Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten aus zerkleinertem Werkstoff. Es ist bekannt, Dauermagnete beliebiger Form dadurch zu erzeugen, dass zerkleinerte Dauermagnetwerkstoffe mit oder ohne Ver wendung von Bindemitteln zusammengepresst werden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die aus harzigen oder ähnlichen Stoffen bestehenden Bindemittel zu verflüs sigen und die erforderliche Form durch Giessen herzustellen.
Derart hergestellte Dauermagnete haben den Nachteil, dass selbst bei Anwendung hoher Pressdrücke von 4000 kg und mehr per cm2 nur Körper hergestellt werden kön nen, die eine erheblich geringere spezifische Dichte aufweisen als der verwendete Magnet werkstoff. Die Folge hiervon ist, dass die Magnete auf die Querschnittseinheit berech net eine verhältnismässig geringe Remanenz besitzen und die Entmagnetisierungskurve einen verschlechterten Kurvenfüllfaktor auf weist, so dass eine nennenswerte Verminde rung ihres nutzbaren magnetischen Energie- inhaltes beobachtet wird.
Die Koerzitivkraft bleibt als Nullwert von der Dichte der Packung und damit von der Art des Her stellungsverfahrens unabhängig.
Für einen Dauermagneten ist es aber wesentlich, dass insbesondere der Kurvenfüll- faktor, ausgedrückt durch die Gleichung
EMI0001.0014
möglichst gross ist, und dass ausserdem die Remanenz einen möglichst hohen Wert besitzt, da abgesehen vom Werte der Koerzitivkraft gerade von der Höhe der Remanenz und von der Grösse des Kurven füllfaktors der Betrag der spezifischen mag netischen Nutzenergie per cm' des Werk stoffes abhängt.
In der Gleichung bedeuten wie üblich<I>B</I> die Induktion,<I>H</I> die Feld stärke, B,. die Remanenz und H,; die Koerzi- tivkraft.
Es mussten bisher somit für die Herstel lung von Dauermagneten aus zerkleinertem Werkstoff eine Reibe von Dauermagnetwerk- stoffen ausscheiden, und zwar diejenigen, deren Betrag an spezifischer magnetischer Energie per cm; so gering ist, dass sie infolge der bei der Herstellung von Magneten aus zerkleiner tem Werkstoff zwangsläufig eintretenden Verminderung des Energieinhaltes nach dem Zerkleinern und Formgeben als Dauer magnetwerkstoff nicht mehr anzusprechen sind.
Zweck der Erfindung ist es, auch der artige Werkstoffe für die Herstellung von Dauermagneten aus zerkleinertem Werkstoff geeignet zu machen und darüber hinaus Werkstoffe, die auf Grund des ihnen inne wohnenden verhältnismässig hohen Energie inhaltes auch als Dauermagnet aus zerklei nertem Werkstoff noch günstige Werte zei gen, so zu verbessern, dass, bezogen auf den fertigen Magneten, geringere Querschnitte und geringere Rauminhalte als bisher mög lich sind.
Hierdurch wird erreicht, dass Mag nete aus zerkleinertem Werkstoff beispiels weise auch dann verwendet werden können, wenn nur ein verhältnismässig geringer Raum für die Unterbringung des Magnetes im System vorgesehen werden kann. oder Ge wichtsfragen eine wesentliche Rolle spielen.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Dauermag neten aus zerkleinertem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnetwerk- stoff einer ein schroffes Abschrecken ein schliessenden Wärmebehandlung unterworfen wird, durch die eine Erhöhung der Remanenz und des Kurvenfüllfaktors
EMI0002.0015
der Entmagnetisierungskurve erreicht wird. Diese Wärmebehandlung wird zweckmässig durchgeführt, ehe der Dauermagnetwerkstoff ganz fein zerkleinert wird.
Handelt es sich um einen bindemittelfreien Magneten, so kann die Wärmebehandlung auch während des Pressvorganges durchgeführt werden.
