DE4015683A1

DE4015683A1 - Legierung fuer permanentmagnete sowie verfahren zum hestellen von permanentmagneten aus dieser legierung

Info

Publication number: DE4015683A1
Application number: DE19904015683
Authority: DE
Inventors: Sevi Gaiffi; Elisabeth Simon
Original assignee: SCHRAMBERG MAGNETFAB
Current assignee: SCHRAMBERG MAGNETFAB
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1991-11-21
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: DE4015683C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Legierung für Permanentmagnete auf der Basis von mindestens einem Seltenen Erdelement (RE), Eisen (Fe), Kupfer (Cu) und Kobalt (Co), sowie ein Verfahren zum Herstellen von Permanentmagneten aus dieser Legierung.

In den letzten Jahren hat nach Kenntnis der Legierung des RE-Fe-B-Typs eine intensive Weiterentwicklung dieses Permanentmagnetmaterials stattgefunden. Diese Basislegierung ist auf die vielfältigste Art modifiziert worden, um nachteilige Effekte, wie unzureichende Korrosionsbeständigkeit und große Temperaturabhängigkeit der magnetischen Werte, auszuschalten oder zumindest zu reduzieren. Bis heute sind auf diesem Gebiet mit diesen Permanentmagnetmaterialien allerdings nur kleine Fortschritte erzielt und die magnetischen Eigenschaften nur geringfügig verbessert worden. Der Korrosionsschutz dieser Permanentmagnete bedingt erhebliche Kostenerhöhungen und die maximalen Betriebstemperaturen derartiger Permanentmagnete konnte nicht wesentlich über 140°C gesteigert werden. Die Permanentmagnete auf diesen Basislegierungen eignen sich daher nur für bestimmte Anwendungen mit niedrigen Temperaturen, sie können jedoch für Anwendungen mit erhöhter Temperatur und sehr großer Anwendungsdauer nicht eingesetzt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Legierung für Permanentmagnete der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ausgezeichnete magnetische Werte aufweist, korrosionsbeständig ist und gleichzeitig für die Herstellung von Permanentmagneten verwendet werden kann, die bei Betriebstemperaturen bis zu 350°C eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Legierung 23 bis 26,5 Gew.-% RE, 14,0 bis 25,0 Gew.-% Fe, 3,0 bis 5,0 Gew.-% Cu, Rest auf 100 Gew.-% Co aufweist, wobei RE mindestens 50% Samarium , Praseodym, Neodym oder andere Seltene Erdelemente umfaßt.

Diese Zusammensetzung basiert wieder auf dem ursprünglich verwendeten Seltenen Erdelement, Samarium (Sm). Diese bekannten Permanentmagnetmaterialien des sogenannten 2 : 17-Typs haben gute thermische und magnetische Eigenschaften. Der Nachteil des hohen Kobalt-Gehaltes dieser bekannten Permanentmagnetmaterialien wurde durch die Optimierung des Eisen- und Kobaltgehaltes ausgeräumt und der hohe Eisengehalt bringt eine beachtliche Preissenkung für die Legierung. Außerdem hat sich gezeigt, daß aufgrund des Fehlens von Bor (B) in der Legierung die Curie-Temperatur wesentlich erhöht werden kann und damit ein Permanentmagnetmaterial erhalten wird, das in einem viel höheren Temperaturbereich betriebsfähig bleibt. Das neue Permanentmagnetmaterial hat auch den Vorteil, daß aus ein und derselben Legierung allein durch die Wärmenachbehandlung Permamentmagnete mit bestimmten magnetischen Werten hergestellt werden können. Damit fällt die Bereitstellung unterschiedlicher Legierungen für die Herstellung von Permanentmagneten unterschiedlicher magnetischer Werte weg, wie sie bei den bekannten Permanentmagnetmaterialien üblich ist.

Die Legierung weist vorzugsweise 16 bis 24 Gew.-% Eisen und 3,5 bis 4,5 Gew.-% Kupfer auf und kann wie bekannte Legierungen zusätzlich 2,0 bis 4,0 Gew.-%, vorzugsweise 2,2 bis 2,6 Gew.-% Zirkonium enthalten. Außerdem kann die Legierung in bekannter Weise 0 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Gew. % an Zusatzelementen, wie Molybdan, Aluminium, Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Wolfram, Silicium, Hanfnium und Mangan enthalten. Außerdem kann die Legierung zusätzlich 0 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Gew.-% Verunreinigungen wie Sauerstoff, Kohlenstoff und Oxyde, enthalten.

