DE4014266A1

DE4014266A1 - Permanentmagnet und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE4014266A1
Application number: DE19904014266
Authority: DE
Inventors: Tsung-Shune Chin; Shiang-Jiun Heh; Ken-Der Lin
Original assignee: High End Metals Corp
Current assignee: High End Metals Corp
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1991-11-07
Anticipated expiration: 2010-05-05
Also published as: DE4014266C2

Description

Verfahren zum Herstellen eines Sm-Co-Magneten angegeben, bei welchem der Sm-Co-Magnet in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert wird, um die Herstellungskosten herabzusetzen. Jedoch ist es sehr gefährlich, Wasserstoffgas bei einer hohen Temperatur während des Sinterverfahrens einzusetzen.

Die Erfindung zielt daher hauptsächlich darauf ab, einen Permanentmagneten bereitzustellen, der ein hohes maximales Energieprodukt und eine gute Korrosionswiderstandsfähigkeit hat.

Ferner soll nach der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Permanentmagneten bereitgestellt werden, der wenigstens ein seltenes Erdenelement enthält und in einer Stickstoffatmosphäre herstellbar ist, wobei die Herstellung mit wirtschaftlich vertretbaren Kosten und auf sicherem Wege möglich sein soll.

Nach der Erfindung weist der Permanentmagnet daher im wesentli chen wenigstens ein Übergangselement, wenigstens ein seltenes Erdenelement, Stickstoff und Bor auf, wobei das Übergangselement mit 60 bis 68 Gew.-%, das seltene Erdenelement mit 30 bis 38 Gew.-%, Stickstoff mit 0,1 bis 1,5 Gew.-% und Bor mit 0,8 bis 1,5 Gew.-% basierend auf dem Einheitsgesamtgewicht der Permanent magneten enthalten sind.

Das Verfahren zum Herstellen eines Permanentmagneten nach der Erfindung umfaßt das Schmelzen, Kühlen, Mahlen, Magnetisieren und Verdichten wenigstens eines Übergangselements, wenigstens eines seltenen Erdenelements und Bor bei einem vorbestimmten Verhältnis zur Bildung eines Grünlings, wobei nach dem Verfahren dann der Grünling in einer Stickstoffatmosphäre mehrere Stunden lang gesintert wird, die einen konstanten Partialdruck von 1 hat, um den Permanentmagneten auszubilden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh rungsformen unter Bezugnahme auf die Beispiele und Versuchsdaten.

Nach der Erfindung weist ein Permanentmagnet im wesentlichen Übergangselemente, seltene Erdenelemente, Stickstoff und Bor auf, wobei die Übergangselemente mit 60 bis 68 Gew.-%, die seltenen Erdenelemente mit 30 bis 38 Gew.-%, Stickstoff mit 0,1 bis 1,5 Gew.-% und Bor mit 0,5 bis 1,5 Gew.-% basierend auf der Gesamtgewichtseinheit des Permanentmagneten enthalten sind.

Die Übergangselemente umfassen im wesentlichen Eisen. Es können jedoch auch andere Übergangselemente dem Eisen zugegeben werden. Beispielsweise kann Kobalt zugegeben werden, um die Curietempera tur des Permanentmagneten zu erhöhen. Der Gewichtsprozentsatz des zugegebenen Kobalts kann sich auf bis zu 15 belaufen, während der Gewichtsprozentsatz von Eisen und Kobalt bei 60 bis 68 bleibt. Ferner kann Aluminium dem Eisen zugegeben werden, so daß die Eigenkoerzivitätskraft des Permanentmagneten erhöht werden kann.

Die seltenen Erdenelemente umfassen im wesentlichen Neodym. Jedoch können auch andere seltene Erdenelemente dem Neodym zugegeben werden. Beispielsweise wird Dysprosium dem Neodym zugegeben, um die Eigenkoerzivitätskraft des Magneten zu erhöhen. Der Gewichtsprozentsatz des zugegebenen Dysprosiums beläuft sich auf bis zu 5, während der Gewichtsprozentsatz von Neodym und Dysprosium bei 30 bis 38 bleibt. Da Cer billiger als Neodym ist, kann Cer dem Neodym zugegeben werden, um die Herstellungskosten zu senken. Der Gewichtsprozentsatz des zugegebenen Cers kann sich auf bis zu 10 belaufen.

