DE3741290C2 - Anwendung eines Verfahrens zur Behandlung von glasartigen Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung eines Verfahrens zur Behandlung von glasartigen Legierungen.

Aus der DE-OS 30 21 224 ist ein Verfahren zur Herstel­ lung einer glasartigen (Synonym: amorphen) Magnetlegierung, die eine hohe Permeabilität innerhalb eines breiten Frequenzbereiches aufweist, bekannt, die einen flachen Frequenzgang zeigt und die ein stabiles Alterungsverhältnis im Hinblick auf die Permeabilität aufweist. Dabei wird zunächst ein glasartiges Band einer erhöhten Temperatur T₁ ausgesetzt. Anschließend wird das Band auf Raumtemperatur abge­ schreckt und dann erneut wärmebehandelt. Die dort genannte Temperatur T₁ wird ausschließlich aus magneti­ schen Kenndaten ermittelt und ist nicht dazu bestimmt, die duktilen Eigenschaften einer glasartigen Legierung zu verbessern.

Es ist bekannt, daß glasartige Legierungen, die einer erhöhten Temperatur ausgesetzt sind, verspröden, wobei eine Versprödung der glasartigen Legierungen auch schon während des Herstellungsprozesses eintreten kann. Um bestimmte magnetische Eigenschaften der glasartigen Legie­ rungen zu erreichen, werden diese bei bestimmten Tempe­ raturen behandelt. Diese Temperaturbehandlung hat jedoch zur Folge, daß die Legierung versprödet mit der nachtei­ ligen Folge, daß magnetisch optimierte glasartige Legierun­ gen nicht mehr mechanisch bearbeitet werden können.

Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Art der Her­ stellung von glasartigen Legierungen besteht darin, daß beispielsweise aus den Legierungen hergestellte flache Bänder oberhalb einer bestimmten Banddicke derart spröde sind, daß sie nur noch bedingt verformbar sind, obwohl es für bestimmte Anwendungszwecke wünschenswert wäre, daß bei großer Banddicke dennoch eine gute Verformbar­ keit gewährleistet ist.

Zwar ist es bisher auch grundsätzlich schon möglich, bei der Herstellung oder infolge thermischer Behandlung versprödete glasartige Legierungen wieder verformbar zu machen, indem diese einer Teilchenstrahlung aus Neutro­ nen oder leichten Ionen ausgesetzt wird, diese bekannte Methode hat jedoch einen erheblichen Nachteil, da nach der Teilchenbestrahlung die glasartigen Legierungen radio­ aktiv werden, so daß eine Weiterverarbeitung praktisch nicht mehr möglich ist. Für nahezu alle Einsatzarten der glasartigen Legierungen scheidet somit dieses Verfahren aus.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren derart anzuwenden, daß mit ihm auf sehr wirtschaftliche Weise versprödete glasartige Legierungen ohne grundsätz­ liche Veränderung ihrer Legierungseigenschaften und ohne Beschränkung ihrer Verwendungsmöglichkeiten wieder verformbar gemacht werden können, wobei das Verfahren grundsätzlich auf alle Legierungen anwendbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch folgende Maßnahmen:
Aussetzen der glasartigen Legierung über ein Zeitintervall zwischen 10^-1 s und 3 _* 10³ s einer Temperatur T₁, die im Temperaturintervall zwischen der Versprödungstemperatur T₃ und der Kristallisationstemperatur der glasartigen Legierung liegt und
schockartiges Abkühlen der glasartigen Legie­ rung mit einer Rate von wenigstens 100 K/min auf eine Temperatur T₂, die zwischen 150°C und -200°C liegt,
angewendet auf versprödete glasartige Legierungen zur Wiederherstellung der Verformbarkeit.

Der wesentliche Vorteil der Anwendung liegt darin, daß glasartige Legierungen, die magnetisch optimiert wurden und dadurch bisher irreversibel spröde wurden, nun nach der erfolgten magnetischen Optimierung wiederum verformbar gemacht werden können, ohne daß die magnetischen Eigenschaften beeinflußt werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Legierungen nach Ausführung des Verfahrens ohne Einbußen mechanisch bearbeitet werden können, bei­ spielsweise durch Stanzen, Bohren, Schleifen, Biegen, Wickeln usw. Mit dem Verfahren können glasartige Legierungen wieder verformbar gemacht werden, die während des Herstellungsprozesses versprödeten. Alle genannten Vorteile sind von hohem Nutzen.

Vorteilhafterweise liegt in Abhängigkeit des Grades der Versprödung der Legierung die Temperatur T₁ zwischen 200 und 600°C.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens liegt die Temperatur T₂ in Abhängigkeit des Grades der Versprödung der Legierung bei vielen Legierun­ gen bei der Raumtemperatur.

