DE1414795A1

DE1414795A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten und Verdichten von feinpulvrigem Magnetmaterial

Info

Publication number: DE1414795A1
Application number: DE19611414795
Authority: DE
Inventors: Falk Richard Barton; Hooper George Dodge; Hatinger Gerald Leroy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1960-08-30
Filing date: 1961-08-24
Publication date: 1969-03-27
Also published as: GB987103A; US2999271A

Description

Die vorliegende Erfindung offenbart ein neuartiges Magnetmaterial mit stark verbesserten magnetischen Eigenschaften» Dieses Magnetmaterial besteht aus länglichen Magnetteilchen, deren Querabmessungen gleich denen eines einzigen Elementarbereiches sind. Die verbesserten magnetischen Eigenschaften sind hauptsächlich auf die lOrmanisotropie der Magnetteilchen zurückzuführen. Die länglichen, in Querrichtung nur einen einzigen Elementarbereich aufnehmenden Teilchen werden dadurch hergestellt, indem Eisen oder Eisen-Kobalt-Legierungen in eine flüssige MetaJeL-kathode, beispielsweise in Quecksilber, galvanisch ausgefiLllt^

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werden, wobei zwischen der flüssigen Metallkathode und dem Elektrolyten eine in Ruhe befindliche Zwischenschicht vorhanden ist.

Beim Verfahren zur Umwandlung des galvanisch ausgefällten Magnetmaterials in Magneten wird eine Aufschlämmung aus länglichen, in Querrichtung nur einem einzigen Elementarbereich Platz bietenden Magnetteilchen und Quecksilber gewöhnlich in Gegenwart eines Gleichstromfeldes verpreßt, um die Teilchen auszurichten und das Quecksilber zu entfernen. Die dadurch entstehenden Tabletten werden nach Entfernung des noch verbliebenen Quecksilbers zu einem Pulver vermählen. Jedes Pulverteilchen enthält nach dem Mahlen eine große Anzahl von ausgerichteten, länglichen, in Querrichtung nur einen Elemeriarbereich aufnehmenden Magnetteilchen. Das Energieprodukt eines Magneten ist proportional zum Grad seiner Ausrichtung. Das stark anisotrope Pulver muß daher zur Erzielung optimaler magnetischer Eigenschaften wieder ausgerichtet werden, wenn es zu einem Magneten verpreßt wird.

Bei den bisherigen Versuchen zur Ausrichtung des stark anisotropen Pulvers unter Verwendung magnetischer oder elektrischer Felder ergabren sich bei der Teilchenausrichtung

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Verluste von 20-35 Prozent und "bei der insgesamt zur Verfügung stehenden magnetischen Energie Verluste von 40 τ 6o Prozent.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten und Verpressen feinpulvrigen Magnatmaterials zu Magneten zu schaffen. Das erfindungsgemäße Verfahren znü Ausrichten und Verdichten eines feinkörnigen Magnetpulvers, dessen Eigenschaften auf Formanisotropie "beruhen, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge dieses Pulvers gleichzeitig einem Wechselstromfeld und einem G-leichstromfeld ausgesetzt wird und anschließend das Pulver unter Einwirkung des G-leichstromfeldes zu einem sehr stark ausgerichteten Magneten verdichtet wird. Die Erfindung ermöglicht die Nutzbarmachung von nahezu 100 9δ der insgesamt zur Verfügung stehenden magnetischen Energie des fertigen Magneten.

In den Zeichnungen zeigen·

pig. 1 eine perspektivische Darstellung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

geeigneten Vorrichtung mit einer Verdichtungsmatrize und einer Einrichtung zum Erzeugen der Magnetfelder,
Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Verdichtungsmatrize und die Pole der Einrichtung zur Erzeugung der Magnetfelder,

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Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig» 2

Die in Fig. 1 gezeigte Verdichtungsmatrize 1 besitzt einen Innenraum 2 zur Aufnahme einss Unterstempeis 3 und · eines überstempele 4. Die Matrize ist aus einem Material mit niedriger magnetischer Permeabilität hergestellt, so daß der Magnetfluß nicht durch die Matrize, sondern durch das darin befindliche Magnetmaterial hindurchgeht. Die Matrize ist von einem lameliierten Siliciumstahlkern 5 umgeben, der die Rückleitung für den Fluß des Wechselstromfeldes und des G-leichstromfeldes bildet. Zwischen dem Kern 5 und der Matrize 1 sind in radialer Richtung Wechselstrompolstücke

6 aus übereinanderge schichte ten Siliciumstahlblechen und Gleichstrompolstticke 7 aus Stahl mit einer hohen magnetischen Permeabilität angeordnet. Die Wechselstrompolstücke liegen quer zu den Gleichstrompolstücken und sowohl die Wechselstromais auch die Gleichstrompolstücke stehen wiederum senkrecht auf der Preßrichtung im Innenraum 2 der Matrize 1. Die Magnetwicklungen sind an eine geeignete Stromquelle angeschlossen.

