DE1533378C - Legierung für Permanentmagnete mit anisotroper säulenförmiger Kristallstruk tür - Google Patents
Legierung für Permanentmagnete mit anisotroper säulenförmiger Kristallstruk türInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Legierung für Permanentmagnete des Fe-Al-Ni-Co-Cu-Legierungstyps,
insbesondere für Permanentmagnete hoher Energiedichte mit säulenförmiger Kristallstruktur.
Bis vor kurzem hat man geglaubt, daß die Anwesenheit
von Titan, das man den Legierungen der in Frage stehenden Art regelmäßig als weiteren Legierungsbestandteil
beigegeben hat, um eine hohe Koerzitivkraft zu erzielen, unverträglich sei mit der Bildung
einer säulenförmigen Kristallstruktur, die für hohe Energiedichten so förderlich ist. Jedoch wurde bereits
gefunden, daß die Zugabe von Schwefel und/oder Selen zusammen mit Titan die Erzeugung einer
säulenförmigen Kristallstruktur ermöglicht, so daß gleichzeitig hohe Energiedichten und hohe Koerzitivkraft
erzielt werden können, und zwar ohne wesentliche Abweichungen von den technisch üblichen Herstellungsverfahren
für Permanentmagnete mit säulenförmiger Kristallstruktur. Solche Verfahren umfassen
Gießen in exotherme Formen oder beheizte feuerfeste Formen unter Verwendung von Schreckplatten, Zonenschmelzverfahren
eines zuvor gegossenen Stabes und kontinuierliches Gießen.
Es wurde nun gefunden, daß sich vorteilhaft durch Tellur zusammen mit Titan hohe Energiedichten
und hohe Koerzitivkraft gleichzeitig erzielen lassen, und zwar insbesondere dann, wenn zur Begünstigung
einer hohen Energiedichte ein Gehalt an Kobalt vorhanden ist, der im oberen Teil des üblicherweise
für den Kobaltgehalt als günstig erachteten Bereiches oder sogar oberhalb der üblichen oberen Grenze
dieses Bereiches liegt.
Dementsprechend besitzt ein Permanentmagnet mit anisotroper säulenförmiger Kristallstruktur nach
der Erfindung eine Zusammensetzung in Gewichtsprozent von
5 bis 9% Aluminium,
11 bis 22% Nickel,
11 bis 22% Nickel,
33 bis 50%, vorzugsweise
34 bis 50% Kobalt,
1 bis 6% Kupfer,
1 bis 9% Titan,
1 bis 6% Kupfer,
1 bis 9% Titan,
0 bis 4% Niob, ·
Obis 1% Silizium,
0,10 bis 4% Tellur,
Obis 1% Silizium,
0,10 bis 4% Tellur,
Rest Eisen und herstellungsbedingte
Verunreinigungen.
Der geringste Gehalt an Tellur ist vorzugsweise größer als 0,50%; als besonders vorteilhaft hat sich
eine Zusammensetzung der Legierung in Gewichtsprozent· wie folgt gezeigt: ,
40
45
6,5 bis 8,5% Aluminium,
. 12,0 bis 16,0% Nickel,
■ . 33,0 bis 43,0% Kobalt,
' 2,0 bis 4,5% Kupfer,
6,0 bis 9,0% Titan,
0,8 bis 3,0% Niob,
0 bis 0,5% Silizium,
0,5 bis 3,0% Tellur,
. 12,0 bis 16,0% Nickel,
■ . 33,0 bis 43,0% Kobalt,
' 2,0 bis 4,5% Kupfer,
6,0 bis 9,0% Titan,
0,8 bis 3,0% Niob,
0 bis 0,5% Silizium,
0,5 bis 3,0% Tellur,
Rest Eisen und hcrstdlungsbedingte Verunreinigungen.
So können Schwefel und/oder Selen zur Verringerung der Sprödigkeit anwesend sein, aber vorzugsweise
in ausreichender Menge, um zur gleichzeitigen
55
60 Erzielung hoher Energiedichte und hoher Koerzitivkraft in der eingangs erwähnten Weise beitragen zu
können. So können an Stelle von Tellur allein in der oben angegebenen Menge von 0,5 bis 3,0% auch
Tellur und Schwefel zusammen in Mengen von 0,4 bis 2,4% bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 3 : 1
vorhanden sein.
Ein weiterer bevorzugter Bereich Tür Tellur allein ist 0,75 bis 1,5%; ist jedoch Schwefel als weiterer
Bestandteil vorhanden, so fallen die besonders bevorzugten Mengen von Tellur und Schwefel (im Gewichtsverhältnis von ungefähr 3:1) zusammen in
den Bereich von 0,6% (0,45% Tellur und 0,15% Schwefel) bis 1,25% (0,95% Tellur und 0,3% Schwefel).
