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Ferromagnetische Legierung
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Die Erfindung betrifft eine ferromagnetische Legierung.
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Es sind eine Reihe von technischen Veröffentlichungen zu magnetischen
Legierungen aus Seltenen Erd-Elementen und Übergangsmetallen erschienen.
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Von der Vielzahl der beschriebenen Legierungen ist insbesondere eine
Verbindung aus Seltenen Erd-Elementen und Kobalt untersucht worden, da sie als permanentmagneti
sches Material besonders geeignet erschien.
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Tatsächlich werden heute Permanentmagnete des RCo5-Typs und des R2Co
17-Typs, wobei R ein Seltenes Erd-Element ist, eingesetzt.
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Es wurde aber experimentell festgestellt, wie auf dem einschlägigen
Fachgebiet auch bekannt ist, daß metallische Zwischenverbindungen und Legierungen
von Seltenen Erd-Elementen und zumindest entweder Nickel oder Eisen alleine kaum
als permanentmagnetische Materialien verwendet werden können.
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Beispielsweise berichten E. A. Nesbitt et al im "Journal of Applied
Physics" Vol. 33, No. 5, Mai (1962) Seite 1677 über die Temperaturabhängigkeit des
magnetischen Moments von metallischen Zwischenverbindungen und Legierungen von Nickel
und Seltenen Erd-Elementen, wie z. B. SmNi5, PrNi5, YNi5 usw.. Nach diesem Bericht
ist selbst für eine Verwendung des RNi5-Typs die in ihrer Kristallstruktur ähnlich
der erwähnten Verbindung des RCo5-Typs ist, das magnetische Moment im Bereich aller
üblicherweise gegebenen Temperaturen im wesentlichen Null. Das heißt, daß diese
Materialart nicht als permanentmagnetisches Material eingesetzt werden kann.
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S. C Abrahams et al zeigen in " J. Phys. Chem. Solids" Pergamon Press
(1964) Vol. 25 Seite 1077 Daten zum Curie-Punkt - der eines der wichtigsten Kriterien
bei permanentmagnetischen Materialien ist - für eine gewisse Anzahl metallischer
Zwischenverbindungen oder metallischen intermediären Verbindungen von seltenen Erden
und Nickel. Nach diesem Artikel haben beispielsweise LaNi5 und CeNi5 Curie-Punkte
bei 1.40K und SmNi5 bei bestenfalls 250K, wobei die letzte Verbindung den höchsten
der mitgeteilten Curie-Punkte für RNi5 darstellt. Diese Temperaturen liegen alle
unterhalb
der Umgebungstemperaturen. Es ist daher offensichtlich,
daß diese Materialien nicht als permanentmagnetische Materialien bei Umgebungstemperaturen
einsetzbar sind.
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K. Strnat et al berichten in "IEEE Trans. on Mag. "Vol.MAG-2, No.
3 September 1966, Seiten 489 bis 493 unter dem Titel "Magnetic Properties of Rare
Earth-lron lntermetallic Compounds" über die physikalischen Eigenschaften, die im
wesentlichen bei permanentmagnetischen Materialien wie Legierungen aus Seltenen
Erden und Eisen verlangt werden. Es ergibt sich jedoch, daß diese Verbindungen nicht
als permanentmagnetische Materialien eingesetzt werden können, da der höchste Curie-Punkt
oder -Temperatur für eine Reihe von Legierungen zwischen RFe7 und Fe17bei 1870C
(nämlich für Gd2Fe17) liegt.
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Es wurde also experimentell bestätigt, wie sich aus der Literatur
ergibt, daß Legierungen Seltener Erd-Elemente mit Nickel oder Eisen alleine nicht
als permanentmagnet i sche Materialien verwendet werden können.
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Weiterhin sind eine Reihe von Patentschriften zu permanentmagnetischen
Materialien der Seltenen Erd-Elemente und Übergangsmetalle erschienen.
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Es wird diesbezüglich beispielhaft auf die US-Patentschriften 3 421
889; 3 839 102; 3 947 295; 3 950 194; 3 982 971; 4 047 982; 4 081 297; 4 082 582;
4 099 995; 4 116 726; 4 121 952; 4 131 495 und 4 135953 verwiesen. Jedoch zeigt
keine dieser Patentschriften, offenbar aufgrund der oben angeführten experimentellen
Feststellungen, den Einsatz von Nickel bei den dort beschriebenen Legierungssystemen.
