DE2531120A1

DE2531120A1 - Verfahren zur herstellung anisotroper permanentmagneten aus mn-al-c- legierungen

Info

Publication number: DE2531120A1
Application number: DE19752531120
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Kato; Tadao Ohtani; Yoichi Sakamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-07-11
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1976-04-15
Also published as: GB1482489A; US4051706A; JPS5442651B2; DE2531120C3; JPS5183053A; NL7508343A; NL184284C; DE2531120B2; CA1053546A

Description

BERLIN 33 8MÜNCHEN80 Auguste-Viktoria-StraSe 65 p. Dl icr^LJlS C B DADTKICD PieiwenauerstraBe 2 Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschke LT- KUöUMNt & Γ AK I IN C K Pat.-Anw. Dipl.-lng.

Pat-Anw. Dipl.-lng. PATENTANWÄLTE ^{Hans E}'^Ruschl<e

Olaf Ruschke ΓηΙ LII IMIlVYnLl L 9B03

Telefon:«»/Jfgfjg BERLIN - MÖNCHEN ^{Teiefon: 089/}987258

Telegrammadresse: Telegramm-Adresee: Quadratur Berlin Quadratur München TELEX: 183786 TELEX: 522767

M 3613 Matsushita Electric Industrial 0o_o Ltd., Kadoma, Osaka, Japan

Verfahren zur Herstellung anisotroper Permanentmagneten aus

Mn-Al- C-L egi erung en

Zusammenfassung der Offenbarung

Anisotrope Permanentmagneten au« polykristalliner Mn-Al-C-Legierung werden durch Warmauspressen bei einer Temperatur von 53o cc. 83o°C unter Verwendung sich verjüngender Düsen mit einem zwischen dem polykristallinen Körper und der sich verjüngenden Form angeordneten Gleitmittel hergestellte Mit Formen verhältnismäßig kleiner Halbwinkel lassen sich Legierungen mit verbesserten magnetischen Eigenschaften hinsichtlich der (BH)

und insbesondere der B -tferte erreichen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Permanentmagnete und insbesondere Verfahren zur Herstellung anisotroper Permanentmagnete au s Mangan-Aluminium-Ko hlen sto ff-L egi erung en.

Bekannte Magnete aus Mn-Al-Legierungen, die aus 60 ... 75 Gew.-

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Mn (im folgenden sind alle Anteilsangaben Gewichtsprozente) und dem Rest Aluminium "bestanden, wurden hergestellt, indem man die ferromagnetische metastabile f-Phase durch Wärmebehandlung, d.h_o gesteuerte Abkühlung oder nach dem Abschreck- und Nachglühverfahren ("quench-tempering method") erzeugte. Die Mn-Al-Legierungsmagneten besitzen jedoch niedrige magnetische Kennwerte in der Größenordnung von (BH)max = o,5x1o G.Oe.

Seither hat man ein Verfahren zum Verbessern der magnetischen Eigenschaften von Mn-Al-legierungsmagneten vorgeschlossen, demzufolge man eine erhebliche Kaltverformung anwendet, d_oh„ die Legierung gesenkdrückt ("swage"), um sie anisotrop zu machen. Es ist bekannt, stabförmige Mn-Al-Legierungsmagneten in der ferromagnetischen Phase in nichtmagnetische Rohre aus rostfreiem Stahl dicht einzuschließen und darin zu 85 ..β 95 % kaltzudrücken. Nach diesem Verfahren erhält man anisotrope Permanentmagneten mit magnetischen Eigenschaften in der Größenordnung von (EH)max ¹^ 3,5x1o G.Oe in der magnetischen Vorzugsrichtung, d.h. der Axialrichtung des Stabes. Da Mn-Al-Legierungsmagneten intermetallische Verbindungen und daher sehr hart und spröde sind, bewirkt eine Kaltverformung von bereits wenigex als 1 % Risse und Sprünge in der Legierung,,

Da andererseits der Anisotropierungsgrad vom Ausmaß der Kaltverformung abhängt, ist erforderlich, die Legierung stark kaltzuverformen (üblicherweise mehr als 8o /o), um zufriedenstellende magnetische Eigenschaften zu erreichen. Will man diese Kaltver-

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formung also durchführen, muß man die legierung vorher in ein Rohr aus nichtmagnetischem rostfreien Stahl einschließen.

Das oben erläuterte Verfahren zur Herstellung anisotroper Permanentmagneten ist kompliziert, da die Mn-Al-Iegierung im Rohr gepulvert werden muß; weiterhin ist es schwierig, Stäbe gleichmäßigen Durchmessers zu erhalten. Das Verfahren ist daher kostspielig und hat einen nur geringen praktischen Wert.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, hat man ein Verfahren zur Herstellung stabförmiger anisotroper Mn-Al-Legierungsmagneten vorgeschlagen, indem man den Mn-Al-Legierungsmagnet hydrostatisch bei weniger als 2oo°C auspreßte Die magnetischen Kennwerte derartiger Legierungen sind jedoch niedrig - in der Grössenordnung von (BH)max = 2,5 ... 3,6x1o G.Oe in der magnetischen Vorzugsrichtung. Dieses Verfahren erfordert außeixLem einen sehr kritischen Auspreßvorgang und ist wiederum für die Praxis nicht geeignet.

