DE2318929A1

DE2318929A1 - Grobkoerniges intermetallisches kobaltsamarium-material fuer permanentmagnete und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2318929A1
Application number: DE2318929A
Authority: DE
Inventors: Mark Gilbert Benz
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1973-04-14
Publication date: 1973-10-31
Also published as: DE2318929C2; FR2180895A1; NL7304871A; JPS4919395A; BE798261A; CA975997A; GB1415772A; IT982661B; ES413772A1; JPS5751244B2; US3844850A; FR2180895B1

Description

Grobkörniges intermetallisches Kobalt-Samarium-Material für Permanentmagnete und Verfahren zu dessen Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Permanentmagnete. Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung die Herstellung neuen granulierten intermetallischen Kobalt-Samarium-Materials für Permanentmagnete mit hervorragenden Eigenschaften. Nach einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung Permanentmagnete, die aus diesem neuen granulierten magnetischen Material zusammengesetzt sind, das in einer nicht-magnetischen Matrix gebunden ist.

Permanente Magnete, das sind sogenannte harte magnetische Materialien, sind von technologischer Bedeutung, da sie einen hohen konstanten magnetischen Fluß in Abwesenheit eines er-

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regenden magnetischen Feldes oder eines elektrischen Stromes, der ein solches Feld verursacht, aufrechterhalten können.

Während der vergangenen Jahre wurde eine neue Klasse von Materialien für die' Herstellung von Permanentmagneten entwickelt, die aus Kobalt und seltenen Erdelementen und insbesondere Kobalt und 'Samarium bestehen. Die Verbesserung gegenüber den bekannten Materialien ist derart groß, daß» die Magnete aus Kobalt und seltenen Erden in einer Klasse für sich stehen. Bezüglich ihrer Beständigkeit gegen Entmagnetisierung sind die neuen Materialien gegenüber den bekannten Magneten vom Alnico- und Ferrittyp hervorragend und ihre magnetische Energie ist beträchtlich größer. Je kräftiger ein Magnet für eine gegebene Größe ist, umso kleiner kann er für eine bestimmte Aufgabe sein. Die aus den intermetallischen Kobalt-seltene Erden-Verbindung bestehenden Magnete haben daher Anwehdung gefunden, für welche man die bekannten Materialien nicht in Betracht ziehen konnte.

Die permanenten magnetischen Eigenschaften von intermetallischen Kobalt-seltene Erden-Verbindungen, die als grobe Körper vorliegen,, können dadurch verbessert werden, daß man sie zu einem Pulver zerkleinert. Das Pulver, wie es durch Mahlen erhalten wird, kann zur Herstellung eines Verbundstoffes, der den Permanentmagneten darstellt, in ein Bindemittel eingebracht werden. Für die meisten Anwendungen als Permanentmagnete ist das intermetallische Kobalt-Samarium-Material ein Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser im Bereich von etwa 1 Mikron oder weniger bis etwa 10 ^ikron. Mit zunehmender Teilchengröße verringern sich die permanenten magnetischen Eigenschaften des Materials jedoch beträchtlich. Die direkte Zerkleinerung eines gröberen intermetallischen Kobalt-Samarium-Körpers zu Körnern mit einer Größe von etwa 50 Mikron führt zu einem Material mit derart schlechten Eigenschaften, daß es für Anwendungen als Permanentmagnet nicht brauchbar ist.

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Es gibt jedoch eine Reihe von Nachteilen, die mit der Verwendung eines intermetallischen Kobalt-Samarium-Pulvers mit einer Teilchengröße von 10 Mikron oder weniger verbunden sind. Setzt man dieses Pulver der Luft aus, insbesondere bei Temperaturen leicht oberhalb der Raumtemperatur, dann verringert sich die dem Material innewohnende Koerzitivkraft (intrinsic coercive force) mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit irreversibel. Diese Abnahme der Koerzitivkraft verringert die Vorteile beträchtlich, die bei der Umwandlung der als grobem Körper vorliegenden intermetallischen Kobalt-Samarium-Verbindung zu einem Pulver gewonnen werden. Darüber hinaus führt die Herstellung von Pulvern derart kleiner Korngröße zu einer Reihe von Handhabungsproblemen und darüber hinaus ist die Zerkleinerung aufwendig hinsichtlich der Zeit, die dafür erforderlich ist und teuer.

Die vorliegende Erfindung überwindet die vorgenannten Nachteile durch Schaffung eines neuen grobkörnigen intermetallischen Kobalt-Samarium-Materials für permanente Magnete. Diese permanenten magnetischen Eigenschaften weisen die Körner der gleichen Größe, Xfie sie durch Zerkleinern erhalten werden, nicht auf. Die zeitaufwendigen Handhabungen der Umwandlung des Materials zu einem Pulver werden darüber hinaus eliminiert. Im Vergleich zum Pulver bekannter Art sind die Körner nach der vorliegenden Erfindung leichter zu handhaben und sie sind stabiler, da sie sehr viel langsamer oxydieren. Darüber hinaus zeigen die erfindungsgemäßen Körner permanente magnetische Eigenschaften, die ebenso gut oder besser sind als das bekannte Pulver. Da die erfindungsgemäßen Körner beträchtlich größer sind als die Teilchen des bekannten Pulvers, sind sie auch leichter magnetisch zu orientieren, da die magnetische Ausrichtung mit einer Drehung verbunden ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der■Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

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Pig. 1 eine graphische Darstellung der permanenten magnetischen , Eigenschaften des" erfindungsgemäßen Materials .und der Eigenschaften des Materials, wie es durch Zerkleinern erhalten wird,

Pig. 2 eine graphische Darstellung der Eigenschaften der vergüteten Körner der vorliegenden Erfindung mit Größen im Bereich von etwa 74 bis 104 Mikron,. .

