DE1458556A1 - Verfahren zum Herstellen von Permanentmagneten hoher Koerzitivkraft - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Permanentmagneten hoher KoerzitivkraftInfo
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Description
Patentanwalt
Karl / 3 ro se
Karl / 3 ro se
Abschrift gefertigt am 3ο September 1968
B/We Miinchen-Pullach, 17o September 1963
THE IOuHDATIONj THE EESEAECH IHSfITUTE ÖW ELECTRIC AHD MAGHETIC
ALLOYS, Ho. 107-62, Higashi-Hachiban-Cho, Sendai City, Japan
Yerfahren zum Herstellen von Permanentmagneten hoher
Koerzitivkraft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Permanentmagneten
mit hoher Koerzitivkraft» insbesondere von Permanentmagneten,
die aus 20 bis 929ε Co, 7,9 bis 26$ Al und O bis 65#
Ni (096 ausgenommen) und einer geringen Menge von Verunreinigungen '
bestehen*
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs
genannten Art, das einfacher, und mit geringeren Kosten als
die bisherigen Verfahren durchführbar ist·
Die bisher gebräuchlichen, aus feinen, etwa molekulare Einzelmagnete
bildenden Teilchen bestehenden Magnete sind aus Eisen-Pulver oder Bisen-Kobaltpulver gepresst oder bestehen aus Bismanol,
einer Magnesium-Wismutlegierung, oder Perroxdure (BaO.6fe2O^)·
Alle diese !bekannten Magnete haben eine große bleibende I1IuB-dichte
(Br) und Koerzitivkraft (Ho)«, Bei der Herstellung derartiger
Magnete muß zunächst ein sehr feines, jedoch hinsichtlich seiner Korngröße geeignetes Pulver aus magnetischen Partikeln hergestellt
werden. Sodann wird dieses Pulver mit geeignetem Druck verdichtet und bisweilen werden die Magnete bei erhöhter Temperatur
nooh gesintert· Bisher war es außerordentlich schwierig, bei den beiden ersten genannten Magnetarten feine Teilchen der erforderlichen
Größe herzustellen, so daß das Herstellungsverfahren
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eine Reihe von Erschwernissen aufwies. Die bisher bekannten Magneten
hatten den Nachteil, daß ihre Herstellung im wesentlichen sehrver.wickelt
und schwierig ist und daß darüber hinaus kein Erzeugnis mit gleichbleibenden Eigenschaften erzielt wird.
Es hat sich nun gezeigt, daß die genannten Schwierigkeiten ver-™
mieden werden, wenn solche Legierungen gewählt werden, bei denen molekulare Einzelmagnete in der aus einem nicht magnetischen Werkstoff
bestehenden Trägersubstanz ausgefällt werden, Es hat sich
ferner gezeigt, daß Co-Al-Legierungen mit 10 bis 25$ Al die Erzeugung
solcher molekularer Einzelmagnete zulassen und daß eine sehr große Koerzitivkraft von beispielsweise 1,320 Oersted mit
Hilfe einer geeigneten Behanälung erzielt werden kann.
Bei der weiteren Untersuchung hat sich gezeigt, daß durch Zusatz von Ni zu der Co-AHdegierung molekulare Einzelmagnete von noch
größerer Koerzitivkraft erzeugt werden können»
r Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens zum Herstellen von
Permanentmagneten mit hoher Koerzitivkraft wird in der Weise vorgegangen,
daß eine ternäre Kobalt-Aluminium-Nickel-Legierung mit
Gehalten von 20 bis 92 Gew# Kobalt, 7t9 bis 26 Gew.# Aluminium
und 0 bis 65$ (P# ausgenommen) Nickel als wesentlichen Bestandteilen
zur Homogenisierung der festen lösung während einer angemessenen
Zeit auf eine oberhalb der die feste lösung angeigenden
Linie liegende Temperatur erwärmt wird, dann in Luft, Wasser, öl oder einem anderen Medüm abgeschreckt wird und dann erneut
auf eine Temperatur von mehr als 35O0O zur Ausfällung feiner
ferromagnetische Partikel in der unmagnetischen Trägersubstanz
erwärmt wird», Herbei ist es auch möglich , die Legierung in eine
Metall- oder Sandform zu gießen oder sie, nachdem sie der Behandlung als feste Lösung unterzogen worden ist, in ein anderes
Medium zu gießen, wobei die A-Wcü^lungsgeschwindigkeit so ver-
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mindert wird, daß ferromagnetische Partikel in der unmagnetischen
Trägersubstanz ausfällen und sich auf diese Weise Permanentmagneten mit hoher Koerzitivkraft bilden.
