Die Erfindung betrifft ein pulvermetallurgischhergestelltes weichmagnetisches Formteil mit hoher Maximalpermeabilität, und einVerfahren zur Herstellung dieses Formteils aus metallischen Pulverteilchen,wobei die Pulverteilchen mit einer elektrischen Isolationsschichtversehen werden, so dass bei Anwendung des Formteils als Magnetkernin Wechselfeldern, wie sie beispielsweise in schnellschaltendenMagnetventilen auftreten können,die Wirbelstromverluste gering sind. Ferner betrifft die Erfindungdie Verwendung dieses Formteils in dynamischen Anwendungen, wiebeispielsweise als Magnetkerne in Magnetventilen in Einspritzanlagen vonKraftfahrzeugen, als Kerne von Zündspulen,als Joche in Magnetsystemen zur Ventilsteuerung oder als Rotor bzw.Stator in Motoranwendungen.

Bei der Entwicklung weichmagnetischerPulververbundwerkstoffe der oben genannten Art werden folgende Eigenschaftengleichzeitig optimiert: 1. ein maximaler spezifischerWiderstand, aus welchem minimale Wirbelstromverluste resultieren;2. eine minimale Koerzitivfeldstärke, durch welche minimaleHystereseverluste bewirkt werden;3. eine maximale Permeabilität;4. ein maximaler Füllgradmit Magnetmaterial, d.h. eine hohe Dichte, aus der eine maximaleSättigungspolarisationresultiert.

Insbesondere die Forderungen an denspezifischen Widerstand und die Koerzitivfeldstärke lassen sich in der Regelschlecht miteinander vereinbaren, da die notwendige Glühung zurReduzierung der Koerzitivfeldstärkein der Regel auch zu einer Verringerung des spezifischen Widerstandesführt.

Untersuchungen zeigen aber bei gegebenenKoerzitivfeldstärkendas beste Widerstandsniveau, wenn man gleichzeitig relativ große Wertefür Permeabilität und Dichtefordert. Es gewährleisteteine Reduzierung der Koerzitivfeldstärke unter Beibehaltung eineshohen Widerstandniveaus.

Die US2,601,212 schlägtzur Herstellung von weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen für Anwendungenim Hochfrequenzbereich ein Verfahren vor, bei dem phosphatiertesCarbonyleisen mit 1 bis 6 Gew.% Organosilanen als Binder versetztwerden. Nach dem Verpressen werden die Formteile bei Temperaturenum die 150°Causgehärtet.Eine Glühungund damit eine Zersetzung der Organosilane findet nicht statt, dasheißt,die Organosilane werden polymerisiert und liegen im fertigen Formteilals Binderpolymer vor. Die damit erzeugten Formteile sind bzgl.Einsatzfrequenzen kleiner 10 kHz untauglich.

Ein Verfahren, welches dieser TatsacheRechnung trägt,ist in der DE 34 39 397 beschrieben.Nach diesem Verfahren werden Pulverteilchen, die mit einer Phosphatisolationversehen sind, einer Glühungin oxidierender Atmosphärebei einer Temperatur von maximal 600°C unterzogen. Die Glühbehandlungführt zueiner Absenkung der Koerzitivfeldstärke des Eisens und erhöht aufgrundder Entstehung von Eisenoxid zwischen den Pulverteilchen die Festigkeitdes Formteils.

Ein ähnliches Verfahren mit anschließender Glühung zeigt,dass ein Schutz der mit einer Phosphatisolation versehnen Pulverteilchenwährenddes Pressens mittels einer organischen Harzschicht möglich ist.

