DE2507157C2

DE2507157C2 - Dauermagnet und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2507157C2
Application number: DE2507157A
Authority: DE
Inventors: Masakatsu Honshima; Hideaki Takefu Fukui Kikuchi; Kazuyoshi Watanabe; Yoshio Yamanaka
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE2507157A1; US3982971A

Description

sind.

2. Dauermagnet nach Ansprch I, dadurch gekennzeichnet, daß 7,2 S ζ S 7,8 1st.

3. Verfahren zur Herstellung des Dauermagneten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pulvrige Legierung in Gegenwart eines Magnetfeldes unter Druck zu einem Block ausgeformt wird, daß der Block dann bei einer Temperatur im Bereich von 1170 bis 1270° C gesintert wird, daß der Block nach des" Sintern mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 bis 30 K/s bis auf eine Temperatur von kleiner als 800° C, vorzugsweise kleiner als 700° C, abgekühlt wird und dann anschließend bis auf Raumtemperatur auskühlt.

Die Erfindung betrifft einen Dauermagneten des Typs SmCo_x.

Für solche Dauermagnete stellt sich die Aufgabe, die Legierungsbestandteile so zu kombinieren, daß die Remanenz Br, die Koerzitivfeldstärke Hc und die maximale magnetische Energiedichte (BH) max gleichzeitig optimiert werden. So sind aus dem Japanese Journal of Applied Physics 1973, Seite 761 Legierungen der Zusammensetzung Sm₀JCe₀₇(Co₀J₆Fe₀05Cu₀Qi)₁ bekannt, für die 5,0 S ζ S 8,5 Ist, Maxima für die Koerzitivfeldstärke und die Energiedichte zeigen diese Legierungen bei ζ =6,5 und fallen für Werte von ζ neben diesem Optimum schnell ab. Bei einer Koerzitivfeldstärke von 239 kA/m und einer maximalen Energiedichte von 111 kWs/m³ im Bereich des Optimums liegen die magnetischen Kenndaten dieser bekannten Legierungen noch weit unter den theoretisch zu erwartenden Werten.

Nachteilig an diesen bekannten dauermagnetischen Werkstoffen Ist weiterhin die schlechte Reproduzierbarkeit der magnetischen Kenndaten. Selbst bei sorgfältigster Regelung der Herstellungsprozeßparameter schwanken die magnetischen Kenndaten der Produkte mit einer Streubreite von rund 30% bis 35» um den als Sollwert vorgegebenen Mittelwert. Solche Werkstoffe sind daher für die technische und kommerzielle Praxis nicht verwertbar, und zwar sowohl wegen des hohen Regelaufwandes, der für Ihre Herstellung aufgebracht werden muß, als auch wegen der Streubreite der Kenndaten In den Produkten selbst.

Auch aus der DE 21 21 596 Al sind hartmagnetische Legierungen bekannt, die im Gramm-Maßstab oder im Laboratoriumsmaßstab hergestellt durchaus gute magnetische Kenndaten aufweisen. Bei diesen Legierungen handelt es sich um Seltenerdmetall-Kobalt-Leglerungen, bei denen sowohl auf den Seltenerdmetallplätzen als auch auf den Kobaltplätzen Substitutionen dadurch vorgenommen werden können, daß durch die Gegenwart von Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen bzw. durch die Gegenwart von Zink, Zirkonium oder entsprechenden H.-uptgruppenelementen in der Legierung Gltterverzerrungen aufrechterhalten werden. Wegen des generell hohen Dampfdruckes der für die Einstellung der Gitterverzerrung benotigten Metalle haben diese Werkstoffe jedoch keinen Eingang In die Praxis gefunden.

Eine Remanenz von 0,7 T, eine Koerzitivfeldstärke von 398 kA/m und eine maximale Energiedichte von 98 kWs/m' liefert ein Dauermagnet der Zusammensetzung (Ce₀J₅Sm₀₇₅) (Co₀₆₆Fe₀1Cu₀^)₅, der aus Appl. Phys.

Let. 1970, 312 bekannt ist. Diese Kenndaten liegen von den theoretisch erreichbaren Werte.! noch welter entfernt als die Daten für den vorstehend beschriebenen Werkstoff. Die mit den vorstehend genannten Daten erzielte Verbesserung der maximalen Energiedichte um 20 kWö/m' gegenüoer dem besten Im reinen Ce-System erhaltenen Wert wird darauf zurückgeführt, daß Im Ce-Gltter die Ce-Atorr.c teilweise durch Samarium substituiert werden, ln"der Legierung kennzeichnend also eine Kombination von Samarium und Ce vorliegt.

