DE19962232A1

DE19962232A1 - Verfahren zur Herstellung stabförmiger Dauermagnete

Info

Publication number: DE19962232A1
Application number: DE19962232A
Authority: DE
Inventors: Georg Werner Reppel; Volker Zellmann
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: DE50005736D1; JP2003518331A; EP1240652A1; EP1240652B1; DE19962232B4; US6926777B2; WO2001046969A1; US20030110617A1

Abstract

Bei einem Herstellungsverfahren für stabförmige Dauermagnete werden zunächst Preßteile (2) gepreßt, die anschließend zu einem stabförmigen Grünling zusammengesetzt werden. Der Grünling wird anschließend gesintert und bildet daraufhin einen stabförmigen einstückigen Dauermagneten (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dau ermagneten, insbesondere von stabförmigen Dauermagneten.

Derartige Dauermagnete werden für Motoren und Generatoren be nötigt. Sie weisen typischerweise einen Durchmesser zwischen 10 und 50 mm und eine Länge zwischen 20 und 200 mm auf. Die magnetische Vorzugsrichtung dieser Dauermagnete kann in axia le oder diametrale Richtung verlaufen. Die herkömmliche Fer tigung dieser Magnete mit vorzugsweise diametraler Vorzugs richtung erfordert bislang einen hohen Aufwand.

Aus der EB-A-0 124 655 sind Grundzüge eines Herstellungsver fahrens für Dauermagnete auf der Basis von Seltenen Erden, Eisen und Bor bekannt. In dem bekannten Verfahren wird zu nächst eine erschmolzene Legierung auf der Basis von Seltenen Erden, Eisen und Bor pulverisiert und dann im Magnetfeld zu Grünlingen gepreßt, die danach gesintert werden.

Preßtechnisch können besonders gut tablettenförmige Preßteile mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Länge nahe 1 gepreßt werden. Nach dem Sintern werden die aus diesen Grünlingen entstandenen Dauermagnete zunächst geschliffen. Die Dauerma gnete werden anschließend so zusammengeklebt, daß ihre magne tische Vorzugsrichtung in die gleiche Richtung weist. Zu die sem Zweck ist es erforderlich, die Dauermagnete beim Kleben mit großer Genauigkeit auszurichten. Das erforderliche Flach schleifen, das Ausrichten und das Kleben der Dauermagnete führen zu hohen Arbeitskosten. Insbesondere das Ausrichten der Dauermagnete erfordert viel Arbeitszeit oder aufwendige Vorrichtungen.

Eine andere Möglichkeit ist, stabförmige Dauermagnete in ei nem Stück zu pressen. Das Pressen eines langen, stabförmigen Dauermagneten in Richtung seiner Achse führt jedoch zu un gleichmäßiger Preßdichte und daraus resultierend großen Maß abweichungen. Außerdem werden spezielle Pressen mit großem Hub benötigt, die wegen der großen Wege nur geringe Taktge schwindigkeiten realisieren können. Alternativ wäre es mög lich, den stabförmigen Magneten senkrecht zu seiner Achse ("liegend") zu pressen. Da es jedoch in diesem Fall nicht möglich ist, einen kreisförmigen Querschnitt durch Pressen herzustellen, muß eine geeignete Rohform, beispielsweise eine abgerundete Quaderform gepreßt werden. Die Seitenflächen der Rohform müssen nachgeschliffen werden, um einen kreisförmigen Querschnitt zu erzielen, was sehr aufwendig ist. Außerdem ist es bei großen Längen sehr schwierig, ein über die gesamte Länge des Grünlings homogenes Querfeld zu erzeugen und damit ein magnetisch homogenes Teil herzustellen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ins besondere stabförmige Dauermagnete auf einfache und kosten günstige Weise herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden bereits die Preßteile und nicht die fertigen Sinterteile aufeinanderge setzt und durch Sintern fest untereinander verbunden. Dadurch entstehen stabförmige Dauermagnete mit guter magnetischer Ho mogenität. Das Verfahren erfordert vorteilhafterweise weder ein aufwendiges Schleifen von fertigen Dauermagneten noch ein mühsames Positionieren von Einzelteilen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher im Vergleich zu herkömmlichen Herstel lungsverfahren wesentlich einfacher und kostengünstiger.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Ge genstand der abhängigen Ansprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten stabförmigen Dauer magneten;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Preßteil, das zu einem stab förmigen Dauermagneten zusammengebaut werden kann;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein weiteres Preßteil; und

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein weiteres abgewandeltes Preßteil.

Fig. 1 zeigt einen stabförmigen Dauermagneten 1, der aus mehreren Preßteilen 2 zusammengefügt ist. Derartige Dauerma gnete 1 werden für Motoren und Generatoren benötigt und wei sen typischerweise einen Durchmesser zwischen 10 und 50 mm und eine Länge zwischen 20 und 200 mm auf. Die Dauermagnete 1 weisen entweder eine axiale magnetische Vorzugsrichtung 3 oder eine diametrale magnetische Vorzugsrichtung 4 auf.

