DE102013201845B4 - RARE EARTH METAL FREE PERMANENT MAGNETIC MATERIALS - Google Patents

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Abstract

Seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien, bestehend aus manganreichen binären Verbindungen von Mangan und Gallium Mn3-xGa mit x = 0,9 bis x = 0 mit mindestens einem Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium mit Anteilen von 0,01 bis 0,5 Atom-%.Rare earth free permanent magnetic materials, consisting of manganese-rich binary compounds of manganese and gallium Mn3-xGa with x = 0.9 to x = 0 with at least one element from the group of chromium, molybdenum, tungsten, rhenium with proportions of 0.01 to 0.5 Atom-%.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Materialwissenschaften und betrifft seltenerdmetallfreie, permanentmagnetische Materialien, wie sie beispielsweise in Dauermagneten, magnetischen Schaltungen, magnetischer Mess- und Regelungstechnik, Lautsprechertechnik sowie magnetischen Kupplungen eingesetzt werden können.The invention relates to the field of materials science and relates to rare earth metal-free, permanent magnetic materials such as can be used, for example, in permanent magnets, magnetic circuits, magnetic measurement and control technology, loudspeaker technology and magnetic couplings.

Nach dem Stand der Technik können mit einigen ausgewählten intermetallischen Materialien leistungsstarke hartmagnetische oder permanentmagnetische Werkstoffe hergestellt und diese in vielfältige magnetische Anwendungen und Technologien integriert werden, bei denen die besonderen physikalischen Eigenschaften dieser Werkstoffe genutzt werden.
Hartmagnetische Materialien besitzen starke ferromagnetische oder ferrimagnetische Eigenschaften und werden anhand ihrer magnetischen Kennwerte, resultierend aus der magnetischen Hysteresekurve, definiert und ausgewählt. Die wichtigsten Kennwerte sind die Remanenzflussdichte (Br), die Koerzitivfeldstärken (BHC und JHC), sowie die maximale Energiedichte ((B·H)max) dieser Materialien.
Insbesondere die maximale Energiedichte ist für die Anwendung ein bedeutender physikalischer Kennwert zur Beurteilung der Materialien. Sie gibt die Leistungsfähigkeit des Materials an und bezeichnet die maximal gespeicherte Feldenergie, die pro Volumeneinheit des Materials erreicht werden kann.According to the state of the art, high-performance hard magnetic or permanent magnetic materials can be produced with a few selected intermetallic materials and these can be integrated into various magnetic applications and technologies in which the special physical properties of these materials are used.
Hard magnetic materials have strong ferromagnetic or ferrimagnetic properties and are defined and selected on the basis of their magnetic characteristics resulting from the magnetic hysteresis curve. The most important parameters are the remanent flux density (B r ), the coercive field strengths ( B H C and J H C ), as well as the maximum energy density ((B · H) max ) of these materials.
In particular, the maximum energy density is an important physical parameter for the assessment of the materials. It indicates the performance of the material and describes the maximum stored field energy that can be achieved per unit volume of the material.

Über das letzte Jahrhundert hinweg wurden mehrere unterschiedliche Materialgruppen mit diesen hartmagnetischen Eigenschaften gefunden und in den unterschiedlichsten magnetischen Anwendungen eingesetzt. Zu diesen Materialien zählen zum einen eine Vielzahl an Legierungen aus Aluminium, Nickel und Kobalt (AINiCo-Legierungen), Hartferrite (Ba/SrFe2O3), sowie mehrere Seltenerdmetallmaterialien aus Samarium und Kobalt (Sm-Co), und Neodym, Eisen und Bor (Nd-Fe-B). Alle Materialien haben unterschiedliche magnetische Kennwerte und Existenzbereiche ihrer permanentmagnetischen Eigenschaften ( GOLL, D. ; KRONMUELLER, H.: High-performance permanent magnets. In: Naturwissenschaften, Die. Bd. 87, H. 10, S. 423-438. ISSN 0028-1042; 1432-1904 ).Over the past century, several different groups of materials with these hard magnetic properties have been found and used in a wide variety of magnetic applications. These materials include a large number of alloys made from aluminum, nickel and cobalt (AlNiCo alloys), hard ferrites (Ba / SrFe 2 O 3 ), as well as several rare earth materials made from samarium and cobalt (Sm-Co), and neodymium, iron and Boron (Nd-Fe-B). All materials have different magnetic characteristics and areas of existence of their permanent magnetic properties ( GOLL, D.; KRONMUELLER, H .: High-performance permanent magnets. In: Natural Sciences, The. Vol. 87, H. 10, pp. 423-438. ISSN 0028-1042; 1432-1904 ).

