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Verfahren zur Herstellung magnetischanisotroper Dauermagnete mit axialer Kristall- orientierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung magnetischanisotroper Dauermagnete mit einer axialen Kristallorientierung aus einer Ni-Al-Co-Fe-Legierung, die ausser den üblichen Verunreinigungen etwa 15-42% Kobalt, etwa 10-20% Nickel, etwa 6-10% Aluminium und etwaige Zusätze wie z. B.
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Ende eines Rohres zugeführt und im festen Zustand in Form eines Stabes am unteren Ende des Rohres abgeführt wird, während die Rohrwand auf einer so hohen Temperatur gehalten wird, dass im wesentlichen die ganze Hitzemenge in axialer Richtung abgeführt wird.
Es wurde nun gefunden, dass bei diesem Herstellungsverfahren von Magneten vorerwähnter Art die Geschwindigkeit und die Art der Bewegung der Schmelze in dem Rohr an der Stelle der Erstarrungsstrecke für die gewünschten magnetischen und mechanischen Eigenschaften des gezogenen Stabes sehr wichtig sind und dass in den meisten Fällen beide Faktoren, gegebenenfalls in Verbindung miteinander, nicht beliebig gewählt werden können.
Hinsichtlich der Art der Bewegung liegt eine Wahl zwischen einer kontinuierlichen Bewegung und einer Schrittbewegung vor. Die Schrittbewegung betrifft ein Verfahren, bei dem Perioden einer kontinuierlichen, gleichmässigen Bewegung mit Wartezeiten abwechseln.
Das erfindungsgemässe Verfahren weist das Merkmal auf, dass zum Erreichen jedes vorherbestimmten und erzielbaren (BHax-Wertes der Metallstab bei kontinuierlicher Bewegung mit einer Geschwindigkeit von maximal 0, 1 mm/sec aus dem Giessrohr gezogen wird bzw. bei schrittweiser Bewegung die zwischen den Schritten vorhandenen Wartezeiten in dem Masse länger gewählt werden, wie die Geschwindigkeit während der Schritte grösser ist. Der maximal erzielbare (BH) max-Wert ist naturgemäss durch die Zusammensetzung der benutzten Legierungen bedingt.
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abhängig ist in dem Sinne, dass (BH) max-Werte über 6 X 106G. Oe bei einem hohen Grad von Kristallorientierung erzielt werden. Wenn keine Kristallorientierung vorhanden ist, beträgt der (BH) max-Wert etwa 4, 5-5xlO"G.
Oe. Zwischen dem zuletzt genannten (BH) max-Wert und dem (BH) max-Wert von 6 X 106 G. Oe liegt eine Strecke, in der eine partielle Kristallorientierung auftritt und in der somit das erfindungsgemässe Verfahren auch verwendet werden kann.
Die Stäbe können diskontinuierlich aus einem Rohr mit einer Länge von etwa 10 cm mit einer Geschwindigkeit von 0, 1 bis 10 mm/sec gezogen werden, wobei die Wartezeiten zwischen etwa 10 sec und 200 sec schwanken können in dem Sinne, dass die niedrigeren Geschwindigkeiten mit kürzeren Wartezeiten verbunden werden sollen. Wenn diese Bedingungen, insbesondere die minimale Wartezeit und bei der kontinuierlichen Bewegung die maximale Geschwindigkeit, nicht erfüllt werden, werden Stäbe mit schlech-
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max-Wert(BH) max-Wert mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/sec während des Schrittes erzielt werden, so müssen die Wartezeiten dementsprechend kürzer, z. B. zwischen 30 und 60 sec gewählt werden.
Wenn bei diesen Geschwindigkeiten kürzere Wartezeiten gewählt werden, ergibt sich ein niedrigerer (BH) max-Wert. Die gleiche Wirkung tritt auf, wenn bei den gleichen Wartezeiten grössere Geschwindigkeiten gewählt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt in vergrössertem Massstab einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Übersicht einer Anzahl von Messergebnissen bei einem schrittweise gezogenen Magneten.