Mit dieser Legierung lassen sich die magnetischen Werte, vor allem das Magnetisierungsverhalten und die Koerzitivkraft, allein durch Veränderung der Herstellparameter, also ohne Veränderung der Legierung selbst, einstellen.

Das Verfahren zum Herstellen von Permanentmagneten aus einer derartigen Legierung, bei dem die Legierungsbestandteile gemischt und zu einer Korngröße von 2 bis 6 µ gemahlen werden und bei dem das gemahlene Gut in einem Magnetfeld ausgerichtet und gepreßt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das ausgerichtete und gepreßte Gut in einer Schutzgasatmosphäre mit Argon (Ar), Helium (He) im Vakuum bei 1150 bis 1215°C über 15 bis 120 Minuten gesintert und in der Schutzgasatmosphäre bei 1100 bis 1200°C, vorzugsweise 1160 bis 1190°C, 5 bis 20 Stunden lang homogenisiert wird und daß das Gut danach mit 5 bis 500°C/min., vorzugsweise 80 bis 200°C/min., abgekühlt und anschließend einer Wärmenachbehandlung unterzogen wird, die je nach gewünschter Koerzitivkraft und Magnetisierbarkeit für hochkoerzitives Material mindestens einen oder für niederkoerzitives Material mindestens zwei Behandlungszyklen mit Aufheizphase, Wärmebehandlungsphase und Abkühlphase gewählt wird.

Die Wahl der Behandlungszyklen bestimmt allein die magnetischen Werte der hergestellten Permanentmagnete. Dabei braucht nur eine Legierung mit den eingangs angegebenen Anteilen der Bestandteile bereitgestellt zu werden.

Der einzige Behandlungszyklus für Permanentmagnete mit sehr hoher Koerzitivkraft ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizphase für hochkoerzitives Material mit etwa 5 bis 10°C/min., vorzugsweise mit 8°C/min., durchgeführt wird, daß danach die Wärmebehandlungsphase mit etwa 0,5 bis 2 Stunden bei 700 bis 900°C durchgeführt wird, daß die Abkühlphase mit etwa 0,3 bis 1°C/min., vorzugsweise 0,6°C/min. vorgenommen wird und daß beim Erreichen von etwa 400°C in der Abkühlphase die Abkühlung mit etwa 80 bis 120°C/min. beschleunigt wird.

Werden jedoch Permanentmagnete mit einer niedrigen Koerzitivkraft gewünscht, dann werden die mindestens zwei Behandlungszyklen in der Weise ablaufen, daß die Aufheizphase für niederkoerzitives Material mit etwa 0,8 bis 15°C/min., vorzugsweise 10°C/min., durchgeführt wird, daß danach die Wärmebehandlungsphase mit etwa 0,5 bis 2 Stunden bei etwa 700 bis 850°C durchgeführt wird, daß die Abkühlphase mit etwa 0,3 bis 1°C/min., vorzugsweise 0,5°C, vorgenommen wird, wobei beim Erreichen von etwa 400°C in der Abkühlphase die Abkühlung mit etwa 80 bis 120°C/min. beschleunigt wird und daß an diesen Behandlungszyklus mindestens ein weiterer derartiger Behandlungszyklus angeschlossen wird, bei dem die Wärmebehandlungsphase jedoch mit leicht erhöhter Temperatur von etwa 750 bis 900°C durchgeführt wird.

Mit der neuen Legierung und dem neuen Verfahren lassen sich Permanentmagnete mit einem Energieprodukt von über 32 MOe herstellen. Dies sind Werte, die bisher nur mit borhaltigen Legierungen erreicht worden sind. Die Curie-Temperatur der Legierung liegt bei über 800°C, so daß die maximale Einsatztemperatur der hergestellten Permanentmagnete ohne weiteres bis zu 400°C betragen kann.

Durch die entsprechende Wärmenachbehandlung nach dem Sintern und Homogenisieren der Magnetkörper lassen sich Permanentmagnetmaterialien herstellen, die mit nur 1,1 T gesättigt werden können, d. h. in einem Eisenjoch magnetisierbar sind. Dies ist bisher bei RE-Permanentmagnetmaterialien, mit oder ohne Bor, nicht möglich.

Durch eine andere Wärmenachbehandlung kann dieselbe Legierung eine Koerzitivkraft erhalten, wie sie bisher nur bei SmCo₅-Permanentmagneten erreicht wurde. Dies bedeutet, daß der neue Permanentmagnet nicht nur bis zu hohen Temperaturen eingesetzt werden kann, sondern er darf auch sehr hohen magnetischen Gegenfeldern, ohne Schaden zu erleiden, ausgesetzt werden.

