Verfahren zur Herstellung permanenter Magnete. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung permanenter Magnete unter Verwendung eines magnetisch anisotro- pen Material, wobei die Werte für (BH)",a" die Remanenz B,. und die Koerzitivkraft H,, in einer bestimmten Riehtung (Vorzugsrich tung) grösser ausfallen als die in andern Rieh- tun,
-en erzielharen Werte.
Derartige Magnete können in der Vorzugs richtung ein (BH)""" von mehr als 2,5 X 10s aufweisen, das den höchsten Wert übersteigt, der zuvor mit magnetisch isotropen, perma nent magnetischen Materialien erzielbar war, das heisst. Materialien, deren erzielbare Werte für (BH)"a" die Remanenz und die Koerzi- tivkraft praktisch in allen Richtungen gleich sind.
Bisher bestanden die in der Praxis ver wendeten, magnetisch anisotropen, permanent magnetischen Materialien aus Legierungen, die Fe, Ni, Al und Co enthalten, mit den üb lichen, unvermeidlichen Verunreinigungen und mit oder ohne zusätzlichen Elementen, wie im wesentlichen Cu und Ti. Um die Ani sotropie-Eigenscliaft zu erzielen, werden die Legierungen während einer Wärmebehand lung, vorzugsweise während der zur Härtung erforderlichen Abkühlung, von einer Tem peratur oberhalb des Curiepunktes dem Ein fluss eines Magnetfeldes unterworfen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist da durch gekennzeichnet, dass eine 26 bis 30 0/0 Co, 8 bis 20 % Ni, 5 bis 11% Al,
5 bis 10 % Ti enthaltende Eisenlegierung -während der Abkühlung von einer den Curiepunkt der Le gierung übersteigenden Temperatur bis zu einer diesen Punkt um wenigstens 100 C un terschreitender Temperatur der Wirkung eines 11lagnetfeldes unterworfen wird, und zwar derart, dass nach Anlassen und endgül tiger Magnetisierung des Magnetkörpers in einer der Richtung des Magnetfeldes während der erwähnten Abkühlung wenigstens nahezu entsprechenden Richtung, ein Magnet ent steht,
der in dieser Vorzugsrichtung neben einem (BH) ",-Wert von wenigstens 2,5 X 10s eine Koerzitivkraft von wenigstens 750 Örsted hat. Die Koerzitivkraft wird meistens 800 Ör- sted übersteigen und kann 1200 Örsted be tragen. Die Remanenz kann wenigstens 7000 Gauss und in den meisten Fällen sogar mehr als 8000 Gauss betragen. Mit Rücksicht auf die hohe Koerzitivkraft darf im allgemeinen nicht erwartet werden, dass die Remanenz 8500 Gauss übersteigen wird.
Der vorerwähnten Legierung ist zweck- mässig bis zu 8 % Cu hinzugesetzt. Überdies können zusätzlich noch andere Elemente oder Kombinationen derselben vorhanden sein, die eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit der verwendeten Legierung, eine Beeinflussung der Abkühlungsgeschwindigkeit während der Härtung oder eine Verbesserung der mecha nischen oder der magnetischen Eigenschaften bezwecken kann.
Solche Elemente werden zweckmässigerweise nur in kleinen Mengen bis zu einigen Prozenten (im allgemeinen nicht mehr als 2 %) zugesetzt, da sonst das erzielte Sonderergebnis auf Kosten der übrigen Eigen schaften geht.
Im Zusammenhang mit dem Obenstehen- den wird es einleuchten, dass mit der Erfin dung sehr hohe Koerzitivkräfte bei einem gün stigen (BH).", und sogar bei einer günstigen Remanenz erzielbar sind, so dass der Appa ratetechnik neue Magnete sehr besonderer Eigenschaften zur Verfügung stehen. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn die von der Koerzitivkraft bedingte Länge des Magnetes mit Rücksicht auf die erwünschte Bemessung des zu bauenden Gerätes, in dem der Magnet angewendet werden soll, eine durchschlagende Rolle spielt (z.
B. bei Motoren, Dynamos, Lautsprechern, Messgeräten usw.). Auf diese Weise ist es möglich, Radioempfangsgeräte mit- Lautsprechern zu bauen, die in die Tasche gesteckt werden können. Infolge der Tat sache, dass in diesem Fall die Höhe des zu verwendenden, ringförmigen Magnetes nur 8 mm sein kann, braucht die Bemessung eines solchen Gerätes nicht grösser als diejenige einer Brieftasche züi sein.