Stickstoff erhöht die Korrosionswiderstandsfähigkeit des Permanentmagneten. Je mehr Stickstoff in dem Permanentmagneten enthalten ist, desto korrosionswiderstandsfähiger wird dieser. Jedoch sollte die Stickstoffmenge 1,5 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Permanentmagneten nicht unterschreiten. Wenn die Stickstoffmenge 1,5 Gew.-% überschreitet, wird der Magnetis mus des Permanentmagneten beträchtlich nachteilig beeinflußt. Im allgemeinen beläuft sich die Stickstoffmenge vorzugsweise auf 1,2 bis 1,3 Gew.-%, so daß der Permanentmagnet eine gute Korrosions widerstandsfähigkeit ohne eine negative Beeinflussung seines Magnetismus hat.

Der Permanentmagnet nach der Erfindung wird nach einem Verfahren hergestellt, das nachstehend näher beschrieben wird. Wenigstens ein Übergangselement, wenigstens ein seltenes Erdenelement und Bor werden im Vakuum oder einer geeigneten Menge an Argon- oder Stickstoffgas bei 1400°C in einem Vakuuminduktionsofen erschmol zen, um eine Lösungsschmelze zu bilden. Anschließend wird die Lösungsschmelze auf eine Kupferplatte gegossen, die mittels Wasser gekühlt ist, so daß man einen Legierungsbrocken erhält. Der Legierungsbrocken wird zu einem groben Pulver zerkleinert, wobei ein Korn desselben kleiner als 100 µm im Durchmesser ist. Das grobe Pulver wird dann zu einem feinen Legierungspulver gemahlen, das einen Korndurchmesser von 2 bis 6 µm hat, wobei ein Stickstoffgasstrom mit einem Druck von über 6 atm (6 bar) zur Anwendung kommt, der die Körner des groben Pulvers so mit Kräften beaufschlagt, daß diese in einer Strahlmühle aufeinandertreffen. Die Feinmahlung kann auch mittels einer Kugelmühle durchgeführt werden. Das feine Pulver wird in einer Metallform unter dem Schutz von Stickstoffgas in einem Orientierungsmagnetfeld von 8000 bis 15 000 Oe parallel zur Verdichtungsrichtung unter einem Druck von 1,5 bis 3 t/cm² verdichtet. Der Grünling wird dann in einen Vakuumofen eingebracht und bei einer Temperatur von 1000 bis 1100°C 1 bis einige Stunden lang gesintert. Bevor der Grünling in den Vakuumofen eingebracht wird, wird der Druck im Vakuumofen auf 0,000001 Torr abgesenkt, um Sauerstoff zu entfernen, der den Magnetismus des Permanentmagneten nachteilig beeinflussen kann, und dann wird der Vakuumofen mit Stickstoffgas gefüllt, um konstant einen Partialdruck von 0,01 Torr aufrechtzu erhalten. Während des Sinterns kann der Partialdruck des Stickstoffs auf 100 Torr zu einer gewissen Zeit angehoben werden, so daß die Stickstoffatome sich mit den Übergangselementen und den seltenen Erdenelementen verknüpfen können. Dieser Schritt kann jedoch auch weggelassen werden. Nach dem Sintern wird der erhaltene Permanentmagnet in unterschiedlichen Temperaturberei chen von 500 bis 900°C für 1 bis mehrere Stunden erwärmt, um die Eigenkoerzivitätskraft des Permanentmagneten zu erhöhen.

Zehn Permanentmagneten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen nach der Erfindung sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Die Zusammensetzungen der Permanentmagnete sind in Gew.-% der jeweiligen Permanentmagnete angegeben.

Die Testergebnisse über die magnetischen Eigenschaften der vorstehend angegebenen Permanentmagneten sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Aus Tabelle 2 läßt sich ersehen, daß das maximale Energieprodukt des Permanentmagneten nach der Erfindung konstant auf einem Wert von etwa 25 bis 36 MGOe ist, welcher größer als der bei dem üblichen Sm-Co-Magneten (16 bis 30 MGOe) ist und im allgemeinen etwa gleich jenem des Nd-Fe-B-Magneten (größer als 25 MGOe). Auch läßt sich aus den Tabellen 1 und 2 entnehmen, daß, wenn der Stickstoffgehalt 1,5 Gew.-% wie bei dem Beispiel 6 beispielsweise übersteigt, der Magnetismus nachteilig beeinflußt wird und daher das maximale Energieprodukt, die Eigenkoerzivitätskraft usw. beträchtlich und in ungünstiger Weise sich verschlechtern. Daher muß der Stickstoffgehalt niedriger als 1,5 Gew.-% gehalten werden, um gute magnetische Eigenschaften zu erzielen.

