Stand der Technik Weichmagnetische Bauteile erfordern neben den magnetischen Eigenschaften (hohe magnetische Permeabilität und geringe Koerzitivfeldstärke) je nach Anwendungsfall eine komplexe Geometrie. Derartige Bauteile können pulvermetallurgisch hergestellt werden.

In der DE 197 45 283 A1 wird bereits ein Verfahren zur Herstellung von Sinterbauteilen, das auch als Warmfließkompaktierverfahren bezeichnet wird, beschrieben.

Bei diesem Verfahren werden Ausgangspulver mit einem Binder oder Bindergemisch vermischt und das Gemisch in einem Werkzeug bei erhöhter Temperatur, die über der Erweichungstemperatur des Binders liegt, zu einem Grünkörper verpreßt. Anschließend wird der Grünkörper gesintert. Mit diesem Verfahren lassen sich Bauteile mit komplexer Geometrie herstellen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merk- malen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil, daß mit geringerem Verfahrensaufwand eine wesentlich höhere Formkomplexität der herzustellenden weichmagnetischen Sinterbauteile erreicht wird, als dies mit dem herkömmlichen axialen Preßverfahren möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Bauteile mit der hohen Formkomplexität keine weitere mechanische Nachbearbeitbarkeit erfordern. Überdies weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile bessere magnetische Eigenschaften auf als Bauteile, die nach konventionellen Preßverfahren hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem im Vergleich zum Metallpulver-Spritzgußverfahren (MIM-Prozeß) einen geringeren Feinpulveranteil, wodurch das Verfahren kostengünstiger wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die thermoplastischen Eigenschaften eines temporären Binders, der den Ausgangspulvern zugesetzt wird, ausgenutzt. Dabei wird durch Erwärmung und Erweichung bzw. Verflüssigung des Binders die Fließfähigkeit des Pulverausgangsmaterials soweit verbessert, daß unter Vermeidung von Querfließrissen ein Materialtransport in der in einem Werkzeug ausgebildeten Form für die Bauteile quer zur Preßrichtung erfolgen kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Durch die Zugabe einer geringen Menge des thermoplastischen Binders wird eine hohe Dichte in einer Pulverpackung realisiert. Außerdem werden dadurch die Eigenschaften des Ausgangspulvergemisches so beeinflußt, daß es das erforderliche Viskositätsverhalten aufweist. Dabei wird der Anteil an Binder so gewählt, daß der aufgebrachte Preßdruck

bei Erwärmung und zumindest Erweichung des Binders das Gemisch aus Ausgangspulver und Binder zum Fließen bringen kann, jedoch vermieden wird, daß infolge des Binderanteils, das Eigengewicht des Grünlings, dessen Fließgrenze beim Aufheizen auf Sintertemperatur überschreitet.

Dem handelsüblichen Standardpulver, das als Ausgangsmaterial verwendet wird, wird ein Anteil an Feinpulver hinzugegeben.

Diese Ausgangspulver werden dann mit dem verwendeten Binder vermischt. Dabei kann der Binder als Gemisch aus einem Polymer und Wachs mit dem Gemisch der Ausgangspulver bei einer Temperatur zusammen gemischt werden, bei der das Polymer bereits erweicht und das Wachs geschmolzen ist. Die Verwendung von zwei verschiedenen Polymeren mit unterschiedlichen Viskositätsverhalten ist ebenso denkbar. Dadurch werden die feinen Pulverpartikel durch den Binder an die gröberen Pulverpartikel gebunden und die gröberen Partikel des Pulvers von einer Binderschicht mit feinen Pulverpartikeln umgeben. Das so behandelte Pulver ist gut handhabbar und rieselfähig und liegt als Verbundpulver vor.

Dieses Verbundpulver kann auf eine Temperatur vorgewärmt werden, bei der der Binder wieder erweicht und dann in dem beheizbaren Werkzeug, in dem die Form des herzustellenden Bauteiles enthalten ist, eingebracht werden.

Durch den zugegebenen Anteil an Feinpulvern erhöht sich die Sinteraktivität und demzufolge auch die Sinterdichte der fertig gesinterten weichmagnetischen Sinterbauteile.

Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren wird die Dichtezunahme auf die Formgebung bei der Verdichtung durch Pressen und durch die Schwindung beim Sintern verteilt. Im Gegensatz dazu wird bei den herkömmlichen Preßverfahren das Ausgangspulver erst lose gepackt und die Verdichtung erfolgt hauptsächlich im Formgebungsprozeß beim Pressen. Beim Metallpulver-Spritzgußverfahren wird die Dichtezunahme erst

beim Sintern erreicht und die Formgebung läuft nahezu ohne Verdichtung ab.

Zeichnung Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungs- beispielen näher erläutert werden.

Es zeigen : Figur 1 ein Verfahrensschema zur Herstellung eines weichmagnetischen Sinterbauteils, Figur 2 Darstellungen von Hystereseschleifen weichmagnetischer Sinterbauteile aus Fel3Cr-, Fel7Co-und Fe4gCo2V-Pulver, Figur 3 Darstellung der ermittelten Magnetisierungskurve eines Fel3Cr-Sinterbauteils und Figur 4 Darstellung der ermittelten Magnetisierungskurve eines Fe4gCo2V-Sinterbauteils.