Die US-PS 3 560 220 offenbart und beansprucht RE-Co(und/oder Fe) - Cu- Verbindungen,
wobei RE für Seltene Erden steht und erwähnt, daß Cu teilweise oder vollständig
durch Nickel oder Aluminium ersetzt werden könnte. Jedoch wird grundsätzlich
auch
festgestellt, daß es deutlich wünschensxert sei, so wenig wie möglich Kupfer, Nickel
und/oder Aluminium zu verwenden, da diese Elemente lediglich einen äußerst geringen
magnetischen Anteil bei üblichen Betriebstemperaturen zu der Endverbindung ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ferromagnetische Legierungen
zu schaffen, die einerseits gegenüber bekannten Legierungen aus Seltenen Erden und
Kobalt, wie sie bisher bekannt sind, verbesserte magnetische Eigenschaften aufweisen,
andererseits im Hinblick auf die Rohstoffsituation weniger Kobalt als bisher bekannte
Legierungen aus Kobalt und Seltenen Erden aufweisen, bei denen also Kobalt durch
andere Materialien substituiert ist, so daß sich auch preiswertere permanentmagnetische
Materialien ergeben.
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Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe zunächst durch eine ferromagnetische
Legierung gelöst, die gkennzeichnet ist durch eine metallische Zwischenverbindung
der Formel: R (Nix Fe A, 1-x A wobei R wenigstens ein Element aus der Gruppe der
leichten Seltenen Erden, insbesondere Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, und Samarium
(La, Ce, Pr, Nd, Sm), oder Yttrium (Y) enthält und 0.35 < x s 0.55 5.0 As 8.5
ist.
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Weiterhin wird zur Lösung der genannten Aufgabe eine ferromagnetische
Legierung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch eine metallische Zwischenverbindung
der Formel: R (Ni Fe Co ) x y 1-x-y A, wobei R wenigstens ein Element aus der Gruppe
der leichten Seltenen Erden, insbesondere Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, und Samarium
(La, Ce, Pr, Nd. Sm), oder Yttrium (Y) enthält und 0.02 x 7:0.55 x/y = 0.01 - 25.0
0.01e y0.65 5.0e au 8.5 ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Legierungen
sieht vor, daß sie pulverförmig ist, sodaß in einfacher Weise mittels eines Binders
oder Trägers Permanentmagneten hergestellt werden können.
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Bei der erfindungsgemäßen Legierung werden also Kobalt teilweise oder
vollständig durch gemeinsames Nickel und Eisen substituiert. Es ergeben sich damit
preiswertere magnetische Legierungen als die bekannten aus Seltenen Erd-Elementen
und Kobalt.
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Der erfindungsgemäße Einsatz von Nickel und Eisen in Legierungssysteme
mit Seltenen Erden im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften wurde bisher nicht
vorgeschlagen. Wesentlich bei der Erfindung ist, daß bestimmte Verbindungen mit
Seltenen Erden und Eisen und Nickel ausgezeichnete magnetische Eigenschaften und
andere nutzbare Eigenschaften aufweisen, daß diese Legierungen per se aber in Abwesenheit
des Zusatzes eines Trägers oder Binders nicht permanentmagnetisch sind.
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Die Eigenschaften ferromagnetischer Legierungen mit Seltenen Erd-Elementen
und Übergangsmetallen, insbesondere ferromagnetischer Legierungen Seltener Erden
und der Übergangsmetalle Nickel und Eisen in Zusammenhang mit der Erfindung wurden
eingehend untersucht, obwohl die Möglichkeit des praktischen Einsatzes von ferromagnetischen
Legierungen von Seltenen Erden und Nickel (oder Eisen-)Systemen von der Fachwelt
nicht gesehen oder verneint wurde.
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Erfindungsgemäß wurde im Gegensatz zur bisherigen technischen Lehre,
nach der Nickel und Eisen keine wünschenswerten Elemente zur Herstellung magnetischer
Legierungen auf der Basis Seltener Erden zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften
sind, gefunden, daß magnetische Legierungen auf der Basis Seltener Erd-Elemente,
die Nickel und Eisen enthalten, befriedigende magnetische Eigenschaften in praktischer
Hinsicht aufweisen, wenn Eisen und Nickel in besonders definierten Anteilen eingesetzt
werden.
