DE68914875T2

DE68914875T2 - Verfahren und Apparat zur Herstellung von Spänen aus magnetisch ausgerichtetem RE-Fe-B-Typ-Material.

Info

Publication number: DE68914875T2
Application number: DE68914875T
Authority: DE
Inventors: Jerry Edward Haverstick
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2009-02-24
Also published as: DE68914875D1; KR910009299B1; KR890016594A; EP0339767A2; CA1317203C; JPH0791570B2; EP0339767A3; CN1039926A; JPH0225506A; EP0339767B1; US4867809A; CN1019062B

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Bildung von anisotropen Permanentmagnetmaterial aus Teilchen von magnetisch isotropen Vorformen von fein kristallinen Legierungen, die ein oder mehrere Elemente der Seltenen Erden (RE), ein oder mehrere Übergangsmetalle (TM) und Bor mit einer intermetallischen Phase des Nd-Fe-B-Typus enthalten, und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Warmbearbeitung derartiger isotroper Teilchen, um so die meisten der Körner oder Kristallite darin magnetisch auszurichten, wie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 spezifiziert, zum Beispiel wie in der EP-A-0 133 758 offenbart. Eine Vorrichtung zur Warmbearbeitung eines Legierungspulvers auf Nd-Basis, um so die kristallinen Körner darin magnetisch auszurichten ist in der JP-A-63-33801 offenbart. Die Vorrichtung, die in dieser japanischen Patentanmeldung offenbart ist, umfaßt einen Behälter für das Legierungspulver auf Nd-Basis, welcher das Legierungspulver in einen Kaskadenofen speist, und ein Paar von gegenläufig rotierenden Walzen, die aus dem Kaskadeofen gespeist werden und welche das erhitzte Legierungspulver flachwalzen, um die gewünschte magnetische Ausrichtung in dem Legierungspulver zu erzeugen.

Hintergrund der Erfindung

Permanentmagnetzusammensetzungen, die auf den Elementen der Seltenen Erden Neodym oder Praseodym, oder beiden, dem Übergangsmetall Eisen, oder Mischungen von Eisen und Kobalt, und Bor beruhen, sind bekannt. Bevorzugte Zusammensetzungen enthalten einen großen Anteil einer Re&sub2;TM&sub1;&sub4;B-Phase, wobei TM ein oder mehrere Übergangsmetallelemente einschließlich Eisen ist. Ein bevorzugtes Verfahren der Herstellung derartiger Legierungen bezieht die schnelle Verfestigung der geschmolzenen Legierung ein, um eine im wesentlichen amorphe bis sehr fein kristalline Mikrostruktur zu erreichen, die isotrope, permanentmagnetische Eigenschaften hat. In einem anderen bevorzugten Verfahren können überabgeschreckte Legierungen ohne merkbare Koerzitivkraft bei geeigneten Temperaturen temperaturbehandelt werden, um Kornwachstum zu verursachen und dadurch die magnetische Koerzitivkraft in einem Material mit isotropen Permanentmagneteigenschaften zu induzieren.
Es ist auch bekannt, daß Teilchen von rasch verfestigten isotropen Legierungen auf RE-Fe-B-Basis zu einem im wesentlichen voll verdichteten Körper warmgepreßt werden können und daß ein derartiger Körper weiter warmgeformt und plastisch deformiert werden kann, um einen exzellenten anisotropen Permanentmagnet herzustellen. So werden Legierungen mit überabgeschreckten, im wesentlichen amorphen Mikrostrukturen bearbeitet und plastisch deformiert und zwar bei erhöhten Temperaturen, um das Kornwachstum und die Kristallitausrichtung zu verursachen, welche wesentlich höhere Energieprodukte als in den besten genausoschnell verfestigten Legierungen zur Folge haben. Das maximale Energieprodukt bis jetzt für warmbearbeitete, schmelzgesponnene Nd-Fe-B-Magnetkörper beträgt bis zu 3,98 x 10&sup5; AT/m (50MGOe), obwohl Energieprodukte bis zu 5,09 x 10&sup5; AT/m (64MGOe) theoretisch möglich sind.
Wie oben festgestellt, besteht die bevorzugte Seltene Erde (RE)-Übergangsmetall (TM)-Bor (B) Permanentmagnet zusammensetzung überwiegend aus RE&sub2;TM&sub1;&sub4;B-Körnern mit einer RE-enthaltenden Nebenphase(n), die als eine Schicht an den Korngrenzen vorliegt. Es ist insbesondere bevorzugt daß, im Mittel, die RE&sub2;TM&sub1;&sub4;B-Körner nicht größer als ungefähr 500 nm in der größten Abmessung in dem Permanentmagnetprodukt sind.
