DE10025458A1 - Magnet und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Magnet und Verfahren zu dessen Herstellung

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Abstract

Der Magnet weist hartmagnetische Körner (K) auf, wobei die hartmagnetischen Körner (K) an einer Oberflächenschicht des Magneten durch eine erste Phase (P1) voneinander getrennt sind, während die hartmagnetischen Körner (K) im übrigen Teil des Magneten durch eine unmagnetische zweite Phase (P2) voneinander getrennt sind. Die erste Phase (P1) ist korrosionsbeständiger als die zweite Phase (P2), so daß die Oberflächenschicht als Korrosionsschutz dient. Die erste Phase (P1) weist zusätzlich zu Elementen, aus denen die zweite Phase (P2) besteht, mindestens ein weiteres Element auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Magneten, der zum größten Teil aus einem Material besteht, das leicht korrodiert. Ferner be­ trifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines sol­ chen Magneten.
Ein solcher Magnet ist beispielsweise in DE 39 02 480 A1 be­ schrieben. Es handelt sich um einen Neodym-Bor-Eisen- Magneten, der zum Schutz gegen Korrosion mit einem Zinkphos­ phat-Überzug versehen wird. Der Neodym-Bor-Eisen-Magnet weist hartmagnetische Körner auf, die aus Neodym, Bor und Eisen zu­ sammengesetzt sind. Die hartmagnetischen Körner werden zur magnetischen Isolation durch eine unmagnetische Phase vonein­ ander getrennt. Diese Phase besteht zum großen Teil aus Neo­ dym und korrodiert sehr leicht. Aufgrund des Überzugs ist der Magnet jedoch trotz der leicht korrodierenden unmagnetischen Phase korrosionsbeständig. Der Wirksamkeit der Beschichtung hängt entscheidend von der Geschlossenheit und der Haftung der Schicht bei ihrer Erzeugung und nach einer möglichen spä­ teren mechanischen Beanspruchung ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magneten an­ zugeben, der nach mechanischer Beanspruchung im Vergleich zum Stand der Technik korrosionsbeständiger ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Magneten angegeben werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Magneten, der hartmagne­ tische Körner aufweist. Die hartmagnetischen Körner, die sich in einer Oberflächenschicht des Magneten befinden, werden durch eine erste Phase voneinander getrennt. Die hartmagneti­ schen Körner, die sich im übrigen Teil des Magneten befinden, werden durch eine unmagnetische zweite Phase voneinander ge­ trennt. Die erste Phase ist korrosionsbeständiger als die zweite Phase. Die erste Phase weist zusätzlich zu Elementen, aus denen die zweite Phase besteht, mindestens ein weiteres Element auf. Das weitere Element erhöht die Korrosionsbestän­ digkeit der ersten Phase gegenüber der zweiten Phase.
Da die erste Phase in der Oberflächenschicht des Magneten an­ geordnet ist und korrosionsbeständiger als die zweite Phase ist, dient die erste Phase dem Schutz vor Korrosion. Zum ei­ nen schützt die erste Phase die hartmagnetischen Körner und zum anderen schützt die erste Phase die zweite Phase, die im Innern des Magneten angeordnet ist. Die Oberflächenschicht bildet also eine Korrosionsschutzschicht.
Da die Oberflächenschicht Teil des Magneten ist, ist die O­ berflächenschicht, die als Korrosionsschutz wirkt, fest mit dem übrigen Magneten verbunden und löst sich auch bei mecha­ nischer Beanspruchung nicht ab.
Ein solcher Magnet kann beispielsweise mit dem folgenden Ver­ fahren erzeugt werden, das ebenfalls die Aufgabe löst:
Der Magnet wird zunächst so erzeugt, daß alle seine hartmag­ netischen Körner durch die zweite Phase voneinander getrennt sind. Anschließend wird auf einer Oberfläche des Magneten ein Material aufgebracht, das mindestens aus dem weiteren Element besteht. Nach dem Aufbringen des Materials wird eine Wärmebe­ handlung bei einer Temperatur durchgeführt, bei der die zwei­ te Phase schmilzt und sich mindestens mit einem Teil des Ma­ terials so vermischt, daß in der Oberflächenschicht des Mag­ neten die zweite Phase durch die erste Phase ersetzt wird. Aufgrund der Vermischung weist die erste Phase sowohl die E­ lemente der zweiten Phase auf als auch das weitere Element, das vom aufgebrachten Material stammt.
Die erste Phase kann zusätzliche Elemente aufweisen, wenn Teile der hartmagnetischen Körner durch die Wärmebehandlung aufgelöst werden und sich mit der flüssigen zweiten Phase vermischen.
Das Material kann so dünn aufgebracht werden, daß nach der Wärmebehandlung das Material vollständig in der ersten Phase eingebaut ist.