Diese aus dem Stand der Technik bekanntenpulvermetallurgisch hergestellten Formteile sind bezüglich derMaximalpermeabilität,welche bei 50 Hz und H = 10 A/cm bestimmt ist, herkömmlichenweichmagnetischen Legierungswerkstoffen noch deutlich unterlegen.So werden im allgemeinen Maximalpermeabilitäten von bis zu 200 erreicht.Für bestimmteAnwendungen der Formteile, beispielsweise als Kernmaterial in Magnetventilender Kraftfahrzeugtechnik, ist jedoch häufig eine Maximalpermeabilität von mindestens275 vorzugsweise größer 300,erwünscht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindungist es daher, ein Formteil mit weichmagnetischen Eigenschaften, hoherMaximalpermeabilität,welche bei 50 Hz und H = 10 A/cm bestimmt ist, bei gleichzeitighoher mechanischer Festigkeit bereitzustellen. Eine weitere Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines weichmagnetischenpulvermetallurgisch hergestellten Formteils mit schnellem Ansprechverhalten,wobei unter einem guten Ansprechverhalten erfindungsgemäß verstandenwird, dass die frequenzabhängigeMaximalpermeabilitäteines Kerns aus diesem Material im gesamten Frequenzband von 0 bis4 kHz vorzugsweise mindestens 200 beträgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einpulvermetallurgisch hergestelltes Formteil aus verpressten und geglühten weichmagnetischenphosphatbeschichteten Pulverteilchen gelöst, wobei die phosphatbeschichtetenPulverteilchen vor der Glühungmit organofunktionellen Silanen beschichtet worden sind, wobei derGewichtsanteil der organofunktionellen Silane zwischen 0,1 und 3Gew.% an dem ungeglühtenFormteil liegt und nach der Glühungdas Formteil keine polymerisierten Organosilane enthält, gekennzeichnetdurch einen spezifischen Widerstand ρ ≥ 10 μΩm, eine Koerzitivfeldstärke Hc ≤ 3,0A/cm, Hystereseverlusten WH ≤ 0,1 J/kgbei einer Aussteuerung von B = 1 Tesla, einer Maximalpermeabilität (gemessenbei f = 50 Hz) 275und eine Dichte γ ≥ 7,1 g/cm3.

Der wesentliche Gedanke der vorliegendenErfindung liegt zum einen in der isolierenden Wirkung des Materialsund zum anderen in der schmierenden Wirkung der Silanschicht. Letztereergibt sich dadurch, dass das organofunktionelle Silan nicht zuSiloxan auspolymerisiert wird, wie das in der oben genannten US 2,601,212 der Fall ist.Dies würdebei Temperaturen von ca. 100–150°C geschehen,beim Beschichtungsprozess wird das Pulver aber lediglich bei ca.50°C getrocknet.Bei der anschließendenGlühungder gepressten Teile kommt es dann zur Polymerisierung, allerdingssind die entstehenden Siloxane nicht sehr temperaturbeständig, sodass sie oberhalb von ca. 200°Czerstörtwerden. Es verbleibt im wesentlichen SiO2 imWerkstoff.

Insgesamt hat sich gezeigt, dasseine Glühung,bei der die Organosilane zersetzt werden, nach dem Pressen geeignetist, die besagten Verluste zu verringern. Zur möglichst effektiven Ausheilungvon kristallinen Defekten und zur Förderung des Kornwachstums wären an sichmöglichsthohe Temperaturen im Bereich von etwa 1100°C wünschenswert. Allerdings würde beidieser Temperatur die auf der Oberfläche der Pulverteilchen befindlichePhosphatisolation zerstörtwerden.

Durch die schmierende Wirkung dernicht auspolymerisierten Silanschicht des Pulvers vor dem Verpressenkann der Anteil des Presshilfsmittels deutlich reduziert werden.Typischerweise wird Presshilfsmittel in einer Menge von ca. 0.5Gew.% zugesetzt. Durch das Silan kann dieser Anteil auf 0.25 bzw.0,125 Gew.% oder sogar 0 Gew.% gesenkt werden. Dies ist vorteilhaftfür dieresultierende Dichte des Werkstoffes und für die spezifische Gesamtverlustleistung(in W/kg).