Der meist verbreitete und verwendete Dauermagnet ist ein mehrphasiges polykristallines Material aus den Elementen Neodym, Eisen und Bor, in dem sich eine hartmagnetische Verbindung Nd2Fe14B ausbildet (Wilhelm Cassing und Dietrich Seitz: Dauermagnete: Mess- und Magnetisiertechnik, Renningen: Expert-Verlag, 2007). Dieses Material besitzt aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit und der vielseitigen Formbarkeit eine sehr hohe Einsetzbarkeit in der Praxis und wird bevorzugt angewandt. Für die Herstellung dieses Materials aus den Ausgangselementen wird elementares Neodym in großem Maßstab benötigt. Neodym gehört zu der Gruppe der Metalle der Seltenen Erden, welche aufgrund der Verteilung ihres Vorkommens, der bergbaulichen Erschließung und Produktion speziellen Rahmenbedingungen unterliegen, die sich auf die Produktions- und Rohstoffpreise für den permanentmagnetischen Werkstoff auswirken. Die bestehenden Einschränkungen verstärken sich nochmals durch den schwierigen Handel und Erwerb dieser Ausgangselemente.The most widespread and used permanent magnet is a multiphase polycrystalline material made of the elements neodymium, iron and boron, in which a hard magnetic compound Nd 2 Fe 14 B is formed (Wilhelm Cassing and Dietrich Seitz: Dauermagnete: Mess- und Magnetisierungstechnik, Renningen: Expert- Verlag, 2007). Due to its high performance and versatile formability, this material is very useful in practice and is preferred. For the production of this material from the starting elements, elemental neodymium is required on a large scale. Neodymium belongs to the group of rare earth metals which, due to the distribution of their occurrence, mining development and production, are subject to special framework conditions that affect the production and raw material prices for the permanent magnetic material. The existing restrictions are compounded again by the difficult trade and acquisition of these basic elements.

Ein großer Nachteil der Seltenerd-Materialklasse ist es zudem, dass sie niedrige Curie-Temperaturen aufweisen, d.h. dass die ferromagnetischen Eigenschaften der Materialien bereits bei moderaten Temperaturen vollständig verschwunden sind und somit auch das Temperaturfenster für Anwendungen sich beschränkt. Bei der Verbindung Nd-Fe-B treten z.B. irreversible Eigenschaftsänderungen ab Einsatztemperaturen von 200 °C auf oder werden so begünstigt, dass die Nutzung dieser Materialien nur bei Einsatztemperatur T< 200°C (Tc = 583 K) sicher ist. Weiterhin wirkt sich bei Seltenerdmetall-Verbindungen negativ aus, dass deren Elemente chemisch leicht reagieren und ohne Schutz korrodieren, was eine zusätzliche Oberflächenvergütung erfordert und die Einsatztemperatur und Prozessatmosphären weiter reduziert. Nachteilig sind außerdem der hohe Preis und die geringe Verfügbarkeit der Seltenen Erden. Es ist zu erwarten, dass durch die derzeitige wirtschaftliche Lage die Preise für die Ausgangsmaterialien weiter steigen werden.Another major disadvantage of the rare earth material class is that they have low Curie temperatures, i.e. the ferromagnetic properties of the materials have completely disappeared even at moderate temperatures and the temperature window for applications is therefore limited. In the case of the Nd-Fe-B connection, irreversible changes in properties occur, for example, from operating temperatures of 200 ° C or are favored in such a way that the use of these materials is only safe at operating temperatures T <200 ° C (Tc = 583 K). A further negative effect of rare earth metal compounds is that their elements react easily chemically and corrode without protection, which requires additional surface treatment and further reduces the operating temperature and process atmosphere. The high price and the low availability of the rare earths are also disadvantageous. It is to be expected that the prices for the raw materials will continue to rise due to the current economic situation.

Weiterhin sind sogenannte Heuslerverbindungen bekannt. Heusler-Phasen sind intermetallische Materialien, die ferromagnetisch sein können, obwohl die darin enthaltenen Legierungselemente diese Eigenschaft nicht aufweisen.So-called Heusler compounds are also known. Heusler phases are intermetallic materials that can be ferromagnetic, although the alloying elements contained therein do not have this property.