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Erfindungsgemäß wird also eine ferromagnetische Legierungs-Zusammensetzung
mit der folgenden allgemeinen Formel vorgeschlagen: R (Nix Fe1-x) A ... (1) wobei
R wenigstens eines aus der Gruppe der leichten Seltenen Erd-Elemente, insbesondere
Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym und Samarium, Yttrium ist. Die Parameter liegen
in den folgenden Bereichen: 0.351 es0.55 5.0c Asz 8.5 Die Stärke der Sättigungsmagnetisierung,
die Anisotropie-Feldstärke und die Curie-Temperatur, die wichtig im Hinblick auf
die Möglichkeit sind, daß ein gewisses Material als ferromagneti schas.. Materi
al verwendet werden kann, wurden für die Legierungs-Zusammensetzung nach der Formel
(1) bestimmt. Die Ergebnisse, die im folgenden zusammengefaßt sind, sind in der
Figur 1 dargestellt und zeigen, daß die Legierung zur Herstellung von Permanentmagneten
unter Verwendung eines Binders oder Trägers mittels eines Verdichtungsverfahrens
in einem magnetischen Feld durchaus geeignet sind. Es ergeben sich insbesondere
folgende wesentlichen Eigenschaften:
Sättigungsmagnetisierungs-Stärke
: 8 - 10 KG Anisotropiefeldstärke : 50 - 70 KOe ° Curie-Punkt (TbCu7-artige Kristallstruktur
: 500 C oder mehr.
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Hierzu ist festzustellen, daß für ein molares Verhältnis A kleiner
oder gleich 5.0 die Restmagnetisierung dort kleiner wird,als dies wünschenswert
ist, wogegen in dem Fall, daß das Verhältnis A größer wird als 8.5, die intrinsische
Koerzitivkraft iHe derart abfällt, daß auch das maximale Energieprodukt (BH) max.
bei einem aus der Legierung hergestellten Permanentmagneten unerwünscht klein ist.
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Diese magnetischen Eigenschaften ergeben sich aufgrund des Einsatzes
von sowohl Eisen als auch Nickel im Legierungssystem bei etwa gleichen molaren Anteilen.
Diese magnetischen Eigenschaften reichen aus, um die Möglichkeit zu zeigen, daß
diese Art einer Legierung als ferromagnetische Legierung verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß wurde weiterhin gefunden, daß die magnetischen Eigenschaften durch
Hinzufügen eines gewissen Anteils von Kobalt zur Legierungszusammensetzung verbessert
oder stabilisiert werden können. Eine derartige bevorzugte Legierungszusammensetzung
wird folgendermaßen beschrieben: R (Ni Fe Co ) (2) x y 1-x-y A wobei R eines oder
mehrere der leichten Seltenen Erd-Elemente (Lanthaniden) bzw. Y oder aber Legierungen
dieser Elemente sind, wobei als Seltene Erd-Elemente insbesondere La, Ce, Pr, Nd
und Sm in Frage kommen. Der Parameterbereich ist:
0.02 < x ZE
0.55 x/y = 0.01 - 25.0 0.01< y < 0.65 5.0< Ae 8.5 Aufgrund erhaltener experimenteller
Daten ergibt sich, daß ferromagnetische Legierungen, die unter die oben definierte
Legierungszusammensetzung fallen, eine Sättigungs-Magnetisi erungsstärke und eine
Anisotropiefeldstärke aufweisen, die so hoch sind, wie die konvent ionel ler ferromagnetischer
oder permanentmagneti scher Material i en.
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Zusätzlich ergibt sich, daß der Curie-Punkt bei 5000C oder noch höher
für die oben definierten Legierungszusammensetzungen liegt. Derart ergeben sich
schon praktisch verwendbare und weniger teuere ferromagnetische Legierungen, die
trotz der Tatsache, daß die Anteile teuerer Elemente, wie Seltener Erd-Elemente
und Kobalt gegenüber bisher verfügbaren ferromagnetischen Legierungen reduziert
sind, verbesserte magnetische Eigenschaften aufweisen.
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In der angegebenen Formel (2) sind die Parameter x und y auf den Bereich
von 0.02 bis 0.55 bzw. 0.01 bis 0.65 beschränkt, damit sich die gewünschten magnetischen
Eigenschaften, wie Sättigungsmagnetisierung, Anisotropiefeldstärke und Curie-Punkt,
in ausreichendem Maße ergeben.
