AT210909B

AT210909B - Verfahren zur Herstellung von magnetisch-anisotropen Dauermagneten mit einer Kristalltextur

Info

Publication number: AT210909B
Application number: AT291057A
Authority: AT
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1956-05-04
Filing date: 1957-05-02
Publication date: 1960-09-10

Description

Verfahren zur Herstellung von magnetisch-anisotropen Dauermagneten mit einer Kristalltextur
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von magnetisch-anisotropen Dauerma- gneten mit einer Kristalltextur, die aus einer Legierung von 15 bis 42% Co, 10 bis 20% Ni, 6 bis 10% AI,
0 bis 8% Cu, 0 bis 10% Ti, Rest hauptsächlich Fe, bestehen ; sie weist das Kennzeichen auf, dass die Le- gierung in geschmolzenem Zustand nach einem an sich bekannten Verfahren dem oberen Ende eines Rohres zugeführt und in festem Zustand in Form eines Stabes am andern Ende des Rohres abgeführt wird, wobei die Temperaturverteilung im Rohr und die Geschwindigkeit des Herausziehens des Stabes derart gewählt werden, dass zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften eine gewünschte Kristalltextur er- zielt wird.

Das obenerwähnte, an sich bekannte Verfahren wird im allgemeinen für nicht-dauermagnetische Materialien angewendet, bei denen zwar eine gewisse Kristalltextur festgestellt wurde, die aber wegen ihrer Natur der Verbesserung der technologischen Eigenschaften dieser Materialien nicht bewusst dienlich gemacht werden konnte, da eine solche Kristalltextur dazu keinen Beitrag liefert. Im Gegenteil werden die gewünschten technologischen Eigenschaften meist in ungünstigem Sinne dadurch beeinflusst. Wenn möglich, würde man das Auftreten einer Kristalltextur daher vermeiden.

Auch ist es schon bekannt, das Stranggussverfahren anzuwenden für die Herstellung voi Chrom-Magnetstahl. Die magnetischen Werte sind aber sehr schlecht. Unter "gewünschter Kristalltextur" wird im vorliegenden Fall eine Kristallorientierung verstanden, die für die magnetischen Eigenschaften günstig ist. Insbesondere wird hierunter eine Kristallorientierung verstanden, bei der eine [100] -Fläche und vorzugsweise auch eine [100]-Richtung parallel zur Achse des Stabes liegt ; in beiden Fällen wird vermieden, dass eine [ 111] -Richtung parallel zur Achse des Stabes liegt.

Dies ist von wesentlicher Bedeutung, da festgestellt wurde, dass die magnetischen Eigenschaften in der [ 111] -Richtung ungünstiger sind als in einer [110]-Richtung und letztere wieder ungünstiger als in einer [100]-Richtung. Bei der vorzugsweise angestrebten Textur wird auch vermieden, dass eine [110]-Richtung parallel zur Achse des Stabes liegt.

Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung können nicht nur bessere magnetische Eigenschaften als bei einem texturlosenMaterial erzielt werden, sondern es wird ausserdem möglich, eine bisher noch nicht bekannte, praktisch ununterbrochene Erzeugung von stabförmigem, dauermagnetischem Material mit der erwähntenKristalltextur direkt aus der Schmelze zu erzielen, was von grosser wirtschaftlicher Wichtigkeit ist ; denn auf diese Weise ist es möglich, sämtliches geschmolzenes Material direkt und nahezu vollständig in das gewünschte Erzeugnis umzusetzen, was also praktisch eine etwa 100% ige Nutzleistung des Materials bedeutet. Ausserdem kann die Herstellung unter immer gleichbleibenden Verhältnissen erfolgen, so dass eine reproduzierbare Kristalltextur und somit reproduzierbare magnetische Eigenschaften erzielt werden können.