Diese setzt sich aus den Hystereseverlustenund den Wirbelstromverlusten zusammen: pFe = pH +pW(1)

Dabei gilt eine proportionale Abhängigkeitder Hystereseverlustleistung von der Frequenz: pH =WH⋅f (2)

Die Wirbelstromverluste wiederumenthalten zwei Anteile. Einerseits fließen die Wirbelströme innerhalbder Pulverpartikel, andererseits auch über das gesamte Teilevolumen: pW =pWP + pWV(3)

Fürdie Berechnung der Wirbelstromverlustleistung gilt allgemein: (geometrieabhängiger Vorfaktorz, Durchmesser d, spez. Widerstand ρel,Dichte γ,Induktion B mit Exponenten q, Frequenz f)

Bei der Wirbelstromverlustleistunginnerhalb der Pulverpartikel (mittlerer Durchmesser d) gilt derVorfaktor z = π2/20 (nach K. Honma und N. Hirano, R D 2, 40–42 (1980)).Für denWiderstand und die Dichte sind die Werte für Reineisen einzusetzen (γFe =7,87 g/cm3 und ρFe =0,1 μΩm) .

Fürdie Berechnung der Wirbelstromverlustleistung über das gesamte Teilevolumenwird die untersuchte Ringgeometrie in guter Näherung mit einer Toroidformangenähert.Man erhältden Vorfaktor z = π2/16 (nach R. M. Bozorth, Ferromagnetism,IEEE Press, NewYork, 1993). Weiterhin benötigt man den EisendurchmesserD des Toroids und die makroskopische Dichte. Legt man die gemessenenHystereseverluste und Widerständezugrunde, ergibt sich folgende Gleichung für die Gesamtverlustleistung(bei einer Aussteuerung von B = 1 T):
pFe ≤ WH × f+ 627 (Ws2)/(kgm2) × d2 × f2 + c × D2 × f2
mit der Obergrenze für die HystereseverlusteWH ≤ 0,14J/kg.

Währendder Glühbehandlungsetzen sich die organofunktionellen Silane in deren bei den entsprechendenReaktionsbedingungen entstehenden Reaktionsprodukte um. Beispielefür solcheReaktionsprodukte sind Siliziumoxide und Siliziumcarbide.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt,dass Formteile, die auf bekannte Weise isolierte Pulverteilchen,z.B. mittels Phosphaten isolierte Pulverteilchen, enthalten, durchEinsatz von organofunktionellen Silanen noch weiter verbessert werden können. Auchgegenübereiner ausschließlichdurch den Einsatz einer Silizium enthaltenden Substanz gebildetenIsolationsschicht, ergibt sich eine Verbesserung der Eigenschaften deserfindungsgemäßen Formteils.

Die erfindungsgemäßen Formteile weisen gegenüber allenbekannten Formteilen mit vergleichbar hoher mechanischer Festigkeiteine höhereMaximalpermeabilitätauf.

Die Maximalpermeabilität wird gemäß der Erfindungbei H = 10 A/cm und f = 50 Hz bestimmt.

Beschreibung der Methode zur Bestimmungder Maximalpermeabilität.

Auf einen isolierten Ring der Probemit den Dimensionen 33 × 20 × 6 mm2 (Außen-/Innendurchmesser/Höhe) werdeneine Primärwicklungmit 100 Windungen und eine Sekundärwicklung mit 20 Windungenaufgebracht. Die Erregung des Feldes erfolgt mittels einer Sinusspannungmit einstellbarer Frequenz. An der Sekundärwicklung wird die Induktionsspannungmit einem Voltmeter ermittelt.

Die Maximalpermeabilität wird imallgemeinen durch Variation der Stärke des angelegten Feldes und Aufsuchendes Permeabilitätsmaximumsauf der Neukurve bestimmt. In der Regel liegt die Maximalpermeabilität des erfindungsgemäßen Formteilsjedoch bei etwa H = 10 A/cm, so dass die Angabe der Permeabilität bei diesemMagnetfeld der Maximalpermeabilität mit ausreichender Übereinstimmungentspricht.

Die erfindungsgemäß angegebenen Werte für die Maximalpermeabilität bei 50Hz entsprechen im wesentlichen dem Wert der Maximalpermeabilität im statischenFeld.

Die Maximalpermeabilität der erfindungsgemäßen Formteileim quasistatischen Feld bei f = 50 Hz beträgt vorzugsweise mindestens275, insbesondere mindestens 300. Ganz besonders bevorzugt sindFormteile mit Maximalpermeabilitätenvon mehr als 400, insbesondere 480.