Anhand der Kennlinien werden die aus derselben Legierung nach der Erfindung hergestellten, mit der Wärmenachbehandlung nach der Erfindung und Permanentmagnete mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften vorgestellt.

Fig. 1 zeigt die Kennlinien eines hochkoerzitiven Permanentmagneten und

Fig. 2 die Kennlinien eines niederkoerzitiven Permanentmagneten.

Die Auswertung dieser Kennlinien führt zu den in den nachstehenden Tabellen 1 und 2 aufgeführten magnetischen Werten.

Tabelle 1

Hochkoerzitiver Permanentmagnet

Tabelle 2

Niederkoerzitiver Permanentmagnet

Claims

1. Legierung für Permanentmagnete auf der Basis von mindestens einem Seltenen Erdelemente (RE) , Eisen (Fe), Kupfer (Cu) und Kobalt (Co), dadurch gekennzeichnet, daß sie
23 bis 26,5 Gew.-% RE,
14,0 bis 25,0 Gew.-% Fe,
3,0 bis 5,0 Gew.-% Cu,
Rest auf 100 Gew.-% Co
aufweist, wobei RE mindestens 50% Samarium (Sm), Praseodym (Pr), Neodym (Nd) oder andere Seltene Erdelemente umfaßt.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vorzugsweise,
16 bis 24 Gew.-% Fe,
3,5 bis 4,5 Gew.-% Cu,
aufweist.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 2,0 bis 4,0 Gew.-%, vorzugsweise 2,2 bis 2,6 Gew.-%, Zirkonium (Zr) enthält.

4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Gew.-%, an Zusatzelementen (Me), wie Molybdan (Mo), Aluminium (Al), Titan (Ti), Niob (Nb), Vanadium (V), Tantal (Ta), Wolfram (W), Silicium (S), Hanfnium (Hf) und Mangan (Mn) enthält.

5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Gew.-%, Verunreinigungen (Ve), wie Sauerstoff (O₂), Kohlenstoff (C) und Oxyde, enthält.

6. Verfahren zum Herstellen von Permanentmagenten aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Legierungsbestandteile gemischt und zu einer Korngröße von 2 bis 6 µ gemahlen werden und bei dem das gemahlene Gut in einem Magnetfeld ausgerichtet und gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das ausgerichtete und gepreßte Gut in einer Schutzgasatmosphäre mit Argon (Ar), Helium (He) im Vakuum bei 1150 bis 1215°C über 15 bis 120 Minuten gesintert und in der Schutzgasatmosphäre bei 1100 bis 1200°C, vorzugsweise 1160 bis 1190°C, 5 bis 20 Stunden lang homogenisiert wird und
daß das Gut danach mit 5 bis 500°C/min., vorzugsweise 80 bis 200°C/min., abgekühlt und anschließend einer Wärmenachbehandlung unterzogen wird, die je nach gewünschter Koerzitivkraft und Magnetisierbarkeit für hochkoerzitives Material mindestens einen oder für niederkoerzitives Material mindestens zwei Behandlungszyklen mit Aufheizphase, Wärmebehandlungsphase und Abkühlphase gewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufheizphase für hochkoerzitives Material mit etwa 5 bis 10°C/min., vorzugsweise mit 8°C/min., durchgeführt wird,
daß danach die Wärmebehandlungsphase mit etwa 0,5 bis 2 Stunden bei 700 bis 900°C durchgeführt wird,
daß die Abkühlphase mit etwa 0,3 bis 1°C/min., vorzugsweise 0,6°C/min. vorgenommen wird und
daß beim Erreichen von etwa 400°C in der Abkühlphase die Abkühlung mit etwa 80 bis 120°C/min.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufheizphase für niederkoerzitives Material mit etwa 0,8 bis 15°C/min., vorzugsweise 10°C/min., durchgeführt wird,
daß danach die Wärmebehandlungsphase mit etwa 0,5 bis 2 Stunden bei etwa 700 bis 850°C durchgeführt wird,
daß die Abkühlphase mit etwa 0,3 bis 1°C/min., vorzugsweise 0,5°C, vorgenommen wird, wobei beim Erreichen von etwa 400°C in der Abkühlphase die Abkühlung mit etwa 80 bis 120°C/min. beschleunigt wird und
daß an diesen Behandlungszyklus mindestens ein weiterer derartiger Behandlungszyklus angeschlossen wird, bei dem die Wärmebehandlungsphase jedoch mit leicht erhöhter Temperatur von etwa 750 bis 900°C durchgeführt wird.