DE2526954A1 - Mit mindestens einem eisenkoerper verbundener seco tief 5-permanentmagnet und verfahren zur herstellung eines solchen permanentmagneten - Google Patents

Mit mindestens einem eisenkoerper verbundener seco tief 5-permanentmagnet und verfahren zur herstellung eines solchen permanentmagneten

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Description

Ka/dh
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Mit mindestens einem Eisenkörper verbundener SECo1.-Permanentmagnet und Verfahren zur Herstellung eines solchen Permanentmagneten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mit mindestens einem Eisenkörper verbundenen SECo -Permanentmagneten und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Permanentmagneten.
SECOr-Permanentmagnete, wobei SE mindestens eines der Elemente der Ordnungszahlen b ti - 71 des periodischen Systems bezeichnet, haben aufgrund ihrer ungewöhnlich hohen Koerzitivfeldstärke und Remanenz bei der Herstellung von Motoren, magnetischen Lagern und Kupplungen wie auch beim Bau von Wanderfeldröhren eine grosse Bedeutung erlangt. Bei allen diesen Anwendungen müssen die Permanentmagnete auf Eisenlegierungen angebracht werden.
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_ / _ 72/75
2 5 7 6 9h U
Aus der DT-PS 852 5 85 ist beispielsweise ein Dauermagnetkörper r^it angesinterter Weicheisenschicht bekannt, jedoch lässt sich ein solcher Körper nur bei Temperaturen herstellen, welche oberhalb der für SECo^-Permanentmagnete verträglichen Temperatur liegen. Versuche der Anmelderin, den SECo^Permanentmagneten mit dem Eisenkörper durch Weichlöten zu verbinden, verliefen nicht erfolgreich, da die beim Weichlöten verwendeten chemisch aktiven Flussmittel mit dem Magnetmaterial reagieren und die Festigkeit der Verbindungsstelle und die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneten nach dem Löten erheblich herabsetzen. Auch das von der Anmelderin in Versuchen durchgeführte Verkleben von Permanentmagnet und Eisenkörper ist nicht besonders vorteilhaft, da ein derart gefertigtes Werkstück ohne nachteilige Auswirkungen auf seine mechanische Festigkeit höchstens auf 100 bis 200 C erhitzt werden kann. Verlötete SECo^-Permanentmagnete hoher mechanischer Festigkeit sind aus der DT-OS 2 340 018 bekannt, wurden jedoch in einem Verfahren hergestellt, welches ausschliesslich zum Verbinden gleichartiger magnetischer Werkstoffe konzipiert wurde.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen mit einem Eisenkörper verbundenen SECo^-Permanentmagneten zu schaffen, welcher auch bei Temperaturen oberhalb 10 0 C seine mechanischen und magnetischen Eigenschaften beibehält, und darüber hinaus in einem einfachen Verfahren in wirtschaftlicher Weise herzustellen ist.
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Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen Permanentmagnet und Eisenkörper eine metallische Zwischenschicht vorgesehen ist, welche sowohl mit dem Permanentmagneten als auch mit dem Eisenkörper hartverlötet ist. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Teile mit mindestens einer Lötfläche versehen, und die Lötflächen mit mindestens einer Zwischenschicht belegt werden, und dass das aus Permanentmagnet, Zwischenschicht und Eisenkörper zu erstellende Werkstück fixiert und unter Schutzgas bei Temperaturen oberhalb 6 00 C verlötet wird.
Ein derart mit dem Eisenkörper verbundener SECo^-Permanentmagnet behält nicht nur seine magnetischen Eigenschaften bei, sondern ist an der Lötstelle auch so fest mit dem Eisenkörper verbunden, dass bei starker mechanischer Belastung selbst bei Temperaturen oberhalb 2000C nicht die Lötstelle, sondern der spröde Permanentmagnet aufbricht. An der Lötstelle treten keine korrosiven Rückstände auf. Dünne an den Lotflächen auftretende Oberflächenoxidschichten werden ohne nachteilige Folgen direkt in die Lötverbindung eingebaut.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, welche teilweise durch eine Figur vereinfacht wiedergegeben werden. Hierbei zeigt die Figur das Schnittbild eines auf einen Weicheisenkörper aufgelöteten SmCOr-Permanentmagneten.
