DE2320122C2

DE2320122C2 - Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Dauermagnet-Legierung

Info

Publication number: DE2320122C2
Application number: DE2320122A
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Saint-Martin d`Heres Haberer
Original assignee: Aimants Ugimag Sa Saint Pierre D'allevard Isere Fr Ste
Current assignee: Aimants Ugimag Sa Saint Pierre D'allevard Isere Fr Ste
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1983-09-29
Also published as: FR2182635B1; US3844851A; DE2320122A1; NL182847C; GB1392915A; NL7305987A; CH573653A5; IT993556B; FR2182635A1; NL182847B

Description

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Es ist bekannt, daß bislang die industrielle Fertigung von Dauermagnet-Legierungen auf der Basis von Co/Sm mit großen Schwierigkeiten verbunden war. Insbesondere war es bisher unmöglich, genau die Verbindung SmCos, die die besten magnetischen Eigenschaften hat, direkt zu sintern. Hierbei verdampft unvermeidlich Samarium von der Oberfläche, wodurch an den Korngrenzen der Legierung SmCos eine kobaltreichere Schicht entsteht, etwa SmjCoiz, die keine guten Eigenschaften für Dauermagnete jedoch einen besonders hohen Schmelzpunkt hat, der das Sintern erschwert Man hat auch schon versucht, diese Schwierigkeiten durch Legierungen mit einem Kobaltgehalt von etwa 34 bis 42Gew.-% zur Bildung von SmCos und Sni2Co7 zu vermeiden.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von gesinterten Dauermagnet-Legierungen aus Kobalt und 35 bis 42 Gew.-% Samarium, bei dem ein Legierungspulver hergestellt und dieses unter hohem Druck in einem Magnetfeld gepreßt und der Preßkörper bei einer Temperatur >1050°C während zumindest 10 min gesintert wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung einer gesinterten Dauermagnet-Legierung besserer magnetischer Eigenschaften in einfacher und sicherer Weise.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebene Wärmebehandlung gelöst. Durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung wird die Dichte und die Remanenz Br des Sinterprodukts erhöht. Durch ein abermaliges Erhitzen natch Sintern und Abkühlen läßt sich in an sich bekannter Weise die Koerzitivfeldstäike eM:Und die Induktion wesentlich erhöhen.

Bevorzugt wird das Sinterprodukt nach der Wärmebehandlung abgeschreckt, was zu einer weiteren Verbesserung der Koerzitiv feldstärke des Dauermagneten führt

Es wird eine Legierung aus Samarium und Kobalt (99,95%) hergestellt. Das Samarium wird in Form von Fasern verwendet Und zu einem kompakten Barren geschmolzen. Der bevorzugte Anteil an Samarium beträgt etwa 37%.

Es wird beispielsweise eine 700 g Charge hergestellt aus 259 g Samarium und 441 g Kobalt, und zwar in einem Induktionsofen mit einer Stromaufnahme von 30 kW bei einer Frequenz von 4 KHz (DE-PS 21 61 461), ir,; dem zuerst Kobalt in einem Tiegel aus kristallinem Aluminiumoxid bei etwa 1500⁰C geschmolzen, die Schmelze auf 1000⁰C abgekühlt und der Samariumbarren in die Schmelze getaucht wird. Das Samarium diffundiert in das Kobalt Sobald sich die Legierung gebildet hat, wird noch 1 min erhitzt, um die Legierung zu verflüssigen und zu homogenisieren, und die Schmelze dann in eine Graphitform gegossen.

Die erstarrte Schmelze wird zerkleinert und zu einem Pulver von etwa 4 μπι nach Fisher zermahlen. Die Koerzitivfeldstärke dieses Pulvers, gemessen nach Sättigung in einem Feld von 7562 kA/m liegt bei 796 kA/m.

Dieses Pulver wird mit einem Gleitmittel gemischt, um das anschließende Pressen zu erleichtern, dann vormagnetisiert (DE-OS 21 65 054) und dann in eine zylindrische Form mit einem Druck von 2000 N/cm² unter der Einwirkung eines Magnetfeldes von 796 bis 1194 A/m parallel zur Preßrichtung gepre 'it

Die erhaltenen Zylinder haben die folgenden Eigenschaften:

Dichte = 5,25 (= 62% der Theorie) Remanenz BR = 0,4 Vs/m² Koerzitivfeldstärke Hc = 318,4 kA/m

Die Preßkörper wurden in eine hochwarmfeste Kapsel aus nichtrostendem Stahl eingebracht und mit einem Pulver aus einer Legierung von Samarium, weiche einen höheren Schmelzpunkt als die Grundlegierung hat, umgeben. Die Kapsel wurde sodann in ein an einem Ende verschlossenes evakuierbares feuerfestes Rohr, etwa aus Quarz, eingebracht Beim Abpumpen auf Primärvakuum wurde die Temperatur auf 20O⁰C gehalten und dann ein inertes Gas unter einem Druck von 13 bar eingeführt etwa Helium oder Argon. Vor dem Sintern wurde das Quarzrohr in einen Ofen, der auf 600 bis 1000⁰C, vorzugsweise bei etwa 750⁰C, gehalten wurde, eingebracht und 2 bis 60 min, vorzugsweise 20 min, darin belassen.