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Insbesondere sind bei einem Verhältnis x/y im Bereich von 0.01 bis
25.0 sowohl die Anisotropiefel dstärke als auch die Sättigungsmagnetisi erung vollauf
befriedigend. Wenn Nickel und Eisen in im wesentlichen äquimolaren Anteilen (also
zumindest in einem Verhältnis von 0.03 bis 1.25 für Ni/Fe) vorliegen, wird ein maximaler
Wert für den Curie-Punkt oder
die Curie-Temperatur erreicht. Ein
Hinzufügen eines Binders oder Trägers in gewissen Grenzen beeinträchtigt kaum die
wesentlichen Eigenschaften des Legierungssystems nach der Formel (2). Daher können
die - noch zu erläuternden - Figuren 2 bis 6 für ein Legierungssystem nach der Formel
(2) im wesentlichen auch für einen Permanentmagneten, der durch Verwendung dieser
Legierungen hergestellt wurde, verwendet werden. Es sei im Vorgriff auf die weitere
Erläuterung der Figuren noch erwähnt, daß das äquimolare Verhältnis von Ni/Fe in
der Figur 6 durch die Linie l-l angezeigt ist. Eine höhere Anisotropiefeldstärke
bedeutet, daß eine höhere Koerzitivkraft erhalten werden kann, wenn aus der Legierung
Permanentmagneten hergestellt werden.
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Wenn das molare Verhältnis A in der Formel (2) der Übergangselemente
zu den Seltenen Erden kleiner wird als 5.0, dann wird die Restmagnetisierung in
einer nichtgewünschten Weise verkleinert. Wenn jedoch das Verhältnis A größer als
8.5 schadet die Bildung primärer Kristalle von Eisen und Kobalt dem ferromagnetischen
Material im Schmelz- und Gießprozeß, so daß die Legierung weniger einsatzfähig wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen magnetischen
Legierung nach der Formel (2) ist vorgesehen, daß 0.O2 x 0.40 0.0 y r 0.40 wobei
weiterhin x/y = 0.01 bis 25.0 und 5.0 kleiner A kleiner 8.5 ist.
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GemäB einer äußerst bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ent
-weder bei einer Legierung nach der Formel (1) oder einer Legierung nach der Formel
(2) vorgesehen, daß 6.0 < AS 8.3 wobei für x und y jeweils die früher genannten
Werte gelten und insbesondere für Formel (2) 0.02c xj 0.40 x/y = 0.01 bis 25.0 0.01s
C y zu 0.40 In diesen eingeschränkten Bereichen werden im Hinblick auf gewünschte
magnetische Eigenschaften sowohl eine höhere Restmagnetisierung als auch eine größere
intrinsische Koerzitivkraft iHc erreicht. Es ergibt sich ein vorteilhafter Permanentmagnet
mit einem wesentlich größere maximalen Energieprodukt (BH) max., wenn aus der erfindungsgemäßen
Legierung ein Permanentmagnet hergestellt wird. Durch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung,
bei der vorgesehen ist, daß Nickel und Eisen in fast äquimolaren Anteilen mit einem
x/y-Verhältnis von etwa 0.03 bis 1.25 vorliegen oder sogar daß Nickel und Eisen
in angenähert äquimolaren Anteilen vorliegen, wird ein thermisch stabiler Permanentmagnet
mit einer höhere Curie-Temperatur erreicht.
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Erfindungsgemäß wird also ein verbessertes magnetisches Material
erhalten. Wenn aber das molare Verhältnis A auf der größeren Seite des oben definierten
Bereichs liegt, wird manchmal während des Schmelz- und Gieß-Prozesses bei der erfindungsgemäßen
Legierung eine Fe-Co-Legierungsphase mit einer flächengentrierten kubischen Kristallstruktur
gebildet. Die Bildung einer solchen Struktur hängt zumindest vom Verhältnis von
Nickel zu Eisen ab. Die Abscheidung einer solchen Legierungsphase kann teilweise
die magnetischen Eigenschaften der sich ergebenden Legierung stören.
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Eine ferromagnetische Legierung kann im Rahmen der Erfindung durch
Schmelzen, ein Zerkleinern zu groben Körnern, anschließendem feinem Pulverisieren
und schließlich Verdichten in einem magnetischen Feld mit einem Binder hergestellt
werden. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße ferro- oder permanentmagnetische
Legierung zunächst mittels Hochfrequenz- oder Lichtbogenschmelzen beispielsweise
bei einer Tempe-° ratur von 1300 bis 1600 C in einer inerten Gasatmosphäre geschmolzen.
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Das Grobzerkleinern wird in einem Stahlmörser oder einer Walzenmühlen
durchgeführt, um beispielsweise die Teilchengröße auf 35 mesh oder feiner zu reduzieren.
Die Teilchen werden dann mittels einer Kugelmühle einer Schwingmühle oder einer
Strahl mühle in einem organischen Medium pulverisiert, um so den Teilchendurchmesser
auf den Bereich von 2 bis 250/um zu reduzieren. Das erhaltene Pulver wird in einem
magnetischen Feld mittels einer mit einer Preßform versehenen Verpreßvorrichtung
verdichtet.