Mit zunehmender Rohstoffknappheit und Anstieg der Umweltbelastungen für die Produktionsstätten erhöht sich damit die Notwendigkeit des Austauschs oder des Ersatzes von Seltenerdmetallmaterialien im Bereich der permanentmagnetischen Werkstoffe und der Erforschung neuer Materialien ohne Seltenerdanteil mit ähnlichen oder besseren magnetischen EigenschaftenWith increasing scarcity of raw materials and increasing environmental pollution for the production facilities, the necessity of exchanging or replacing rare earth metal materials in the field of permanent magnetic materials and researching new materials without rare earth elements with similar or better magnetic properties increases

Dazu sind verschiedene Materialien für permanentmagnetische Materialien, wie manganreiche polykristalline Verbindungen aus dem binären System von Mangan und Gallium untersucht worden ( BALKE, Benjamin [u.a.]: Mn3Ga, a compensated ferrimagnet with high Curie temperature and low magnetic moment for spin torque transfer applications. In: Applied Physics Letters. Bd. 90, H. 15, S. 152504/1- 152504/3. ISSN 0003-6951; 1077-3118 ). Es wurde die polykristalline Verbindung Mn(3-x)Ga untersucht und hartmagnetische Eigenschaften festgestellt, sowie deren hohe Curie-Temperaturen. In weiteren Untersuchungen wurde die Entwicklung der hartmagnetischen Eigenschaften in der binären Verbindungsserie von Mn2Ga bis Mn3Ga dargestellt und analysiert ( WINTERLIK, Jürgen [u.a.]: Structural, electronic, and magnetic properties of tetragonal Mn3-xGa: Experiments and first-principles calculations. In: Physical Review B. Bd. 77, H. 5, S. 054406/1-054406/12. ISSN 0163-1829; 0556-2805; 1098-0121; 1095- 3795; 1550-235X ). Die manganreichen Verbindungen dieser Serie bieten hohe Koerzititvfeldstärken und geringe Remanenzen. Der Einsatz dieser binären Verbindungen als permanentmagnetischer Werkstoff ist aber anhand der ermittelten magnetischen Kennwerte in dem binären Material, die im Vergleich mit den magnetischen Kennwerten der etablierten permanentmagnetischen Materialien zu niedrig sind, nicht zu erwarten. Dies insbesondere deshalb, weil die maximal gespeicherte Energie in den binären Materialien nicht ausreicht, um permanentmagnetische Anwendungsbereiche zu finden.For this purpose, various materials for permanent magnetic materials, such as manganese-rich polycrystalline compounds from the binary system of manganese and gallium, have been investigated ( BALKE, Benjamin [ua]: Mn3Ga, a compensated ferrimagnet with high Curie temperature and low magnetic moment for spin torque transfer applications. In: Applied Physics Letters. Vol. 90, H. 15, pp. 152504 / 1- 152504/3. ISSN 0003-6951; 1077-3118 ). The polycrystalline compound Mn (3-x) Ga was investigated and hard magnetic properties were found, as well as their high Curie temperatures. In further investigations, the development of the hard magnetic properties in the binary compound series from Mn 2 Ga to Mn 3 Ga was shown and analyzed ( WINTERLIK, Jürgen [ua]: Structural, electronic, and magnetic properties of tetragonal Mn3-xGa: Experiments and first-principles calculations. In: Physical Review B. Vol. 77, H. 5, pp. 054406 / 1-054406 / 12. ISSN 0163-1829; 0556-2805; 1098-0121; 1095-3795; 1550-235X ). The manganese-rich compounds in this series offer high coercivity and low remanences. However, the use of these binary compounds as permanent magnetic material is not to be expected on the basis of the magnetic characteristic values determined in the binary material, which are too low in comparison with the magnetic characteristic values of the established permanent magnetic materials. This is particularly because the maximum stored energy in the binary materials is not sufficient to find permanent magnetic fields of application.

Nach der US 3 147 112 A1 ist eine ferromagnetische Mn-Ga-Legierung bekannt, die im Wesentlichen aus 55-70 Atom-% Mangan und aus 45-30 Atom-% Gallium besteht.After U.S. 3,147,112 A1 a ferromagnetic Mn-Ga alloy is known which consists essentially of 55-70 atomic percent manganese and 45-30 atomic percent gallium.