Bemgegenüber sind Mn-Al-Legierungsmagneten isotrope Permanentmagneten mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften, Stabilität, Witterungsbeständig und mechanischer Festigkeit; sie sind in der US-PS 3.661«567 beschrieben. Nach dieser Patentschrift handelt es sich bei den Legierungen um solche aus Mn, Al und 0 als unabdingbaren Bestandteilen und gegebenenfalls anderen Zusätzen und Verunreinigungen. Isotrope Permanentmagneten mit ausgezeichneten Kennwerten, d.h_e besser als

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(BH)max = 1,ox1o G.Oe im isotropen Zustand (d.h. doppelt so hoch wie die entsprechenden Werte isotroper Mn-Al-Legierungsmagneten) lassen sich nach dem Abschreek- und Nachglühverfahren herstellen, wobei die Anteile von Mn, Al und C in diesen Legierungen in folgenden Bereichen liegen:

Mn 69,5 .o. 73,o %

Al 26,4 ... 29,5 %

C o,6 ... (1/3 Mn - 22,2) %

Danach hat man Verfahrer zur Warmverformung von Mn-Al-C-Legierungen entwickelt, um deren magnetische Eigenschaften zu verbessern,, Nach der schwebenden D T-P a ten tanm el dung P 24 37 444 <> 5-24 ergibt eine plastische Warmverformung im Temperaturbereich von 53o ... 83o°C Mn-Al-C-Legierungsmagneten aus Ein- und Polykristallen mit überraschend verbesserten magnetischen Kennwerten. Im Zusammensetzungsbereich von 68,ο ._oo 73,ο % Mn (1/io Mn 6,6) . _e. (1/3 Mn - 22,2) % C, Rest Aluminium, ergibt sich dabei ein Permanentmagnet mit magnetischen Kennwerten derart, daß im Massezustand der (BH)max-Wert über 4,8x1o Q.Oe bis zu etwa 9,2x1o GeOe betragen kann.

Während das oben angegebene Verfahren Einkristallmagnete mit einem (EH)max-Wert von bis etwa 9,2x1o G.Oe erbringt, lassen sich durch plastische Warmverformung, d,h₀ Warmauspressen, auch polykristalline Mn-Al-C-Legierungsmagneten mit einem (BH)max-Wert über 4,8x1o G.Oe bis hinaus zu etwa 7,8x1o G.Oe erreichen. Im Vergleich zu dem recht komplizierten Verfahren zur Herstellung

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einkristalliner Mn-Al-C-legierungsmagneten, ist die Herstellung polykristalliner Mn-Al-C-Iegierungsmagneten durch plastische Warmverformung wesentlich einfacher und hat daher einen hohen gewerblichen Wert.

Weiterhin offenbart die genannte DT-Patentanmeldung P 24 37 444o5-24, daß sich mit der oben erläuterten plastischen Verformung eine bemerkenswerte Verbesserung der magnetischen Kennwerte und ein erheblich höherer Anisotropierungsgrad erreichen lassen und daß es sich hierbei um ein neuartiges Phänomen handelt, das auf einem den Mn-Al-C-Legierungsmagneten eigenen Mechanismus basiert. Die genannte Anmeldung weist weiterhin darauf hin, daß der Kohlenstoff ein unabdingbarer Bestandteil der Legierung ist. Im Fall von Mn-Al-Legierungsmagneten wurde bspw* bestätigt, daß eine leichte Plastizität über 58o C erscheint, daß sich jedoch bei einer Bearbeitung bei über 53o°C keine Verbesserung der magnetischen Kennwerte feststellen ließ; vi3lmehr wurden die magnet⁵achen Kennwerte erheblich schlechtere

Wie in de ι schwebenden DT-Patentanmeldung P 24 37 444.¹S-^I- otfen bart, werden die Mn-Al-C-Legierungen durch plastisol e Warmverformung in einem eingeschlossenen Zustand magnetisch orientiert, wo i'ü- die plastische Warmverformung in einer bestimmten Äichtang be einer Temperatur von 53o ..· 83o°C erfolgen sollte, damit dir- Atom ebenen sich in einer bestimmten Richtung verschieben. Di magnetische Orientierung läßt sich erreichen, indem man die Atomebene aua den Kohlenstoff als unabdingbares Bestandteil ent-

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haltenden Phasen verschiebt, d.h. der dichtgepackten hexagonalen 6 -Phase, der orthorhomMschen £'-Phase, der flächenzentrierten tetragonal en X-Phase oder einer Vielzahl solcher Phasen. Dabei ist die<f '-Phase eine neugefundene Zwischenphase in der £ Ϊ?X, -Transformation, die durch eine B19-Struktur gekennzeichnet ist (Gitterkonstanten a = 4,371 Ä, b = 2,758 1 und c = 4,582 I)₀