Schließlich Ist ein magnetischer Werkstoff, der ebenfalls obligatorisch Ce und Samarium In Kombination enthält, Gegenstand des älteren Rechtes DBP 24 35 077. Hler weist eine Legierung mit 3,85 MoI-* Ce, 8,97 Mol-% Samarium, 71,79 Mol-% Kobalt, 5,13 Mol-% Mangan und 10,26 Mol-% Kupfer Immerhin laut Angabe In der PS-DE 24 35 077 C3 eine maximale Energiedichte von 158 kWs/m' auf.

Angesichts des vorstehend beschriebenen Standes der Technik lieg' der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dauermagnetwerkstoff zu schaffen, der eine größere maximale Energledlchtc bei gleichzeitig hoher Koerzltivfeldstärke ermöglicht, als dies für die Legierungen des vorstehend beschriebenen Standes der Technik erziel· bar Ist. Gleichzeitig soll er mit geringerem Regelaufwand technisch herstellbar und nicht mit der Legierung nach dem älteren Recht DBP 24 35 077 identisch sein.

Ein Dauermagnet, der diese Aufgabe löst, weist die Im Anspruch 1 genannten Merkmale auf. Dabei bedeutet »Im wesentlichen bestehend aus einer Legierung der Zusammensetzung der allgemeinen Formel (I)« unter Einschluß üblicher Sinterverluste, Einwaagefehler und Verunreinigungen, die auch bei p.a.-Materlal In Spuren stets unvermeidbar sind.
Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dauermagneten Ist Gegenstand des Anspruchs 3.

Der Dauermagnet gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen relativ hohen Wert für den Parameter ζ aus, also durch einen relativ hohen Anteil preiswerter Übergangsmetalle gegenüber den teuren Seltenerdmetallen zeichnet sich durch die Verwendung des preisgünstigeren Samariums statt der obligatorischen zusätzlichen Verwendung des teureren Ce aus und zeichnet sich schließlich dadurch aus, daß bei seiner Herstellung trotz breiterer Regeltoleranzen auf die zu Alterungszwecken übliche Nachtemperung verzichtet werden kann, wenn

'Gegenüber dem Stand der Technik (Appl. Phys. Let. 1970, 312) wird eine um 63 kWs/m³, also um fast ^J/₃ höhere Energiedichte bzw. eine um 28 kWs/m³, also um fast '/₄ höhere Energiedichte (Japan J. Appl. Phys. 1973, 761) erzielt, was auf den zusätzlichen Einbau von Mangan zurückgeführt wird.

Zur Herstellung der Legierung für den Dauermagneten werden in an sich bekannter Weise die einzelnen Metalle eingewogen, zu einer homogenen Legierung aufgeschmolzen, abgekühlt und anschließend pulverisiert. Das erhaltene Pulver wird dann Im magnetischen Feld zu einem Preßling ausgeformt, der dann zwischen 1000 und 1300⁰C, vorzugsweise Im Bereich von 1170 bis 1270⁰C gesintert wird. Anschließend wird langsam auf 800 bis 900° C abgekühlt und bei dieser Temperatur zu Alterungszwecken nachgetempert. Dann wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Wenn 7,2 ^ ζ ^ 7,8, kann auf die Alterung verzichtet werden.

Bei den zuletzt genannten Legierungen, also im Fall 7,2'izS 7,8, soll die Abkühlungsgeschwindigkeit nach der Durchführung der Sinterung so hoch wie möglich sein. Je größer die Abkühlungsgeschwindigkeit Ist, um so ausgeprägter rechteckig verläuft die Hysterese der so hergestellten Dauermagnete. Einer Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit sind jedoch dadurch Grenzen gesetzt, daß die Sinterkörper bei zu großen Abkühlungsgeschwindlgkp'ten reißen. Auch ergeben sich bei zu schnellem Abkühlen Probleme mit der Qualitätsreproduzierbarkeit.

Innerhalb der vorstehend genannten Grenzen haben sich Abkühlungsgeschwindigkeiten Im Bereich von 1 bis 30 K/s, vorzugsweise 5 bis 30 K/s, bewährt. Dabei muß die Abkühlungsgeschwindigkeit im genannten Bereich zumindest so lange aufrecht erhalten werden, bis die Temperatur der Sinterkörper 800° C, vorzugsweise 700° C,

si erreicht hat.