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Eigenschaften der vergüteten Körner mit Größen im Bereich von 104 bis 147 Mikron und . ' .

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Körner von 4 verschiedenen Kobalt-Samarium-Legierungszusammensetzungen. ■ ·

Kurz gesagt umfaßt-das erfindungsgemäße Verfahren das" Herstellen eines Gußkörpers mit Korngrößen im Bereich von etwa 100 bis 1000 Mikron durch Vergießen einer Legierung von Kobalt und Samarium. Der Gußkörper wird in einer Atmosphäre vergütet, in der er im wesentlichen inert ist, und zwar bei einer Temperatur im Bereich von etwa 900°C bis zu einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes und dies für eine Dauer im Bereich von etwa 5 Minuten bis 24 Stunden. Im allgemeinen liegt die Vergütungstemperatur im Bereich von etwa 900 bis 1200°C, da bei Temperatüren merklich oberhalb von 1200⁰C keine bedeutende Verbesserung- der magnetischen Eigenschaften erhalten wird. Die Vergütungszeit für eine bestimmte Vergütungstemperatur hängt von den im Einzelfall gewünschten permanenten magnetischen Eigenschaften ab'. Um deutlich brauchbare permanente magnetische Eigenschaften zu erhalten, sollte bei einer bestimmten Vergütungstemperatur für eine so lange Zeit vergütet werden, daß die erhaltenen freien Körner nach der Magnetisierung bis mindestens angenähert der Sätti-

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gungsmägnetisierung, d.h. innerhalb von 10 % von der vollen Sättigungsmagnetisierung, bei Raumtemperatur einen relativen Magnetisierungswert 4i7j/B_r von mindestens 50 % bei einem Entmagnetisierungsfeld von -4 Kilooersted zeigen, wobei die relative Magnetisierung ^fTfj/B definitionsgemäß beim Entmagnetisierungsfeld null gleich 1,00 ist. Der vergütete Körper wird dann zu einer Korngröße zerkleinert, die der Korngröße des Gußkörpers entspricht oder geringer ist und im Bereich von etwa 50 bis etwa 200 Mikron liegt. Es ist aber andererseits auch möglich, vor dem Vergüten den Gußkörper zu einer Korngröße zu zerkleinern, die der Korngröße des Gußkörpers entspricht oder geringer ist und die erhaltenen freien Körner, deren Größe im Bereich von etwa 50 bis 200 Mikron liegt, bei einer Temperatur im Bereich von etwa 900 bis 1200⁰C für etwa 5 Minuten bis 24 Stunden zu vergüten. Auch in diesem Falle hängt die Vergütungsdauer bei einer bestimmten Vergütungstemperatur von den im Einzelfall gewünschten permanenten magnetischen Eigenschaften ab und für deutlich brauchbare permanent-magnet!sehe Eigenschaften sollten die freien Körner für eine solche Zeit vergütet werden, daß die vergüteten Körner nach der Magnetisierung bis mindestens in die

10$ Nähe der Sättigungsmagnetisierung, z.B. innerhalb/von der vollen Sättigungsmagnetisierung, bei Zimmertemperatur einen relativen Magnetisierungswert von 4TfJVB von mindestens 50 % bei einem Entmagnetisierungsfeld von -4 Kilooersted zeigen, wobei die relative Magnetisierung 47TJ/B definitions netisierungsfeld null gleich 1,00 ist.

tive Magnetisierung 47fJ/B definitionsgemäß bei dem Entmag-

Die Kobalt-Samarium-Legierung der vorliegenden Erfindung enthält Samarium in einer Menge von etwa 34 bis 38 Gew.-% der Legierung und um die besten magnetischen Eigenschaften zu erhalten, enthält die Legierung Samarium in einer Menge von etwa 35 Gew.-% von der Legierung. Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Körner mit einer Kobalt-Samarium-Zusammensetzung außerhalb des oben genannten Bereiches führen nicht zu

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zufriedenstellenden Permanentmagneten. Die Legierung wird in einer Atmosphäre hergestellt, in der Kobalt und Samarium Im wesentlichen inert sind, wie in einem. Edelgas oder unter Vakuum, nach einer Reihe bekannter Verfahren_s z.B. durch Induktions- oder Lichtbogenschmelzen des Kobaltsund Samariums. Die geschmolzene Legierung sollte vorzugsweise auch in einer Atmosphäre abgekühlt werden, in der sie im wesentlichen Inert ist, wie in einem Edelgas oder unter einem Vakuum. .

Die Kobalt-Samarium-Legierung wird.mit einer Geschwindigkeit abgekührt, die ausreichend gering ist, um einen festen Gußkörper zu.ergeben, dessen Körner im Größenbereich von etwa IDO bis 1000 Mikron liegen. Dies kann unter Verwendung der üblichen metallurgischen Techniken empirisch bestimmt werden, z. B. dadurch, daß man eine flüssige Schmelze in eine erhitzte .Form gießt oder man einfach die geschmolzene Legierung In einem Tiegel von Raumtemperatur abkühlen läßt. Um Oxydation zu vermeiden, sollte das Abkühlen in einer Atmosphäre durchgeführt werden, in welcher die Legierung Im wesentlichen Inert Ist, wie in einem Edelgas oder unter einem Vakuum. Der feste Gußkörper sollte Körner mit einer Mindestgröße von etwa 100 Mikron aufweisen, da es schwierig und nicht praktisch wäre z.u versuchen, die erforderliche Menge einkristalliner freier Körner aus einem Gußkörper zu erhalten, dessen Körner kleiner als 100 Mikron sind.