Nähere Einzelheiten sind in den maßstabgetreuen Figuren 2 und 3 gezeigt. Die W^chselstrompole 6 sitzen in radialen löchern 10 in der Matrize 1. Die konischen Gleichstrompole

7 sitzen in konischen radialen löchern 11 in der Matritze 1. '

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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, bestehen die Wechselstrompole 6 zur Veringerung von Wirbelströmen und Hysteresisverlusten aus übereinander geschichteten Blechen. Die Grleichstrompole sind so breit wie die ihnen zugewandte Seite des Matriζeninnenraums und die Wechselstrompole sind halb so breit wie die ihnen zugewandte Seite des Matrizeninnenraums. Die Gleichstrom- und Wechselstrompole sollen wenigstens zweimal, vorzugsweise dreimal, so hoch sein wie die Höhe der Pulverfüllung_β Diese Höhe wird durch die Einstellung des unterstempele und natürlich durch das Volumen der Pulverfüllung bestimmt.

Die vorliegende Erfindung ist bei jedem feinpulvrigem ferromagnetischem Material verwendbar, dessen Eigenschaften hauptsächlich auf der Formanisotropie beruhen. Beispiele für derartige Stcffe sind Eisen, legierungen von Eisen und Kobalt, Eisen und Nickel, Kobalt und Nickel oder Eisen, Kobalt und Nickel. Die Teilchen sind vorzugsweise gegen Temperatureinflüsse durch einen Antimon!düberzug und durch Einbettung in einem nicht magnetischen Matrix- oder Füllmaterial, beispiel«weise in Blei, geschützt.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden längliche, in Querrichtung nur einem Tülementarbersich Platz bietende Teilchen in eine flüssige Metallkathode galvanisch abgeschieden. Die sich ergebende Aufschlämmung wird anschließend zur Erzielung der günstigsten physikalischen

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Form der Teilchen 10-15 Minuten lang bei ungefähr 175 - 200° wärmebehandelte Dann wird Blei oder Blei mit einem Antimongehalt von bis zu 2 Gewichtsprozent zugegeben, wobei das Blei als Matrixmaterial und Antimon als Überzug für die Teilchen dient. Die Aufschlämmung wird dann zur Förderung der Antimojtiidbildung wieder 10-15 Minuten lang bei 175 -r 200° wärembehandelt. Die mit einem Überzug versehenen, länglichen, in Querrichtung nur eißm einzigen Elementarbereich Platz bietenden Teilchen werden dann zusammen mit dem Quecksilber und dem Matrixmaterial verpreßt und in einem Gleichstromfeld ausgerichtet. Das Quecksilber wird von den gebildeten Tabletten durch Destillation entfernt und die Tabletten werden zu einem Pulver mit einer Korngröße von 0,3 - 0,8 mm vermählen.

Der Unterstempel der Verdichtungspresse wird dann derart eingestellt, daß er 2,5£ - 9_f5 mm unterhalb der Unterseite der Gleichstrompole liegt. Anschließend wird dann in den Innenraum der Matrize pulver bis zu einer Höhe eingefüllt, die nicht höher als die Mittellinie der Gleichstrompole liegt. Diese Einstellung des Unterstempels der Presse und die Wahl der Höhe der Pulverfüllung ermöglichen, wie sich herausgestellt hat, die bestmögliche Ausrichtung des Pulvera. Diese Werte ändern sich natürlich mit der Jüllmenge, den Feldstärken und bei Änderungen der Apparatur. Wenigstens eine oder zwei Sekunden vor Beginn der Verdichtung wird dann das Gleichstromfeld und

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das Wechselstromfeld eingeschaltet» Das Gleichstromfeld und das Wechselstromfeld "brauchen nicht gleichzeitig eingeschaltet werden, sie müssen jedoch gleichzeitig vor Beginn der Verdichtung vorhanden sein. Zur Verdichtung des Magnetpulvers wird dann in Gegenwart der Magnetfelder der Oberstempel in die Matrize eingeführt« Das Wechselstromfeld kann evtl. während der Verdichtung abgeschaltet werden, das G-leichstromfeld muß jedoch während der Verdichtung zur Beibehaltung der Orientierung des Pulvers aufrecht erhalten werden« Nach der Verdichtung des Pulvers werden die Magnetfelder abgeschaltet und der gebildete Magnetkörper entfernt. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollte die G-leichstromfeld starte wenigstens 1400 G-auss, vorzugsweise 3500 G-auss betragen und wenigstens bei Beginn der Verdichtung größer als die Wechselstromfeldstärke sein. G-ewöhnlich sollte, die G-leichstromfeldstärke größer, vorzugsweise zweimal so groß wie die Wechselstromfeldstärke sein. Die hier angegebenen Feldstärken wurden in einer Sbene gemessen, die den gleichen Abstand von den entsprechenden Polstücken hat.

