DE2320122A1

DE2320122A1 - Verfahren zum herstellen eines materials fuer permanentmagnete

Info

Publication number: DE2320122A1
Application number: DE2320122A
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Haberer
Original assignee: SERMAG
Current assignee: SERMAG
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1392915A; US3844851A; CH573653A5; FR2182635B1; FR2182635A1; NL7305987A; NL182847C; NL182847B; IT993556B; DE2320122C2

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. l.ANGHCFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

MÜNCHEN 81 · WISSMANNSTRASSE 14 · TELEFON 932774 · TELEGRAMMADRESSE: LANQHOFFPATENT MÜNCHEN

München, den 19. April 1973 Unser Zeichen: 115-1213

Societe" d^fEtudes et de Recherches Magnetiques, S.A. 1-5 Rue Alfred Gueymard, P - 38²IOl Saint-Martin d'Heres

Verfahren zum Herstellen eines^Materials_für_Permanentmagnete

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Samarium und Kobalt enthaltenden Materials für Permanentmagnete, gemäß dem ein Pulver einer Legierung dieser beiden Stoffe hergestellt, das Pulver unter hohem Druck komprimiert wird bei gleichzeitiger Anwendung eines Magnetfeldes zum Orientieren der magnetischen Pulverteilchen, darnach eine Wärmebehandlung der derart behandelten Teile durchgeführt und diese dann gesintert werden.

Es ist bekannt, daß bislang die industrielle Fertigung eines derartigen Materials mit großen Schwierigkeiten verbunden ist. Insbesondere ist es bisher unmöglich, genau die Verbindung Sm COr, die die besten magnetischen Eigenschaften hat, direkt zu sintern. Hierbei entsteht unvermeidlich eine Verdampfung von Samarium von der Oberfläche, wodurch um die Kornbereiche der'Legierung Sm Co₅ eine kobältreichere Schicht entsteht, etwa die Legierung Sm₃ Co,₇, die keine guten Eigenschaften für Permanentmagnete hat. Es kommt dabei zu einem Nebenschluß zwischen den Kornbe-

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' Standiger altgemeiner Vertreter nach S *β PatAnwO, zugelassen bei den Landgerichten München I und II.

reichen, der die magnetischen Eigenschaften des Materials zerstört. Diese kobaltreiche Schicht hat darüber hinaus einen besonders hohen Schmelzpunkt, der das Sintern erschwert.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist bereits vorgeschlagen worden, für die Legierung Samarium- und Kobaltgehalte zu verwenden, die der Bildung von Sm Co₁- und Sm₂ Coentsprechen. Dafür wird ein Gehalt an Kobalt von etwa 3^ bis h2 Gewichtsprozenten verwendet.

Ein bekanntes Herstellungsverfahren, das von einer derartigen Zusammensetzung ausgeht, besteht darin, ein aus der vorbeschriebenen Legierung bestehendes Pulver unter hohem Druck zu einer kompakten Masse zu komprimieren und diese Masse einem orientierten Magnetfeld auszusetzen sowie eine Wärmebehandlung anzuschließen mit einer Sinterung bei einer Temperatur von etwa 1.100° C. Bei diesem Herstellungsverfahren werden Hitzeschocks vermieden, das heißt die Masse wird langsam bis zur Sintertemperatur erhitzt und dann wieder langsam auf die Umgebungstemperatur abgekühlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, welches zu einem Material mit besseren magnetischen Eigenschaften führt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß vor dem Sintern eine zusätzliche Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 600 bis 1.000° C_;vorzugsweise bei etwa 750° C durchgeführt wird. Dadurch erhöht sich die Dichte und die Remanenz des Endproduktes. Durch ein abermaliges Erhitzen nach vorangegangenem Sintern und Abkühlen läßt sich in an sich bekannter Weise die Koerzitivkraft und die Induktion des Materials wesentlich erhöhen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Material nach der abermaligen Wärmebehandlung rasch aus dem

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Ofen herausgenommen und plötzlich abgeschreckt. Dadurch erhöht sich die Koerzitivkraft des Endproduktes erheblich.