Der grobkörnige feste intermetallische Kobalt-Samarium-Gußkörper kann dann vergütet werden oder man kann den Gußkörper erst zerkleinern, und dann die erhaltenen freien Körner vergüten. «Das Vergüten wird in einer Atmosphäre ausgeführt, in welcher das intermetallische Kobalt-Sämarlum-Materlal im wesentlichen inert ist, wie Argon oder in einem Vakuum. Wird der Körper vor dem Vergüten zu freien Körnern zerkleinert, dann sollten die freien Körner auch In einem Behälter vergütet werden, der aus einem Material hergestellt ist, demgegenüber die Körner Im wesentlichen inert sind, wie aus Molybdän, Tantal oder Niob,-um eine Verun-

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reinigung zu vermeiden. Das Vergüten kann bei einer Temperatur im Bereich von etwa 9OO°C bis zu einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Materials durchgeführt werden und vorzugsweise bis zu einer Temperatur von 1200⁰C, da bei Temperaturen merklich oberhalb von 1200⁰C eine deutliche Verbesserung der magnetischen Eigenschaften nicht erhalten wird. Im allgemeinen erhält man die besten magnetischen Eigenschaften bei Vergütungstemperaturen im Bereich von 1100 bis 1200⁰C. Die für den Einzelfall erforderliche Vergütungsdauer für eine bestimmte Vergütungstemperatur hängt im wesentlichen von den jeweils gewünschten permanenten magnetischen Eigenschaften ab. Um deutlich brauchbare permanente magnetische Eigenschaften zu erhalten, sollte die Vergütungsdauer lang genug sein, um ein vergütetes Material ...α ergeben, das nach dem Magnetisieren bis mindestens in die Nähe der Sättigungsmagnetisierung bei Zimmertemperatur einen relativen Magnetisierungswert 47TJ/B von mindestens 50 % bei einem Entmagnetisierungsfeld von -4 Kilooersted aufweist. Je langer das Material im allgemeinen vergütet wird, umso höher wird sein relativer Magnetisierungswert bei höheren Entmagnetisierungsfeidern, z. B. bei Entmagnetisierungsfeidern von -k Kilooersted und darüber. So führt z. B. beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Vergüten der Kobalt-Samarium-Legierung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1100 bis 1200⁰C für eine Dauer von 10 Stunden zu freien Körnern mit einem relativen Magnetisierungswert von mindestens 50 % oder 0,5 bei einem Entmagnetisierungsfeld von -10 Kilooersted. Nach einer Vergütungsdauer von 2k Stunden ist durch weitere Vergütung im allgemeinen keine merkliche Verbesserung der permanenten magnetischen Eigenschaften mehr zu erreichen.

Die Bezeichnung "relative Magnetisierung", wie sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, ist das Verhältnis der Magnetisierung kifj zur remanenten Induktion B . Wenn man also ein Magnetfeld auf ein permanent-magnetisches Material anwendet,

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dann wird darin ein Magnetisierungswert von 4 Il J Gauß erreicht. Wird das Magnetfeld entfernt, dann hat das Material eine remanente Induktion B- . Die innewohnende Koerzitivkraft H . ist die

^r · ^ Cl

Feldstärke, bei welcher die Magnetisierung 4'7/J gleich null ist und sie ist ein Maß für die Beständigkeit eines Permanentmagneten gegenüber Entmagnetisierung. Ein weiteres Maß für die Beständigkeit eines Permanentmagneten gegenüber Entmagnetisierung und zwar eines, welches'brauchbar ist .für die Definierung der permanenten magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Körner, ist die Gestalt der Hysteresekurve im zweiten Quadranten? in welchem die Magnetisierung 47TJ oder die relative Magnetisierung 4 Μ J/B gegen ein negatives Feld H aufgetragen ist und die zeigt, welche positiven Werte der Magnetisierung in Gegenwart eines entmagnetisierenden Feldes H aufrechterhalten werden können. Je quadratischer diese Kurve im zweiten Quadranten ist, umso größer ist die Magnetisierung oder relative Magnetisierung bei einem speziellen negativen oder entmagnetisierenden Feld H und umso größer ist die Beständigkeit des Magneten gegenüber Entmagnetisierung bei einem solchen entmagnetisierenden Feld H.

Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße Kobalt-Samarium-Legierung in der'Form eines groben Körpers einen Sättigungsmagnetisierungswert 4'Tf''J- von etwa 9000 bis 11 000 Gauß hat. Dies

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ist der für diese Kobalt-Samarium-Zusammensetzung in gröber Festkörperform erhältliche maximale Magnetisierungswert." Theoretisch sollten im Idealfall die freien Körner dieser Kobalt-Samarium-Legierung, wenn sie in eine nicht-rmagnertische Ma'trix bis zu einem Volumenanteil von 1/2 eingebracht;sind und einen 'Äusrichtungsfaktor von 1,00 aufweisen und bis zur Sättigung magnetisiert sind, eine. Sättigungsmagnetisierung 4¹TTJ,, von etwa '4500 bis 5500 Gauß aufweisen, eine remanente Induktion B von etwa 4500 bis 5500 Gauß und einen Magnetisierungswert von etwa 4500 bis 5500 Gauß

etwa bei einem entmagnetisierenden Feld von/-4 Kilooersted aufweisen. Werden nach der vorliegenden Erfindung die freien Körner in eine

nicht-magnetische Matrix bis zu einem Volumenanteil von 1/2 ein-. - 3098A A/089 9

gebracht und darin entlang ihrer Vorzugsachsen der Magnetisierung magnetisch ausgerichtet, so daß sie einen Ausrichtungsfaktor von etwa 0,95 haben und bis zur Sättigungsmagnetisierung oder angenähert der Sättigungsmagnetisierung «magnetisiert, ζ. Β innerhalb von 10 % von der vollen Sättigungsmagnetisierung, dann hat der erhaltene Permanentmagnet einen MagnetJ.sierungswert 47Tj von etwa 4000 Gauß bei einem entmagnetisierenden Feld von -4 KiIooersted. V/erden andererseits zur Erreichung merklieh brauchbarer permanenter magnetischer Eigenschaften die erfindungsgemäßen freien Körner in eine nicht-magnetische Matrix bis zu einem Volumenanteil von 1/2 eingebracht, d.h. die freien Körner umfassen die Hälfte des Volumens des Permanentmagneten, und bis zur Sättigung oder angenähert der Sättigung magnetisiert, dann sollte der permanente Magnet einen Mindest-Magnetisierungswert 47Tj von etwa 2000 Gauß bei einem entmagnetisierenden Feld von -4 KiIooersted aufweisen.

Die Geschwindigkeit, mit der das vergütete Material abgekühlt wird, ist nicht kritisch und es kann eine Reihe üblicher Verfahren dazu verwendet werden, welche das Material dabei nicht in merklichem Ausmaß oxydieren. Vorzugsweise wird das vergütete Material in einer Atmosphäre abgekühlt, in der es im wesentlichen inert ist, z.B. in Argon oder Stickstoff oder es kann auch in einem Vakuum abgekühlt werden und im allgemeinen wird, das Material auf Raumtemperatur abgekühlt.

Der Gußkörper kann dann zu freien Körnern nach einer Reihe bekannter Verfahren zerkleinert werden, z. B,durch Reiben mit Mörser und Pistill, mittels eines Doppelscheibenpulverisators oder Backenbrechern. Die Zerkleinerung wird vorzugsweise in einer Atmosphäre durchgeführt, in der das Material im wesentlichen inert ist, wie in Argon oder Unter einem Vakuum,

In der vorliegenden Erfindung sind die Körner des Kobalt-Samarium-Gußkörpers Einkristalle und der Gußkörper wird zu freien.

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Körnern zerkleinert, die eine Größe haben, die der des Gußkörpers entspricht oder er wird zu freien Körnern zerkleinert, deren Größe geringer ist als die Korngröße des Gußkörpers. Die freien Körner haben im Einzelfall eine Größe im Bereich von etwa 50 bis 200 Mikron. Freie Körner, die eine Größe merklich oberhalb, von 200 Mikron aufweisen, zeigen keine brauchbaren permanenten magnetischen Eigenschaften. Darüber hinaus sollte die Zerkleinerung so durchgeführt werden, daß ein Hauptteil, z. B. mindestens 85 Gew.-% der freien Körner einkristalline freie Körner sind. Die einkristalline Struktur der freien Körner kann nach üblichen metallografisehen Techniken bestimmt werden, z.B. durch Röntgenstrahlbeugung. Vorzugsweise sind mindestens 95 Gew.-% oder im wesentlichen alle erhaltenen freien Körner einkristalline Körner. Da die schwächsten Bindungen in dem Gußkörper an den Korngrenzen existieren, findet das Zerbrechen des Gußkörpers während der Zerkleinerung üblicherweise bevorzugt an diesen Grenzen statt. In,der Praxis sollte der Gußkörper wegen des Zerbrechens vorzugsweise eine Korngröße aufweisen, die größer ist als die für die freien Körner gewünschte, um die größ^tmögliche Menge einkristalliner freier Körner zu erhalten.

Die freien Körner der vorliegenden Erfindung werden zur Herstellung von Permanentmagnete, η in eine nicht-magnetische Matrix eingebracht. Damit man eine befriedigende magnetische Ausrichtung der Körner erhält, werden die Körner in die nicht-magnetische Matrix eingebracht und, während die Matrix ausreichend flüssig gehalten wird, um die Körner in im wesentlichen nieht-blockierter Lage zu halten, wird ein ausrichtendes Magnetfeld auf die eingebrachten Körner angewendet, um diese im wesentlichen entlang' ihrer bevorzugten Achsen der Magnetisierung auszurichten, welches die ¹¹C"- oder Vorzugsachsen der Magnetisierung sind und, wenn es gewünscht ist, werden sie auch in gefordertem Maß magnetisiert. Da die Körner sich in einer im wesentlichen unverklemmten Lage befinden, können sich die eingebrachten einkristallinen Körner, die dem magnetisierenden Feld ausgesetzt sind, in einer Richtung