Experimentelle Untersuchungen an Mn-Al-C-Einkristallen haben ergeben, daß nur die eingeschlossene gerichtete Verformung eine Atomverschiebung bewirkt (d„h_o daß die Kompressionsrichtung innerhalb eines bestimmten Richtungsbereiches liegen muß), so daß die Bildung der gewünschten orientierten ferromagnetischen 'X -Phase stattfindet. Diese gerichtete Verformung sollte derart sein, daß sie eine Verschiebung der Atomebene in der (oooi)-£ Ebene zur J_ Ϊ1οο_7- ^-Richtung der C -Phase, in der gleichen entsprechenden (1oo)- L '-Ebene zur _/~oo1__7 £'-Richtung dex· '-Phase und der gleichen entsprechenden (111) C-Ebene zur £~ TT2_7 f-Richti:.ng der L -Phase bewirkt. Hinsichtlich der Kompressionsrichtung relativ zur Kristallorientierung der c-inase nach der Verformung erleichtert eine Kompression im fast rechten Winkel zur £ oo1_7 i--Achse des erhaltenen Einkristalls in der '^-Phase nach der Verformung, welche Achse die gewünscnte Richtung der leichten Magnetisierung ist, die Vex'schiebung der Atomebene in jeder Phase. Bei der Verformung unter diesen Bedingungen war die Verformungsanisotropie bemerkenswert, d.h₀ es traten eine erhebliche Schrumpfung in der Kompressionsrichtung und eine erhebliche Längung nur in der einen zum Druck rechtwinkligen

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Richtung auf. Die Richtung, in der eine erhebliche Längung auftrat, war fast die gleiche wie die magnetische Vorzugsrichtung des erhaltenen Einkristalls in der T-Phase. Entsprechend ließ sich aus jeder der obengenannten Phasen ein magnetisch anisotroper Einkristall-Permanentmagnet in der einfachgerichteten -Phase erhalten.

Hinsichtlich der einkristallinen Mn-Al-C-Legierungen wurde die Notwendigkeit einer Verformung in einer bestimmten Richtung zur Herstellung magnetisch anisotroper Permanentmagneten erkannt.

vias die polykristallinen Mn-Al-C-legierungen anbetrifft, gibt die genannte DT-Patentanmeldung P 24 37 444ο5-24 weiterhin an, daß die Legierungen in dem genannten Temperaturbereich gestaucht wurden, wobei sich anisotrope Permanentmagneten ergaben, deren magnetische Vorzugsrichtung in Durchmesserrichtung, d.h. rechtwinklig zur Druckrichtung lag. Beim Auspressen der Legierungen ergab sich außerdem klar, daß die magnetische Vorzugsrichtung in der Auspreßrichtung lag.

Jedoch ist das Verhalten der polykristallinen Mn-Al-C-Legierungen bei der Warmverformung durch Auspressen infolge von Effekten wie der Unterschiedlichkeit der Orientierung der winzigen Kristalle, der Korngrenzen, der Reibung und dergl. sehr kompliziert. Wegen der genannten Schwierigkeiten ist der Einfluß des Profils der Auspreßdüsen, die die Legierung zum Zweck der .plastischen Verformung einschließen, noch unklar. Insbesondere war der Ein-

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fluß des Düsenwinkels auf die Bildung magnetisch gerichteter polykristalliner Legierungen in der '(T-Phase bis jetzt noch nicht klar.

Polglich ist es das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung anisotroper Permanentmagneten aus polykristalliner Mn-Al-C-Legierung mit ausgezeichneten magnetischen Kennwerten in der Ausßreßrichtung anzugeben«,

Es ist ein weiteres Ziel, ein Verfahren zur Herstellung eines anisotropen Permanentmagneten aus polykristalllner Mn-Al-C-Legierung mit magnetischen Kennwerten derart anzugeben, daß der (BH)max-lAfert 6,ox1o GeOe in der magnetischen Vorzugsrichtung, d.h. der Auspreßrichtung, übersteigt.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines stark anisotropen Permanentmagneten aus polykristalliner Mn-Al-C-Legierung anzugeben, bei dem während des Auspreseens der Legierung keine inneren oder äußeren Brüche und Totzonen auftreten«

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines anisotropen Permanentmagneten aus polykrietalliner Mn-Al-C-Legierung anzugeben, dessen Querschnittsform (rechtwinklig zur Auspreßrichtung) nicht nur kreisförmig sein muß, sondern auch rechtwinklig und dergl, sein kann.

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Diese Ziele lassen sich erreichen, indem man den polykristallinen Körper einer Legierung aus einem Mn-Al-G-System einer Warmverformung aussetzt, indem man den polykristallinen Körper in einem Temperaturbereich von 53o ... 83o°C durch eine sich verjüngende Auspreßdüse schiebt und zwischen polykristallinem Körper und der sich verjüngenden Düse ein Gleitmittel anordnet.