Ausführungsbeispiele Zur Herstellung eines weichmagnetischen Sinterbauteils werden zunächst gemäß Figur 1 drei Ausgangskomponenten A, B und C eingesetzt. Als Ausgangskomponente A werden 60 bis 93,5 Masse.-% eines Fel3Cr-Standardpulvers mit einer durch- schnittlichen Korngröße von 40 bis 150 pm und als Ausgangs- komponente B 5 bis 30 Masse.-% eines Fel3Cr-Feinstpulvers mit einer durchschnittlichen Korngröße von 5 bis 40 pm eingesetzt. Als Ausgangskomponente C werden 1,5 bis 4 Masse.-% eines Binders verwendet. Als Binder dient eine Mischung aus 70 % Wachs und 30 Masse.-% Polyethylen (PE).

Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, als Binder auch ein Polymer-Polymer-Gemisch mit unterschiedlichen Viskositätsverhalten der einzelnen Polymere zu verwenden

In einer ersten Verfahrensstufe 1 werden die Ausgangskomponenten A, B und C in einem heizbaren Knet- mischer zu einer homogenen, fließfähigen Ausgangspulver- Mischung vermischt. Die erhaltene Mischung wird dann in einer zweiten Verfahrensstufe 2 unter Verwendung einer konventionellen Presse mit einem Preßdruck von 400 bis 800 MPa und bei einer Temperatur von 60 bis 100°C zu einem Grünkörper mit der gewünschten Form gepreßt. Bei dieser Temperatur wird der Binder zumindest erweicht und das Ausgangspulvergemisch mit mindesten einem Preßstempel im Werkzeug verdichtet. Dadurch wird die Ausgangspulver- Mischung kompaktiert. Wenn die Mischung durch den Stempeldruck soweit kompaktiert ist, daß der Binder eine durchgängige Phase bildet, setzt ein viskoses Fließen mit einer radiale Fließfähigkeit von > 3 mm ein (Fließkompaktieren). Dieses viskose Fließen sichert, daß auch Hohlräume im Werkzeug, die quer zur Preßrichtung des Stempels ausgebildet sind, mit der Ausgangspulver-Binder- Mischung gefüllt werden. So können auch Hinterschneidungen mit ausreichender Dichte gefüllt werden. Der Grünkörper wird dann durch Öffnen des Werkzeuges entformt.

Nachfolgend wird der erhaltene Grünkörper gemäß der weiteren Verfahrensstufe 3 einer Hochtemperatursinterung bei Temperaturen von 1.250 °C bis 1.350 °C unter beispielsweise Schutzgas unterzogen. Beim Sintern verdampft der Binder restlos.

Das nach dem geschilderten Verfahren hergestellte weich- magnetische Sinterbauteil aus Fel3Cr, Fe17Co und Fe48Co2V- Pulver weisen die in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 aufgeführten magnetischen Eigenschaften sowie die in den Figuren 2,3 und 4 dargestellten Hystereseschleifen bzw.

Magnetisierungskurven auf.

Tabelle 1 : Fel3Cr Fel7C° Fe48C°2V Raumerfüllung 97 % 92 % 92 % Induktion Ego 1, 34 T 1,38 T 1,61 T Koerzitivfeldstärke Hc 0,10 kA/m 0,22 kA/m 0,15 kA/m Permeabilitätjum 170025003500

Tabelle 2 : Fel3Cr Fe4gCo2V Raumerfüllung 99,7 % 94,8 % Sättigungsinduktion Bs 1,4394 T 1,89 T Koerzitivfeldstärke Hc 0,056 kA/m 0,125 kA/m Remanenz Br 0,487 T 1,072 T Permeabilität jum 3171 4047 Die Ergebnisse der Tabelle 1 wurden mit den Ausgangspulvern A und B im oberen Korngrößenbereich erzielt. Dabei wurde als Komponente A ein Ausgangspulver mit einem d50 von 100 m als Komponente B ein Ausgangspulver mit einem d50 von 35 J. m eingesetzt.

Bei den Ergebnissen nach Tabelle 2 wurden die gleichen Ausgangskomponenten A und B verwendet, wobei allerdings der mittlere bis untere Korngrößenbereich benutzt wurde. Als Komponente A wurde ein Ausgangspulver mit einem d50 von 70 m und als Komponente B ein Ausgangspulver mit einem d50 von 10 D. m eingesetzt. Mit diesen Korngrößen wurde überraschend eine deutliche Verbesserung der Raumerfüllung aber auch der magnetischen Parameter des hergestellten weichmagnetischen Sinterbauteils festgestellt.

In Figur 2 sind die Hystereseschleifen der aus den in der Tabelle 1 aufgeführten weichmagnetischen Sinterbauteile aus Fel3Cr-, Fe17Co-und Fe48Co2V-Pulver dargestellt. Die

Hysteresekurven zeigen die magnetische Induktion B in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H. Der Verlauf der Magnetisierungskurven verdeutlicht, daß alle drei Werkstoffe bei einer relativ hohen Permeabilität eine geringe Koerzitivfeldstärke aufweisen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen die Zustandsgrößen magnetische Polarisation J in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke H anhand der Magnetisierungskurven für die in Tabelle 2 aufgeführten weichmagnetischen Sinterbauteile aus Fel3Cr-und Fe48Co2V-Pulver. Dabei wurde bei dem Fel3Cr- Sinterbauteil eine Remanenz von 0,487 T und eine Sättigungspolarisation bzw. Sättigungsinduktion von 1,439 T bei einer maximalen Feldstärke von 10,24 kA/m gemessen. Die Werte des Fe48Co2V-Sinterbauteils weisen eine Remanenz von 1,072 T und eine Sättigungspolarisation bzw.

Sättigungsinduktion von 1,89 T bei einer maximalen Feldstärke von 10,31 kA/m auf.