CZ281161B6 - Slinovaný permanentní magnet a slinovaný permanentní magnetický materiál a způsob jejich výroby - Google Patents

Slinovaný permanentní magnet a slinovaný permanentní magnetický materiál a způsob jejich výroby Download PDF

Info

Publication number
CZ281161B6
CZ281161B6 CS92392A CS39292A CZ281161B6 CZ 281161 B6 CZ281161 B6 CZ 281161B6 CS 92392 A CS92392 A CS 92392A CS 39292 A CS39292 A CS 39292A CZ 281161 B6 CZ281161 B6 CZ 281161B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
phase
heavy rare
concentration
magnetic
powder
Prior art date
Application number
CS92392A
Other languages
English (en)
Inventor
Siegfried Dr. Heiss
Adolf Dipl. Ing. Diebold
Oskar Dr. Pacher
Original Assignee
Vacuumschmelze Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacuumschmelze Gmbh filed Critical Vacuumschmelze Gmbh
Publication of CZ39292A3 publication Critical patent/CZ39292A3/cs
Publication of CZ281161B6 publication Critical patent/CZ281161B6/cs

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0571Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
    • H01F1/0575Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0577Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together sintered

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

Slinovaný permanentní magnet nebo slinovaný permanentní magnetický materiál, obsahující magnetickou fázi typu SE.sub.2.n.(FeCo).sub.14.n.B a alespoň jednu sintračně aktivní, popřípadě zrno-vázající fázi. Aby se u permanentních magnetů a permanentních magnetických materiálů dosáhlo vysokého magnetického nasycení, vysoké koercitivní síly a vysokého energetického součinu při dobré tepelné stabilitě a vysokém Curieovu bodu, navrhuje se, aby magnetická fáze byla tvořena difusně zaformovanými zrny se sníženou povrchovou energií a průměrem nejvýše rovným 60 m, přičemž obsah kobaltu a těžkých vzácných zemin v magnetické fázi je v určitém vzájemném poměru a koncentrace těchto těžkých vzácných zemin je podél průřezu zrna nehomogenní, přičemž zrno-vázající fáze vykazuje oproti magnetické fázi vyšší aktivitu těžkých vzácných zemin při difusní teplotě. Vynález se rovněž týká způsobu výroby uvedeného slinovaného permanentního magnetu a magnetického materiálu.ŕ

