DE2161461A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Stofflegierungen für Permanentmagnete - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Stofflegierungen für Permanentmagnete

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Description

216U61
Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*
MÜNCHEN 81 · WISSMANNSTRASSE 14 · TELEFON 932774 · TELEGRAMMADRESSE: LANGHOFFPATENT MÜNCHEN
München, den 10.12„1971 Unser Zeichen: 45 - 897
Societe d'Etudes et de Recherches Magnetiques S5E1R0Mj
Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Stofflegierungen für Permanentmagnete
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Stofflegierungen für Permanentmagnete aus Übergangselementen des periodischen Systems und Metallen aus der Gruppe der seltenen Erden und Yttrium durch Induktionsschmelzen der Ausgangsstoffe in einem feuerfesten Schmelztiegel sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens»
Derartige Legierungen sind insbesondere in einem Artikel von Karl J.Strnat unter dem Titel "Les alliages cobalt - terres rares, materiauxd'avenir pour airaantg permanent^« in der Zeitschrift Kobalt vom September 1967, Seiten 133 bis 143 beschrieben«
Die Eigenschaften derartiger Magnetwerkstoffe sind besonders interessant, jedoch ist ihre Herstellung in industriellem Masstab mit erheblichen, praktischen Schwierigkeiten verbunden.
Diese Herstellung verlangt das Herstellen eines Pulvers mit der erforderlichen Zusammensetzung durch Bilden einer Legierung und anschliessendes Zerkleinern, sodann die Verfestigung dieses Pulvers, etwa durch Sintern, um einen festen Magneten zu bilden.
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Die Erfindung befasst sich mit der Legierungsbildung. Das Schmelzen der Bestandteile der Legierung geschieht"meistens mittels eines Lichtbogenofens unter einer neutralen Schutzgas-? atmosphäre oder unter einem Vakuum oder in einem feuerfesten Induktionsschmelzofen, beispielsweise aus reiner Tonerde, oder in einem Suspensionsschmelzofen.
Lichtbogenschmeläöfen haben insbesondere die folgenden Nachteile. Die Chargenmenge ist sehr klein, die Homogenität der ) Legierung ist ungenau, es können Spritzer auftreten, die zu Verlusten an Bestandteilen der Legierung führen, und es können örtliche Überhitzungen stattfinden, die zu einer Verdampfung des Materials führen können. Ein Abschrecken ist nicht möglich.
Die Suspensionsschmelzöfen weisen ebenfalls eine geringe Chprgenmenge auf und bringen nichtkontrollierbare Verluste mit sich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich mit einfachen Schmelztiegeln ausführen lässt, verhältnismässig einfach ist und die Nachteile der bekannten " Verfahren und Vorrichtungen nicht aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, dass zuerst die Übergangselemente geschmolzen und die Schmelze bis zur beginnenden Verfestigung abgekühlt wird, und dass die seltenen Erden dann durch direkte Diffusion in die abgekühlte Schmelze zugeführt werden.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform zum. Herstellen einer im festen Zustand magnetisch harten Legierung durch Pra1« zipitieren einer zweiten,.schwach magnetischen Phase in eine körnige, stark magnetische Grundsubstanz wird die Verfestigung der Legierung nach dem Giessen in einem Behälter
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durchgeführt, der relativ wärmere Seitenwände als der Boden hat.
Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung geht aus von einem Schmelztiegel, einer diesem zugeordneten Induktionswicklung und einer Giessform zum Aufnehmen der geschmolzenen Legierung und zeichnet sich aus durch einen Behälter zum Aufnehmen eines zusätzlichen Bestandteils der Legierung, und durch eine Einrichtung zum Einführen des Bestandteils durch Schwerkraft von dem Behälter in den Schmelztiegel unter Betätigung von einem Öffnungsorgan des Behälters.
Die Erfindung ist im folgenden an mehreren AusfUhrungsbeispielen ergänzend beschrieben.