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drehen, die vom magnetischen Standpunkt aus die bevorzugte ist, d.h. sie richten sich entlang ihrer Vorzugsachsen der Magnetisierung aus. Während die magnetisch ausgerichteten Körner noch dem ausrichtenden Magnetfeld unterworfen sind, welches mindestens 4 Kilooersted aufweisen sollte, um eine zufriedenstellende Ausrichtung zu bewirken, d.h. einen Ausrichtungsfaktor von mindestens etwa 0,85, wird die nicht-magnetische Matrix verfestigt, um die Körner zu binden und sie in ihrer magnetisch ausgerichteten Position festzulegen. Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff "Ausriehtungsfaktor" ist das Verhältnis der remanenten Induktion B zur Sättigungsmagnetisierung Ji »I J , multipliziert mit dem

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Volumenpackungsanteil p. Das heißt der Ausrichtungsfaktor A = B M'TTj . p. in der Praxis kann häufig ein zusätzliches Magnetfeld auf die festgelegten ausgerichteten Körner angewendet werden, um diese bis zur vollen oder angenähert bis zur vollen Sättigungsmagnetisierung zu magnetisieren und die Stärke dieses magnetisierenden Feldes hängt im Einzelfall hauptsächlich vom Grad der Ausrichtung der Körner ab. Haben die Körner der vorliegenden Erfindung einen Ausrichtungsfaktor von mindestens 0,85, dann sollte ein solches Magnetisierungsfeld im allgemeinen eine Stärke im Bereich von 10 bis 100 Kilooersted aufweisen.

Nach einem anderen Vorgehen können, wenn es gewünscht ist, die freien Körner der vorliegenden Erfindung bis in die Nähe der Sättigung magnetisiert und dann in die flüssige nicht-magnetische Matrix eingebracht werden, woraufhin ein ausrichtendes Magnetfeld auf die eingebrachten magnetisieren Körner angewandt wird, um diese entlang ihren Vorzugsachsen der Magnetisierung auszurichten, bevor die Matrix verfestigt wird, um die ausgerichteten Körner in dieser Position festzulegen.

Die für die Herstellung der Permanentmagnete der vorliegenden Erfindung brauchbaren Materialien für die nicht-magnetische Matrix.können in weitem Rahmen variieren. Sie können z. B. ein

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Kunststoff oder Harz, ein Elastomer oder Gummi oder ein nichtmagnetisches Metall sein, wie z. B. Blei, Zinn, Zink, Kupfer oder Aluminium. Die Menge, bis zu welcher die Körner in die Matrix eingebracht werden, d.h. der Volumenpackungsanteil der erfindungsgemäßen Körner, kann innerhalb weiter Grenzen.variieren und hängt von den im Einzelfall gewünschten permanenten magnetischen Eigenschaften ab. Im allgemeinen können die freien Körner der vorliegenden Erfindung bis zu einem Maximalanteil von etwa 50 Volumenprozent eingebracht werden.

Permanentmagnete mit brauchbaren permanenten magnetischen Eigenschaften.für eine. Vielzahl von Anwendungen sind erhältlich, wenn man die Körner der vorliegenden Erfindung in eine nichtmagnetische Matrix einbringt und magnetisiert. Die erhaltenen Permanentmagnete haben eine brauchbare im wesentlichen stabile Magnetisierung ^TTj in Luft bei Zimmertemperatur und im allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von Zimmertemperatur bis zu etwa 75°C. Die Permanentmagnete der vorliegenden Erfindung sind brauchbar in Telefonen, elektrischen Klingeln, Radios, Fernsehern und Plattenspielern. Sie sind auch in tragbaren Geräten verwendbar, wie elektrischen Zahnbürsten und elektrischen Messern und um Automobilzubehör zu betätigen. In industriellen Einrichtungen können die erfindungsgemäßen Permanentmagnete in so verschiedenen Anwendungen gebrauchtwerden, wie Meßgeräten und Instrumenten, magnetischen Separatoren, datenverarbeitenden Maschinen·und Mikrowellengeräten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Dabei sind alle in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, sofern nichts anderes gesagt ist. Die Bedingungen und Verfahren der Beispiele sind, sofern etwas anderes nicht ausgeführt ist, die folgenden: " ' . ■ ■

Die Kornstruktur des festen Kobalt-Samarium-Gußkörpers wurde durch Abschleifen eines Teiles des Gußkörpers, Polieren und Unter-

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suchen unter einem Mikroskop bestimmt. Das Vergüten wurde in jedem Falle in einer inerten Atmosphäre gereinigten Argons durchgeführt und nach Beendigung des Vergütens wurde das vergütete Produkt in eine Kammer überführt, die eine Atmosphäre aus Argon von Raumtemperatur enthielt und dort wurde das Produkt auf Raumtemperatur abgekühlt.

Der feste Kobalt-Samarium-Gußkörper wurde in einer Stickstoffatmosphäre von Raumtemperatur mittels eines Doppelscheibenpulverisators zerkleinert.