Im gesamten Frequenzband von 0 undbis 4 kHz beträgtdie Maximalpermeabilitätvorzugsweise mindestens 200. Besonders bevorzugt ist es, wenn dieMaximalpermeabilitätzwischen 0 bis 4 kHz oberhalb 300, insbesondere 350 liegt. Ganzbesonders bevorzugt sind solche Formteile, deren Maximalpermeabilität zwischen0 und 4 kHz oberhalb von 400 liegt.

Fürbestimmte Anwendungen ist es wünschenswert,wenn die frequenzabhängigePermeabilitätder erfindungsgemäßen Formteileim Bereich von 0 bis 4 kHz bei einer höheren Aussteuerung von B =1 T (H 10 A/cm)möglichstgroß ist.

Die frequenzabhängige Permeabilität bei hoherAussteuerung (1 T) beträgtfür dieerfindungsgemäßen Formteilevorzugsweise mindestens 200, insbesondere 250.

Die Biegebruchfestigkeit der erfindungsgemäßen Formteile,welche nach der weiter unten beschriebenen Methode bestimmt wird,beträgtvorzugsweise mindestens 30 N/mm2. Besondersbevorzugt sind Werte von mehr als 50 N/mm2,insbesondere 60 N/mm2. Ganz besonders bevorzugtsind solche erfindungsgemäßen Formteil,die eine Biegebruchfestigkeit von mehr als 80 N/mm2 aufweisen.

Das erfindungsgemäß eingesetzte ferromagnetischeMaterial ist vorzugsweise Eisen, Kobalt-Eisen, Nickel-Eisen oderSilizium-Eisen,welches in Form eines Pulvers eingesetzt wird. Obwohl für das ferromagnetischeMaterial eine möglichsthohe Reinheit bevorzugt ist, sind fertigungstechnisch bedingte geringeUnreinheiten praktisch nicht zu vermeiden. Das erfindungsgemäße ferromagnetischeMaterial enthältdaher geringe Mengen an Verunreinigungen wie beispielsweise Stickstoff,Sauerstoff, Schwefel oder Kohlenstoff. Der Kohlenstoffgehalt liegtvorzugsweise unter 0,1%, insbesondere unter 0,03%. Der Stickstoffgehaltliegt bevorzugt unter 0,01%, insbesondere unterhalb 0,003% Beispielefür erfindungsgemäß einsetzbarekommerziell erhältlicheEisenpulver sind solche der Bezeichnung \"AT40.29\", „ASC100.29\" und \"ABC100.30\" der Fa. Höganäs AB, Schweden.

Vorzugsweise ist für die Teilchengröße (d50) der Pulverteilchen ein Wert von mindestensetwa 50 μm sinnvoll.Im allgemeinen führengrößere Teilchenauch zu höherenMaximalpermeabilitäten.Eine Obergrenze lässtsich bei zweckmäßigerweise400 μm angeben.

Bei Optimierung der erfindungsgemäßen Formteilefür einehohe Permeabilitätbei einer Aussteuerung von etwa B = 1 T ist ein Bereich von 50 bis200 μm besondersbevorzugt, da eine obere Grenze aufgrund der im Wechselfeld auftretendenWirbelstromverluste gegeben ist. Zur Erzielung einer hohen Maximalpermeabilität ist einBereich von mehr als 200 bis etwa 400 μm besonders bevorzugt.

Die Koerzitivfeldstärke dererfindungsgemäßen Formteilebeträgtvorzugsweise 1 bis 3 A/cm.

Im magnetischen Wechselfeld tretenim erfindungsgemäßen Formteilelektrische Verluste auf, die sich im wesentlichen aus Hystereseverlustenund Wirbelstromverlusten zusammensetzen. In der Regel steigen die Verlustebei höherenFrequenzen an. Unter Verlusten im Sinne der Erfindung werden dieGesamtverluste aus allen gemessenen Verlustanteilen verstanden.

Die Verluste bei B = 1 T und f =1 kHz der erfindungsgemäßen Formteileliegen vorzugsweise in einem Bereich von 80 bis 450 W/kg. Besondersbevorzugt sind solche erfindungsgemäßen Formteile, welche Verlustevon weniger als 250 W/kg bei B = 1 T und f = 1 kHz aufweisen. Ganzbesonders bevorzugt sind Formteile, deren Verluste unterhalb 160W/kg liegen.

