Oberflächengehärtetes weichmagnetisches Aktuatorteil und dessen Herstellverfahren

Abstract

 Weichmagnetisches Aktuatorteil mit durch Nitrieren gesteigerter Oberflächenhärte von mindestens 150 HV0,01, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration: im Tiefenbereich bis 1 µm einen Spitzenwert der maximalen N-Konzentration von mindestens 0,2%, bei einer Tiefe von 1 µm eine N-Konzentration von mindestens 0,25% und bei einer Tiefe von 2 µm eine N-Konzentration von mindestens 0,1%.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine oberflächengehärtetes weichmagnetisches Aktuatorteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

[0002] Beim Einsatz von Relaisteilen, FI-Schaltern, elektromagnetischen Einspritzventilen, elektromagnetischen Ventilverstellungen im Kraftfahrzeug, Textilmaschinen und anderen Aktuatoren werden neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit und einer hohen Härte gleichzeitig sehr gute weichmagnetische Eigenschaften der einzelnen weichmagnetischen Aktuatorteile gefordert.

[0003] Um diesen Anforderungen nachzukommen, ist es seit langem bekannt, die verwendeten Aktuatorteile an deren Oberflächen mit einer Behandlung zu versehen, insbesondere diese zu Nitrieren. Die bekannten Nitrierverfahren haben jedoch den Nachteil, dass die Oberflächen festkörperchemisch stark verändert werden, d.h. in der Regel Nitridausscheidungen in der Oberflächenschicht aufweisen. Diese festkörperchemische Änderung zieht festkörperphysikalische Veränderungen mit sich, die zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften an den Oberflächen der behandelten Teile und damit zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Teile insgesamt führen.

[0004] Aus der Literatur bekannt ist das Plasmanitrieren von Relaisteilen, mit dem Ziel der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Verminderung der Abrasion der Funktionsflächen]. Dies wird nach T. Satoshi, Electromagnetic Relay and its Manufacture, Jap. Patentanmeldung 10-92286, Offenlegung 10.04.98, angemeldet 13.09.96 von der Firma Nippon Koshuha Gijutsu KK dadurch erreicht, dass durch Plasmanitrieren bei 480 bis 590°C eine Verbindungsschicht aus Eisennitrid Fe₄N auf der Oberfläche erzeugt wird, also entsprechend einem Phasenanteil an Fe₄N von 100% in der Randschicht. Die Anwesenheit eines Plasmas mit Stickstoffionen und die relativ hohen Behandlungstemperaturen sorgen für das Entstehen dieser Verbindungsschicht. In dieser Anmeldung wird dargelegt, dass selbst bei einer Schichtdicke von 1,5 µm weder Oberflächenhärte noch Korrosionsbeständigkeit ausreichend sind, so dass letztlich Schichtdicken an Eisennitrid von 2 bis 20 µm vorgeschlagen werden.

[0005] Nun sind aber derart große Schichtdicken für besonders empfindliche Relais, wie z.B. Fehlerstromschutzschalterrelais, oder andere elektromagnetische Aktuatoren mit hoher effektiver Permeabilität des aus verschiedenen Teilen aufgebauten Magnetkreises nicht akzeptabel. Einerseits führen diese Schichten magnetisch gesehen zur Vergrößerung des Luftspaltes und vermindern damit die effektive Permeabilität des Magnetkreises erheblich. Außerdem ist bekannt, dass Verspannungen, welche unweigerlich beim Wachsen einer derartigen Verbindungsschicht entstehen und auch später im Betrieb aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung im Vergleich zum Grundmaterial unvermeidbar sind, zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften führen, welche sich z.B. in einer deutlichen Erhöhung der Koerzitivfeldstärke bemerkbar machen. Für empfindliche Relais und andere Anwendungen mit großer Permeabilität des Magnetkreises sollte deshalb ein Verfahren gesucht werden, welches das Entstehen einer Verbindungsschicht möglichst weitgehend vermeidet. Dies wird dadurch erreicht, daß der N-Gehalt in der oberflächlichen Randschicht möglichst unter 5 Gew.-% gehalten wird und die Entstehung einer oberflächlichen Verbindungsschicht mit praktikablen Mitteln kaum nachweisbar ist, d.h. mit Schichtdicken weit unter 0,5 µm und einem Phasenanteil an Fe₄N im Tiefenbereich bis 1 µm unter der Oberfläche unterhalb einer praktischen Nachweisgrenze von 10 Gew.-%. Außerdem muß dieses Verfahren auch geeignet sein, weichmagnetische Legierungen mit höheren Ni- oder Co-Gehalten effektiv aufzunitrieren.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, neue oberflächenbehandelte weichmagnetische Aktuatorteile bereitzustellen, die eine höhere Oberflächenhärte bei gleichzeitig geringen Einbußen der weichmagnetischen Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik aufweisen.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Aktuatorteil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüchen.

[0008] Erfindungsgemäß ist ein Weichmagnetisches Aktuatorteil aus weichmagnetischer Legierung mit durch Nitrieren gesteigerter Oberflächenhärte von mindestens 150 HV0,01 vorgesehen, der folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration aufweist:

Tiefenbereich bis 1 µm	Spitzenwert der maximalen N-Konzentration von mindestens 0,2%,
bei einer Tiefe von 1 µm	eine N-Konzentration von mindestens 0,25%,
bei einer Tiefe von 2 µm	eine N-Konzentration von mindestens 0,1%,
bei einer Tiefe von 5 µm	eine N-Konzentration von mindestens 0,05%,.

[0009] Bei der Erfindung wird erreicht, dass eine Degradation, die die festkörperchemischen und damit die festkörperphysikalischen Eigenschaften der Oberfläche verändert, durch den Nitriervorgang weitestgehend minimiert wird.

[0010] Üblicherweise steigt bei Temperaturen von 510°C bzw. 570°C und Nitrierkennzahlen K_N≤1 die Korrosionsanfälligkeit der Legierungen durch das Nitrieren erheblich an und die üblichen Klimatests werden von den nitrierten Aktuatorteilen nicht mehr bestanden. Um dies zu verhindern, wird nach der vorliegenden Erfindung in einem niedrigeren Temperaturbereich zwischen 380°C und 480°C gearbeitet. Es wird damit erreicht, die Eindringtiefe zu verkleinern, um die mit dem Nitrieren sicher verbundene Verspannung der Randschicht so gering wie möglich zu halten zur Optimierung der magnetischen Eigenschaften der Teile. Bei diesen Temperaturen ist ein Nitriervorgang nur mit außergewöhnlich hohen Nitrierkennzahlen zu erreichen.

[0011] In allen Fällen wurde die Methode des Oxinitrierens gewählt. Zur Beschreibung der Nitrierbedingungen wird die Nitrierkennzahl K_N herangezogen. Das thermodynamische Gleichgewicht der NH₃-Zersetzungsreaktion

[0012] wird bei den üblichen Nitrierbedingungen bei weitem nicht erreicht. Für den Nitriervorgang entscheidend ist die Präsenz atomaren Stickstoffs aus der NH₃-Zersetzungsreaktion. Es ist deshalb zweckmäßig und üblich, den Prozess über die Nitrierkennzahl

also das Verhältnis von unzersetztem zu zersetztem NH₃ zu beschreiben. Typischerweise wird mit einer Nitrierkennzahl von ca. 10 die Behandlung vorgenommen. Ebenso wird die Sauerstoffaktivität über die Oxidationskennzahl K_O beschrieben:

[0013] Für das Resultat ist es, da man bei den niedrigen Temperaturen weit ab vom thermodynamischen Gleichgewicht agiert, ein Unterschied, ob K_O durch Luftzusatz oder das Befeuchten oder Einspritzen von Wasser eingestellt wird. Typischerweise wird die Nitrierung bei einer Oxidationskennzahl von ca. 0,2 vorgenommen. Gemessen wird mittels ZrO₂-Sonde, welche typischerweise bei höherer Temperatur, in diesem Fall bei 825°C, betrieben wird. Dort stellt sich das thermodynamische Gleichgewicht ein - also kein Unterschied zwischen Luft- oder H₂O-Zusatz. In der kälteren Nitrieratmosphäre herrscht aber kein Gleichgewicht. Man hat dann bei K_O-Einstellung über Luft ein viel höheres Sauerstoffpotential - die Proben laufen an. Mit H₂O-Zusatz ist das tatsächliche Sauerstoffpotential viel niedriger - die Proben bleiben blank.

[0014] Die Untersuchungen wurden an insgesamt 4 verschiedenen weichmagnetischen Legierungen durchgeführt, deren nominelle Zusammensetzung (in Gew.-%) die folgende Tabelle wiedergibt.

Legierung	Ni	Co	Cr	Mo	Mn	Si	Ti	Fe
PERMENORM 5000V5	47,5	< 0,3	< 0,1	< 0,2	0,5	0,2	< 0,01	Rest
CHRONOPERM 50	47,5	< 0,3	2,0	< 0,1	0,45	0,15	< 0,01	Rest
RECOVAC 50	48,0	< 0,3	< 0,1	< 0,2	0,5	0,2	1,7	Rest
VACOFLUX 17	< 0,1	17,0	2,0	0,8	< 0,1	< 0,1	< 0,01	Rest

Mittels der optischen Glimmentladungsspektroskopie GDOS wurde die Zusammensetzung der Legierungen im oberflächennahen Bereich analysiert. Die Tabellen 1 bis 4 enthalten ausgewählte N- bzw. O-Konzentrationen, die den Diagrammen entnommen wurden.