Die Größe der freien Körner wurde mit bekannten Verfahren unter Verwendung von US-Standardsieben bestimmt. Die als "wie gemahlen" bezeichneten Proben wurden nicht vergütet. Alle magnetischen Messungen wurden bei Zimmertemperatur ausgeführt. Um die magnetischen Eigenschaften jeder Kornprobe zu bestimmen, wurden die Körner in ein geschmolzenes flüssiges Paraffinwachs in einem engen Glasrohr bis zu einem Volumenanteil von 50 % eingebracht. Das Wachs war ausreichend flüssig, so daß sich die Körner im wesentlichen unverklemmt in ihrer Lage befanden. Ein ausrichtendes Magnetfeld wurde dann auf die eingebrachte Probe ausgeübt, um die Körner entlang ihrer Vorzugsachsen der Magnetisierung auszurichten und das Wachs wurde in dem ausrichtenden Magnetfeld abgekühlt,, bis es sich verfestigte und die magnetisch ausgerichteten Körner in dieser Position festlegte.

Unter den Bedingungen, die in den folgenden Beispielen genannt sind, war der erhaltene Ausrichtüngsfaktor mindestens etwa 0,85 und die Körner waren mindestens bis in die Nähe der Sättigungsmagnetisierung magnetisiert, d.h. innerhalb 10 % von der vollen Sättigungsmagnetisierung.

Die relative Magnetisierung 4'TTj/B wurde bei Entmagnet—tsierungs· feldern gemessen, wobei man von dem Entmagnetisierungsfeid null

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ausging. Bei diesem Feld null beträgt die relative Magnetisierung . ffi J/B_r definitionsgemäß 1,00. " . .'

Beispiel 1

Etwa 500 g einer, Legierungsschmelze aus 63 % Kobalt und 37 # Samarium wurde durch Induktionsschmelzen unter gereinigtem Argon in einem Aluminiumoxydtiegel mit einem inneren -Durchmesser von etwa 5 cm (2 Zoll) und einer Höhe von etwa 8,7 cm (3 1/2 Zoll) hergestellt. Die flüssige-Schmelze füllte etwa die Hälfte des Tiegels aus und sie wurde in einer Argonatmosphäre von Zimmertemperatur gehaltenj um langsam abzukühlen. Zur Gewinnung der erhaltenen festen Gußlegierung wurde der Tiegel mit einem Hammer zerbrochen. Die Körner der Gußlegierung lagen in einem Größenbereich von etwa 100 bis 1000 Mikron.

Die Gußlegierung wurde in einer Stickstoffatmosphäre mittels eines Doppelscheibenpulverisators zerkleinert und man erhielt eine Mischung freier Körner mit einer Größe im Bereich von etwa 7^ bis 104 Mikron, wobei 95 % der erhaltenen Körner einkristalline freie Körner waren. Ein Teil dieser Mischung wurde abgetrennt und als Probe A verwendet, um die Eigenschaften des Materials, wie es gemahlen erhalten wird, zu bestimmen. Der verbleibende Teil dieser Mischung freier Körner wurde in einem Tantaltrog ausgebreitet und bei einer Temperatur von 1120⁰C Minuten vergütet. Ein Teil dieser vergüteten Körner wurde als Probe B verwendet.

Ein ausrichtendes Magnetfeld von 12 Kilooersted wurde auf Jede Probe angewendet. Die Beständigkeit gegen Entmagnetisierung jeder Probe bei verschiedenen Entmagnetisierung^feldern wurde dann bei Raumtemperatur gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Fig. 1 dargestellt. Diese Fig. 1 zeigt, daß positive Magnetisierungswerte in. Gegenwart des Entmagnetisierungsfeldes H „ aufrechterhalten werden können. Der Fig. 1 kann weiter entnommen

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^n, daß die Probe A, die aus Material besteht, wie es durch Mahlen erhalten wurde, nur geringe permanente magnetische Eigenschaften aufweist und daß diese Probe bei einem Entmagnetisierungsfeld von -2,8 Kilooersted vollständig entmagnetisiert wird, was diese Probe für die- meisten Anwendungen für Permanentmagnete unbrauchbar macht. Im Gegensatz dazu wird die Probe B, welche ein Beispiel für die vorliegende Erfindung ist,, selbst'bei einem Entmagnetisierungsfeld von mehr als -10 Kilooersted nicht vollständig entmagnetisiert und diese P,robe zeigt bei einem Feld von -H Kilooersted einen relativen Magnetisierungswert von mehr als 50 %, wodurch diese Probe für eine Vielzahl von Anwendungen von Permanentmagneten geeignet ist, so z. B. für ein Drehmagnet-Meßgerät (moving magnet meter).

Beispiel 2

Das im vorliegenden Beispiel verwendete Verfahren ist das gleiche wie in Beispiel 1, ausgenommen, daß eine andere Vergütungszeit,· -temperatur und ein anderes ausrichtendes Magnetfeld verwendet wurde. Im einzelnen wurde eine Probe C aus Körneingebildet, wie sie durch Mahlen erhalten wurden. Die Körner der Probe D wurden 1/2 Stunde bei 1100⁰C vergütet. Die Körner der Probe E wurden 1/2 Stunde bei 1100⁰C vergütet, dann der Ofen auf 900°C abgekühlt und eine weitere Stunde bei 900⁰C vergütet. Die Körner Probe F wurden 1/2 Stunde bei 1100⁰C vergütet, dann der Ofen auf 900°C
gütet.

kühlt und eine weitere Stunde bei 900⁰C vergütet. Die Körner der

be F wurden 1/2 Stunde bei 1100⁰C vergütet, dann der O 900°C abgekühlt und die Probe weitere 14 Stunden bei 900⁰C verAuf jede Probe wurde ein ausrichtendes Magnetfeld von 17 Kilooersted angewendet. Der Widerstand gegenüber Entmagnetisierung jeder Probe wurde dann bei verschiedenen entmagnetisierenden Feldern bei Raumtemperatur gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. dargestellt. Der Fig. 2 kann entnommen werden, daß die Probe C aus dem Material, wie es durch Mahlen erhalten wurde, nur geringe permanente magnetische Eigenschaften aufweist und daß diese Probe

