DE3637521A1

DE3637521A1 - Permanentmagnet und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3637521A1
Application number: DE19863637521
Authority: DE
Inventors: Sevi Gaiffi
Original assignee: SCHRAMBERG MAGNETFAB
Current assignee: SCHRAMBERG MAGNETFAB
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1988-05-11
Also published as: DE3637521C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagneten, der aus einer Legierung aus Eisen (Fe), Bor (B) und Seltenen Erden (SE) im Sinterverfahren hergestellt wird, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Derartige Materialien zum Herstellen von Permanentmagneten werden bevorzugt dann verwendet, wenn die Permanentmagnete hohe Koerzitivfeldstärken, hohe Remanenzen und/oder große Energieprodukte aufweisen sollen und die Permanentmagnete mit reproduzierbaren Werten hergestellt werden sollen.

Es hat sich gezeigt, daß bei derartigen Materialien beim Sintervorgang um die Korngrenzen eine seltenerdreiche Phase bildet. Diese Phase neigt zur Aufnahme von Sauerstoff und begründet daher die nicht ausreichende Stabilität der Permanentmagnete gegenüber Umwelteinflüssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Permanentmagneten und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem ohne Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften die Stabilität des hergestellten Permanentmagneten gegenüber Umwelteinflüssen wesentlich verbessert ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei dem Permanentmagneten der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß zur Stabilisierung der magnetischen Eigenschaften Sauerstoff beigegeben ist, der nach dem Sintervorgang auf etwa 0,6 bis 1,3 Gewichtsprozente begrenzt ist.

Das Zuführen von Sauerstoff führt dazu, daß die seltenerdreiche Phase um die Korngrenzen mit Sauerstoff so angereichert wird, daß diese Phase ihre Neigung zur Aufnahme von Sauerstoff verliert und somit gegenüber Umwelteinflüssen stabilisiert wird.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß der Legierung vor dem Sintervorgang etwa 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozente Kohlenstoff beigegeben ist, dann kann beim Herstellen des Permanentmagneten ein Überschuß an Sauerstoff in der Legierung erzielt werden, der die Neigung zur Selbstzündung und Verbrennung bei der Verarbeitung der Legierung reduziert wird.

Eine Verbilligung der Legierung wird nach einer Ausgestaltung dadurch erreicht, daß der Anteil der Seltenen Erden aus einem ersten Anteil mindestens einer leichten Seltenen Erde und aus einem zweiten Anteil an Oxyd mindestens einer schweren Seltenen Erde besteht.

Dabei bringt das Oxyd der schweren Seltenen Erde zumindest einen Teil des für die Stabilisierung erforderlichen Sauerstoffes.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß der erste Anteil an Metall mindestens einer leichten Seltenen Erde etwa 33 bis 36 Gewichtsprozente und der zweite Anteil an Oxyd mindestens einer schweren Seltenen Erde etwa 0,1 bis 3 Gewichtsprozente beträgt und daß der Anteil an Bor etwa 0,9 bis 3 Gewichtsprozente beträgt.

Als leichte Seltene Erden sind vorzugsweise Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym oder Mischungen dieser Seltenen Erden verwendet, während als Oxyde schwerer Seltener Erden Dysposiumoxyd und/oder Holmiumoxyd bevorzugt werden.

Die Reduzierung des Sauerstoffgehaltes beim Sintern wird nach einer Ausgestaltung dadurch ermöglicht, daß die Legierung etwa 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozente Kohlenstoff enthält, der nach dem Sintervorgang auf etwa 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozente reduziert ist.

Das Verfahren zum Herstellen des Permanentmagneten ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung aus Eisen, den Seltenen Erden und dem Bor oder Ferrobor geschmolzen und dann zu Legierungspulver gemahlen wird, daß dem Legierungspulver beim Mahlen Sauerstoff bis zu einer Endkonzentration von etwa 0,6 bis 1,5 Gewichtsprozente im gemahlenen Pulver zugeführt wird, und daß das Pulver dann im Magnetfeld ausgerichtet, verpreßt und im Vakuum gesintert wird, wobei der Sauerstoffgehalt auf etwa 0,01 bis 1,3 Gewichtsprozent reduziert wird.

Das Zuführen von Sauerstoff beim Mahlvorgang der Legierung ist davon abhängig, ob die Legierung Oxyde von schweren Seltenen Erden enthält. Unter Berücksichtigung des Sauerstoffgehaltes dieser Oxyde wird die Endkonzentration auf etwa 0,6 bis 1,5 Gewichtsprozente gebracht, die dann beim Sintern auf etwa 0,6 bis 1,3 Gewichtsprozente reduziert werden. Dabei wird auch der der Legierung beigegebene Anteil des Kohlenstoffes von etwa 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozenten auf etwa 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozente reduziert. Dieser Vorgang der Dekarbonierung findet unter entsprechender Abgabe von Kohlenstoff statt.

Anhand eines Ausführungsbeispieles werden die mit der Legierung und dem Verfahren nach der Erfindung erzielten Ergebnisse näher erläutert.