P Im Werkstoff für den Dauermagneten gemäß der Erfindung ist Elsen als fakultativer Legierungsbestandteil

§ vorgesehen. Eine spürbare Verrihgerung der Eisenkonzentration bzw. ein Fortlassen des Eisens aus der Legiert ' rung führt jedoch zu einer Abnahme der Remanenz. Elsenanteile mit einem Parameter w von größer als 0,08

ff bewirken dagegen eine Abnahme der Koerzitlvfeldstärke und verschleißen den angestrebten Rechteckverlauf der

ti Hysteresekurve. In gleicher Welse wird bei Unterschreiten der gegebenen Grenzen für Kupfer die Remanenz

pf verringert und wird bei Überschreiten der als Grenzwert angegebenen Kupforkonzentration die Koerzltivfeld-

Ä stärke verringert. Durch die obligatorische Legierungskomponente Mangan wird eine signifikante Verbesserung

fe der maximalen Energledk.hte (BF.)max erzielt. Wird der Grenzwert des Parameters χ von 0,15 überschritten, so

ίί kann dies wiederum zu einer Verringerung der maximalen Energiedichte führen. Durch den Manganzusatz wird

'-i; die Remanenz kaum beeinflußt, zi bindest solange nicht, wie die angegebene obere Grenze der Mangankonzen-

■l tratlon in der Legierung nicht überschritten wird.

■; Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Drei Prüflinge A, B und C mit den In der Tabelle angegebenen Parametern werden durch Einwiegen der Metalle und Aufschmelzen des Gemisches In einem Induktionsofen unter Bildung der homogenen Legierung hergestellt. Die erschmolzene Legierung wird nach dem Abkühlen zu einem Pulver mit einer mittleren Korngröße Im Bereich von 2 bis 5 μιη zerkleinert. Das Legierungspulver wird anschließend In einem Magnetfeld mit einer Feldstärke von 1194 kA/m zu quaderförmlgen Blöcken verpreßt. Die Preßlinge werden dann bei einer

r*i Temperatur im Bereich von 1220 bis 1230° C 1 h gesintert. Nach dem Sintern werden die Sinterkörper mit einer

'.'] Geschwindigkeit von 6 K/s bis auf eine Temperatur im Bereich zwischen 800 und 820° C abgekühlt. Bei dieser

üJl Temperatur werden die Sinterkörper 30 min nachgetempert.

'.% Die an den so hergestellten Dauermagneten nach Abkühlen auf Raumtemperatur gemessenen magnetischen

fi/' Kenndaten sind In der Tabelle zusammengefaßt.

ft ^c.*l

$ Beispiel 7

& Fünf Dauermagnete D, E, F, G und H werden mit den In der Tabelle angegebenen Parametern In der Im

Beispiel 1 beschriebenen Welse hergestellt. Das Legierungspulver wird dabei In einem Magnetfeld mit einer magnetischen Feldstärke von 796 kA/m verpreßt. Die Preßlinge werden 1 h bei 1215 bis 1250⁰C gesintert. Nach

:\ dem Sintern wird mit einer Geschwindigkeit von 12 K/s bis auf 700° C abgekühlt und anschließend sofort bis

auf Raumtemperatur ausgekühlt. Die magnetischen Kenndaten der so erhaltenen sinterkeramischen Dauermagnete sind In der Tabelle angegeben. Die für die Prüflinge D und H erhaltenen Werte zeigen, daß Legierungen

ΐ mit ζ kleiner als 7,2 und mit ζ größer als 7,8 langsamer abgekühlt und nachgetempert werden müssen. Bei einer

H Abkühlung und Nachtemperung unter den Im Beispiel 1 genannten Bedingungen wird Tür einen Dauermagneten

der Zusammensetzung des Prüflings D eine maximale Energiedichte von 157 kWs/m^J und für einen Dauermagneten mit der Zusammensetzung des Prüflings H eine maximale Energiedichte von 153 kWs/m gemessen.

	Prüfling	V	W	25 07	157	Br	Hc	(BH) max
Tabelle						(T)	(kA/m)	(kWs/tn')
Beispiel	A	0,15	0,05	X	Z	0,89	676	151
	B	0,15	0,05			0,82	581	131
1	C	0,18	0	0,03	7,0	0,90	661	161
	D	0,15	0,05	0,03	6,2	0,87	48	nicht bestimmt
	E	0,15	0,05	0,06	7,0	0,90	326	72
2	F	0,15	0,05	0,05	7,0	0,93	708	153
	G	0,15	0,05	0,05	7,25	0,93	382	64
	H	0,15	0,05	0,05	7,5	0,85	96	nicht bestimmt
			0,05	7,8
			0,05	8,0

Claims

Patentansprüche:

1. Dauermagnet, im wesentlichen bestehend aus einer Legierung der Zusammensetzung

Sm (Co₁^Cu, FeJAa_x), (I)

wobei

0,08 SvS 0,20
ίο 0S»S 0,08

0,01 ijtl 0,15
6,0 SzS 7,8