Während ein derartiges Warmpreßverfahren, das ein derartiges Warmgesenkform-Stauchverfahren verwendet, für ihren beabsichtigten Zweck geeignet ist, wäre es in bestimmten Herstellungsverfahren wünschenswert, die isotropen Teilchen direkt zu anisotropen Permanentmagnetteilchen umzuwandeln. Derartige anisotrope Teilchen können dann mit einem geeigneten Matrixmaterial gemischt werden und geformt werden, um einen zusammenhaftenden Permanentmagneten mit magnetisch anisotropen Eigenschaften zu bitden.
Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch anisotropen Zusammensetzung, die aus Eisen, Neodym/Praseodym und Bor besteht, ist gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 spezifiziert sind.
Die vorliegende Erfindung betrachtet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von permanentmagne tisch anisotropem Material aus zum Beispiel schmelzgesponnenen Bandteilchen von amorphem und fein kristallinem Material mit Körnern von RE&sub2;TM&sub1;&sub4;B, wobei RE für ein oder mehrere Elemente der Seltenen Erden steht, zumindest 60 % von welchem Seltene Erde-Material wie Neodym und/oder Praseodym ist, TM für Eisen oder Eisen-Kobalt-Kombinationen steht und B für das Element Bor steht. Das Band wird fragmentiert, falls notwendig, und zwar zu individuellen Teilchen von derartigem isotropem Material. Die individuellen Teilchen werden dann zu einem plastischen Zustand erhitzt und individuell bearbeitet, um jedes Teilchen zu deformieren und so die Kristallite oder Körner darin längs einer magnetisch bevorzugten Achse auszurichten und Flocken von Material zu bilden, welche nicht aneinandergeschmolzen sind. Die Flocken mit derartig ausgerichteten Kristalliten werden dann individuell abgekühlt und für die Verwendung in der Herstellung von Permanentmagneten mit magnetisch anisotropen Eigenschaften gesammelt.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, worin die individuellen Teilchen von magnetisch isotropem Material durch eine Wärmequelle geführt werden, um die individuellen Teilchen zu einem plastischen Zustand zu erwärmen; und die Teilchen danach vorwärtsgetrieben werden, während sie in ihrem plastischen Zustand sind, und zwar gegen beabstandete Oberflächen eines Warmbearbeitungsgerätes; danach werden die individuellen Teilchen zu individuellen Flokken geformt, indem die Teilchen zwischen den beabstandeten Oberflächen deformiert werden, während sie noch in ihrem plastischen Zustand sind. Das Verfahren betrachtet das Aufrechterhalten einer gesteuerten Trennung der individuellen Teilchen während des derartigen Formens, um die Verschmelzung der resultierenden individuellen Flocken zusammen zu verhindern, während eine Kristallitkornstruktur darin erzeugt wird, welche längs einer kri- stallographisch bevorzugten magnetischen Achse ausgerichtet ist.
Ein Merkmal des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren des Typus zu schaffen, der in den vorhergehenden Zielen und Merkmalen dargelegt wurde, worin die isotropen Teilchen zu einem plastischen Zustand erhitzt werden, indem sie erhitzt werden, indem sie mit Bezug auf eine Plasmafackel gerichtet werden und derartige Teilchen gegen die formenden Gesenkformoberflächen durch Plasmasprühen befördert werden.
Noch ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die isotropen Teilchen verarbeitet werden, während sie in ihrem plastischen Zustand sind, und zwar durch einen kontinuierlichen Prozeß, welcher das Formen der plastischen Teilchen einschließt, indem sie durch eine Lücke zwischen Warmbearbeitungswalzen gerichtet werden.
Noch ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, Verfahren des oben dargelegten Typus zu schaffen, die die Sortierung der individuellen Teilchen in dem Bereich von 1 bis 350 um einschließt, um ein resultierendes anisotropes Flockenmaterial zu bilden, das für das Mischen mit Matrixmaterial geeignet ist, aus welchem verschieden geformte anisotrope Permanentmagnete im nachfolgenden verarbeitet werden können.
Noch ein anderes Ziel ist, eine Vorrichtung zu schaffen, um die vorgenannten Verfahren auszuführen, worin die Vorrichtung ein Plasmasprühsystem und ein Paar von gegenläufig rotierenden Walzen umfaßt, um Teilchen zu formen, die aus einem Plasmasprühsystem als individuelle Flocken von magnetisch anisotropem Material gesprüht werden.

Kurze Zusammenfassung der bevorzugten Ausführung

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf Zusammensetzungen anwendbar, die eine geeignete Übergangsmetallkomponente, eine geeignete Seltene Erde-Komponente und Bor umfassen.