Die Erfindung ist im folgenden an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Es wird eine Legierung hergestellt aus Samarium und Kobalt, welch letzteres einen Reinheitsgrad von 99,95% haben sollte. Das Samarium wird in Form von Fasern verwendet.und zu einem ■ kompakten Barren geschmolzen. Der Anteil an Samarium beträgt 35 bis 42 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 37? ·

Es wird beispielsweise eine Charge von 700 Gramm hergestellt aus 259 Gramm Samarium und 44l Kobalt. Das Schmelzen erfolgt in einem Induktionsofen mit einer Leistung von 30 kW bei einer Frequenz von 4 KHz, vorzugsweise nach einem Verfahren, das in der deutschen Patentanmeldung P 21 61 461.9 beschrieben ist. Dieses Verfahren besteht darin, daß zuerst Kobalt geschmolzen wird in einem Schmelztiegel aus rekristallisiertem Aluminiumoxyd bei einer Temperatur von etwa 1.500° C, sodann eine Abkühlung des Schmelzgutes bis auf 1.100° C erfolgt und der Samariumbarreii in den Inhalt des Schmelztiegels eingetaucht wird. Das Samarium diffundiert dann in das Kobalt. Sobald sich die Legierung gebildet hat, wird eine Minute lang wieder erhitzt, um die Legierung zu verflüssigen und zu homogenisieren, und die Masse sodann in eine Graphitform gegossen.

Das derart erhaltene Material wird sodann zerrieben und zu einem Pulver zermahlen, dessen Körnchengrö&e, gemessen nach Fisher, etwa 4 Mikron beträgt. Die Koerzitivkraft dieses Pulvers, gemessen nach Sättigung in einem Feld von 95.OOOOersted, liegt bei 10.000 Oersted.

Dieses Pulver wird sodann mit einem Schmiermittel vermischt, um die anschließende Druckbehandlung zu erleichtern, sodann

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Magnetmaterialien, die ohne die Wärmebehandlung vor'dem Sintern hergestellt sind.

Ein Magnetmaterial, welches bei einer Temperatur von 1.115° C während 30 Minuten gesintert worden 1st, hat ohne die Wärmebehandlung vor dem Sintern die folgenden Eigenschaften: Dichte: 88% der theoretischen Dichte Br = 6.800 Gauß

Mit einer Wärmebehandlung gemäß der Erfindung vor dem Sintern bei 750° C während 20 Minuten ergeben sich die folgenden Werte:

Dichte: 9%% der theoretischen Dichte Br = 7.250 Gauß

Die Wärmebehandlung gemäß der Erfindung führt zu einem Magnetmaterial, welches eine genügende Kohäsion aufweist, so daß es bearbeitet werden kann. Die Bearbeitung läßt sich in einer Stufe des Herstellungsverfahrens leichter durchführen als an dem Endprodukt, wo die Teile bereits ihre maximale Dichte aufweisen.

Die Sinterung erfolgt in dem Quarzrohr, wobei die Temperatur desselben während 10 Minuten von 750° C auf einen Wert von 1.050 bis 1.150° C erhöht wird. Genauer gesagt erfolgt die Temperaturerhöhung in der Weise, daß das Quarzrohr langsam von einer Zone in eine andere Zone des Heizofens geschoben wird. Das Behandlungsgut wird 10 bis 60 Minuten lang auf der Sintertemperatur gehalten, die in der zweiten Zone des Ofens herrscht. Das Quarzrohr wird sodann schnell in die umgebende Atmosphäre gebracht und kühlt sich dort langsam ab.

Die auf diese Weise hergestellten Magnetmaterialien haben

folgende Werte: , ...