Das Material kann so dünn aufgebracht werden, daß es keine durchgehende Schicht bildet und die Oberfläche des Magneten nicht vollständig bedeckt.
Vorzugsweise wird das Material als Schicht abgeschieden, die so dick ist, daß nach der Wärmebehandlung ein Teil der Schicht übrigbleibt. In diesem Fall ist der Magnet nach der Wärmebehandlung mit der Schicht überzogen, die an die Ober­ flächenschicht angrenzt. Die Schicht bietet einen zusätzli­ chen Schutz gegen Korrosion. Insbesondere ein Oxidieren der hartmagnetischen Körner kann durch die Schicht verhindert werden
Die Schicht aus dem Material kann beispielsweise zwischen 1 µm und 20 µm dick sein.
Die Schicht kann durch physikalische Methoden, wie z. B. durch PVD (Physical Vapor Deposition) oder Sputtern aufgebracht werden. Alternativ kann die Schicht mechanisch durch z. B. Reiben, Strahlen oder Trommeln oder galvanisch aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt, die unterhalb der Schmelztemperatur des Materi­ als liegt, da bei der Reaktion des flüssigen Materials mit den hartmagnetischen Körnern unerwünschte Reaktionen mit Bil­ dung schädlicher weichmagnetischer Phasen auftreten können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn der Magnet durch mechanisches Bearbeiten geformt wird und anschließend das Material aufgebracht wird und die Wärme­ behandlung durchgeführt wird. Durch das mechanische Bearbei­ ten entstehen in der Regel Risse und Poren, die zu mechani­ scher Instabilität führen. Wird die Wärmbehandlung jedoch nach dem mechanischen Bearbeiten durchgeführt, so werden die Risse und Poren durch die erste Phase, die sich aus der flüs­ sigen zweiten Phase und Zusätzen bildet, gefüllt, so daß der Magnet verdichtet und mechanisch stabilisiert wird.
Die hartmagnetischen Körner können zum Beispiel mindestens aus SE, Eisen und Bor bestehen, wobei SE für eine oder mehre­ re seltenen Erden steht. Es hat sich gezeigt, daß die erste Phase besonders korrosionsbeständig ist, wenn sie eine Zusam­ mensetzung aufweist, die im wesentlichen aus der Formel SE6T14-xMx besteht, wobei T für ein oder mehrere Übergangsme­ talle aber zumindest für Eisen steht, M das weitere Element ist und x ≧ 1 ist. Das weitere Element wird so gewählt, daß die erste Phase eine Zusammensetzung gemäß der obengenannten Formel aufweist. Als weiteres Element eignen sich zum Bei­ spiel Al, Si, Cu, Ga, Sn, Bi.
Das Eisen in der ersten Phase stammt hauptsächlich aus den hartmagnetischen Körnern. Dazu wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt, bei der Teile der hartmagneti­ schen Körner derart herausgelöst werden, daß die erste Phase Eisen enthält, das von den hartmagnetischen Körnern stammt.
Die Wärmebehandlung wird beispielsweise zwischen 450°C und 650°C durchgeführt.
Die erste Phase besteht beispielsweise zwischen 25 at% und 35 at% aus SE und zwischen 5 at% und 20 at% aus M. Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Zusammensetzung die Korrosi­ onsbeständigkeit der ersten Phase besonders hoch ist.
Die Oberflächenschicht ist beispielsweise zwischen 10 µm und 100 µm dick.
Die hartmagnetischen Körner weisen vorzugsweise einen Durch­ messer auf, der zwischen 5 und 50 µm beträgt. Die hartmagne­ tischen Körner nehmen vorzugsweise mehr als 90% des Volumens des Magneten ein.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Figur näher erläutert.
Ein Magnet aus Nd-Fe-B wird auf dem üblichen pulvermetallur­ gischen Weg durch Mahlung einer erschmolzenen Legierung bis zu einer Teilchengröße von ca. 3 µm, Pressen in einem orien­ tierenden Magnetfeld und anschließendes Sintern im Tempera­ turbereich von 900°C bis 1100°C für 1 bis 4 h hergestellt. Nach einer Oberflächenbehandlung durch Schleifen, Trommeln und Beizen wird eine Schicht S aus Aluminium von ca. 20 µm durch ein PVD-Verfahren auf die Oberfläche des Magneten auf­ gebracht.
