DE2504838C2 - Permanentmagnetisches Material, welches seltene Erdmetalle und Kobalt enthält und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

0,25 < χ < 0,65 und y» 0,15 sind.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß *, β und y die Werte 0,61; 0,34 und 0,05 aufweisen.

3. Verfahren zur Herstellung von permanentmagnetischem Material nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsmaterialien unter Schutzgas geschmolzen, die Schmelze zur Erstarrung gebracht, abgekühlt, zerkleinert und zu einem Pulver zermahlen, dann das Pulver vorverdichtet, in einem Magnetfeld ausgerichtet, weiterverdichtet und gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß (1 — JfJ(I — y) Mol einer Legierung der Zusammensetzung Ce_nLa^Pr,- wobei

0^0 < λ < 0,70
022<ß< 0,45

0 < y < 0,06 und

χ (1— y) Mol Meodym, 5 \.öl Kobalt, und gegebenenfalls y Mol Samarium, wobei 0,25 < χ < 0,65 und y = 0,15 gemeinsam bei einer Temperatur von 1200°C geschmolzen werden, die erstarrte und abgekühlte Schmelze durch Zerkleinern und Mahlen in ein Pulver der Partikelgröße 23 bis 4 μπι übergeführt, mit 10 bis 14 Gew.-% eines Sinterzusatzes von 60 Gew.-% Sm und 40 Gew.-% Co gemischt, zu einem zylindrischen Körper verpreßt, in einem Magnetfeld von 4 MA/m magnetisch ausgerichtet, unter einem Druck von 60 MPa isostatisch verdichtet und während mindestens 30 min bei einer Temperatur von 1040°C gesintert wird, und daß der auf diese Weise hergestellte Sinterkörper während 6 h bei einer Temperatur von 980⁰C geglüht, in flüssigem Stickstoff abgeschreckt und schließlich während 30 bis 40 min bei einer Temperatur von 350" C angelassen wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf permanentmagnetisches Material, welches Seltene Erdmetalle und Kobalt enthält, und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Material der vorgenannten Art ist unter anderem aus Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 61 (1970), Heft 6, Seiten

so 461 bis 470, insbesondere Seite 463 (Empfehlung von Cer-Mischmetall als Ausgangslegierung), ferner aus der Broschüre der Firma TH. Goldschmidt AG, »Cer-Mischmetall«, Februar 1964, bekannt. Über Eigenschaften Seltener Erde/Kobalt-Verbindungen vergleiche zudem Kobalt, Nr. 32, September 1960, Seiten 117 bis 124. Ähnliches Material ist beispielsweise aus der Veröffentlichung von W.A.A.J. Velge und K.H.J. Buschow in Proc. IEE Conf. on Magn. Mat. S. 45-50, London 1967 bekannt. Gemäß Fig.4 dieser Druckschrift weisen die dort angegebenen (La, Nd) Co₅-Legierungen je nach Neodymanteil bei Raumtemperatur nur eine geringe Abhängigkeit der Koerzitivfeldstärke /Wc von der Temperatur auf. Eine solche Temperaturunabhängigkeit der Koerzitivfeldstärke ist bei der Verwendung von Permanentmagneten, etwa in Elektromotoren, sehr erwünscht. Daneben sind aber auch hohe Werte der Remanenz B_r und der Koerzitivfeldstärke /Wc häufig ebenfalls notwendige Voraussetzungen, die das permanentmagnetische Material erfüllen muß. (La, Nd) Co₅-Legierungen erreichen aber bereits bei Raumtemperatur, wo die Koerzitivfeldstärke im allgemeinen größer als bei höheren Temperaturen ist, nur Koerzitivfeldstärken von höchstens 0,24 MA/m. Darüber hinaus nimmt die Koerzitivfeldstärke von (La, Nd) C05-Legierungen je nach Zusammensetzung bereits bei Temperaturen, die nur wenig oberhalb der Raumtemperatur liegen, mit steigender Temperatur monoton ab, so daß eine Verwendung dieser Legierungen als Permanentmagnete bei höheren Temperaturen, etwa bei 300° C, ohne Interesse ist.