Dichte: 9k% des theoretisch möglichen Wertes Br = 7.9OO Gauß

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in einem Impulsfeld vormagnetisiert, etwa nach dem Verfahren gemäß der deutschen Patentanmeldung P 21 65 054, und sodann in eine zylindrische Form gebracht durch Verdichten des Pulvers mit einem Druck von 2.000 kg/cm in Anwesenheit eines Magnetfeldes von 10.000 bis 15.OOO Oersted parallel zur Kompressionsrichtung.

Das gepreßte zylinderförmige Teil hat nach Verlassen der Presse die folgenden Eigenschaften: Dichte = 5,25 ( = -62% der theoretisch möglichen Dichte) Hemanente Induktion Br = 4.000 Gauß Koerzitivkraft Hc = 4.000 Oersted

Die komprimierten Teile werden in eine feuerfeste Brennkapsel aus nicht rostendem Stahl eingebracht und mit einem Pulver aus einer Legierung von Samarium umgeben, welche einen höheren Schmelzpunkt hat als die Grundlegierung der deutschen Patentanmeldung P.21 65 054.4. Die Brennkapsel wird sodann in ein feuerfestes Rohr, etwa aus Quarz, eingebracht, dessen eines Ende verschlossen ist und dessen anderes Ende mit einer Pumpe verbunden ist.

Das Quarzrohr wird evakuiert bis zum Erreichen eines Primärvakuums, wobei eine Umgebungstemperatur von 200° C aufrechterhalten wird. Sodann wird ein inertes Gas eingeführt, etwa Helium oder Argon, unter einem Druck von einer Atmosphäre. Sodann erfolgt die Wärmebehandlung vor dem Sintern auf folgende Weise: Das Quarzrohr wird in einen Ofen eingebracht, der auf einer Temperatur zwischen βΟΟ und 1.000° C, vorzugsweise von etwa 750° C gehalten ist, und verbleibt dort während einer Zeit von 2 bis 60 Minuten, vorzugsweise 20 Minuten lang.

Durch diese Wärmebehandlung vor dem eigentlichen Sintern erfolgt eine endgültige Verdichtung nach dem Sintern und eine Erhöhung der remanenten Induktion im Vergleich zu

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Hc = ή.600 Oersted

Magnetgüte (BH)max = 1*1.500 Gauß χ Oersted

Die Endprodukte werden sodann weiter auf an sich bekannte Weise wärmebehandelt, um die Koerzitivkraft und die remanente Induktion zu erhöhen. Dies erfolgt auf folgende Weise:

Das Behandlungsgut wird wiederum von dem vorstehend genannten Legierungspulver umgeben und in eine Brennkapsel gelegt, sodann unter Vakuum gesetzt und anschließend Helium in ein Rohr aus feuerfestem rostfreiem Stahl gebracht. Dieses Rohr wird in den Ofen geschoben und während 5 bis 48 Stunden, vorzugsweise während 24 Stunden auf einer Temperatur unterhalb der Sintertemperatur, etwa 900° C gehalten.

Nach dieser Behandlung haben die Magnetmaterialien die folgenden Eigenschaften:

Dichte: 9k% der theoretisch möglichen Dichte Br = 7.900 Gauß

Hc = 5.500 Oersted

Güte = 15.100 Gauß χ Oersted

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Behandlungsgut nach dieser Verfahrensstufe schnell abgekühlt, indem das Rohr aus feuerfestem Stahl schnell aus dem Heizofen gezogen wird und in Wasser abgeschreckt wird.

Die Eigenschaften des Magnetmaterials nach dieser Verfahrensstufe sind die folgenden:

Dichte: 94$ der'theoretisch möglichen Dichte Br = 7.900 Gauß
Hc = 7.000 Oersted
Güte = I5.5OO Gauß χ Oersted

Man erkennt, daß die Koerzitivkraft wesentlich erhöht ist.