Die Magnetfeldstärke liegt dabei üblicherweise bei 8 bis 20 KOe und der Druck bei
1 bis 20t/cm² . Obwohl es als schwierig erscheinen könnte, einen gesinterten Permanentmagneten
direkt durch Sintern der verdichteten Legierung oder des Legi erungspreßl i ngs
herzustellen, sind die erfindungsgemäßen Legierungen doch als fetromagnetisches
Material äußerst vorteilhaft.
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In äußerst bevorzugter Weise wird die ferromagnetische Legierung nun
in der folgenden Weise hergestellt: Das Ausgangsmaterial wird durch Licht-° bogenschmelzen
vorzugsweise in einer Argon-Atmosphäre bei 1500 C geschmolzen, um hierdurch so wenig
Beeinträchtigung durch Unreinheiten wie möglich zu erzielen. Die sich ergebende
Masse wird zunächst grob zerkleinert bis zu groben Teilchen von 35 mesh. Dies geschieht
in einer Argon-Atmosphäre, um hierdurch Oxidation zu vermeiden. Die groben Teilchen
werden dann zu einem feinen Pulver pulverisiert. Dieses Pulver hat dann eine Teilchengröße
von 2 bis 7/um. Diese Endzerkleinerung geschieht in einer Kugelmühle unter Verwendung
einer organischen Lösung.
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Zur Herstellung von Permanentmagneten ausgehend von einem Pulver der
erfindungsgemäßen Legierung werden vor dem Verdichten die Legierungsteilchen mittels
eines herkömmlichen Binders, wie beispielsweise einem organischem Harz oder einem
Kunststoff-Bindestoff, die an sich bekannt sind, gebunden. Dann wird das feine mit
dem Binder vermischte Legierungspulver bei einem Druck von St/cm in einem magnetischen
Feld von 10 bis 15 KOe gepreßt oder verdichtet. Es kann auch ein Metallbinder in
Pulverform
verwendet werden. Eine solche Vorgehensweise bei der Herstellung eines Permanentmagneten
ist bei den erfindungsgemäßen Legierungssystemen R (Ni Fe ) oder R (Ni Fe Co ) AX
die x 1-x A x y 1-x-y A die für die Erfindung wesentliche Ni-Fe-Komponente aufweisen,
äußerst vorteilhaft. In einem solchen Fall ist weder ein Sintern noch ein Aushärten
nach dem Verdichten im magnetischen Feld notwendig.
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Die erfi ndungsgemäße ferromagnetische Legierung wird üblicherweise
in Pulverform zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet. Dabei ist, wie gesagt,
die Verwendung eines Binders vorteilhaft. In diesem Falle wird also die Legierung
geschmolten, dann grob zerkleinert, feinpuiverisiert, mit einem Binder gemischt,
in einem magnetischen Feld verdichtet. Dann erfol gt ein Aushärten des Binders.
In dieser Weise ergibt sich dann der Permanentmagnet. Die Teilchen des Legierungspulvers
sind entsprechend der Kristallorientierung beim Verdichten in einem magnetischen
Feld zu einem Preßling ausgerichtet. Durch das anschließende Aushärten des Binders
ergibt sich dann der Permanentmagnet.
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Bei dieser Verfahrensweise zur Herstellung eines Permanentmagneten
wird ein solcher verhalten, der äußerst präzise Abmessungen aufweist, da der Preßling
nach dem Verdichten als Enderzeugnis eingesetzt werden kann. Weiterhin erfordert
dieses Vorgehen weder ein Sintern noch ein Altern, wodurch das Herstellungsverfahren
für den Permanentmagnet vereinfacht und verbilligt wird. Diese Vorteile sind beim
Herstellunglfverfahren wesentlich.
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Abänderungen des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen
ferro- oder permanentmagnetischen Legierungen sind für den Fachmann ohne weiteres
durchführbar.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im
folgenden weiter erläutert.