Gemäß der US 2011 / 0 061 775 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines metallenthaltenden Materials bekannt, welches als magnetokalorisches Material eingesetzt wird. Dazu werden zu einem metallenthaltenden Material mindestens ein zum Material passendes chemisches Element und/oder eine Legierung zugegeben, gesintert und abgekühlt. Als Materialien sind solche Materialien offenbart, die zwingend (Mangan oder Kobalt) und (Eisen, Chrom oder Nickel) enthalten und weiterhin zwingend immer noch Germanium oder Silizium. Optional kann noch Gallium zusätzlich vorhanden sein.According to the US 2011/0 061 775 A1 there is known a method for producing a metal-containing material which is used as a magnetocaloric material. For this purpose, at least one chemical element and / or an alloy suitable for the material is added to a metal-containing material, sintered and cooled. Materials disclosed as materials are those which necessarily contain (manganese or cobalt) and (iron, chromium or nickel) and still necessarily contain germanium or silicon. Gallium can also be optionally present.

Aus DE 22 54 900 A ist ein ferromagnetisches Material bekannt, welches im Wesentlichen aus den Elementen Mangan, Gallium und Germanium besteht, wobei das atomare Verhältnis Mn0,8-1,2Ga0,5-1,3Ge0,6-2,3 gegeben ist.the end DE 22 54 900 A a ferromagnetic material is known which essentially consists of the elements manganese, gallium and germanium, the atomic ratio being Mn 0.8-1.2 Ga 0.5-1.3 Ge 0.6-2.3 .

Nachteilig bei den bekannten technischen Lösungen ist, dass permanentmagnetische Materialien ohne Seltenerdmetallmaterialien nicht die geforderten magnetischen Kennwerte erreichen, die für ihren Einsatz notwendig sind und den Ersatz der permanentmagnetische Materialien mit Seltenerdmetallmaterialien ermöglichen könnten.The disadvantage of the known technical solutions is that permanent magnetic materials without rare earth metal materials do not achieve the required magnetic characteristic values which are necessary for their use and which could enable the permanent magnetic materials to be replaced with rare earth metal materials.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien anzugeben, die neben guten hartmagnetischen Eigenschaften auch eine hohe Curie-Temperatur bei der Anwendung erreichen.The object of the present invention is to provide permanent magnetic materials which are free of rare earth metals and which, in addition to good hard magnetic properties, also achieve a high Curie temperature during use.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in the claims. Advantageous refinements are the subject of the subclaims.

Die erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien bestehen aus manganreichen binären Verbindungen von Mangan und Gallium Mn3-xGa mit x = 0,9 bis x = 0 mit mindestens einem Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium mit Anteilen von 0.01 bis 0.5 Atom-%.The rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention consist of manganese-rich binary compounds of manganese and gallium Mn 3-x Ga with x = 0.9 to x = 0 with at least one element from the group of chromium, molybdenum, tungsten, rhenium with proportions of 0.01 to 0.5 atom -%.

Vorteilhafterweise sind als manganreiche binäre Verbindungen von Mangan und Gallium Mn3-xGa mit x = 0,6 bis 0, vorhanden.Advantageously, binary compounds of manganese and gallium Mn 3-x Ga with x = 0.6 to 0 are present as manganese-rich binary compounds.

Ebenfalls vorteilhafterweise ist als Element Chrom vorhanden, wobei noch vorteilhafterweise Chrom in Anteilen von 0.01 bis 0.5 Atom-% vorhanden ist.Chromium is likewise advantageously present as the element, with chromium also advantageously being present in proportions of 0.01 to 0.5 atom%.

Weiterhin vorteilhafterweise sind zwei oder mehr Elemente aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium vorhanden.Furthermore, two or more elements from the group consisting of chromium, molybdenum, tungsten and rhenium are advantageously present.

Und auch vorteilhafterweise ist mehr als ein Element vorhanden, welche als Legierung oder Verbindung vorliegen.And also advantageously there is more than one element present, which are present as an alloy or compound.

Nach der vorliegenden Erfindung ist es erstmals möglich, seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien anzugeben, die neben guten hartmagnetischen Eigenschaften auch eine hohe Curie-Temperatur bei der Anwendung erreichen.According to the present invention, it is possible for the first time to specify rare earth metal-free permanent magnetic materials which, in addition to good hard magnetic properties, also achieve a high Curie temperature during use.