Selen kann auch Schwefel ganz oder teilweise ersetzen
und ist dann zusammen mit dem entscheidenden Tellur zuzugeben. In diesem Falle ist die verwendete
Menge von Selen gleich der Menge des ersetzten Schwefels, multipliziert mit dem Verhältnis
der Atomgewichte von Selen und Schwefel.
Das Tellur wird vorzugsweise der Schmelze als Preßstücke aus Tellurpulver oder als Bruchstücke
einer mäßig spröden 50 : 50-Kupfer-Tellur-Legierüng zugegeben. Die zugegebene Tellurmenge ist ungefähr
das Doppelte der in der Legierung benötigten Menge, um die Schmelzverluste auszugleichen, die wegen des
niedrigen Schmelzpunktes (454"C) und Siedepunktes (13900C) des Tellurs auftreten.
Niob ist ein anderer Zusatz, der zur Begünstigung der säulenförmigen Struktur und/oder verbesserten
Koerzitivkraft anwesend sein kann. Niob ist üblicherweise in Verbindung mit Tantal verfügbar wobei
die angegebenen Mengen des Niobs etwas größer .sein können, wenn diese kombinierte Zusammensetzung
benutzt wird.
Die gegossene oder erstarrte Magnetlegierung wird in geeigneter Weise der üblichen Wärmebehandlung
unterworfen, welche die Anwendung eines magnetischen Feldes in der Längsrichtung der säulenförmigen
Kristallstruktur mit nachfolgendem Anlassen einschließt. Besondere Beispiele der Wärmebehandlung
und des Anlassens sind untenstehend angeführt.
Im folgenden werden Beispiele zur Anwendung der Erfindung gegeben, um Magneten mit einer Koerzitivkraft
H1. von mindestens 1200 Oersted und einer Energiedichte (BH)mux von mindestens 6,0 · 10h Gauß ·
Oersted mittels üblicher technischer Verfahren zur Erzeugung einer säulenförmigen Kristallstruktur aus
handelsüblichen titanhaltigen Legierungen herzustellen, die bisher entweder für gleichzeitige hohe
Energiedichte und hohe Koerzitivkraft, außer durch Zugabe von Schwefel und/oder Selen, nicht geeignet
waren, oder sich sogar auch bei Anwesenheit von Schwefel und/oder Selen als nicht geeignet erwiesen
haben. Es scheint so, daß Tellur in Legierungen mit den für die höheren Werte der Koerzitivkraft (sogar
um etwa 2000 Oersted) erforderlichen großen Mengen an Titan das Erreichen besonders hoher Energiedichten
(selbst über 8,0 ·.!()" Gauß · Oersted) erleichtert, und daß die gleichzeitige Anwesenheit von
Schwefel und/oder Selen mit Tellur für die Erzielung
einer derartigen höchslerwünschlcn Kombination magnetischer Eigenschaften förderlich-ist.
Tabelle I zeigt die Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) der Legierungen, die alle in exothermen
Formen, mit Sclireckplatlen gegossen sind.
Tabelle 2 beschreibt die verschiedenen Wärmebehandlungen der Legierungen,, wobei alle Wärme-
3 4
behandlungen eine isotherme Behandlung in einem Tabelle 3 zeigt die resultierenden magnetischen
magnetischen Feld einschließen, und Eigenschaften.
| Al | Ni | Co | Tabelle | 1 | Ti | Nb | Si | Se | Te , | |
| Legierung | 7,08 | 15,05 | 33,48 | Cu | 4,9 | —. | 0,14 | 0,022 | 0,96 | |
| 1 | 7,65 | 14,96 | 41,16 | '. 4,42 | 7;2 | — | X | 0,032 | 1,02 | |
| 2 | 7,07 | 14,96 | 39,97 | 3,0 | 7,4 | — | X | — | 0,7 | |
| 3 | 6,80 | 14,72 | 40,32 | 2,84 | 8,25 | — | 0,19 | 0,288 | 0,77 | |
| 4 | 6,88 | 14,55 | 40,41 ■ | 2,93 | 8,0 | — | — | 0,327 | 0,63 | |
| "'S . | 7,04 | 13,46 | 39,72 | 3,06 . | 7,85 | — | 0,18 | 0,030 | 1,05 | |
| 6 | 6,22 | 13,04 | 35,52 | 3,0 | 4,44 | 0,85 | X | --- | 1,00 | |
| 7 | 2,99 | |||||||||
(X .= nicht analysiert).
