Verfahren zur Herstellung einer Dauermagnetlegierung. Es ist bekannt, Dauermagnetlegierungen herzustellen durch eine Kombination der Legierungselemente Nickel, Aluminium und Eisen. Diese Legierungen können gegebenen falls noch Kobalt enthalten und ausserdem einzeln oder gemeinsam Kupfer; Titan, Sili zium, Tantal und Niob. Solche bekannte Le gierungen, deren dauermagnetische Eigen schaften durch. Aushärtung erzielt werden, haben z. B.
Gehalte von 5-40 % Nickel, 3-.20 % Aluminium, gegebenenfalls bis 40 % Kobalt, 20 0/0 Kupfer, 10 0/0 Titan, 3 0/a Silizium, 5 % Tantal/Niob, einzeln oder gemeinsam, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.
Legierungen dieser Art werden unter anderem dadurch hergestellt, dass die metalli- schen Bestandteile in Pulverform miteinan der gemischt zu Formkörpern gepresst und alsdann gesintert werden. Hierbei können die Legierungselemente auch in Form von Vör- legierungen, die beispielsweise zwei oder meh rere Komponenten; der endgültigen Legierung enthalten, dem Pulveransatz zugesetzt werden.
Die Herstellung der Legierungen auf dem Sinterwege gewährleistet im allgemeinen die Erzielung von dauermagnetischen Werten, die denjenigen der auf dem Gusswege erzeug ten Legierungen entsprechen, obwohl auch Abweichungen von dieser Regel bekannt sind.
Erfindungsgemäss ist nun das Verfahren zur Herstellung enner gesinterten, aushärt- baren Dauermagnetlegierimg, welche minde stens die Legierungsmetalle Eisen, Nickel und Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dein Ausgangspulver Bor zugesetzt wird.
In der Dauermagnetlegierung können fer ner weitere Legierungselemente wie Kobalt, Kupfer, Silizium, Titan, Tantal und Niob an wesend sein.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung kann das Bor in Form einer gepulverten Legierung dem Ansatz beigemischt werden. Vorzugsweise wird die, Form des Ferrobör ge- wählt, wobei sich ein Ferrobor mit 2-50 % Bor als zweckmässig erwiesen hat.
Zwei hervorragend geeignete Ferrolegie- rungen sind z. B. Ferrobor mit etwa 16 % Bor und Ferrobor mit etwa 40/9 Bor, wobei es nicht schadet, wenn ausser Bor noch eine gewisse Menge Aluminium, beispielsweise etwa 4 0/a, und Silizium.,
beispielsweise etwa 20/a, in der Vorlegerung enthalten ist.
Die dem Ansatz zugegebene Bormenge be trägt zweckmässig zwischen 0,001 und 5 0/0, und zwar berechnet auf die Gesamtmenge der im Ansatz vorliegenden Stoffe. Besonders zweckmässig ist es, mit geringen Borgehalten zu arbeiten, und zwar solchen, die zwischen 0,001 und 10/0 liegen. Dabei wählt man vor zugsweise Gehalte in den Grenzen von 0,01 bis 0,150/0.
Diese Massnahmen führen zu einer Steige- rung der dauermagnetischen Werte in dem Sinne, dass die Remanenzwerte verglichen mit Legierungen, deren Ansatz nicht mit einem Borzusatz versehen wurde, erhöht sind, und dass die Entm@agnetisierungskurve eine stär kere Ausbauchung erfährt, so dass das Ener gieprodukt (BH)m",
stark anwächst. Es er geben sich auf diese Weise @BH)",;" ZVerte; die um mindestens 25-30 %, vorzugsweise Jedoch um 50 0/a und mehr höher liegen als die (BH)"""-Werte von solchen Legierungen, die ohne einen Borzusatz hergestellt wurden.