[0015] Tab. 1 zeigt die Stickstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen t in µm.

	Nitriervariante	N (Gew.-%)
		t=1µm	t=2µm	t=5µm
CHRONOPERM 50	8h/570°C/KN=1,0/+ H2O	0,87	0,61	0,50
	8h/570°C/KN=0,5/+ H2O	0,65	0,51	0,42
	8h/570°C/KN=0,25/+ H2O	1,00	0,72	0,49
	8h/570°C/KN=0,18/+ H2O	0,46	0,38	0,26
	8h/510°C/KN=0,5/+ H2O	0,94	0,39	0,12
	24h/380°C/+ Luft	1,56	1,08	0,21
	24h/410°C/+ Luft	0,93	0,72	0,18
	24h/380°C/+ H2O	0,41	0,12	0,06
	24h/440°C/+ H2O	1,24	0,90	0,53
	12h/460°C/+ H2O	1,05	0,80	0,40
	8h/480°C/+ H2O	1,68	1,30	0,78
	18h/450°C/+ H2O	1,23	0,86	0,45
PERMENORM 5000V5	8h/570°C/KN=1,0/+ H2O	0,26	0,20	0,21
	8h/570°C/KN=0,5/+ H2O	0,23	0,18	0,17
	8h/570°C/KN=0,25/+ H2O	0,13	0,11	0,10
	8h/570°C/KN=0,18/+ H2O	0,16	0,13	0,11
	8h/510°C/KN=0,5/+ H2O	0,16	0,13	0,09
	24h/380°C/+Luft	1,32	0,90	0,18
	24h/410°C/+ Luft	0,69	0,60	0,21
	24h/380°C/+ H2O	0,24	0,12	0,06
	24h/440°C/+ H2O	0,68	0,50	0,31
	12h/460°C/+ H2O	0,87	0,62	0,37
	8h/480°C/+ H2O	1,12	0,81	0,56
	18h/450°C/+ H2O	0,77	0,60	0,37
VACOFLUX 17	8h/570°C/KN=1,0/+ H2O	1,32	0,88	0,72
	8h/570°C/KN=0,5/+ H2O	0,74	0,62	0,57
	8h/570°C/KN=0,25/+ H2O	0,66	0,54	0,49
	8h/570°C/KN=0,18/+ H2O	0,68	0,58	0,52
	8h/510°C/KN=0,5/+ H2O	0,10	0,08	0,06
	24h/380°C/+ Luft	0,36	0,18	0,12
	24h/410°C/+ Luft	0,90	0,66	0,30
	24h/380°C/+ H2O	0,12	0,10	0,09
	24h/440°C/+ H2O	1,18	0,87	0,62
	12h/460°C/+ H2O	0,93	0,74	0,67
	8h/480°C/+ H2O	8,76	6,56	5,02
	18h/450°C/+ H2O	1,53	1,20	1,03

[0016] Die nachfolgende Tab. 2 zeigt die Stickstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen in µm. Angegeben ist die maximale N-Konzentration N_max, die Hälfte und 10% der maximalen N-Konzentration, jeweils bestimmt aus dem GDOS-Profil. Dazu jeweils die Tiefenangabe in µm.

Legierung		Nmax(%)	Nmax/2 (%)	Nmax/10
CHRONOPERM 50	24h/380°C/+ Luft	1,67 bei 0,62µm	0,84 bei 2,5µm	Bei 5,38µm
	24h/410°C/+ Luftft	0,99 bei 0,67µm	0,50 bei 2,87µm	Bei ≈20µm
	24h/380°C/+ H2O	0,53 bei 0,54µm	0,27 bei 1,36µm	>≈10µm
	24h/440°C/+ H2O	1,30 bei 0,51µm	0,65 bei 3,85µm	Bei 8,46µm
	12h/460°C/+ H2O	1,18 bei 0,62µm	0,59 bei 3,44µm	Bei 9,23µm
	8h/480°C/+ H2O	1,74 bei 0,64µm	0,87 bei 4,49µm	Bei 12,5µm
	18h/450°C/+ H2O	1,60 bei 0,51 µm	0,80 bei 2,28µm	Bei 8,0µm
PERMENORM 5000V5	24h/380°C/+ Luft	1,53 bei 0,67µm	0,76 bei 2,46µm	Bei 5,44µm
	24h/410°C/+Luft	0,72 bei 0,62µm	0,36 bei 3,59µm	Bei ≈13µm
	24h/380°C/+ H2O	0,28 bei 0,64µm	0,14 bei 1,69µm	Bei »10µm
	24h/440°C/+ H2O	0,87 bei 0,26µm	0,44 bei 2,92µm	Bei 10,56µm
	12h/460°C/+ H2O	0,93 bei 0,77µm	0,47 bei 3,54µm	Bei 11,49µm
	8h/480°C/+ H2O	1,30 bei 0,45µm	0,65 bei 3,33µm	Bei 13,33µm
	18h/450°C/+ H2O	0,85 bei 0,66µm	0,43 bei 4,16µm	Bei 12,74µm
VACOFLUX 17	24h/380°C/+ Luft	1,08 bei 0,26µm	0,54 bei 0,77µm	Bei ≈20µm
	24h/410°C/+ Luft	1,68 bei 0µm	0,84 bei 1,59µm	Bei >20µm
	24h/380°C/+ H2O	0,15 bei 0,41µm	0,08 bei >>10µm	Bei >>>10µm
	24h/440°C/+ H2O	1,39 bei 0,51µm	0,70 bei 3,85µm	Bei ≈48µm
	12h/460°C/+ H2O	1,05 bei 0,62µm	0,50 bei ≈14µm	Bei >>20µm
	8h/480°C/+ H2O	8,76 bei 1,00µm	4,38 bei ≈8µm	Bei >>80µm
	18h/450°C/+ H2O	1,77 bei 0,38µm	0,89 bei 12,72µm	Bei >>30µm

[0017] Für alle 3 Legierungen gilt, dass die maximale Konzentration N_max, als auch die Eindringtiefe mit abnehmender Temperatur abnimmt. Dieser Trend kann durch eine verlängerte Nitrierdauer oder eine höhere Nitrierkennzahl kompensiert werden. Die N-Aufnahme ist für PERMENORM 5000V5 am geringsten. VACOFLUX 17 nimmt bei hohen Temperaturen am meisten auf. Bei den niedrigeren Temperaturen nimmt CHRONOPERM 50 am meisten Stickstoff auf.

[0018] Nitrierversuche wurden ebenfalls unternommen an Ankern aus RECOVAC 50. Anzumerken ist zu den Ergebnissen für RECOVAC 50 noch die Tatsache, dass ungeschliffene Stellen, welche noch die TiO₂-Anlaufschicht aus der Schlussglühung aufwiesen, keinen Härtungseffekt zeigten. Die TiO2-Schicht wirkt offensichtlich als sehr effiziente Diffusionsbarriere.

[0019] Tab. 3 zeigt die Sauerstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen t in µm.

	Nitriervariante	0 (Gew.-%)
		t=1µm	t=2µm	t=5µm
CHRONOPERM 50	8h/570°C/KN=1,0/+ H2O	0,71	0,31	≤ 0,08
	8h/570°C/KN=0,5/+ H2O	0,70	0,19	0
	8h/570°C/KN=0,25/+ H2O	1,89	0,63	0,31
	8h/570°C/KN=0,18/+ H2O	0,71	0,20	< 0,08
	8h/510°C/KN=0,5/+ H2O	0,70	0,24	0
	24h/380°C/+ Luft	0,54	0,21	≤ 0,06
	24h/410°C/+ Luft	0,78	0,30	0,18
	24h/380°C/+ H2O	0,62	0,25	0,12
	24h/440°C/+ H2O	0,46	0,19	0,06
	12h/460°C/+ H2O	0,62	0,19	<0,06
	8h/480°C/+ H2O	0,78	0,19	<0,06
	18h/450°C/+ H2O	0,71	0,21	0
PERMENORM 5000V5	8h/570°C/KN=1,0/+ H2O	0,55	0,20	0
	8h/570°C/KN=0,5/+ H2O	0,62	0,16	0
	8h/570°C/KN=0,251+ H2O	0,78	0,27	0,08
	8h/570°C/KN=0,18/+ H2O	0,79	0,28	0,08
	8h/510°C/KN=0,5/+ H2O	0,47	0,16	0
	24h/380°C/+Luft	0,75	0,30	≤ 0,12
	24h/410°C/+ Luft	0,63	0,30	0,12
	24h/380°C/+ H2O	0,74	0,25	0,12
	24h/440°C/+H2O	0,50	0,25	<0,06
	12h/460°C/+ H2O	0,77	0,28	0,06
	8h/480°C/+ H2O	0,75	0,31	<0,06
	18h/450°C/+ H2O	0,61	0,21	0
VACOFLUX 17	8h/570°C/KN=1,0/+ H2O	0,82	0,35	0,12
	8h/570°C/KN=0,5/+ H2O	0,39	0,08	0
	8h/570°C/KN=0,25/+ H2O	0,87	0,28	≈ 0,08
	8h/570°C/KN=0,18/+ H2O	0,71	0,31	≈ 0,08
	8h/510°C/KN=0,5/+ H2O	0,60	0,16	≤ 0,08
	24h/380°C/+ Luft	0,66	0,24	≤ 0,18
	24h/410°C/+ Luft	0,54	0,30	0,18
	24h/380°C/+ H2O	0,50	0,25	0,15
	24h/440°C/+ H2O	0,62	0,25	0,12
	12h/460°C/+ H2O	0,62	0,22	0,15
	8h/480°C/+ H2O	1,86	0,93	0,25
	18h/450°C/+ H2O	1,10	0,31	0,18

[0020] Die nachfolgende Tab. 4 zeigt die Sauerstoffkonzentration in Gew.-% bei verschiedenen Eindringtiefen in µm. Angegeben ist die maximale O-Konzentration O_max, die Hälfte und 10% der maximalen O-Konzentration, jeweils bestimmt aus dem GDOS-Profil. Dazu jeweils die Tiefenangabe in µm.

