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Verfahren zur Herstellung gesinterter Dauermagnete
Ausser den Verfahren der Herstellung von
Dauermagnetkörpern auf dem Wege des Warm- formgebens oder des Giessens bestehen noch zwei andere Herstellungsmöglichkeiten, bei denen von zerkleinertem oder pulverförmigem Werk- stoff ausgegangen wird, die sich aber grund- sätzlich voneinander unterscheiden.
Bei der Herstellung der sogenannten Pressmagnete wird von einer meist gegossenen Dauermagnetlegierung ausgegangen, die nach der zur Erzielung des höchsten dauermagnetischen Zustandes erforderlichen Wärmebehandlung zerkleinert wird. Der zerkleinerte Dauermagnetwerkstoff wird hierauf unter Beifügung eines nichtmagnetischen Bindemittels, wie Kunstharzpressstoff od. dgl., zu Formkörpern gepresst. Die Formkörper werden nach dem Erhärten des Bindemittels magnetisiert.
Bei der Herstellung der Sintermagnete dagegen wird von feingepulverten metallischen Komponenten und gegebenenfalls auch von feingepulverter Vorlegierung geeigneter Zusammensetzung ausgegangen, wobei unter Umständen auch gewisse Mengen Schrott der zu erzeugenden Legierung zugesetzt werden können. Aus der Pulvermischung wird ein Pressling hergestellt, der praktisch die Endform des zu erzeugenden Dauermagnetkörpers aufweist oder ihm zumindest angenähert entspricht, worauf dieser Körper einer Sinterung bei Temperaturen von etwa 1300 C unterworfen wird.
Während im Falle der Pressmagnete von einer fertigen zerkleinerten Dauermagnetlegierung ausgegangen und ein metallisch nicht zusammenhängender Körper erzielt wird, wird bei den Sintermagneten von Einzelkomponenten ausgegangen und ein metallisch zusammenhängender Körper erzeugt. Für die Herstellung der Pressmagnete ist vorgeschlagen worden, die Mischung aus zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und nichtmagnetischem Bindemittel vor und während des Pressens bzw. Erhärtens des Bindemittels einem die einzelnen Magnetpartikelchen richtenden magnetischen Gleichfeld zu unterwerfen.
Dauermagnetlegierungen, die einen Curiepunkt besitzen, der nicht wesentlich unter etwa 800 C liegt, können bekanntlich mit einer Vorzugslage der Magnetisierung versehen werden. Dies gilt beispielsweise für die aushärtbaren Dauermagnet- legierungen auf der Basis Eisen-Nickel-Aluminium mit oder ohne Zusätze an Kobalt, Titan, Kupfer od. dgl. oder auch ähnlichen Legierungssystemen.
Bei der Erteilung der Vorzugslage der Magnet- sierung wird der Dauermagnetkörper von einer von der Zusammensetzung abhängenden erhöhten
Temperatur mit geregelter Geschwindigkeit ab- gekühlt, während gleichzeitig auf den Körper ein starkes Magnetfeld einwirkt. Es ist auch schon ein Verfahren zum Sintern von Metall- pulver enthaltenden Presslingen unter Einwirkung eines hochfrequenten Kraftfeldes bekannt ge- worden, gemäss welchem der Pressling in einer kohlenstoffhältigen Gasatmosphäre, z. B. Leuchtgas, gefrittet wird (schweizerische Patentschrift
Nr. 207 105).
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung gesinterter Dauermagnete, u. zw. vorzugsweise solcher auf der Basis Eisen-NickelAluminium oder Eisen-Kobalt-Titan mit oder ohne Zusätze an weiteren Legierungsmetallen, die an sich für derartige Werkstoffe bekannt sind. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass die magnetischen Gütewerte der Sinterdauermagnetkörper verbessert werden können, wenn schon bei der Herstellung ein magnetisches Feld auf den Werkstoff zur Einwirkung gebracht wird. Bei der Herstellung sind zwei Arbeitsgänge zu unterscheiden, nämlich das Einfüllen des Pulvergemisches in Pressformen sowie das Pressen und das Sintern des so hergestellten Formkörpers im Ofen. Während beider Arbeitsgänge wird gemäss der Erfindung ein Magnetfeld auf den Werkstoff zur Einwirkung gebracht werden.
Solange noch kein gesinterter Körper vorhanden ist, wird eine Richtwirkung auf die einzelnen Pulverteilchen erzielt. Bei Eintritt des Presslings in den Sintervorgang befinden sich die einzelnen Pulverteilchen in magnetisch orientierter Lage.