Die Erfindung wird an Hand von grafischen Darstellungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch das Dreisystemschaubild von
Co-Al-Ui "beim Behalt von MiOo = 20:80 (Schnitt
auf der Linie a-b in Fig« 2),
Fig« 2 A und B Gleichgewichtskurven, die auf statistischem
Wege aus gemessenen magnetischen -Werten ermittelt worden sind-(die schwarzen Punkte
zeigen die Zusammensetzung der jeweils untersuchten Legierung an),
Fig, 3 Kurven zur Darstellung des Verhältnisses zwischen
den magnetischen Eigenschaften und der Tempertemperatur sowie der Temperzeit bei den Legierungen
Nr. 10, 24 und 30 nach der Tabelle und
Fig. 4 die Entmagnetisierungskurven der Legierungen G-,
Nr. 21 und Nr. 30 in der Tabelle.
Die bei den Untersuchungen der Erfindung erzielten Ergebnisse werden nachfolgend erläutert.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung wurde zunächst
eine geeignete Menge von Kobalt und Nickel 4n der Luft geschmolzen,
4ann in eine Atmosphäre aus inertem Gas oder unter Vakuum dureh.
Verwendung eines geeigneten Schmelzofens gebracht, wonach eine kleine Menge eines Entgasungsmittels, wie z„B. Mn, Si, Al oder
Ti zum Austad-ben des Gases zugesetzt wurde· Sodann wurde eine
geeignete Menge von Al zugesetzt und das Bad durchgerührt. Die
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auf diese Weise erhaltene homogene Schmelze wurde dann in eine
Form geeigneter Größe und gestalt gegossen und ein Block hergestellt.
Entsprechend der Zusammensetzung wurde der/schmiedbare
Block "bei geeignet hoher Temperatur geschmiedet und in die gewünschte
Gestalt gebracht.
Das Grus- oder Schmiedestück wurde in Wasser, öl, Luft oder ein
anderes geeignetes Medium mit einer Temperatur oberhalb der die feste Lösung angebend-en Linie c-d in Pig. 1 gebrahht. Hierbei
gingen die größeren ι Teile der Legierung in eine feste Lösung übere
Die günstige Abkühlgeschwindigkeit muß jeweils nach der Zusam-, mensetzung der betreffenden Legierung festgelegt werden. Danach
wurde das Werkstück auf eine geeignete Temperatur unterhalb der Linie c-d gebracht, so daß molekulare Einzelmagnete der X2» -Phase
ausfielen. Das .&ixt diese Weise erhaltende Erzeugnis zeigt beim
Magnetisieren in einem starken Magnetfeld große Koerzitivkraft von beispielsweise 1,600 Oersted (Oe) maximal und stellte einen
Magneten mit größerer Koerzitivkraft als diejenige der Co-Al binären Legierung dar.
In den Pig. 2 (A) und (B) sind die Zusammensetzungen einer Anzahl von an der Luft erschmolzenen Legierungen durch schwarze Punkte
gekennzeichnet. Die Kurven gleicher magnetischer Werte sind auf statistischen Wege aus den Ergebnissen der Messungen der Magneteigenschaften
dieser Legierungen erhalten worden· Die Eigenschaften der kennzeichnenden Legierungen, die mit eingekreisten
Punkten in Pig. 2 wiedergegeben sind, erscheinen auch in der folgenden
Tabelle.
