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Durch Richtungsmagnetisieren magnetisch anisotrop gemachter Dauermagnet
Die Erfindung bezieht sich auf magnetisch anisotrope, permanente Magnete, d. h. Magnete, deren Werte für (BH) max, die Remanenz Br und die Koerzitivkraft Hc in einer bestimmten
Richtung (Vorzugsrichtung) grösser sind als die analogen in anderen Richtungen erzielbaren
Werte. Es ist bekannt, solche Magnete aus
Legierungen, die Fe, Ni, Al und Co enthalten, mit oder ohne zusätzliche Elemente, wie im wesentlichen Cu und Ti, dadurch herzustellen, dass diese Legierungen während der Abkühlung von einer Temperatur oberhalb des Curiepunktes dem Einfluss eines Magnetfeldes unterworfen werden. Hiebei kann man in der Vorzug- richtung ein (BH) max von mehr als 2. 5 x 106 erzielen, also mehr als den höchsten Wert, der zuvor mit isotropen Magneten erzielbar war.
Die bisher bekanntgewordenen Richtungs- magnete erreichen den hohen (BH) max-Wert vor allem durch eine bedeutende Steigerung der
Remanenz gegenüber dem bei isotropen Magneten erzielbaren Wert. In der Praxis gibt es aber
Fälle, wo der hohe (BH) max- Wert nicht allein ausschlaggebend ist, sondern bei denen ausserdem ein hoher Wert der Koerzitivkraft erwünscht ist.
Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn die durch die Koerzitivkraft bedingte Länge des
Magnets für die Bemessung des zu bauenden
Gerätes, in dem der Magnet angewendet werden soll, eine ausschlaggebende Rolle spielt (z. B. bei Motoren, Dynamos, Lautsprechern, Mess- geräten usw.).
Die Erfindung geht demgemäss von der Auf- gabenstellung aus, einen Magnet zu schaffen, der unter Beibehaltung der Fortschritte, welche die Richtungsmagnetisierung gebracht hat, ins-
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Diese Aufgabe wird durch Anwendung einer Legierung gelöst, welche sich zwar bezüglich ihres Nickel-und Aluminiumgehaltes nicht wesentlich von den bisher bekanntgewordenen
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komponente vorschreibt.
Die erfindungsgemässe Legierung besteht aus :
EMI1.3
<tb>
<tb> 30-42% <SEP> Kobalt,
<tb> 7-20% <SEP> Nickel,
<tb> 2-10% <SEP> Titan,
<tb> 5-11% <SEP> Aluminium,
<tb> 0-10% <SEP> Kupfer,
<tb>
Rest Eisen und Verunreimgungen und gegebenenfalls weitere Zusätze und ergibt bei der bekannten Einwirkung eines Magnetfeldes während der Abkühlung von einer Temperatur oberhalb des Curiepunktes bis auf eine diesen Punkt um wenigstens 1000 C unterschreitende Temperatur und nach Anlassen und endgültiger Magnetisierung in der Vorzugsrichtung eine Koerzitivkraft von wenigstens 750 Oersted neben einem (BH) max von wenigstens 2-5 x 106.
Unter den vorerwähnten Zusätzen sind Elemente oder Kombinationen von Elementen zu verstehen, durch deren Hinzufügung eine Verbesserung der Verarbeitbarkeit, der optimalen Kühlgeschwindigkeit während der Härtung oder der mechanischen Eigenschaften erreicht wird.
Solche Elemente sollen nur in kleinen Mengen bis zu einigen Prozenten (im allgemeinen nicht mehr als 2%) zugesetzt werden, da sonst das erzielte Sonderergebnis auf Kosten der übrigen Eigenschaften geht.
Besonders vorteilhaft hat sich eine engere Auswahl aus diesem Legierungsgebiet erwiesen, u. zw. :
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<tb>
<tb> zu <SEP> Kobalt,
<tb> 10-17% <SEP> Nickel,
<tb> 3-9% <SEP> Titan,
<tb> 6-9% <SEP> Aluminium,
<tb> 0-8% <SEP> Kupfer
<tb>
Rest wie oben.
Die aus dieser Legierung hergestellten Magnete sind durch eine Koerzitivkraft von mindestens 800 Oersted gekennzeichnet.
