DE1458556B2 - Verwendung von aluminium nickel kobalt legierungen fuer dauermagnete - Google Patents
Verwendung von aluminium nickel kobalt legierungen fuer dauermagneteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer aus 36 bis 89% Kobalt, 11 bis 24% Aluminium und mehr
als 0 bis 49% Nickel bestehenden Legierung als Werkstoff für Dauermagnete mit einer Remanenz von mindestens
1200 G und einer Koerzitivkraft von mindestens 500 Oe.
Es ist bekannt, ternäre Kobalt-Nickel-Aluminium-Legierungen zur Erzeugung von Ferromagneten zu
verwenden, wobei diese bei 13500C homogenisiert, in
Wasser abgeschreckt, auf 480 bis 6500C zur Ausscheidung
von ferromagnetischen «-Mischkristallen angelassen und anschließend langsam abgekühlt wurden.
Die durch derartige Verfahrensschritte hergestellten Dauermagnete waren jedoch nicht durch eine besonders
hohe Koerzitivkraft ausgezeichnet.
Die bisher gebräuchlichen, aus feinen, etwa molekulare Einzelmagnete bildenden Teilchen bestehenden
Magnete sind aus Eisenpulver oder Eisen-Kobaltpulver gepreßt oder bestehen aus Bismanol, einer
Magnesium-Wismut-Legierung, oder
Ferroxdure (BaO · 6 Fe2O3).
Alle diese bekannten Magnete haben eine große Remanenz (Br) und Koerzitivkraft (Hc). 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 noch gesintert. Bisher war
es außerordentlich schwierig, bei den beiden erstgenannten Magnetarten feine Teilchen der erforderlichen
Größe herzustellen, so daß das Herstellungsverfahren eine Reihe von Erschwernissen aufwies. Die bisher bekannten
Magneten hatten den Nachteil, daß ihre Herstellung im wesentlichen sehr verwickelt und schwierig
ist und daß darüber hinaus kein Erzeugnis mit gleichbleibenden Eigenschaften erzielt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Dauermagnete unter Vermeidung dieser Schwierigkeiten zu
schaffen, die durch eine große Koerzitivkraft und hohe Remanenz ausgezeichnet sind.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die genannten Schwierigkeiten vermieden werden, wenn
derartige Legierungen als Werkstoffe gewählt werden, bei denen molekulare Einzelmagnete in der aus einem
nichtmagnetischen Werkstoff bestehenden Trägersubstanz ausgeschieden werden. Es wurde weiterhin
erkannt, daß Kobalt-Aluminium-Legierungen mit 10 bis 25 % Aluminium die Erzeugung derartiger molekularer
Einzelmagnete zulassen und daß eine sehr große Koerzitivkraft von beispielsweise 1320 Oe mit
Hilfe einer geeigneten Behandlung erzielt werden kann.
Bei der weiteren Untersuchung hat sich gezeigt, daß durch Zusatz von Nickel zu der Kobalt-Aluminium-Legierung
molekulare Einzelmagnete von noch größerer Koerzitivkraft erzeugt werden können.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird im wesentlichen durch die Verwendung einer Legierung,
bestehend aus 36 bis 89% Kobalt, 11 bis 24% Aluminium und mehr als 0 bis 49% Nickel, die im
Bereich der ε-Phase homogenisiert, in Luft, Wasser oder Öl abgekühlt und bei einer Temperatur von mehr
als 3500C angelassen worden ist, als Werkstoff für Dauermagnete mit einer Remanenz von mindestens
1200 G sowie einer Koerzitivkraft von mindestens 500 Oe gelöst.
Bei der beschriebenen Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird vorzugsweise eine Legierung
der angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 37 bis 88% Kobalt, 12 bis 22% Aluminium und
mehr als 0 bis 48 % Nickel, zu dem angegebenen Zweck verwendet.
Die Erfindung wird an Hand von grafischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch das ternäre Zustandsschaubild von Co — Al — Ni beim Gehalt von
Ni zu Co = 20: 80 (Schnitt auf der Linie a-b in F ig. 2),
F i g. 2 A und 2 B Gleichgewichtskurven, die auf statistischem Wege aus gemessenen magnetischen
Werten ermittelt worden sind (die schwarzen Punkte zeigen die Zusammensetzung der jeweils untersuchten
Legierung an),
F i g. 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
F i g. 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 an der Luft geschmolzen, dann in eine Atmosphäre aus inertem Gas oder unter Vakuum durch
Verwendung eines geeigneten Schmelzofens gebracht, wonach eine kleine Menge eines Entgasungsmittels,
wie z. B. Mn, Si, Al oder Ti, zum Austreiben des Gases zugesetzt wurde. Sodann wurde eine geeignete Menge
von Al zugesetzt und das Bad durchgerührt. Die 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 Guß- oder Schmiedestück wurde beispielsweise in Wasser, Öl, Luft oder einem anderen geeigneten
Medium auf eine geeignete Temperatur oberhalb der Linie der festen Lösung c-d in F i g. 1 abgekühlt.