Es ist daher Augabe der Erfindung, ein permanentmagnetisches Material, welches Seltene Erdmetalle und Kobalt enthält, anzugeben, dessen Koerzitivfeldstärke /Wc oberhalb Raumtemperatur mit steigender Temperatur nur verhältnismäßig langsam abnimmt, welches aber auch bei Temperaturen bis 300° C noch Werte der Koerzitivfeldstärke aufweist, die einen Einsatz des Materials auch in speziellen Verwendungsbereichen ermögli-

chen, etwa dort, wo bei Temperaturen um 300⁰C noch Koerzitivfeldstärken von mehr als 0,16 MA/m gefordert werden und welches darüber hinaus aber auch in einem einfachen Verfahren in wirtschaftlicher Weise herzustellen ist

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkstoff der Formel

(Mi .,Nd_xJ₁-J-Sm^ Co₅ entspricht, wobei Mdie Zusammensetzung

mit

0,50 < λ < 0,70 022<ß< 0,45 0 < γ < 0,06 und

a+ β + y =1

aufweist, und

0,25 < χ < 0,65 und y = 0,15

Ein solches Material läßt sich zur Herstellung von Permanentmagneten mit fiberwiegend temperaturunabhängiger Koerzitivfeldstärke zwischen Raumtemperatur und 300° C verwenden.

Da ein derartiges Material zudem noch bei Temperaturen um 300⁰C eine Koerzitivfeldstärke von über 0,16 MA/m aufweist, ist es als permanentmagnetischer Werkstoff \t'- Elektromotorenbau hervorragend geeignet

Von besonderem Vorteil ist auch der günstige Preis dieses Materials, da es allein aus dem billigen Cer-Mischmetall, aus Neodym und Kobalt ohne oder nur mit geringem Zusatz an teurem Samarium hergestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Materials ist dadurch gekennzeichnet daß (1 -x)(l —y) Mol einer Legierung der ZusammensetzungCe.,La^Pr^ wobei

0,50 < « < 0,70

022 < β < 0,45

0 < γ < 0,06 und λ + β + y= t,

χ (1 -y) Mol Neodym, 5 Mol Kobalt und gegebenenfalls y Mol Samarium, wobei 0,25 < χ < 0,65 und y - 0,15 gemeinsam bei einer Temperatur von 1200⁰C geschmolzen werden, die erstarrte und abgekühlte Schmelze durch Zerkleinern und Mahlen in ein Pulver der Partikelgröße 2,5 bis 4 μπι übergeführt mit 10 bis 14 Gew.-% eines Sinterzusatzes von 60 Gew.-% Sm und 40 Gew,-% Co gemischt zu einem zylindrischen Körper verpreßt, in einem Magnetfeld von 4 MA/m magnetisch ausgerichtet unter einem Druck von 60 MPa isostatisch verdichtet und während mindestens 30 min bei einer Temperatur von 1040⁰C gesintert wird, und daß der auf diese Weise hergestellte Sinterkörper während 6 h bei einer Temperatur von 980'C geglüht, in flüssigem Stickstoff abgeschreckt und schließlich während 30 bis 40 min bei einer Temperatur von 350⁰C angelassen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, weiche durch Figuren näher erläutert sind.

Hierbei zeigt

Fig. 1 die KoerzitivfeWstärke ///c(MA/m) von permanentmagnetischen Materialien der Zusammensetzung (Μ, -»Ndx)o35Smo,i5Co5, wobeiy = 0,15 ist und xdie Werte 0;0,13; 0,25;0,38 und 0,65 durchläuft, in Abhängigkeit so von der Temperatur T(⁰C) und

Fig.2 zum Vergleich die Koerzitivfeldstärke ₍W_C (MA/m) von permanentmagnetischen Materialien der Zusammensetzung Ndi-jSityCos, wobei X - 1 ist und y die Wer.j l·; 0,75 und 0,55 durchläuft, in Abhängigkeit von der Temperatur T(⁰C).