Auch zur Verwen dung in Lautsprechern beim Einbau in Fern sehempfangsgeräte; bei denen die Tiefe des zur Anbringnng von Lautsprechern. geeig neten und zur Verfügung stehenden Raumes neben dem Projektionsschirm von der Grössen ordnung von einigen Zentimetern ist, sind die erfindungsgemäss hergestellten Magnete be sonders vorteilhaft. In einem solchen Fall braucht die Höhe des Magnetes nur 14,5 mm zu sein. Die bei vorliegender Erfindung verwen deten Legierungen können auf verschiedene Weise erzielt werden, nämlich durch Schmel zen der Bestandteile und Vergiessen der ge schmolzenen Legierung oder durch Sintern pulverförmiger Gemische der zusammensetzen den Elemente oder Legierungen derselben.
In bezug auf die Zusammensetzung der erfindungsgemäss verwendeten Legierungen sei bemerkt, dass diese sieh von den bisher für die Herstellung von magnetisch anisotro- pen, permanent magnetischem Material be nutzten Legierungen durch die Anwendung eines hohen Co-Gehaltes zusammen mit einem relativ hohen Ti-Gehalt unterscheiden.
In diesem Zusammenhang kann bemerkt werden, dass, obwohl anisotrope Legierungen, die bis zu 30 % Co enthalten, sich als sehr wertvoll erwiesen haben, in der Praxis ein Kobaltgehalt in dem obern Teil dieses Berei ches wegen der hohen Kosten des Kobalts nicht bevorzugt wurde.
Was die Anwendung von Titan in magne tisch anisotropen, permanent magnetischen Materialien anbelangt, ist. es bekannt, dass da durch die Koerzitivkraft verbessert wird: dies jedoch stets auf Kosten des (BII),"", und cler Remanenz. Aas diesem Grunde werden in der Praxis die meisten magnetisch anisotropen, permanent magnetischen Materialien ohne oder nur mit sehr.
kleinen Titanzusä.tzen her gestellt, und wurde in der Literatur 51/o als die obere Grenze angegeben. Anmelderin hat gefunden, dass bei Anwendung eines Co-Ge- haltes von 26 bis 30 % mit geeigneter Anpas- sung der andern Legierungselemente, der Ti- tangehalt,
unter Beibehaltung eines günstigen (BH)",",-Wertes und einer hohen Koerzitiv- kraft, über 51/o gesteigert werden kann; am günstigsten hat sich ein Titangehalt von 5,1 bis 8 % erwiesen. Die hohen Kosten wegen des hohen Kobalt.gehaltes werden in diesem Falle durch die Möglichkeit,
einen Magneten mit einer bemerkenswert hohen Koerzitivkraft zu erhalten, ausgeglichen. Was den Nickelgehalt anbetrifft, sei be merkt, da.ss im allgemeinen eine Erhöhun.-des Ni-Gehaltes eine Verbesserung der Koerzitiv- kraft auf Kosten der Remanenz ergibt. Die Verwendung von Kupfer ist nicht. not wendig, und Gehalte von mehr als 811/o sind sogar schädlich.
Es ist festgestellt worden, dass die besten magnetischen Werte entstehen, wenn etwa 4 % Cu werden. Der AI-Gehalt kann, wie üblich, den Ge halten der übrigen Bestandteile angepasst werden.
Zur Erzielung optimaler magnetischer Eigenschaften ist es erwünscht, dass der Ma gnetkörper von einer Temperatur von etwa 1225 C bis auf etwa 6000 C mit einer mitt leren Geschwindigkeit von
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bis zu<B>100</B> pro Sekunde abgekühlt wird, entsprechend der Zusammensetztuig der Legierung, wonach .man in der Art und Weise der weiteren Abküh lung bis auf Zimmertemperatur frei ist.
Wäh rend dieser Abkühlung, die entweder unmit telbar nach Bildung des Magnetkörpers durch Giessen oder Sintern oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur und erneuter Auf heizung bis zu etwa 1225 C erfolgt, wird das bereits vorerwähnte lla-netfeld angelegt. Die Stärke dieses Feldes beträgt vorzugsweise we nigstens 1000 Gauss. Nach der Wärmebehand lung muss der lIagnet noch angelassen wer den, was auf in der Technik bereits ange wendete Weise erfolgen kann, wie z.
B. in der britischen Patentschrift Nr.522731 der An- melderun beschrieben worden ist. Die Anlas sund kann gewünschtenfalls sofort. nach der vorerwähnten Abkühlung erfolgen.