Gegenüber bereits bekannten kristallorientierten Magneten brauchen diese Eigenschaften nicht besser zu sein. Der durch Anwendung der Erfindung erzielte Fortschritt liegt nämlich an erster Stelle in der grösseren Wirtschaftlichkeit und der grösseren Reproduzierbarkeit im Vergleich zu den älteren Verfahren, so dass es u. a. möglich wird, Magnete mit einem (BH) max-Wert herzustellen, die bisher nicht auf reproduzierbare und wirtschaftlich vertretbare Weise herstellbar waren.

Die praktische Anwendung solcher Magnete war deshalb bisher gering.

Die obenerwähnte Kristalltextur, bei der eine [100]-Fläche parallel zur Achse des Stabes. liegt,

kann dadurch erzielt werden, dass das Rohr in solcher Weise gekühlt wird, dass die Erstarrungswärme der
Legierung wenigstens im wesentlichen radial abgeleitet wird, so dass im Stab eine entsprechende radiale
Kristalltextur entsteht.

Die obenerwähnte vorzugsweise gewünschte Kristalltextur, bei der eine [100]-Richtung parallel zur
Achse des Stabes liegt, kann dadurch erzielt werden, dass das Rohr in an sich bekannter Weise durch zusätzliche Mittel derart erhitzt wird, dass die Erstarrungswärme der Legierung wenigstens im wesentlichen axial abgeleitet wird, so dass im Stab eine entsprechende axiale Kristalltextur entsteht. Zur Erhöhung des Effektes kann es erwünscht sein, den Stab beim Verlassen des Rohres durch zusätzliche Mittel zu kühlen.

Die Erzielung der Kristalltextur kann ausserdem dadurch begünstigt werden. dass beim ununterbrochenen Schmelzen und Giessen von einem Stück stabförmigen Materials der gewünschten Zusammensetzung und mit der gewünschten Textur. vorzugsweise von einemStück stabförmigenMaterials in Form eines Einkristalls mit der vorzugsweise gewünschten Kristallorientierung ausgegangen wird. EinEnde dieses Stabstückes bildet den Kopf des nach der Erfindung herzustellenden langen Stabes und wird nicht geschmol- zen ; dem andernEnde wird der bereits erwähnte ununterbrochene Strom flüssigen Materials zugeführt.

In beiden Fällen kann der Stab oder von ihm abgeschnittene Teile, zwecks Erzielung der magnetischen Anisotropie, direkt anschliessend an das Gussverfahren in einem Magnetfeld gehärtet werden, dessen Richtung der axialen Richtung des Stabes entspricht. Dieses in einer einzigen Vorrichtung durchgeführte Verfahren findet vorzugsweise Anwendung, da auf diese Weise Energie und Arbeitszeit gespart werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung, insbesondere zur Herstellung von titanhaltigen Dauermagneten, wird für die Innenwand des Rohres ein Material gewählt, durch das eine störende Reaktion der Rohrwand mit der flüssigen Legierung möglichst vermieden wird. Solche Materialien sind z. B. Berylliumoxyd, Thoriumoxyd oder Titankarbid, die nicht mit der titanhaltigen Legierung reagieren, so dass die Kristalltextur nicht beeinträchtigt wird.

Obgleich es grundsätzlich möglich ist, den Stab kontinuierlich aus dem Rohr herauszuziehen, ist es insbesondere bei der Herstellung von Magneten mit axialer Textur vorteilhaft, die Abführung des Stabes diskontinuierlich erfolgen zu lassen, da die gewünschte Kristalltextur an der Staboberfläche dadurch in besserem Masse erzielt wird.

In vielen Fällen ist es erwünscht, die Legierung in geschmolzenem Zustand vor chemisch angreifenden Gasen, Insbesondere Sauerstoff zu schützen. Dies kann z. B. durch Schmelzen in einer Atmosphäre von Argon, Helium oder Wasserstoff erfolgen.