Beispiel I

In einem ersten Ausführungsbeispiel wurden für Permanentmagnete mit folgender endgültigen Zusammensetzung Legierungen hergestellt:

1. M₀Ji₅SmOj₅Co₅ (x = 0;y = 0,15)

2.(Moji7Ndo.i3)o«Smo.i₅Co5 {x = 0,\3;y = 0,15)

3. (Mo.7₅Ndoj₅)o3₅Smo.i₅Co5 (x - 0,25;.y - 0,15)

4. (MOb₂Nd₀Je)OAsSmO₁IsCo₅ (x = 038;y - 0,15)

5. (MojsNdoi₅WSmaisCo₅ (.* = 0,65;y = 0.15)

Dabei hatte die Legierung M die folgende Zusammensetzung: Ce₀₆I Lao.nPro.o5. '

Die Legierungen wurden teils aus den Elementen mit 99,9% Reinheit, teils unter Verwendung eines Cer- ,^J Mischmetalls, dessen Zusammensetzung zuvor bestimmt wurde, erschmolzen. Alle Legierungen wurden in '-■ '■■■] Chargen zu je 120 g in einem Bornitridtiegel unter Argon als Schutzgas in einem Mittelfrequenzofen bei ca. '

1200⁰C erschmolzen. Die erschmolzenen spröden Legierungen wurden nach Erstarrung und Abkühlen auf Jsi

Raumtemperatur sodann zu Teilchen mit Durchmessern kleiner als 0,5 mm zerschlagen und anschließend in f,

ίο einer Gegenstrahlmühle zu Pulver mit einer Korngröße zwischen 23 und 4 μηι zermahlen. Den zermahlenen Ausgangslegierungen wurden pulverförmige Sinterzusätze, bestehend aus einer 60 Gewichtsprozent Sm und 40 Gewichtsprozent Kobalt aufweisenden Legierung (Sm 60/Co 40-Legierung) zugegeben. '·■<■

Das Gewicht dieses Sinterzusatzes schwankte zwischen 10 und 14% des Gesamtgewichtes des Endproduktes, ,,

bestehend aus der Ausgangslegierung und dem Sinterzusatz. Ausgangslegierung und Sinterzusatz wurden '

vermischt und bei mäßigem Druck zu zylinderförmigen Probekörpern verpreßt, in einem Magnetfeld bei ca. ;

4 MA/m magnetisch ausgerichtet, bei 60 MPa isostatisch verpreßt und anschließend mindestens 30 Minuten bei ca. 1040⁰C gesintert. Danach wurden die Probekörper bei 980° C ca. 6 Stunden lang getempert, in Argon oder flüssigem Stickstoff rasch abgekühlt und sodann bei ca. 35<r C etwa 30—40 Minuten aniaßbehandeit.

Die Entmagnetisierungskurven dieser Probekörper wurden sodann nach Pulsen in einem ca. 4,8 MA/m starken magnetischen Gleichfeld mit einem Vibrationsmagnetometer bei einer maximalen Feldstärke von 4 MA/m aufgenommen.

In F i g. 1 ist die Koerzitivfeldstärke /Hc von Probekörpern in Abhängigkeit von der Temperatur raufgetragen.

Aus diesen Kurven ist die starke Abhängigkeit der Koerzitivfeldstärke /Hc bei Raumtemperatur vom Neodymgehalt zu erkennen. So sinkt die Koerzitivfeldstärke von Materialien der Zusammensetzung

oberhalb eines Neodymanteils χ = 0,25 bei Raumtemperatur zwar kontinuierlich, jedoch haben Probekörper jo mit einem Neodymanteil χ = 038 bzw. χ = 0,65 zwischen 90 und 300⁰C bzw. 150 und 300⁰C höhere Koerzitivfeldstärke als andere Probekörper und weisen zudem die geringste Abhängigkeit der Koerzitivfeldstärke von der Temperatur auf. Die Koerzitivfeldstärke iHc = 0,4 MA/m des Probekörpers mit dem Neodymanteil χ = 0,65 schwankte zwischen 0 und 170° C beispielsweise nur um ca. ±10%. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Materialien mit einem Neodymanteil größer 0,25 ist die, verglichen mit einer Ce MM C05-Legierung, erhöhte und zudem weniger temperaturabhängige Remanenz Br. Aus der Entmagnetisierungskurve des Probe-