Figur 1 ist eine Schnittansicht einer einfachen Vor richtung nach der Erfindung zum Herstellen einer Kobalt-Samariumlegierung mit einem gewissen Gehalt an Kupfer und Eisen, und
Figur 2 ist ein Längsschnitt einer abgeänderten Ausführuhgsform einer Vorrichtung für ein weitergebildetes Verfahren nach der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen druckdichten Behälter 1, in dem ein Schmelztiegel 2 aus rekristallisierter Tonerde und ein Giessbehälter 3 angeordnet sind. Der druckdichte Behälter steht unter einer Argonatmosphäre mit einem Druck von Torr.
Der Behälter 1 ist mit einer Öffnung 4 versehen, durch die eine Stange 5 aus Samarium an einem Seil heruntergelassen werden kann, welches mit einem Handgriff 7 versehen ist«
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$)er Schmelztiegel 2 ist von einer Induktionsspule 8 umgeben, welche mit einem Hochfrequenzstrom beschickt werden kann.
Per Giessbehälter 3 ist mit einer Induktionswicklung 3a umgeben, und der Boden 3b ist auf irgendeine bekannte Weise gekühlt (nicht dargestellt). Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass der Boden aus einer gut wärmeleitenden Metallplatte besteht, beispielsweise aus einer Eisenplatte„
P Die Wände des Giessbehälters können auch aus Sand bestehen, welcher ein brennbares Gemisch enthält. Dieses lässt sich dann vor dem Giessen entzünden oder selbst entzünden durch die Wärmeabgabe beim Giessen der Legierung.
Man erzeugt zuerst einen Schmelzfluss aus Kobalt, Kupfer und Eisen, welche Bestandteile vorher in den Schmelztiegel gebracht wurden, durch Erhitzen auf etwa lo500° C0 Sodann lässt man die Schmelze bis auf 1.100° C abkühlen und bringt sodann die Samariumstange 5 in Berührung mit dem Inhalt des Schmelztiegels, wobei die Temperatur desselben auf l„100° C gehalten wird» Dabei erfolgt eine langsame Diffusion von Samarium in das Kobalt in festem Zustand. Dieser Vorgang vermeidet nicht nur ein Angreifen des Schmelztiegels durch das Samarium, sondern begrenzt auch ganz merklich die
Verdampfung dieses letztgenannten Bestandteils.
Sobald die Legierungsbildung beendet ist, wird das Ganze wieder etwas erhitzt, bis wieder eine Verflüssigung eintritt, und der Schmelztiegel sodann gekippt, wie in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist, um den Inhalt in den Giessbehälter 3 zu giessen« In diesem wird die Legierung mit einer säulenförmigen Kristallisation verfestigt, und zwar durch den Temperaturgradienten zwischen der warmen Wand und dem
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kälteren Boden des Giessbehälters.
Figur 2 zeigt eine andere Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, welche beispielsweise zum Herstellen einer Legierung aus Samarium und Kobali dient. Diese Vorrichtung umfasst einen Schmelztiegel 9 aus Tonerde, der von einer Induktionsspule 9a umgeben ist und sich über einem Giessbehälter 10 befindet. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Vorratsbehälter 11 für Saaiariunu
Zwischen dem Schmelztiegel39 und der Induktionsspule 9a befindet sich ein Wärmeschutzbehälter 12, der in seinem oberen Bereich mit einem halbkreisförmigen Deckel 12a versehen ist, der eine Öffnung aufweist und in seinem unteren Bereich eine Öffnung 12b aufweist, die sich in Fluchtung mit einer Öffnung 9b in dem Schmelztiegel befindet. Diese Öffnung ist normalerweise durch eine Tonerdestange 13 geschlossen; welche längs=· und drehbeweglich ist» Der Vorratsbehälter 11 ist an den Stellen 11a und 11b fest mit der Tonerdestange 13 verbunden* Er bildet ein Quarzrohr, dessen unteres Ende auf dem halbkreisförmigen Deckel 12a ruht. In der normalen Lage der Tonerdestange befindet sich das untere Ende des Vorratsbehälters 11 nicht in Fluchtung mit der Öffnung in dem halbkreisförmigen Deckel, so dass sich das Samarium in dem Vorratsbehälter befindet. Die Tonerdestange 13 lässt sich jedoch drehen, bis der Vorratsbehälter 11 vor der Öffnung in dem Schmelztiegel 9 liegt, so dass das Samarium in diesen hinabfallen kann.