Die Messung der Verluste wird aneinem Ringkern der Abmessungen 33 × 20 × 6 mm2 mitn1 = 170 und n2 =20 durchgeführt.

Der spezifische Widerstand der Formteileist vorzugsweise größer als500 μΩm.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahrenzur Herstellung eines magnetisierbaren Formteils umfassend die Schritte: – Behandlungeines Pulvers aus einem ferromagnetischen Material mit einer Phosphatkomponente– Behandlungmit einer weiteren Komponente enthaltend organofunktionelle Silaneoder Behandlung des Pulvers mit einer Komponente, die sowohl Phosphateals auch organofunktionelle Silane enthält,– Ggf.Zugabe von Presshilfsmitteln, Bindern, Harzen oder Gleitmitteln,– Pressendes behandelten Pulvers zu einem Grünling und– Glühung desGrünlingszu einem mechanisch verfestigten Formteil.

Die einsetzbaren organofunktionellenSilane sind Substanzen, die vorzugsweise Bausteine der allgemeinenFormel wobei X eine leicht hydrolysierbareGruppe ist und R füreinen organischen Rest steht, enthalten.

Beispiele für leicht hydrolysierbare Gruppensind Cl, OCH3, OCH2H5 oder OCH2CH2OCH3.

Geeignete organische Reste sind beispielsweiseWasserstoff oder aliphantische oder aromatische Reste mit 2 bis10 C-Atomen, dieentweder unsubstituiert oder teilweise substituiert sein können. Geeignete Substituentensind beispielsweise F, Br, I oder bevorzugt Chlor. Vorzugsweisewerden unsubstituierte organische Reste eingesetzt.

Die eingesetzten organofunktionellenSilane enthaltenden Substanzen sind beispielsweise Vinylsilane,wie Vinyltrichlorsilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan,Vinyl-tris-(β-metoxyethoxy)-silanoder Vinyltriacetoxysilan, Aminosilane, wie γ-Aminopropyl-triethoxysilan, γ-Aminopropyl-trimethoxysilan,N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyl-trimethoxysilan oderN-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyl-trimethoxysilan oderN-β-(Aminoethyl)-N-(β-Aminoethyl)-γ-aminopropyl-trimetoxysilan,Ureisosalkylsilane, Epoxyalkylsilane, wie β-Glyxidyloxypropyl-trimethoxysilan,Methacrylalkylsilane, wie γ-Methacryloxypropyl-trimetoxysilanoder γ-Methacryloxypropyl-tris-(β-methoxyethoxy)-silanoder Mercaptoalkysilane, wie γ-Mercaptopropyl-trimethoxysilanoder γ-Mercaptopropyl-triethoxysilan.

Der Gewichtsanteil der organofunktionellenSilane liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 3 Gew.-%, insbesondere0,25 bis 2 Gew.-%.

In den Formteilen sind vorzugsweise übliche Gleitmittelzur Verbesserung der Pressdichte vorhanden. Beispiele für geeigneteGleitmittel sind Calcium-, Lithium-, Magnesium-, Zinkstearat undStearinsäure.Im Prinzip sind aber auch andere Gleitmittel denkbar, solange sieauf den Pressvorgang unterstützendwirken und sich nicht nachteilig auf die Rieselfähigkeit des Pulvers auswirken.

Vorzugsweise wird als GleitmittelLithiumstearat, Stearinsaure oder Ca-Stearat in einer Menge eingesetzt,die einerseits den Pressvorgang ausreichend unterstützt, andererseitsjedoch noch zu hohen Maximalpermeabilitäten führt. Der Gewichtsanteil liegtbevorzugt im Bereich von 0 bis 5 Gew.-%, insbesondere zwischen 0und 0,6 Gew.-%.

Die erfindungsgemäß einsetzbaren Pulver können geglüht (vorbehandelt)oder ungeglühtverwendet werden. Werden die Pulver geglüht eingesetzt, so ist einereduzierende Atmosphäre,insbesondere eine wasserstoffhaltige Atmosphäre, bevorzugt.