Erreicht wird dies, in dem manganreiche binäre Verbindungen von Mangan und Gallium Mn3-xGa mit x = 0,9 bis x = 0 vorhanden sind, die mindestens ein Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium mit Anteilen von 0.01 bis 0.5 Atom-% aufweisen.This is achieved in that manganese-rich binary compounds of manganese and gallium Mn 3-x Ga with x = 0.9 to x = 0 are present, the at least one element from the group chromium, molybdenum, tungsten, rhenium with proportions of 0.01 to 0.5 atom%.

Die erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien sind dann ternäre Verbindungen als Festkörpermetalllegierung, die im Wesentlichen aus der Heuslerverbindung Mn3-xGa mit x = 0.9 bis x = 0, als binäre manganreiche Verbindung besteht und mindestens ein Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium vorhanden ist.The rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention are then ternary compounds as solid metal alloy, which essentially consists of the Heusler compound Mn 3-x Ga with x = 0.9 to x = 0, as a binary manganese-rich compound and at least one element from the group of chromium, molybdenum, tungsten, Rhenium is present.

Durch dieses Element oder diese Elemente werden die vorteilhaften hartmagnetischen Eigenschaften des Materials erreicht. Die erfindungsgemäße manganreiche binäre Heuslerverbindungen von Mangan und Gallium zeigt eine hohe Koerzitivfeldstärke, die nicht zu erwarten gewesen ist.This element or these elements achieve the advantageous hard magnetic properties of the material. The manganese-rich binary Heusler compound of manganese and gallium according to the invention shows a high coercive field strength which was not to be expected.

Durch den Einbau von z.B. Chrom oder anderen Elementen in das polykristalline Material Mn3-xGa mit x = 0,9 bis x = 0 werden die magnetischen Eigenschaften dahingehend verbessert, dass sich die Remanenz vergrößert. Direkt davon betroffen ist ebenfalls die maximale Energiedichte dieser Materialzusammensetzung, die mit AINiCo Legierung vergleichbare Werte ansteigt.By incorporating, for example, chromium or other elements into the polycrystalline material Mn 3-x Ga with x = 0.9 to x = 0, the magnetic properties are improved in such a way that the remanence increases. This directly affects the maximum energy density of this material composition, which increases in values comparable to that of AINiCo alloy.

Neben dem besonderen Vorteil der erfindungsgemäßen Materialien, dass sie seltenerdmetallfrei sind und damit geringere Kosten und größere Verfügbarkeit aufweisen, kommt hinzu, dass sie deutlich korrosionsbeständiger sind und daher keine zusätzlichen Oberflächenbehandlungen nach der Herstellung erfordern. Ebenfalls weisen die erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien eine hohe Temperaturstabilität auf und sind daher auch bei hohen Temperaturen bis zu 500 °C einsatzfähig und arbeiten stabil.In addition to the particular advantage of the materials according to the invention that they are free of rare earth metals and thus have lower costs and greater availability, there is also the fact that they are significantly more corrosion-resistant and therefore do not require any additional surface treatments after production. The rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention also have a high temperature stability and can therefore also be used at high temperatures of up to 500 ° C. and operate in a stable manner.

Das erfindungsgemäße Vorhandensein des mindestens einen weiteren Elementes, wie vorteilhafterweise Chrom, ermöglicht somit durch Veränderung der Materialzusammensetzungen eine wesentliche Modifikation der magnetischen Eigenschaften mit dem Ergebnis, dass die hartmagnetischen Eigenschaften verbessert sind.The presence according to the invention of the at least one further element, such as advantageously chromium, thus enables a substantial modification of the magnetic properties by changing the material composition, with the result that the hard magnetic properties are improved.

Die magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien sind mit bekannten Permanentmagnetverbindungen mindestens vergleichbar und daher können die erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien in bestehenden Anwendungen und Technologien gleichwertig als permanentmagnetischer Werkstoff angewendet werden.The magnetic properties of the rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention are at least comparable to known permanent magnet compounds and therefore the rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention can be used equally well as permanent magnetic material in existing applications and technologies.

Weiterhin können aufgrund der hohen Curie-Temperaturen für die binären Mangan-Gallium Materialien als Basismaterial die erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien bei weit höheren Einsatztemperaturen eingesetzt werden.Furthermore, because of the high Curie temperatures for the binary manganese-gallium materials as the base material, the rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention can be used at far higher operating temperatures.