Bei der oben genannten Legierung aus einem Mn-Al-C-System, das warm ausgepreßt werden soll, handelt es sich um eine Legierung, die im wesentlichen die Mn-Al-G-Legierung aus einer oder mehreren der £-, £·- und t^-Phasen enthält. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung läßt sich aus allen diesen Phasen ein magnetisch gut gerichteter Permanentmagnet herstellen. Die £-, £.'- und die L-Phase sollten C als unabdingbares Element enthalten, und das Vorliegen von anderen Kohlenstoffverbindungen als Al .C-,, wie bspw. Mn,AlC, ist erlaubt«, Weiterhin umfaßt die obengenannte Legierung eine Legierung mit Verunreinigungen und Zusätzen zu den Hauptbestandteilen Mn, Al und C.

Da die £'-Phase und die f-Phase sich aus der £-Phase entwikkeln, ist der breiteste Zusammensetzungsbereich, in dem der Effekt der Erfindung auftritt, derjenige, in dem die £-Phase vorliegt. Ein Vorzugsbereich für die Anteile der unabdingbaren Bestandteile Mn, Al und C ist wie folgt:

Mn 68,0 _β._β 73,ο %

C (1/10 Mn - 6,6) ... (1/3 Mn - 22,2) %

Al Rest

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- 1ο -

Hierbei stellt der Ausdruck (1/Io - 6,6) ^ÜA die Löslichkeitsgrenze des Kohlenstoffs in der ferromagnetisehen Phase innerhalb des Zusammensetzungsbereichs von 68,0 ... 73,ο % Mn dar. Der Ausdruck (1/3 Mn - 22,2) % ist der Grenzwert der Kohlenstoffkonzentration, oberhalb dessen sich die Verbindung Al.G-, bei Temperaturen oberhalb der Schmelzpunkte der Mn-Al-C-Legierungen bildet. Wenn durch die Luftfeuchtigkeit hydrolysiert, bewirkt das Al-C, ein Aufbrechen der Legierung und führt bei fortschreitender Hydrolyse schließlich zu einem Auflösen der Legierung.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Figo 1 ist eine schematischer senkrechter Schnitt durch eine typische Auspreßdüse in einer Düsenanordnung; Figo 2 zeigt Einzelheiten der im Beispiel 2 eingesetzten Auspreßdüse im Vertikalschnitt. Die Vertikalschnitte der Fig. 2a und 2b liegen Jeweils senkrecht zueinander; Figo 3 zeigt den Umriß einer Auspreßdüse mit einem gekrümmten Innenprofil, wie sie im Beispiel 3 verwendet wurde.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben den Einfluß des Düsenprofils auf die magnetischen Eigenschaften des Mn-Al-O-Legierungsmagneten nach dem Warmauspressen untersucht.

Als Resultat hat sich herausgestellt, daß Änderungen des Düsen-

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profils die magnetischen Eigenschaften des Produkts erheblich beeinflussen und daß der Winkel, unter dem das fließende Material zusammengeführt wird, einen Einfluß auf die Bildung der magnetisch gerichteten Polykristalle der L -Phase hat. Dieser Punkt war aus der Offenbarung der schwebenden DT-Anmeldung ρ 24 37 444o5-24 noch nicht klar, und der Einfluß dieses Winkels ergab sich zum ersten Mal aus den experimentellen Ergebnissen der vorliegenden Erfindung,,

Diese experimentellen Ergebnisse zeigten, daß die legierung des Systems Mn-Al-C während des Auspreßvorgangs ein bestimmtes Verhalten zeigt, das sich von dem gewöhnlichen Metalls unterscheideto Diese Ergebnisse fördern ein Verständnis der Verformungsanisotropie von ein-und polykristallinen Körpern.

Das Profil einer der sich verjüngenden Auspreßdüsen ist in Pig. als vertikaler Schnitt durch die Düsenanordnung gezeigt. Der Düsenkörper (1) weist eine geneigte innere Fläche 11 auf, die unter einem Halbwinkel zur Auspreßrichtung (A-A¹) in einem Düsenteil I verläuft, sowie einen Auslaufteil II. Der Düsenkörper ist mit einem Behälter 12, einem Düsenhalter 13 und einem Stützrohr 14 zusammengebaut. Die Düse weist also einen sich verjüngenden Teil auf, in dem die Querschnittsfläche der inneren Öffnung der Düse entlang der Auspreßrichtung abnimmte Die Plächenabnahme ist durch folgenden Ausdruck definiert:

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Querschnittsfläche des ausgepreßten Materials

Flächenabnahme (%) = (1 ) χ loo

Querschnittsfläche des Knüppels

Die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung, die in den folgenden Ausführungsformen erläutert werden sollen, weisen darauf hin, daß ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines anisotropen Mn-Al-C-Legierungsmagneten durch Warmauspressen durch eine sich verjüngende Düse entwickelt worden ist. Diese vorliegende Erfindung schränkt die einzusetzende Düsenanordnung - mit Ausnahme des sich verjüngenden Teils - in keiner Weise ein.