Es wurde oben angegebenen, daß die Wechselstrompole senkrecht auf den G-leichstrompolen stehen und in derselben Ebene liegen. Die gegenseitige Lage der Pole kann jedoch geändert werden. Die Ausrichtung erfolgt in einer parallel

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zur Richtung des G-leichstromfeldes liegenden Richtung., Die Lage der G-leichstrompole ist daher durch die Orientierungsrichtung bestimmte Die Wechselstrompole können jedoch, wenn hier nicht anders angegeben, in jeder gewünschten Lage angeordnet werden, jedoch muß dabei das Wechselstromfeld durch die Pulverfüllung hindurchgehen.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Tablettenherstellung

In eine Quecksilberkathode wurden Eisenteilchen galvanisch abgeschieden und auf diese Weise eine aus Quecksilber und Eisenteilchen bestehende Aufschlämmung hergestellt. Die 43,7 kg Quecksilber und 1,6 kg Eisenteilchen enthaltende Aufschlämmung wurde dann 14- Minuten lang bei 175° wärmebehandelt. Der noch heißen Aufschlämmung wurden 2,95 kg Blei als Matrixmaterial und 0,23 kg Antimon zur Erzeugung eines Antimonidüberzüges zugegeben. Die dadurch entstandene Mischung wurde nun noch einmal 15 Minuten lang bei einer Temperatur von 175° wärmebehandelt. Nach dem Abkühlen wurde die

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Mischung in Gegenwart eines Gleichstrommagnetfeldes von 4000 Gauss mit einem Druck von 700 kg/cm In eine Matrize gepreßt, um die länglichen Bisenteilchen in Feldrichtung auszurichten, aus den Teilchen Tabletten zu bilden und den Quecksilbergehalt auf ungefähr 80 $ der ursprünglichen Menge zu vermindern» Anschließend wurde im wesentlichen das gesamte zurückgebliebene Quecksilber dadurch entfernt, daß das Material eine Stunde lang bei einem Druck von 1 mm Quecksilbersäule undeiner Temperatur von 350° destilliert wurde. Dadurch wurde der Quecksilbergehalt auf ungefähr 2 Gewichtsprozent der ursprünglichen Menge verringert»

Magne the r s t ellung

Die auf diese Weise hergestellte Tablette wurde in einer Drehmühle gemahlen und zu einem Pulver einheitlicher Konsistenz durchgemischt» Der Hauptanteil des Pulvers hatte eine Korngröße zwischen 0,3 - 0,8 mm, 3 Gramm dieses Pulvers wurden in eine Matrize eingefüllt. Der Verdichtungsdruck

betrug 3750 kg/cm . Der Unterstempel war 9,5 mm unterhalb der Unterseite der Gleichstrompolstücke angeordnet« Die Gleichstromspulen wurden mit einer Stromstärke von 80 Ampere

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und die Wechselstromspulen mit einer Sirromstärke von 50 Ampere bei 60 Hertz betrieben, ungefähr 2 Minuten nach dem Einschalten des Wechsel strom- und des Gleichstromfeldes wurde der Oberstempel in die Matrize eingeführt und der Magnet unter Beibehaltung des Wechselstrom- und Gleichstromfeldes gepreßt. In einer von den Gleichstrompolstücken gleich weit entfernten Ebene wurde eine Gleichstromfeldstärke von 4500 Gauss gemessen. Die in ähnlicher Weise zwischen den Wechselstrompolen gemessene Weehselstromfeldstärke betrug 2200 Gauss. Nach Beendigung der Verdichtung wurden die Magnetfelder abgeschaltet.

Der erzielte Ausrichtungsgrad der Teilchen wurde durch das Verhältnis der Remanenz (Er) zu der nach der Isthmus-Methode bestimmten Sättigungsmagnetisierung (Bis) bestimmt«, In der folgenden Tabelle A sind diese Werte zusammen mit der Koerzitivkraft (Hc) und der maximalen magnetischen Energie (BHmax.) sowohl für die gemäß dem o.g. Beispiel hergestellten Tabletten als auch für den hergestellten Magneten angegeben. Bs sind auch Ergebnisse für in ähnlicher Weise hergestellte Tabletten und Magneten aus Eisen-Kobalt-Teilchen angeführt.