Description

Vynález se týká slinovaného permanentního magnetického materiálu, zejména ve formě slinovaného permanentního magnetu, tvořeného magnetickou fází SE2(fS,Co)14B a alespoň jednou sintračně aktivní a zrnovaznou fází. Vynález se také týká způsobu výroby uvedeného slinovaného permanentního magnetického materiálu.
Dosavadní stav techniky
Permanentní magnety, popřípadě permanentní magnetické materiály, zhotovené v podstatě ze slitiny železa (Fe), boru (B) a vzácných zemin (SE - Seltene Erde) slinovacím postupem, jsou s výhodou používány v případě, kdy je žádoucí vysoká koercitivní síla, vysoká remanece a/nebo vysoký energetický součin (BHmax) permanentních'magnetů. Při výrobě těchto permanentních magnetů se nejdříve připraví metalurgicky z taveniny složka, která tvoří nebo která obsahuje permanentní magnetickou fázi typu SE2Fe14B, která se potom převede na prášek a tento prášek se po případném smíšení s přísadami slisuje v magnetickém poli na surový výlisek, který se potom slinuje, přičemž se slinované těleso popřípadě podrobí alespoň jednomu dalšímu tepelnému zpracování.
V evropském patentovém spisu EP-B1-0126802 jsou popsané slinované permanentní magnety typu B-R (R znamená alespoň jeden prvek vzácných zemin včetně yttria), ve kterých je železo částečné nahraženo kobaltem. Uvedené prvky jsou v průběhu použitého způsobu výroby v magnetické fázi homogenně rozděleny a tepelným zpracováním nebo zráním slinovaného tělesa se má dosáhnout zlepšeni magnetických hodnot. Náhradou železa kobaltem se dosáhne zvýšení Curieova bodu popřípadě Curieovy teploty (Tc) magnetického materiálu, přičemž však, jak je známo, dochází se zvyšujícím se obsahem kobaltu v magnetické fázi ke snižování koercitivní síly uvedeného magnetického materiálu, což nepříznivě ovlivňuje shora uvedený energetický součin.
Za účelem získání permanentních magnetů se zlepšenými magnetickými vlastnostmi při okolní teplotě je v evropském patentovém spisu EP-B1-0101552 navrženo použít kobaltu-prostou slitinu s obsahem Fe-B-R, která obsahuje alespoň jednu stabilní sloučeninu ternárního systému Fe-B-R, ve kterém R znamená alespoň jeden prvek vzácných zemin včetně yttria. Hlavni magnetická fáze musí přitom být intermetalickou sloučeninou s konstantním složením, což předpokládá homogenní rozdělení legovacích prvků v uvedené hlavní magnetické fázi. Nehledě na vysoké náklady spojené s výrobou takové homogenní výchozí slitiny a na značný rozptyl magnetických hodnot magnetických materiálů, které byly připraveny slinovacím postupem, dochází u uvedeného kobaltu-prostého magnetického materiálu k významnému zhoršeni magnetických parametrů při teplotě stoupající v teplotním rozmezí od okolní teploty a do teploty 200 ’C, přičemž Curieova bodu je v tomto případě dosaženo již při teplotě asi 300 °C.
-1CZ 281161 B6
Dále je z evropského patentového spisu EP-A1-0265006 znám způsob výroby slinovaných permanentních magnetů, při kterém se stechiometricky složený krystalický materiál RE2(FeCO)14B (RE zde znamená prvek vzácných zemin) mele s dalším materiálem, přičemž tento další materiál vytvoří v průběhu tepelného zpracování, popřípadě v průběhu slinovacího postupu na povrchu zrn magnetické fáze RE2(FeCO)14B druhou, nemagnetickou tekutou fázi. Tím se má dosáhnout toho, že je možné nastavit přesné chemické složení při homogenním rozdělení všech prvků magnetické fáze v magnetickém materiálu nezávisle na uvedené druhé fázi, která může mít zvláštní tavně-technické vlastnosti a/nebo složení. Nevýhodou této formy provedení však je, že vyžaduje značné náklady spojené s přípravou slitiny a že takto připravený materiál vykazuje špatnou reprodukovatelnost megnetických hodnot.
Cílem vynálezu je odstranit shora uvedené nedostatky známých magnetů nebo magnetických materiálů obsahujících prvky vzácných zemin a způsobů jejich výroby a získat slinované permanentní magnety, které by vykazovaly vysoké magnetické nasycení, vysokou koercitivní sílu a vysoký energetický součin při dobré tepelné stabilitě a vysokém Curieovu bodu. Cílem vynálezu je také nový zlepšený způsob výroby slinovaných permanentních magnetů, majících vysoké magnetické parametry a snížený rozptyl magnetických vlastností.