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Dabei zeigt bzw. zeigen: Figur 1 Eine graphische Darstellung der Sättigungsmagnetisierung
4 # Is (KG) der magnetischen Anisotropiefeldstärke HA (KOe) und der Curie-Temperatur
Tc (°C) für Legierungszusammensetzungen der Formel Sm (Ni Fe 6.4' wobei ) x 1-x
6.4' Null und 1 variiert; Figur 2 eine graphische Darstellung experimenteller Daten
der Sättigungsmagnetisierung 4 # is (KG), der magnetischen Anisotropiefeldstärke
H A (KOe) und der Curie-Temperatur T (°C) für Legierungsc zusammensetzungen von
Sm ;Nia Fe Co 2 ) a 1-2a von wobei a zwischen Null und 0.5 variiert;
Figuren
3, 4 und 5 graphische Darstellungen der Sättigungsmagnetisierung (KG), der anisotropischen
magnetischen Feldstärke (KOe) und der Curie-Temperatur ( C) in einem Dreiecks-Diagramm
von Metal Zusammensetzungen für Legierungen der Art Sm (Nix Fey Co1-x-y)6.4; und
Figur 6 ein Dreiecks-Diagramm für Zusammensetzungen von Legierungen der Art: Sm
(Ni Fe Co ) , wobei in dem schraffierten x y 1-x-y 6.4 Bereich die Legierungszusammensetzung
fällt mit: 0.02# x#0.55, x/y = 0.01 - 25.0 und 0.01# y< 0.65.
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Aus diesen Figuren sind die bei einer erfdingunsgemäßen, Eisen und
Nickel enthaltenden ferromagnetischen Legierung bzw. aus dieser hergestellten Magneten
erzielbaren überraschenden und unerwartenden Ergebnisse entnehmbar.
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Die Sättigungsmagnetisierung, die Anisotropiefel dstärke und die Curie-Temperatur,
die im Hinblick auf die Bestimmung wichtig sind, ob ein gewisses Material als ferromagnetisches
Material angesehen und verwendet werden kann, sind für eine Legierungszusammensetzung
nach der weiter oben beschriebenen Formel (1), bestimmt worden. Diese Ergebnisse
sind
in Figur 1 dargestellt und zeigen, daß die Legierung zur Herstellung von Permanentmagneten
unter Verwendung eines Binders mittels eines Verdichtungsverfahrens in einem magnetischen
Feld durchaus geeignet sind. Aus der Figur 1 ergibt sich nämlich eine Sättigungsmagnetisierungsstärke
von 8 bis 10 KG, eine Anisotropiefeldstärke von 50 bis 70 KOe ° und ein Curie-Punkt
für eine Kristallstruktur des TbCu7-Typs von 500 C oder mehr.
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Für eine magnetische Legierung der Formel (2), die also einen Kobaltanteil
enthält, wurde die Sättigungsmagnetisierung, die Anisotropiefeldstärke und die Curie-Temperatur
ebenfalls gemessen. Die Ergebnisse sind in der Figur 2 für die jeweiligen Legierungszusammensetzungen
angegeben. Diese Eigenschaften sind wichtig, um die Einsatzfähigkeit des magnetischen
Materials zu bestimmen. In diesem Falle wurde Samarium als Seltenes Erd- Element
verwendet. Die Legierungszusammensetzung wird durch die Formel Sm (Ni Fe Co ) Col1-2a)6.4
dargestellt, in der der a a 1-2a 6.4 Anteil a zwischen 0 und 0.5 variiert wird.
Hierdurch wird die Legierungszusammensetzung von SmCo (für a = 0) bis Sm (Ni0. FeO
5) 6 4 6.4 (a = 0.5) geändert. Die letztgenannte Zusammensetzung entspricht derjenigen,
die man erhält, wenn gleiche Anteile von SmNi 4 SmFe6 4 kombiniert werden. Die Änderung
der Legierungszusammensetzung wurde derart durchgeführt, daß der Anteil von zuzusetzendem
Kobalt zu einer Legierungszusammensetzung, die Nickel und Eisen in äquimolaren Anteilen
enthält, wie dies entlang der Linie l-l der Figur 6 dargestellt ist, geändert wurde.
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Figur 2 zeigt die Ergebnisse, wenn Sm als Seltenes Erdmetall verwendet
wurde. Sm ist die bevorzugteste Seltene Erde. Sie ist praktisch erhältlich mit einer
Reinheit von 99.9% Gewichtsantei len. Jedoch können darüber hinaus in bevorzugter
Ausgestaltung auch Legierungen auf der Basis von Sm mit Y, La, Ce, Pr und/oder Nd
verwendet werden. Beispielsweise kann Ce für Sm bis zu einem Anteil von 0.3 Mol
auf 1 Mol Sm substitui ert werden. Solche geringe Substitution von Sm ist im Hinblick
auf Materialkosten und Bodenschätze sinnvoll. Unter den Legierungen auf der Basis
von Sm mit Y, La, Ce, Pr und/oder Nd, ist die Sm-Ce-Legierung die bevorzugte. Für
das Legierungssystem R-Ni-Fe gilt das Gleiche im Hinblick auf die Elemente der Seltenen
Erden wie für Linie rungssysteme der Art R-Ni-Fe-Co.
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Wie sich aus Figur 2 ergibt, liegt die Sättigungsmagnetisierungsstärke
bei 8 KG oder mehr im gesamten Bereich der Legierungszusammensetzung. Da die herkömmlichen
Ferritmagnete der Massenprodukt ion üblicherweise ei ne Sättigungsmagnet i si erungsstärke
von etwa 4 KG aufwei sen, ist die Sättigungsmagneti si erung der Größenordnung von
8 KG oder mehr hoch genug, um eine derartige Legierung als ferromagnetisches Material
zu verwenden.
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Die Anisotropiefeldstärke zeigt einen Spitzenwert von etwa 90 KOe
in einem Zwischenbereich, also nicht in einem Randbereich der Legierungszusammensetzung
wie Sm (nu 0.5 Fe005) 6.4 und SmCo . Die Spitre liegt vielmehr dort, wo die Legierungszusammensetzung
Nickel, Eisen und Kobalt in äquimolaren Anteilen enthält oder wo etwas mehr Kobalt
enthalten ist. Zusätzlich liegt die Anisotropiefeldstärke im gesamten Bereich der
Legierungszusammensetzung höher als 50 KOe. Hieraus ergibt sich, daß die R-Ni-Fe-
und R-Ni-Fe-Co-Legierungszusammensetzung als ferromagnetisches Material mit einer
hohen Koerzitivkraft verwendet werden kann.
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° Der Curie-Punkt der Legierung liegt bei 500 C oder noch höher,
was für praktische ferromagnetische Legierungen befriedigend ist. Auch dieses Ergebnis
zeigt, daß die Legierungszusammensetzung, also eine R-Ni-Fe-und R - Ni -Fe- Co-
Legierung als ferromagnetisches Material verwendet werden kann.
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Weiterhin wurde eine andere Reihe von Experimenten durchgeführt. Hierbei
wurde die Sättigungsmagnetisierungsstärke, die Anisotropiefel dstärke und die Curie-Temperatur
(insbesondere der Curie-Punkt einer Kristallstruktur des TbCu7-Typs) gemessen. Die
Ergebnisse sind für die Legierungszusammensetzung Sm (Ni Fe Co 6.4 in den Figuren
3, 4 und 5 y 1-x-y gezeigt.
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Wie sich aus der Figur 3 ergibt, liegt die Sättigungsmagnetisierung
im gesamten Bereich der Legierungszusammensetzung - außer in einer FIächein'der
Nähe des Vertex für Ni -- bei 5 KG oder höher. Da diese Werte der Sättigungsmagnetisierung
alle gleich oder höher sind, als die eines herkömmlichen Ferritmagneten, kann auch
hieraus geschlossen werden, daß die Legierungszusammensetzung dieser Art als vielversprechend
als Permanentmagnet anzusehen ist.
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Figur 4 zeigt, daß die Anisotropiefeldstärke 50 KOe oder mehr im gesamten
Bereich der Legierungszusammensetzung ist - außer für eine Fläche in der Nähe des
Vertex für Fe. Diese Tendenz kontrastiert mit der in Figur 3 für die Sättigungsmagnetisierung
gezeigten.
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Zusätzlich sollte wünschenswerter Weise bei praktisch einzusetzenden
Ferromagnet-Legierungen der Curie-Punkt bei 5000C oder höher liegen.
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Die entsprechenden Daten sind in der Figur 5 dargestellt und zeigen,
daß die Legierungszusammensetzung in einer Fläche, die der Linie der Nickel-Skala
benachbart ist bei der weiteren Betrachtung nicht weiter berücksichtigt werden sollte.
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Aufgrund der sich aus den Figuren 3, 4 und 5 ergebenden experimentellen
Daten ergibt sich, daß eine als ferromagnetisches Material einsetzbare Legierungszusammensetzung
durch die schraffierte Fläche in Figur 6 definiert werden kann.
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Vorteilhafter Weise wird also die erfindungsgemäße Legierung pulverförmig
erhalten. Eine solche pulverförmige Legierung kann dann für verschi edenart i gste
industrielle Anwendungen, insbesondere zur Herstellung von Permanentmagneten eingesetzt
werden.