Zweck der Wärmebehandlung ist es, den Kurvenfüllfaktor der Entmagnetisierungs- kurve und die Remanenz und damit den Energieinhalt des fertigen, gepressten Mag netes zu verbessern, wodurch zwangsläu- fig die anzustrebenden Querschnittsverringe- rungen und dergleichen erzielt werden.
Von geringerer Bedeutung ist es, dass infolge die ser Wärmebehandlung gleichzeitig meist eine geringe Verschlechterung der Koerzitivkraft eintritt, weil dadurch nur eine mässige Ver grösserung der an sich meist geringen Magnet stablängen erforderlich wird.
Grundsätzlich unterscheidet man zwei verschiedene Arten von Dauermagnetwerk- stoffen für die Herstellung gepresster Mag nete, und zwar die Gruppe der auf der so genannten Kohlenstoff - Stahlhärtung be- ruhendenbfagnetwerkstoffe - Dauermagnet stähle - und die Gruppe der aushärtbaren Dauermagnetlegierungen. Beide Werkstoff gruppen können einer Wärmebehandlung mit dem oben dargelegten Ergebnis unterworfen werden. Die Wärmebehandlung unterscheidet sich für die beiden Gruppen infolge der ver schiedenen Konstitutionsbedingungen.
Es ist bekannt, dass zur Erzielung beson derer magnetischer Eigenschaften die auf der Kohlenstoff-Stahlhärtung beruhenden Dauer magnetwerkstoffe einem Erhitzen und Ab schrecken unterworfen werden. Die Abküh- lungsgeschwindigkeit musste jedoch für feste Magnete so eingestellt werden, dass der Magnetwerkstoff rissfrei, masshaltig und ver zugsfrei blieb.
Es sind daher immer nur verhältnismässig mildwirkende Abschreck- mittel, wie Luft, Pressluft, Öl und dergl. für die Kohlenstoffstahlhärtungsmagnetwerk- stoffe verwendet worden.
Um nun eine Er höhung der Remanenz und des Kurvenfüll- faktors zu erreichen, ist es zweckmässig, das Abschrecken von Glühtemperatur unter An wendung von schroffwirkenden Abschreck- mitteln, wie wässerige Lösungen, Wasser, Kältemischungen und dergl. mit grösstmög licher Geschwindigkeit durchzuführen. Die Glühtemperatur wird in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des jeweiligen Dauer magnetwerkstoffes gewählt und liegt vor zugsweise in den Grenzen von 875-975 .
Gegebenenfalls können die abgeschreckten Magnete noch einer Anlassbehandlung unter worfen werden, beispielsweise einer Erwär- mung auf 100 bis 200', wodurch in an sich bekannter Weise eine gewisse Erhöhung der Remanenz bei gleichzeitig gewisser Ernied rigung der Koerzitivkraft erzielt wird.
Die auf der Ausscheidungshärtung be ruhenden Dauermagnetlegierungen werden zweckmässig von Temperaturen abgeschreckt, die möglichst an der obern Grenze des Tem peraturgebietes der Mischkristallbildung lie gen. Das Abschrecken selbst soll für die auf Ausscheidungshärtung beruhenden Dauer magnetlegierungen so schroff wie möglich sein und zweckmässig werden hierzu Ab schreckmittel wie wässerige Lösungen, Was ser, Kältemischungen und dergl. verwendet. Der Zweck einer derartigen Behandlung ist, die Übersättigung des Mischkristalles auf den höchstmöglichen Wert zu bringen und während der Abkühlung auf Raumtempera tur jegliche Ausscheidung zu unterdrücken.