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je slinovaný permanentní magnetický materiál, zejména ve formě slinovaného permanentního magnetu, tvořený magnetickou fází SE2(Fe,Co)14B a alespoň jednou sintračně aktivní a zrnovaznou tkáni, jehož podstata spočívá v tom, že magnetická fáze je tvořena povrchově vyhlazenými, difusné zaformovanými zrny o průměru nejvýše 60 μπι, výhodné nejvýše 45 μπι, zejména 3 až 3 0 μιη, která obsahuji kobalt v koncentraci 3 až 25 atomových procent, výhodně 6 až 20 atomových procent, zejména 8 až 14 atomových procent, a prvky vzácných zemin s podílem prvků lehkých vzácných zemin a prvků těžkých vzácných zemin, přičemž průměrný obsah prvků těžkých vzácných zemin je roven 0,05- až 0,2-násobku, výhodně 0,06- až 0,15-násobku, zejména 0,1-násobku, koncentrace kobaltu a místní koncentrace atomů prvků těžkých vzácných zemin podél průřezu zrn je nehomogenní a ve směru k hranici zrn stoupá, výhodné nadůmérně, přičemž sintrační aktivní a zrnovazná fáze vykazuje respektive vykazují oproti uvedeným zrnům vyšší obsah prvků těžkých vzácných zemin a/nebo vyšší aktivitu prvků těžkých vzácných zemin při difuzní teplotě. Výrazem stoupá nadůmérně se zde rozumí, že v následujících jednotkách délky, nacházejících se na kolmici k hranici zrna, nestoupá koncentrace o vždy stejný přírůstek, ale více, než by odpovídalo takovému úměrnému stoupání koncentrace atomů prvků těžkých vzácných zemin.
Obsah prvků těžkých vzácných zemin je výhodné alespoň částečné tvořen atomy těžkých vzácných zemin zabudovanými do zrn difúzí.
Materiál podle vynálezu má výhodně koncentraci atomů těžkých vzácných zemin na hranici zrn, která činí alespoň 3-násobek,
-2CZ 281161 B6 výhodněji alespoň 4,5-násobek, zejména alespoň 6-násobek, koncentrace atomů těžkých vzácných zemin uvnitř zrna.
Oblast zvýšené koncentrace atomů těžkých vzácných zemin na hranici zrn má výhodně tloušťku 0,05 až 1 μπι, výhodněji 0,09 až 0,9 μπι, zejména 0,2 až 0,4 μη.
Sintračně aktivní a zrnovazná fáze nebo sintračné aktivní a zrnovazné fáze má respektive mají výhodné oproti magnetické fázi průměrné o alespoň 25 %, výhodněji o alespoň 35 %, zejména o alespoň 80 % vyšší koncentraci prvků vzácných zemin a o alespoň 90 %, výhodněji o alespoň 140 %, zejména o alespoň 190 % vyšší koncentraci prvků těžkých vzácných zemin.
Předmětem vynálezu je také způsob výroby shora uvedeného slinovaného permanentního materiálu, při kterém se alespoň složka tvořící nebo obsahující magnetickou fázi typu SE2(FeCo)14B připraví metalurgicky z taveniny a tato složka se potom převede na prášek a tento prášek se s přísadami slisuje v magnetickém poli a následné slinuje za vzniku magnetizovatelného surového železa, které se potom popřípadě tepelně zpracuje, jehož podstata spočívá v tom, že složka tvořící nebo obsahující magnetickou fázi se připraví roztavením a odlitím slitiny mající 8 až 30 atomových procent vzácných zemin, 2 až 28 atomových procent boru, přičemž zbytek je tvořen železem, kobaltem a popřípadě dalšími legujícími prvky a nečistotami, přičemž v této slitině je kobalt přítomen v koncentraci 3 až 25 atomových procent, výhodně 6 až 20 atomových procent, zejména 8 až 14 atomových procent, a podíl vzácných zemin je tvořen lehkými vzácnými zeminami a těžkými vzácnými zeminami, a tato složka se potom převede na prášek s velikostí zrna menší než 60 μπι, výhodněji, výhodné menší než 45 μπι, zejména s velikostí zrna 3 až 30 μπι, potom se do tohoto prášku vnesou přísady obsahující jednu nebo více těžkých vzácných zemin a tyto přísady se v prášku homogenně rozdělí, potom se získaná směs slisuje v magnetickém poli na surový výlisek, který se potom slinuje a takto získané slinuté těleso se potom difusné žíhá a popřípadě následně podrobí alespoň jednomu tepelnému zpracování.
Výhodné se frakce těžkých vzácných zemin podílu vzácných zemin slitiny nastaví v závislosti na koncentraci kobaltu.
Výhodně se obsah těžkých vzácných zemin ve slitině nastaví na 0,02- až 0,19-násobek, výhodněji 0,06 až 0,12-násobek, zejména 0,08-násobek koncentrace kobaltu, vyjádřeno v atomových procentech.
Do prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi se výhodně vnese práškovitá přísada nebo práškovité přísady s velikostí zrna menši než 5 μπι, výhodněji menší než 1 μπι, zejména menši než 0,5 μπι, a tato přísada nebo přísady se v uvedeném prášku homogenně rozdělí.
Výhodné se do prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi vnese, popřípadě vnesou práškovitá přísada nebo práškovité přísady s velikostí zrna, která je menší než 15 %, výhodněji menši než 9 %, zejména menší než 2 % velikosti zrna prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi.
-3CZ 281161 B6
Výhodné se do prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi vnese, popřípadě vnesou přísada nebo přísady v alespoň částečné kapalné formě, výhodně chemické, zejména organokovové sloučeniny, které při zahřátí tvoří oxidy nebo/a nitridy nebo/a karbidy, a tato přísada nebo přísady se v uvedeném prášku homogenně rozdělí.
Homogenní rozdělení přísady nebo přísad v uvedeném prášku obsahujícím nebo tvořícím magnetickou fázi se výhodně provede mletím.