Eine anschließende Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwi­ schen 480°C und 530°C für 3 h führt zu einer Reaktion einer zwischen hartmagnetischen Körnern K angeordneten Nd-reichen zweiten Phase P2 mit Aluminium aus der Schicht S und zur Bil­ dung einer ersten Phase P1 mit der Zusammensetzung Nd6Fe14-xAlx (mit x zwischen 1 und 7). Der Fe-Anteil in der ersten Phase P2 stammt dabei von den teilweise angelösten hartmagnetischen Körnern K. Diese Nd-ärmere erste Phase P1 ersetzt die Nd­ reiche zweite Phase P2 in einem Saum, der einige Kornlagen an der Oberfläche des Magneten umfaßte. Dabei werden auch exis­ tierende Risse von der mechanischen Bearbeitung und klaffende Korngrenzen von der Beizbehandlung durch die bei der Wärmebe­ handlung entstandene erste Phase P1 geschlossen.
Da die erste Phase P1 im gesamten Oberflächensaum entsteht und die korrosionsanfällige Nd-reiche zweite Phase P2 er­ setzt, wird die Korrosionsbeständigkeit des so behandelten Magneten in einem HAST-Test (Highly Accelerated Stress Test, Wasserdampf von 130°C/2,7 bar) um mehr als einen Faktor 10 gegenüber einem Magneten ohne die Behandlung verbessert.

Claims (11)

1. Magnet,
der hartmagnetische Körner (K) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die hartmagnetischen Körner (K) in einer Oberflächenschicht des Magneten durch eine erste Phase (P1) voneinander ge­ trennt sind,
die hartmagnetischen Körner (K) im übrigen Teil des Magne­ ten durch eine unmagnetische zweite Phase (P2) voneinander getrennt sind, wobei die erste Phase (P1) korrosionsbestän­ diger ist als die zweite Phase (P2),
die erste Phase (P1) zusätzlich zu Elementen, aus denen die zweite Phase (P2) besteht, mindestens ein weiteres Element aufweist.
2. Magnet nach Anspruch 1,
bei dem die erste Phase (P1) eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen aus der Formel
SE6T14-xMx
besteht, wobei SE für eine oder mehrere seltenen Erden steht, T für ein oder mehrere Übergangsmetalle aber zumin­ dest für Eisen steht, M das weitere Element ist und x ≧ 1 ist,
bei dem die hartmagnetischen Körner (K) mindestens aus SE, Eisen und Bor bestehen.
3. Magnet nach Anspruch 2,
bei dem SE für Nd, Pr und/oder Dy steht,
bei dem M für Al, Si, Cu, Ga, Sn, und/oder Bi steht.
4. Magnet nach Anspruch 2 oder 3,
bei dem die zweite Phase (P2) zu mehr als 70 at% aus SE be­ steht,
bei dem die erste Phase (P1) zwischen 25 at% und 35 at% aus SE und zwischen 5 at% und 20 at% aus M besteht.
5. Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberflächenschicht zwischen 10 µm und 100 µm dick ist.
6. Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Magnet mit einer Schicht (S) überzogen ist, die an die Oberflächenschicht angrenzt und mindestens aus dem mindestens einen weiteren Element besteht.
7. Verfahren zur Erzeugung eines Magneten,
bei dem der Magnet zunächst so erzeugt wird, daß er hart­ magnetische Körner (K) aufweist, die durch eine zweite un­ magnetische Phase (P2), die aus bestimmten Elementen be­ steht, voneinander getrennt sind,
bei dem anschließend ein Material aufgebracht wird, das mindestens aus einem weiteren Element besteht, das von den Elementen, aus denen die zweite Phase (P2) besteht, ver­ schieden ist,
bei dem nach dem Aufbringen des Materials eine Wärmebehand­ lung bei einer Temperatur durchgeführt wird, bei der die zweite Phase (P2) schmilzt und sich mit mindestens einem Teil des Materials so vermischt, daß in einer Oberflächen­ schicht des Magneten die zweite Phase (P2) durch eine erste Phase (P1) ersetzt wird, die zusätzlich zu den Elementen, aus denen die zweite Phase besteht, mindestens das weitere Element aufweist und korrosionsbeständiger ist als die zweite Phase (P2).
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Magnet durch mechanisches Bearbeiten geformt wird und anschließend das Material aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Material in einer solchen Dicke aufgebracht wird, daß es eine Schicht (S) bildet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
bei dem die hartmagnetischen Körner (K) zumindest aus Ei­ sen, Bor und einer seltenen Erde erzeugt werden,
bei dem die zweite Phase (P2) so erzeugt wird, daß sie zu über 70 at% aus der seltenen Erde besteht,
bei dem das weitere Element Al, Si, Cu, Ga, Sn und/oder Bi ist,
bei dem die Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchge­ führt wird, bei der Teile der hartmagnetischen Körner (K) derart herausgelöst werden, daß die erste Phase (P1) Eisen enthält, das von den hartmagnetischen Körnern (K) stammt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Wärmebehandlung zwischen 450°C und 600°C durch­ geführt wird.
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