Der Ausdruck "sich verjüngende Düsenfläche" beschreibt dabei eine Fläche aus steifem bzw. unbeweglichem Material, die zur Verformung durch eine Gleitmittelschicht hindurch im wesentlichen beiträgt, iolflich kann eine Düse für die vorliegende Erfindung so aufgebaut sein, daß die sich verjüngende Düse der unbewegliche Hauptteil ist und die Gleitmittelschicht dadurch entsteht, daß während des Auspressens die Oberfläche dieses Hauptteils aufweicht.

Ist der Halbwinkel klein genug, erfährt der Knüppel aus der polykristallinen Mn-Al-C-Legierung im sich verjüngenden Düsenteil eine ziemlich gleichmäßige kompressive Verformung in der zur Auspreßrichtung senkrechten Richtung. Folglich ergibt die kompressive Verformung eine wirkungsvolle gerichtete Bearbeitung und diese ihrerseits einen anisotropen Mn-Al-C-Magneten, dessen

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magnetische Vorzugsrichtung in der Auspreßrichtung liegt« Unter diesem Gesichtwinkel läßt sich schließen, daß, je kleiner der Halbwinkel c*-, die Düse um so stärker zu den magnetischen Kennwerten des Produkts in der Auspreßrichtung "beiträgt. Dies ist der wesentliche Punkt der vorliegenden Erfindung, der von den unten zu diskutierenden Versuchen bestätigt wird,,

Es bestehen jedoch für den eigentlichen Auspreß vor gang einige einschränkende Bedingungen« Aus verschiedenen zu "beschreibenden Gründen ist bspw. die Länge des sich verjüngenden Düsenteils begrenzt. Da zwischen Knüppel und Düse eine gewisse Reibung auftritt, auch wenn sich in der Trennfläche ein Gleitmittel befindet, steigt die Reibungskraft gegenüber der erforderlichen Auspreßkraft so stark an, daß erhebliche Schwierigkeiten auftreten. Da außerdem die nach dem Auspressen erhaltene ferromagnetische IT-Phase metastabil ist, bewirkt eine zu lange Dauer des Auspreßvorgangs eine Transformation zu stabilen, aber nichtmagnetischen Phasen, d.h. der AlMn(r)-und der ß-Mn-Phase, die ungünstig sind«,

Angesichts der beschriebenen Schwierigkeiten muß man eine Düse mit zu kleinem Halbwinkel^vermeiden, da dann der sich verjüngende Teil zu lang wird_o Im Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung ist eine sich verjüngende Düse mit einem Halbwinkel von 2,5° oder mehr verwendet und erbringt einen guten Beitrag zu den magnetischen Eigenschaften des ausgepreßten Produkts. Wenn hierbei die innere Düsenfläche nicht axisymmetrisch ist, d.h. daß

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um die Achse herum in der Auspreßrichtung unterschiedliche HaIbwinkel existieren, soll der zu diskutierende Halbwinkel oL der maximale Halbwinkel der sich verjüngenden Düse sein, wobei die sich verjüngende Fläche der Düse mit dem Halbwinkel die Verformung wesentlich beeinflußt und die Länge des sich verjüngenden Teils im wesentlichen bestimmte Andere Flächen in der gleichen Düse mit kleineren Halbwinkel als dem Halbwinkel ⁰^, wie er oben definiert ist, sind erlaubt. Bspw. sind seitliche Düsenflächen - im Gegensatz und zusätzlich zu den geneigten Düsenflächen ■ im gleichen sich verjüngenden Düsenteil erlaubt; vergl. Beispiel 2, wo ein Paar ebener Flächen parallel zur Auspreßrichtung liegt, deren Halbwinkel sich als o° ausdrücken läßt. Andere Variationen sind ebenfalls mögliche

Es sind viele Variationen des Düsenprofils möglich, bei denen der Halbwinkel sich in der Auspreßrichtung ändert. Einige solcher Variationen - bspw. konvexe, cosinusförmige und sigmoidale ("sigmoidal") Konturen - lassen sich gattungsmäßig als gekrümmte innere Düsenprofile bezeichnen. Ändert der Halbwinkel sich diskontinuierlich, lassen sich doppelt oder vielfach gestaltete Düsenkonturen verwenden. Es ist klar, daß derartige Variationen des Düsenprofils für die vorliegende Erfindung anwendbar siid. Obgleich es schwierig ist, den repräsentativen Halbwinkel d r gekrümmten Düsenkontur anzugeben, sollte mindestens der Mil .elwert der Winkel zwischen dem Ein- und dem Auslaß des sich ;rjüngenden Düsenteiles in den Bereich kleiner Halbwinkel fa Len, der im folgenden Beispiel erwähnt werden wird, damit man t. aen