Hierbei gingen die größeren Teile der Legierung in eine feste Lösung über. Die günstige Abkühlgeschwindigkeit
muß jeweils nach der Zusammensetzung der betreffenden Legierung festgelegt werden. Danach wurde
das Werkstück auf eine geeignete Temperatur unterhalb der Linie c-d gebracht, so daß molekulare Einzelmagnete
der f-Phase ausgeschieden wurden. Das auf diese Weise erhaltene Erzeugnis zeigte beim Magnetisieren
in einem starken Magnetfeld große Koerzitivkraft von beispielsweise 1600 Oe maximal und stellte
einen Magneten mit größerer Koerzitivkraft als diejenige der Co-Al-binären Legierung dar.
In den F i g. 2 A und 2 B sind die Zusammensetzungen einer Anzahl von an der Luft erschmolzenen Legierungen
durch schwarze Punkte gekennzeichnet.
Die Kurven gleicher magnetischer Werte sind auf statistischem Wege aus den Ergebnissen der Messungen
der Magneteigenschaften dieser Legierungen erhalten worden. Die Eigenschaften der kennzeichnenden Legierungen,
die mit eingekreisten Punkten in F i g. 2 wiedergegeben sind, erscheinen auch in der folgenden
Tabelle.
Ferner ergeben sich aus den Fig. 2A und 2B die
folgenden Verhältnisse:
Co | (7. | ) | A! CU) | 11 | bis 24 | Ni (0I0) | 1 | Br (G) | 000 | 1 | Hc (Oe) |
36 | bis | 89 | 12 | bis 22 | >0bis49 | 1 | 200 bis 6 | 800 | 1 | 500 bis 1 600 | |
37 | bis | 88 | 12,5 | bis 20,5 | >0bis48 | 1 | 500 bis 5 | 300 | 1 | 800 bis 1 600 | |
39 | bis | 87 | 13 | bis 18 | >0bis46 | 2 | 800 bis 5 | 500 | 000 bis 1 600 | ||
42 | bis | 86 | 14 | bis 17 | >0bis43 | 2 | 200 bis 4 | 400 | 200 bis 1 600 | ||
44,5 | bis | 78 | 7 bis 40,5 | 500 bis 3 | 400 bis 1 600 | ||||||
Die erfindungsgemäß verwandten Co-Al-Ni-Legierungen können daher in solche Legierungen unterteilt
werden mit 36 bis 89°/0 Co, 11 bis 24% Al, mehr als
0 bis 49% Ni, Legierungen mit 37 bis 88% Co, 12 bis 22% Al, mehr als 0 bis 48% Ni, Legierungen,
bestehend aus 39 bis 87 % Co, 12,5 bis 20,5 % Al, mehr als 0 bis 46% Ni, Legierungen, bestehend aus 42 bis
86 % Co, 13 bis 18 % Al, mehr als 0 bis 43 % Ni, und
Legierungen, bestehend aus 44,5 bis 78 % Co, 14 bis 17% Al, 7 bis 40,5% Ni. Diese Legierungen können
nach der Erfindung als Werkstoff zur Herstellung von Dauermagneten mit den gewünschten magnetischen
Eigenschaften durch Wärmebehandlung verwendet werden.