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bei einem entmagnetisierenden Feld von etwa -2,8 Kilooersted vollständig entmagnetisiert wurde. Im. Gegensatz dazu hatten, die Proben D, E und F, welche Beispiele für die vorliegende Erfindung sind, permanente magnetische Eigenschaften, die sie für eine Vielzahl Permanentmagnet-Anwendungen brauchbar machen, wie die hohen Magnet—isierungswerte zeigen, welche diese Proben bei Entmagnetisierungsfeldern von -4 Kilooersted und höher aufrecht-

Beispiel 3

Das in diesem Beispiel verwendete Verfahren ist das gleiche wie das in Beispiel 1 beschriebene, außer hinsichtlich der Größe der freien Körner, der Vergütungszeit, -temperatur und des ausrichtenden Magnetfeldes. Die Mischung freier Körner dieses Beispiels lag im Größenbereich von 104 bis 147 Mikron, wobei etwa 95 % dieser Körner einkristalline freie Körner waren. Eine Probe G wurde aus dem Material hergestellt, wie es durch Zerkleinern erhalten wurde. Die Körner der Probe H wurden 172 Stunde bei 110Ö°C vergütet. Die Körner der Probe I xvurden 1/2 Stunde bei 1100 C vergütet, danach der Ofen auf 900 C abgekühlt und die Probe eine weitere Stunde bei 900 C vergütet. Die Körner der Probe J wurden 1/2 Stunde bei 1100⁰C vergütet, danach der Ofen auf 900⁰C abgekühlt und die Probe weitere lh Stunden.bei 900°C vergütet. Ein ausrichtendes Magnetfeld von 17 Kilooersted wurde auf -3ede Probe angewendet. Die Beständigkeit gegenüber Entmagnetisierung für jede Probe ist in der Fig, 3 gezeigt. Dieser Figur kann entnommen werden, daß die Probe G aus dem Material, wie es durch Zerkleinern erhalten wurde, nur schlechte permanente magnetische Eigenschaften aufweist und daß diese Probe bei einem entmagnetisierenden Feld von etwa -1,3 Kilooersted vollständig entmagnetisiert wurde. Merklich brauchbare permanent-magnetische Eigenschaften zeigte nur die Probe J, die noch bei einem entmagnetisierenden Feld von -¹J Kilooersted einen relativen Entmagnetisierungswert von mindestens 50 % aufwies.

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Beispiel 4

Es wurden 4 Kobalt-Samarium-Graßi^erungen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt. Die zur Bildung der Probe K verwendete Legierung enthielt 63 % Kobalt und 37 % Samarium. Die Probe L war aus 64 % Kobalt und 36 % Samarium zusammengesetzt, die Probe M enthielt 65 % Kobalt und 35 % Samarium und die Probe E bestand aus 66 % Kobalt und 34 % Samarium. Die Körner jeder der Gußlegierungen lagen im Größenbereich von 100 bis 1000 Mikron.

Jede Gußlegierung wurde bei Raumtemperatur in einer Stickstoffatmosphäre mittels eines Doppelscheibenpuiverisators zerkleinert und man erhielt freie Körner mit einer Größe im Bereich von 104 bis 147 Mikron. Eine Probe der freien Körner jeder der Legierungen wurde 16 Stunden bei 1100⁰C vergütet. Jede vergütete Probe freier Körner wurde bei Raumtemperatur mit einem magnetisierenden Feld von 60 Kilooersted vormagnetisiert, bevor die Körner in ein geschmolzenes Paraffinwachs eingebracht wurden. Ein ausrichtendes Magnetfeld von 17 Kilooersted wurde auf jede eingebrachte Körnerprobe angewandt. Die Beständigkeit gegenüber Entmagnetisierung jeder -dieser Proben ist in Beispiel 4 dargestellt. Alle in Pig. 4 aufgetragenen Proben sind Beispiele für die vorliegende Erfindung und zeigen, welche hohen Magnetisierungswerte bei hohen entmagnetisierenden Feldern aufrechterhalten werden können und diese Proben sind brauchbar für eine Vielzahl von Anwendungen für Permanentmagnete.

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Claims

- 18 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung grob körnigem i Kobalt-Samarium-Materiäls für Permanentmagnete nAifc torauch- ■ baren permanenten magnetischen Eigenschaften,, dadurch ge k'e nn ζ e ich η e t, daß man ziunr Heirstelliuing eines festen Gußkörpers, in dem die einkristalXinem Kammer eine Größe im Bereich von etwa 100 bis lOOp WUaroim amftoeiseira, eine Legierung aus Kobalt und Samarium vergießt;, im der der Samariumgehalt im Bereich von 34 bis 38 Gew.-S der ILejglenuing liegt, daß man den festen Gußkörper in einer Atmosphäre_s im welcher er im wesentlichen inert ist, bei einer Temiperattunr ium Bereich von 9OO⁰C bis zu einer Temperatur unterhalte seines Schmelzpunktes für eine Dauer von etwa 5 Minuten bis 2% Stumden ver-

. gutet und man anschließend den vergütetem GnAkorpep zerkleinert, um freie Körner mit einer' Größe zui erlialteini_s ^-^e der. Größe der freien Körner in dem Gußkörper emtepridhifc oder geringer ist, wobei die freien Körner im GröiBemSsereicln von etwa 50 bis 200 Mikron liegen und mindestens 85 Gew.-S der freien Körner einkristalline freie Körner sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergütungstemiperatur im Bereich von etwa 1100 bis 1200°C liegt.