Ebenso ist bei den erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien durch das mindestens eine chemische Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium die maximale Energiedichte im Gegensatz zu der binären Verbindung Mn3-xGa wesentlich vergrößert.In the case of the rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention, the maximum energy density is significantly increased in contrast to the binary compound Mn 3-x Ga due to the at least one chemical element from the group of chromium, molybdenum, tungsten, rhenium.

Die erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien bilden damit eine neue Klasse an hartmagnetischen Werkstoffen, die frei von Seltenerdmetallelementen sind.The rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention thus form a new class of hard magnetic materials that are free from rare earth metal elements.

Durch diese neue Materialklasse werden noch mehr Variationen, Anpassungen und Optimierungen von magnetischen Werkstoffkennwerten mit den bekannten Materialklassen möglich, wodurch wiederum eine weitreichende Integration der hartmagnetischen Eigenschaften in bestehende oder neue magnetische Anwendungen ermöglicht wird. Ebenso bedingt eine größere Materialauswahl eine bessere Anpassung der Werkstoffe an gewünschte Prozessparameter in den Prozessabläufen von magnetischen Anwendungen.This new material class enables even more variations, adjustments and optimizations of magnetic material parameters with the known material classes, which in turn enables extensive integration of hard magnetic properties in existing or new magnetic applications. A larger selection of materials also means that the materials can be better adapted to the desired process parameters in the process sequences of magnetic applications.

Mit den erfindungsgemäßen seltenerdmetallfreien permanentmagnetischen Materialien sind nun neue Materialien im Bereich der permanentmagnetischen Materialien vorgeschlagen, die gewerblich in magnetischen Anwendungen unter Ausnutzung der hartmagnetischen Eigenschaften anwendbar sind.With the rare earth metal-free permanent magnetic materials according to the invention, new materials are now proposed in the field of permanent magnetic materials which can be used commercially in magnetic applications using the hard magnetic properties.

Nachfolgend ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments.

Beispiel 1example 1

Für die Herstellung des Materials mit der Zusammensetzung Mn2.9Cr0.1Ga werden als Ausgangsstoffe die reinen Elemente dieser Verbindung im stöchiometrischen Verhältnis eingewogen. Dazu werden 6,3978 g Manganstücke und 2,7999 g Galliumstücke, sowie 0,2088g elementares Chrom eingewogen. Diese Ausgangsmaterialien werden in einem Lichtbogenschmelzofen gegeben. Dabei werden die Materialien in einem Kupfertiegel platziert und unter Argonatmosphäre, in Abwesenheit von Sauerstoff und Wasser, aufgeschmolzen. Durch den ausgebildeten Lichtbogen werden die einzelnen Elemente in den flüssigen Zustand gebracht und mischen sich. Anschließend wird die entstandene intermetallische Verbindung abgekühlt.For the production of the material with the composition Mn 2.9 Cr 0.1 Ga, the pure elements of this compound are weighed in as starting materials in a stoichiometric ratio. For this, 6.3978 g of manganese pieces and 2.7999 g of gallium pieces, as well as 0.2088 g of elemental chromium are weighed out. These raw materials are placed in an arc melting furnace. The materials are placed in a copper crucible and melted in an argon atmosphere in the absence of oxygen and water. The individual elements are brought into the liquid state by the formed arc and mix. The resulting intermetallic compound is then cooled.

Zum Ausbilden der hartmagnetischen Eigenschaften muss nachfolgend das abgekühlte Material in einer evakuierten Quarzampulle in einem Ofen bei einer Temperatur von 400 °C für 7 Tage geglüht werden. Danach wird das Material in einer kalten Flüssigkeit abgeschreckt.To develop the hard magnetic properties, the cooled material must then be annealed in an evacuated quartz ampoule in a furnace at a temperature of 400 ° C. for 7 days. The material is then quenched in a cold liquid.

Die magnetischen Eigenschaften des entstandenen permanentmagnetischen Materials sind: eine Remanenz (Br) von 0,22 T, eine Koerzitivfeldstärke der Flussdichte (HcJ) von 145 kA/m und ein maximales Energieprodukt ((B·H)max) von 8,3 kJ/m3.The magnetic properties of the resulting permanent magnetic material are: a remanence (B r ) of 0.22 T, a coercive field strength of the flux density (H cJ ) of 145 kA / m and a maximum energy product ((B · H) max ) of 8.3 kJ / m 3 .