Eine noch engere Auswahl mit der Zusammensetzung
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<tb>
<tb> 34-40% <SEP> Kobalt,
<tb> 10-17% <SEP> Nickel,
<tb> 5-6% <SEP> Titan,
<tb> 7-8% <SEP> Aluminium,
<tb> 3-5% <SEP> Kupfer,
<tb>
Rest wie oben verbürgt ausser der hohen Koerzitivkraft von über 800 Oersted ein (BH) max von mehr
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als 3 X 106. Die Koerzitivkraft wird meistens 800 Oersted übersteigen und kann bis 1200 Oersted betragen. Die Remanenz ist wenigstens 7000 Gauss, in weitaus den meisten Fällen sogar mehr als 8000 Gauss. Mit Rücksicht auf die hohe Koerzitivkraft darf im allgemeinen nicht erwartet werden, dass die Remanenz 10.000 Gauss übersteigen wird.
Legierungen von der erfindungsgemässen Zusammensetzung sind in anderem Zusammenhang bereits bekanntgeworden. So wird in der schweizerischen Patentschrift Nr. 195119 eine ähnliche Legierung für isotrope Magnete zur Ausscheidungshärtung empfohlen. Hiebei konnte jedoch nur ein (BH) max von 1. 8 x 106 erzielt werden. Die Legierungen haben sich denn auch in der Praxis wegen des hohen Gehaltes an teurem Kobalt nicht durchgesetzt. Die erfindungsgemässen Magnete gestatten aber gegen- über denen der Schweizer Patentschrift eine Gewichtsreduktion auf die Hälfte, so dass der absolute Bedarf an Kobalt, trotz des hohen relativen Gehaltes an diesem Metall, wieder innerhalb wirtschaftlicher Grenzen liegt.
Von den bisher für Richtungsmagnete bekanntgewordenen Legierungen hingegen unterscheidet sich die erfindungsgemässe Zusammensetzung vor allem durch den wesentlich höheren Kobaltund Titangehalt. Die dadurch entstehenden Mehrkosten werden aber in Fällen, wo es auf kleine Baulängen ankommt, durch die damit verbundenen sonstigen Eraparungen mehrmals wettgemacht. Darüber hinaus gestatten die neuen
Magnete die einfache Lösung von Konstruktions- problemen, die vorher grosse Schwierigkeiten machten. Beispielsweise ist es möglich, Radio- empfangsgeräte mit Lautsprechern zu bauen, die in die Tasche gesteckt werden können, weil für einen solchen Lautsprecher bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ein ring- förmiger Magnet von nur 8 mm Höhe genügt.
Auch zur Verwendung von Lautsprechern zum
Einbau in Femsehempfangsgeräte, bei denen die Tiefe des zur Anordnung von Lautsprechern geeigneten und zur Verfügung stehenden Raumes neben dem Projektionsschirm von der Grössenordnung von einigen Zentimetern ist, sind die erfindungsgemäss hergestellten Magnete besonders vorteilhaft. In einem solchen Falle braucht die
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auf verschiedene Weise hergestellt werden, nämlich durch Schmelzen der Bestandteile und Ausgiessen der geschmolzenen Legierung oder durch Sintern pulverförmiger Gemische der zusammensetzenden Elemente oder Legierungen derselben.
Was die Verwendung von Titan in anisotropen Magneten anbelangt, ist es bekannt, dass dadurch die Koerzitivkraft verbessert wird, dies jedoch stets auf Kosten des (BH) max und der Remanenz.
Aus diesem Grunde werden in der Praxis die meisten anisotropen Magnete ohne oder nur mit sehr kleinen Titanzusätzen hergestellt und wurde in der Literatur 5% als die obere Grenze angegeben. Anmelderin hat nunmehr gefunden, dass bei Anwendung eines Co-Gehaltes von 30 bis etwa 42% mit geeigneter Anpassung der anderen Legierungselemente, der Titangehalt, unter Beibehaltung eines günstigen (BH) max- Wertes von wenigstens 2-5 X 106 und einer günstigen Remanenz, bis zu etwa 10% gesteigert werden kann ; am günstigsten hat sich ein Titangehalt von etwa 4 bis 8% erwiesen.