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Nach Fig. 1 ist das körnige Material 1 aus einer Legierung für den herzustellenden Magnet in einer Füllvorrichtung 2 untergebracht, aus der es mittels einer Schnecke 3 in einen Tiegel 4 geführt wird. Die Schnecke wird mit regelbarer Geschwindigkeit durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus. gedreht. Die Legierung 1 kann aus etwa 15-42% Kobalt, etwa 10-20% Nickel, etwa 6-10% Aluminium mit nach Wahl bis zu 8% Kupfer, nach Wahl bis zu etwa 4% Niob, nach Wahl bis zu 8% Tantal bestehen, wobei der Niob- und der Tantalgehalt teilweise durch Titan ersetzt werden können, während der Rest im wesentlichen aus Eisen besteht. In dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel wird eine Legierung mit 24% Kobalt, 14% Nickel, 8% Aluminium, 3% Kupfer, 0, 5% Niob und weiter Eisen verwendet.
Der Tiegel 4 besteht aus einem keramischen Trichter, der in ein keramisches Rohr 5 mündet, dessen Querschnitt gleich dem des zu bildenden Stabes ist. Im vorliegenden Falle hat der Stab einen Durchmesser von etwa 10 bis 200 mm. Der Tiegel ist von einer Hochfrequenzspule 6 umgeben, die aus einer (nicht dargestellten) Stromquelle gespeist wird und die zum Erzeugen einer Schmelze 7 des Materials 1 dient. Um zu verhüten, dass die Schmelze von Gasen angegriffen wird, insbesondere von Sauerstoff, wird der obere Teil des Tiegels 4 mit einer inerten oder nicht oxydierenden Atmosphäre gefüllt, z. B. mit Argon, Helium oder Wasserstoff, welches Gas durch eine Eintrittsöffnung 8 eintritt unddurcheineAuslass- öffnung 9 abgeführt wird. Der Tiegel 4 ist von einem wärmeisolierenden Mantel 10 ungeben.
Eine zweite (Widerstands) -Erhitzungsspule 11, die zur Bestimmung der Abführrichtung der Erstarrungswärme beiträgt, umgibt das Rohr 5 und wird aus einer (nicht dargestellten Stromquelle gespeist. Das untere Ende des Rohres 5 ist durch einen Bolzen 12 verschlossen, der aus Eisen bestehen kann. Dem Bolzen 12 wird eine axiale Bewegung M durch zwei Räder 13 erteilt, die mit veränderlichen Geschwindigkeiten in entweder kontinuierlicher oder schrittweiser Bewegung mittels an sich bekannter Vorschubmechanismen gedreht werden können.
Aus Fig. 2 zeigt es sich, dass das Rohr eine Erstarrungszone 14 begrenzt. Um praktisch alle Erstarrungswärme in axialer Richtung dem geschmolzenen Material zu entziehen, wird der in der Erstarrungszone gebildete Magnetstab durch eine mit Wasser gekühlte Vorrichtung 15 geführt.
Nachdem der Stab 16 zwischen den Rollen 13 geführt ist, gelangt er in ein Gerät 17, in dem er auf übliche Weise durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld magnetisch-anisotrop gemacht wird. Darauf wird der Stab in Stücke der gewünschten Länge geschnitten, die schliesslich magnetisiert werden.
In dem vorstehend beschriebenen Gerät wurde dem Stab 16 der einen Durchmesser von etwa 14 mm hatte und aus einer Legierung von 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu, 0, 5% Nb und weiter im wesentlichen Fe bestand, eine kontinuierliche Bewegung von etwa 0, 01 mm/sec erteilt. Nach der Wärmebehandlung wurden Magnetkörper mit einer Länge von etwa 15 mm aus dem Stab 16 geschnitten und axial magnetisiert, worauf sie einen (BH) max-Wert von 7, 9xl06 G. Oe aufwiesen mit einer Remanenz von 13 450 Gauss und eine Koerzitivkraft von 770 Örsted.
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Vorzugsweise wird gemäss der Erfindung der Stab schrittweise bewegt, während die gleiche Legierung wie vorstehend für die kontinuierliche Bewegung benutzt wird. Solche Ausführungsformen sind in Fig. 3 einzeln dargestellt. Die Geschwindigkeit während des Schrittes (d in mm/sec) ist auf die vertikale Achse und die Wartezeiten (t in sec) sind auf die horizontale Achse aufgetragen.
Aus Fig. 3, in der die Ergebnisse der magnetischen Messungen in bezug auf den (BH) max-Wert in mG. Oe angegeben sind, lässt sich folgendes schliessen.