Die Übergangsmetallkomponente ist Eisen oder Eisen und (eines oder mehrere von) Kobalt, Nickel, Chrom oder Mangan. Kobalt ist mit Eisen bis zu ungefähr 40 Atomprozent austauschbar. Chrom, Mangan und Nickel sind in geringeren Mengen austauschbar, vorzugsweise weniger als ungefähr 10 Atomprozent. Zirkon und/oder Titan in kleinen Mengen (bis zu 2 Atomprozent des Eisens) können für Eisen ersetzt werden. Sehr kleine Mengen von Kohlenstoff und Silizium können toleriert werden, wo Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt die Quelle des Eisens für die Zusammensetzung ist. Die Zusammensetzung umfaßt vorzugsweise ungefähr 50 Atomprozent bis ungefähr 90 Atomprozent der Übergangsmetallkomponente - in großem Maß Eisen.
Die Zusammensetzung umfaßt von ungefähr 10 Atomprozent bis ungefähr 50 Atomprozent der Seltenen Erden-Komponente. Neodym und/oder Praseodym sind die wesentlichen Seltene Erd-Bestandteile. Wie angedeutet, können sie austauschbar verwendet werden. Relativ kleine Mengen von anderen Elementen der Seltenen Eiden, wie Samarium, Lanthan, Cer, Terbium und Dysprosium können mit Neodym und Praseodym ohne wesentlichen Verlust der gewünschten magnetischen Eigenschaften gemischt werden. Vorzugsweise betragen sie nicht mehr als 40 Atomprozent der Seltenen Erde-Komponente. Es wird erwartet, daß es kleine Mengen von Verunreinigungselementen mit der Seltenen Erde-Komponente gibt.
Die Zusammensetzung enthält zumindest 1 Atomprozent Bor und vorzugsweise 1 bis 10 Atomprozent Bor.
Die Gesamtzusammensetzung kann auch in der allgemeinen Formel RE1-x(TM1-yBy)x ausgedrückt werden. Die Seltene Erde (RE-)Komponente macht 10 bis 50 Atomprozent der Zusammensetzung aus (x = 0,5 bis 0,9), wobei zumindest 60 Atomprozent der Seltenen Erde-Komponente Neodym und/oder Praseodym sind. Das Übergangsmetall (TM) wie hierin verwendet, macht ungefähr 50 bis 90 Atomprozent der Gesamtzusammensetzung aus, wobei Eisen zumindest 60 bis 80 Atomprozent des Übergangsmetallgehaltes darstellt. Die anderen Bestandteile, wie Kobalt, Nickel, Chrom oder Mangan werden "Übergangsmetall" genannt, insofern, wie die obige empirische Formel betroffen ist.
Bor ist in einer Menge von ungefähr 1 bis 10 Atomprozent (y = 0,01 bis 0,11) der totalen Zusammensetzung vorhanden.
Die Praxis der vorliegenden Erfindung ist auf eine Familie von Eisen-Neodym und/oder Praseodym-Bor enthaltende Zusammensetzungen anwendbar, welcher weiter durch die Gegenwart oder Bildung der oben spezlfizierten tetragonalen Kristallphase gekennzeichnet sind, die durch die atomare Formel RE&sub2;TM&sub1;&sub4;B veranschaulicht ist, und zwar als der überwiegende Konstituent des Materials. Mit anderen Worten enthält das warmbearbeitete Permanentmagnetprodukt zumindest 50 Gewichtsprozent dieser tetragonalen Phase. Hier bedeutet RE prinzipiell Nd oder Pr und die magnetische Vorzugsrichtung ist parallel zu der "c"-Achse des tetragonalen Kristalls. Die geeignete Zusammensetzung enthält auch zumindet eine zusätzliche Phase, typischerweise eine Nebenphase an den Korngrenzen der RE&sub2;TM&sub1;&sub4;B-Phase. Die Nebenphase enthält den Seltene Erde-Konstituenten und ist im Gehalt des Konstituenten reicher als die Hauptphase ist.
Vorteilhafterweise sind die Zusammensetzungen im Ausdruck der atomaren Proportionen ausgedrückt worden. Offensichtlich können diese Spezifizierungen ohne weiteres zu Gewichtsanteilen zur Herstellung der Zusammensetzungsmischungen umgewandelt werden.
Für die Zwecke der Veranschaulichung wird die Erfindung beschrieben werden, wobei die Zusammensetzungen von ungefähr den folgenden Anteilen verwendet werden:
Nd0.13(Fe0.95B0.05)0.87
Jedoch ist es zu verstehen, daß das Verfahren der Erfindung auf eine Familie von Zusammensetzungen, wie oben beschrieben, anwendbar ist.