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anisotropen Permanentmagneten aus polykristalliner Mn-Al-C-Legierung mit verbesserten magnetischen Eigenschaften erhält. Vorzugsweise fällt auch der maximale Halbwinkel entlang der Auspr.eßrichtung in den kleinen Halbwinkelbereich, wenn die innere Teilfläche der Düse mit dem größeren Halbwinkel, d.h. der maximale oder fast maximale Halbwinkel, im Verhältnis zur Gesamtflächenreduktion der gekrümraten Düse eine vergleichsweise große Flächenreduktion bewirkt. Um das Au pressen zu erreichen, wenn der Halbwinkel c<-der sich verjüngenden Düse klein ist, sollte man die Reibung zwischen Knüppel und Düse durch Schmieren verringern« Als Ergebnis von Versuchen hat sich herausgestellt, daß vielerlei Gleitmittel wie feste Mittel, Dispersionen und Gleitmittel im Glaszustand sich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung einsetzen lassen» Der allgemeine Trend für den Zusammenhang zwischen dem Halbwinkel d- und den magnetischen Eigenschaften war für die unterschiedlichsten Gleitmit'el qualitativ fast gleich.

Weiterhin läßt sich ein besseres Ergebnis erwarten, wenn die polykristallin Legierung die kompressive Verformung in vielen Richtungen zentripetal um die Auspreßrichtung herum erfährt, um die bevorzugte gerichtete Verformung jedem der winzigen und unterschiedlich gerichteten Kristalle zu erteilen. Aus diesem Grund wird eine sich verjüngende Düse mit einer axisymmetrischen Innenfläche, deren Halbwinkel ⁰^ klein ist, als für die Herstellung eines anisotropen Permanentmagneten aus polykristalliner Legierung eines Mn-Al-C-Systems am besten geeignet gehalten.

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Dies wird aus den folgenden Beispielen klar werden.

Beispiel 1

Aus einem Gießling mit einer Zusammensetzung von 69,48 % Mn, 29,98 % Al und o,54 % 0 (chemische Analyse) wurden zylindrische Knüppel mit 2o mm φ und 35 mm Länge geschnitten, nach einem 2-stündigen Vorhalten auf 115o°C mit etwa 5oo°G/min schnell abgekühlt und weitere 3o min₀ auf 55o°C geglüht. Bei der Rö'ntgenbrechungsanalyse wurde die C-Phase festgestellt. Diese Knüppel aus der polykristallinen Mn-Al-C-Legierung wurden axisymmetrisch bei einer !Temperatur von 7oo°C bei einer Flächenreduktion von 64 % ausgepreßt, und zwar durch konische Auspreßdüsen mit unterschiedlichen Halbwinkeln· Hierbei wurden Leerknüppel verschiedener Länge eingesetzt, um die Prüfknüppel durch die Düse zu schieben. Der Knüppel wurde jeweils mit einem Verbundgleitmittel in Form eines Graphit-Kupfer-Glas-Systems geschmiert.

Die Ergebnisse des Versuchs sind in der !Tabelle 1 zusammengefaßt, die den mittleren stationären Ausßreßdruck und die magnetischen Kennwerte im Verhältnis zum Halbwinkel der Düse ausweist.

Tabelle 1

Halbwinkel mittl, stat. magnetische Eigenschaften (O\ Auspreßdruck Br(G) ^S. (Oe) BH

^(kg/mm2) (x^G.Oe)

2,5 67 6ooo 175o 5,1 ;

5 54 64oo 22oo 6,2 j

7,5 46 65oo 26oo 7,1 j

8 0 9816/0638 t

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Halbwinkel	1o	mittl. statο	magnetische Eigenschaften	_bH_c(0e)	max
(°)	15	Auspreßdruck	Br(G)		(x1o⁶ G.Oe)
	2o	(kg/mm )		27oo	7,2
25	42	645o	27oo	6,9
3o	4o	63oo	255o	6,1
45	39	595o	235o	4,5
6o	42	5o5o	23oo	3,6
44	41oo	225o	3,o
61	39oo	215o	2,8
89	385o

Als Ergebnis wurden mit jeweils unterschiedlichen Düsenhalbwinkeln anisotrope Permanentmagneten aus polykristalliner Mn-Al-C-legierung erhalten, deren magnetische Vorzugsrichtung in der Auspreßrichtung lag, wie in Tab. 1 ausgeführt. Es verdient besondere Erwähnung, daß die magnetischen Eigenschaften und insbesondere das maximale Energieprodukt (BH) und die Remanenz (B), die in engen Zusammenhang mit der Ausrichtung der /~oo1__7 C -Achse der ferromagnetischen i-Phasen-Kristalle stehen, mit abnehmendem Halbwinkel sich verbesserten,, Diese Tendenz beschleunigte sich mit im Bereich von 3o ... 2o° liegendem Halbwinkel cL von 7,5°, d.h. demjenigen Halbwinkel, bei dem in diesem Beispiel fast die Maxima des Energieproduktes und der Remanenz auftraten, ließen die magnetischen Kennwerte etwas nach_e Dieser Umstand läßt sich vielleicht erüären durch ungünstige Effekte bei der praktischen Durchführung - bspw. Reibung und zunehmender Auspreßdruck. Dieser unerwünschte Einfluß ist jedoch geringer als der wünschenswerte Einfluß des kleinen Düsenwinkels. Vergleicht