Bei einem konstanten Wert der Geschwindigkeit während des Schrittes von 10 mm/sec nehmen der (BH) max-Wert von etwa 5 X 106 bis 8 X 106 G. Oe und die Wartezeit von 30 sec bis 180 sec zu (Koerzitivkraft 710-780 Oersted, Remanenz 12 500-13 200 Gauss).
Weiter zeigt es sich, dass bei einer konstanten Wartezeit von 30 sec der (BH) max-Wert von etwa 5 X 106
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die Wartezeit länger in dem Masse ist wie die Geschwindigkeit während des Schrittes grösser ist.
Die nachfolgende Tabelle gibt einen Eindruck von der Ähnlichkeit der magnetischen Eigenschaften, die erzielbar sind. Die magnetischen Eigenschaften von drei Teilen (dem unteren, mittleren und oberen Teil) eines Stabes mit einer Länge von 2 Metern werden angegeben, wobei die Legierung gleich der der vorhergehenden Beispiele ist. In den Tabellen bedeuten (BH) max das maximale Energieprodukt in
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<tb> OexlO", <SEP> Br1.
<tb>
Geschwindigkeit
<tb> 5 <SEP> mm/see <SEP> Unterer <SEP> Teil <SEP> Mittlerer <SEP> Teil <SEP> Oberer <SEP> Teil
<tb> Wartezeit <SEP> 30 <SEP> sec
<tb> (BH) <SEP> max <SEP> 7, <SEP> 2 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 7, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Br <SEP> 13420 <SEP> 13500 <SEP> 13400
<tb> Hc <SEP> 765 <SEP> 775 <SEP> 765
<tb>
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<tb>
<tb> 2.
<tb>
Geschwindigkeit
<tb> 3 <SEP> mm/sec <SEP> Unterer <SEP> Teil <SEP> Mittlerer <SEP> Teil <SEP> Oberer <SEP> Teil
<tb> Wartezeit <SEP> 30 <SEP> sec
<tb> (BH) <SEP> rnax <SEP> 6,8 <SEP> 7,1 <SEP> 6,8
<tb> Br <SEP> 13100 <SEP> 13150 <SEP> 12960 <SEP>
<tb> He <SEP> 785 <SEP> 785 <SEP> 770
<tb> 3.
<tb>
Geschwindigkeit
<tb> Smn/sec <SEP> Unterer <SEP> Teil <SEP> Mittlerer <SEP> Teil <SEP> Oberer <SEP> Teil
<tb> Wartezeit <SEP> 60 <SEP> sec
<tb> (BH) <SEP> rnax <SEP> 8,4 <SEP> 8,4 <SEP> 8,6
<tb> Br <SEP> 13720 <SEP> 13770 <SEP> 13640
<tb> He <SEP> 770 <SEP> 765 <SEP> 775
<tb>
Aus dieser Tabelle lässt sich schliessen, dass jedenfalls die Streuung in den (BH) max-Werten innerhalb von 0, 5 X 106 G. Oe gehalten werden kann, was für Massenproduktion akzeptabel ist. Es zeigt sich, dass durch verbesserte Kontrolle des Verfahrens eine kleinere Toleranz erzielt werden kann, z. B. von 0, 2 bis 0, 3 X 106 G. Oe. Die Streuung der Koerzitivkraft und der Remanenz liegt im allgemeinen unterhalb 1%.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung magnetisch anisotroper Dauermagnete mit einer axialen Kristallorientierung aus einer Ni-Al-Co-Fe-Legierung, die neben den üblichen Verunreinigungen etwa 15-42% Co,
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bis zu 8% Ta enthält, wobei der Niob-und/oder Tantalgehalt teilweise durch Titan ersetzt werden kann und die Legierung im geschmolzenen Zustand am oberen Ende eines Giessrohres zugeführt und im festen Zustand in Form eines Stabes am unteren Ende dieses Giessrohres kontinuierlich oder schrittweise abgeführt wird, wobei die Rohrwand auf eine so hohe Temperatur erhitzt wird, dass alle Wärme im wesentlichen in axialer Richtung abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen jedes vorherbestimmten und erzielbaren (BH) max-Wertes der Metallstab bei kontinuierlicher Bewegung mit einer Geschwindigkeit von maximal 0,
1 mm/sec aus dem Giessrohr gezogen wird bzw. bei schrittweiser Bewegung die zwischen den Schritten vorhandenen Wartezeiten in dem Masse länger gewählt werden, wie die Geschwindigkeit während der Schritte grösser ist.