Jako přísada nebo jako přísady se výhodně použije, popřípadě použijí látka nebo látky, které mají oproti zrnům prášku alespoň o 25 %, výhodněji alespoň o 35 %, zejména o alespoň 80 % vyšší koncentraci vzácných zemin a alespoň o 100 %, výhodněji o 150 %, zejména o 200 % vyšší koncentraci těžkých vzácných zemin.
Výhodné se slinuté těleso vyrobené slinováním surového výlisku difusně žíhá a že se atomy těžkých vzácných zemin ze sintračně aktivní zrnovazné fáze obsahující uvedenou přísadu nebo přísady nebo tvořené těmito přísadami nechají difúzí zabudovat do povrchové oblasti zrn.
Výhodné se v zrnech vytvoří nehomogenní, zejména ve směru k hranici zrna stoupající, koncentrace atomů těžkých vzácných zemin.
Výhodné se difuzní žíhání slinutého tělesa provádí při teplotě, která je nižší než slinovací teplota, a která leží v teplotním rozmezí 600 až 1 100 ’C, výhodněji v teplotním rozmezí 800 až 1 050 ’C, zejména v teplotním rozmezí 900 až 1 000 ’C.
Výhodné se difuzní žíháni provádí po dobu 1 až 12 hodin, výhodněji po dobu 2 až 8 hodin, zejména po dobu 3 až 5 hodin, přičemž při nižších teplotách zpracování se použije delší doby zpracování.
Výhodně se slinuté těleso vyrobené slinováním surového výlisku difusně žíhá a zrna se povrchově vyhladí a difusné zafornují.
U slinutého permanentního magnetického materiálu a při provádění způsobu jeho výroby se synergicky dosáhne celé řady výhod, přičemž se dalekosáhle potlačí nežádoucí účinky jednotlivých opatření a významně se zvýši soubor magnetických vlastností takto získaného permanentního magnetu nebo magnetického materiálu, uvažovaných jako celek. Vědecké zdůvodněni těchto kombinačních účinků a jejich příčiny nejsou dosud zcela objasněny. Přitom se však v podstatě jedná o fyzikálně chemické účinky ve spojení s magnetokinetikou.
Příklad provedeni vynálezu
Podle vynálezu jsou magnetické fáze povrchově vyhlazena, popřípadě difusné zaformována do sintračně aktivních a zrnovazných fází při snížení jejich povrchové energie, a mají průměr nejvýše rovný 60 p,m, avšak alespoň rovný 3 μπι. Takto vytvořenými
-4CZ 281161 B6 povrchy zrn se z energetických důvodů alespoň ztíží tvorba doménových stén a/nebo posuny doménových stěn, čímž se obecně dosáhne zlepšení koercitivní síly. Důležitější však je dodržení odpovídající velikosti zrna magnetické fáze, protože bylo zjištěno, že průměr zrna větší než 60 μιη a menší než 3 μιη vede k poklesu koercitivní síly, popřípadě magnetické indukce.
Zvláštním znakem permanentních magnetů nebo magnetických materiálů podle vynálezu je částečná náhrada železa (Fe) kobaltem (Co) v magnetické fázi obsahující bor (B), lehké vzácné zeminy (LSE) a těžké vzácné zeminy (SSE), přičemž průměrný obsah těžkých vzácných zemin je nastaven v magnetické fázi na určitou hodnotu, která je závislá na koncentraci kobaltu v magnetické fázi. Je známo, že obsah kobaltu v magnetické fázi způsobuje malé zvýšení magnetizace a zvýšení Curieova bodu, přičemž však přitom dochází ke snížení koercitivní síly, popřípadě magnetické indukce, což může vést k nízkému energetickému součinu (BH^y) magnetu, a tím i ke zhoršení magnetických vlastností jako celku. Tyto jevy mohou být vysvětleny tím, že atomy kobaltu v tetragonální krystalické struktuře způsobují při okolní teplotě přeorientování magnetických momentů ve směru základní roviny a že je zhoršena jednoosá megnetokrystalická anisotropie. Zcela překvapivě bylo nyní zjištěno, že tyto nevýhody náhrady železa kobaltem mohou být zcela odstraněny nebo alespoň minimalizovány tím, že magnetická fáze obsahuje určitý, na koncentraci kobaltu závislý podíl těžkých vzácných zemin, přičemž zbytek podílu vzácných zemin je tvořen lehkými vzácnými zeminami. To může mít souvislost s tím, že magnetické momenty lehkých vzácných zemin, zejména výhodné použitelného neodymu (Nd) a praseodymu (Pr) jsou vyrovnány rovnoběžně s železem, tedy ferromagneticky, zatímco magnetické momenty těžkých vzácných zemin mají magnetické momenty, nacházející se v antiparalelním směru vůči železu a tedy v antiferromagnetickém směru.
Jako obzvláště účinný a výhodně použitelný se z těžkých vzácných zemin ukázal prvek dysprosium (Dy), protože mezi jinými silné snižuje antiferromagnetickou kopulací anisotropii intenzity pole. Je však důležité, obsah těžkých vzácných zemin odpovídal alespoň 0,05-násobku obsahu kobaltu, protože nižší koncentrace těžkých vzácných zemin způsobuje snížení koercitivní síly. Vyšší obsah těžkých vzácných zemin než 0,2-násobek obsahu kobaltu vede ke snížení magnetického nasycení.