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²⁵³¹¹

man bspw. zwei repräsentative Fälle, d.h. bei einem Halbwinkel von 2,5° bzw. 45 , ergab bei fast gleichem Auspreßdruck die Düse mit dem Halbwinkel gleich 2,5 erheblich bessere magnetische Eigenschaften als die Düse mit dem Halbwinkel gleich 45°; vergl. Tabelle 1. Nach diesem Beispiel ergaben sich anisotrope polykristalline Mn-Al-C-legierungspermanentmagneten mit den bevorzugten magnetischen Kennwerten, wenn der Halbwinkel kleiner oder gleich 3o war. Der optimale Halbwinkel c^, der ein EHmax von mehr als 6,ox1o G₀Oe erbrachte, fiel in den Bereich von 5 ... 2o°.

Was die physikalischen Fehler des Produktes anbetrifft, traten bei keiner der sich verjüngenden Düsen der Tabelle 1 TotBonen auf, wohingegen eine flache Düse, deren Halbwinkel sich zu 9o° angeben läßt, zur Bildung von Totzonen führte. Die Düse mit einem Halbwinkel von <£= 6o° erzeugte im ausgepreßten Produkt geringe Mittenrisse ("central bursting"), während die anderen in Tabelle 1 gezeigten Düsen nicht zuϊinneren Öffnungen führten. Bei auf mehr als 8o % zunehmender Abnahme der Fläche wurde auch für einen Halbwinkel von 6o° keine Mittenrisse mehr festgestellte

Weiterhin zeigen die Ergebnisse von Versuchen mit Düsen unterschiedlicher Flächenreduktion hinsichtlich des Zusammenhange zwischen den magnetischen Eigenschaften und dem Halbwinkel ⁰^- der Düse qualitativ die gleiche Tendenz wie in der Tabelle 1_O Mit anderen Worten: Bei einer Änderung der Flächenreduktioa von

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5o auf 95 %, nahmen die Remanenz und das maximale Energieprodukt im Bereich kleiner Hal"bwinkel zu, und der Optimal bereich für den Halbwinkel ⁰^ lag dabei zwischen 5 und 2o .

Es ist also ersichtlich, daß die magnetischen Eigenschaften "bei einem Verfahren zur Herstellung anisotroper Permanentmagneten aus polykristallinen Mn-Al-G-legierungen durch Warmauspressen erheblich vom Düsenwinkel abhängen» Polglich wird der Düsenwinkel der Auspreßdüse für die Herstellung eines anisotropen Permanentmagneten aus polykristallinen Mn-Al-C-Legierungen im wesentlichen durch das Ausmaß bestimmt, zu dem er zu den magnetischen Eigenschaften des ausgepreßten Produktes beiträgt - dies im Gegensatz zum Auspressen gewöhnlicher Metalle, bei dem sich der Düsenwinkel im wesentlichen durch technologische Probleme wie den Auspressdruck ergibt,,

Beispiel 2

Aus einem Gießling mit 71,73 % Mn, 27,39 % Al und o,88 % C (chemische Analyse) wurde eine Prüfwürfel von 2o mm Kantenlänge geschnitten, 2 Std_o bei 115o°G vorgehalten, dann mit 1o ... 15⁰C/ min. allmählich auf 83o°C abgekühlt und dort 15 min«, vorgehalten; dann wurde der Würfel mit etwa 7oo°C/min. von 83o°C aus abgeschreckt. Nach dieser Wärmebehandlung erwies sich der Würfel als aus Kristallen der £-Phase und Blättchen der Verbindung Mn^AlC zusammengesetzt.

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- 2ο -

Die Pig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt des Bereichs um die
Innenöffnung der sich verjüngenden Düse 2o herum, die in diesem Beispiel eingesetzt wurde. Die Pig. 2a zeigt ein Paar geneigter innerer Düsenflachen 21, die unter einem Winkel von jeweils
7,5° zur Meridionalebene hin konvergieren, in der auch die Auspreßrichtung (A-A¹) im sich verjüngenden Düsenteil I liegt. Die Pig. 2b zeigt einen weiteren Vertikalschnitt der gleichen Düse entlang der Meridianebene der Pig. 2a. Die Innenöffnung der
Düse besteht also im sich verjüngenden Düsenteil I aus zwei
verschiedenen Arten von Seitenflächen, von denen eine ein Paar ebenensymmetrischer geneigter flacher Plächen 21 ist, die unter einem Halbwinkel von 7,5 in der Auspreßricntung (A-A¹) konvergieren, die andere ein Paar ebener Plächen 22, die parallel zur Auspreßrichtung (A-A¹) verlaufene

Der Prüfwürfel wurde mit einem Leerknüppel durch die erwähnte
ebenensymmetrische Düse gedrückt, wobei die Plächenreduktion
75 %, die Auspreßtemperatur 75o³C und die Schubgeschwindigkeit 5 mm/s betrugen.

Das ausgepreßte Produkt erwies sich als fehlerlos und ohne
Risoe und wurde dann bei 55o°C 3o min. lang geglüht. Sodann wurden die magnetischen Eigenschaften in der Außpreßricntung bestimmt j die Ergebnisse waren wie folgt:

Br - 58oo G
_bH_c = 235o Oe

(BH)_max = 5,8 χ 1o⁶ G.Oe
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jjis wurde also ein anisotroper Permanentmagnet mit einer Querschnittsfläche von 2o χ 5 mm neigestellt. Eine !compressive 7erformung fand in der Ricntung (C-J¹) hierbei nicht statt, wobei jeder der Kristalle einer verringerten Wahrscheinlichkeit ausgesetzt war, die bevorzugte richtungsabhängige Bearbeitung zu erfahren, Es ergaben sich unerwartete gute magnetische Eigenschaften. Diese magnetischen Kennwerte waren geringfü_&ig sculechter als die bei einer axisymmetrischen Extrusion. Eine mögliche Exklärung hierfür ist, daß eine Restdruckvex-formung in der Rictitung (B-B¹) Druckspannungen im Kristall in anderen Richtungen - einschließlich der liicutung (j-C) senkrecht zur Auspreßrichtung (A-A¹) erzeugten.

Weiterhin ergaben sien bessere magnetische Eigenschaften als die obengenannten, wenn beide laare eier ebeneneyinmetriscnen inneren Düsenflächen unter kleinen Halbwinkeln konvergierten.

Beispiel 5

Aus einem Gießling aus 7ο,?·: ,ο Hn, 29,o2 /u Al und ο,ό2 /6 J (chemische Analyse) wurde ein zylindrischer Knüppel von 2o mm φ χ 3o mm geschnitten, eine Stunde lang auf 1o5o°0 gehalten und dann schnell mit etwa 4oo°C/min. abgekühlt.

Dieser Knüppel aus polykristalliner Mn-Al-O-Legierung wurde axisymmetrisch ausgepreßt, wobei die Plächenreduktion 64 % und die Auspreßtemperatur 65o°G betrugen. Der Prüfling wurde mit einem Leerknüppel bei einer Geschwindigkeit vor. 12 mm/se j . dm on

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die Düse gedrückt. Sowohl der Leerknüppel als auch der Px ■; fling waren mit einem als Dispersion aufgebrachten Gleitmittel cius kolloidalem Graphit versehen.

Die Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt der in diesem Beispiel eingesetzten sich verjüngenden Düse 3o mit gekrümmtem Innenprofil. Diese Düsenprofilform wird auch als "sigmoidal" bezeichnet, wobei der Halbwinkel der gekrümmten Innenkontur 31 sich entlang der Auspreßrichtuiig (A-A¹) kontinuierlich von ο am Einlaß des sich verjüngenden Teils I über einen Maximalwert am Punkt P auf wiederum o° am Ausgang des sich verjüngenden ¹IeLIo I and ex· t. In diesem Bei«piel war der maximale Halbwinkel am Punkt P gleich 16 , der Mittelwert des Halbwinkels zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung des sich verjüngenden Teils I betrug 7»5°ο

Das ausgepreiste Produkt erwies sich als fehlerlos, und die magnetischen Kennwerte in der Auspreßrichtung ergaben sich wie folgt:

B_r = 65oo G

^H₀ = 255o Oe

(EH)_max = 7,o χ 1o⁶ G.Oe

Der Prüfling wurde sodann 2o min. bei 6oo°C geglühto Die m netischen Kennwerte in der Auspreßrichtung nach dem Glühen t aten sich zu

B₁. = 655o G

_bH_c = 275o Oe

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- ⁷'⁷

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Claims

- 24 Patentansprüche

1,J Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten, indem man einen polykristallinen Körper aus einer Legierung eines Mn-Al-C-Systems durch Schmelzen und Wärmebehandlung herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man weiterhin ein Warmauspressen durchführt, indem man den polykristallinen Körper bei einer Temperatur von 53o . .<, 83o C durch eine sich verjüngende Düse drückt, wobei man zwischen den polykristallinen Körper und die sich verjüngende Düse ein Gleitmittel einbringt.
2. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbwinkel cf~ der sich verjüngenden Düse im Bereich 2,5° £■ <*■ ^ J₀ ⁰ liegt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbwinkel oCder sich verjüngenden Düse im Bereich 5° ^. ^ ^ 2o° liegt.
4. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich verjüngende Düse eine axisymmetrieehe Düseninnenfläche aufweist, die den polykristallinen Körper umschließt, um ihn zu verformen.
5. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich verjüngende Düse ein Paar geneigter Düseninnenflächen aufweist, die ebenensymmetrisch um die Meridianebene herum liegen, in der die Düsen-

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achse liegt_o
6. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich verjüngende Düse ein gekrümmtes Düseninnenproiil aufweist.

Gl / Se

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