Perner ergeb'en sich aus den Pig. 2(A) und (B) die folgenden Verhältnissei
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89 88 87 86 78
7.9 - 26 0-65
■Π -; 24 0-49
12 - 22 0-48 12.5 - 20.5 Q*-46
13 - 18 0-43
14 - 17 7-40.5
Br (α)
1,000-4.300 1.200-6.000 1.500-5.800
1.800-5.300 2.200-4-500 2.500-3.400
He(Oe)
200-1.600
500-1.600
800-1.600
1.000-1.600
1.200-1.600
1.400-1.600
Die Co-Al-Ii-Legierung nach, der Erf ladung können daher ±n
solche Legierungen unterteilt werden, die 20 "bis 923* CJo, 7,9
bis 26# Al, 0 bis 659* (O ausgenommen) Ii sowie in !legierungen
von 36 bis 893* Co, 11 bis 243* Al, 0 bi* 493* (0 ausgenommen) Hi,
Legierungen mit 37 bis 883* Oo, 12 blS^fl, 0 bis 483* (0 ausgenommen)
BTi, legierungen bestehend aus 39 bis 313^ Go, 12,5 bis
20,59* Alr O bis 465* (0 saageTiamtnen) Sir Legierungen, bestehend
aus 42 bis 863* Qo, 13 bis 189* Al9 0 bis 433* (0 ausgenommen) Si und
Legierungen, bestehend aus 44»5 bi» 783* Go, 14 bis 173* Al, 7 bis
0 " werden
40,5 Ki unterteil.·^. /Unter diesen Legierungen können die gewünschtem magnetischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung gemaS der Erfindung: hervorgerufen werden.
40,5 Ki unterteil.·^. /Unter diesen Legierungen können die gewünschtem magnetischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung gemaS der Erfindung: hervorgerufen werden.
Legie rung |
Zusammen setzung 3t Qo Al Ki |
Xemperbe- handlung °0 St£. |
BrCfc) | Hc (Oe) |
CESW lx10 '■ |
Bemerkung |
β | 88.3 11.7 0 | 500 2 | 5.100 | 650 | 1.19 | «chffife edbaz |
B | 87.8 12.2 0 | ■ 4 | 5.700 | 800 | 2.02 | |
Ϊ G |
86.4 13.6 0 85.4 14.6 0 |
550 » η η |
4.800 4.300 |
1.050 1.320 |
2.11 2.38 |
sohwierigf mi schmitt dec |
H | 83.4 16.6 0 | 3.800 | 1.310 | 2.02 | nicht schmiedbar |
80.4 19.6 0 500 16 2.400
809813/05t9
1.200 1.00
Ho. f. | 86.7 | 10.8 | 2.5 | 560 | 1 | 4.500 | 380 | — | schmiedbar |
2 | 84.8 | 12.6 | 2.6 | W | 3 | 5.000 | 1.200 | 1.88 | It |
3 | 82.9 | 14.5 | 2.6 | H | η | 4.000 | 1.400 | 2.20 | Sicht schmiedbar |
4 | 79.7 | 17i8 | 2.5 | η | ir | 3.000 | 1.350 | 1.15 | It |
5 | 71.5 | 23.1 | 5.4 | 570 | W | 1.000 | 1.300 | — | η |
6 | 82.2 | 10.8 | 7.0 | 560 | 1 | 3.500 | 350 | - | - |
7 | 78.5 | 14.3 | 7.2 | η | 3 | 3.600 | 1.420 | 1.84 | ,nicht schmiedbar |
8 | 79.7 | 11.0 | 9.3 | » | η | 2.700 | 300 | — | — |
9 | 78.6 | 12.4 | 9.0 | It | It | 3.800 | 1.300 | 1.55 | schmiedbar |
IO | 76.4 | 14.5 | 9.1 | W | If | 3.500 | 1.500 | 1.65 | schwieriger zu schmieden |
11 | 75.0 | 15.8 | 9.2 | rt | η | 3.200 | T. 580 | 1.55 | nicht schmiedbar |
12 | 69.7 | 21.2 | 9.1 | 570 | It | 900 | 500 | - | H |
13 | 74.2 | 14.5 | 11.3 | 560 | W | 3.400 | 1.500 | 1.64 | schwieriger zu schmieden |
14 | 76.2 | 11.8 | 12.0 | ir | 1 | 3.400 | 580 | — | schmiedbar |