Was den Nickelgehalt betrifft, sei bemerkt, dass im allgemeinen eine Erhöhung des NiGehaltes eine Verbesserung der Koerzitivkraft auf Kosten der Remanenz ergibt. Erhöhung des Co-Gehaltes hingegen ergibt eine erhöhte Remanenz, ohne dass dadurch die Koerzitivkraft beeinflusst wird.
Die Verwendung von Kupfer ist nicht unbedingt notwendig und ein Gehalt von mehr als 10% ist sogar schädlich. Es ist festgestellt worden, dass die besten magnetischen Werte entstehen, wenn etwa 4% Cu zugesetzt wird.
Der Al-Gehalt soll, wie üblich, dem Gehalt der übrigen Bestandteile angepasst sein.
Zur Erzielung optimaler, magnetischer Eigenschaften ist es erwünscht, dass der Magnetkörper von einer Temperatur von etwa 1225 C bis auf etwa 600 C mit einer mittleren Geschwindigkeit von ! bis 10'je Sekunde abkühlt, entsprechend der Zusammensetzung der Legierung, wonach man in der Art und Weise der weiteren Abkühlung bis auf Zimmertemperatur frei ist.
Während dieser Abkühlung, die entweder un- mittelbar nach Bildung des Magnetkörpers durch
Giessen oder Sintern oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur und erneutem Erhitzen bis zu etwa 1225 C erfolgt, wird das bereits erwähnte Magnetfeld angelegt. Die Stärke dieses
Feldes beträgt vorzugsweise wenigstens
1000 Oersted. Nach der Wärmebehandlung muss der Magnet noch angelassen werden, was auf in der Technik bereits angewendete Weise erfolgten kann wie z. B. in der britischen Patentschrift
Nr. 522731 der Anmelderin beschrieben worden ist. Die Anlassung kann gewünschtenfalls sofort nach der vorerwähnten Abkühlung erfolgen.
Es leuchtet ein, dass angesichts der Tatsache, dass es sich im vorliegenden Fall um eine aus wenigstens fünf Elementen aufgebaute Legierung handelt, Anmelderin nicht anzugeben vermag, welche Prozentsätze der Legierungsbestandteile des erwähnten Gebietes nicht miteinander kom- biniert werden sollen, mit Rücksicht darauf,
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Auf Grund der vorgenannten Anweisungen für die zusammensetzenden Elemente der Legie- rung und der Anweisungen für die Behandlung derselben, wird der Fachmann jedoch stets fm jeden vorkommenden Fall eine solche Wahl aus den verschiedenen Möglichkeiten treffen können, dass ein zuvor festgesetztes, erwünschtes Ergebnis erzielt wird ; dabei ist zu berücksichtigen, dass
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die maximal erzielbaren Werte für die Koerzitivkraft nicht zusammcn mit den maximal erzielbaren Werten für die Remanenz auftreten. Die Anforderung, die in jedem vorkommenden Fall gestellt werden darf, ist, dass die Koerzitivkraft
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höchsten und niedrigsten Grenzen für die Legierungselemente sollen in diesem Zusammenhang verstanden werden.
Als Beispiele eines erfindungsgemässen Verfahrens sei erwähnt, dass ein Magnetkörper aus einer 34% Co, 15% Ni, 7#2% Al, 5#1% Ti, 4% Cu, Rest Fe mit Verunreinigungen enthaltenden Legierung durch Giessen hergestellt wird und darauf entweder sofort nach dem Giessen oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur und erneuter Aufheizung bis zu 1225 C von dieser Temperatur bis auf etwa 600 C in fünf Minuten abgekühlt und während der Abkühlungsperiode einem Magnetfeld von 2000 Oersted ausgesetzt wird.
Darauf wird der Magnetkörper angelassen, indem er nacheinander auf den folgenden Temperaturen und Zeiten gehalten wird :
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<tb>
<tb> 670 <SEP> C <SEP> 3 <SEP> Minuten,
<tb> 6600 <SEP> C <SEP> 5 <SEP> Minuten,
<tb> 650 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> Minuten,
<tb> 6400 <SEP> C <SEP> 15 <SEP> Minuten,
<tb> 620 <SEP> C <SEP> 20 <SEP> Minuten,
<tb> 600 <SEP> C <SEP> 30 <SEP> Minuten,
<tb> 560 <SEP> C <SEP> 6C <SEP> Minuten,
<tb> 520 <SEP> C <SEP> 120 <SEP> Minuten,
<tb> 500 <SEP> C <SEP> 180 <SEP> Minuten.