		Omax(%)	Omax/2 (%)	Omax/10
CHRONOPERM 50	24h/380°C/+ Luft	3,0 bei 0µm	1,5 bei 0,10µm	0,3 bei 1,95µm
	24h/410°C/+ Luft	2,5 bei 0µm	1,25 bei 0,15µm	0,25 bei 2,67µm
	24h/380°C/+ H2O	4,0 bei 0µm	2,0 bei 0,05µm	0,4 bei 1,44µm
	24h/440°C/+ H2O	1,5 bei 0µm	0,75 bei 0,72µm	0,15 bei 2,05µm
	12h/460°C/+ H2O	3,0 bei 0µm	1,5 bei 0,08µm	0,3 bei 1,49µm
	8h/480°C/+ H2O	2,36 bei 0µm	1,18 bei 0,58µm	0,24 bei 2µm
	18h/450°C/+ H2O	1,66 bei 0,51µm	0,83 bei 0,81µm	Bei 2,84µm
PERMENORM 5000V5	24h/380°C/+ Luft	3,0 bei 0µm	1,5 bei 0,41µm	0,3 bei 1,90µm
	24h/410°C/+ Luft	5,0 bei 0µm	2,5 bei 0,1µm	0,5 bei 1,23µm
	24h/380°C/+ H2O	2,5 bei 0µm	1,25 bei 0,72µm	0,25 bei 1,92µm
	24h/440°C/+ H2O	4,0 bei 0µm	2,0 bei 0,21µm	0,4 bei 1,18µm
	12h/460°C/+ H2O	2,5 bei 0µm	1,25 bei 0,75µm	0,25 bei 2,25µm
	8h/480°C/+ H2O	4,0 bei 0µm	2,0 bei 0,26µm	0,4 bei 1,47µm
	18h/450°C/+ H2O	1,66 bei 0µm	0,83 bei 0,66µm	Bei 2,34µm
VACOFLUX 17	24h/380°C/+ Luft	8,0 bei 0µm	4,0 bei 0,05µm	0,8 bei 0,82µm
	24h/410°C/+ Luft	8,5 bei 0µm	4,25 bei 0,1µm	0,85 bei 0,56µm
	24h/380°C/+ H2O	4,0 bei 0µm	2,0 bei 0,13µm	0,4 bei 1,18µm
	24h/440°C/+ H2O	2,5 bei 0µm	1,25 bei 0,51µm	0,25 bei 2,05µm
	12h/460°C/+ H2O	3,5 bei 0µm	1,75 bei 0,41µm	0,35 bei 1,38µm
	8h/480°C/+ H2O	5,0 bei 0µm	2,5 bei 0,82µm	0,5 bei 2,87µm
	18h/450°C/+ H2O	2,91 bei 0,38µm	1,46 bei 0,76µm	Bei 1,98µm

[0021] Der Sauerstoffgehalt nimmt allgemein sehr schnell mit der Eindringtiefe ab. Es ist keine eindeutige Abhängigkeit von den Nitrierparametern feststellbar.

[0022] Tab. 5 zeigt die Oberflächenhärte an Scheibenproben im schlussgeglühten Zustand, sowie nach verschiedenen Nitrierbehandlungen.

Legierung	VACOFLUX 17	CHRONOPERM 50	PERMENORM 5000V5
Nicht nitriert	156 HV0.1	102 HV0.1	102 HV0.1
24h/380°C/NH3 KN=10/mit Luft	493 HV0.01	252 HV0.01	250 HV0.01
24h/410°C/NH3 KN=10/mit Luft	658 HV0.01	238 HV0.01	202 HV0.01
24h/380°C/NH3 KN=10/mit H2O	275 HV0.01	169 HV0.01	170 HV0.01
24h/440°C/NH3 KN=10/mit H2O	1273 HV0.01	328 HV0.01	248 HV0.01
12h/460°C/NH3 KN=10/mit H2O	1074 HV0.01	309 HV0.01	252 HV0.01
8h/480°C/NH3 KN=10/mit H2O	1205 HV0.01	427 HV0.01	250 HV0.01
18h/450°C/NH3 KN=10/mit H2O	1134 HV0.01	297 HV0.01	237 HV0.01

[0023] Bedingt durch das Schleifen bei Ankern und Polstücken, steigt die Härte im oberflächennahen Bereich an. Eine geglühte und geschliffene Oberfläche ist deshalb bei geringer Prüflast härter als eine lediglich geglühte Oberfläche. Durch das Nitrieren steigt die Oberflächenhärte weiter an. Dieser Effekt zeigt sich weniger bei Prüflast 0,1kg, sondern mehr bei geringerer Prüflast von 0,01kg. Dies ist durch die geringe Dicke der durch das Nitrieren beeinflussten Oberflächenzone bedingt. Die Härtewerte bilden also nicht allein die Oberflächenzone wider, sondern bei größerer Prüflast auch die des darunter liegenden Grundmaterials. Beim Vergleich der Ergebnisse von Härtemessungen an diesen dünnen Oberflächenschichten ist deshalb immer auf gleiche Bedingungen zu achten, d.h. gleiche Prüflast und gleiches Messverfahren.

[0024] Tab. 6 zeigt die Härteergebnisse für Polstücke. Zu beachten ist, dass die große Streuung der Messwerte durch die gelegentlich instabile Stellung der Polstücke beim Härteeindruck auf die Polfläche bedingt ist. Die Polstücke können dabei leicht verkippen, was bei der Messung zu niedrigeren Härtewerte führen kann.

[0025] Tab. 7 (HV0,1) und Tab. 8 (HV0,01) zeigen die Ergebnisse für Anker. Zum Vergleich mit aufgeführt sind Ergebnisse an derzeit in Produktion befindlichen, dünnen galvanischen Beschichtungen (NiPd, Hartgold) auf Teilen aus PERMENORM 5000V5. Tab. 9 zeigt die Härtewerte von VACOFLUX 17 an Ringen für unterschiedliche Belastungen und Nitrierversuche. In Tab. 10 ist die Vickershärte von Ankern aus Recovac 50 für die Nitrierversuche bei 480°C bzw. 450°C sowie den nicht nitrierten Zustand aufgelistet. Hierzu ist anzumerken, dass Recovac 50 im ungeschliffenen Zustand durch das Nitrieren keinerlei Oberflächenhärtung zeigt. Aufgrund des Ti-Gehaltes der Legierung bildet sich bei der Schlussglühung unter H₂ eine Anlaufschicht. Diese ist trotz guten Taupunktes (um -40°C) des verwendeten trockenen H₂ unvermeidbar, aufgrund der hohen thermodynamischen Stabilität des TiO₂. Diese TiO₂-Schicht wirkt offensichtlich als perfekte Diffusionsbarriere und verhindert die Härtung durch Nitrieren. An einer geschliffenen Oberfläche ist dagegen ein erheblicher Härtungseffekt durch das Nitrieren festzustellen.

[0026] Tab. 11 zeigt schließlich den Vergleich von Härtewerten nach optimaler Nitrierung mit den Ergebnissen bei FI-Relais üblicher Beschichtungen.