Beispiel 2Example 2

Für die Herstellung des Materials mit der Zusammensetzung Mn2.6Cr0.1Ga werden ebenfalls als Ausgangsstoffe die reinen Elemente dieser Verbindung im stöchiometrischen Verhältnis eingewogen. Dazu werden 5,736 g Manganstücke und 2,7999 g Galliumstücke, sowie 0,2088g elementares Chrom eingewogen. Diese Ausgangsmaterialien werden in einem Induktionsschmelzofen gegeben. Dabei werden die Materialien in einem Kupfertiegel platziert und unter Argonatmosphäre, in Abwesenheit von Sauerstoff und Wasser, induktiv aufgeschmolzen. Eine Spule erwärmt dabei das Material im Tiegel und bringt sie in den flüssigen Zustand, an diesem Punkt mischen sich alle Elemente. Anschließend wird die entstandene intermetallische Verbindung abgekühlt.
Zum Ausbilden der hartmagnetischen Eigenschaften muss nachfolgend das abgekühlte Material in einer evakuierten Quarzampulle in einem Ofen bei einer Temperatur von 450 °C für 7 Tage geglüht werden. Danach wird das Material in einer kalten Flüssigkeit abgeschreckt.For the production of the material with the composition Mn 2.6 Cr 0.1 Ga, the pure elements of this compound are also weighed in as starting materials in a stoichiometric ratio. For this, 5.736 g pieces of manganese and 2.7999 g pieces of gallium, as well as 0.2088 g of elemental chromium are weighed out. These raw materials are placed in an induction melting furnace. The materials are placed in a copper crucible and inductively melted in an argon atmosphere in the absence of oxygen and water. A coil heats the material in the crucible and brings it into a liquid state, at which point all the elements mix. The resulting intermetallic compound is then cooled.
To develop the hard magnetic properties, the cooled material must then be annealed in an evacuated quartz ampoule in a furnace at a temperature of 450 ° C. for 7 days. The material is then quenched in a cold liquid.

Die magnetischen Eigenschaften des entstandenen permanentmagnetischen Materials sind: eine Remanenz (Br) von 0,189 T, eine Koerzitivfeldstärke der Flussdichte (HcJ) von 133 kA/m und ein maximales Energieprodukt ((B·H)max) von 6,5 kJ/m3.The magnetic properties of the resulting permanent magnetic material are: a remanence (B r ) of 0.189 T, a coercive field strength of the flux density (H cJ ) of 133 kA / m and a maximum energy product ((B · H) max ) of 6.5 kJ / m 3 .

Claims (6)

Seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien, bestehend aus manganreichen binären Verbindungen von Mangan und Gallium Mn3-xGa mit x = 0,9 bis x = 0 mit mindestens einem Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium mit Anteilen von 0,01 bis 0,5 Atom-%.Rare earth metal-free permanent magnetic materials, consisting of manganese-rich binary compounds of manganese and gallium Mn 3-x Ga with x = 0.9 to x = 0 with at least one element from the group of chromium, molybdenum, tungsten, rhenium with proportions of 0.01 to 0 , 5 at%. Seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien nach Anspruch 1, bei denen manganreiche binäre Verbindungen von Mangan und Gallium Mn3-xGa mit x = 0,6 bis x = 0 vorhanden sind.Permanent magnetic materials free of rare earth metals Claim 1 , in which manganese-rich binary compounds of manganese and gallium Mn 3-x Ga with x = 0.6 to x = 0 are present. Seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien nach Anspruch 1, bei denen als Element Chrom vorhanden ist.Permanent magnetic materials free of rare earth metals Claim 1 where the element chromium is present. Seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien nach Anspruch 3, bei denen Chrom in Anteilen von 0,01 bis 0,5 Atom-% vorhanden ist.Permanent magnetic materials free of rare earth metals Claim 3 in which chromium is present in proportions of 0.01 to 0.5 atomic percent. Seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien nach Anspruch 1, bei denen zwei oder mehr Elemente aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium vorhanden sind.Permanent magnetic materials free of rare earth metals Claim 1 , in which two or more elements from the group chromium, molybdenum, tungsten, rhenium are present. Seltenerdmetallfreie permanentmagnetische Materialien nach Anspruch 1, bei denen mehr als ein Element vorhanden ist, welche als Legierung oder Verbindung vorliegen.Permanent magnetic materials free of rare earth metals Claim 1 in which more than one element is present, which are present as an alloy or compound.
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