V případě, kdy podle vynálezu ještě navíc místní koncentrace atomů těžkých vzácných zemin není podél průřezu zrn homogenní a zejména, když stoupá ve směru k povrchově vyhlazené hranici zrna, se dosáhne snížení tvorby doménových stěn a/nebo posunu doménových stěn, což má za následek další zvýšení koercitivní síly a proto i energetického součinu ΒΗ^χ. Jako obzvláště účinná se ukázala alespoň 3-krát vyšší koncentrace atomů těžkých vzácných zemin v oblasti nejvýše 1 μπι na hranici zrna.
Dalším obzvláště důležitým znakem permanentních magnetů podle vynálezu je to, že sintračné aktivní, popřípadě zrno-vázající a v podstatě paramagnetická fáze má oproti tvrdé magnetické fázi vyšší obsah těžkých vzácných zemin a/nebo vyšší aktivitu těžkých vzácných zemin při difusní teplotě. Obzvláště dobré magnetické
-5CZ 281161 B6 vlastností byly získány v případě, kdy koncentrace vzácných zemin v uvedené zrno-vázající fázi je v průměru o alespoň 25 % vyšší a koncentrace těžkých vzácných zemin v zrno-vázající fázi je v průměru o alespoň 90 % vyšší než v magnetické fázi.
Při způsobu podle vynálezu se tvrdá magnetická fáze typu SE2(FeCo)14 připraví roztavením a odlitíuP slitiny obsahující 8 až 30 atomových procent vzácných zemin, tvořených těžkými vzácnými zeminami a lehkými vzácnými zeminami, 2 až 28 atomových procent boru a 3 až 25 atomových procent kobaltu, přičemž zbytek je tvořen železem a popřípadě dalšími legujícími prvky a nečistotami, a takto získaná složka tvořící nebo obsahující tvrdou magnetickou fázi se potom převede na prášek s velikostí zrna v rozmezí 3 až 60 μιη. Do tohoto prášku se vnesou přísady obsahující alespoň jeden prvek těžkých vzácných zemin, výhodně v množství 5 až 15 procent hmotnostních, a tyto přísady se v uvedeném prášku homogenně rozdělí. Aby povrchy práškových zrn a přísady vstoupily do vzájemně dobrého styku, je u pevných přísad žádoucí, aby jejich průměr byl nižší než 5 μπι, popřípadě menší než 15 % průměru práškových zrn, čehož se popřípadě dosáhne dalším mletím. Uvedené přísady mohou být také vneseny v tekuté formě, například jako sloučeniny vzácných zemin.
Ve výchozím materiálu prášku se nastaví tavně-metalurgickou cestou obsah těžkých vzácných zemin v závislosti na obsahu kobaltu a sice tak, aby obsah těžkých vzácných zemin činil 0,02- až 0,19-násobek obsahu kobaltu. Obsah těžkých vzácných zemin v přísadě by měl být alespoň o 100 % větší než obsah těžkých vzácných zemin v prášku obsahujícím nebo tvořícím tvrdou magnetickou fázi.
Z uvedeného prášku s přísadami se v magnetickém poli vylisuje surový výlisek, který se slinuje při zvýšené teplotě, výhodně ve vakuu nebo popřípadě pod ochrannou atmosférou. Uvedené přísady přitom získají alespoň částečně kapalnou nebo pastovitou konzistenci, v podstatě obalí jádra magnetická fáze a působí jako sintračné aktivní, popřípadě zrno-vázající činidlo, které dokonale vyplní hrany a trhliny zrn magnetické fáze a prostory mezi zrny magnetické fáze. Přitom je důležité, aby slinovací teplota byla krátkodobě natolik vysoká, aby roztavila uvedené sintračně aktivní činidlo do té míry, že bude dostatečně tekuté, aby bylo schopné vyplnit, popřípadě obalit trhliny a konkávní duté prostory s ostrými hranami povrchových ploch uvedených zrn.
Po slinováni se slinuté těleso podrobí difusnímu zpracování, popřípadě difusnímu žíhání při teplotě, která je nižší než slinovací teplota a která je zvolena z teplotního rozmezí 600 až 1 100 ’C, po dobu 1 až 12 hodin. Sintračně aktivní, popřípadě zrno-vázající hmota, popřípadě fáze přitom vykazuje dostatečný stupeň pevnosti, což zajišťuje tvarovou stabilitu slinutého tělesa. Tímto difusním zpracováním slinutého tělesa, které bezprostředně navazuje na slinovací proces, se u zrn dosáhne povrchových struktur a koncentračních profilů atomů, které jsou výhodné pro magnetické vlastnosti vyrobených permanentních magnetů nebo permanentních magnetických materiálů. Ostré hrany na povrchu zrn tvořících nebo obsahujících tvrdou magnetickou fázi, k jejichž vytvořeni došlo v průběhu mleti za účelem získání částic s menši velikosti zrna, se vyhladí, protože hrany a špičky představují
-6CZ 281161 B6 energetické nepravidelnosti a právě v jejich oblasti dochází k zesílené difúzi atomů. Toto zaformování zrn, popřípadě tato místně řízená difúze atomů má za následek zmenšení, popřípadě minimalizaci povrchové energie zrn. Získáním vyhlazených povrchů zrn tvrdé magnetické fáze se, vztaženo na změnu směru magnetických momentů, účinně sníží tvorba nových doménových stěn, ke které výhodně dochází právě na uvedených hranách a-špičkách povrchu zrn magnetické fáze. Přitom je však důležitá určitá výše uvedená velikost zrna a rozhodující je také dostatečné vyplnění zejména trhlin a dutých konkávních prostorů s ostrými hranami, nacházejících se na povrchu zrn magnetické fáze, sintračně aktivní hmotou, případně fází.