Dauermagnetlegierungen, deren Eigen schaften durch die Anwendung von Bor be- einflusst werden können, haben vorzugsweise folgende Zusammensetzung 5-40 % Nickel, 3-201/o Aluminium, gegebenenfalls bis 40 % Kobalt, 20 % Kupfer, 10 % Titan;
3 % Silizium, 5 % Tantal/Niob, einzeln oder gemeinsam, 0;001- 5% Bor, Rest Eisen (mit den üblichen Verunreinigungen). In diesem Bereich liegen alle heute tech nisch verwendeten Al-Ni- und Al-Ni-Co-Le- gierungen, die nunmehr durch den erfin dungsgemäss:
vorgeschlagenen Borzusatz in ihren magnetischen Eigenschaften deutlich verbessert werden können. Als besonders wichtig hat sich die Legie rungsgruppe mit den Grenzen 12-18 % Nickel, 6- 9 0/a Aluminium, 20-35% Kobalt, 2- 61/o Kupfer, 0- 81/o Titan, 0,001- 1% Bor, gegebenenfalls 0,
01- 1,5 % Silizium, 0,01- 1,5 % Tantal/Niob, einzeln oder gemeinsam, Rest Eisen erwiesen. In dieser Legierungsgruppe liegen unter anderem auch die bekannten vorzugs gerichteten Dauermagnetlegierungen, für die jedoch bis jetzt genauso wie für die. zunächst aufgeführte umfassendere Legierungsgruppe einBorzusatznoch nicht vorgeschlagen wurde.
Die Legierungen können auch noch 0,05-3 /o, vorzugsweise 0,5-1,5 % Zirkonium enthalten.
Als Beispiel für die technische Wirkung der Anwendung von Bor im Ansatz für die sintertechnische Herstellung von Dauermagne ten seien folgende Legierungen einander ge genübergestellt:
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Legierung <SEP> I <SEP> Legierung <SEP> II
<tb> ohne <SEP> Bor <SEP> im <SEP> Pulver- <SEP> mit <SEP> Bor <SEP> im
<tb> ansatz <SEP> Pulveransetz
<tb> <B>13,51/o</B> <SEP> Nickel <SEP> wie <SEP> I
<tb> 8 <SEP> <B>%</B> <SEP> Aluminium <SEP> jedoch <SEP> mit
<tb> 241/o <SEP> Kobalt <SEP> 0,02, <SEP> % <SEP> Bor.
<tb> 0,31/o <SEP> Titan
<tb> 3 <SEP> % <SEP> , <SEP> Kupfer
<tb> 0,05 <SEP> % <SEP> Silizium
<tb> Rest <SEP> Eisen, <SEP> mit <SEP> den
<tb> üblichen <SEP> Verunreinigungen.
Es wurde nach der Sinterung und ent sprechender Wärmebehandlung erreicht.:
EMI0002.0098
mit <SEP> der <SEP> Legierung <SEP> I <SEP> mit <SEP> der <SEP> Legierung <SEP> II
<tb> Remanenz <SEP> 10200 <SEP> Gauss <SEP> 11700 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> 650 <SEP> Oersted <SEP> 605 <SEP> Oersted
<tb> (B <SEP> H)m.
<SEP> 3,2 <SEP> X <SEP> 106 <SEP> Gauss <SEP> X <SEP> Oersted <SEP> 4,28 <SEP> X <SEP> <B>1.06</B> <SEP> Gauss <SEP> X <SEP> Oersted Diese magnetischen Eigenschaften wurden bei beiden Legierungen gemessen in der magnetischen Vorzugsrichtung, die bei beiden Legierungen durch die bekannte Abkühlung im Magnetfeld erzielt wurde.
Es ist selbstver ständlich, dass bei Legierungen, die einer Be handlung zur Erzeugung einer Vorzugsrich- tung der Magnetisierung nicht. unterworfen werden, die Werte bei beiden Legierungen entsprechend niedriger liegen.
Als Beispiel für eine charakteristische Zu sammensetzung seien folgende Legierungen genannt:
EMI0003.0013
A1 <SEP> Ni <SEP> Ti <SEP> Cu <SEP> B <SEP> Co
<tb> 1. <SEP> 11 <SEP> 21 <SEP> 1,5 <SEP> 2,5 <SEP> 0,03 <SEP> 2. <SEP> 10,5 <SEP> 21 <SEP> 0,6 <SEP> 6 <SEP> 0,02 <SEP> 9,5
<tb> 3.