Tab. 6:

Härte HV0,1; HV0,01 v. Polstückfunktionsflächen, nitriert jeweils m. KN=10 m. H2O.
Legierung	ungeschliffen	ungeschliffen + nitriert	geschliffen	geschliffen + nitriert
460°C/12h
HV0,1
CHRONOPERM 50	111	121	206	216
	119	151	192	205
	115	205	205	235
	138	126	202	218
	146	123	201	171
	MW:126±14	MW: 145 ± 32	MW: 201 ± 5	MW: 209 ± 21
PERMENORM 5000V5	164	133	218	196
	128	183	203	215
	160	135	197	201
	132	124	181	199
	132	145	201	212
	MW: 143 ± 16	MW: 144 ± 21	MW: 200 ± 12	MW: 204 ± 7
HV0,01
CHRONOPERM 50	136	178	219	401
	117	206	263	368
	145	175	257	401
	148	189	189	439
	125	182	229	305
	MW: 134 ± 12	MW: 186 ± 11	MW: 231 ± 27	MW: 383 ± 45
PERMENORM 5000V5	117	193	245	339
	140	168	269	305
	159	269	263	368
	162	193	214	401
	123	229	245	358
	MW: 140 ±18	MW: 211 ± 35	MW: 247 ± 19	MW: 354 ± 32
480°C/8h
HV0.1
CHRONOPERM 50		133 ± 21		261 ± 18
PERMENORM 5000V5		168 ± 13		223 ± 16
HV0.01
CHRONOPERM 50		220 ± 40		497 ± 35
PERMENORM 5000V5		202 ± 23		347 ± 60
450°C/18h
HV0.1
CHRONOPERM 50		127 ± 4		226 ± 10
PERMENORM 5000V5		166 ± 22		209 ± 11
HV0.01
CHRONOPERM 50		180 ± 30		388 ± 59
PERMENORM 5000V5		214 ± 38		364 ± 41

Tab. 9:

Härte von VACOFLUX 17 an Ringen.
Nitrierbehandlung	HV 0,01	HV0,1
nicht nitriert		156
24h/380°C/KN=10/mit Luft	493	366 ± 13
24h/410°C/KN=10/mit Luft	658	351 ± 82
24h/380°C/KN=10/mit H2O	275	233 ± 15
24h/440°C/KN=10/mit H2O	1273	654 ± 100
12h/460°C/KN=10/mit H2O	1074	644 ± 107
8h/480°C/KN=10/mit H2O	1205	1165 ± 111
18h/450°C/KN=10/mit H2O	1134	1119 ± 82
570°C/8h/KN=1/mit H2O		791
570°C/8h/KN=0,5/mit H2O		1065
570°C/8h/KN=0,25/mit H2O		980
570°C/8h/KN=0,18 mit H2O		952
510°C/8h/KN=0,5/mit H2O		165

Tabelle 10:

Oberflächenhärte an Ankern aus Recovac 50
Behandlung	HV 0.1		HV 0.01
	geschliffen	ungeschliffen	Geschliffen
Geglüht, ausgehärtet Nitriert: 18h/450°C/KN=10	421	270	686
	433	222	660
	493	215	551
	413	238	571
	409	253	772
Mittelwert	434 ± 34	240 ± 22	648 ± 90
Geglüht, ausgehärtet Nitriert: 8h/480°C/KN=10	572	191	772
	433	224	533
	394	218	439
	514	285	840
	519	193	805
Mittelwert	486 ± 72	222 ± 38	678 ± 180
Geglüht, ausgehärtet Nicht nitriert	268
	292
	283
	242
	249
Mittelwert	267 ± 21

Tab. 11a:

Vergleich der Härte für FI-Anker nach verschiedenen Oberflächenbehandlungen.
	geglüht	geschliffen	nitriert	NiPd	Hartgold	Cr
HV 0,1
5000V5	102	167	197	180	168	200
CHR 50	102	149	225
RECOVAC 50		267	434
HV 0,01
5000V5		212	357	280	208	316
CHR 50		198	417
RECOVAC 50			648

Tab. 11b:

Vergleich d. Härte für FI-Polstücke nach verschiedenen Oberflächenbehandlungen.
	geglüht	geschliffen	nitriert	NiPd	Hartgold	Cr
HV 0,1
5000V5		200	204			189
CHR 50		201	209
HV 0,01
5000V5		247	354			224
CHR 50		231	383

[0027] Wie aus den Daten der Tab. 11 ersichtlich ist, führt eine Nitrierbehandlung fertig geschliffener Anker bei optimierten Bedingungen zu den höchsten Härtewerten, welche die der heute üblichen Beschichtungen deutlich übersteigt. Dies gilt ebenso für Polstückoberflächen.

[0028] Tab. 12 zeigt die Ergebnisse eines Korrosionstests an Relaisteilen, bei dem die Temperatur und die relative Luftfeuchte zyklisch verändert werden. Daraus ist zu entnehmen, dass die Teile korrodieren, wenn die Nitrierkennzahl klein ist, und die -temperatur größer 500°C liegt.

[0029] Aufgrund der vorliegenden Erfahrungen wurde für alle Untersuchungen unter Gegenwart von Sauerstoff nitriert, d.h. oxinitriert. Aufgrund der Anforderungen bezüglich der Sicherheit der Produktionsanlage, wurde dazu das Sauerstoffpotential über die Zugabe von Wasserdampf eingestellt. Beim Wechsel auf die tiefen Temperaturen wurde dann zunächst ein Luftzusatz verwendet, aufgrund der Befürchtung, mit H₂O-Zusatz aufgrund kinetischer Hemmung kein ausreichendes Sauerstoffpotential einstellen zu können. Zwar kann dabei eine vernünftige Härtung erzielt werden, die Teile laufen aber an und sind sehr korrosionsanfällig. Auf der Oberfläche bildet sich durch den sehr hohen O₂-Partialdruck eine Fereiche Oxidschicht.

[0030] Wenn bei Temperaturen kleiner 500°C und mit hoher Nitrierkennzahl und Einstellung des Sauerstoffpotentials über H₂O-Zugabe nitriert wird, überstehen die Teile den bei FI-Teilen üblichen Klimatest. Erst bei der in dieser Reihe höchsten Temperatur ergab sich bei einigen 5000V5-Teilen minimaler Rostansatz.

Tab. 12

zeigt den Anteil der korrodierten Teile (mit mindestens einem Rostpunkt) im Klimatest nach 3 Tagen (1 Zyklus: 3h/20°C/45% rel. Luftfeuchte und 3h/55°C/95% rel. Luftfeuchte)
Nitrierversuch	CHRONOPERM 50		PERMENORM 5000V5
	Polstücke	Anker	Polstücke	Anker
8h/570°C/KN=1,0/mit H2O	60%	100%	80%	100%
8h/570°C/KN=0,5/mit H2O	20%	80%	30%	70%
8h/570°C/KN=0,25/mit H2O	10%	60%	30%	100%
8h/570°C/KN=0,18/mit H2O	20%	30%	30%	50%
8h/510°C/KN=0,5/mit H2O	100%	100%	100%	100%
24h/380°C/KN=10/mit Luft	80%	100%	30%	100%
24h/410°C/KN=10/mit Luft	20%	100%	30%	100%
24h/380°C/KN=10/mit H2O	0%	0%	0%	0%
24h/440°C/KN=10/mit H2O	0%	0%	0%	0%
12h/460°C/KN=10/mit H2O	0%	0%	0%	0%
8h/480°C/KN=10/mit H2O	0%	0%	0%	20%
18h/450°C/KN=10/mit H2O	0%	0%	0%	0%

[0031] Im Hinblick auf einen schärferen Korrosionstest, welcher Unterschiede besser herausarbeitet, wurde auch ein Tauchtest in künstlichem Meerwasser durchgeführt. Zur Vermeidung von Spaltkorrosion werden die Anker dabei auf eine Schnur aufgefädelt und in das synthetische Meerwasser getaucht. Bei Polstücken ist dies so nicht möglich und man hat stets das Problem der Spaltkorrosion unter der Auflagefläche. Bei Raumtemperatur konnte an allen untersuchten Teilen keine Korrosion beobachtet werden. Zur Steigerung der Aggressivität der Testbedingungen wurde deshalb die Prüftemperatur angehoben. Dieser wesentlich aggressivere Korrosionstest mit künstlichem Meerwasser wird bei 50°C (Tab.13) noch recht gut überstanden, bei 80°C (Tab.14 und 15) jedoch beginnt die Korrosion schon nach wenigen Stunden. Die korrodierten Polstücke sind vor allem auf Spaltkorrosion an den Auflageflächen wegen glatter Behälterböden zurückzuführen.

[0032] Tab. 13 zeigt den Anteil der korrodierten Anker in künstlichem Meerwasser bei 50°C nach 48 Stunden.

Nitrierversuch	CHRONOPERM 50	PERMENORM 5000V5
Nicht nitriert	Nicht geprüft	0%
24h/380°C/KN=10/mit H2O	20%	20%
24h/440°C/KN=10/mit H2O	0%	20%
12h/460°C/KN=10/mit H2O	0%	20%

[0033] Tab. 14 zeigt den Anteil der korrodierten Teile in künstlichem Meerwasser bei 80°C nach 5h 45min Anker aufgehängt an isolierten Drähten und durch Schrumpfschlauch getrennt; Polstücke in glatte Plastikschalen gelegt, nur nicht nitrierte Polstücke aus PERMENORM 5000V5 lagen auf rauer Plastikoberfläche.

Nitrierversuch	CHRONOPERM 50		PERMENORM 5000V5
	Polstücke	Anker	Polstücke	Anker
Nicht nitriert	100%	20%	20%	70%
8h/570°C/KN=0,18/mit H2O	100%	100%	100%	100%
24h/380°C/KN=10/mit H2O	100%	40%	100%	20%
24h/410°C/KN=10/mit Luft	100%	Nicht geprüft	100%	Nicht geprüft
8h/570°C/KN=0,25/mit H2O	100%	Nicht geprüft	100%	Nicht geprüft

[0034] Tab. 15 zeigt den Anteil der korrodierten Teile in künstlichem Meerwasser bei 80°C nach 4h 15min. Je 5 Polstücke wurden in glatte Glasschalen gelegt.