Durch diese Wärmebehandlung vor dem Sintern wreden höhere Dichten und höhere Remanenz der Sinterkörper erreicht als dies ohne diese Wärmebehandlung möglich wäre.

Nach dem Sintern bei 1115°C während 30 min ohne vorhergehende Wärmebehandlung war die Dichte 88% der theoretischen und die Remanenz Br = 0,68 Vs/nfi.

Ein erfindungsgemäß vor dem Sintern der Wäirmebehandlung bei 750⁰C während 20 min unterzogener Körper hatte eine Dichte von 94% der theoretischen und eine Remanenz Br = 0,725 Vs/m².

Die erfindungsgemäß wärmebehandelten Preßkörper haben eine ausreichende Grünfestigkeit, so daß man gegebenenfalls in diesem Zustand noch eine Nachbearbeitung vornimmt, um eine solche an dem gesinterten Produkt maximaler Dichte zu vermeiden.

Zum Sintern wird im Quarzrohr die Temperatur in 10 min von 750°C auf 1050 bis 1150°C erhöht d. h.durch langsames Einschieben des Quarzrohres in die heißeste Zone des Heizofens. Die Sintertemperatur wird 10 bis 60 min gehalten, worauf das Quarzrohr in der umgebenden Atmosphäre sich dort langsam abkühlen kann.

Das Sinterprodukt hatte eine Dichte von 94% der theoretischen und eine Remanenz von Br = 0,79 Vs/m². Die Induktion ffcbetrug 366 kA/m und die Energiedichte (BH)max = 1450 Ws/ml·

Die Sinterprodukte wurden auf an sich bekannte Weise wärmebehandelt, um die Koerzitivfeldstärke und die Remanenz noch weiter zu erhöhen. Dazu werden sie

in einer Kapsel mit obigem Legierungspulver umgeben, evakuiert und unter Helium in einem Rohr aus wannfestem rostfreiem Stahl in dem Ofen 4 bis 48 h, vorzugsweise 24 h, auf einer Temperatur unter der Sintertemperatur von etwa 900° C gehalten.

Dieses so erhaltene Material hatte eine Dichte von 94% der Theoretischen Remanenz Br = 0,79 Vs/m², Induktion Hc = 437,8 kA/m und Energiedichte von 1510 Ws/m³.

Wurde obiges Material abgeschreckt (Stahlrohr mit Wasser), so änderten sich die Eigenschaften in Dichte: 94% der theoretischen, Remanenz Br = 0,79 Vs/m², Induktion Hc = 557,2 kA/m und Energiedichte (BH)max = 1550 Ws/m³; die Koerzitivfeldstärke ist also wesentlich höher.

Die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Dauermagnet-Legierungen scheinen auf den beiden Phasen SmCos und Sm2Co7 zu beruhen. Bei der plötzlichen Abkühlung scheinen diesen beiden Phasen gleichzeitig, jedoch ungeordnet, zu bestehen in dem Augenblick der Wärmebehandlung.

Die Wärmebehandlung vor dem Sintern scheint also diese beiden Phasen insofern zu ordnen, als Sm₂Co₇ die Körner aus SmCos umgibt

Beim Sintern befindet sich die Phase Sni2Co7 in der Nähe ihres Schmelzpunktes, wodurch dieses leichter wird und die Dichte zunimmt. Die Anwesenheit der Phase Sm₂COz um die Körner aus SmCos verhindert eine Verdampfung von Samarium und daher die Bildung von Sm₂Co₇, und zwar um so besser, je schneller der Übergang von der Wärmebehandlung vor dem Sintern auf die Sintertemperatur geschieht

Das Kristallgefüge des Sinterproduktes entspücht im wesentlichen SmCos wobei die Phase Sm₂Co₇ nur zu nicht geordneten Fehlstellen führt Die Sättigungsmagnetisierung des Endproduktes liegt daher sehr nahe dem idealen Wert, der durch die Phase SmCos bestimmt wird.

In der nochmaligen Wärmebehandlung bei etwa 900° C befindet sich die Legierung in einem Homogenitätsbereich von SmCos und weist daher eine große Anisotropie auf. Wenn man das Material dann langsam abkühlen läßt, erfolgt eine Entmischung der beiden Phasen SmCos + SmCo₇ oder SmCos + Sm₂COi₇.

Diese Entmischung, die die magnetischen Eigenschaften der Dauermagnet-Legierungen mehr oder weniger ungünstig beeinflußt, wird wahrscheinlich durch die plötzliche Abkühlung vermieden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Dauermagnet-Legierung aus Kobalt und 35 bis 42 Gew.-% Samarium, bei dem ein Legierungspulver hergestellt und dieses unter hohem Druck in einem Magnetfeld gepreßt und der Preßkörper bei einer Temperatur über 1050⁰C während zumindest 10min gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkörper vor dem Sintern einer zusätzlichen Wärmebehandlung bei 600 bis 1000° C während 2 bis 60 min unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmebehandlung bei 750° C während 20 min vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper von der Sintertemperatur abgeschreckt wird.