Es leuchtet. ein, dass angesiehts der Tat sache, dass es sich im vorliegenden Fall um aus wenigstens fünf Elementen aufgebaute Legierungen handelt, Anmelderun nicht anzu geben vermag, welche Prozentsätze der Legie rungsbestandteile des erwähnten Gebietes nicht miteinander kombiniert werden sollen, mit Rücksicht darauf. dass sonst den gestell ten .Anforderungen in bezug auf die Mini mumwerte der Koerzitivkraft und des (BH)",a@ nicht entsprochen werden kann.
Auf Grund der vorgenannten Anweisun gen für die zusammensetzenden Elemente der Legierung und der Anweisungen für die Be handlung der Legierung, wird der Fachmann jedoch stets für jeden vorkommenden Fall eine solche Wahl aus den verschiedenen Mög lichkeiten treffen können, dass ein zuvor fest gesetztes, erwünschtes Ergebnis erzielt wird; dabei ist zu berücksichtigen, dass die maximal erzielbaren Werte für die Koerzitivkraft nicht zusammen mit den maximal erzielbaren Wer ten für die R,emanenz auftreten.
Die Anfor derung, die in jedem vorkommenden Fall gestellt werden darf, ist., dass die Koerzitiv- kraft wenigstens 750 Örsted bei einem (BH).." von wenigstens 2,5 X 106 sein soll. Die genannten höchsten und niedrigsten Greifzen für die Legierungselemente sollen in diesem Zusammenhang verstanden werden.
Als Beispiel einer erfindungsgemässen Aus führungsart sei erwähnt, dass ein Magnetkör- per aus einer 29,5 % Co, 16 % Ni, 5,1% Ti, 7,7 % Al, 1% Cu,
Rest Fe mit Verunreini- gungen enthaltenden Legierung durch Giessen hergestellt wird und darauf, entweder sofort nach dem Giessen, oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur und erneuter Aufhei- zung bis zu<B>12250</B> C von dieser Temperatur bis auf etwa<B>6000</B> C,
das heisst einer Tempera tur oberhalb der Curietemperatiu der betref fenden Legierung in fünf -Minuten abgekühlt und während der Abkühlungsperiode einem Magnetfeld von 2000 Gauss aus;Yesetzt wird.
Darauf v,-ird der Magnetkörper angelassen, in dem er nacheinander auf den folgenden Tem peraturen und Zeiten gehalten wird:
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<B>670()</B> <SEP> C <SEP> 3 <SEP> Minuten
<tb> <B>6600</B> <SEP> C <SEP> 5 <SEP> "
<tb> 650 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> "
<tb> 6400 <SEP> C <SEP> 15 <SEP> "
<tb> 620 <SEP> C <SEP> 20 <SEP> "
<tb> <B>6000</B> <SEP> C <SEP> 30 <SEP> "
<tb> <B>5600</B> <SEP> C <SEP> 60 <SEP> "
<tb> <B>5200</B> <SEP> C <SEP> 120 <SEP> "
<tb> <B>5000</B> <SEP> C <SEP> 180 <SEP> " Nach endgültiger Magnetisierung in der Vorzugsrichtung in einem Magnetfeld von 5000 Gauss sind die magnetischen Eigen schaften folgende:
B, = 7950 Gauss, H, = 1010 Örsted und (BH)ma, = 3,2 X<B>106.</B>
Andere Ausführungsbeispiele von verwen deten Legierungen sind folgende:
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Co <SEP> Ni <SEP> Ti <SEP> A1 <SEP> Ca <SEP> Fe+ <SEP> B,. <SEP> Ha <SEP> (BH)n,ag
<tb> Verunr.
<tb> 2 <SEP> 7 <SEP> 18 <SEP> 6,7 <SEP> 6,25 <SEP> 4 <SEP> Rest <SEP> 7550 <SEP> 1010 <SEP> 2,84 <SEP> X <SEP> 106
<tb> 28 <SEP> 13 <SEP> 6 <SEP> 7,5 <SEP> 4 <SEP> Rest <SEP> 7500 <SEP> 920 <SEP> 2,9 <SEP> X <SEP> 10s
<tb> 28 <SEP> 15 <SEP> 6 <SEP> 7,5 <SEP> 4 <SEP> Rest <SEP> 7150 <SEP> 1010 <SEP> 2,6 <SEP> X <SEP> 10s
<tb> 28 <SEP> 17 <SEP> 5,1 <SEP> 7,7 <SEP> 6 <SEP> Rest <SEP> 7650 <SEP> 980 <SEP> 2,7 <SEP> X <SEP> 10s
<tb> 28 <SEP> 19 <SEP> 6 <SEP> 7,5 <SEP> 4 <SEP> Rest <SEP> 7150 <SEP> 1200 <SEP> 2,6 <SEP> X <SEP> 10s
Process for the production of permanent magnets. The invention relates to a method for producing permanent magnets using a magnetically anisotropic material, the values for (BH) ", a" being the remanence B,. and the coercive force H ,, in a certain direction (preferred direction) turn out to be greater than that in other directions,
-en achievable values.