Ein Magnet mit einem Durchmesser von 10 mm und mit einer radialen Textur, der dadurch erzielt wurde, dass der Stab mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 cm/min kontinuierlich aus einem wasserge-
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einem Hc von 610 Oersted und einer Remanenz von 13400 Gauss. Diese Werte sind bereits beträchtlich besser als die von texturlosen Magneten gleicher Zusammensetzung.

Ein Magnet mit einem Durchmesser von 20 mm und mit einer axialen Textur, der dadurch erzielt wurde, dass der Stab mit Intervallen von je 1 Minute um etwa 1/2 cm aus dem zusätzlich erhitzten Rohr herausgezogen wurde, hatte bei einer Zusammensetzung von 241o Co. 14% Ni, 8% Al. 3% Cu und im übrigen Fe, nach der erforderlichen Wärmebehandlung einen (BH) max-Wert von 6, 9 X 106 bei einer Koerzitivkraft von 700 Oersted und einer Remanenz von 13800 Gauss.

Bei Verwendung einer Legierung mit 2-8% Cu und 4 - 10% Ti ist es erwünscht, die Legierung im Magnetfeld in einem Bereich von 10-70 C unterhalb der Curietemperatur isothermisch zu härten.

Wenn ferner die Abmessungen des Querschnittes des Stabes mit Cu und Ti so gross sind, dass der Stab nicht hinreichend schnell abgeschreckt werden kann, ist es erwünscht, den Stab bei der Abschreckung. innerhalb einer Zeitspanne von 1 bis 10 Minuten von einer Temperatur höher als etwa 12000C bis auf etwa 600 C der Einwirkung eines Magnetfeldes zu unterwerfen, worauf, gleichfalls in einem Magnetfeld, der Stab wieder bis in den erwähnten Temperaturbereich von 10 bis 700C unterhalb der Curietem- peratur erhitzt wird.

Ein gemäss dem Verfahren nach der Erfindung hergestellter Magnet mit einem Durchmesser von
EMI2.2

Claims

RestPATENTANSPRÜCHE : EMI3.1 Kristalltextur, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in geschmolzenem Zustand nach einem an sich bekannten Verfahren dem oberen Ende eines Rohres zugeführt und in festem Zustand in Form eines Stabes am unteren Ende des Rohres abgeführt wird, wobei die Temperaturverteilung im Rohr und die Geschwin- digkeit des Herausziehens des Stabes derart gewählt werden, dass eine zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften gewünschte radiale oder axiale Kristalltextur erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr insolcher Weise gekühlt wird, dass die Erstarrungswärme der Legierung wenigstens im wesentlichen radial abgeführt wird, so dass im Stab eine radiale Kristalltextur erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr durch zusätzliche Mittel derart erhitzt wird, dass die Erstarrungswärme der Legierung wenigstens im wesentlichen axial abgeführt wird, so dass im Stab eine axiale Kristalltextur erzielt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab beim Verlassen des Rohres durch zusätzliche Mittel gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, insbesondere zur Herstellung von titanhaltigen Magneten, dadurch gekennzeichnet, dass für die Innenwand des Rohres ein Material gewählt wird, durch das eine störende Reaktion mit der flüssigen Legierung möglichst vermieden wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab diskontinuierlich aus dem Rohr abgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in geschmolzenem Zustand vor chemisch angreifenden Gasen geschützt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das Rohr verlassende Stab durch ein Magnetfeld geführt wird, dessen Richtung parallel zur Achse des Stabes verläuft.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Legierung 2 bis 8% Cu und 4 bis 10% Ti enthält, dadurch gekennzeichnet, dass im Magnetfeld eine isothermische Härtung in einem Bereich von 10 bis 700C unterhalb der Curietemperatur erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab bei der Abschreckung innerhalb einer Zeitspanne von 1 bis 10 Minuten von einer Temperatur von über etwa 12000C bis auf etwa 6000C einer Magnetfeldbehandlung unterworfen wird, worauf, gleichfalls in einem Magnetfeld, der Stab bis in den Temperaturbereich von 10 bis 700C unterhalb der Curietemperatur erhitzt wird.