DE2507157A1 - Legierung aus seltenen erden fuer dauermagnete - Google Patents

Legierung aus seltenen erden fuer dauermagnete

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf bestimmte Dauermagnete und ihre Herstellung. Die erfindungsgemäßen Dauermagnete verfügen über sehr hohe Koerzitivkraft, die z.B. 8.000 Oersted übersteigt, und ein äußerst hohes maximales Energieprodukt, das z.B. 20 Megagauß-Oersted überschreitet. Die Dauermagnete bestehen im wesentlichen aus einer auf seltenen Erden und Kobalt basierenden Legierung. Die Legierung entspricht der Formel: Sra^u^u^^l-v-w-x^v^w^x^» worin O=U=O.20, O.O8=v=O.2O, 0=w=0.08, 0.01=x=0.15 und 6.0=z=7.8, vorzugsweise 7.2=z=7.8 ist.
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Bei der Verwendung dieser Legierungen sind die magnetischen Eigenschaften der daraus hergestellten Dauermagneten ausgezeichnet und der Herstellungsprozeß der Magnete ist sehr vereinfacht, weil die herkömmliche Wärme-Alterung besonders dann fortgelassen werden kann, wenn der z-Wert innerhalb eines bevorzugten Bereichs liegt.
Es wurde festgestellt, daß die nachfolgende,seltene Erden enthaltende Legierung eine der vielversprechendsten Legierungen für Dauermagnete ist und umfassende Bemühungen wurden auf die Untersuchung einer optimalen Mischung der einzelnen Legierungskomponenten gerichtet, um die überlegen-sten Eigenschaften der daraus hergestellten Dauermagneten zu erhalten. Die Zusammensetzung entspricht der Formel RM , worin R eine seltene Erde, entweder Samarium, Cerium oder eine Mischung davon ist, wahlweise von verschiedenen anderen seltenen Erden, M Kobalt ist, wahlweise ersetzt durch Eisen und Kupfer und ζ eine positive Zahl zwischen 5.0 und 8.5«
Dem Stand der Technik entsprechend war es schwierig, die Erfordernisse für die magnetischen Eigenschaften von Dauermagneten, u.a. hinsichtlich der Remanenz Br,
der Koerzitivkraft TH und des maximalen Energieproduktes
J. c
., insgesamt auf einmal zu erfüllen. Z.B. sind bei einem Dauermagneten, der aus einer Legierung mit der
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Zusammensetzung entsprechend der Formel Smn ,Cen „ ^CoO 86FeO O5CuO O9^z nerSestellt 1st, und bei dem ζ ein variabler Wert zwischen 5.0 und 8.5 1st, die Werte von TH und (BH)_Q_ maximal, wenn ζ 6.5 beträgt
X C IHcLX
und fallen schnell ab, wenn der z-Wert wächst (s. Japanese Journal of Applied Physics Band 12, Seite 761, 1973)· In diesem Zusammenhang sei festgestellt, daß der Höchstwert der Koerzitivkraft oder das maximale Energieprodukt nicht mehr als etwa 3.000 Oersted bzw. 14 Megagauß-Oersted beträgt und daß diese Werte nicht. zufriedenstellen können, da sie weit von den aufgrund der Theorie zu erwartenden Werten entfernt sind. Deshalb war es unmöglich, einen größeren Wert für ζ in den Legierungen auf der Basis seltene Erden - Kobalt vorzusehen, ohne Verminderungen bezüglich der Koerzitivkraft und des maximalen Energieprodukts in Kauf zu nehmen, obwohl man der Meinung war, daß ein größerer z-Wert die Verwendung seltener Erden verringern würde, die teurer als solche Metalle wie Kupfer, Eisen und Kobalt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher eine Legierung für Dauermagnete mit erhöhten technischen Eigenschaften, die frei von den oben beschriebenen Mängel 1st und die im besonderen das Problem zwischen dem z-Wert und der Koerzitivkraft sowie dem maximalen Energieprodukt lö-st.
- 4 509884/1006
Ein anderer Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten, bei welchem die herkömmliche Wärjne -Alterung weggelassen wurde.
Danach verfügt die Legierung für Dauermagnete gemäß der vorliegenden Erfindung über eine Zusammensetzung nach der folgenden Formel: Sm, .,Ce1-(Co1 Cu Pe Mn ) worin O=U=O.20, 0.08SVsO.20, 0|W£0.08, 0.01<x£0.15 und 6.0sa<7.8 ist. Der z-Wert in dieser Formel gemäß der Erfindung kann vorteilhafterweise viel größer als nach dem Stand der Technik sein, so daß die Verwendung der teuereren seltenen Erden erheblich eingeschränkt werden kann. Die Dauermagnetlegierung der Erfindung kann bei der Herstellung von Dauermagneten auf der Basis seltene Erden-Kobalt mittels eines herkömmlichen Verfahrens verwendet werden, welches darin besteht, daß man die einzelnen Metalle in den geeigneten Mengen auswiegt, diese zusammenschmilzt, um eine Legierung herzustellen, sodann die Legierung mittels geeigneter Einrichtungen pulverisiert und das so erhaltene Pulver durch Druckformung in einem magnetischen Feld zu einem Block der gewünschten Gestalt ausformt, sodann den Block einer Sinterung bei einer Temperatur zwischen 1.000 und 1.300 0C, vorzugsweise zwischen 1.170 und 1.270 0C,
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unterwirft und anschließend einer Wärme-Alterung bei einer Temperatur zwischen 800 und 900 0C mit anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur, um schließlich die Produkte zu erhalten.
