DE2340018A1 - Verfahren zum verbinden von seco tief 5 -magneten, mittel zu dessen ausfuehrung und nach diesem verfahren hergestellte permanentmagnete - Google Patents

Verfahren zum verbinden von seco tief 5 -magneten, mittel zu dessen ausfuehrung und nach diesem verfahren hergestellte permanentmagnete

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Description

Aktiengesellschaft Brown, Boverl & CIe., Baden (Schweiz)
Verfahren zum Verbinden von SECo^-Magneten, Mittel zu dessen Ausführung und nach diesem Verfahren hergestellte Permanentmagnete.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei mit Lötflächen versehenen SECOcj-Permanentmagneten, wobei SE ein Seltenes Erdmetall oder mehrere Seltene Erdmetalle bedeutet, auf Mittel zu dessen Ausführung und auf Permanentmagnete, die nach diesem Verfahren hergestellt werden.
Pulverförmige Verbindungen aus Kobalt und Seltenen Erdmetallen und deren Mischungen haben eine grosse Bedeutung für die Herstellung von Permanentmagneten erlangt, weil sie eine un-
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gewöhnlich hohe Koerzitivfeidstärke aufweisen (vgl. z.B. Sei.Am. Dez. 1970, S. 92 ff). Aus diesen pulverförmigen Verbindungen werden nach verschiedenen Verfahren (vgl. z.B. DT-OS 2 059 301 und DT-OS 2 121 511O gesinterte Permanentmagnete überragender magnetischer Eigenschaften hergestellt. Vor den Sinten werden diese pulverförmigen Verbindungen in eine Pressform eingegeben, in einem starken Magnetfeld ausgerichtet und nachfolgend verdichtet.
Das gleichmässige Ausrichten des Magnetpulvers in komplizierten, beispielsweise hufeisenförmigen, Pressformen lässt sich ohne grossen technischen Aufwand nicht durchführen, da entsprechend der erwünschten Magnetisierungsrichtung verlaufende, äussere homogene Magnetfelder erst durch geeignete Vorrichtungen erzeugt werden müssen. Ausserdem ist die Beschaffung einer speziellen Pressform kostspielig und daher für kleine Stückzahlen unrentabel. Auch die mechanische Bearbeitung des gesinterten Magnetmaterials mit dem Ziel, aus einer einfachen Form die gewünschte komplizierte zu bekommen, ist nicht empfehlenswert, da das gesinterte Magnetmaterial sehr hart und spröde und daher schwierig zu bearbeiten ist.
Aus diesen Gründen ist es notwendig, den kompliziert geformten Permanentmagneten aus kleineren Permanentmagneten
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aufzubauen. Ein befriedigendes Zusammenfügen solcher Permanentmagnete ist jedoch äusserst schwierig, da die Verbindungsstellen (z.B. bei Wanderfeldröhren zur Erzeugung von Mikrowellen) bei Temperaturen über 2000C mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und zudem die magnetischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials nicht herabsetzen dürfen.
Versuche der Anmelderin, diese Probleme durch die beim Verbinden von Metallen Üblichen Lötverfahren (vgl. z.B. Werkstattbücher, Herausgeber H.Haake, Heft 28, R.v. Linde: Löten, vierte Auflage, Springer-Verlag 1951J) zu lösen, waren nicht sehr erfolgreich. So werden z.B. beim Weichlöten aktive Plussmittel verwendet, die mit dem Magnetmaterial reagieren und die Festigkeit der Verbindungsstellen und die Koerzitivfeldstäfke des Permanentmagnetes nach dem Löten erheblich herabsetzen. Das vollständige Entfernen der Plussmittelreste ist bei den porösen, gesinterten Magnetmaterialien äusserst schwierig, so dass weichgelötete SECo_-Permanentmagnete korrosionsanfällig sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbindung
zwischen SECo_-Permanentmagneten zu schaffen, welche unter 5
Beibehaltung der magnetischen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien einen korrosionsfesten und auch bei hohen Temperaturen mechanisch belastbaren SECo1--Permanentmagneten liefert.