Die Behandlung des Pulvers erfolgtauf an sich bekannte Weise, wie beispielsweise in W. Rausch et. al, \"Die Phosphatierung vonMetallen\", 2. Auflage,Eugen Leuze Verlag, Saulgau (1988) beschrieben.

Als äußere Schicht kann auf die Pulverteilchenein Thermoplast oder Duroplast aufgebracht werden, welches vor demPressen zu einem Grünlingausgehärtetwird, Vorzugsweise wird jedoch kein Thermoplast oder Duroplast aufgebracht.

Der Pressvorgang kann entweder beiRaumtemperatur oder bei einer Temperatur oberhalb Raumtemperatur(Warmpressen) erfolgen. Wenn warmgepresst wird, sind Temperaturenvon mindestens 80°Cbevorzugt.

Vorzugsweise wird die Glühung desGrünlingsin einer oxidierenden Atmosphäre,wie beispielsweise Luft oder befeuchtetem Wasserstoff durchgeführt.

Die Glühung des Grünlings findet bevorzugt beieiner Temperatur von mindestens 500°C statt. Die Temperatur istnach oben begrenzt durch die Temperatur, bei der die Isolationsschichtunwirksam wird. Fürdie eingesetzten Isolationsmittel liegt diese Grenze vorzugsweiseetwa bei 680°C.Es kann dabei zur Erhöhung derFestigkeit von Vorteil sein, die Glühung bei verschiedenen Temperaturstufendurchzuführen.

Es ist möglich, die Silanbehandlungvor oder nach der Phosphatierungsbehandlung durchzuführen. Bevorzugtwird die Phosphatierung allerdings vor der Silanbehandlung durchgeführt.Die Phosphate können inwässrigeroder nichtwässrigerLösungangewendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsformist es ebenfalls möglich,die Phosphatbeschichtung und Silanbeschichtung in einem Arbeitsgangdurchzuführen.Es hat sich gezeigt, dass die Pulverteilchen analog der in der DE-A1-4 403 876 beschriebenenMethode zur Passivierung von metallischen Oberflächen von Schrauben beschichtetwerden können.Bei dieser Methode enthältdas Silan bzw. Polysiloxan eingebaute Phosphor-Sauerstoff-Baugruppen,die vorzugsweise als Zwischenglieder in Polysiloxan-ketten (SI-O-Si-O-P-P-Si-...)eingebaut sein können.Dabei ist das AtomverhältnisP : SI in der Siloxanschicht vorzugsweise größer als 0,01.

Die erfindungsgemäßen Formteile können jenach Herstellungsbedingungen eine offene Restporösität besitzen, die sich nachteiligauf die Korrosionsbeständigkeitauswirken kann. Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes wird vorzugsweisedas Formteil nach der Glühungeiner Vakuumimprägnierungmit flüssigenHarzen und anschließenderHärtungunterzogen. Geeignete Harze sind an sich bekannte vernetzende oderthermoplastische Harze, wie beispielsweise anaerobe Methacrylatharze.Das Eindringen des Harzes in das Formteil kann mit Hilfe von unterDruck stehendem Gas gefördertwerden. Geeignete Drückeliegen zweckmäßigerweiseim Bereich von 0,3 bis 3,0 MPa Auf diese Weise lassen sich öl- und benzinfesteFormteil mit guter Temperaturbeständigkeit bis zu etwa 250°C herstellen.

Ferner umfasst die vorliegende Erfindungdie Verwendung des erfindungsgemäßen Formteilsin Magnetventilen, als Kerne von Zündspulen oder als Joche inMagnetsystemen zur Ventilsteuerung oder als Rotor oder Stator inMotoranwendungen oder anderen elektrischen Maschinen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhandvon in den Figuren Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Eszeigt: 1 dieFrequenzabhängigkeitder Maximalpermeabilitätvon Proben gemäß Herstellungnach den Beispielen 1, 3, 4, 6, 7, und 8,2 die Frequenzabhängigkeitder Maximalpermeabilitätvon Proben gemäß Herstellungnach den Beispielen 1 und 10–19und3 die Frequenzabhängigkeitder Maximalpermeabilitätvon Proben gemäß Herstellungnach den Beispielen 20 und 21 mit variierter Aussteuerung des Ringkerns.

