichnung