DE2536735B2

DE2536735B2 - Verfahren zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials

Info

Publication number: DE2536735B2
Application number: DE2536735A
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Saint Martin D'heres Haberer (Frankreich)
Original assignee: Aimants Ugimag Sa Saint Pierre D'allevard (frankreich)
Current assignee: Aimants Ugimag Sa Saint Pierre D'allevard (frankreich)
Priority date: 1974-08-27
Filing date: 1975-08-18
Publication date: 1978-10-05
Also published as: FR2295130A1; CH607255A5; IT1042044B; DE2536735C3; US4002508A; FR2295130B1; GB1463230A; DE2536735A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials verbesserter Koerzitivkraft aus einer intermetallischen Verbindung von Samarium und Kobalt mit 35 bis 42 Gew.-% Samarium.

Es ist bekannt, daß SmCo₅ oder Sm₂Coi7 hohe Sättigungsmagnetisierung und beträchtliche Jristallanisotropie besitzen und sich damit für Dauermagnete eignen. Diese bekannten Dauermagnetmaterialien werden auf metallurgischem Wege durch Gießen hergestellt, wobei sich in situ Kristallite bilden durch die Anwesenheit eines anderen Übergangsmetalls als Kobalt — etwa Kupfer —. Zur Ausbildung der Koerzitivkraft ist eine Wärmebehandlung erforderlich, bei der die ferromagnetischen Teilchen (SmCos) in einer nichtferromagnetischen Grundmasse (SmCus) dispergiert sind. Diese Produkte sind außerordentlich spröde. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung derartiger Dauermagnetmaterialien ist das Sintern von Pulvern *o aus intermetallischen Verbindungen der entsprechenden Zusammensetzung in inerter Atmosphäre. Dieses Verfahren bereitet große Schwierigkeiten aufgrund der geringen Stabilität des Kobaltgefüges, so daß es leicht zu Fehlstellen kommt, welche die Koerzitivkraft nachteilig beeinflussen. Darüber hinaus sind die meisten Seltenen Erdmetalle leicht flüchtig und oxidierbar. Auch die Anwendung eines Überschusses an Seltenen Erdmetallen konnte diese Schwierigkeiten nicht vollständig beseitigen. Auch nach der Glühbehandlung des Sinterkörpers sind die Eigenschaften der auf diese Weise erhaltenen Dauermagnetmaterialien auf geringfügige Temperaturschwankungen im Rahmen des Herstellungsverfahrens außerordentlich empfindlich.

Aus der DD-PS 69 707 und der DE-OS 10 15 358 ist ein Dauermagnetmaterial auf der Basis von intermetallischen Verbindungen des Kobalts und Samariums bekannt. Es wird dort auch erwähnt, daß ein Teil durch Nickel ersetzt sein kann, ohne daß irgendeine Mengenangabe oder ein Hinweis, wozu dieser Nickelgehalt dienen soll, enthalten ist. Aus der DE-OS 21 42 110 ist ein Verfahren zur Herstellung derartiger intermetallischer Verbindungen bekannt, wobei das Sintern in einem Raum mit einem konstanten Vakuum vorgenommen werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist nun die Herstellung von einem Dauermagnetmaterial auf der Basis der intermetallischen Verbindungen des Kobalts mit Samarium mit