Derartige Zusammensetzungen werden bogengeschmolzen, um Legierungseingüsse zu bilden. Die Eingüsse werden wieder geschmolzen und schnell verfestigt, zum Beispiel schmelzgesponnen, d.h. entladen, durch eine Düse mit einem Auslaß mit kleinem Durchmesser auf eine rotierende Kühloberfläche. Die geschmolzene Metallegierung wird so nahezu instantan verfestigt und kommt in der Form von kleinen, bandähnlichen Teilchen von der rotierenden Oberfläche.
Das resultierende Produkt kann amorph sein oder es kann ein sehr fein kristallines Material sein. Wenn das Material kristallin ist, enthält es die intermetallische Phase des Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B-Typus, welche hohe magnetische Symmetrie hat. Das abgeschreckte Material ist magnetisch isotrop, wie gebildet.
Abhängig von der Rate der Kühlung können geschmolzene Übergangsmetall-Seltene Erde-Bor-Zusammensetzungen verfestigt werden, um einen weiten Bereich von Mikrostrukturen zu besitzen. Soweit ergeben jedoch schmelzgesponnene Materialien mit Korngrößen größer als mehrere Mikrometer keine bevorzugten Permanentmagneteigenschaften. Feinkornmikrostrukturen, wo die Körner eine maximale Abmessung von ungefähr 20 bis 500 Nanometer haben, haben Koerzitivkraft und andere nützliche Permanentmagneteigenschaften. Amorphe Materialien haben dies nicht. Jedoch können einige der glasigen Mikrostrukturmaterialien temperaturbehandelt werden, um sie zu Feinkornpermanentmagneten mit isotropen magnetischen Eigenschaften umzuwandeln. Die vorliegende Erfindung ist auf derartige überabgeschreckte Materialien anwendbar. Sie ist auch auf Feinkornmaterialien mit hoher Koerzitivkraft "wie abgeschreckt" anwendbar. Sorge muß dafür getragen werden, um exzessive Zeiten bei hoher Temperatur zu vermeiden, um den Koerzitivkraftverlust durch exzessives Kornwachstum zu vermeiden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird die derartige bandgeformte Legierung zu groben Pulverteilchen gebrochen.
Individuelle Teilchen von derartigem schnellverfestigtem Material werden dann erhitzt und auf eine Warmbearbeitungsoberfläche einer geeigneten Deformiervorrichtung gerichtet. Die individuellen Teilchen werden durch die Vorrichtung deformiert, während sie in einem plastischen Zustand sind (näherungsweise 750ºC). Jedes Nd-Fe-B-Teilchen wird plastisch deformiert, um allgemein sphärisch angeordnete Körner in den individuellen Teilchen dazu zu veranlassen, abgeflacht zu werden, um so die Körner oder Kristallite dazu zu veranlassen, längs einer kristallographisch bevorzugten magnetischen Achse ausgerichtet zu sein und dadurch das magnetisch anisotrope Material zu erzeugen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, um magnetisch isotrope Teilchen aus einem Speisebehälter vermittels eines Trägergases zu speisen. Die Teilchen werden durch einen Plasmabogen erhitzt und aus einer Plasmasprühkanone gegen zwei gegenläufige Walzen entladen, die beabstandet sind, um eine deformierende Lücke dazwischen zu bildden. Die Lücke ist bemaßt, um ungefähr die Hälfte der Größe der kleineren Abmessung der Bandteilchen zu sein, um so den er forderten Betrag der Deformierung zu schaffen. Die Teilchen werden von der Plasmasprühkanone gegen die Walzenoberflächen stromaufwärts der Lücke entladen.
Der Prozeß der Formung der Teilchen findet statt, während die Teilchen in einem plastischen Zustand sind (näherungsweise 750ºC). In der Vorrichtung für die Anwendung der Erfindung werden die plastischen Teilchen über die Walzen stromaufwärts der Lücke verspratzt, so daß ein wesentlicher Prozentsatz der Teilchen separat in der Walzenlücke deformiert wird, ohne zu größeren Teilchen verschmolzen zu werden. Die Abmessung der Lücke kann variiert werden, um das Ausmaß der Deformation zu steuern.
Die resultierenden deformierten Teilchen werden aus einem sphäroidalen Umriß zu einer Flockenform abgeflacht. Die Flocken werden gekühlt und von dem stromabwärtigen Ende der Lücke als individuelle Flocken ausgeworfen.
Während der derartigen Deformation werden die individuellen isotropen Körner in dem plastischem Sphäroid gedreht, so daß ihre "c"-Achse der (Nd,Pr)&sub2;TM&sub1;&sub4;B-Phase normal auf die Richtung des plastischen Flußes wird, der durch die rotierenden Walzen aufgeprägt wird. Die derartige Ausrichtung längs einer kristallographisch bevorzugten magnetischen Achse erzeugt magnetisch anisotropes Material in den resultierenden individuellen Flocken.