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Zusammenfassend wird also erfindungsgemäß ein ferromagnetisches Material
mit einer intermetal 1 ischen oder metallischen intermedi ären Verbindung von Seltenen
Erd-Elementen und Übergangsmetallen erhalten. Insbesondere bei einer Ausgestaltung,
bei der erfindungsgemäße Legierung sowohl Eisen als auch Nickel in fast oder angenähert
äquimolaren Anteilen enthält, kann erfolgreich eine pulverförmige Legierung mit
einer Kristallstruktur TbCu7-Typs erhalten werden, die als ferromagnetisches Material
zur Herstellung von Permanentmagneten äußerst möglich ist. Darüber hinaus weist
die Erfindung eine große Zahl von ökonomischen und technologischen Vorteilen auf,
da die Anteile von in ihren natürlichen Vorkommen begrenzten und daher teueren Elemente
wie den Seltenen Erden und Kobalt erfolgreich und in relativ großen Umfang reduziert
werden können, wobei gleichzeitig die magnetischen Eigenschaften der sich ergebenden
Legierungen verbessert werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft erläutert sind.
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Beispiel 1 Etwa 100 g der Ausgangsstoffe Samarium, Nickel und Eisen
handelsüblicher Qualität werden entsprechend der Formel Sm (Ni Fe x) 6.4 abgewogen,
x wobei x zwischen Null und 1 liegt. Die Mischung wird dann bei etwa 1300 ° bis
1600 C mittels Lichtbogenschmelzens in einer Argon-Atmosphäre geschmolzen. Es ergibt
sich dann eine geschmolzene Legierung der genannten Formel.
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Im Hinblick auf die Messung der Sättigungsmagnetisierung und der Anisotropiefeldstärke
wurde die sich ergebende Legierung durch Zerstampfen von Hand in einem Stahlmörser
unter Argongasfluß zerkleinert. Das erhaltene Legierungspulver von etwa 100 mesh
wurde zusammen mit Paraffin unter Druck in einem Magnetfeld von 10 KOe verdichtet.
Das Magnetfeld orientierte die Pulverteilchen. Bei diesem Vorgehen ergaben sich
stabförmige Preßkörperproben von 2,5 mm Durchmesser und 7 mm Länge. Die Sättigungsmagnetisierung
und die Anisotropiefeldstärke wurden für di ese stabförmigen Preßkörperproben mittels
eines Schwingungsmagnetometers gemessen.
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Zur Messung der Curie-Temperatur bzw. des Curie-Punktes wurden aus
der Legierung nach einer Lösungs- Hitzebehandlung bzw. einem Lösungsglühen kleine
Stücke geformt. An diesen Proben wurde der Curie-Punkt ebenfalls mittels eines Schwingungsmagnetometers
gemessen. Die Ergebnisse sind in der Figur 1 dargestellt.
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Beispiel 2 jEin Legierungssystem der Formel Sm (Ni a Fe Co 2a) 6 4
, wobei a a 1-2a 6.4 a von Null bis 0.5 verändert wurde, wurde durch Schmelzen handelsüblichen
Ausgangsmaterials von Samarium, Nickel, Eisen und Kobalt in in der Formel definierten
Verhältnissen hergestellt. Die sich ergebende Legierung wurde sodann weiterverarbeitet.
Die Messungen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vorgenommen. Die Ergebnisse
sind dann in der Figur 2 dargestellt.
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Beispiel 3 Ein Legierungssystem der Formel Sm (Ni Fe Co ) 6. 4, wobei
x y 1-x-y 6.4' x und y zwischen Null und eins verändert werden und x + y C 1 ist,
wurde präpariert und im Hinblick auf die Sättigungsmagnetisierung, die Anisotropiefeldstärke
und dem Curie-Punkt untersucht. Die Ergebnisse sind in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellt.
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Das Legierungssystem dieses Beispiels wurde ebenso präpariert und
gemessen, wie dies beim Beispiel 1 ausgeführt ist. Die Kristallstruktur wurde in
Zusammenhang mit dem Curie-Punkt untersucht und ist in der Figur 5 mit dargestellt.
Es ergab sich, daß in einem nahezu äquimolaren Bereich (der in der Figur 6 schraffiert
dargestellt ist) entlang und in der Umgebung der Linie l-l (wie sie in Figur 6 dargestellt
ist).die Legierung einen signifikant herausgehobenen Bereich der Curie-Temperatur
hat.
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Dieser Bereich befriedigt darüber hinaus die anderen erforderlichen
magnet i schen Eigenschaften, nämlich Sättigungsmagnetisierung und Anisotropiefeldstärke,
wie sie in den Figuren 2 bis 5 dargestellt sind.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den
Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in
beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen
Ausführungsformen wesentlich sein.
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