Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Nickel-Eisen-Legierungen und ihre Eigenschaften

Unter den hochwertigen weichmagnetischen Materialien stellen Nickel-Eisen- Legierungen mit einem Nickelgehalt von 30 bis 83 Atomprozent und Zusätzen wie Chrom, Kupfer und Molybdän die größte Gruppe dar. Die magnetischen Eigenschaften können durch Zusätze wie z.B. Titan oder durch eine Thermobehandlung geändert werden [BAR98].

Legierungen von Nickel und Eisen bilden die Grundlage für hochwertige weichmagnetische Werkstoffe. Die einzelnen Legierungen unterscheiden sich in ihrer Curietemperatur, der Permeabilität und der Sättigungsflussdichte (Tabelle 2.3).

Tabelle 2.3: Eigenschaften weichmagnetischer Materialien in Abhängigkeit vom Nickelgehalt [BOZ93]

Ni-Gehalt Atom %	Dicke, [mm]	Permeabilitäts- zahl, µr (max)	Anfangs- permeabilität (bei 0,4 A/m)	Sättigungs- polarisation Jmax [T]	Koerzitiv- feldstärke HC [A/m]
Ca. 36%	0,3	bis 20.000	bis 3.000	1,3	bis 50
47% bis 50%	0,2	60.000	6.000	1,55	5
50% bis 65%	0,2	90.000	45.000	1,5	1,5
65% bis 70%	0,2	120.000	45.000	0,8	1,5
70% bis 80%	0,05	300.000	130.000	0,8	0,5

Während die Sättigungsflussdichte nur von der Materialzusammensetzung abhängig ist, werden die Permeabilität und Koerzitivfeldstärke auch durch die Form der Hystereseschleife und der Strukturform bestimmt [BAR88].

Der Einsatzbereich dieser Legierungen ist von der Materialzusammensetzung abhängig. Zum Beispiel weist eine Nickel-Eisen Legierung mit einem Nickelgehalt von bis zu 36% ein besonders hohes Ausdehnungsvermögen auf. Messsysteme, Stromwandler und Teile für Relais werden aus weichmagnetischen Materialien mit einem Nickelgehalt von etwa 50% hergestellt. Legierungen mit einem Nickelgehalt von über 70% weisen die niedrigsten Koerzitivfeldstärken und höchsten Permeabilitätswerte aller Magnetwerkstoffe auf [RIS99]. Werden große Permeabilitätswerte und kleine Feldstärkeverluste bei Nickel-Eisen-Legierungen angestrebt, sollte der Nickelanteil mindestens 80% betragen. In Abhängigkeit vom Nickelgehalt ist es möglich, eine sehr steile und schmale oder besonders flache Hystereseschleife zu bekommen. Aus diesem weichmagnetischen Material kann man z.B. Schalt- und Speicherkerne herstellen.

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