Zur Verbesserung der Korrosionswiderstandsfähigkeit werden ein Tm-Re-N-B-Magnet nach der Erfindung, ein Nd-Fe-B-Magnet und ein Sm-Co-Magnet in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit 5 Gew.-% eingebracht und bei Raumtemperatur (28°C) 30 min in dieser belassen. Dann wird der Gewichtsverlust gemessen. Die mittleren Werte von drei bis fünf Meßversuchen für die Gewichtsmessung sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Aus der Tabelle 3 läßt sich ersehen, daß der Gewichtsverlust des Tm-Re-N-B-Magneten geringer als jener des Nd-Fe-B-Magneten und größer als jener des Sm-Co-Magneten ist. Hieraus ist zu schlie ßen, daß die Korrosionswiderstandsfähigkeiten des Magneten nach der Erfindung besser als bei dem Nd-Fe-B-Magneten und geringfügig schlechter als bei dem Sm-Co-Magneten ist. Jedoch ist das maximale Energieprodukt des Magneten nach der Erfindung größer als jenes bei dem Sm-Co-Magneten. Somit hat der Permanentmagnet nach der Erfindung sowohl ein höheres maximales Energieprodukt als auch eine gute Korrosionswiderstandsfähigkeit.

Ferner läßt sich der Permanentmagnet nach der Erfindung in einer Stickstoffatmosphäre anstelle einer Inertgasatmosphäre oder Wasserstoffatmosphäre sintern. Daher ist das Verfahren zum Herstellen des Permanentmagneten nach der Erfindung kostengün stig, und es läßt sich betriebssicher durchführen.

Claims

1. Permanentmagnet, der im wesentlichen 60 bis 68 Gew.-% wenigstens eines Übergangselements, 30 bis 38 Gew.-% wenigstens eines seltenen Erdenelements, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Stickstoff und 0,8 bis 1,5% Bor enthält.

2. Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Übergangselement ein Übergangs elementbestandteil ist, der im wesentlichen Eisen aufweist.

3. Permanentmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangselementbestandteil ferner Kobalt enthält, so daß die Curietemperatur des Permanentmagneten erhöht werden kann.

4. Permanentmagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Gewicht des Kobalts basierend auf dem Gesamtgewicht der Permanentmagneten sich auf 15% beläuft.

5. Permanentmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ferner Aluminium zur Erhöhung der Eigenkoerzi vitätskraft des Permanentmagneten enthält.

6. Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein seltenes Erdenelement ein seltener Erdenelementbestandteil ist, der im wesentlichen Neodym aufweist.

7. Permanentmagnet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der seltene Erdenelementbestandteil ferner Dysprosium zur Erhöhung der Eigenkoerzivitätskraft des Permanentmag neten enthält.

8. Permanentmagnet nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Gewicht von Dysprosium basierend auf dem Gesamtgewicht des Permanentmagneten sich auf 5% beläuft.

9. Permanentmagnet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der seltene Erdenbestandteil ferner Cer umfaßt.

10. Permanentmagnet nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximales Gewicht des Cers basierend auf dem Gesamtgewicht des Permanentmagneten sich auf 10% beläuft.

11. Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff mit 1,2 bis 1,3 Gew.-% basierend auf dem Gesamtge wicht des Permanentmagneten enthalten ist.

12. Verfahren zum Herstellen eines Permanentmagneten, der im wesentlichen wenigstens ein Übergangselement, wenigstens ein seltenes Erdenelement und Bor enthält, wobei sich das Verfahren durch die folgenden Schritte auszeichnet:

1) Erschmelzen wenigstens eines Übergangselements, wenigstens eines seltenen Erdenelements und Bor bei einem vorbestimmten Verhältnis, um eine Lösungsschmelze zu bilden,
2) Kühlen der Lösungsschmelze, um einen Legierungsbroc ken zu bilden,
3) Mahlen des Legierungsbrockens, um ein Legierungspul ver zu erhalten, das einen Korndurchmesser von 2 bis 6 µm hat,
4) Verdichten des Legierungspulvers unter einer Stick stoffatmosphäre in einer Metallform in einem magneti schen Feld, um einen Grünling zu bilden; und
5) Sintern des Grünlings in einer Stickstoffatmosphäre unter 1000 bis 1100°C wenigstens 1 h lang, wobei der Partialdruck der Stickstoffatmosphäre auf einem konstan ten Wert gehalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck der Stickstoffatmosphäre 0,01 Torr beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Grünling nach dem Schritt (5) wärmebehandelt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Grünling bei 500 bis 900°C erwärmt wird.