<SEP> 8 <SEP> 17 <SEP> 2,25 <SEP> 3 <SEP> 0,075 <SEP> 16 Die beiden erstgenannten Legierungen zei- gen 10-20 /o und. die dritte 30 % und dar- über höhere Werte als entsprechend borfreie Legierungen.
Die Legierungen gemäss der Erfindung können im Eisenrest noch gewisse Verunrei- nigungen enthalten, die durch die verwende ten Ausgangswerkstoffe in die Legierungen hineingetragen werden. Es ist an sich bekannt, dass diese Verunreinigungen bei den Dauer magnetlegierungen dieser Art möglichst niedrig sein sollten, obwohl es unter gewissen Umständen nicht schadet, wenn sie gelegent lich auch in grösseren Mengen vorhanden sind.
Dies gilt insbesondere für Kohlenstoff; Mangan, Phosphor, Schwefel, Chrom, Wolf ram, Molybdän und dergleichen.
Die üblichen borteien aushärtbaren Dauermagnetlegierungen haben bekanntlich gewisse Eigenschaften, die ihre Verwendung beeinträchtigen. Insbesondere neigen die Kan ten der hergestellten Dauermagnetkörper dazu, auszubröckeln. Dieses Ausbröckeln tritt vornehmlich bei der Verarbeitung dieser Kör per zu fertigen Systemen ein, das heisst also beispielsweise beim Schleifen oder aber beim späteren Gebrauch, wenn die Dauermagnete Erschütterungen,
Schlag- oder Stossbeanspru- chungen unterworfen werden. In vielen Fällen ist diese mangelnde Kantenfestigkeit untrag bar, und es müssen daher solche Dauermagnet- körper, deren Kanten bei der mechanischen Bearbeitung, vornehmlich .beim Schleifen, ausgebröckelt sind, verworfen werden.
Es ist ferner ohne weiteres ersichtlich, dass Dauer- magnetkörper, die im Gebrauch zur Aus- bröekelung der Kanten neigen, für viele Zwecke unbrauchbar sind, weil die ausge bröckelten Teilchen, die selbstverständlich dauermagnetische Eigenschaften aufweisen, in die Vorichtungen hineingeraten-können, mit denen die Dauermagnete funktionell zu sammengebaut sind, also beispielsweise in .das Instrumentengehäuse, in Getriebe,
in den Flüssigkeitsstrom einer magnetisch zu filtern den Flüssigkeit und dergleichen mehr. Dort verursachen solche Teilchen unter Umständen erhebliche Schäden, zumal sie an Eisengegen ständen haften bleiben.
Die Legierungen gemäss der Erfindung dagegen besitzen in hervorragendem Masse die Eigenschaf derKantenfestigkeit. Siebröckeln daher weder bei der Herstellung noch beim späteren Gebrauch aus. Die Herstellung ist wesentlich erleichtert, weil die gesinterten Körper gegen die Bearbeitungsart, , die bei diesen Dauermagneten die häufigste ist, näm lich das Schleifen, praktisch vollkommen un empfindlich sind.
Die bekannten borfreien Legierungen sind ferner ausserordentlich empfindlich gegen die Einhaltung einer optimalen Sintertemperatur. Bei diesen Legierungen ist es notwendig, die Sintertemperatur auf etwa 3-6 C genau ein zuhalten, wenn in den Erzeugnissen die dauermagnetischen Eigenschaften stets gleich hohe Werte aufweisen sollen.
Dieser Umstand macht die Erzeugung schwierig und hat häufige Ausfälle zur Folge, die nicht immer für andere untergeordnete Zwecke ausgenutzt werden können. Das Ver fahren der Herstellung der borhaltigen Le gierungen lässt sich indes wesentlich verein fachen, und zwar dadurch, dass ohne Schädi gung der dauermagnetischen Eigenschaften und ohne Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften, wie Kantenfestigkeit und Schleifunempfindlichkeit, in einem Tempera- turintervall von 1300 bis 1:
340 gesintert wer den kann.. Es ist ohne weiteres verständlich, dass infolge der weiten Grenzen des Inter valles einerseits der Ausschuss schlechthin. ver_ ringert wird und anderseits für den Betrieb der Sinteröfen eine besonders sorgfältige Tem- peraturüberwachung nicht erforderlich ist.
