Eisen-Silizium Legierungen mit optimierter Mikrostruktur für verbesserte weichmagnetische Elektrobleche



Die heutzutage zur Herstellung von Elektromotoren, Transformatoren und Generatoren auf Grund ihrer ausgezeichneten weichmagnetischen Eigenschaften verwendeten Eisen-Silizium Legierungen enthalten etwa drei Prozent Silizium. Optimale weichmagnetische Eigenschaften, bei denen die Magnetisierung durch ein äußeres elektro-magnetisches Feld leicht verändert werden kann, und minimale Leistungsverluste werden jedoch bei Einsatz höher siliziumhaltiger Legierungen mit etwa 5,5 bis 6,5 Prozent erzielt. Der Effekt der Magnetostriktion, die Ausdehnung des Volumens beim Anlegen eines äußeren elektromagnetischen Feldes, ist dann nahezu vernachlässigbar, so dass das "Brummen" - gut bekannt etwa von den Brummgeräuschen von Transformatoren in Umspannstationen - nicht auftritt.

Leider ist diese Verbesserung der magnetischen Eigenschaften verbunden mit einer drastischen Abnahme der Verformbarkeit bei Raumtemperatur, was eine konventionelle Herstellung durch das notwendige Kaltwalzen solcher Legierungen nahezu unmöglich macht. Die Ursache für diese Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften ist prinzipiell bekannt. Die Ausbildung so genannter Überstrukturen (Bereiche mit geordneten Eisen- und Silizium-Atomen) und Segregationsvorgänge des Siliziums während der Erstarrung sind die entscheidenden Faktoren. Gelingt es, die Verteilung des Siliziums auf atomarer Skala zu kontrollieren und gezielt zu beeinflussen, so lassen sich diese Probleme beheben.

Die Herstellung solcher Legierungen unter den Bedingungen der Mikrogravitation soll dazu dienen, die Möglichkeiten der Bildung homogener (segregationsfreier) Legierungen zu untersuchen. Zudem könnte geklärt werden, welcher Anteil des Segregationseffektes auf chemisch-konstitutionelle Ursachen zurückzuführen ist und welcher auf Segregation in Folge der Schwerkraft. Die Untersuchungen zielen darauf ab, den Mechanismus der Segregation besser zu verstehen. Sie sind damit von großer Bedeutung für die industrielle Großproduktion hochqualitativer, in ihrer körnigen Mikrostruktur möglichst einheitlich ausgerichteter Elektrostähle, von denen in Deutschland jährlich etwa 450.000 Tonnen hergestellt werden.


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Prof. Dr. Georg Frommeyer
Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

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