Wärmebehandlungen A, B und C, einschließlich der
Anwendung eines magnetischen Feldes und des
Anlassens
| A, B. C | Erwärmen auf Lösungsglühtemperatur (1250 C) · |
| A B |
Kühlung im Luftstrom auf Raumtempe ratur im Magnetfeld von 3400 Oer sted Kühlung im Luftstrom bis zum Ver schwinden einer Glühfarbe in 1,5 bis 2 Minuten (ohne magnetisches Feld) |
| • A B G |
• Wiedererwärmen im magnetischen Feld von 7000 Oersted auf 800· oder 810c' C und halten für 20 Minuten (Gesamt zeit im Ofen 35 Minuten) Wiedererwärmen im Salzbad auf 820' C im Magnetfeld von 2800 Oersted und halten für 13 Minuten (Gesamtzeit im Bad 15 Minuten) Abschrecken von 1250° C im Salzbad auf 820° C in einem magnetischen Feld von 2800 Oersted und halten für 15 Minuten |
| A, B, C. | Anlassen: 59O°C während 48 Stunden, plus 560°C während 48 Stunden |
| A | Tabelle 3 | Remanenz | Koerzitiv kraft |
L-nergiediehte [BII) .v |
|
| A- | Br (CiauB) _ | //, (Ocrsled) | (Gaull ■■ Oersted) | ||
| Legierung und |
A | .10,750 | 1215 | 6,25 · l()h | |
| behandlung | B | 8,430 | 1655 | 6,22;'K)". | |
| 1 | B | l9,020 | . 1722 | 7,5 · K)" | |
| 2 | A | 8,950 | 2010 | 8,43 · K)" | |
| 3 | B | 8,350 | 1908 | 6,06 · K)" | |
| 4 | C | 9,120 | 1628 | 7,69 · K)" | |
| 5 | c- | 8,150 | 1980 | 7,0 ■ K)" | |
| 6I | 8,7(K) | 1880 | 6,25· K)" | ||
| 6 | 11,7(K) | 1235 | 7,1 · K)" | ||
| 6I | |||||
| 7 |
Alle diese Magnete wurden abschließend magnetisiert in einem in Richtung der säulenförmigen Kristallstruktur
angelegten Magnetfeld von 7000 Oersted.
Eine Alternative zu der Kühlung im Luftstrom ist die ölabschreckung. Eine Alternative zum Salzbad (KCL · NaNO3) ist ein Bad von geschmolzenem Aluminium. Alternatives Anlassen erfolgt bei 680° C über 4 Stunden und bei 560° C über 30 Stunden.
Eine Alternative zu der Kühlung im Luftstrom ist die ölabschreckung. Eine Alternative zum Salzbad (KCL · NaNO3) ist ein Bad von geschmolzenem Aluminium. Alternatives Anlassen erfolgt bei 680° C über 4 Stunden und bei 560° C über 30 Stunden.
Während bei der Wärmebehandlung Feldstärken im Bereich von 2500 bis 3500 Oersted (wie die obenerwähnten
2800 Oersted und 3400 Oersted) verwendet werden können, scheinen höhere Feldstärken, wie
die obenerwähnten 7000 Oersted oder noch darüber, wie 10 000 Oersted oder mehr, sehr förderlich zu sein,
um die Ausbauchung der Entmagnetisierungskurye, d. h. Energiedichte und Koerzitivkraft, zu verbessern.
Es wird angenommen, daß ein Gehalt an Silizium. der Legierung dazu beiträgt, Jiöhere Feldstärken
wirksamer zu machen.
Claims (6)
1. Legierung zur Herstellung von Permanentmagneten mit anisotroper säulenförmiger Kristallstruktur,
bestehend aus (Angaben in Gewichtsprozent): ■
5 bis 9% Aluminium, ,
11 bis 22% Nickel,
33 bis 50%, vorzugsweise
34 bis 50% Kobalt,
1 bis 6% Kupfer,
1 bis 6% Kupfer,
1 bis 9% Titan,
0 bis 4% Niob.
0 bis 4% Niob.
0 bis 1 % Silizium,
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
Tellur in einer Menge von 0,10 bis 4% enthält.
2. Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus (Angaben in Gewichtsprozent):
6,5 bis 8,5% Aluminium,
12 bis 16% Nickel,
33 bis 43% Kobalt.
33 bis 43% Kobalt.
2 bis 4,5% Kupfer.
6 bis 9% Titan.
0,8 bis 3% Niob.
0 bis 0,5% Silizium,
Rest Eisen und herstcllungsbcdingtc Verunreinigungen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Tellur in der Menge von 0,5 bis 3% enthält. ' ' '..
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Tellurs 0.75
bis 1,5% beträgt.
4. Legierung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Schwefel in
einer Menge von 0.1 bis 0.6% und Tellur in einer Menge von 0,3 bis 1,8% enthält und daß das
Gewichtsverhältnis von Tellur zu Schwefel ungefähr 3:1 beträgt.
5. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Legierung Schwefel in
einer Menge von 0,15 bis 0,3% und Tellur in einer Menge von 0,45 bis 0,95% enthält und daß das
Gewichtsverhältnis von Tellur zu Schwefel ungegefähr 3 :1 beträgt.
6. Legierung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwefel ganz oder teilweise
ersetzt ist durch Selen, und zwar in einer Menge proportional zu den Atomgewichten beider Elemente.
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