Nitrierversuch	CHRONOPERM 50	PERMENORM 5000V5
Nicht nitriert	80%	Nicht geprüft
24h/380°C/KN=10/mit H2O	100%	80%

[0035] Tab. 16 schließlich zeigt das Ergebnis eines Stichversuches zur Verwendung des bei den Dauermagneten üblichen HAST-Testes. Dabei zeigt CHRONOPERM 50 eine bessere Beständigkeit. Dies ist aber noch weiter und vor allem mit größeren Stückzahlen zu erproben (Ergebnis des HAST-Testes nach DIN IEC 68-2-66 - Überprüfung der Korrosion an Ankern nach 135 Stunden bei 130°C/95% rel. Luftfeuchte).

Nitrierversuch	CHRONOPERM 50	PERMENORM 5000V5
Nicht nitriert	Nicht korrodiert	Nicht korrodiert
18h/450°C/KN=10/mit H2O	Nicht korrodiert	Korrodiert

[0036] Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die hohen Nitriertemperaturen absolut ungeeignet sind, da sie zu starker Korrosionsanfälligkeit der nitrierten Teile führen. Beim Nitrieren bei niedrigen Temperaturen unter 500° ist eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit gegeben, entsprechend dem derzeit gültigen Wechselklimatest. Bei Anwendung schärferer Korrosionstests (künstliches Meerwasser bei 50°C, HAST-Test) schneidet CHRONOPERM 50 besser ab. Bei weiter gesteigerter Aggressivität der Testbedingungen korrodieren dann beide Legierungen - Korrosionsbeständigkeit im Sinne eines Edelstahles kann man bei diesen Legierungszusammensetzungen auch nicht erwarten.

[0037] Es ist klar, dass von allen Magnetwerten die statischen Werte am schärfsten auf durch den Nitriervorgang eingebrachte Verspannungen reagieren. Die folgenden Tabellen zeigen deshalb die ermittelten H_c-Werte und statische, an Stanzringen ermittelte µ(H)-Kurven. Ziel dieser Untersuchungsreihe bei tiefen Nitriertemperaturen war es ja, die Nitrierschicht möglichst dünn zu bekommen, um die Magnetik so wenig wie irgend möglich zu beeinträchtigen.

[0038] Die Tabellen 17 bis 19 zeigen deshalb zunächst das Ergebnis für die Koerzitivfeldstärke H_c. Es wird ersichtlich, dass H_c durch die gewählten Nitrierbedingungen nur sehr gering beeinflußt wird. Bei CHRONOPERM 50 und VACOFLUX 17 gibt es keine signifikante Veränderung, bei PERMENORM 5000V5 nimmt H_c mit zunehmender Temperatur etwas zu. Zu den Daten der Stanzringe aus CHRONOPERM 50 ist anzumerken, dass die Ringe für die niedrigen Temperaturen 380 und 410°C offenbar beschädigt wurden und deshalb aus der Reihe fallend hohe H_c-Werte aufweisen (in Tab. 17 mit *) gekennzeichnet). Die hohen H_c-Werte und damit auch niedrigen Permeabilitätswerte spiegeln sich weder in H_c-Werten an Teilen noch in den Impedanzergebnissen an Relais wider, so dass in diesem Fall wirklich von (irgendwann nach der Schlussglühung) beschädigten Stanzringen auszugehen ist. In den folgenden Figuren und Ergebnissen wurden die Ergebnisse an diesen Stanzringen deshalb ausgelassen.

Tab. 17:

Koerzitivfeldstärke Hc von CHRONOPERM 50 an unterschiedlichen Probenformen ( * = Stanzringe beschädigt).
	Hc / mA/cm
Nitrierbehandlung	Anker geschliffen	Polstück geschliffen	Kern (statisch)	Kern (f=50Hz) FF=1,111±1%
nicht nitriert	43,4	56,2	30,9	539
24h/380°C/KN=10/mit Luft	45,01	55,21	136 *)
24h/410°C/KN=10/mitLuft	57,55	58,65	110 *)
24h/380°C/KN=10/mit H2O	40,4	50,04	145 *)
24h/440°C/KN=10/mit H2O	38,2	52,81	31,89
12h/460°C/KN=10/mit H2O	40,76	51,48	32,74
8h/480°C/KN=10/mit H2O	42,2	48,6	34,58
18h/450°C/KN=10/mit H2O	41,4	50,6	33,1

[0039] Tab. 18 zeigt die Koerzitivfeldstärke H_c von PERMENORM 5000V5 an unterschiedlichen Probenformen.

	Hc / mA/cm
Nitrierbehandlung	Anker geschliffen	Polstück geschliffen	Kern (statisch)	Kern (f=50Hz) FF=1,111±1%
nicht nitriert	41,8	52,9	38,0	1003
24h/380°C/KN=10/mit Luft	42,34	54,77	41,47
24h/410°C/KN=10/mitLuft	43,98	47,36	47,18
24h/380°C/KN=10/mit H2O	36,82	38,6	40,55
24h/440°C/KN=10/mit H2O	49,15	56,2	44,62
12h/460°C/KN=10/mit H2O	51,04	60,57	45,67
8h/480°C/KN=10/mit H2O	53,05	60,11	51,44
18h/450°C/KN=10/mit H2O	52,3	68,0	46,1

[0040] Tab. 19 zeigt die Koerzitivfeldstärke H_c von VACOFLUX 17 an Ringkernen.

	Hc / mA/cm
Nitrierbehandlung	Kern (statisch)
nicht nitriert	1082
24h/380°C/KN=10/mit Luft	921
24h/410°C/KN=10/mit Luft	984
24h/380°C/KN=10/mit H2O	984
24h/440°C/KN=10/mit H2O	964
12h/460°C/KN=10/mit H2O	987
8h/480°C/KN=10/mit H2O	963
18h/450°C/KN=10/mit H2O	1038
8h/570°C/KN=1/mit H2O	2873
8h/570°C/KN=0,5/mit H2O	1764
8h/570°C/KN=0,25/mit H2O	1107
8h/570°C/KN=0,18 mit H2O	1056
8h/510°C/KN=0,5/mit H2O	1082

[0041] Die Figuren 1 bis 3 zeigen beispielhaft das Ergebnis für die dc-Permeabilität, gemessen an Stanzringen. Diese nimmt ausweislich der Ergebnisse für alle 3 Legierungen ab - mit -50% für die höchste Temperatur von 480°C bei PERMENORM 5000V5 noch am deutlichsten. Vergleicht man dies mit den Daten für die höheren Nitriertemperaturen über 500°C, so ist die Degradation hier jedoch deutlich geringer. Eine komplette Übersicht gibt die weiter unten befindliche

[0042] Tab. 20 anhand der Daten für die Maximalpermeabilität bei statischer Magnetisierung.

[0043] Fig. 1 zeigt die statische Permeabilität, gemessen an Stanzringen, von VACOFLUX 17 bei verschiedenen Nitriertemperaturen; Nitrierdauer 24h, wenn nicht anders angegeben.

[0044] Fig. 2 zeigt die statische Permeabilität an Stanzringen von PERMENORM 5000V5 bei verschiedenen Nitriertemperaturen; Nitrierdauer 24h, wenn nicht anders angegeben.

[0045] Fig. 3 zeigt die statische Permeabilität an Stanzringen von CHRONOPERM 50; Dauer 24h, oder nach Angabe.

[0046] Eine weitere Aussage über den Einfluss des Nitrierens ist möglich über die Bestimmung der statischen Permeabilität am Magnetkreis aus Polstück und Anker (folgend Relais genannt). Zum einen spiegelt diese Messung eine Veränderung der Permeabilität der Teile und damit des Materials wider, aber auch jede Luftspaltveränderung aufgrund des Nitriervorganges. Dabei kann die Permeabilität an Teilen gemessen werden, wie sie dem Nitriervorgang entnommen wurden, also ohne jegliche weitere Reinigung - im folgenden als "rau" bezeichnet. Es kann aber auch das übliche Abziehen auf Papier erfolgen - im folgenden als "glatt" bezeichnet. Generell führt eine Messung im "rauen" Zustand zu größeren Streuungen und auch zu niedrigeren Werten. Man muss sich vor Augen halten, dass neben dem Nitriervorgang noch die weitere Handhabung der Teile inklusive des Transportes unter nicht staubarmen Bedingungen erfolgen. Ein Vergleich und die Bewertung der magnetischen Eigenschaften sollte also anhand der Messung an über Papier gezogenen Teilen erfolgen, der sonst auch üblichen Messbedingung.

[0047] Fig. 4 zeigt die statische Permeabilität an Relais aus PERMENORM 5000V5.

[0048] Fig. 5 zeigt die statische Permeabilität an Relais aus CHRONOPERM 50.

[0049] Fig. 6 zeigt die statische Permeabilität an Relais aus CHRONOPERM 50 mit gegenüber Fig. 5 geänderten Nitrierbedingungen.

[0050] Betrachtet man die Ergebnisse für PERMENORM 5000V5 (Fig. 4) und CHRONOPERM 50 (Fig. 5 und 6 - zwei verschiedene Nitrierbedingungen), so ist die Permeabilitätsabnahme im Rahmen dessen, was auch an den Stanzringen gesehen wurde. Dies würde also dafür sprechen , dass keine wesentliche Luftspaltveränderung stattgefunden hätte. Diese Schlussfolgerung kann anhand der Ergebnisse für den auf Papier abgezogenen "glatten" Zustand gezogen werden. Ohne Abziehen auf Papier kommt es zu größeren Streuungen - auch schon an nicht nitrierten Teilen (s.o.).