Process for making a permanent magnet alloy. It is known to produce permanent magnet alloys by combining the alloying elements nickel, aluminum and iron. These alloys can optionally contain cobalt and also copper individually or together; Titanium, silicon, tantalum and niobium. Such well-known alloys, whose permanent magnetic properties by. Curing can be achieved, for. B.
Contents of 5-40% nickel, 3-20% aluminum, optionally up to 40% cobalt, 20 0/0 copper, 10 0/0 titanium, 3 0 / a silicon, 5% tantalum / niobium, individually or together, remainder Iron with the usual impurities.
Alloys of this type are produced, among other things, by mixing the metallic constituents in powder form, pressing them to form molded bodies and then sintering them. Here, the alloying elements can also be in the form of pre-alloys which, for example, contain two or more components; contained in the final alloy, added to the powder formulation.
The production of the alloys by sintering generally ensures the achievement of permanent magnetic values which correspond to those of the alloys produced by casting, although deviations from this rule are also known.
According to the invention, the method for producing a sintered, hardenable permanent magnet alloy which contains at least the alloy metals iron, nickel and aluminum is characterized in that the starting powder boron is added.
In the permanent magnet alloy, further alloying elements such as cobalt, copper, silicon, titanium, tantalum and niobium can also be present.
In the method according to the invention, the boron can be added to the batch in the form of a powdered alloy. The form of the ferro boron is preferably chosen, a ferro boron with 2-50% boron having proven to be expedient.
Two excellently suitable ferro alloys are z. B. Ferroboron with about 16% boron and Ferroboron with about 40/9 boron, whereby it does not hurt if, in addition to boron, a certain amount of aluminum, for example about 40 / a, and silicon.,
for example about 20 / a, is included in the submission.
The amount of boron added to the batch is appropriately between 0.001 and 5%, calculated on the total amount of the substances present in the batch. It is particularly useful to work with low boron contents, namely those between 0.001 and 10/0. It is preferred to choose contents within the limits of 0.01 to 0.150 / 0.
These measures lead to an increase in the permanent magnetic values in the sense that the remanence values are increased compared with alloys whose formulation was not provided with a boron addition, and that the demagnetization curve experiences a stronger bulge, so that the energy gieprodukt (BH) m ",
grows strongly. It gives itself this way @BH) ",;" ZVerte; which are at least 25-30%, but preferably by 50 0 / a and more higher than the (BH) "" values of such alloys which were produced without an addition of boron.
Permanent magnet alloys, the properties of which can be influenced by the use of boron, preferably have the following composition: 5-40% nickel, 3-201 / o aluminum, optionally up to 40% cobalt, 20% copper, 10% titanium;
3% silicon, 5% tantalum / niobium, individually or together, 0; 001-5% boron, remainder iron (with the usual impurities). In this area are all Al-Ni and Al-Ni-Co alloys used technically today, which are now based on the invention:
proposed boron addition can be significantly improved in their magnetic properties. The alloy group with the limits 12-18% nickel, 6-9% aluminum, 20-35% cobalt, 2-61 / o copper, 0- 81 / o titanium, 0.001-1% boron has proven to be particularly important , possibly 0,
01-1.5% silicon, 0.01-1.5% tantalum / niobium, individually or together, the remainder iron has been proven. This group of alloys also includes the well-known preferentially oriented permanent magnet alloys, for which, however, so far as well as for. initially listed more extensive group of alloys, a boron addition has not yet been proposed.
The alloys can also contain 0.05-3 / o, preferably 0.5-1.5% zirconium.
As an example of the technical effect of using boron in the approach for the sintering production of permanent magnets, the following alloys are compared:
EMI0002.0095
Alloy <SEP> I <SEP> Alloy <SEP> II
<tb> without <SEP> boron <SEP> in <SEP> powder <SEP> with <SEP> boron <SEP> in
<tb> approach <SEP> powder preparation
<tb> <B> 13.51 / o </B> <SEP> Nickel <SEP> like <SEP> I
<tb> 8 <SEP> <B>% </B> <SEP> Aluminum <SEP> but <SEP> with
<tb> 241 / o <SEP> cobalt <SEP> 0.02, <SEP>% <SEP> boron.
