Einführung in die Funktionswerkstoffe Kapitel 5b: weichmagnetische Werkstoffe

1. Einführung in die FunktionswerkstoffeKapitel 5b: weichmagnetische Werkstoffe Prof. Dr. F. Mücklich, Dipl.-Ing. C. Gachot

2. Lernziele Kapitel 5b: weichmagnetische Werkstoffe Welche Eigenschaften zeichnen weichmagnetische Werkstoffe aus? Von welchen Einflussfaktoren sind diese Eigenschaften prinzipiell abhängig? Wie modifiziert man sie gezielt? Was sind amorphe Metalle und wie stellt man sie her? Was sind Vor- und Nachteile amorpher Weichmagnete?

3. Eigenschaften von Weichmagneten • 1. Permeabilität: Wie viel magnetische Induktion wird in einem Material im äußeren Magnetfeld induziert? •  µ soll hoch sein • 2. Koerzitivität: HC klein • Unterscheidung zwischen Hard- und Weichmagneten • weich: HC < 1000 A/m • hart: HC > 10000 A/m • 3. Sättigungsmagnetisierung: Js hoch • 4. Hystereseverluste: Verluste klein • 5. Elektrische Verluste: Verluste klein Wtot = Wh + Wec + Wa • Wh – Hystereseverluste • Wec – Wirbelstromverluste • Wa– anormale Verluste (durch • Domänenwandverschiebungen)

4. Typische Eigenschaften von Weichmagneten

5. Wechselstromanwendungen für Weichmagnete Relais

6. Wechselstromanwendungen für Weichmagnete Wie funktioniert eine Klingel?

7. Wechselstromanwendungen für Weichmagnete Motoren/Generatoren Leistungsdaten eines Asynchronmotors Quelle: Brusa.biz

8. Hochreines Eisen

9. Fe-Co Alloys - Saturation MagnetizationwithComposition

10. Permalloy - Fe-Ni-Legierung • vielfältigste aller weich- • magnetischen Werkstoffe • höchste Permeabilität • für Ni-Gehalte von 80%

11. Permalloy - Fe-Ni-Legierung Sättigungsmagnetisierung ist am höchsten im Bereich von 50% Ni

12. Permalloy - Fe-Ni-Legierung Elektrischer Widerstand ist am höchsten im Bereich von 30% Ni

13. Fe and Low-Carbon Steels (Soft Iron)

14. Fe-Si-Legierungen • Transformatorkerne für elektrische Generatoren • Wechselstrombetrieb bei 50 – 60 Hz  Wirbelströme •  Wirbelstromverluste müssen begrenzt werden • Leitfähigkeitserniedrigung: Zugabe von 3% Si • erhöht Widerstand um das Vierfache

15. Historische Entwicklung Wirbelstromverluste Kernverluste 350µm Si-Fe 60 Hz

16. Fe-Si-Legierungen: magnetische und elektrische Eigenschaften

17. Fe-Si – Einfluss Korngröße

18. Fe-Al-Legierungen – maximale Permeabilität Zugabe von Al Nachteile: teurer als Si harte Al2O3 –Partikel führen zu Abrasion in Stanzwerkzeugen Vorteile: fördert Kornwachstum höherer Widerstand weniger spröde  Einsatz vor allem als weiteres Legierungselement in Fe-Si

19. Texturen in Transformatorblechen Begrenzung von Verlusten durch Ummagnetisierung Texturierung Würfel-Textur (Fe-Ni-Legierungen) Goss-Textur (Fe-Si-Legierungen) Magnetisierung in Vorzugsrichtung:  durch Wandverschiebungen; Drehprozesse nicht erforderlich  geringe Verluste

20. Texturen in Transformatorblechen Verluste bei 1,5T/50Hz gegen Orientierung 1 – Würfeltextur 2 – nicht orientiert 3 – Gosstextur Ummagnetisierungsverlust gegen Blechdicke (HGO=highpermeabilitygrainoriented )

21. Magnetische Eigenschaften unterschiedlicher Weichmagnete

22. Amorphe Metalle (metallische Gläser) Zusammensetzung: (Fe, Ni, Co)80(Metalloid)20 Metalloide: B, Si, C, P, Ge Video: Melt-Spinning

23. Koerzitivfeldstärke - Zusammensetzung • Vorteile: • Koerzivität bis zu einer Größen- • ordnung kleiner als bei Fe-Si • Permeabilität eine • Größenordnung größer • geringe Verluste • Nachteile: • niedrige Sättigungsmagnetisierung Hc gegen Zusammensetzung (Anteil der Übergangsmetalle)

24. Magnetic Properties of Amorphous Alloys