[0051] Tab. 20 zeigt Statische Maximalpermeabilität an Stanzringen und an Relais für verschiedene Nitrierbedingungen.

	unnitriert	24h/380°C	24h/440°C	12h/460°C	8h/480°C	18h/450°C
V5-Stanzring	93.284	94.703	67.845	55.796	46.673	56.556
V5-Relais*)	17.829	16.937	14.790	14.824	12.763	13.770
CHR50-Stanzring	111.171	n.g.	101.784	94.583	82.298	94.583
CHR50-Relais *)	11.850	10.816	12.805	11.293	11.642	12.830

*) Bei Messungen am Relais wurden Polstück u. Anker auf Papier abgezogen, d.h. "glatter" Zustand.

[0052] Setzt man nun das Permeabilitätsergebnis µ(B) wie es an Stanzringen gemessen wurde und die effektive Permeabilität µ*, gemessen an Relais, d.h. am Magnetkreis aus Polstück und Anker, in die Scherungsformel

ein, so kann man den Luftspalt berechnen. Dies gilt zumindest für den Bereich kleinerer Aussteuerungen Bei größerer Aussteuerung wird das Ergebnis aufgrund von Sättigungseffekten verfälscht. Betrachtet man das Ergebnis für den "rauen" Zustand, so fällt das Ergebnis für 410°C/Luft auf. Durch das Nitrieren mit Luftzusatz waren die Teile fleckig angelaufen. Die Fe-reiche Oxidschicht führt naturgemäß zu einer deutlichen Luftspaltvergrößerung. Ansonsten streuen die Ergebnisse um 2 bis 3 µm, ohne eine Tendenz bezüglich der Nitrierbedingungen erkennen zu lassen. Für durch Abziehen auf Papier gereinigte Funktionsflächen ergibt sich ein konsistentes Bild - eine Luftspaltveränderung durch den Nitriervorgang ist nicht feststellbar, s. Fig. 8 und 9.

[0053] Fig. 7 zeigt den Luftspalt eines Relais aus PERMENORM 5000V5 (rau), bestimmt aus statischer Permeabilitätsmessung.

[0054] Fig. 8 zeigt den Luftspalt eines Relais aus 5000V5 (glatt), bestimmt aus statischer Permeabilitätsmessung.

[0055] Fig. 9 zeigt den statischen Luftspalt eines Relais aus CHRONOPERM 50 (glatt)

[0056] Da es beim Nitrieren unter diesen Nitrierparametern praktisch nicht zu Luftspaltveränderungen kommt, ist die Veränderung der dynamischen Materialpermeabilität entscheidend für die Relaiseigenschaften. Oben angeführte Ergebnisse hatten eine Verschlechterung der statischen magnetischen Eigenschaften gezeigt. Aufgrund der Materialstärke knapp über 1mm im Falle der Anker und von 1,98 mm im Falle der Polstücke ist bei dieser 50 Hz-Anwendung aufgrund der Wirbelstromeffekte eine Einebnung dieser Degradation zu erwarten. Die Figuren 10 bis 13 zeigen nun beispielhaft das Ergebnis für die beiden Legierungen, jeweils ohne Gleichfeldüberlagerung und mit dc-Vormagnetisierung von 0,45 T. Wie schon an den H_c-Werten erkennbar, reagiert CHRONOPERM 50 weniger als PERMENORM 5000V5. Es ist eine klare Tendenz zur Verschlechterung der Magnetik mit stärker werdenden Nitrierbedingungen, d.h. zunehmender Temperatur, erkennbar. Insgesamt jedoch hält sich die Degradation im Rahmen. Anhand dieser Ergebnisse sind für Messungen an Relais deutlich geringere Impedanzeinbußen zu erwarten, als dies bei den ansonsten eher üblichen Nitriertemperaturen oberhalb 500°C bisher der Fall war. Eine komplette Übersicht der Ergebnisse anhand der Daten für die dynamische 50Hz-Maximalpermeabilität zeigt die Tab. 21.

[0057] Fig. 10 zeigt die Dynamische Permeabilität von PERMENORM 5000V5 an Stanzringen ohne Gleichfeld.

[0058] Tab. 21 zeigt die 50Hz-Maximalpermeabilität an Stanzringen und an Relais für verschiedene Nitrierbedingungen.

	unnitriert	24h/380°C	24h/440°C	12h/460°C	8h/480°C	18h/450°C
V5-Stanzring	20.457	19.896	16.082	15.579	14.235	15.724
V5-Relais *)	7.392	6.147	6.009	6.420	5.936	5.451
CHR50-Stanzring	26.845	n. g.	22.775	21.833	20.415	21.716
CHR50-Relais *)	7.123	6.251	6.761	6.718	6.785	7.054

*) Bei Messungen an Relais wurden Polstück und Anker auf Papier abgezogen, d.h. "glatter" Zustand.

[0059] Fig. 11 zeigt die Dynamische Permeabilität von PERMENORM 5000V5 an Stanzringen mit Gleichfeld.

[0060] Fig. 12 zeigt die Dynamische Permeabilität von CHRONOPERM 50 an Stanzringen ohne Gleichfeld

[0061] Fig. 13 zeigt die Dynamische Permeabilität von CHRONOPERM 50 an Stanzringen mit Gleichfeld.

[0062] In den Tabellen 22 und 23 sind die Induktionsspannungen am Relais, wie sie auch in der Fertigung gemessen werden, und daraus abgeleitete Größen für die verschiedenen Nitrierversuche im Temperaturbereich von 380°C bis 480°C zusammengefasst. Die Ergebnisse im nicht nitrierten Zustand dienen als Vergleichswerte. Die felderzeugende Primärwicklung hat N₁=10 Windungen, die Sekundärwicklung, an der die Induktionsspannungen gemessen wurden, hat N2=200 Windungen. Die mittlere Eisenweglänge der Relais beträgt l_Fe=3,4cm, der mittlere Eisenquerschnitt A_Fe=0,069cm². Index 1 steht für die Feldstärke Ĥ=270mA/cm, Index 2 für Ĥ=500mA/cm, Index DC für Gleichfeldüberlagerung von B₌=0,45 Tesla. Der Strom, der durch die Primärwicklung fließen muss, ergibt sich aus folgender Gleichung:

Die Induktionswerte ergeben sich unter Annahme eines Formfaktors FF=1,11 aus der Gleichung

und der Beziehung

Die Permeabilitäten µ* ergeben sich aus µ*

[0063] Tab. 22 zeigt die Induktionsspannungen (Effektivwerte) und daraus abgeleitete Größen (Spitzenwerte) bei Relaisteilen aus PERMENORM 5000V5 für verschiedene Nitriervarianten Nitrierbehandlung: 24h/K_N=10 (wenn nicht anders angegeben). Es sind jeweils Mittelwerte aus mehreren Einzelmessungen angegeben.

Mittelwerte	nicht über Papier gezogen ("rauh")
Nitrierbehandlung	U1 /mV	B1 /T	µ*	U2+DC/ mV	B2+DC /T	µ*
Nicht nitriert	63,64	0,208	6130	79,84	0,260	4138
380°C/ mit Luft
410°C/ mit Luft
380°C/ mit H2O	67,25	0,220	6470	89,48	0,292	4649
440°C/ mit H2O	63,70	0,208	6130	84,60	0,276	4395
12h/460°C/ mit H2O	45,99	0,150	4425	66,76	0,218	3468
8h/480°C/ mit H2O	60,86	0,199	5855	81,28	0,265	4223
18h/450°C/ mit H2O	45,27	0,148	4355	57,41	0,187	2982
Mittelwerte	über Papier gezogen ("glatt")
Nitrierbehandlung	U1 /mV	B1 /T	µ*	U2+DC/ mV	B2+DC /T	µ*
Nicht nitriert	67,59	0,220	6496	85,69	0,277	4416
380°C/ mit Luft	68,42	0,223	6583	88,20	0,288	4582
410°C/ mit Luft	69,90	0,228	6724	91,33	0,298	4745
380°C/ mit H2O	72,80	0,238	7003	95,83	0,313	4978
440°C/ mit H2O	67,40	0,220	6484	89,81	0,293	4666
12h/460°C/ mit H2O	67,03	0,219	6448	88,86	0,290	4617
8h/480°C/ mit H2O	65,41	0,213	6292	85,16	0,278	4424
18h/450°C/ mit H2O	61,28	0,200	5895	78,17	0,255	4061

[0064] Tab. 23: Induktionsspannungen (Effektivwerte) und daraus abgeleitete Größen (Spitzenwerte) bei Relaisteilen aus CHRONOPERM 50 für verschiedene Nitriervarianten Nitrierbehandlung: 24h/K_N=10 (wenn nicht anders angegeben). Es sind jeweils Mittelwerte angegeben.