Grundsätzlich kann die Legierung auf jede erdenkliche Weise schockartig abgekühlt werden, vorzugsweise erfolgt jedoch die Abkühlung in einem Salzbad oder einem Wasser­ bad.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfol­ genden graphischen Darstellungen von Meßergebnissen anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrie­ ben. Darin zeigt

Fig. 1 die relative Bruchdehnung einer bandartig aus­ gebildeten glasartigen Legierung Fe Ni P nach iso­ chroner Auslagerung (43h) bei verschiedenen Temperaturen,

Fig. 2 die relative Bruchdehnung in Abhängigkeit der Dauer einer Nachbehandlung bei zwei unter­ schiedlichen Nachbehandlungstemperaturen und

Fig. 3 die relative Bruchdehnung in Abhängigkeit der Dauer der Nachbehandlung einer weiteren Le­ gierungsprobe.

Bevor auf das eigentliche Verfahren zur Wiederherstellung der Verformbarkeit von versprödeten glasartigen Legierungen im einzelnen eingegangen wird, wird zunächst anhand der Darstellung von Fig. 1 die relative Bruchdehnung ε_f in Abhängigkeit der Auslagerungstemperatur erläutert. Fig. 1 zeigt die relative Bruchdehnung ε_f einer glasartigen Legie­ rung Fe₄₀Ni₄₀P₂₀ bei verschiedenen Auslagerungstempera­ turen. Die glasartige Legierung ist in Form eines Metall­ bandes mit einer Dicke von 20µm ausgebildet. Proben die­ ser Metallegierung, die bei unterschiedlichen Temperatu­ ren ausgelagert wurden, wurden einem Biegetest unterwor­ fen, bei dem die relative Bruchdehnung ε_f der Proben be­ stimmt wurde. Wie schon dargelegt, gibt ε_f Auskunft über die Verformbarkeit bzw. die Versprödung der Legierung. Ist ε_f=1, so kann das Legierungsband um 180° gebogen werden, ohne daß es bricht. Ist ε_f<1, so bricht das Legierungsband beim Biegen und es bricht um so eher, je kleiner ε_f ist.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Legierungsband bis zu einer Temperatur von ungefähr 210°C gut verformbar ist, d. h. ε_f=1. Mit Zunahme der Temperatur geht die Ver­ formbarkeit mit gleichzeitig zunehmender Versprödung der Legierung zurück, d. h. ε_f<1. Im Bereich einer Tempera­ tur von 230 bis 300°C wird ein Plateau erreicht, d. h. in diesem Temperaturbereich ist die Verformbarkeit mit ε_f< 1 nahezu konstant. In diesem Temperaturbereich ist die Legierung allerdings schon sehr spröde. Eine weitere Ver­ sprödung setzt oberhalb einer Temperatur von 300°C ein. Diese zweite Stufe der Versprödung mündet in die Kristal­ lisation der Legierung.

Gemäß dem Verfahren wird zur Wiederherstellung der Ver­ formbarkeit der versprödeten glasartigen Legierung diese über ein bestimmtes Zeitintervall Δt₁ einer Temperatur T₁ ausgesetzt (T₁=Erholungstemperatur). Nachfolgend wird über ein bestimmtes Zeitintervall Δt₂ die Legierung schockartig einer Temperatur T₂ ausgesetzt (T₂=Ab­ schreckungstemperatur). Die Temperatur T₁ liegt im Tempe­ raturintervall zwischen einer Versprödungstemperatur T₃ (T₃=Versprödungstemperatur) und der unter diesen Bedin­ gungen gültigen Kristallisationstemperatur.

Fig. 2 zeigt die Wiederherstellung der Verformbarkeit einer Fe₄₀Ni₄₀P₂₀-Probe, die zuvor bei T₃=251°C versprö­ det worden war. Die Verformbarkeit der Probe ist in Fig. 2 bei zwei Erholungstemperaturen T₁, nämlich bei 303 und 372°C dargestellt. Das Zeitintervall Δt₁ zur Wiederher­ stellung einer relativen Bruchdehnung ε_f=1 ist bei T₁ =303°C zwischen 10 und 3×10² Sekunden lang. Für T₁= 372°C ist das Zeitintervall Δt₁ für die Nachbehandlung zwischen 1 und 12 Sekunden lang. Grundsätzlich kann die Verformbarkeit bei allen Temperaturen zwischen 303 und 372°C wiederhergestellt werden. Die Abschreckungstempera­ tur T₂ entspricht in diesem Fall der Raumtemperatur. Fig. 3 zeigt die Wiederherstellung der Verformbarkeit der band­ förmig ausgebildeten glasartigen Legierung gemäß der Darstel­ lung von Fig. 2, diese wurde jedoch bei einer Temperatur T₃=265°C versprödet. Die Wiederherstellung der Verform­ barkeit wurde dabei bei einer Temperatur von T₁=359°C erreicht. Das Zeitintervall Δt₁, in dem eine relative Bruchdehnung von ε_f=1 erreicht werden kann, ist zwischen 7 und 15 Sekunden lang.