Vzhledem k nastavené koncentračnímu rozdílu mezi obsahem těžkých vzácných zemin v tvrdé magnetické fázi a obsahem těžkých vzácných zemin v zrno-vázající, v podstatě paramagnetické fázi dochází při difusním zpracování také k pronikání atomů těžkých vzácných zemin ze zrno-vázající fáze do magneto-krystalické fáze. Protože u difundujících prvků, například u hliníku, dochází k rychlému, prakticky bezprostřednímu vyrovnání koncentrací, bylo překvapující, že zde dochází k obohacení hranice zrna, popřípadě oblasti hranice zrna atomy těžkých vzácných zemin, přičemž v této hraniční oblasti zrna je alespoň 3 krát vyšší koncentrace atomů těžkých vzácných zemin uvnitř zrna, čímž se vytvoří nehomogenní koncentrace atomů těžkých vzácných zemin podél průřezu jader tvrdé magnetické fáze. Přitom je důležité volit parametry difušního zpracování tak, aby tloušťka se zvýšenou koncentrací atomů těžkých vzácných zemin činila alespoň 0,05 μη, avšak nejvýše 1 μιη. Menši tloušťky způsobují jen nerozhodující další omezení tvorby doménových stěn a/nebo pohyblivost doménových stěn, a tím i nepatrné zvýšeni koercitivní síly; větší tloušťky redukují dosažitelné magnetické nasycení a zmenšují energetický součin BH„V permanentního magnetu.
Příklady provedení vynálezu
V následující části popisu bude vynález blíže objasněn pomocí dále uvedených tabulek 1 a 2, ve kterých jsou uvedeny obsahy legujících složek a střední hodnoty měření magnetických veličin permanentních magnetů.
V tabulce 1 jsou uvedeny magnetické hodnoty srovnávacích magnetů a magnetických materiálů s rozličným složením. Tyto permanentní magnety byly vyrobeny následovně: výchozí materiál byl vyroben z taveniny metalurgicky. Tento výchozí materiál byl potom rozemlet na prášek, získaný prášek byl v magnetickém poli slisován na surový výlisek, který byl potom slinován, tepelně zpracován a zmagnetizován. Složení a naměřené magnetické hodnoty tělísek permanentních magnetů (srovnávací magnety) jsou uvedeny v následující tabulce pod označeními A až F.
-7CZ 281161 B6
Tabulka 1
Složení slinovaných srovnávací magnetických materiálů Magnetické hodnoty
Obsah vzácných zemin iHc (kA/m) BHmax (kJ/m3) Mr (T) TC (’C)
Nd (at.l) Dy (at.l) Fe (at.) Co (at.l) B (at.l)
A 0 C D E F 15.4 14.5 14.5 14.6 14,5 14,4 0,3 1,5 1,0 1,5 0,9 77.8 71,6 66,5 63.9 57,1 52,8 5,2 10,6 13,1 19,8 24,3 6,77 7,1 7,0 6,82 7,0 6,9 750 1 117 1 023 1 010 904 715 280 258 246 245 238 235 1,21 1,18 1,13 1,15 1,12 1,12 305 339 388 397 448 453
V následující tabulce 2 jsou uvedeny pod čísly 1 až 14 permanentní magnety nebo magnetické materiály podle vynálezu. Analytická stanovení byla provedena transmisní elektronovou mikroskopií (TEM). Obsah těžkých vzácných zemin (průměrný) byl přitom získán vypočtením průměrné hodnoty z bodových a rozsahových měření provedených podél průřezu zrna magnetické fáze.
Tabulka 2
Tvrdá magnetická fáze Zrno-vázající fáze Magnetické hodnoty Č
Průměr zrna Obsah kobaltu Obsah těžkých Oblast hranice Obsah těžkých Obsah vzácných Obsah těžkých iHc BBmax (kJ/m3) Mr TC
(střední hodnota) (pm) (at.l) vzácných zemin (at.l) zrna (jim) vzácných zemin (at.l) zemin (at.l) vzácných zemin (at.l) (kA/m (T) (•C)
6 2,2 0,4 0,08 5,8 16 15,1 855 275 1,21 332 1
20 5,3 0,03 0,06 0,4 21 7,2 900 275 1,20 340 2
15 8,1 0,8 0,08 3,6 27,5 26,6 1 450 265 1,20 373 3
4 10,1 1,2 0,1 6,1 28 24,3 1 520 253 1,16 384 4
11 10,8 0,6 0,8 2,1 24 18,8 1 160 280 1,21 388 5
16 10,4 0,8 0,09 5,4 20,1 21,6 1 450 260 1,18 386 6
18 10,3 1,9 0,6 5,9 19 24,7 1 685 225 1,10 382 7
8 12,6 1,8 0,2 8,2 26 19,3 1 450 260 1,18 396 8
21 12,5 0,7 0,4 6,3 14,8 19,6 1 320 290 1,22 390 9
13 15,5 1,5 0,9 5,0 20 17,3 1 150 280 1,21 408 10
9 15,8 1,2 0,5 5,5 34 21,9 26,0 1 495 273 1,16 412 11
21 20,4 3,8 0,05 14,2 27 1 350 240 1,15 458 12
7 23,8 2,2 0,1 16,1 24 22,5 1 415 205 1,01 464 13
17 24,6 1,5 0,8 12,6 27 18,2 515 235 1,22 478 14
-8CZ 281161 B6
U permanentních magnetů podle vynálezu bylo obsahem kobaltu dosaženo zvýšení Curieova bodu a intenzity magnetického pole, popřípadě magnetizace, přičemž dalšími opatřeními byla udržena vysoká hodnota koercitivní síly, popřípadě indukce, což synergeticky vedlo ke zvýšenému energetickému součinu. U dosud obvyklých magnetů bez obsahu kobaltu se dosahuje vysoké koercitivní síly při nízkých Curieových teplotách; u magnetů s vysokým obsahem kobaltu se sice dosahuje vysoké magnetizace při vysokých Curieových teplotách, avšak magnetický energetický součin je v obou případech relativně nízký.
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (18)