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TABELLE A

Material

Br Bis Hc (BH)max. Br/Bis

Längliche, in Querrichtung nur einen einzigen Elementarbereich umfassende Ei senteilchen

Längliche, in Querrichtung nur einen einzigen Elementarbereieh umfassende Eisen-Kobalt-Teilchen Tablette

6500 8490 600 1.7x1 CT 7800 8500 900 3.4x1O^e

Magnet

0.776

0.918

Längliche, in Querrichtung nur einen einzigen Elementarbereich umfassende Ei senteilchen 5325 6875 650 1.75x1O^c

0.775

Längliche, in Querrichtung nur einen einzigen Elementarbereich umfassende Eisen-Kobalt-Teilchen 7400 8025 965 3.6x10*

0.922

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß man nahezu dieselbe Ausrichtungbei den aus feinem Pulver hergestellten Magneten

erhält wie für die aus einer aus feinen Teilchen, Quecksilber

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und einem Matrixmaterial bestehenden Aufschlämmung hergestellten Tabletten. Die Bedeutung dieses Vergleichs wird besonders deutlich, wenn man bedenkt, daß die Teilchen des Magnetmaterials verhältnismäßig leicht in den Tabletten ausgerichtet werden, · da sie dort in einer nahezu 95 #igen QuecksiIberaufschlämmung vorhanden sind, während das aus feinen Teilchen bestehende Pulver im wesentlichen nur aus Magnetpulver und einem festen Matrixmaterial besteht«,

Vor der Verdichtung können auch Gleitmittel zum Magnetpulver zugegeben werden. Typische Gleitmittel sind Wasser, Äthylalkohol, Glyzerin und für pulvermetallurgische Zwecke verwendete Trockenpulvergleitmittel. Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung von Gleitmitteln eine äquivalente Ausrichtung mit größeren Pulverfüllungen erzielt wird. Bei Verwendung von Wasser werden pro Gramm Pulver 2,5 ecm Wasser zugegeben.

Es wurden auch weitere Versuche durchgeführt, um festzustellen, ob langgestreckte Magnetteilchen enthaltende Magnetwerkstoffe in nicht senkrecht zur Preßrichtung verlaufenden Richtungen ausgerichtet werden können. Es ist schwierig, ein aus länglichen Magnetteilchen bestehendes Pulver in einer parallel zur Preßrichtung verlaufenden Richtung auszurichten, dad die Teilchen dazu neigen, sich quer zur Preßrichtung auszurichten. Aus den Versuchen ergab sich, daß eine Ausrichtung in Preßrichtung erreicht werden kann, wenn

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man eine G-leichatromspule auf jedem der "beiden Stempel anbringt und auf vier Polen Wechselstromspulen anbringt, die in der gleichen Ebene senkrecht zu den Gleichströmspulen liegen und radial an den vier Seiten der Füllung angeordnet sind.

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Claims

GENEBAl JSIECTRIC COMPA!TY Scheneetady 5, NT.Y. River Road 1, Y. st. ν. Α.. Patentanmeldüngt "Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten und Verdichten von feinpulvrigem Magnetmaterial· N PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren ium Ausrichten und Verdichten eines aus feinen Teilchen bestehenden Magnetpulver*» dessen Eigenschaften auf Formen! ίο tr ο pie stzrttclauführen sind, dadurch fekennseichnet, dsJ man gleichseitig auf eine Xenf· dieses Pulvers ein Veohselstroafeld und ein dleiehstromfeld einwirken lädt und das Pulver unter Einwirkung: des GU ei ο hstrosfeldes verdichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseiebnet» dafi man das Wechsel stromfeld und das 01 ei ehe tro »feld in derselben Ebene, aber senkreoht sue inander einwirken UUt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfeld wenigstens 1400 Gauss "beträgt und größer als das Wechselstromfeld ist.

4. Vorrichtung zum Ausrichten und Verdichten von aus feinen Teilchen "bestehenden Magnetpulvern, deren Eigenschaften auf Formanisotropie zurückzuführen sind, bestehend aus einer MatrizeiriLt einem Innenraum und Mitteln zum Verdichten eines Magnetpulvers im Matrizeninnenraum, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichstrompolstücke und Wechselstrompolstücke um den Innenräum angeordnet sind, Mittel zum Versorgen der Gleichstrompolstücke mit Gleichstrom und der Wechselstrompolstücke mit Wechselstrom vorhanden sind, um durch den Matrizeninnenraum ein Gleichstromfeld und ein Wechselstromfeld hindurchzuschicken, und Mittel vorgesehen sind, die für das Gleichstrommagnetfeld und das Wechselstrommagnetfeld einen Rückleiter "bilden.

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