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Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungspremäss dadurch gelöst, dass die Lötflächen zunächst mit Lötschichten belegt werden, und dass anschliessend die Permanentmagnete in einem Schutzgasofen verlötet werden.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren verlöteten SECo,.-Permanentmagnete behalten nicht nur ihre magnetischen Eigenschaften bei, sondern sind an der Lötstelle auch so fest miteinander verbunden, dass bei mechanischen Belastungen, z.B. durch Scherung, der zusammengelötete Permanentmagnet selbst bei Temperaturen um 200 C nicht an der Lötste'lle, sondern am Ort der gesinterten Ausgangs-SECOj-.-Permanentmagneten.aufbricht. Korrosive Rückstände treten nicht auf. Dünne Oberflächenoxidschichten, die die Lötflächen belegen, müssen zwecks Bildung einer festen Verbindung nicht reduziert werden, sondern können ohne nachteilige Auswirkung auf die Eigenschaften des Permanentmagneten bis zu Schichtdicke von mehreren η in die Lötverbindung eingebaut werden.
p;s empfiehlt sich, bei der Durchführung des erfindunpsgemässen Verfahrens als Lötschichten Lötfolie von 10 bis 50 ja Dicke aus Silber, Kupfer oder einem anderen Hartlötmaterial einzusezten. Insbesondere ist es zweckmiissig, die Lötfolie an den Rändern der durch die Lötflächen rrebildeten Lötspalte einige Millimeter überstehen zu lassen, da hierdurch die Lötspalte
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besonders gut mit Lot durchtränkt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das aus den Permanentmagneten und den Lötschichten zu erstellende Werkstück in einer Halterung fixiert wird, Werkstück und Halterung in einem gasdurchlässigen Tiegel verschlossen werden und der Tiegel mit dem Werkstück in eine Kühlzone des Schutzgasofens eingegeben, sodann in eine höchstens auf Schmelztemperatur der Lötfolie erhitzte Glühzone des Schutzgasofens befördert und nach Beendigung des Lötvorganges in der Kühlzone des Schutzgasofens abgekühlt werden. Insbesondere sollte der Lötvorgang im Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre, etwa unter Helium oder Argon, erfolgen. Im Gegensatz zu den üblichen Schutzgasöfen muss hierbei die Gasatmosphäre nicht Metalloxide reduzieren, damit blanke Lötflächen vorliegen, sondern dient vorallem dazu, weitere Oxydation durch Fernhalten von Sauerstoff zu verhindern. Unterstützt wird dies noch dadurch, dass die Halterung einen Stahlrahmen mit einer Tantalschicht umfasst, und dass der Tiegel aus Tantal besteht.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
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Dabei geben
Fig. 1 das Schnittbild eines in einem Tantaltiegel eingeschlossenen und fixierten Werkstückes vor dem Verlöten und
Fig. 2 das Schnittbild eines Sinterofens, in dem das Verlöten stattfindet, wieder.
In Fig. 1 bedeuten die Bezugszahlen 1,1' und 2 drei SmCo1--Permanentmagnete, welche die Lotflächen 3j3' und Ί,4· aufweisen. Die Lötflächen 3,4 und 3',tf bilden die Lötspalte 5 und 5', in denen sich die Lötfolien 6 und 6' befinden. Das magnetische Werkstück 7, wird in der Halterung 8^ welche aus einem Stahlrahmen 9 und einer Tantalschicht 10 besteht, fixiert, Werkstück 7. und Halterung 8_ befinden sich in einem Tantaltiegel 11.
Gleiche Teile sind in Fig. 2 mit denselben Bezugszahlen wie in Fig. 1 versehen. Zusätzlich bedeutet 12 einen Sinterofen mit einer Kühlzone IM und Kühlschlangen 15 sowie einer Glühzone 16 mit einer Heizung 17. Mit 18 ist ein Schutzgas, mit 19 eine Vakuumpumpe und mit 20 und 13 sind Ventile bezeichnet.