Eine Vorlegierung von folgender Chemie wurde erschmolzen:

Nd:32.0% Pr:0.6% Dy:2.6% C:0.10% B:1.00% Fe:Bilanz O₂:250 ppm

Diese Legierung wurde gebrochen und pulverisiert. Während der Feinmahlung in einer Schwingmühle wurde dem Mahlmedium (Zyklo-Hexan) periodisch destilliertes Wasser (H₂O) zugeführt, bis die Gesamtmenge von 0.1% des Pulvergewichtes erreicht war.

Das gemahlene Pulver hatte bei einer Korngröße nach Fisher von 2.8 Mikrometer einen Sauerstoffgehalt von 1.0%.

Dieses Material wurde an der Luft weiterverarbeitet, in einer Matrizenpresse in einem Gleichfeld von 14 kOe ausgerichtet und bei einem Preßdruck von 1.5 kbar zu Grünlingen verpreßt. Die Grünlinge wiesen danach einen Sauerstoffgehalt von 1,24% auf.

In einem Vakuumofen wurde das Material auf 950°C erwärmt und für 2 Stunden gehalten. Ein Teil des Kohlenstoffes der Legierung hat sich mit dem Überschuß-Sauerstoff gebunden und ist in Form von CO (Kohlenstoffmonoxyd) von den Vakuumpumpen entfernt worden. Die nachfolgende Sinterung bei 1.030°C während 4 Stunden hat den Magnet auf eine Enddichte von 7.6 gr/cm³ verdichtet. Der gesinterte Magnet hatte einen Sauerstoffgehalt von 1.05%, während der Kohlenstoffgehalt auf 0.03% zurückging. Die magnetischen Kennwerte waren nach einer zusätzlichen Anlaßbehandlung wie folgt:

Br:1.16 Tesla bHc:890 kA/m iHc:1.450 kA/m

Der Autoclave-Test erwies die ausgezeichnete Stabilität des Fertigmagneten. Der Permanentmagnet wurde in einen Wärmeschrank gelegt, der bei 100°C mit Wasserdampf gesättigt war. Dabei traten am Rand des Permanentmagnets nur leichte Zersetzungen auf und die Kennwerte sanken nach Abkühlung auf Raumtemperatur lediglich um ca. 7% ab.

Es ist hinzuzufügen, daß ohne Sauerstoffanreicherung eine Verarbeitung solcher Pulver nur in reiner Schutzgasatmosphäre möglich ist, auf die bei der Herstellung von Permanentmagneten nach der Erfindung verzichtet werden kann.

Claims

1. Permanentmagnet, der aus einer Legierung aus Eisen (Fe), Bor (B) und Seltenen Erden (SE) im Sinterverfahren hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der magnetischen Eigenschaften Sauerstoff beigegeben ist, der nach dem Sintervorgang auf etwa 0,6 bis 1,3 Gewichtsprozente begrenzt ist.

2. Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung vor dem Sintervorgang etwa 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozente Kohlenstoff (C) beigegeben ist.

3. Permanentmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Seltenen Erden (SE) aus einem ersten Anteil aus Metall mindestens einer leichten Seltenen Erde (LSE) und aus einem zweiten Anteil an Oxyd mindestens einer schweren Seltenen Erde (SSE) besteht.

4. Permanentmagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Anteil an Metall mindestens einer leichten Seltenen Erde (LSE) etwa 33 bis 36 Gewichtsprozente und der zweite Anteil an Oxyd mindestens einer schweren Seltenen Erde (SSE) etwa 0,1 bis 3 Gewichtsprozente beträgt und
daß der Anteil an Bor (B) etwa 0,9 bis 3 Gewichtsprozente beträgt.

5. Permanentmagnet nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als leichte Seltene Erden (LSE) Cer (Ce), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Neodym (Nd) oder Mischungen dieser Seltenen Erden verwendet wird.

6. Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxyde schwerer Seltener Erden (SSE) Dysprosiumoxyd (Dy₂O₃) und/oder Holmiumoxyd (Ho₂O₃) verwendet sind.

7. Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozente Kohlenstoff (C) enthält, der nach dem Sintervorgang auf etwa 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozente reduziert ist.

8. Verfahren zum Herstellen von Permanentmagneten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorlegierung aus Eisen (Fe), den Seltenen Erden (SE) und dem Bor (B) oder Ferrobor (FeB) geschmolzen und dann zu Legierungspulver gemahlen wird,
daß dem Legierungspulver beim Mahlen Sauerstoff (O) bis zu einer Endkonzentration von etwa 0,6 bis 1,5 Gewichtsprozente im gemahlenen Pulver zugeführt wird, und
daß das Pulver dann im Magnetfeld ausgerichtet, verpreßt und im Vakuum gesintert wird, wobei der Sauerstoffgehalt auf etwa 0,01 bis 1,3 Gewichtsprozent reduziert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Legierung Kohlenstoff (C) mit etwa 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozente beigegeben wird, und
daß beim Sintern durch Bildung von Kohlenmonoxyd (CO), d. h. Dekarbonieren, der Sauerstoffgehalt auf etwa 0,06 bis 1,3 Gewichtsprozente und der Kohlenstoffgehalt auf etwa 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozente reduziert werden.