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- f. 72/75
In der Figur bedeuten die Bezugs zahlen 1 einen in einem pulvermetallurgischen Sinterverfahren hergestellten, eine SmCo5-Legierung enthaltenden Permanentmagneten und 2 einen Weicheisenkörper, etwa den Polschuh einer elektrischen Maschine. 3 bezeichnet eine Lötfolie aus Silber oder Kupfer, U und 5 deuten eine auf dem Permanentmagneten 1 und eine auf dem Weicheisenkörper 5 eingeschliffene Lötfläche an. Permanentmagnet 1, Weicheisenkörper 2 und Zwischenschicht 3 bilden das Werkstück 6.
I. Beispiel:
Um ein Werkstück 6 zu erstellen, werden zunächst am Permanentmagneten 1 und am Weicheisenkörper 2 Lötflächen 4 und 5, etwa mit Hilfe einer Polierscheibe, eingeschliffen und anschliessend mit einem organischen Lösungsmittel, etwa Aceton oder Aethanol, gereinigt. Permanentmagnet 1 und Weicheisenstück 2 werden unter Zwischenlegen einer ca. 50 ti dicken Lötfolie 3 aus Silber oder Kupfer an den Lötflächen 4 und 5 zusammengefügt und in einer nicht dargestellten Halterung, wie sie etwa aus der DT-OS 2 340 018 bekannt ist, fixiert. Werkstück 6 und Halterung werden zunächst in die Kühlzone eines mit Schutzgas beschickten Sinterofens eingegeben, dessen Glühzone etwas höher als die Schmelztemperatür der verwendeten Lötfolie, bei Kupfer also auf ca. 1085°, bei Silber auf ca. 965°C, aufgeheizt wird.
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Durch Einbringen des Werkstückes in die Glühzone wird der LjStvorgang eingeleitet, welcher üblicherweise ca. 10 Minuten dauert. Je nach Glühtemperatureinstellung, Grosse des Werkstückes und Lötfolienmaterial kann die Lötzeit jedoch beträchtlichen Schwankungen unterliegen.
Nach Beendigung des Lötvorganges wird das Werkstück 6 in der Kühlzone des Sinterofens rasch abgekühlt. Eine anschliessende bis zu drei Stunden dauernde Wärmebehandlung des Werkstückes bei Temperaturen zwischen 850 und 9 50 C ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagnetes erheblich verbessert werden.
Die Festigkeit des gelöteten Werkstückes ist so hoch, dass bei mechanischen Belastungen, etwa bei Beanspruchung auf Biegung oder Scherung, selbst noch bei Temperaturen oberhalb 200 C nicht die Lötstelle, sondern das spröde Permanentmagnetmaterial aufbricht. Dieses Ergebnis beruht nicht nur auf der bereits aus der DT-OS 2 340 018 bekannten Legierungsbildung im Grenzbereich der Lötfolie 3 und des Permanentmagneten 1, sondern ist insbesondere auch auf die Bildung einer Eisen-Kupfer- bzw. Eisen-Silber-Legierung im Grenzbereich zwischen Lotfolie 3 und Weicheisenkörper 2 zurückzuführen. Während sich der poröse Permanentmagnet 1 schon bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der Lötfolie 3 legiert, er-
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- y- 72/75
folgt das Legieren des Weicheisens 2 mit der Lötfolie 3 erst bei der Schmelztemperatur derselben. Nach Abkühlen des Werk-Stückes bildet sich eine feste Verbindungsschicht aus, deren Schichtdicke jedoch nicht oberhalb 50 μ liegen sollte. In einer Anzahl von Versuchen wurde nämlich festgestellt, dass Lötfolien 3, deren Dicke 50 yu nicht übertreffen, Werkstücke mit den besten mechanischen und magnetischen Eigenschaften ergeben.
II. Beispiel:
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Lötschicht 3 galvanisch auf der Lötfläche 5 des Weicheisenkörpers aufgetragen. Auch hierbei sollte die Lötschicht nicht dicker als 50yu sein. Das Verlöten des Werkstückes erfolgt nun üblicherweise in derselben Weise wie beim Zwischenlegen einer Lötfolie, d.h. bei einer Temperatur knapp oberhalb der Schmelztemperatur der Lötschicht, bei einer kupfernen Lötschicht also bei 10 85 C. Bei Permanentmagneten, welche keine so hohen Temperaturen vertragen, ist es jedoch auch möglich, bei einer niedrigeren Löttemperatur eine feste Verlötung des Werkstückes zu erreichen. Mit einer kupfernen Lötschicht genügen bereits 1040 C Löttemperatur, um ein mechanisch hochwertiges Werkstück zu erstellen, da einerseits bei dieser Temperatur bereits eine Legierungsbildung zwischen dem Kupfer des Lötmaterials und dem Metall des Per-
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manentmagneten, etwa CeMM, einsetzt und andererseits das Kupfer der Lotfolie durch das galvanische Auftragen auf die Lötfläche des Weicheisenkörpers bereits so innig damit verbunden ist, dass schon vor Erreichen der Schmelztemperatur des Kupfers eine Verlötung stattfindet.