<tb> 0.31 / o <SEP> titanium
<tb> 3 <SEP>% <SEP>, <SEP> copper
<tb> 0.05 <SEP>% <SEP> silicon
<tb> remainder <SEP> iron, <SEP> with <SEP> den
<tb> common <SEP> impurities.
It was achieved after sintering and appropriate heat treatment .:
EMI0002.0098
with <SEP> the <SEP> alloy <SEP> I <SEP> with <SEP> the <SEP> alloy <SEP> II
<tb> Remanence <SEP> 10200 <SEP> Gauss <SEP> 11700 <SEP> Gauss
<tb> Coercive Force <SEP> 650 <SEP> Oersted <SEP> 605 <SEP> Oersted
<tb> (B <SEP> H) m.
<SEP> 3.2 <SEP> X <SEP> 106 <SEP> Gauss <SEP> X <SEP> Oersted <SEP> 4.28 <SEP> X <SEP> <B> 1.06 </B> <SEP> Gauss <SEP> X <SEP> Oersted These magnetic properties were measured for both alloys in the preferred magnetic direction, which was achieved for both alloys by the known cooling in the magnetic field.
It goes without saying that, in the case of alloys, a treatment to generate a preferred direction of magnetization is not required. are subjected, the values for both alloys are correspondingly lower.
The following alloys may be mentioned as an example of a characteristic composition:
EMI0003.0013
A1 <SEP> Ni <SEP> Ti <SEP> Cu <SEP> B <SEP> Co
<tb> 1st <SEP> 11 <SEP> 21 <SEP> 1.5 <SEP> 2.5 <SEP> 0.03 <SEP> 2nd <SEP> 10.5 <SEP> 21 <SEP> 0 , 6 <SEP> 6 <SEP> 0.02 <SEP> 9.5
<tb> 3.
<SEP> 8 <SEP> 17 <SEP> 2.25 <SEP> 3 <SEP> 0.075 <SEP> 16 The first two alloys mentioned show 10-20 / o and. the third 30% and higher values than corresponding boron-free alloys.
The alloys according to the invention can still contain certain impurities in the iron residue, which are carried into the alloys by the starting materials used. It is known that these impurities should be as low as possible in permanent magnet alloys of this type, although under certain circumstances it does not do any harm if they are occasionally also present in large quantities.
This is especially true for carbon; Manganese, phosphorus, sulfur, chromium, tungsten, molybdenum and the like.
The usual hardenable permanent magnet alloys have certain properties that affect their use. In particular, the edges of the permanent magnet bodies produced tend to crumble. This crumbling occurs primarily when processing this body into finished systems, that is, for example, when grinding or during later use when the permanent magnets vibrate,
Be subjected to impact or shock loads. In many cases, this lack of edge strength is intolerable, and therefore permanent magnet bodies whose edges have crumbled during mechanical processing, especially during grinding, must be discarded.
It is also readily apparent that permanent magnet bodies, which tend to crumble the edges during use, are unusable for many purposes because the crumbled particles, which of course have permanent magnetic properties, can get into the devices with which the permanent magnets are functionally assembled, for example in the instrument housing, in gears,
in the liquid stream to magnetically filter the liquid and the like. Such particles can cause considerable damage there, especially since they stick to iron objects.
The alloys according to the invention, on the other hand, have the properties of edge strength to an outstanding degree. They therefore crumble neither during production nor during subsequent use. The production is much easier because the sintered bodies are practically completely insensitive to the type of processing, which is the most common with these permanent magnets, namely grinding.
The known boron-free alloys are also extremely sensitive to maintaining an optimal sintering temperature. With these alloys, it is necessary to maintain the sintering temperature to about 3-6 C if the permanent magnetic properties of the products are to always have the same high values.
This fact makes generation difficult and results in frequent failures which cannot always be used for other subordinate purposes. The process of manufacturing the boron-containing alloys can, however, be considerably simplified by using a temperature range from 1300 to 1:
340 can be sintered .. It is easily understandable that due to the wide limits of the interval, on the one hand, the scrap par excellence. is reduced and, on the other hand, particularly careful temperature monitoring is not required for the operation of the sintering furnace.