3· Verfahren nach Anspruch-1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t, daß mindestens 95 Gew.-% der freien Körner einkristalline Körner sind. '

4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß' die freien Körner magnetisiert werden und einen relativen Magnetisierungswert VfT-J/B -tow mindestens 50 % bei einem entmagnetisierenden Feld vom -h Kilooersted zeigen, wobei 4'77"J der Magnetisierungswert; nrnd B_die remanente Induktion ist. ^;

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennsei chnet, daß die freien Körner in eine nicht-magnetische Matrix" eingebracht werden, wobei die Matrix eine Konsistenz aufweist, welche die Körner in im wesentlichen unverklemmter Position hält, daß man auf diese unverklemmt eingebrachten Körner ein Magnetfeld von mindestens 4 Kilooersted anwendet, um die Körner entlang ihrer Vorzugsachsen der Magnetisierung auszurichten und man schließlich durch Verfestigen des nicht-magnetischen Matrixmaterials die magnetisierten Körner in ihrer magnetisch ausgerichteten Position festlegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-magnet!sehe Matrixmaterial ausgewählt ist aus Kunststoffen, Elastomeren, Metallen und Wachs.

7. Verfahren zur Herstellung grobkörnigen intermetallischen Kobalt-Samariuia-Haterials für Permanentmagnete mit brauchbaren permanenten magnetischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung eines festen Gußkörpers, in welchem die einkristallinen Körner eine Größe im Bereich von etwa 100 bis 1000 Mikron aufweisen, eine Legierung aus Kobalt und Samarium vergießt, in welcher der Samariumgehalt im Bereich von 34 bis 38 Gew.-% der Legierung liegt, daß man den festen Gußkörper unter Bildung freier Körner zerkleinert, wobei die Körner eine Größe wie die Körner des Gußkörpers aufweisen oder kleiner sind und die freien Körner eine Größe im Bereich von etwa 50 bis 200 ' Mikron aufweisen und mindestens 85 Gew.-# der freien Körner einkristalline^v freie Körner sind und daß man die freien Körner in einer Atmosphäre, in welcher sie im wesentlichen inert sind und bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 1200°C für eine Dauer von etwa 5 Minuten bis 24 Stunden vergütet.

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Verf' -η nach Anspruch 7, d a d u r c h g e kenn ζ c h η e t, daß die freien Körner magnetisiert werden u. . eine relative Magnetisierung 4 ti J/3 von mindestens 50 / bei einem entmagnetisierenden Feld von -4 Kilooersted aufweisen, wobei 4 // J di
nente Induktion ist.

weisen, wobei 4 // J der Magnetisierungswert und B die rema-

9. '»cnanren nacn Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 95 Gew.-% der freien Körner einkristalline freie Körner sind.

10. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die freien Körner in eine nicht-magnetische Matrix eingebracht werden, die eine Konsistenz aufweist, durch welche die freien Körner in einer im wesentlichen unblockierten Position gehalten werden, daß man auf die unblockierten eingebrachten Körner ein Magnetfeld von mindestens 4 Kilooersted anwendet, um die Körner entlang ihrer Vorzugsachsen der Magnetisierung auszurichten und man schließlich durch Verfestigen des nicht-magnetischen Matrixmaterials die magnetisierten Körner in ihrer magnetisch ausgerichteten Position festlegt. ·

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-magnetische Matrixmaterial ausgewählt ist aus Kunststoffen, Elastomeren, Metallen und Wachs.

12. Vergütete freie Körner aus intermetallischem Kobalt-SamariumMaterial für Permanentmagnete, ge k e η η ζ e i c h η e t durch einen Samariumgehalt im Bereich von etwa-34 bis 38 Gew.-% des intermetallischen Kobalt-Samarium-Materials_/ einen Größenbereich der vergüteten freien Körner von etwa 50 bis 200 Mikron^wobei mindestens 85 Gew.-# der freien Körner einkristalline Körner sind und die vergüteten freien Körner

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in magnetisierter Form einen relativen Magnetisierungswert 4'TTj/B von mindestens 50 % bei einem entmagnetisierenden Feld von -¹J Kilooersted aufweisen, wobei KVJ der Magnetisierungswert und B die remanente Induktion ist.

13. Vergütete freie Körner aus intermetallischem Kobalt-Samarium-Material für Permanentmagnete, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 35 Gew.-% Samarium, eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 100 bis 150 Mikron, mindestens 95 Gew.-% einkristalline Körner und, in magnetisierter Form, einen relativen Magnetisierungswert ^TT von mindestens 50 % bei einem entmagnetisierenden Feld von -U Kilooersted, wobei 4'TTj der Magnetisierungswert und B die remanente Induktion sind.

14. Permanentmagnet, dadurch gekennzeieh net, daß er als aktive magnetische Komponente die vergüteten freien Körner des Anspruches 12 aufweist.

15. Permanentmagnet, dadurch' gekennzeich net, daß er als aktive magnetische Komponente die vergüteten freien Körner des Anspruches 13 aufweist.

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