200 g Eisenpulver (AT 40.29, Fa.Höganäs) mit einermittleren Teilchengröße d50 = 265 μmund einem C-Gehalt bzw. N-Gehalt von etwa 0,003% und einem O-Gehaltvon etwa 0,081% wurde auf HCl angeätzt und mit einer wässrigenLösungzur Phosphatierung behandelt.

Zur Herstellung der Lösung wurdedie kommerziell erhältlichePhophatierung Novaphos® F2311 (Fa. Novamax) in Wasser gelöst(15 g F 2311 pro Liter Wasser) und die Lösung bei 57°C mit Natronlauge auf einen pH-Wertvon 5,0 eingestellt. Anschließendwurde das Eisenpulver mit 1 l der Lösung gemischt. Nach 5 min wurdedie Reaktion durch Spülenmit Wasser gestoppt und das Pulver bei 130°C an Luft getrocknet.

Anschließen wurde das Pulver mit einemnach der Härtungflexiblen Epoxid-Harz (Epikote® EP1055, Fa. Shell; Erweichungstemperatur 90–95°C, Dichte: 1,19 d/cm3) gemischt. Das Harz wurde in Form einer 20%-igenAceton-Lösungeingesetzt und dem Pulver in einer Menge von 2,5 g pro 100 g Pulver(0,5% EP 1055) zugegeben. Die Mischzeit betrug 30 min. Anschließend erfolgteeine Verdampfung des Lösungsmittels imVakuum.

Vor dem Pressen wurde als Gleitmittel0,5 Gew.-% Calciumstearat zugegeben und ca. 30 min untergemischt.

Das so hergestellte Pulver wurdein einer undirektionalen Presse mit einem Druck von 600 MPa zu Ringenmit einem Außendurchmesservon 33 mm, Innendurchmesser von 20 mm und einer Höhe von 6mm gepresst. Schließlicherfolgte eine Glühungin 2 Stufen, zunächst1 h bei 600°Cin alternieren Luft/Vakuum und dann 1 h bei 520°C an Luft.

1000 g Eisenpulver entsprechend Beispiel1 werden mit 80 g Aceton und 3,37 g H3PO4 und 1 g H2O 30min reaktionsgemischt und bei Raumtemperatur unter Vakuum getrocknet.

Die Maximalpermeabilität über dieFrequenz dieser Probe ist in 1 (AT40.29 OF) und 2 (AT 40.20 OF/0,5% EP 1055 =, 5% Ca RT) aufgetragen.

Entsprechend Beispiel 2 wurden Eisenpulvermit einer Phosphatschicht versehen und dann mit unterschiedlichenorganofunktionellen Silanen beschichtet. VerwendeteSilanverbindungen:

Aus diesen Silanverbindungen wurdenverschiedene Lösungender Zusammensetzung 4 g Silan, 95 g Isopropanol und 1 g aqua desthergestellt.

Zur Bildung der Silanschicht wurdendie phosphatierten Fe-Pulvermit der Silanlösungim Mengenverhältnis0,5 g Silan pro 100 g Eisenpulver gemischt und 1 h reaktionsgemischt.Die Mischungen wurden dann 1,5 h bei 150°C im Vakuum getrocknet.

Anschließend wurden die Pulver entsprechendBeispiel 1 zu Kernen weiterverarbeitet.

Die gemessene Maximalpermeabilität ist in 1 dargestellt.

Es wurden Kerne gemäß Beispielen3 bis 5 mit unterschiedlichem Silananteil hergestellt.

1 zeigtdie Maximalpermeabilitätder hergestellten Kerne in Abhängigkeitder Frequenz des Magnetfelds im Vergleich zu Proben ohne Zusatzvon organofunktionellen Silanen (AT 40.29 OF).

Entsprechend der Beispiele 3 und9 wurden Kerne hergestellt, bei denen den Pulvern vor dem Pressen 0,5%eines Gleitmittels zugesetzt wurden. Das Pressen der Pulver erfolgteentweder bei Raumtemperatur (RT) oder bei 150°C.