Der Wärmeschutzbehälter 12 ruht auf einer in der Mitte durchbohrten Platte 14, wobei die Bohrung sich vor der öffnung des GiessbehälterB 10 befindet. Dieser wird mittels einer Ktihlwasserleitung 10a gekühlt.
Man führt zuerst das Kobalt in dta Schmelztiegel »in und
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schmilzt dieses durch Beschicken der Induktionsspule mit einem Wechselstrom, Sodann lässt man das geschmolzene Kobalt bis auf 1,100° C abkühlen und dreht die Tonerdestange 13, bis das Samarium in den Schmelztiegel hineinfällt. Durch die langsame Diffusion desselben bildet sich eine vollkommene Legierung. Men zieht sodann die Tonerdestange 13 heraus, so dass die Öffnung 9b freigegeben wird und der Schmelzfluss in den Giessbehälter 10 fliesst.
Die Vorrichtung nach Figur 2 lässt sich auch für eine Säulenkristallxsatxon verwenden. Hierzu wird der Giessbehälter 10 lediglich an seinem Boden gekühlt und die In= duktionsepule 9a während des Einfüllens heruntergelassen, so dass sie nunmehr die Wand des Giessbehälters 10 umgibt» und diese erhitzt.
Die Vorrichtung nach Figur 1 lässt sich auch zum Herstellen einer Legierung verwenden, die keine zweite, schwach magnetische Phase enthält. Der Giessbehälter wird sodann insgesamt gekühlt, etwa entsprechend der Vorrichtung nach Figur 2.
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Claims (1)

  1. 216U61
    Patentansprüche
    1. Verfahren zum Herstellen von Stofflegierungen für Permanentmagnete aus Übergangselementen des periodischen Systems und Metallen aus der Gruppe der seltenen Erden und Yttrium durch Induktionsschmelzen der Ausgangsstoffe In einem feuerfesten Schmelztiegel, dadurch gek e η η zeich net, dass zuerst die Obergangselemente ge= schmolzen und die Schmelze bis zur beginnenden Verfestigung abgekühlt wird, und dass die seltenen Erden dann durch direkte Diffusion in die abgekühlte Schmelze zugeführt werden.
    2c Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer in festem Zustand magnetisch harten Legierung, durch Präzipitieren einer zweiten, schwach magnetischen Phase in eine körnige, stark magnetische Grundsubstanz, dadurch gekennzeichnet , dass die Verfestigung der L egierung nach dem Giessen durch eine ungleichmässige Abkühlung . herbeigeführt wird.
    3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Schmelztiegel, einer diesem zugeordneten Induktionswicklung und einer Giessform zum Aufnehmen der geschmolzenen Legierung, gekennzei chnet durch einen Behälter (11) zum Aufnehmen eines zu-
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    sätzlichen Bestandteils (5) der Legierung, und durch eine Einrichtung (6,7;12a,13) zum Einführen dieses Bestandteils durch Schwerkraft von dem Behälter (11) in den Schmelztiegel (9) unter Betätigung von einem Öffnungsorgan (13) des Behälters.
    ο Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gek e η n. «■ zeichnet, dass der Giessbehälter (3» 10) eine Kühleinrichtung aufweist.
    Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekenn-= seich net, dass der Giessbehälter eine Heizvorrichtung (3a) zum Aufheizen der Wände und eine Kühlvorrichtung (3b) zum Kühlen des Bodens aufweist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dad urch gekennzeichnet, dass der Schmelztiegel (9) sich oberhalb des Giessbehälters (10) befindet und dass die Induktionsspule (9a) bis um den Giessbehälter (10) absenkbar ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch ge-= kennzei chnet, dass der Giessbehälter eine Kühleinrichtung zum Abkühlen seiner gesamten Masse aufweist.,
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    Le e rs e
DE2161461A 1970-12-10 1971-12-10 Verfahren zum schmelzmetallurgischen Herstellen von Legierungen für Dauermagnete Expired DE2161461C3 (de)

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