1. Slinovaný permanentní magnetický materiál, zejména ve formě slinovaného permanentního magnetu, tvořený magnetickou fází SE2(Fe,Co)14B a alespoň jednou sintračně aktivní a zrnovaznou fází, vyznačený tím, že magnetická fáze je tvořena povrchově vyhlazenými, difuzné zaformovanými zrny o průměru nejvýše 60 μιη, výhodné nejvýše 45 μη, zejména 3 až 30 μη, která obsahují kobalt v koncentraci 3 až 25 atomových procent, výhodně 6 až 20 atomových procent, zejména 8 až 14 atomových procent, a prvky vzácných zemin s podílem prvků lehkých vzácných zemina prvků těžkých vzácných zemin, přičemž průměrný obsah prvků těžkých vzácných zemin je roven 0,05- až 0,2-násobku, výhodně 0,06- až 0,15-násobku, zejména 0,1-násobku, koncentrace kobaltu a místní koncentrace atomů prvků těžkých vzácných zemin podél průřezu zrn je nehomogenní a ve směru k hranici zrn stoupá, výhodně nadúmérně, přičemž sintračně aktivní a zrnovazná fáze nebo sintračně aktivní a zrnovazné fáze vykazuje, respektive vykazují oproti uvedeným zrnům vyšší obsah prvků těžkých vzácných zemin nebo/a vyšší aktivitu prvků těžkých vzácných zemin při difuzní teplotě.
2. Slinovaný permanentní magnetický materiál podle nároku 1, vyznačený tím, že obsah prvků těžkých vzácných zemin magnetické fáze je alespoň částečně tvořen atomy těžkých vzácných zemin zabudovanými do zrn difúzí.
3. Slinovaný permanentní magnetický materiál podle nároků 1 nebo
2, vyznačený tím, že má koncentraci atomů těžkých vzácných zemin na hranici zrn, která činí alespoň 3-násobek, výhodné alespoň 4,5-násobek, zejména alespoň 6-násobek, koncentrace atomů těžkých vzácných zemin uvnitř zrna.
4. Slinovaný permanentní magnetický materiál podle nároků 1 až
3, vyznačený tím, že oblast zvýšené koncentrace atomů těžkých vzácných zemin na hranici zrn má tloušťku 0,05 až 1 μπι, výhodné 0,09 až 0,9 μπι, zejména 0,2 až 0,4 μη.
5. Slinovaný permanentní magnetický materiál podle nároků 1 až
4, vyznačený tím, že sintračně aktivní a zrnovazná fáze nebo sintračně aktivní a zrnovazné fáze má, respektive mají oproti magnetické fázi průměrně o alespoň 25 %,
-9CZ 281161 B6 výhodně o alespoň 35 %, zejména o alespoň 80 % vyšší koncentraci prvku vzácných zemin a o alespoň 90 %, výhodně o alespoň 140 %, zejména o alespoň 190 % vyšší koncentraci prvků těžkých vzácných zemin.
6. Způsob výroby slinovaného permanentního materiálu s obsahem vzácných zemin podle nároku 1, při kterém se alespoň složka tvořící nebo obsahující magnetickou fázi typu SE2(FeCo)14B připraví metalurgicky z taveniny a tato složka se potom převede na prášek a tento prášek se s přísadami slisuje v magnetickém poli a následně slinuje za vzniku magnetizovatelného surového železa, které se potom popřípadě tepelně zpracuje, vyznačený tím, že složka tvořící nebo obsahující magnetickou fázi se připraví roztavením a odlitím slitiny obsahující 8 až 30 atomových procent vzácných zemin, 2 až 28 atomových procent boru, přičemž zbytek je tvořen železem, kobaltem a popřípadě dalšími legujícími prvky a nečistotami, přičemž v této slitině je kobalt přítomen v koncentraci 3 až 25 atomových procent, výhodně 6 až 20 atomových procent, zejména 8 až 14 atomových procent, a podíl vzácných zemin je tvořen lehkými vzácnými zeminami a těžkými vzácnými zeminami, a tato složka se potom převede na prášek s velikostí zrna menší než 60 μπι, výhodně menší než 45 μπι, zejména s velikostí zrna 3 až 30 μιη, potom se do tohoto prášku vnesou přísady obsahující jednu nebo více těžkých vzácných zemin a tyto přísady se v prášku homogenně rozdělí, potom se získaná směs slisuje v magnetickém poli na surový výlisek, který se potom slinuje a takto získané slinuté těleso se potom difuzné žíhá a popřípadě následné podrobí alespoň jednomu tepelnému zpracování.
7. Způsob podle nároku 6, vyznačený tím, že se frakce těžkých vzácných zemin podílu vzácných zemin slitiny nastaví v závislosti na koncentraci kobaltu.
8. Způsob podle nároků 6 nebo 7, vyznačený tím, že se obsah těžkých vzácných zemin ve slitině nastaví na 0,02- až 0,19-násobek, výhodně 0,06 až 0,12-násobek, zejména 0,08-násobek koncentrace kobaltu, vyjádřeno v atomových procentech.
9. Způsob podle některého z nároků 6 až 8, vyznačený tím, že se do prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi vnese práškovitá přísada nebo práškovité přísady s velikostí zrna menší než 5 μπι, výhodné menší než 1 μπι, zejména menší než 0,5 μπι, a tato přísada nebo přísady se v uvedeném prášku homogenně rozdělí.
10. Způsob podle některého z nároků 6 až 9, vyznačený tím, že se do prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi vnese, popřípadě vnesou práškovitá přísada nebo práškovité přísady s velikostí zrna, která je menší než 15 %, výhodně menší než 9 %, zejména menší než 2 % velikosti zrna prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi.
11. Způsob podle některého z nároků 6 až 8, vyznačený tím, že se do prášku obsahujícího nebo tvořícího magnetickou fázi vnese, popřípadě vnesou, přísada nebo přísady v ales
-10CZ 281161 B6 ροή částečně kapalné formě, výhodně chemické, zejména organokovové sloučeniny, které při zahřátí tvoří oxidy a/nebo nitridy a/nebo karbidy, a tato přísada nebo přísady se v uvedeném prášku homogenně rozdělí.
12. Způsob podle některého z nároků 6 až 11, vyznačený tím, že se homogenní rozdělení přísady nebo přísad v uvedeném prášku obsahujícím nebo tvořícím magnetickou fázi provede mletím.
13. Způsob podle některého z nároků 6 až 12, vyznačený tím, že se jako přísada nebo jako přísady použije, popřípadě použijí, látka nebo látky, které mají oproti zrnům prášku alespoň o 25 %, výhodně alespoň o 35 %, zejména o alespoň 80 % vyšší koncentraci vzácných zemin a alespoň o 100 %, výhodně o 150 %, zejména o 200 % vyšší koncentraci těžkých vzácných zemin.
14. Způsob podle některého z nároků 6 až 13, vyznačený tím, že se slinuté těleso vyrobené slinováním surového výlisku difuzně žíhá a že se atomy těžkých vzácných zemin ze sintračně aktivní zrnovazné fáze obsahující uvedenou přísadu nebo přísady nebo tvořené těmito přísadami nechají difúzí zabudovat do povrchové oblasti zrn.
15. Způsob podle některého z nároků 6 až 14, vyznačený tím, že se v zrnech vytvoří nehomogenní, zejména ve směru k hranici zrna stoupající, koncentrace atomů těžkých vzácných zemin.
16. Způsob podle některého z nároků 6 až 15, vyznačený tím, že se difuzni žíhání slinutého tělesa provádí při teplotě, která je nižší než slinovací teplota, a která leží v teplotním rozmezí* 600 až 1 100 °C, výhodně v teplotním rozmezí 800 až 1 050 ’C, zejména v teplotním rozmezí 900 až 1 000 ’C.
17. Způsob podle některého z nároků 6 až 15, vyznačený tím, že se difuzni žíhání provádí po dobu 1 až 12 hodin, výhodné po dobu 2 až 8 hodin, zejména po dobu 3 až 5 hodin, přičemž při nižších teplotách zpracování se použije delší doby zpracování.
18. Způsob podle některého z nároku 6 až 17, vyznačený tím, že se slinuté těleso vyrobené slinováním surového výlisku difuzně žíhá a zrna se povrchově vyhladí a difuzně zaformuj i.
CS92392A 1991-02-11 1992-02-10 Slinovaný permanentní magnet a slinovaný permanentní magnetický materiál a způsob jejich výroby CZ281161B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0028791A AT398861B (de) 1991-02-11 1991-02-11 Gesinterter permanentmagnet(-werkstoff) sowie verfahren zu dessen herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ39292A3 CZ39292A3 (en) 1993-12-15
CZ281161B6 true CZ281161B6 (cs) 1996-07-17