Die Maximalpermeabilität der Kernein Abhängigkeitvon der Frequenz des angelegten Feldes ist in 2 dargestellt.

In Tabelle 1 sind die Messwerte derMaximalpermeabilitätbei einer Frequenz des angelegten Feldes von f = 50 Hz für die Beispiele10, 11, und 13–19zusammengefasst.

5 kg des Pulvers AT 40.29 (Fa. Höganäs) mit d50 = 265 μmwurden mit 15 g H3PO4 undAceton in einem Mischer phosphatiert. Anschließend wurde das Aceton abgepumpt.Nach Zugabe von 50 g Silan A187 mit Isopropanol und Wasser wurdeabermals durchgemischt und abgepumpt. Das erhaltene Pulver wurdemit 0,5% Li-Stearat in einem Taumelmischer versetzt. Die Herstellungvon Ringen erfolgte entsprechend Beispiel 1.

Die Maximalpermeabilität (H = 10A/cm) betrug 440.

Die Frequenzabhängigkeit der Maximalpermeabilität und derPermeabilitätbei B = 1 T zeigt 3.

Es wurden entsprechend Beispiel 20weitere Ringe hergestellt, jedoch durch Verwendung eines Pulversmit d50 = 120 μm (ABC100.30, Fa. Höganäs).

Bei f = 3 kHz und einer InduktionB = 1 T (höhereAussteueung gegenüberBeispiel 20) wird eine Permeabilität von 304 erreicht. Die Frequenzabhängigkeitder Maximalpermeabilitätund der Permeabilitätbei B = 1 T ist in 3 dargestellt.

Um die Biegefestigkeit der Kernezu bestimmen, wurden analog der vorstehenden Beispiele quaderförmige Stäbe mit denAbmessungen ls = 40 mm, b = 10 mm, h = 4mm gepresst.

Die Messung erfolgte auf übliche Weisedurch Auflage des Stabes an zwei Punkten mit einem Abstand von 15mm und Anlegen einer nach unten wirkenden Kraft in der Mitte zwischendiesen Punkten. Aus der gemessenen Biegebruchkraft FB errechnetsich die Biegefestigkeit sB nach folgenderFormel:
SB = 1,5 × (FB × ls)/(b × h2)

Die Biegebruchfestigkeit wurde jeweilsan 3 gleichartigen Proben gemessen und aus den Werten für sB der Mittelwert bestimmt. Die Ergebnisseder Messungen sind in Tab. 2 dargestellt.

Die Beispiele zeigen, dass durchden Einsatz von organofunktionellen Silanen die Permeabilität von Pulverkernenerhöhtwerden kann. Insbesondere im Frequenzbereich bis 4 kHz und darüber zeigtsich eine erhebliche Verbesserung gegenüber bekannten Pulverkernen(AT 40.29 OF).

Ferner werden noch drei weitere Gruppenan Ausführungsbeispielenvorgestellt. Fürjede Gruppe werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele aufgeführt. AllePulver (teilweise vorgeglüht)wurden gemäß der vorliegendenErfindung beschichtet, gepresst und geglüht. Die Herstellungsparameterund die resultierenden Eigenschaften sind in den nachfolgenden Tabellenaufgeführt. 1.Gruppe2.Gruppe3.Gruppe

Alle Daten der oben aufgeführten dreiGruppen beziehen sich auf Mittelwerte von Messungen an jeweils dreiRingen bzw. fünfStäben.

Die Widerstände wurden an Stäben mitoxidierter Oberflächegemessen. Die Oxidation resultiert aus der Glühung, wegen der sehr geringenPorösität des Materials(hohe Dichte) ergibt sich aber nur eine dünne Oxidschicht.

Die Oxidschicht ist ein bessererelektrischer Leiter als der eigentliche Pulververbundwerkstoff.Bei der Widerstandsmessung überdie Stablängeliegt demnach eine Parallelschaltung aus dünner Oxidschicht (geringerspez. Widerstand) und Pulververbundwerkstoff (hoher spez. Widerstand)vor. Die gemessen Werte des spez. Widerstands für den gesamten Stab sind deshalbkleiner als der spez. Widerstand für den eigentlichen Pulververbundwerkstoff.