Such magnets can have a (BH) "" "of more than 2.5 X 10s in the preferred direction, which exceeds the highest value that was previously achievable with magnetically isotropic, permanently magnetic materials, that is, materials that can be achieved Values for (BH) "a" the remanence and the coercive force are practically the same in all directions.
So far, the magnetically anisotropic, permanent magnetic materials used in practice consisted of alloys containing Fe, Ni, Al and Co, with the usual, unavoidable impurities and with or without additional elements, such as essentially Cu and Ti. Um To achieve the anisotropy properties, the alloys are subjected to the influence of a magnetic field during a heat treatment, preferably during the cooling required for hardening, from a temperature above the Curie point.
The method according to the invention is characterized in that a 26 to 30% Co, 8 to 20% Ni, 5 to 11% Al,
Iron alloy containing 5 to 10% Ti -during cooling from a temperature exceeding the Curie point of the alloy to a temperature below this point by at least 100 C under the action of a magnetic field, in such a way that after tempering and final magnetization of the magnetic body in a direction at least almost corresponding to the direction of the magnetic field during the cooling mentioned, a magnet is created,
which in this preferred direction has a (BH) ", value of at least 2.5 X 10s and a coercive force of at least 750 Örsted. The coercive force will usually exceed 800 Örsted and can be 1200 Örsted. The remanence can be at least 7000 Gauss and in most cases even more than 8000 Gauss. In view of the high coercive force, it must generally not be expected that the remanence will exceed 8500 Gauss.
Up to 8% Cu is expediently added to the above-mentioned alloy. In addition, other elements or combinations thereof can also be present which can aim at improving the machinability of the alloy used, influencing the cooling rate during hardening or improving the mechanical or magnetic properties.
Such elements are expediently only added in small amounts up to a few percent (generally not more than 2%), otherwise the special result achieved is at the expense of the other properties.
In connection with the above, it will be evident that with the invention very high coercive forces can be achieved with a favorable (BH). ", And even with a favorable remanence, so that the apparatus technology has new magnets with very special properties This is of particular importance if the length of the magnet caused by the coercive force plays a decisive role with regard to the desired dimensioning of the device to be built in which the magnet is to be used (e.g.
B. in motors, dynamos, loudspeakers, measuring devices, etc.). In this way, it is possible to build radio receivers with speakers that can be put in your pocket. As a result of the fact that in this case the height of the ring-shaped magnet to be used can only be 8 mm, the dimensions of such a device need not be greater than that of a wallet.
Also for use in loudspeakers when installed in television receivers; where the depth of the speakers used. suitable and available space next to the projection screen of the order of magnitude of a few centimeters, the magnets produced according to the invention are particularly advantageous. In such a case, the height of the magnet only needs to be 14.5 mm. The alloys used in the present invention can be achieved in various ways, namely by melting the constituents and casting the molten alloy or by sintering powdered mixtures of the composing elements or alloys thereof.
With regard to the composition of the alloys used according to the invention, it should be noted that these differ from the alloys previously used for the production of magnetically anisotropic, permanently magnetic material due to the use of a high Co content together with a relatively high Ti content .
In this connection it can be noted that although anisotropic alloys containing up to 30% Co have proven to be very valuable, in practice a cobalt content in the upper part of this range was not preferred because of the high cost of cobalt.
As far as the use of titanium in magnetically anisotropic, permanent magnetic materials is concerned. it is known that the coercive force is improved: this, however, always at the expense of (BII), "", and the remanence. For this reason, most magnetically anisotropic, permanent magnetic materials are in practice with little or no.
small titanium additives and was given in the literature 51 / o as the upper limit. Applicant has found that when using a Co content of 26 to 30% with suitable adaptation of the other alloy elements, the titanium content,
while maintaining a favorable (BH) ",", value and a high coercive force, it can be increased to over 51 / o; A titanium content of 5.1 to 8% has proven to be most favorable. The high costs due to the high cobalt content are in this case due to the possibility of
to obtain a magnet with a remarkably high coercive force is balanced. As far as the nickel content is concerned, it should be noted that an increase in the Ni content generally results in an improvement in the coercive force at the expense of the remanence. The use of copper is not. necessary, and levels of more than 811 / o are even harmful.