15 | 64.7 | 22.1 | 13.2 | 570 | 3 | 600 | 500 | - | nicht schmiedbar |
16 | 71.1 | 14.7 | 14.2 | 560 | η | 3.400 | 1.500 | 1.65 | schmiedbar |
17 | 69.5 | t6.4 | 14.1 | w - | β | 3.000 | 1.500 | 1.50 | nicht schmiedbar |
18 | 69.0 | 14.7 | 16.3 | U | 3 | 2.8Q0 | 1.580 | 1.45 | schmiedbar |
19 | 67.2 | 14.6 | 18.2 | κ | η | 3.600 | 1.450 | 1.64 | W |
20 | 67.2 | 12.8 | 20.0 | W | η | 3.800 | 870 | — | η |
21 | 65.1 | 14-.7 | 20.2 | » | κ | 3*400 | 1.550 | 1·73 | nicht schmiedbar |
22 | 60.0 | 2Ö.0 | 20.0 | 570 | « | 700 | 500 | - | «cfemiedfcar |
23 | 62.1 | 15.8 | 22.1 | 560 | 3 | 2.500 | 1.600 | 1.42 | schmiedbar |
24 | 65.3 | 14.5 | 22.2 | w | » | 3.300 | 1.550 | 1.65 | W |
25 | 65.0 | tue | 25.2 | η | 1 | 5.0Q0 | 500 | - | - |
26 | 59.0 | 14.7 | 26.3 | W | 3 | 5.000 | 1.560 | 1.52 | schmiedbar |
27 | 57.t | 14*7 | 28.2 | κ | ti | 5iOQO | 1.550 | 1.52 | schmiedbar |
28 | 53.1 | 14.6 | 32.3 | ■ | It | 3.100 | 1.580 | 1.53 | If |
29 | 49.5 | 18.? | 2Z.2 | ir | 6 | 500 | 500 | - | niaht schmiedbar |
30 | 50.4 | 11.5 | 35.1 | If _ | η | 3.000 | 1.600 | 1.55 | schmiedbar |
31 | 47.2 | 12.8 | 40.0 | η | 1 | 3.000 | 400 | — | Il |
32 | 41.2 | 18.7 | 40.1 | η | 6 | 500 | 400 | - | nicht schmiedbar |
33 | 44.2 | 14.8 | 41.0 | W | 3 | 2.700 | 1.580 | 1.30 | schmiedbar |
34 | 40,2 | 14.7 | 45.1 | η | η | 2.200 | 1.300 | 0.80 | It |
35 | 37.5 | 17.4 | 45.1 | If | 6 | 700 | 500 | - | nicht schmiedbar |
36 | 35.0 | 20.0 | 45.0 | 570 | If | O | O | - | η |
37 | 39.2 | 12.7 | 48.1 | •5S0 | 3 | 1.400 | 200 | mm | schmiedbar |
38 39 __40. |
35.3 32.2 29.8 |
14.7 17.5 15.2' |
50.0 50,3 55.0 |
η
Il η |
11 6 3 |
1.200 500 700 |
750 200 200 |
Λ | - |
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Fig. 3 öseigt Kurven, die die Ergebnisse von Versuchen hinsichtlich
der Änderung der MagneteigenBohaften in Abhängigkeit von Änderungen der Temper.tenpratur und -zeit nach der Behandlung
auf feste Lösungen bei'den Legierungen Fr. 10, 24 und 30 wiedergeben
Wie sich aus der Tabelle und den Kurven ergibt, nehmen die Werte für Br und (BH)max* mit der Zunahme dee Nickels in der binären
Co-Al-Legierung ab,"während die Koerzitivkraft einen hohen Wert
annimmt. Es ergibt sich also, daß erfindungsgemäß eine beträcht-
, große
lieh /Koerzitivkraft durch einfache Warmbehandlung der auf einfache Weise hergestellten Legierung erreicht werden kann· Wenn in eine Metallform gegossen und in Wasser gemäß Fig. 3 abgekühlt wird, ist die E'ihlgesohwindigkeit recht groß, so daß kleine Teilchen in der ^ -Phase nicht in wesentlichem Umfang ausgefällt werden· Die Folge davon ist, daß die Magnateigenschaften erheblich ab nimmt. Sobald jedoch die Kühlgeschwindigkeit auf geeignete Weise verringert wird, können hervorragende Eigenschaften des fertigen Werkstücks ohne nachfolgende. Temperung erzielt werden.