Entsprechend dem obigen herkömmlichen Verfahren galt die Stufe der Wärme-Alterung als unerläßlich. Die Erfinder überlegten daher die Möglichkeiten einer Vereinfachung des Verfahrens durch Ausschaltung der Wärme-Alterungsstufe und gelangten zu der überraschenden Tatsache, daß die erfindungsgemäße Legierung mit einer Zusammensetzung, bei der der z-Wert im Bereich von 7.2 bis 7.8 liegt, die am meisten erwünschten Eigenschaften zu bieten vermag in Bezug auf die sich ergebenden Dauermagneten selbst ohne Durchführung der Wärme-Alterungsstufe.
Bei der Herstellung der Dauermagnetlegierungen nach der Erfindung mit der Zusammensetzung, bei der der z-Wert im Bereich von 7.2 bis 7.8 liegt, muß die Abkühlungsgeschwindigkeit nach der Durchführung der Sinterung so hoch wie möglich sein. Es ist beachtenswert, daß je höher die Abkühlungsgeschwindigkeit ist, umso vollständiger ist der rechteckige Verlauf der Hysteresisschleife der hergestellten Magnete. Jedoch neigt, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit zu hoch ist, diese dazu, Risse in den
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gesinterten Blöcken zu verursachen. Desweiteren ist es praktisch sehr schwierig, alle Sinterblöcke bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit innerhalb des Sinterofens abzukühlen, so daß die Qualität der sich ergebenden Magnete in einem größeren Bereich unregelmäßig ist. Deshalb soll eine Abkühlungsgeschwindigkeit gewählt werden, die sich in einem Bereich von 1°C/Sekunde bis 3O°C/Sekunde, vorzugsweise von 5 C/Sekunde bis 30°C/Sekunde, bewegt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit in dem oben genannten Bereich muß zumindest solange aufrechterhalten werden, bis die Temperatur der gesinterten Blöcke während der Abkühlung 800 0C, vorzugsweise 700 0C, erreicht.
Gemäß der am meisten bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist die in der Erfindung vorhandene seltene Erde im wesentlichen reines Samarium, obgleich auch andere seltene Erden, speziell Cerium in kleinen Mengen, naturgemäß abhängig von ihrer Art, vorhanden sein können. Im besonderen liegen, wenn Cerium zusammen mit Samarium in einer Menge, die 20 Atomprozente der Gesamtsumme von Samarium und Cerium nicht überschreitet, vorhanden ist, die erhaltenen magnetischen Eigenschaften praktisch auf der gleichen Höhe wie in dem Falle, wenn reines Samarium allein vorhanden ist.
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Betrachtet man die Legierungskomponenten außer den seltenen Erden in der Zusammensetzung der Dauermagnetlegierungen gemäß der Erfindung, ist das Vorhandensein von Eisen nicht immer erforderlich, obwohl Verminderungen seines
Anteils dazu führen können, daß die Remanenz B nachläßt,
während Steigerungen seines Anteils über den oben definierten Bereich hinaus etwa solche Nachteile mit sich bringen, daß die Koerzitivkraft Ja sich mindert und der rechteckige Verlauf der Hysteresisschleifen weniger vollständig ist, Ähnlich neigen Steigerungen des Kupferanteils dazu, den Br-Wert zu vermindern und die Verwendung von Kupfer in einer Menge, die den oben definierten Bereich überschreitet, bewirkt eine Verminderung des ,H -Wertes. Weiterhin hat die Zugabe von Mangan in einer Menge innerhalb des oben definierten Bereichs die Wirkung einer bemerkenswerten Verbesserung des maximalen Energieproduktes (BH) . Das maximale Energieprodukt kann durch die Zugabe von Mangan in einer Menge, die den oben definierten Bereich überschreitet, vermindert werden. Die Remanenz B wird durch die Zugabe von Mangan Insoweit kaum beeinflußt, als ihre Menge innerhalb oder geringer als der definierte Bereich ist. Wie aus Obigem ersehen werden kann, zeigen sich die sich widersprechenden Wirkungen in einigen Fällen durch die veränderten Anteile der Mengen der verschiedenen in den Legierungen befindlichen Metalle. Das bedeutet die Notwendigkeit, daß man beim Mischen der einzelnen ·
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Legierungsmetalle In Überlegung der erwünschten Charakteristika der magnetischen Endprodukte sehr sorgfältig vorgehen muß, obwohl die Hochleistungs-Dauermagnete aus den Legierungen der Zusammensetzung innerhalb des definierten Bereichs mit nichtmerklichen Nachteilen in der Praxis erhalten werden können.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiterhin erläutern, jedoch den Umfang der Erfindung nicht begrenzen,
Beispiel 1
Fünf Dauermagnete A,B,C,D und E verfügen über die Legierungszusammensetzung, die durch die Formel Sml-uCeu*00I-V-W-X01V6W1111X^ζ ausgedrückt ist, in der die Werte von u, v, w, χ und ζ in der folgenden Tafel genannt sind. Diese Dauermagnete wurden durch Zusammenschmelzen der ausgewogenen Mengen der einzelnen Metalle in einem Induktionsofen zur Bildung der Legierungen hergestellt. Dann wurden die Legierungen durch eine Strahlmühle zu feinen Pulvern mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von ungefähr 2 bis 5 /U m, gemessen mittels der Luft-Durclidringungsmethode, pulverisiert, sodann wurden die Pulver durch Druckformung in einem magnetischen Feld von 15.000 Oersted zur Ausbildung der Blöcke geformt. Die Blöcke wurden dann einer Sinterung bei einer Temperatur von
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— 9 —
1.220 bis 1.230 0C eine Stunde lang unterworfen und die so gesinterten Blöcke sodann bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 6°C/Sekunde auf eine Temperatur zwischen 800 und 820 0C abgekühlt, worauf die Blöcke einer Wärme-Alterung während ungefähr 30 Minuten unterzogen wurden. Die so erhaltenen Dauermagnete wiesen die magnetischen Eigenschaften auf, wie sie in der Tafel dargestellt sind.