Es sei erwähnt, daß die hier beispielhaft erwähnte glasartige Legierung Fe₄₀Ni₄₀P₂₀ eine typische Legierung aus der Klasse glasartiger Legierungen ist, die neben Übergangsme­ tallatomen (Fe, Ni) einen Glasbildner enthalten (P). Das Verfahren ist, wie Versuche gezeigt haben, grundsätzlich für alle glasartigen Legierungen anwendbar. So sind mit gleich guten Ergebnissen glasartige Legierungen wie Fe₄₀Ni₄₀B₂₀ und Cu₆₄Ti₃₆ gemäß dem Verfahren erfolgreich behandelt worden, so daß die angestrebte Verformbarkeit nach Abschluß des Verfahrens erreicht wurde.

Die erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens hat den Vorteil, daß jetzt zunächst große Mengen der glasartigen Legierung magnetisch optimiert werden können und die damit einhergehende Ver­ sprödung durch die erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens beseitigt werden kann, wobei dann aus der glasartigen Legie­ rung die verschiedensten Bauteile ohne Einschränkungen hergestellt werden können. In einigen Fällen konnten bis­ her die glasartigen Legierungen bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften, obwohl das grundsätzlich möglich gewesen wäre, nicht optimiert werden, da die damit einhergehende Versprödung der Legierung für eine weitere Verarbeitung zu groß gewesen wäre. Gemäß der erfindungsgemäßen Anwendung des Verfah­ rens können jetzt Bauteile mit verbesserten Kenndaten her­ gestellt werden. Außerdem können jetzt glasartige Bänder größerer Dicke hergestellt werden, die zwar nach dem Her­ stellungsprozeß spröde sind, durch dieses Verfahren je­ doch verformbar gemacht werden können.

Beispielhaft sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß bei der Herstellung von Spulen bisher das Ausgangsmaterial zunächst auf einen Spulenkörper gewickelt und danach die fertige Spule zur Optimierung magnetischer Eigenschaften thermisch behandelt wurde. Das bedeutet aber, daß das Material des Spulenkörpers diese Temperaturbehandlung ohne Veränderungen überstehen können mußte. Die erfin­ dungsgemäße Anwendung des Verfahrens gestattet es, daß das Ausgangsma­ terial zunächst magnetisch optimiert wird, dann mittels Anwendung des Verfahrens verformbar gemacht wird und an­ schließend auf einen Spulenkörper gewickelt wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anwendung des Verfahrens ergibt sich daraus, daß jetzt die optimierten glasartigen Legierungen mit nicht-temperaturbeständigen Materialien kombiniert werden können.

Bislang stellen die Hersteller glasartiger Legierungen nur zum Teil fertige Bauteile her. Ein großer Teil der Legie­ rungen wird an weiterverarbeitende Betriebe verkauft. Diese stellen dann Bauteile her und führen die magneti­ sche Optimierung durch. Mit der vorliegenden Erfindung kann der Hersteller bereits optimierte Legierungen anbie­ ten.

Claims (7)

1. Anwendung eines Verfahrens zur Behandlung von glasar­ tigen Legierungen mit den Maßnahmen

• - Aussetzen der glasartigen Legierung über ein Zeitintervall zwischen 10^-1 s und 3 _* 10³ s einer Temperatur T₁, die im Temperaturintervall zwischen der Versprödungstemperatur T₃ und der Kristallisationstemperatur der glasartigen Legierung liegt, und
• - schockartiges Abkühlen der glasartigen Legierung mit einer Rate von wenigstens 100 K/min auf eine Temperatur T₂, die zwischen 150° C und -200°C liegt,

auf versprödete glasartige Legierungen zur Wiederher­ stellung der Verformbarkeit.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T₁ im Bereich zwi­ schen 200°C und 600°C liegt.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T₂ die Raumtemperatur ist.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schockartige Abkühlung in einem Salzbad oder in einem Wasserbad erfolgt.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf versprödete Legierungen, die neben Übergangs­ metallatomen (Fe, Ni), einen Glasbildner (P) enthalten, insbesondere mit der Zusammensetzung Fe₄₀Ni₄₀P₂₀.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf versprödete Legierungen mit der Zusammenset­ zung Cu₆₄Ti₃₆.