Die vorgenannten Ziele und Vorteile der Erfindung werden besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und den begleitenden Zeichnungen derselben verstanden werden.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Schema, das eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 ist eine diagrammatische Ansicht der Vorrichtung zur Herstellung magnetisch isotroper Bandteilchen;
Figur 3 ist eine diagrammatische Ansicht der Vorrichtung zum Plasmasprühen und Warmbearbeiten der Bandteilchen von Figur 2;
Figur 4 ist ein vergrößerter Ansichtsbereich von Figur 3, die das stromaufwärtige Ende einer Deformierlücke in der Vorrichtung von Figur 3 zeigt;
Figur 5 ist eine diagrammatische Darstellung der sphärisch angeordneten isotropen Körner;
Figur 6 ist eine diagrammatische Darstellung derartiger Körner, die deformiert sind, um anisotrope Körner zu erzeugen; und
Figur 7 ist eine diagrammatische Ansicht eines anderen Prozesses zur Deformierung derartiger isotroper Körner.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Nun Bezug nehmend auf Figur 1, umfaßt das erfinderische Verfahren der vorliegenden Erfindung die folgenden verallgemeinerten Schritte:
1. Den Bildungsschritt 10, in welchem Bandteilchen des magnetisch isotropen Materials gebildet werden.
2. Den Erwärmungsschritt 12, in welchem jedes der individuellen Teilchen zu einer Temperatur erhitzt wird, bei welcher das Teilchen in einem plastischen Zustand ist.
3. Den Vorwärtstreibschritt 14, in welchem die plastischen Teilchen auf die Oberflächen einer Warmbearbeitungsvorrichtung vorwärtsgetrieben werden;
4. Den Formungsschritt 16, in welchem jedes der Teilchen zu einer Form einer resultierenden Flocke von magnetisch anisotropem Material geformt werden.
5. Den Kühlungs- und Extraktionsschritt 18, in welchem die Teilchen in der Flockenform aus der Warmbearbeitungsvorrichtung entfernt werden, ohne die individuellen Flocken zu verschmelzen.
Der Bildungsschritt 10 der Erfindung ist auf magnetisch isotrope, amorphe oder feinkörnige Materialien anwendbar, die grundlegend aus sphärisch geformten, zufällig ausgerichteten Nd&sub2;-Fe&sub1;&sub4;-B-Körnern mit Seltene Erde-reichen Korngrenzen zusammengesetzt sind.
Geeignete Zusammensetzungen können durch die Schmelzspinnvorrichtung 20 wie in Figur 2 gezeigt, hergestellt werden. Das Nd-Fe-B-Ausgangsmaterial ist in einem geeigneten Gefäß, wie einem Quarztiegel 22 enthalten. Die Zusammensetzung wird durch einen Induktions- oder Widerstandsheizer 24 geschmolzen. Die Schmelze wird durch eine Quelle 8 von Inertgas wie Argon unter Druck gesetzt. Eine kleine kreisförmige Auswurföffnung 26, zum Beispiel 500 um im Durchmesser, ist an dem Boden des Tiegels 22 vorgesehen. Ein Verschluß 28 ist an der Oberseite des Tiegels vorgesehen, so daß das Argon unter Druck gesetzt werden kann, um die Schmelze aus dem Gefäß in einem sehr feinen Strom 30 auszuwerfen.
Der geschmolzene Strom 30 wird auf eine sich bewegende Kühloberfläche 32 gerichtet, die ungefähr 6,35 mm unterhalb der Auswurföffnung angeordnet ist. In den hierin beschriebenen Beispielen ist die Kühloberfläche ein 1,3 cm dickes Kupferrad 34 mit 25 cm Durchmesser. Die Umfangsoberfläche ist chromplattiert. Das Rad muß in kleinen Läufen nicht gekühlt werden, da seine Masse soviel größer als die Menge der Schmelze ist, die auf es in jedem Lauf auftrifft, daß seine Temperatur sich nicht merklich ändert. In alternativer Weise kann ein wassergekühltes Rad verwendet werden. Wenn die Schmelze das sich drehende Rad trifft, flacht sie ab, verfestigt nahezu instantan und wird als ein Band oder als Bandteilchen 36 abgeworfen. Die Dicke der Bandteilchen 36 und die Rate der Kühlung werden in großem Maß durch die Umfangsgeschwindigkeit des Rades bestimmt. In dieser Arbeit kann die Geschwindigkeit des Rades variiert werden, um ein gewünschtes feinkörnige Band für die Anwendung der Erfindung zu erzeugen.