Legierung | Zusammensetzung (%) Co I Al I Ni |
12,6 | 2,6 | Anl< T0C |
issen Stunden |
Br (G) |
Hc (Oe) |
(BH) max. 106 · G · Oe) |
Bemerkungen |
1 | 84,8 | 14,5 | 2,6 | 560 | 3 | 5 000 | 1200 | 1,88 | schmiedbar |
2 | 82,9 | 17,8 | 2,5 | 560 | 3 | 4 000 | 1400 | 2,20 | nicht schmiedbar |
3 | 79,7 | 23,1 | 5,4 | 560 | 3 | 3 000 | 1350 | 1,15 | nicht schmiedbar |
4 | 71,5 | 14,3 | 7,2 | 570 | 3 | 1000 | 300 | nicht schmiedbar | |
5 | 78,5 | 11,0 | 9,3 | 570 | 3 | 3 600 | 1420 | 1,84 | nicht schmiedbar |
6 | 79,7 | 12,4 | 9,0 | 570 | 3 | 2 700 | 300 | — | — |
7 | 78,6 | 14,5 | 9,1 | 570 | 3 | 3 800 | 1300 | 1,55 | schmiedbar |
8 | 76,4 | 570 | 3 | 3 500 | 1500 | 1,65 | schwieriger zu | ||
15,8 | 9,2 | schmieden | |||||||
9 | 75,0 | 21,2 | 9,1 | 570 | 3 | 3 200 | 1580 | 1,55 | nicht schmiedbar |
10 | 69,7 | 14,5 | 11,3 | 570 | 3 | 900 | 500 | — | nicht schmiedbar |
11 | 74,2 | 560 | 3 | 3 400 | 1500 | 1,64 | schwieriger zu | ||
11,8 | 12,0 | schmieden | |||||||
12 | 76,2 | 22,1 | 13,2 | 560 | 1 | 3 400 | 580 | — | schmiedbar |
13 | 64,7 | 14,7 | 14,2 | 570 | 3 | 600 | 500 | — | nicht schmiedbar |
14 | 71,1 | 16,4 | 14,1 | 560 | 3 | 3 400 | 1500 | 1,63 | schmiedbar |
15 | 69,5 | 14,7 | 16,3 | 560 | 6 | 3 000 | 1500 | 1,50 | nicht schmiedbar |
16 | 69,0 | 14,6 | 18,2 | 560 | 3 | 2 800 | 1580 | 1,45 | schmiedbar |
17 | 67,2 | 12,8 | 20,0 | 560 | 3 | 3 600 | 1450 | 1,64 | schmiedbar |
18 | 67,2 | 14,7 | 20,2 | 560 | 3 | 3 800 | 870 | — | schmiedbar |
19 | 65,1 | 20,0 | 20,0 | 560 | 3 | 3 400 | 1550 | 1,73 | nicht schmiedbar |
20 | 60,0 | 15,8 | 22,1 | 570 | 3 | 700 | 500 | schmiedbar | |
21 | 62,1 | 14,5 | 22,2 | 560 | 3 | 2 500 | 1600 | 1,42 | schmiedbar |
22 | 65,3 | 11,8 | 23,2 | 560 | 3 | 3 300 | 1550 | 1,63 | schmiedbar |
23 | 65,0 | 14,7 | 26,3 | 560 | 1 | 3 000 | 300 | — | |
24 | 59,0 | 14,7 | 28,2 | 560 | 3 | 3 000 | 1560 | 1,52 | schmiedbar |
25 | 57,1 | 14,6 | 32,3 | 560 | 3 | 3 000 | 1550 | 1,52 | schmiedbar |
26 | 53,1 | 18,3 | 32,2 | 560 | 3 | 3 100 | 1580 | 1,53 | schmiedbar |
27 | 49,5 | 14,5 | 35,1 | 560 | 6 | 500 | 300 | nicht schmiedbar | |
28 | 50,4 | 12,8 | 40,0 | 560 | 6 | 3 000 | 1600 | 1,55 | schmiedbar |
29 | 47,2 | 18,7 | 40,1 | 560 | 1 | 3 000 | 400 | — | schmiedbar |
30 | 41,2 | 14,8 | 41,0 | 560 | 6 | 500 | 400 | — | nicht schmiedbar |
31 | 44,2 | 14,7 | 45,1 | 560 | 3 | 2 700 | 1580 | 1,30 | schmiedbar |
32 | 40,2 | 17,4 | 45,1 | 560 | 3 | 2 200 | 1300 | 0,80 | schmiedbar |
33 | 37,5 | 20,0 | 45,0 | 560 | 6 | 700 | 500 | — | nicht schmiedbar |
34 | 35,0 | 12,7 | 48,1 | 570 | 6 | 0 | 0 | — | nicht schmiedbar |
35 | 39,2 | 560 | 3 | 1400 | 200 | — | schmiedbar |
F i g. 3 zeigt Kurven, die die Ergebnisse von Versuchen
hinsichtlich der Änderung der Magneteigenschaften in Abhängigkeit von Änderungen der Anlaßtemperatur
und -zeit nach der Behandlung auf feste Lösungen bei den Legierungen Nr. 8, 22 und 28
wiedergeben.
Wie sich aus der Tabelle und den Kurven ergibt, nehmen die Werte für Br und (BH) max. mit der Zunahme
des Nickels in der binären Co-Al-Legierung ab, während die Koerzitivkraft einen hohen Wert annimmt.