65 verbesserter Koerzitivkraft nach dem Sinterverfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren geht somit aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials aus einer intermetallischen Verbindung von Kobalt und Samarium mit 35 bis 42 Gew.-% Samarium durch Verdichten des Gemisches der Metallpulver, Sintern des Preßkörpers in inerter Atmosphäre, Wärmebehandeln des Sinterkörpers bei einer Temperatur unterhalb der Sintertemperatur und Abschrecken. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufheizens zum Sintern einer Mischung, in der ein Teil des Kobalts durch 0,5 bis 15 Gew.-% Nickel ersetzt worden ist, zwischen Raumtemperatur und etwa 900⁰C zur Entgasung der Reaktionsraum dauernd abgepumpt wird, woraufhin inertes Gas eingeleitet und in an sich bekannter Weise gesintert wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man eine ganz beträchtliche Verbesserung der Koerzitivkraft des erhaltenen Dauermagnetmaterials, was nicht vorhersehbar war. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Temperatur des Sinterns und der Wärmebehandlung in keinen so engen Grenzen kritisch ist, wie dies bei dem bekannten Verfahren der Fall war. Die hohe Koerzitivkraft und daher große Beständigkeit gegen Entmagnetisierung der erfindungsgemäß erhaltenen Produkte ist um so überraschender, als eigentlich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften, also einer niederen Sprungtemperatur und geringerer Sättigungsmagnetisierung infolge geringerer Kristallanisotropie, gerechnet werden mußte.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Nickelgehalt zwischen 1,8 und 7 Gew.-% angewandt Bei einem Nickelanteil von 7 bis 9 Gew.-% sind die magnetischen Eigenschaften zwar nicht nennenswert schlechter als bei der bevorzugten Zusammensetzung, jedoch stellt man eine etwas geringere Sättigungsmagnetisierung fest.

Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele und dem Diagramm weiter erläutert.

Beispiel 1

Man bereitete in einem induktiv beheizten Aluminiumoxidtiegel (FR-AS 70 44 447) eine intermetallische Verbindung folgender Zusammensetzung:

Sm 36,7%
Co 57%
Ni 63%

(in der 10% der Co-Atome durch Ni ersetzt sind), indem man zunächst Kobalt einschmilzt, dann auf 1100⁰C abkühlt und langsam Samarium eindiffundieren ließ. Hierbei wurde der Verdampfungsverlust an Samarium gering gehalten und der Tiegel geschont.

Die intermetallische Verbindung wurde bis etwa 3 μπι zerkleinert und das Pulver im magnetischen Richtfeld zu einem Körper mit einer Dichte von etwa 65% der Theorie gepreßt. Dieser Körper wurde dann vollständig mit einem Sm₂COi₇-Pulver umgeben (FR-AS 70 47 021), um Sauerstoff während des Sinterns fernzuhalten; es stellte sich ein Samarium-Dampfdruck ein, der größeren Verlusten von Samarium entgegenwirkte.

Die so umhüllten Preßkörper wurden in ein Sinterrohr gegeben und in etwa 15 min auf 900⁰C unter Vakuum aufgeheizt. Nach 10 min bei 900°C im Vakuum wurde ein Edelgas, beispielsweise Helium, eingeführt, das Abpumpen beendet und die Temperatur auf 113O⁰C

gesteigert. Nach 1 h bei dieser Temperatur konnte das Sinterrohr in der Luft auf Raumtemperatur abkühlen. Die Körper wurden noch einmal mit dem obenerwähnten Sni2Coi7-Pulver umgeben und in einem Ofen in Inertgas in an sich bekannter Weise bei 900°C etwa 10 h geglüht, worauf das Rohr schnell aus dem Ofen genommen und in Wasser auf Raumtemperatur abgekühlt wurde.
Das erhaltene Produkt hatte folgende Eigenschaften:

innere Remanenz iBr = 7400G

innere Koerzitivkraft iHc = 31000Oe
Dichie = 83

Vergleich

Eine intermetallische Verbindung wurde hergestellt nach Beispiel 1 aus

Sm =-. 36,7%
Co = 633%

Dieses Produkt hatte:

iBr = 8650G
iHc = 15 300Oe

Der teilweise Ersatz von Kobalt durch Nickel steigerte also die innere Koerzitivkraft sehr stark, ohne die Remanenz wesentlich zu verringern.

Die entsprechenden Werte nach dem Sintern, jedoch vor dem Glühverfahren, waren

Beispiel 1

jBr = 7400G
iHc = 19 800Oe

Vergleich
iBr iHc

= 8650G
= 4200Oe

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30 Diese Ergebnisse zeigen, daß die Sinterung ungenügend ist: das Samarium oxidiert irotz der Anwesenheit einer inerten Atmosphäre. Beim Pressen kommt es durch die in den Poren enthaltene Luft zur Bildung einer Samariumoxid-Schicht um die Pulverteilchen, welche die Verdichtung behindert, und die intermetallische Verbindung verarmt an Samarium, was zu einer Verschlechterung der Koerzitivkraft führt. Die Umhüllung mit dem Pulver — wie in Beispiel 1 — beseitigt diese Schwierigkeiten nicht vollständig.

Ein Abpumpen beim Aufheizen bis auf etwa 900⁰C, mit oder ohne Verweilen bei 900⁰C, erleichtert den Luftaustritt aus den Poren des Preßkörpers und gewährleistet die Konstanz der Zusammensetzung, die erforderliche Verdichtung und die gewünschten magnetischen Eigenschaften.

Die genaue Temperatur (etwa um 900⁰C), bis zu welcher abgepumpt werden soll, hängt von der Größe des Preßkörpers, der Flüchtigkeit und Oxidierbarkeit des Samariums und dem stöchiometrischen Überschuß an Samarium ab.

Wird während des gesamten Aufheizens und Sinterns abgepumpt, so verdampft Samarium und man erhält folgende Werte:

iBr = 7200 G
iHc = 20 000Oe
Dichte 8,3

Diese Ergebnisse liegen deutlich unter denen der erfindungsgemäßen Produkte.

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Selbst ohne Glühen haben die erfindungsgemäßen Produkte eine höhere Koerzitivkraft als die bekannten.

Wird beim Vergleichsversuch zwischen 700 und 1050° C variiert, so ändert sich auch iHc, wie dem Diagramm zu entnehmen ist (gestrichelte Kurve). Sobald man unter etwa 900⁰C kommt, entmischt sich die intermetallische Verbindung SmCo₅. Über 900° C bewirkt die Wärmebewegung zahlreiche Gefügefehler. Die Glühtemperatur ist also bei den bekannten Produkten in engen Grenzen kritisch.

Die ausgezogene Kurve des Diagramms zeigt, daß das erfindungsgemäße Produkt aus Beispiel 1 hinsichtlich der Glühtemperatur schon viel weniger kritisch ist, was ein bedeutender Vorteil ist

Um die Bedeutung des Abpumpens zu zeigen, wurde obiges Verfahren folgedermaßen geändert, wobei die nachstehenden Ergebnisse erzielt wurden:

Nach dem Pumpen bei Raumtemperatur und Einleiten eines inerten Gases vor dem Aufheizen des erfindungsgemäßen intermetallischen Verbindung auf die Sintertemperatur beträgt

iBr = 6800G
iHc = 15 000Oe
Dichte 7,8

40

45

50

55

60

Beispiel 2

Die Abwandlung des Beispiels 1 durch folgende Zusammensetzung:

Sm = 36,7%
Co = 61,4%
Ni = 1,9%

ergab folgende Werte:

iBr = 8100G
iHc = 29 200Oe

Beispiel 3

Die Abwandlung des Beispiels 1 durch folgende Zusammensetzung:

Sm
Co

Ni

= 36,7%
= 59,5
= 3,8%

ergab folgende Werte:

iBr = 77OOG
iHc = 31 000 Oe

Sintertemperatur und -zeit sind die üblichen. Die Glühtemperatur liegt im allgemeinen zwischen 800 und 1000⁰C und bleibt damit immer unter der Sintertemperatur.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials verbesserter Koerzitivkraft aus einer intermetallischen Verbindung aus Kobalt-Samarium mit 35 bis 42 Gew.-% Samarium durch Verdichten des Gemisches der Metallpulver, Sintern des Preßkörpers in inerter Atmosphäre, Wärmebehandeln bei einer Temperatur unterhalb der Sintertemperatur und Abschrecken, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufheizens zum Sintern einer Mischung, in der ein Teil des Kobalts durch 0,5 bis 15 Gew.-% Nickel ersetzt worden ist, zwischen Raumtemperatur und etwa 900⁰C zur Entgasung der Reaktionsraum dauernd abgepumpt wird, dann inertes Gas eingeleitet und in an sich bekannter Weise gesintert wird.

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