Mittelwerte	nicht über Papier gezogen ("rauh")
Nitrierbehandlung	U1 /mV	B1 /T	µ*	U2+DC/ mV	B2+DC /T	µ*
Nicht nitriert	73,78	0,241	7091	86,70	0,283	4500
380°C/ mit Luft
410°C/ mit Luft
380°C/ mit H2O	65,81	0,215	6331	72,90	0,238	3787
440°C/ mit H2O	60,93	0,199	5861	68,85	0,225	3577
12h/460°C/ mit H2O	54,49	0,178	5242	67,34	0,220	3499
8h/480°C/ mit H2O	55,46	0,181	5335	65,99	0,215	3428
18h/450°C/ mit H2O	55,78	0,182	5366	66,03	0,216	3430
Mittelwerte	über Papier gezogen ("glatt")
Nitrierbehandlung	U1 /mV	B1 /T	µ*	U2+DC/ mV	B2+DC /T	µ*
Nicht nitriert	78,27	0,255	7522	92,7	0,302	4811
380°C/ mit Luft	67,89	0,222	6531	77,01	0,251	4001
410°C/ mit Luft	66,88	0,218	6434	73,04	0,238	3794
380°C/ mit H2O	67,86	0,222	6529	76,82	0,251	3991
440°C/ mit H2O	69,93	0,228	6728	79,12	0,258	4111
12h/460°C/mit H2O	72,78	0,238	7001	86,59	0,283	4498
8h/480°C/mit H2O	70,83	0,231	6814	81,61	0,266	4239
18h/450°C/mit H2O	73,99	0,242	7118	87,68	0,286	4555

[0065] Die Ergebnisse muss man vergleichen mit dem damaligen Stand der Fertigung von FI-Relaisteilen mit einem Mittelwert für die entscheidende Messgröße U2_DC von typischerweise knapp über 80 mV. Erschwerend hinzu kommt noch der zweimalige Transport der Versuchsteile einmal hin zum Nitrieren und dann wieder zurück, jeweils mit Express-Transport und die zusätzlichen Handhabungsschritte für den Nitriervorgang. Vor diesem Hintergrund ist das Ergebnis sehr zufriedenstellend. Es ist also möglich, durch Nitrieren Relaisteile herzustellen, deren Oberflächenhärte diejenige bisher angewandter Verfahren übertrifft, und dies im Gegensatz zu den bisher üblichen Verfahren bei minimaler Einbuße an Permeabilität bzw. Impedanz.

[0066] In der Tabelle 24 sind die Induktionsspannungen aufgelistet, wie sie für ein Relais gemessen werden. Alle Polstücke sind aus PERMENORM 5000V5, die Anker sind aus verschiedenen Legierungen nach unterschiedlichen Behandlungen.

[0067] Das Ti-haltige RECOVAC 50 wurde in einem Stichversuch anhand von Ankern aus RECOVAC 50 untersucht. Gemessen wurde jeweils mit aktuellen Polstücken aus PERMENORM 5000V5 und zum Vergleich auch mit Ankern aus V5. Tab. 24 zeigt das Ergebnis. Aufgrund des mit der NiPd-Beschichtung verbundenen Luftspaltes sinkt das Impedanzniveau erheblich ab. Unbeschichtetes RECOVAC 50 ist dagegen besser. Bei RECOVAC 50 ist die Impedanzverschlechterung durch das Nitrieren deutlicher - die Härtesteigerung war allerdings auch so stark wie mit Abstand bei keiner anderen Legierung (s. oben). Das erreichte Niveau entspricht dem Niveau, wie es vor Installation der neuen Eingießanlage üblich war. Anzumerken ist noch die bereits oben aufgeführte Feststellung, dass bei RECOVAC 50 eine Härtung nur an geschliffenen Flächen auftritt.

[0068] Tab. 24 zeigt das Ergebnis der Impedanzmessungen an diversen Teilen. Gemessen wurde jeweils mit neuen Polstücken aus einem Los (gefertigt über neue Eingießanlage). Angegeben in der Tabelle ist U_Z02 (mV).

5000V5, unnitriert	V5 unnitriert - NiPd	RECOVAC 50 unnitriert	R50 + 18h/450°C	R50 + 8h/480°C
39,4 ± 3,9	25,8 ± 3,9	29,3 ± 3,3	21,8 ± 4,9	22,3 ± 4,2

[0069] Die Figuren 14 bis 17 zeigen nun beispielhaft den Verlauf der 50 Hz - µ(H)-Kurve, gemessen an Relais. Auch hier ist in der anwendungsnahen Messung mit dc-Vorbelastung von 0,45 T sowohl für PERMENORM 5000V5 (Fig. 15), als auch für CHRONOPERM 50 (Fig. 17) praktisch keine Einbuße feststellbar. Ebenso gibt es bei den über die Scherungsformel ermittelten Luftspalten keine signifikanten Unterschiede zum Zustand ohne Oberflächenhärtung, wie am Beispiel PERMENORM 5000V5 (Fig. 18) und CHRONOPERM 50 (Fig. 19) ersichtlich.

[0070] Fig. 14 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus PERMENORM 5000V5 ohne Gleichfeldvorbelastung.

[0071] Fig. 15 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus PERMENORM 5000V5 mit dc-Vorbelastung von 0,45 T.

[0072] Fig. 16 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus CHRONOPERM 50 ohne Gleichfeldvorbelastung.

[0073] Fig. 17 zeigt die Dynamische Permeabilität an einem Relais aus CHRONOPERM 50 mit dc-Vorbelastung von 0,45 T.

[0074] Fig. 18 zeigt einen Luftspalt eines Relais aus PERMENORM 5000V5 im "glatten" Zustand ohne Gleichstromüberlagerung ermittelt über die Scherungsformel aus der an Stanzringen bestimmten 50Hz-Permeabilität und der an Relais bestimmten µ(H)-Kurve.

[0075] Fig. 19 zeigt einen Luftspalt eines Relais aus CHRONOPERM 50 im "rauen" Zustand ohne Gleichstromüberlagerung ermittelt über die Scherungsformel aus der an Stanzringen bestimmten 50Hz-Permeabilität und der an Relais bestimmten µ(H) -Kurve.

[0076] Zur Bewertung der verschiedenen Oberflächenbehandlungen kann nun einmal das Ergebnis für die Oberflächenhärte und zum anderen die Auswirkung auf die Permeabilität bzw. Impedanz herangezogen werden. Dieses Ergebnis zeigt Fig. 20. Es wird klar, dass die Oberflächenhärtung durch Nitrieren die bestmögliche Kombination aus optimaler Härte und höchstmöglicher Permeabilität darstellt.

[0077] Fig. 20 zeigt die Permeabilität mit dc-Vorbelastung von 0,45 T - aufgetragen ist die Messgröße U2_dc - als Funktion der Oberflächenhärte der Anker für verschiedene Zustände. Dabei steht "unbehandelt" für den geschliffenen Zustand. Bei den galvanischen Beschichtungen wird nur jeweils der Anker beschichtet - gemessen jeweils mit normalen, lediglich geschliffenen Polstücken aus 5000V5. Bei nitrierten Teilen sind sowohl Anker als auch Polstück nitriert worden.

[0078] Über die Ergebnisse an VACOFLUX 17 bei höheren Nitriertemperaturen von 510 bis 570°C wurde schon früher berichtet. Nur bei 570°C konnte ein starker Härtungseffekt festgestellt werden, allerdings bei erheblichen Einbußen bezüglich der Magnetik. Im Rahmen der weiter durchgeführten Untersuchungen zum Nitrieren von FI-Relaisteilen lief das VACOFLUX 17 nebenher mit. Durch das Nitrieren bei niedrigeren Temperaturen kann die magnetische Beeinträchtigung gänzlich vermieden werden und es werden vergleichbar hohe Oberflächenhärten um 1.000 (HV0,1) erzielt. Die N-Konzentration als Funktion der Tiefe nimmt aber in der Regel früher ab. Eine extrem hohe N-Konzentration wurde allerdings für den Versuch K_N=10 bei 480°C erzielt, verbunden mit sehr großer Härte und sehr großer Eindringtiefe.

[0079] Zur Charakterisierung der oberflächenhärtenden Schicht wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Insbesondere galt es zu klären, wie die Schicht aufgebaut ist, und in welcher Form der Stickstoff in der Randschicht vorliegt. Für diese Untersuchungen wurden Proben aus den Legierungen CHRONOPERM 50 und PERMENORM 5000V5 verwendet, welche für 12h bei 460°C oxinitriert worden waren. Tab. 25 gibt die Legierungszusammensetzung an. Die Figuren 21a und 21b zeigen die dazugehörigen GDOS-Tiefenprofile. Man erkennt für beide Legierungen eine Anreichung von Sauerstoff im unmittelbaren Oberflächenbereich, etwa bis in eine Tiefe von ca. 2 µm. Dies ist bedingt durch das gewählte Nitrierverfahren. Durch Oxinitrieren mit einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck kann eine effektive Oberflächenhärtung erreicht werden.

[0080] Tab. 25 zeigt die Zusammensetzung der untersuchten Legierungen (Gew.-%).

	Ni	Cr	Mn	Si	Rest*)
PERMENORM 5000V5	47,5	< 0,1	0,5	0,2	Fe
CHRONOPERM 50	47,5	2,0	0,45	0,15	Fe

*) Neben Fe sind noch erschmelzungsbedingte und unvermeid bare Verunreinigungen enthalten.