Family

ID=3486534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS92392A CZ281161B6 (cs) 1991-02-11 1992-02-10 Slinovaný permanentní magnet a slinovaný permanentní magnetický materiál a způsob jejich výroby

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP0499600B1 (cs)
AT (2) AT398861B (cs)
CZ (1) CZ281161B6 (cs)
DE (1) DE59200795D1 (cs)
HU (1) HU213284B (cs)
PL (1) PL169844B1 (cs)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4331563A1 (de) * 1992-09-18 1994-03-24 Hitachi Metals Ltd Nd-Fe-B-Sintermagnete

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1316375C (en) * 1982-08-21 1993-04-20 Masato Sagawa Magnetic materials and permanent magnets
US4601875A (en) * 1983-05-25 1986-07-22 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Process for producing magnetic materials
AU609669B2 (en) * 1986-10-13 1991-05-02 N.V. Philips Gloeilampenfabrieken Method of manufacturing a permanent magnet
EP0389626B1 (en) * 1988-06-03 1996-11-13 Mitsubishi Materials Corporation SINTERED RARE EARTH ELEMENT-B-Fe-MAGNET AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION
US5000800A (en) * 1988-06-03 1991-03-19 Masato Sagawa Permanent magnet and method for producing the same
AT393177B (de) * 1989-04-28 1991-08-26 Boehler Gmbh Permanentmagnet(-werkstoff) sowie verfahren zur herstellung desselben

Also Published As

Publication number Publication date
EP0499600A1 (de) 1992-08-19
HU9200403D0 (en) 1992-04-28
HU213284B (en) 1997-04-28
EP0499600B1 (de) 1994-11-23
ATA28791A (de) 1994-06-15
DE59200795D1 (de) 1995-01-05
AT398861B (de) 1995-02-27
PL293427A1 (en) 1992-10-19
CZ39292A3 (en) 1993-12-15
ATE114383T1 (de) 1994-12-15
HUT64108A (en) 1993-11-29
PL169844B1 (pl) 1996-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2133891B1 (en) Process for producing magnet
DE60206031T2 (de) Verfahren zur herstellung von seltenerdlegierungs sinterformteilen
US20150132174A1 (en) Rare Earth Composite Magnets with Increased Resistivity
DE102014118984B4 (de) Seltenerdbasierter Magnet
DE102014105551B4 (de) R-t-b-basierter gesinterter magnet
EP4152349A1 (en) Method for preparing ndfeb magnets including lanthanum or cerium
DE102014119040B4 (de) Seltenerdbasierter Magnet
JP7749622B2 (ja) 焼結R-Fe-B永久磁石及びその製造方法並びに応用
EP3792939A1 (en) Rare earth magnet and production method thereof
JPH06346101A (ja) 磁気異方性球形粉末及びその製造方法
DE102014119055B4 (de) Seltenerdbasierter Magnet
DE102018107491A1 (de) R-t-b basierter permanentmagnet
Wallace et al. High energy magnets from PrCo 5
JPS6393841A (ja) 希土類永久磁石合金用組成物
JP2546989B2 (ja) 耐酸化性に優れた永久磁石
EP3919644A1 (en) Rare earth magnet and production method thereof
US4099995A (en) Copper-hardened permanent-magnet alloy
DE2121453A1 (de) Verfahren zur Herstellung gesinterter intermetallischer Verbindungen aus Kobalt und seltenem Erdmetall unter Verwendung eines festen Sinterzusatzes
CZ281161B6 (cs) Slinovaný permanentní magnet a slinovaný permanentní magnetický materiál a způsob jejich výroby
Corfield et al. The effects of long term annealing at 1000° C for 24 h on the microstructure and magnetic properties of Pr–Fe–B/Nd–Fe–B magnets based on Nd16Fe76B8 and Pr16Fe76B8
CA1036842A (en) Copper-hardened permanent-magnet alloy
Tang et al. Development of Dy-Free Nd–Fe–B-Based Sintered Magnet Through Grain Boundary Engineering Using Pr–Cu Alloys
JPH04155902A (ja) 永久磁石およびその製造方法
Lee et al. Coercivity Enhancement of Nd-Fe-B Powders via Grain Boundary Diffusion with a Tb/Cu Mixture
Chang et al. The influence of sintering aids on the texture and remanence of Nd-Fe-B magnet alloys