<tb>
Nach endgültiger Magnetisierung in der Vor- zugsrichtung in einem Magnetfeld von 5000 Oersted sind die magnetischen Eigenschaften folgende :
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Legierungen mit den damit erzielten Ergebnissen sind folgende :
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<tb>
<tb> Co <SEP> Ni <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> Cu <SEP> Fe+ <SEP> Br <SEP> Hc <SEP> (BH)mau
<tb> Verunr. <SEP> 10-5
<tb> 32 <SEP> 15 <SEP> 51 <SEP> 77 <SEP> 0 <SEP> Rest <SEP> 9500 <SEP> 756 <SEP> 3
<tb> 32 <SEP> 15 <SEP> 6'6 <SEP> 7. <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> " <SEP> 8070 <SEP> 760 <SEP> 2-56
<tb> 34 <SEP> 15 <SEP> 5#52 <SEP> 7#05 <SEP> 4 <SEP> ,, <SEP> 8550 <SEP> 1050 <SEP> 3-4
<tb> 34 <SEP> 15 <SEP> 5'77 <SEP> 7.
<SEP> 04 <SEP> 4 <SEP> " <SEP> 8350 <SEP> 1080 <SEP> 3-5
<tb> 34 <SEP> 17 <SEP> 3 <SEP> 8#5 <SEP> 4 <SEP> ,, <SEP> 8350 <SEP> 845 <SEP> 2-6
<tb> 35 <SEP> 16 <SEP> 8 <SEP> 6-75 <SEP> 0 <SEP> ,, <SEP> 7650 <SEP> 940 <SEP> 2-6
<tb> 35 <SEP> 18 <SEP> 6. <SEP> 5 <SEP> 7. <SEP> 25 <SEP> 0 <SEP> " <SEP> 8050 <SEP> 780 <SEP> 2-6
<tb> 36 <SEP> 11 <SEP> 5#1 <SEP> 7 <SEP> 4 <SEP> ,, <SEP> 9950 <SEP> 925 <SEP> 4-1
<tb> 36 <SEP> 11 <SEP> 6-0 <SEP> 7. <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> " <SEP> 8250 <SEP> 910 <SEP> 3-2
<tb> 36 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 6 <SEP> 4 <SEP> ,, <SEP> 8450 <SEP> 752 <SEP> 2-5
<tb> 36 <SEP> 15 <SEP> 5. <SEP> 1 <SEP> 7. <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> " <SEP> 8500 <SEP> 1140 <SEP> 3-5
<tb> 36 <SEP> 15 <SEP> 6-6 <SEP> 7-5 <SEP> 0 <SEP> ,, <SEP> 7960 <SEP> 804 <SEP> 2-6
<tb> 36 <SEP> 13 <SEP> 6 <SEP> 6.
<SEP> 75 <SEP> 8 <SEP> " <SEP> 8000 <SEP> 800 <SEP> 2-6
<tb> 38 <SEP> 13 <SEP> 51 <SEP> 7#24 <SEP> 4 <SEP> ,, <SEP> 9300 <SEP> 900 <SEP> 3#3
<tb> 40 <SEP> 13 <SEP> 6#0 <SEP> 0 <SEP> 7. <SEP> 23 <SEP> 4 <SEP> " <SEP> 8630 <SEP> 944 <SEP> 3-24
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Durch Richtungsmagnetisieren magnetisch anisotrop gemachter Dauermagnet aus einer Titan, viel Kobalt, 7-20% Nickel, 5-11% Aluminium und gegebenenfalls Kupfer bis zu 10% sowie weitere Zusätze enthaltenden Eisenlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 30-42% Kobalt und 2-10% Titan enthält und dass der Magnet in der Vorzugsrichtung eine Koerzitivkraft von mindestens 750 Oersted bei einem (BH) max von mindestens 2#5x106 aufweist.