Zur Erzielung der Ausscheidung des über sättigtgelösten Anteils, durch welchen die be sonderen magnetischen Eigenschaften der Legierung hervorgerufen werden, muss die Legierung angelassen werden, je nach der Zusammensetzung des Werkstoffes auf Temperaturen bis etwa<B>750'.</B> Ein Wärme behandlungsverfahren für ausscheidungshär- tungsfähige Magnetlegierungen, gemäss wel chem ein Abschrecken und Anlassen vorge nommen wird, ist an sich bekannt. Die Ab schreckgeschwindigkeiten mussten aber für die festen Magnete bedeutend geringer sein, da sonst unerwünschte Erscheinungen, wie Rissigkeit, Abweichung von gewünschten Massen, Verziehen und dergl. nicht zu ver meiden waren.
In der beigefügten Zeichnung ist die Aus wirkung der Wärmebehandlung gemäss der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar gilt dies sowohl für Dauermagnetwerkstoffe auf der Grundlage der Kohlenstoff-Stahl- härtung, als auch für aushärtbare Magnet werkstoffe.
Auf der Waagrechten ist die Koerzitiv- kraft und auf der Senkrechten die Remanenz aufgetragen. Die Entmagnetisierungskurve 1 gilt für einen Dauermagnetwerkstoff, der in üblicher Weise zur Erzielung der äusserst er reichbaren Koerzitivkraft unter Verzicht auf den Höchstwert der Remanenz und des Kurvenfüllfaktors wärmebehandelt ist.
Wird ein derartiger Werkstoff zerkleinert und aus diesem zerkleinerten Werkstoff ein Dauer magnet hergestellt, so erhält die Entmagneti- sierungskurve etwa die Form nach z. Bei gleichbleibender Koerzitivkraft hat sich die Remanenz vermindert und gleichzeitig weist die Entmagnetisierungskurve einen abge flachten Verlauf auf, das heisst der Kurven füllfaktor q ist gesunken.
Wird der Werk stoff einer Wärmebehandlung gemäss der Er findung unterworfen, so erhält die Ent- magnetisierungskurve, bezogen auf den kom pakten Zustand, die Form nach 3, das heisst die Koerzitivkraft ist gesunken, während die Remanenz sich erhöht hat, wobei gleichzeitig die Kurve eine kräftige Ausbauchung auf weist, das heisst einen günstigen Kurvenfüll- faktor ii zeigt. Ein aus derartig behandeltem zerkleinertem Werkstoff hergestellter Dauer magnet zeigt dann eine Kurvenform gemäss 4.
Die Remanenz liegt über demjenigen Wert, den der gleiche zerkleinerte Dauermagnet werkstoff bei normaler Härtung (Kurve 2) aufweist.
Die Kurve 4 ist ferner stärker ausge baucht als die Kurve 2, woraus sich ergibt, dass die Entmagnetisierungskurve des Werk Stoffes einen grösseren Kurvenfüllfaktor be sitzt. Der durch die Wärmebehandlung er zielte Werkstoff gemäss der Kurve 3 ist so mit in hervorragender Weise zur Herstellung von Dauermagneten aus zerkleinertem Dauer magnetwerkstoff geeignet, da die Remanenz und der Kurvenfüllfaktor in einer Weise verändert sind, die dem durch das Zusam menpressen einzelner kleiner Teilchen hervor gerufenen Absinken dieser Werte wirksam entgegengerichtet ist.
Demgegenüber fällt der bewusste Verzicht auf einen gewissen Be trag der maximal erreichbaren Koerzitivkraft nicht ins Gewicht.