It has been found that the best magnetic values arise when about 4% becomes Cu. As usual, the AI content can be adapted to the remaining components.
To achieve optimal magnetic properties, it is desirable that the magnetic body from a temperature of about 1225 C to about 6000 C at a middle speed of
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is cooled down to <B> 100 </B> per second, according to the composition of the alloy, after which one is free in the manner of further cooling down to room temperature.
During this cooling, which takes place either immediately after the magnet body has been formed by casting or sintering or after cooling to room temperature and heating up again to about 1225 C, the aforementioned laser field is applied. The strength of this field is preferably at least 1000 Gauss. After the heat treatment, the magnet still has to be left on, which can be done in ways that have already been applied in technology, such as
B. in UK Patent No. 522731 of the Applicant has been described. The event can be initiated immediately if required. take place after the aforementioned cooling.
It glows. one that, given the fact that in the present case the alloys are composed of at least five elements, the application is not able to indicate which percentages of the alloy components of the mentioned area should not be combined with one another, with that in mind. that otherwise the specified .requirements with regard to the minimum values of the coercive force and the (BH) ", a @ cannot be met.
On the basis of the above instructions for the constituent elements of the alloy and the instructions for the treatment of the alloy, however, the person skilled in the art will always be able to make such a choice from the various possibilities for each case that a previously determined, desired result is achieved; It must be taken into account that the maximum achievable values for the coercive force do not occur together with the maximum achievable values for the emanence.
The requirement that may be made in every case that occurs is that the coercive force should be at least 750 Örsted with a (BH) .. "of at least 2.5 X 106. The mentioned highest and lowest gripping points for the Alloy elements should be understood in this context.
As an example of an embodiment according to the invention, it should be mentioned that a magnet body made of 29.5% Co, 16% Ni, 5.1% Ti, 7.7% Al, 1% Cu,
The remainder of Fe with an alloy containing impurities is produced by casting and then, either immediately after casting, or after cooling to room temperature and reheating to <B> 12250 </B> C from this temperature to about < B> 6000 </B> C,
This means that the alloy in question is cooled to a temperature above the Curie temperature in five minutes and exposed to a magnetic field of 2000 Gauss during the cooling period.
Then the magnetic body is started by keeping it successively at the following temperatures and times:
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<B> 670 () </B> <SEP> C <SEP> 3 <SEP> minutes
<tb> <B> 6600 </B> <SEP> C <SEP> 5 <SEP> "
<tb> 650 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> "
<tb> 6400 <SEP> C <SEP> 15 <SEP> "
<tb> 620 <SEP> C <SEP> 20 <SEP> "
<tb> <B> 6000 </B> <SEP> C <SEP> 30 <SEP> "
<tb> <B> 5600 </B> <SEP> C <SEP> 60 <SEP> "
<tb> <B> 5200 </B> <SEP> C <SEP> 120 <SEP> "
<tb> <B> 5000 </B> <SEP> C <SEP> 180 <SEP> "After the final magnetization in the preferred direction in a magnetic field of 5000 Gauss, the magnetic properties are as follows:
B, = 7950 Gauss, H, = 1010 Örsted and (BH) ma, = 3.2 X <B> 106. </B>
Other embodiments of the alloys used are as follows:
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Co <SEP> Ni <SEP> Ti <SEP> A1 <SEP> Ca <SEP> Fe + <SEP> B ,. <SEP> Ha <SEP> (BH) n, ag
<tb> pollution
<tb> 2 <SEP> 7 <SEP> 18 <SEP> 6.7 <SEP> 6.25 <SEP> 4 <SEP> remainder <SEP> 7550 <SEP> 1010 <SEP> 2.84 <SEP> X <SEP> 106
<tb> 28 <SEP> 13 <SEP> 6 <SEP> 7.5 <SEP> 4 <SEP> remainder <SEP> 7500 <SEP> 920 <SEP> 2.9 <SEP> X <SEP> 10s
<tb> 28 <SEP> 15 <SEP> 6 <SEP> 7.5 <SEP> 4 <SEP> remainder <SEP> 7150 <SEP> 1010 <SEP> 2.6 <SEP> X <SEP> 10s
<tb> 28 <SEP> 17 <SEP> 5.1 <SEP> 7.7 <SEP> 6 <SEP> remainder <SEP> 7650 <SEP> 980 <SEP> 2.7 <SEP> X <SEP> 10s
<tb> 28 <SEP> 19 <SEP> 6 <SEP> 7.5 <SEP> 4 <SEP> remainder <SEP> 7150 <SEP> 1200 <SEP> 2.6 <SEP> X <SEP> 10s