Die Kühlungsrate, d.h. die Geschwindigkeit des Kühlrades ist vorzugsweise derart, daß eine feine Kristallstruktur erzeugt wird, welche im Durchschnitt Re&sub2;TM&sub1;&sub4;B-Körner nicht größer als ungefähr 500 nm in der größten Abmessung und vorzugsweise weniger als 200 nm in der größten Abmessung hat.
Die Bandlegierung wird gebrochen oder zu Pulverteilchen grober Größe 36 gebrochen, von der Größenordnung einer Durchschnittsgröße von 150 um bei der größten Abmessung.
Die Ausgangsmaterialgröße kann aus einem Bereich von 1 bis 350 um-Teilchen aus dem gebrochenen oder fragmentierten Band 36 ausgewählt werden.
Figur 3 zeigt eine Plasmasprühvorrichtung 40 und Walzen 70, 72, um die vorgenannten Schritte des Erwärmens 12; des Vorantreibens 14; des Formens 16 und des Kühlens und Extrahierens 18 auszuführen. Insbesondere umfaßt die Vorrichtung eine Plasmasprühkanone 40, welche mit einem Speisebehälter 44 durch eine Trägerröhre 46 verbunden ist. Der Speisebehälter 44 hat Teilchen 38 des magnetisch isotroper Bandes darin. Der Speisebehälter wird durch ein geeignetes Inertträgergas aus einer Quelle 48 unter Druck gesetzt. Das Trägergas richtet die Teilchen 38 zu einem Plasmasprühmuster 64 an einem Punkt stromabwärts der Plasmafackel 40. Das Plasma wird zwischen einer Elektrode 52 und einem leitfähigen Gehäusesegment 54 gebildet. Die Elektrode 52 und das Gehäusesegment 54 werden über einen geeigneten Bogenstromgenerator 56 verbunden. Bogengas wird durch Durchtritte 58, 60 gerichtet, um das Plasmasprühmuster 64 zu erzeugen, zu welchem die Teilchen durch das Trägergas injiziert werden. Die Temperatur des Sprühmusters 64 an dem Teilcheneingangspunkt muß derart sein, daß die Teilchen zum plastischen Zustand (ungefähr 750ºC) ohne Schmelzen erhitzt werden.
Das Sprühmuster 64 wird gegen die Oberflächen 66, 68 eines Paares von gegenläufig rotierenden Walzen 70, 72 vorwärtsgetrieben, die dazu angeordnet und wirksam sind, jedes der individuellen Teilchen warm zu bearbeiten.
Wie am besten in Figur 4 gezeigt, werden die Walzen 70, 72 auf den Antriebsachsen getragen, welche eine Lücke 74 dazwischen festlegen. Die Lücke 74 hat eine Abmessung weniger als die Größe der individuellen Teilchen 76, die gegen die Walzen 70, 72 vorwärts getrieben werden. Die vorwärts getriebenen Teilchen 76 werden im allgemeinen plättchenförmig sein und werden zu einer geringförmig globularen Form deformieren, wenn sie auf den Walzensegmenten 70a, 72a stromaufwärts der Lücke 74 aufprallen.
Die aufgeprallten Globulite 76a werden durch die Rotation der Walzen 70, 72 in eine Lücke 74 gezogen, welche bemaßt ist, um den Umriß der Globulite 76a zu einem Scheibchen 76b mit sehr flachem Profil zu verringern. Die scheibchenförmigen Teilchen 76a, 76b bleiben in einem plastischen Zustand während der derartigen Deformation und das Verspratzmuster der Teilchen gegen die Walzensegmente 70a, 72a wird so ausgewählt, daß die größte Anzahl der aufgeprallten Teilchen ohne Verschmelzen dazwischen getrennt bleibt. Infolgedessen werden die Mehrzahl der Scheibchen 76b nicht aneinander verschmolzen.
Die Scheibchen 76b werden gekühlt, wenn sie aus dem stromabwärtigen Auslaßende der Lücke 74 austreten. Das resultierende Produkt ist eine Anzahl von individuellen Scheibchen von Material, welche deformiert worden sind.
Wie in Figur 5 gezeigt, haben, bevor die Teilchen 76 dem formiert sind, sie sphärische Körner oder Kristallite 78 darin von magnetisch isotropem Material. Wie veranschaulicht, sind die "c"-Achse der Re&sub2;TM&sub1;&sub4;B-Körner in einer zufälligen Richtung angeordnet um derartige isotrope Eigenschaften zu veranlassen. Offensichtlich sind die Körner bei einer sehr großen Vergrößerung veranschaulicht und die Dicke einer intergranulären Phase 82 ist übertrieben.