Im nachfolgenden werden einige Aus führungsbeispiele für das Verfahren gemäss der Erfindung beschrieben; 1. Bei Verwendung eines normalen Ko- baltstahls mit etwa folgender Zusammen setzung: 1 % Kohlenstoff 5 % Chrom 5 % Wolfram 1 % Molybdän <B>35%</B> Kobalt zur Herstellung eines gepressten Magnetes zeigt der fertige Magnetkörper ohne Anwen- dung der Wärmebehandlung gemäss der Er findung folgende Werte:
EMI0004.0008
Remanenz <SEP> 5600-6400 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> 230- <SEP> 270 <SEP> Oersted
<tb> Kurvenfüllfaktor <SEP> 17 <SEP> = <SEP> 0,30
<tb> Spez. <SEP> Energieinhalt <SEP> 18000 <SEP> Erg/em'. Wenn die gleiche Legierung vor der Her stellung der endgültigen Magnetform von 930-960' in Wasser, wässerigen Lösungen oder Kältemischungen abgeschreckt wird, zeigt der fertige Pressmagnet folgende Werte:
EMI0004.0015
Remänenz <SEP> 7000-7300 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> 190- <SEP> 230 <SEP> Oersted
<tb> Kurvenfüllfaktor <SEP> ii <SEP> = <SEP> 0,35
<tb> Spez. <SEP> Energieinhalt <SEP> 21000 <SEP> Erg/em'. 2. Eine aushärtbare Nickel-Aluminium- Eisen-Magnetlegierung mit 22-25 % Nickel 10-14 % Aluminium ergibt ohne Wärmebehandlung gemäss der Erfindung einen Pressmagneten mit folgen den Werten:
EMI0004.0022
Remanenz <SEP> 3800-4000 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> 420- <SEP> 500 <SEP> Oersted
<tb> Kurvenfüllfaktor <SEP> 71 <SEP> = <SEP> 0,27
<tb> Spez. <SEP> Energieinhalt <SEP> 19000 <SEP> Erg/em'.
Wendet man bei der gleichen Legierung vor der Herstellung des Pressmagnetes folgende Wärmebehandlung an: Abschrecken von 1250 bis<B>1325',</B> d. i. etwa die oberste Grenze des Mischkristallgebietes, in Wasser, wässe rigen Lösungen und nachfolgendes Anlassen auf 625 bis<B>700'</B> während Stunde, so zeigt der Pressmagnet folgende Werte:
EMI0004.0027
Remanenz <SEP> 5700-6200 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> 250- <SEP> 300 <SEP> Oersted
<tb> Kurvenfüllfaktor <SEP> = <SEP> 0,36
<tb> Spez. <SEP> Energieinhalt <SEP> 23500 <SEP> Erg/em'. 3.
Bei Verwendung einer aushärtbaren Nickel - Aluminium - Eisen - Legierung mit Kupfer- und Kobaltzusätzen etwa folgender Zusammensetzung 24-27 % Nickel 10-14 % Aluminium 4- 6 % Kupfer 4- 6 % Kobalt ohne eine Wärmebehandlung gemäss der Er findung zur Herstellung von Pressmagneten hat der fertige Pressmagnet folgende Güte ziffern.
EMI0004.0033
Remanenz <SEP> 3500-4000 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> 600- <SEP> 700 <SEP> Oersted
<tb> Kurvenfüllfaktor <SEP> 71 <SEP> = <SEP> 0,26
<tb> Spez. <SEP> Energieinhalt <SEP> 25000 <SEP> Erg/em'.
Bei Anwendung einer Wärmebehandlung ge mäss der Erfindung dagegen, nämlich nach Abschrecken von 1250 bis<B>1325'</B> in Wasser, wässerigen Lösungen, Kältemischungen, not falls auch in eisgekühltem<B>01</B> und nach folgendem Anlassen auf 625-700 während 1/2-1 Stunde ergeben sich für den fertigen Pressmagneten folgende Werte:
EMI0004.0036
Remanenz <SEP> 4900-5600 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> 325- <SEP> 375 <SEP> Oersted
<tb> Kurvenfüllfaktor <SEP> q <SEP> = <SEP> 0,37
<tb> Spez. <SEP> Energieinhalt <SEP> 27000 <SEP> Erg/em'.
Es ist ersichtlich, dass sowohl bei den aus- härtbaren Legierungen, als auch bei den Legierungen, die der Kohlenstoff-Stahlhär- tung unterliegen, eine wesentliche Verbesse rung des Kurvenfüllfaktors und eine wesent liche Steigerung des Energieinhaltes durch die Wärmebehandlung gemäss der Erfindung hervorgerufen wird.