[0081] Figur 21a zeigt GDOS-Tiefenprofil für PERMENORM 5000V5 und Figur 21b: GDOS-Tiefenprofil für CHRONOPERM 50.

[0082] Zur Klärung der Frage des Auftretens von Nitridverbindungen und/oder der Entstehung einer Nitridverbindungsschicht wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Zunächst erfolgte eine Untersuchung auf laterale Homogenität mittels ortsaufgelöster Auger-Spektroskopie.

[0083] Bei diesem Verfahren wird die Oberflächenschicht mittels eines Ionenstrahls abgesputtert. Von Zeit zu Zeit wird der Sputtervorgang unterbrochen, und ortsaufgelöst das Augerspektrum der Oberfläche aufgenommen. Auf diese Weise erhält man eine Information über die laterale Verteilung der in der Legierung enthaltenen wesentlichen Elemente in verschiedenen Abständen von der Oberfläche.

[0084] Die Ergebnisse zeigten stets eine Anreicherung der Oberflächenschicht mit Sauerstoff, bedingt durch das gewählte Verfahren des Oxinitrierens.. Auffallend ist dabei das deutliche Sauerstoffsignal auf der Oberfläche, welches nach Sputtern so nicht mehr festgestellt wird.

[0085] Anzumerken ist noch, dass das ebenfalls festzustellende Kohlenstoff-Signal durch Kontamination der Oberfläche mit Organik bedingt ist. Man findet dies jedoch nur auf der O-berfläche - es verschwindet nach kürzester Sputterzeit. Diese C-Anreicherung auf der Oberfläche ist daher technisch nicht von Bedeutung. Es konnten keine nennenswerten lateralen Inhomogenitäten auf der Skala der Auflösung dieser Methode (ca. 0,5 µm) festgestellt werden, also kein Hinweis auf das Auftreten grober Nitridausscheidungen.

[0086] Des Weiteren erfolgte auch eine Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen. Es wurden aus 0,2mm dickem Band übliche 3mm-Durchmesser TEM-Proben ausgestanzt. Anschließend wurden diese der üblichen Schlussglühung 5h/1150°C/H2 unterzogen. Danach wurde eine Seite mit einem handelsüblichen TENUPOL-Gerät einseitig elektropoliert und anschließend bei 450°C für 18h oxinitriert mit K_N=10. Danach wurde die TEM-Probe von der zuvor nicht polierten Seite mittels TENUPOL bis zur Entstehung eines Loches durchgedünnt. Die durchstrahlbaren Ränder des Loches enthalten damit den oberflächennahen Bereich der anderen Probenseite. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie wurden keine Hinweise auf eine durchgängige Verbindungsschicht gefunden. Außerdem ergaben sich keine eindeutigen Hinweise auf Nitridausscheidungen

[0087] Schließlich wurde noch mittels hochauflösender Rasterelektronenmikroskopie nachgewiesen, dass die Proben frei von einer Verbindungsdeckschicht sind. Auch hier fanden sich keine Hinweise auf Nitride im oberflächennahen Bereich unterhalb der Oberfläche. Mit mehreren Methoden (Transmissionselektronenmikroskopie, hochauflösende Rasterelektronenmikros-kopie, streifende Röntgenbeugung) konnten keine Nitride nachgewiesen werden. Daraus folgt, dass der in sehr großen Mengen in der Randschicht vorhandene Stickstoff wohl wesentlich interstitiell (im Zwischengitter) gelöst vorliegt.

[0088] Die Ergebnisse der Untersuchungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Keine Verbindungsdeckschicht: dies ist auch Vorraussetzung für ein hohes Impedanzniveau der Relais, da die Deckschicht unmagnetisch wäre und als Luftspalt wirken würde.
• Bisher kein Nachweis für das Vorliegen von Nitridausscheidungen im oberflächennahen Bereich unterhalb der Oberfläche: dies deutet darauf hin, dass die Härtesteigerung hier wesentlich durch interstitiell gelösten Stickstoff bewirkt wird.
• Damit liegt der Phasenanteil an Eisennitrid im Tiefenbereich von 1 µm unterhalb der Oberfläche sicher unter einer praktischen Nachweisgrenze von 10 Gew.-%.

[0089] Versuche zum Nitrieren von FI-Relaisteilen aus NiFe(Cr)-Legierungen haben gezeigt, dass eine erhebliche Steigerung der Oberflächenhärte machbar ist. So können mit CHRONOPERM 50 Oberflächenhärten HV0,01 von über 400 erzeugt werden, welche die Härte der heute üblichen galvanischen oder Sputterbeschichtungen deutlich übersteigt. Dies gelingt sogar mit PERMENORM 5000V5, allerdings auf etwas niedrigerem Niveau von HV0,01=350. Das erfindungsgemäße Verfahren erzielt eine minimale Einbuße an Permeabilität bzw. Impedanz im Relais. Während man mit den heute üblichen Beschichtungen 1/3 bis zur Hälfte der Impedanz aufgrund des Luftspaltes verliert, ist die Einbuße beim hier erarbeiteten Verfahren sehr gering. Durch das jetzt erarbeitete Verfahren konnte die Korrosionsbeständigkeit nitrierter Teile im üblichen Klimatest hergestellt werden. In den verschiedenen untersuchten aggressiveren Tests schnitt CHRONOPERM 50 meistens besser ab, als PERMENORM 5000V5.

[0090] Folgende Randbedingungen für eine bevorzugte Art der Fertigung nitrierter Relaisteile können für sich oder im Zusammenwirken zudem angegeben werden:

• Das Nitrieren muss nach dem Schleifen direkt nach der Reinigung der Teile erfolgen;
• Die Polstücke und Anker sollen geordnet auf geeigneten Glühunterlagen positioniert werden, so dass die Funktionsfläche frei liegt. Dafür werden (schonende) Handhabungssysteme notwendig sein;
• Die Anker müssen eine unterscheidbare Funktionsseite (welche beim Nitrieren frei liegt) und Gegenseite (mit schlechterem Gaszutritt) aufweisen;
• Die Handhabung der Teile beim Positionieren auf die Glühunterlagen, beim Transport etc. muss höchsten Ansprüchen genügen, um keine zusätzliche Degradation und Streuung einzufangen.
• Eine Sichtkontrolle, die Endprüfung und das Verpacken sollten erst nach dem Nitriervorgang erfolgen;.

Ansprüche

1. Weichmagnetisches Aktuatorteil mit durch Nitrieren gesteigerter Oberflächenhärte von mindestens 150 HV0,01, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration:

im Tiefenbereich	Spitzenwert der maximalen N-
bis 1 µm	Konzentration von mindestens 0,2 Gew.%,
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 1 µm	0,25 Gew.%,
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens 0,1
von 2 µm	Gew.%,
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 5 µm	0,05 Gew.%.

2. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 1 bestehend aus einer Legierung auf Ni-Basis mit einem Ni-Gehalt von 35 bis 85 Gew.%.

3. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke H_c< 200 mA/cm.

4. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke H_c < 100 mA/cm.

5. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke H_c < 70 mA/cm.

6. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration:

im Tiefenbereich	Spitzenwert der maximalen N-
bis 1 µm	Konzentration von mindestens 0,5
	Gew.%.
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 1 µm	0,5 Gew.%
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 2 µm	0,35 Gew.%
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 5 µm	0,2 Gew.%.

7. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 1 bestehend aus einer weichmagnetischen Co-haltigen Fe-Basislegierung

8. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Co-Gehalt 10 bis 50 Gew.% beträgt.

9. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration:

im Tiefenbereich	Spitzenwert der maximalen N-
bis 1 µm	Konzentration von mindestens 0,5
	Gew.%,
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 1 µm	0,5 Gew.%,
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 2 µm	0,2 Gew.%,
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 5 µm	0,1 Gew.%,

10. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgendes Tiefenprofil der N-Konzentration:

im Tiefenbereich	Spitzenwert der maximalen N-
bis 1 µm	Konzentration von mindestens 1 Gew.%.
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 1 µm	0,7 Gew.%
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 2 µm	0,5 Gew.%
bei einer Tiefe	eine N-Konzentration von mindestens
von 5 µm	0,3 Gew.%

11. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Koerzitivfeldstärke Hc < 2 A/cm,

12. Weichmagnetisches Aktuatorteil nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine niedrige Koerzitivfeldstärke Hc < 1,5 A/cm

13. Verwendung eines weichmagnetischen Aktuatorteils nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Relais für Fehlerstromschutzschalter.

14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei das weichmagnetische Aktuatorteil geschliffene und nachträglich nitrierte Funktionsflächen mit mindestens einer Härte HV0,01 von 220 aufweist.

15. Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais einen Magnetkreis mit Polstück und Anker aufweist, wobei an einem der beiden oder an beiden Teilen eine 50-Hz-Maximalpermeabilität von mindestens 4.000 gegeben ist.

16. Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines elektromagnetischen Aktuatorteils nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Nitrieren in einem Temperaturbereich zwischen 380°C und 480°C erfolgt und bei einer Nitrierkennzahl K_N ≈ 10.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrieren in einer Sauerstoffatmosphäre (Oxinitrieren) bei einer Oxidationskennzahl K_O ≈ 0,20 vorgenommen wird.

Zeichnung