Wenn die Teilchen 76 durch Warmbearbeitung von dem im wesentlichen sphärischen Umriß 76a zu dem Flockenumriß 76b umgeformt werden, werden die Körner 78 als Scheibchen 80 (siehe Figur 6) gebildet, und zwar mit ihren "c"-Achsen, die zu einer Richtung gedreht ist, welche normal zu der Warmdeformierung oder der oben beschriebenen abf lachenden Betätigung ist. Die derartige Ausrichtung der Körner längs einer kristallographisch bevorzugten magnetischen Achse hat die Deformation der Flocken 76b mit guten permanenten magnetisch anisotropen Eigenschaften zur Folge.
Die Walzen 70, 72 können ein Kühlmittel dorthindurch gerichtet haben, um die Rate zu regulieren, mit welcher die Flocken 76b innerhalb der Lücke 74 gekühlt werden. Damit das Verfahren arbeitet, müssen die plasmagesprühten Teilchen zwischen die Walzen treten, während sie oberhalb ihres plastischen Zustandes sind. Jede Kühlung der Teilchen unterhalb ihres plastischen Zustandes kann das Zerquetschen der Teilchen zur Folge haben, was die warmbearbeitungskristallographische Ausrichtung in den Teilchen verhindern wird.
Während Walzen des Kalandertypus in der Vorrichtung von Figur 3 gezeigt sind, sollte verstanden werden, daß eine andere walzformende Vorrichtung gleichermaßen für die Verwendung in der Anwendung der Erfindung geeignet ist. Genauso können andere Wärmequellen und Aufprallsysteme verwendet werden, um das isotrope Ausgangsmaterial in eine Deformationslücke hinein zu richten. Zum Beispiel können wie in Figur 7 gezeigt, die Teilchen aus einer Spraydüse 90 durch einen Bogen gerichtet werden, der zwischen einer Heizelektrode 92 und einer Zentrifugenschale 94 gebildet ist. Die Schale 94 hat eine innere Oberfläche 96, welche die aufgeprallten, erhitzten Teilchen in einem plastischen Zustand empfängt und an welche die Teilchen anhaften können. Die Schale wird mit Bezug auf eine Walze 98 gedreht, welche eine Lücke 100 mit der inneren Oberfläche 96 bildet, welche dazu bemaßt ist, Scheibchen von isotropem Material zu einer Flockenform von anisotropem Material abzuflachen. Ein Schaber 102 ist vorgesehen, um die Flocken von der inneren Oberfläche 96 für die Sammlung in einem Behälter 104 zu entfernen. Die Deformation der Teilchen erzeugt die gleiche gewünschte kristallographische Ausrichtung der magnetischen Achsen der Körner in jedem der individuellen Teilchen. Die Teilchen werden durch das Verspratzmuster gegen die innere Oberfläche 96 getrennt, um die Verschmelzung der individuellen Teilchen während der Deformation bei der Lücke 100 und der nachfolgenden Extraktion aus der Vorrichtung zu verhindern.
Andere Ausführungsbeispiele der Anwendung der vorliegenden Erfindung könnten erdacht werden. Zum Beispiel könnten die Teilchen von magnetisch isotropem Material auf geeignete Weise erhitzt werden, wenn sie eine vertikal angeordnete Röhre herunter fallengelassen werden, und zwar auf eine Lücke zwischen einem Paar von horizontal angeordneten Warmbearbeitungswalzen.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch anisotropen Zusammensetzung, die Eisen, Neodym/Praseodym und Bor umfaßt, wobei die Zusammensetzung entweder eine merkliche Koerzitivkraft wie verarbeitet hat oder wärmebehandelbar ist, um eine derartige Koerzitivkraft zu erlangen, wobei das Verfahren umfaßt, daß: eine geschmolzene Mischung hergestellt wird, die umfaßt: ein Übergangsmetall (TM), das aus der Gruppe genommen wird, die aus Eisen und Mischungen von Eisen und Kobalt besteht, ein oder mehrere Seltene Erde-Metalle (RE) einschließlich Neodym und Praseodym, und Bor, wobei die Anteile der Konstituenten hinreichend sind, um ein Produkt zu bilden, das im wesentlichen aus der tetragonalen kristallinen Verbindung mit der empirischen Formel RE&sub2;TM&sub1;&sub4;B besteht, die Mischung schnell verfestigt wird, um magnetisch isotrope Teilchen (38) eines amorphen Materials oder eines sehr fein kristallinen Materials zu bilden, das die Verbindung enthält und kleine, im allgemeinen sphärische Körner einer Durchschnittsgröße nicht größer als ungefähr 200 nm aufweist, und dann das magnetisch isotrope Material warmbearbeitet wird, um es zu der magnetisch-anisotropen Zusammensetzung umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (38) des magnetisch isotropen Materials erhitzt werden, indem sie zu einem Sprühmuster (64) entladen werden, das durch eine Plasmasprühkanone (40) gebildet wird; die erhitzten Teilchen (76) individuell gegen zusammenwirkende Arbeitsoberflächen (66, 68) eines Warmbearbeitungsgerätes (70, 72) durch Plasmasprühen vorwärtsgetrieben werden, die individuellen Teilchen (76a) zwischen die Arbeitsoberflächen (66, 68) gepreßt werden, um einen plastischen Fluß in den Teilchen (76a) zu erzeugen, der die Körner darin abflacht und die abgeflachten Teilchen (76b) magnetisch anisotrop macht, und die individuellen abgeflachten Teilchen (76b) entfernt und abgekühlt werden, wobei die abgeflachten Teilchen (76b) eine Durchschnittskorngröße nicht größer als 500 nm haben.

2. Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch anisotropen Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzten Teilchen (76) in eine Lücke (74) zwischen die zusammenwirkenden Oberflächen (66, 68> des Warmbearbeitungsgerätes (70, 72) gerichtet werden, um die individuellen Teilchen (76a) zu individuellen Flocken (76b) druckzuformen.

3. Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch anisotropen Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücke (74) zwischen einem Paar von drehbaren Walzen (70, 72) gebildet ist.

4. Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch anisotropen Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (70, 72) gegenläufige Walzen sind.

5. Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch anisotropen Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren einschließt, daß die magnetisch anisotropen Teilchen (38) sortiert werden, um Teilchengrößen in einem Bereich von 1 bis 350 um zu erhalten.

6. Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch anisotropen Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sortierung der magnetisch isotropen Teilchen (38) individuelle Teilchen (38) mit einer nominellen Durchschnittsgröße von 150 um ergibt.

7. Vorrichtung zur Verarbeitung permanent magnetisch isotroper Materialien, die auf Elementen der Seltenen Erde, Eisen und Bor basieren, um permanent magnetisch anisotropes Material herzustellen und worin das magnetisch isotrope Legierungsmaterial als gebrochene Bandteilchen (38) von Material mit einem feinkörnigen Aufbau von RE&sub2;TM&sub1;&sub4;B gebildet ist, wobei RE für ein oder mehrere Elemente der Seltenen Erden steht, zumindest 60 % von welchem RE Neodym und/oder Praseodym ist, TM für Eisen oder Eisen-Kobalt-Kombinationen steht und B für das Element Bor steht, die Vorrichtung ein Heizmittel (40) zum Heizen der Teilchen (38) zu einem plastischen Zustand und ein Warmbearbeitungsmittel (70, 72) umfaßt, wobei das Warmbearbeitungsmittel bewegbare Oberflächen (66, 68) darauf umfaßt, um die plastischen Teilchen (76a) darauf durch Deformation zu formen, während die Teile chen (76a) in dem plastischen Zustand sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmittel eine Plasmasprühkanone (40) umfaßt; die Vorrichtung ein Vorantreibmittel (44, 46, 48) beinhaltet, das dazu angeordnet ist, die Teilchen (38) des magnetisch isotropen Materials zu dem Sprühmuster (64) der Plasmasprühkanone (40) zu entladen, die dazu gebildet ist, die Teilchen zu dem plastischen Zustand zu erhitzen, und zwar vor dem Vorantreiben der plastischen Teilchen (76a) individuell gegen die bewegbaren Oberflächen (66, 68); die bewegbaren Oberflächen (66, 68) mit Bezug auf die vorangetriebenen Teilchen (76a) bewegbar sind, um eine gesteuerte Trennung zwischen den individuellen plastischen Teilchen (76a) während der Formung aufrechtzuerhalten, um so die Kornstruktur von jedem geformten Teilchen (76b) längs einer kristallographisch bevorzugten magnetischen Achse aus zurichten, während die Verschmelzung der individuell geformten Teilchen (76b) zusammen verhindert wird; und die Vorrichtung auch ein Mittel zum Kühlen und Entfernen der individuell geformten Teilchen (76b) aus dem Warmbearbeitungsmittel (70, 72) als separate Flocken von permanentmagnetisch anisotropem Material umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmbearbeitungsmittel Warmbearbeitungswalzen (70, 72) mit einer Lücke (74) dazwischen beinhaltet, wobei die plastischen Teilchen (76a) geformt werden, indem sie durch die Lücke (74) gerichtet werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmbearbeitungswalzen gegenläufige Kalanderwalzen (70, 72) sind.