bÄpnApc mj* ajnam Ma^umanteij ν _ AAC wiirrja £!Π€ ReITlSrSCRZ S VOR 0 89 7* €Ώ!ΠΟ!ΐϊ!ΐΐ£!ΐ ^VSlcHS CS ! 0% höher als die eines Probekörpers aus einer üblichen Ce MM C05-Legierung lag.

Eine weitere Möglichkeit, um Probekörper herzustellen, besteht darin, die aus den im stöchiometrischen Verhältnis eingewogenen Bestandteilen Samarium, Neodym, Cer-Mischmetall und Kobalt erschmolzenen Legierungen

(M₁ _ ,Nd,), .,Sm₁Co₅.

wobei 0,25 < χ < 0,65, y= 0,15 zur Wärmebehandlung zunächst bei Temperaturen zwischen 1150 und 1250⁰C zu homogenisieren. Aus diesen homogenisierten Legierungen lassen sich sodann in einer Mahlvorrichtung kugelförmig einkristalline Proben von mehreren Millimetern Durchmesser herausmahlen, welche nach Pulsen in einem starken Magnetfeld in einem Magnetometer auf ihre magnetische Eigenschaften hin untersucht werden können.

Beispiel II

Die Überlegenheit der Mi__xNd,Co5-Legierungen, wobei χ > 0,25, in bezug auf die Temperaturunabhängigkeit der Koerzitivfeldstärke oberhalb Raumtemperatur und die besonders glückliche Auswahl aus der Vielzahl der SE C05-Legierungen, wobei SE eines oder mehrere der Seltenen Erdmetalle darstellt, läßt sich anhand des vergleichenden Beispiels II erkennen.

In diesem Beispiel wurden Permanentmagnete mit folgenden Legierungen hergestellt:

6.SmCo₅ (r=l;y=l)

7. NdoÄSmojsCos (x = 1; y = 0,75)

8. Ndo.45SmassCo₅ (x = l;y = 0,55)

Aus diesen Legierungen wurden in völliger Analogie zum ersten Ausführungsbeispiel Probekörper hergestellt und in einem Magnetometer auf ihre magnetischen Eigenschaften hin untersucht

In F ä g. 2 ist die Koerzitivfeldstärke /Hc dieser Probekörper in Abhängigkeit von der Temperatur Taufgetra-

gen. Aus diesen Kurven ist in völliger Analogie zu den Kurven der F i g. 1 eine beträchtliche Abnahme der

Koerzitivfeldstärke bei Raumtemperatur bei einem Neodymgehalt von mehr als 25 Atom-% zu erkennen. Jedoch hängen bei allen Legierungen die Koerzitivfeldstärken iHc noch sehr stark von der Temperatur ab, da

selbst bei der Legierung 8 mit einem Neodymanteil von 45 Atom-% die Koerzitivfeldstärken zwischen Raum-

temperatur und 170 bzw. 300⁰C um 60 bzw. 400% schwanken, während bei der Legierung 5 die entsprechenden Schwankungen nur bei 10 bzw. 200% liegen.

Die vorstehend beschriebenen Vorteile des Materials (M ι _,Nd,)i-^Sm_v Co₅,0,25 < χ < 0,b5 ergeben sich mit einem Mder Zusammensetzung Ce,La^Pr,, wobei

0,50 < λ < 0,70 0,:~. < β < 0,45 0,00 < γ < 0,06 und

und für einen Samariumanteil y = 0,15.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Permanentmagnetisches Material, welches Seltene Erdmetalle und Kobalt enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Formel

(M₁ -jNdJi-r Sm, Co₅
entspricht, wobei Mdie Zusammensetzung
ίο

030 < λ < 0,70 0,22 </?< 0,45 0 < / < 0,06 und

a+β+γ=\

aufweist, und