Um die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zu er-
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leichtern, werden die zu verlötenden SmCo -Permanentmagnete 1,1' und 2 zunächst an den Lot flächen 3,3', *l, 4', plangeschliffen z.B. mit einer Polierscheibe, und anschliessend mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Aethanol, gewaschen. Die Permanentmagnete 1,1* und 2 werden sodann unter Zwischenlegen von Hartlötfolien 6,6', die beispielsweise aus Silber oder Kupfer sein können, an den Lötflächen 3,3', 1J,H1 zusammengefügt und so in einer Halterung 8^ fixiert, dass die Lötfolien 6 und 61 unter dem Eigengewicht der darüberliegenden Magnete an die Lötflächen 3,% und 3',V gedrückt werden. Die Lötfolien 6,6f sind so gross bemessen, dass sie an den Rändern der durch die Lötflächen 3,1I und 3 ',V gebildeten Lötspalte 5,5' einige Millimeter überstehen. Zur Vermeidung von chemischen Reaktionen der SmCo,--Permanentmagnete 1,1 ',2 mit dem Stahlrahmen 9 ist letzterer mit einer chemisch inerten Tantalschicht 10 ausgekleidet.
Die Halterung 8^ und das magnetische Werkstück J_ werden in den durchlässigen Tantaltiegel 11 eingeschlossen und in die Kühlzone I1J des Sinterofens 12_ eingegeben. Der Sinterofen ,12 wird vakuumdicht verschlossen und mit einer Pumpe 19 evakuiert. Zur weiteren Durchführung des Verfahrens kann er weiter unter Vakuum belassen, beispielsweise aber auch durch das Ventil mit einem Schutzgas 18, etwa Argon oder Helium, beschickt werden. Die Glühzone 16 wird entsprechend der stofflichen Zu-
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sammensetzung der verwendeten Lotfolien 6,6' aufgeheizt und weist eine Temperatur auf, die etwa der Schmelztemperatur der verwendeten Lötfolien 6,6' entspricht, bei Kupfer ca. 1075°C, bei Silber ca, 96O0C.
Nach Einbringen des mit dem Werkstück 7_ gefüllten Tantaltiegels 11 in die Glühzone l6 wird der Lötvorgang eingeleitet. Uebllcherweise ist der Lötvorgang nach ca, 10 Minuten beendet. Je nach Glühzonentemperatureinstellung, Werkstückabmessungen und Lötfolienmaterial kann die Lötzelt jedoch erheblich verlängert oder verkürzt werden.
Durch raschen Transport des Tantaltiegels 11 mit dem Werkstück 7. aus der Glühzone l6 in die Kühlzone Ik wird der Lötvorgang beendet. Das damit verbundene schnelle Abkühlen des Magnetmaterials 1,1', 2 ist von grosser Wichtigkeit, da langsames Abkühlen die für die guten magnetischen Eigenschaften verantwortliche SmCo,_-Phase in der Nähe der bei 7100C liegenden Curietemperatur durch eine Festkörperreaktion allmählich in die nlchthartmagnetischen SnIpCo7- und SmpCo-7-Phasen umwandelt und somit zu einer erheblichen Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Werkstückes 7_ führt. Bei schnellem Abkühlen des Werkstückes 7_ wird die unerwünschte Festkörperreaktion jedoch fast völlig unterdrückt und die SmCo^-Phase bleibt erhalten.