Es ergibt sich also, daß eifindungsgemäß eine beträchtlich
große Koerzitivkraft durch einfache Warmbehandlung der auf einfache Weise hergestellten Legierung
erreicht werden kann. Wenn in eine Metallform gegossen und in Wasser gemäß F i g. 3 abgekühlt wird,
ist die Kühlgeschwindigkeit recht groß, so daß kleine
Teilchen in der C-Phase nicht in wesentlichem Umfang ausgeschieden werden. Die Folge davon ist, daß die
Magneteigenschaft erheblich abnimmt. Sobald jedoch die Kühlgeschwindigkeit auf geeignete Weise verringert
wird, können hervorragende Eigenschaften des fertigen Werkstücks ohne nachfolgendes Anlassen
erzielt werden.
Fig. 4 zeigt die Entmagnetisierungskurven der Legierungen Nr. 19 und Nr. 28. 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 AI überhaupt unmöglich. Legierungen
dieser letztgenannten Art haben ein verhältnismäßig geringes spezifisches Gewicht, weil sie Aluminium
enthalten.
Der Grund dafür, daß der Aluminiumgehalt auf den
Bereich von 11 bis 24°/0 gemäß der Erfindung begrenzt ist, beruht darauf, daß bei einem Aluminiumgehalt
unterhalb 11 und über 24% die Koerzitivkraft und die Remanenz, wie sich aus F i g. 2A und 2B ergibt, vermindert,
so daß es sinnvoll ist, hinsichtlich des Aluminiumgehaltes die genannten Grenzen einzuhalten.
Der Gehalt an Kobalt ist auf 36 bis 89% aus dem Grunde festgelegt worden, weil mehr als 89 und weniger
als 36% davon die Koerzitivkraft und die Remanenz verringern.
Der Grund dafür, daß der Nickelgehalt auf 49 bis mehr als 0 festgelegt wurde, beruht darauf, daß bei mehr
als 49 % Ni die Remanenz und Koerzitivkraft, wie in F i g. 2 A und 2 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 Co-Al-Legierung vor, die nicht in den durch die Erfindung
gesteckten Rahmen fällt, so daß also der WertO% Nickel ausgenommen wurde.
Bei der Herstellung von Dauermagneten aus erfindungsgemäß verwandten Legierungen wird die aus
36 bis 89% Co, 11 bis 24% Al und mehr als 0 bis 49% 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 Weise zu einer festen Lösung abgekühlt und dann
bei einer geeigneten Temperatur unterhalb der Linie der festen Lösung im Zweiphasengebiet während einer
angemessenen Zeitdauer angelassen, oder die Legierung wird in eine Metall- oder Sandform gegossen,
oder sie wird von der Temperatur oberhalb der Linie der festen Löslichkeit auf Raumtemperatur abgekühlt,
wobei die Abkühltemperatur zur Ausscheidung molekularer Einzelmagneten mit ferromagnetischen Eigenschaften
in der nicht magnetischen Trägersubstanz auf geeignete Weise verringert wird. Hierbei wird ein
Magnet mit einer außerordentlich hohen Koerzitivkraft von beispielsweise 1600 Oe erzielt, dessen
Remanenz wesentlich größer als die von Ferritmagneten ist. Die erfindungsgemäße Verwendung dieser
Legierungen zusammen mit der beschriebenen Wärmebehandlung bietet daher große fertigungstechnische
Vorteile, insbesondere bei Herstellung von kurzen Magneten, und es ist gleichfalls durch entsprechende
Wahl einer geeigneten Zusammensetzung die Herstellung schmiedbarer Werkstücke oder solcher von
geringem spezifischem Gewicht unter geringem Aufwand möglich.
Claims (5)
1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 36 bis 89% Kobalt, 11 bis 24% Aluminium und
mehr als 0 bis 49% Nickel, die im Bereich der ε-Phase homogenisiert, in Luft, Wasser oder Öl
abgekühlt und bei einer Temperatur von mehr als 3500C im Zweiphasengebiet angelassen worden
ist, als Werkstoff für Dauermagnete mit einer Remanenz von mindestens 1200 G sowie einer
Koerzitivkraft von mindestens 500 Oe.
2. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch
1, bestehend aus 37 bis 88% Kobalt, 12 bis 22% Aluminium und mehr als 0 bis 48% Nickel,
zu dem Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch
1, bestehend aus 39 bis 87 % Kobalt, 12,5 bis 20,5% Aluminium und mehr als 0 bis 46% Nickel,
zu dem Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch
1, bestehend aus 42 bis 86% Kobalt, 13 bis 18% Aluminium und mehr als 0 bis 43% Nickel,
zu dem Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch
1, bestehend aus 44,5 bis 78 % Kobalt, 14 bis 17% Aluminium und 7 bis 40,5% Nickel, zu dem
Zweck nach Anspruch 1.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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