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Die günstigen Eigenschaften der gemäß der Erfindung hergestellten Magnetmaterialien scheinen daher zu rühren, daß das Magnetmaterial die beiden Phasen Sm Co₅ und Sm₂ Go₇ enthält. Bei der plötzlichen Abkühlung scheinen diese beiden Phasen gleichzeitig, jedoch ungeordnet zu bestehen in dem Augenblick der Wärmebehandlung.

Die Wärmebehandlung vor dem Sintern scheint also diese beiden Phasen zu ordnen, indem die Phase Sm₂ Co₇ die Körner aus Sm Co₁- umgibt.

Beim Sintern befindet sich die Phase Sm₂ Co₇ auf einer Temperatur in der Nähe ihres Schmelzpunktes, so daß das Sintern bei Anwesenheit dieses Materials mit niedrigem Schmelzpunkt in den Korngrenzen geschieht und daher erleichtert ist. Daraus folgt auch eine Erhöhung der Dichte. Die Anwesenheit der Phase Sm₂ Co₇ um. die Körner aus Sm Co₁-verhindert eine Verdampfung von Samarium und daher die Bildung von Sm₂ Co₁₇* und zwar umso mehr, da der Übergang von der Wärmebehandlung vor dem Sintern zur Sintertemperatur recht schnell geschieht.

Die kristalline Struktur des Sinterproduktes entspricht im wesentlichen der Legierung Sm Co₁-, wobei die Anwesenheit der Phase Sm₂ Co₇ nur zu nicht geordneten Fehlstellen führt. Die Sättigungsmagnetisierung des Endproduktes liegt daher sehr nahe dem idealen Wert, der durch die Phase Sm Co₁- bestimmt wird.

In der nochmaligen Wärmebehandlung bei etwa 900° C befindet sich die Legierung in einem Homogenitätsbereich von Sm Co₁- und weist daher eine große Anisotropie auf. Wenn man das Material dann langsam abkühlen läßt, erfolgt eine Entmischung der beiden Phasen Sm Co_c * Sm Co- oder Sm Co_c + Sm₀ Co₁₇.

Diese Entmischung, die die magnetischen Eigenschaften des

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Endproduktes mehr oder weniger ungünstig beeinflußt, wird wahrscheinlich durch die plötzliche Abkühlung vermieden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Samarium und Kobalt enthaltenden Materials für Permanentmagnete, gemäß dem ein Pulver einer Legierung dieser beiden Stoffe hergestellt, das Pulver unter hohem Druck komprimiert wird bei gleichzeitiger Anwendung eines Magnetfeldes zum Orientieren der magnetischen Pulverteilchen, und darnach eine Wärmebehandlung der derart behandelten Teile durchgeführt wird, die eine Sinterung mit nachfolgender Abkühlung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sintern eine zusätzliche Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 600 bis 1.000° C, vorzugsweise 750° C durchgeführt wird. . \. >

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abkühlung nach dem Sintern durch plötzliches Abschrecken durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet y daß das Sintern bei einer Temperatur zwischen 1.050 und 1.150° C, vorzugsweise bei 1.115° C während 10 bis 60 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten durchgeführt wird, und daß die Wärmebehandlung vor dem Sintern während 2 bis 60 Minuten, vorzugsweise während 20 Minuten durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangsmaterial einen Samariumgehalt zwischen 35 und l\2 Gewichtsprozenten, vorzugsweise von etwa 37 Gewichtsprozenten hat.

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Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , daß die Legierung durch Schmelzen von Kobalt bei einer Temperatur von etwa 1.500° C erfolgt, daß das geschmolzene Kobalt auf 1.100° C abgekühlt und Sodann Samarium in diese abgekühlte Schmelze diffundiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Legierungspulver komprimiert und anschließend von einem Pulver einer Samariumlegierung umgeben wird, deren Schmelzpunkt oberhalb desjenigen der Legierung des Magnetmaterials liegt.

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