Zur Wirkung dieser magnetischen Orientierung kommt die Wirkung hinzu, die beim Sintern im magnetischen Feld hervorgerufen wird. Diese besteht offenbar darin, dass während des durch das Sintern hervorgerufenen Kristallwachstums sich die magnetisch bevorzugte Achse des Kristallgitters in Richtung des Magnetfeldes einstellt.
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Im Gegensatz zur Auswirkung einer Richtkraft auf die dauermagnetischen Partikelchen bei der Herstellung der sogenannten Pressmagnete konnte eine verbessernde Wirkung eines Magnetfeldes auf die Erzeugung von Sintermagneten nicht ohne weiteres erwartet werden, weil die Presslinge nicht oder wenigstens zum überwiegenden Teil nicht aus dauermagnetischem Werkstoff bestehen, sondern aus einzelnen metallischen Komponenten.
Das Verfahren gemäss der Erfindung, während der Herstellung der Presslinge und bzw. oder während des Erhitzens auf Sintertemperatur und während der eigentlichen Sinterung den Werkstoff der Einwirkung eines starken magnetischen Feldes zu unterwerfen, ist auf die Erzeugung aller Sinterdauermagnete anwendbar.
Besondere Vorteile bietet das Verfahren jedoch bei der Herstellung von Dauermagnetlegierungen auf der Basis Eisen-Nickel-Aluminium oder Eisen-Kobalt-Titan, wobei die Legierungen gegebenenfalls noch zusätzliche Stoffe enthalten können. Dabei ist es gleichgültig, ob im einzelnen Falle von Pulvermischungen ausgegangen wird, die lediglich aus den einzelnen Komponenten bestehen, oder ob die Pulvermischungen, wie dies vielfach üblich ist, auch Vorlegierungen enthalten, so beispielsweise eine Eisen-Aluminium-Vorlegierung. Das Verfahren ist ferner auch dann anwendbar, wenn der Pulvermischung Gussschrott aus fertigen Dauermagnetkörpern entsprechender Zusammensetzung zugesetzt ist.
Das magnetische Feld, das während der Sinterung zur Einwirkung gebracht wird, soll der Richtung nach der gewünschten Magnetisierung für den fertigen Magneten entsprechen.
Vorteilhaft kann dem Verfahren gemäss der Erfindung die bekannte Abkühlung von gesinterten Dauermagnetkörpern mit geregelter Geschwindigkeit in einem Magnetfeld angeschlossen werden, um auch dem erfindungsgemäss vorbehandelten Dauermagneten eine Vorzugslage der Magnetisierung zu erteilen.
Die Richtung des während der Sinterung einwirkenden Magnetfeldes und die Richtung des während der Erteilung der Vorzugslage wirkenden Feldes müssen, um eine Höchstwirkung zu erzielen, miteinander und mit der Richtung der Gebrauchsmagnetisieurng des gewünschten
Magneten übereinstimmen. Es kann zweck- mässig sein, die Sinterung im Magnetfeld und die
Abkühlung im Magnetfeld in der gleichen
Apparatur vorzunehmen. Es kann ferner die Spule, die das Magnetfeld erzeugt, gleichzeitig auch zum
Erhitzen der Körper zusätzlich oder auch für sich allein ausgenutzt werden.
Das Sintern von Dauermagneten bietet be- kanntlich den Vorteil, das System, bestehend aus
Dauermagnetwerkstoff und magnetisch weichem
Werkstoff, einstückig herstellen zu können, so dass mit Polschuhen, Leitstücken od. dgl. ver- sehene Körper aus der Sinterung hervorgehen.
Bei der Herstellung wird so verfahren, dass das Ausgangspulver für den Dauermagneten sowie das Pulver für den magnetisch weichen Werk- stoff zusammen in die gleiche Form eingefüllt und der anschliessend durch Pressen erzeugte Körper gesintert wird. Lässt man während des Einfüllens der Pulver, während des Pressvorganges und bzw. oder während des Sinterns ein Magnetfeld einwirken, so tritt ausser im Dauermagnetwerkstoff auch im magnetisch weichen Werkstoff eine Richtwirkung ein. Diese hat eine ausserordentlich starke Erhöhung der magnetischen Leitfähigkeit der magnetisch weichen Teile des Formkörpers zur Folge. Es wird daher möglich, mit Systemen geringeren Volumens grössere Leistungen zu erzielen, weil die Querschnitte der magnetischen Leitwege und die Länge der Dauermagnete geringer gehalten werden können.