Wie insbesondere in Fig. 1 sowie Fig. 2 erkennbar ist, wei sen die Preßteile 2 auf einer Oberseite 5 Erhöhungen 6 auf. Falls die Preßteile 2 eine diametrale magnetische Vorzugs richtung 4 aufweisen, sind die Erhöhungen 6 vorzugsweise so ausgebildet, daß die diametrale magnetische Vorzugsrichtung 4 der Preßteile 2 in die gleiche Richtung weist, wenn die Preß teile 2 aufeinandergesetzt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Querschnitte durch mögliche Aus führungsformen der Preßteile 2. Deutlich erkennbar ist, daß neben der Erhöhung 6 auf der Oberseite 5 auf einer Unterseite 7 eine zur Erhöhung 6 komplementäre Vertiefung 8 ausgebildet ist, so daß die Preßteile 2 fugenlos zusammengesetzt werden können. Die Erhöhung 6 und die Vertiefung 8 sind vorzugsweise konisch ausgebildet, um ein problemloses Fügen der Preßteile 2 zu ermöglichen. Die Abmessungen der Vertiefungen 8 und Er höhungen 6 sind so gewählt, daß sich ein Fügespalt von übli cherweise 0,05 mm ergibt.

Zur Herstellung der Dauermagnete 1 wird im allgemeinen zu nächst eine Selten-Erd-haltige Legierung erschmolzen und an schließend pulverisiert. Aus dem Pulver werden Preßteile ge preßt. Zur Einstellung einer magnetischen Vorzugsrichtung er folgt der Preßvorgang in Anwesenheit eines äußeren Magnet felds. Anschließend werden die Preßteile 2 zusammengefügt und bei Temperaturen oberhalb von 800°C gesintert. Im Falle der Dauermagnete auf Basis von Nd-Fe-B bildet sich entlang der Oberseiten 5 und Unterseiten 7 eine flüssige Phase aus, die im erstarrten Zustand die Preßteile 2 verbindet. Im jeden Falle kommt es während der Sinterung der Dauermagnete durch Diffusion zu einer Verbindung der Einzelteile untereinander, sofern ein guter Kontakt der Preßlinge bestand. Um eine gute Festigkeit der Verbindung zu erhalten, hat sich als günstig erwiesen, die Preßteile 2 nach dem Pressen in einem Magnet feld nicht vollständig zu entmagnetisieren. Die magnetische Haftkraft hält dann die Preßteile 2 beim Hantieren und im Sinterofen bis zur Curietemperatur zusammen. Preßteile 2 mit diametraler magnetischer Vorzugsrichtung werden bevorzugt mit wechselseitiger Polung aufeinandergestapelt.

Eine besonders gute Fügung läßt sich mit Unterstützung der Schwerkraft erzielen, wenn der gestapelte stabförmige Dauer magnet 1 stehend gesintert wird.

Um eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit des Dauermagneten 1, insbesondere an der Fügefläche, zu erreichen, kann der Dauermagnet 1 nach dem Sintern mit bekannten flüssigen Kunst stoffen, wie z. B. Methacrylat vakuum- oder druckimprägniert werden. Der Kunststoff füllt evtl. vorhandene Poren und Spal ten und härtet aus, nachdem der Dauermagnet 1 mit dem Kunst stoff getränkt worden ist.

Das hier beschriebene Verfahren weist eine Reihe von Vortei len auf.

Im Vergleich zu stabförmigen Dauermagneten, die durch Verkle ben von fertig gesinterten Einzelteilen hergestellt worden sind, weist der Dauermagnet 1 eine wesentlich höhere Festig keit auf, da die Preßteile 2 nach dem Sintern einen einheit lich festen Körper bilden.

Außerdem ist das Verfahren kostengünstig, da die Preßteile 2 durch die entsprechend ausgebildeten Erhöhungen 6 und Vertie fungen 8 positioniert werden und das für eine gute Klebever bindung erforderliche Flachschleifen der Oberseite 5 und der Unterseite 7 entfällt. Es ist im Gegenteil sogar für eine fe ste Sinterverbindung von Vorteil, wenn die Oberseite 5 und die Unterseite 7 aufgerauht sind.

Da die Preßteile 2 einzeln gepreßt werden, genügt für das Pressen der Preßteile 2 ein Werkzeug mit Abmessungen in der Größenordnung der Abmessungen der Preßteile 2. Bei kleinen Werkzeugen kann jedoch das Magnetfeld mit geringem Aufwand homogen gehalten werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Ver fahren, in denen die stabförmigen Dauermagnete als Ganzes ge preßt werden, sind daher die Dauermagnete 1 in magnetischer Hinsicht wesentlich homogener. Außerdem können mit dem hier beschriebenen Verfahren Dauermagnete 1 mit nahezu beliebigem Verhältnis von Durchmesser zu Länge hergestellt werden.