lieh /Koerzitivkraft durch einfache Warmbehandlung der auf einfache Weise hergestellten Legierung erreicht werden kann· Wenn in eine Metallform gegossen und in Wasser gemäß Fig. 3 abgekühlt wird, ist die E'ihlgesohwindigkeit recht groß, so daß kleine Teilchen in der ^ -Phase nicht in wesentlichem Umfang ausgefällt werden· Die Folge davon ist, daß die Magnateigenschaften erheblich ab nimmt. Sobald jedoch die Kühlgeschwindigkeit auf geeignete Weise verringert wird, können hervorragende Eigenschaften des fertigen Werkstücks ohne nachfolgende. Temperung erzielt werden.
4 zeigt die Entmagnetisierungskurven der Legierungen 0,
Nr. 21 und JSTr. 30. Wie die Tabelle erkennen läßt, ist die Legierung
bei geringem Gehalt an Al schmiedbar. Wenn jedoch der Gehalt
an Al zunimmt, wird das Schmieden schwierig und bei noch höherem Gehalt an Al überhaupt unmöglich. Legierungen dieser letztgenannten
Art haben ein verhältnismäßig geringes spezifisches Gewicht, weil sie Aluminium enthalten*
Der Grund dafür, daß der Aluminiumgehalt auf den Bereioh yon 7,9
bis 26$ gemäß der Erfindung begrenzt ist, beruht darauf, daß beieinem
Alumiriaagehalt unterhalb 7t9?i und über 26# die Koerzitivkraft
und die Restinduktion, wie sich aus Fig. 2(A) und (B) ergibt,
vermindert, so daß es sinnvoll ist, hinsichtlich des Aluminiumgehalts
die genannten Frenzen einzuhalten.
6AD
Der Gehalt an Kobalt ist auf 20 bis 92$ aus dem Grunde festgelegt
worden, weil mehr als 92$ und wiiiger als 20$ davon die I&erzitivkraft
und die bleibende Flußdichte verringern.
Der Grund dafür, daß der Nickelgehalt auf 65 bis 0,1$ festgelegt
wurde, beruht darauf, daß bei mehr als 65$ Ni die Restinduktion und Koerzitivkraft, wie in Pig. 2 (A) und (B) gezeigt ist,
abnehmen, während die Legierung bei Nickelgehalten bis zu 0,1 noch immer gute magnetische Eigenschaften aufweist. Wenn jedoch
0$ Nickel in der Legierung sind, liegt eine binäre Oo-Al-Legierung
vor, die nicht in den,durch die Erfindung gesteckten Rahmen fällt,
so daß also der Wert 0$ Nickel ausgenommen wurde.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die aus '20 bis 22$ Go,
7,9 bis 26$ Al und 0,1 bis 65$ Ni und einer kleinen Menge von Verunreinigungen bestehende Legierung nach dem Gießen in eine
Metallform rasch abgekühlt oder von einer hohen Temperatur oberhalb
der Linie der festen Lösung auf geeignete Wiise zu einer festen
Lösung abkühlt und dann bei einer geeigneten Temperatur unterhalb der Linie der festen Lösung während einer angemessenen Zeitdauer
getempert oder die Legierung wird in eine Metall oder Sand- ..· form gegossen oder sie wird .von der Temperatur oberhalb der Linie
der festen Löslichkeit auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei die Abkühltemperatur zur Ausfällung molekularer Einzelmagneten mit
ferromagnetisehen Eigenschaften in der nicht magnetischen Trägersubstanz
auf geeignete Weise verringert wird. Hierbei wird ein /einer
außerodentlich hohen Koerzitivkraft, von beispielsweise 1,600 Oersted erzielt, dessen bleibende Induktion vesentlioh größer als die von Ferritmagneten ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher große fertigungstechnische Verteile, wobei das Verfahren für die Herstellung von kurzen Magneten be- ·
außerodentlich hohen Koerzitivkraft, von beispielsweise 1,600 Oersted erzielt, dessen bleibende Induktion vesentlioh größer als die von Ferritmagneten ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher große fertigungstechnische Verteile, wobei das Verfahren für die Herstellung von kurzen Magneten be- ·
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sonders geeignet ist und bei Wahl einer geeigneten Zusammensetzung
au schmiedbaren. Werkstücken oder solchen von geringem spezifischen
Gewicht führt.