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Das gelötete Werkstück 7 weist nach dem Lötvorgang dieselben magnetischen Eigenschaften wie die zu verlötenden Permanentmagneten 1,1', 2 auf. Die Lötstelle hat eine so hohe Festigkeit, dass bei mechanischen Beanspruchungen, insbesondere auch bei erhöhten Temperaturen, nicht die Lötstelle, sondern die Permanentmagnete 1,1', 2 aufbrechen. Dieses überraschende Ergebnis beruht nach metallurgischen Untersuchungen der Schliffbilder von hartgelöteten SmCo^-Permanentmagneten sehr wahrscheinlich darauf, dass sich im Grenzbereich einer Lötfolie und der umgebenden SinCo^-Permanentmagnete eine bei Löttemperatur flüssige Legierung, etwa eine CuCoSm- oder AgCoSm-Legierung bildet, die längs der Poren der nach einem Sinterverfahren gewonnenen SmCo,- -Permanentmagnete verhältnlsmässig schnell und tief in das Werkstück 7, eindringen und weitere Legierungsbildung bewirken kann. Nach Abkühlen des Werkstücks Ί. bildet sich dann eine feste Verbindungsschicht aus. Lötfolien, deren Schichtdicken oberhalb 50 ja liegen bzw. kleiner 10 ja sind, erweisen sich für das erfindungsgemässe Verfahren als ungeeignet.
Das Verfahren ist selbstverständlich nicht nur auf SmCo1--Permanentmagnete beschränkt. Es kann auch auf andere SECOf--Permanentmagnete, insbesondere auch auf solche, in denen SE für Mischungen von Seltenen Erdmetallen, wie z.B. Cer-Mischmetall, steht, angewendet werden. Die Durchführung des Ver-
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fahrens Ist auch bei Glühzonentemperaturen, die 1000C unter der Schmelztemperatur der Hartlötfolie liegen, möglich. Anstelle von Kupfer- oder Silberlötfolien können auch andere Hartlote, insbesondere Vakuum-Hartlote, anstelle von Sinteröfen können Schutzgasöfen eingesetzt werden. Auch ist es möglich, durch eine geeignete Vorrichtung die im erfindungsgemässen Verfahren durch das Eigengewicht der Permanentmagnete bestimmte Kraft auf die Lötfolien zu variieren und dadurch den LotVorgang zu beeinflussen.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    f 1.1 Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei mit Lötflächen * versehenen SECOg-Permanentmagneten, wobei SE ein Seltenes l% Erdmetall oder mehrere Seltene Erdmetalle bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötflächen (3,3!, 4,4') zunächst mit Lötschichten (6,6') belegt werden, und dass anschliessend die Permanentmagnete (1,I1, 2) in einem Schutzgasofen (12) verlötet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötschichten (6,6') aus Lötfolie von 10 bis 50 Ai Dicke bestehen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötfolie aus Silber, Kupfer oder einem anderen Hartlotmaterial besteht.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötfolie an den Rändern der durch die Lötflächen (3,3', 4,4') gebildeten Lötspalte (5,5') einige Millimeter übersteht.
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  5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus den Permanentmagneten (1,1',2) und den Lötschichten (6,6') zu erstellende Werkstück (7_) in einer Halterung (_8) fixiert wird, Werkstück (_7) und Halterung (jU in einem durchlässigen Tiegel (11) verschlossen werden und der Tiegel (11) mit dem Werkstück (2) in eine Kühlzone (14) des Schutzgasofens (12) eingegeben, sodann in eine höchstens auf Schmelztemperatur der Lötfolien (6,6') erhitzte Glühzone (16) des Schutzgasofens (_12_) befördert und nach Beendigung des Lötvorganges in der Kühlzone (14) des Schutzgasofens (12) abgekühlt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (jO einen Stahlrahmen (9) mit einer Tantalschicht (IU) umfasst, und dass der Tiegel (11) aus Tantal besteht.
  7. 7. Vorfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass 'Kt L-:tVorgang im Vakuum stattfindet.
  8. 8. Verfahren nacii Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötvorgang unter Schutzgas (18) stattfindet.
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  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas (18) Helium oder Argon ist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Glühzone (16) zwischen der Schmelztemperatur der Lötfolie und einer um ca. 100 C niedrigeren Temperatur liegen.
  11. 11. Nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellter Permanentmagnet.
    Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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