Für eine feste Verbindung der Einzelmagnete auf Basis von Seltenen Erden, Eisen und Bor hat es sich als besonders vor teilhaft erwiesen, die Menge an flüssiger Sinterphase, d. h. den Gehalt an Seltenen Erden in der Legierung, etwas höher als normal einzustellen, etwa 1 bis 5 Gew.-% mehr Seltene Er den.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:

1. Beispiel

Vergleichsbeispiel: Nd-Fe-B-Pulver wird im Magnetfeld zu Ron den mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Höhe von 10 mm unter Anwendung eines Drucks von 250 MPa gepreßt. Jeweils vier Ronden werden zu einem Grünling aufeinandergestapelt und stehend bei 1 Stunde bei 1100°C im Vakuum gesintert. Nach dem Sintern waren jedoch 60% der fertigen Sinterkörper nicht ver bunden. Die restlichen Sinterkörper ließen sich durch einen Schlag leicht trennen.

2. Beispiel

Wie Beispiel 1, wobei jedoch das Preßwerkzeug einen Unter stempel mit einer Erhöhung und einen Oberstempel mit einer Vertiefung aufwies. Es ergaben sich die in Fig. 3 darge stellten Preßteile 2. Die Preßteile 2 wurden nicht ent magnetisiert und stehend gesintert. Alle Sinterteile waren nach dem Sintern fest verbunden und ließen sich nach Schlag oder Fall aus 1 Meter Höhe nicht trennen.

Beispiel 3

Wie Beispiel 2, die Preßteile wurden jedoch liegend gesin tert. Nach dem Sintern waren 90% der Teile fest verbunden und ließen sich nach Schlag oder Fall aus 1 Meter Höhe nicht trennen.

Beispiel 4

Wie Beispiel 1, jedoch mit einer größeren Erhöhung 6 und Ver tiefung 8, wie in Fig. 4 dargestellt. Beim Pressen traten teilweise Preßrisse auf. Alle fehlerfreien Preßteile waren jedoch nach dem Sintern fest verbunden und ließen sich nach Schlag oder Fall aus 1 Meter Höhe nicht trennen.

Beispiel 5

Wie Beispiel 1, die Zusammensetzung der Legierung wurde je doch gemäß Tabelle 1 variiert.

SE-Gehalt [Gew.-%]
Anteil gefügter Teile nach Sintern [%]
28,7	16
31,2	100
33,4	100

Dieses Beispiel zeigt, daß ein Überschuß an Seltenen Erden über den stöchiometrisch Seltenen-Erden-Gehalt der hartmagne tischen Phase mit der Zusammensetzung Nd₂Fe₁₄B von Vorteil für die Festigkeit der Verbindung ist.

Abschließend sei angemerkt, daß die hier gemachten Ausführun gen für Dauermagnete aus einer Legierung auf der Basis von Seltenen Erden, Eisen und Bor auch für Dauermagnete aus einer Legierung mit der Zusammensetzung SE₂(Fe, Co, Cu, Zr)₁₄ gilt, wobei SE wenigstens eine Selten Erde einschließlich Yttrium ist.

Ferner ist die vorliegenden Beschreibung des Verfahrens bei spielhaft; insbesondere soll das Fügen der Preßteile 2 nicht auf stabförmige Magnete beschränkt sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten mit folgenden Verfahrensschritten:

- Herstellung eines Pulvers aus einer wenigstens eine Seltene Erden (SE) enthaltenden Legierung;
- Pressen des Pulvers zu Preßteilen (2);
- Zusammenfügen der Preßteile (2) mit Hilfe von auf der Ober fläche der Preßteile (2) ausgebildeten Erhöhungen (6) und Vertiefungen (8) zu einem Grünling; und
- Sintern des Grünlings.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Sinterns eine flüssige Phase ausgebildet wird durch die die Preßteile (2) untereinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Fügespalten zwischen den Erhöhungen (6) und Vertiefungen (8) weniger als 0,5 mm beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (6) und Vertiefungen (8) konisch ausgebil det sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßteile (2) eine magnetische Vorzugsrichtung auf weisen und daß durch die Vertiefungen (8) und Erhöhungen (6) eine gleichmäßige Ausrichtung der magnetischen Vorzugsrich tung der zum Grünling zusammengefügten Preßteile (2) gewähr leistet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßteile (2) mit der Hilfe von aufgerauhten Preß stempeln gefertigt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet eine Phase von der Zusammensetzung SE₂T₁₄E enthält, wobei T wenigstens ein Element aus der Grup pe der Elemente Fe und Co ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet eine Phase mit der Zusammensetzung SE₂[Fe, Co, Cu, Zr]₁₇ enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet eine Selten-Erd-reiche Phase mit einem Gewichtsanteil von mindestens 2 Gew.-% enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine gemeinsame Grenzfläche der Preßteile (2) ein Lot aus einer Selten-Erd-haltigen Legierung mit einem Gewichtsan teil an Seltenen Erden <10 Gew.-% aufgebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßteile (2) zumindest eine schwache magnetische Po larisation aufweisen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinandergestapelten Preßteile (2) stehend gesin tert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Fügekörper mit einem Kunststoff imprä gniert wird.