Alle beschriebenen und gezeigten Einzelheiten sind erfindungswesentlich.
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Claims (1)
- Eat en tansprüche1· Verfahren zinn Herstellen von Permanentmagneten mit hoher Koerzitivkraft» dadurch gekennzeichnet, daS eine tertiäre«itf GFeh<en νοώ 2<J'his 92&ew.5tKobalt, 7,9 bis 26 $ew.£ Alumimium und 0,1 bis 65 Gew. £ üiclcel ale wesentliche Bestandteile zur Höaogeiiisi -^erung der feste* lösung während5 einer geeigneten %it auf «i&e oberitäüU^ der die feste Lösung angebenden Linie liegende üemper&tar erwärmt wird, dann in Luft, Yasser« öl oder einem anderen Medium abgeschreckternöu"fe ' '''ernöu.fe aund dann/atif eine Temperatur von mehr als .35GCeUr Ausfällung feiner ferromsgnetisciier Partikel in der umsagnetischen Sxäger-erwärmt wird»ί : ■■2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach der Bahedlung zur Homogenisierung der festen Lösung bei» Abgießen in eine. Metall- oder Sandform oder in ein geeignetes Medium cur Ausfällung der feinen ferromagnetiechen feil-chen ** in der uniaagnetiechen frägersubatani iait verringerter ξτβsqhwin-dlgkeit zur Abkühlung gebracht wird. ' X,■: · - ■■ ■■ ■ - ■-.■·:■· . · jk3« Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2, dadruch gekennzeichnet, daß '.die ternöre Co-Al-lSFi-Legierung aus 36 bis 89 ffew·^ Eobalt, 11 : bis 24 Gew.?* Aluminum und 0,1 bis 4$ Sew»?i BFickel el* W38»tlicherBeatandteil hergestellt wird. . :►4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Üe ternäre Co-Al-5i-Legierung im wesentlichen aus 37 bis 88 Sew^i Kobalt, 12 bis 22 Gew. i> Aluminium und 0,1 bis 48 Gew.96 Nickel hergestellt wird.809813/0599
Neue Unterlagen (A* 731 Ai*3 Kr. 1 se** *, Wm^*. y. * 9, m 6AD ORIGINAL5· Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ter^äre Oo-Al-BFi-legierung im·. w# sentliöhen aus 39 "bis 87 G-ew Kobalt, 12,5 "bis 20,5 Gew.# Aluminium und 0 bis 46 Gew«# (0 ausgenommen) Nickel hergestellt wird.6. Verfahren nach Arispruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS die ternäre Co-Al-Ii-Legierung im wes/ventliohen aus 42 bis 86 G-ti Kobalt, 13 bis 18 Gew.# Aluminium und 0 bis 43$ (0 ausgenommen) Nickel hergestellt wird«7β Verfahren nan*i Anspruoh 1 od4r 2, dadurch gekennzeichnet» daßdie ternäre Oo-Al-Hi-iegierung aus im wesentlichen 44,5 bis 78 . ■ und# Kobalt, 14 bis 17 Grew,# Aluminium/7 bis 40,5 G-ew.96 Nickelhergestellt wird81398 13/Ö5tt
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4234262 | 1962-09-28 |
Publications (2)
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