Die Erfindung ist nicht nur auf SmCo^- oder CeMMCoc-Magnete beschränkt. Sie erstreckt sich auch auf andere SECOg-Legierungen enthaltende Permanentmagnete, wobei SE für eines oder mehrere der Elemente mit den Ordnungszahlen 58 - 71 steht. Der Eisenkörper 2 kann ausser aus Weicheisen auch aus eisenhaltigen Legierungen bestehen, selbstverständlich ist dabei aber zu beachten, dass er denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Permanentmagnet aufweist. Neben Kupfer und Silber sind auch Gold, Nickel oder Zinn für sich allein oder in Legierung miteinander als Lötschichten zu verwenden. Als Legierungen sind insbesondere Cu Au (70/30), Cu Au Ni (62/ 35/3), Cu Au (62,5/37,5), Cu Ag (95/5), Au Ni (82/18), Cu Sn Ag (85/8/7), Cu Au Ag (55/42/3), Au Cu Ag (58/40/2), Cu Ag (60/40), Au Cu Ag (75/20/5), Au Cu (81,5/18,5) zu empfehlen, wobei sich die in Klammern gesetzten Zahlenangaben auf das Gewichtsverhältnis der betreffenden Legierungskomponenten beziehen.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    l.jMit mindestens einem Eisenkörper verbundener SECor-Permanentmagnet, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Permanentmagnet (1) und Eisenkörper (2) eine metallische Zwischenschicht (3) vorgesehen ist, welche sowohl mit dem Permanentmagneten (1) als auch mit dem Eisenkörper (2) hartverlötet ist.
  2. 2. SECo^-Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) aus mindestens einem der Metalle Cu, Ag, Au, Ni und Sn besteht oder mindestens eines derselben enthält.
  3. 3. SECo^-Permanentmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) mindestens eine der nachfolgend aufgezählten Legierungen enthält:
    Cu Au (70/30)
    Cu Au Ni (62/35/3)
    Cu Au (62,5/37,5)
    Cu Ag (95,5)
    Au Ni (82/18)
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    - Γ- . 72/75
    VCu Sn Ag (85/8/7)
    Cu Au Ag (55/42/3)
    Au Cu Ag (58/40/2)
    Cu Ap; (60/4 0)
    Au Cu Ag (75/20/5)
    Au Cu (81,5/18,5)
    wobei sich die in Klammern gesetzten Zahlenangaben auf das Gewichtsverhältnis der betreffenden Legierungskomponenten beziehen.
  4. 4. SECo^-Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) höchstens 50 ,u dick ist.
  5. 5. SECo -Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pulvermetallurgisch gesinterte Permanentmagnet (1) SmCon und/oder CeMMCo1- enthält und der Eisenkörper (2) aus Weicheisen besteht.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Eisenkörper verbundenen SECo^-Permanentmagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Teile (1, 2) mit mindestens einrr I.ötflc'iche (4, 5) vorsehen, und die Lötflächen (4, 5) mit mindestens einer lötfähigen Zwischenschicht (3) belegt werden, und dass das aus Permanentmagnet (1),
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    ^»Zwischenschicht (3) und Eisenkörper (2) zu erstellende Werkstück (6) fixiert und unter Schutzgas bei Temperaturen oberhalb 600° C verlötet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) mindestens eines der Metalle Cu, Ag, Au, Ni und Sn enthält und dass das Werkstück (6) zwischen 850 und 1100° C verlötet, anschliessend rasch abgekühlt und sodann zwischen 850 bis 950° C bis zu drei Stunden wärmebehandelt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendungen einer kupfernen (silbernen) Zwischenschicht (3) das Werkstück bei IO85 (965)° C verlötet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschichten (3) Lötfolien von höchstens 50 .u Dicke verwendet werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) galvanisch auf das Eisen aufgetragen wird.
    BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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