Beispiel 2
Fünf Dauermagnete F, G, H, I und J mit den Legierungszusammensetzungen, wie sie Inder gleichen Tafel aufgeführt sind, wurden durch Formung der entsprechenden Legierungspulver in Blöcke mittels der Druckformung in einem magnetischen Feld von ungefähr 10.000 Oersted hergestellt. Die Blöcke wurden einer Sinterung bei' einer Temperatur von 1.215 bis 1.250 0C eine Stunde lang unterworfen und die so gesinterten Blöcke bei einer Geschwindigkeit von 12 0C/Sekunde auf 700 0C abgekühlt und sofort anschließend weiterhin auf Raumtemperatur abgekühlt. Die magnetischen Eigenschaften der so erhaltenen Dauermagnete sind in der Tafel wiedergegeben.
Die Dauermagnete F und J sind als Kontrollbeispiele in Beziehung zu dem z-Wert aufgeführt. Sie zeigen ziemlich schlechte magnetische Eigenschaften, besonders bezüglich der Koerzitivkraft .509884/1006
Beispiel 2 Probe U 0 V 0.05 X Z B.,
(Gauß)		 IHc
(Oersted)		 (BH>max
(Megagauß-Oer s t ed)
A 0 0.15 0.05 0.03 7.0 8,900 8,500 19.0
B 0
0.08		 0.15 0
0		 0.03 6.2 8,200 7,300 16.5
cn
σ
CD 		C
D		 0.20 0.18
0.18		 0 0.06
0.06		 7.0
7.0		 9,000
8,800		 8,300
8,300		 20.2
19.2
OO
OO 		E 0 0.18 0.05 0.06 7.0 B3SOO 7,800 16.0
^ F 0 0.15 0.05 0.05 7.0 η y?oo 600 nicht bestimmt
O
O 		G 0 0.15 0.05 0.05 7.25 9s000 4,100 9.0
H 0 0.15 0.05 0.05 7.5 9,300 8,900 19.2
I 0 0.15 0.05 0.05 7.8 9., 300 4,800 8.0
J 0.15 0.05 8.0 8 9 300 1,200 nicht bestimmt
ro cn ο

Claims (5)

- li - Patentansprüche
1. Dauermagnet bestehend Im wesentlichen aus einer Legierung folgender Zusammensetzung: Sm1-11Ce (00I-V-W-X01V^w161X)Z' worin O=U= 0.20, O.O8=v=O.2O, O=W=O.08, 0.01=x=0l5 und 6.0=z=7.8 ist.
2. Dauermagnet nach Anspruch 1, worin ζ einen Wert aufweist, der gleich oder größer als 6.0 und kleiner als 7.2 ist.
3. Dauermagnet nach Anspruch 1, worin ζ einen Wert aufweist, der gleich oder größer als 7.2 und gleich oder kleiner als 7·8 ist.
4. Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten aus den Legierungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pulver der Legierungen durch Druckformung in einem magnetischen Feld zu einem Block ausformt, den Block einer Sinterung bei einer Temperatur im Bereich von 1.170 bis 1.270 0C unterwirft und den so gesinterten Block bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 900 0C einer Wärme-Alterung
mit anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur unterwirft.
- 12 -
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5. Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten aus den Legierungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pulver der Legierungen durch Druckformung in einem magnetischen Feld zu einem Block ausformt, den Block einer Sinterung bei einer Temperatur im Bereich von 1.170 bis 1.270 0C unterwirft und den so gesinterten Block bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit abkühlt, die höher liegt als 1°C/Sekunde, und zwar auf eine Temperatur, die niedriger als 800 0C ist, und daß man dann anschließend auf Raumtemperatur abkühlt.
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