DE69832857T2

DE69832857T2 - Verbindungsanordnung zwischen seltenerd-magnet und metallischem material und verbindungsverfahren

Info

Publication number: DE69832857T2
Application number: DE69832857T
Authority: DE
Inventors: Masaki Shinagawa-ku KOGA; Nobutaka Shinagawa-ku SUZUKI; Hitoshi Shinagawa-ku SAITOH; Kenshiro Shinagawa-ku OYAMADA; Koki Tokuhara; Shuji Shimamoto-cho MINO; Naoyuki Shimamoto-chho ISHIGAKI; Hitoshi 13-2 Takada 3-chome YAMAMOTO
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd; Neomax Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Hitachi Metals Ltd; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: EP0899049A1; KR100348962B1; EP0899049B1; JP4036344B2; EP0899049A4; KR20000064277A; DE69832857D1; US6331214B1; WO1998031497A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein monolithisch verbundenes Konstrukt verschiedener Seltenerd-Magneten und Metallmaterialien gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und auf ein Verfahren zum monolithischen Verbinden derselben gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7. Die Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 7 geben den aus der US-A-4 104 787 bekannten Stand der Technik wieder. Diese Druckschrift beschreibt das HIP-(hot isostatic pressing)-Verbinden von einem Seltenerd-Magneten und Stahl.
HINTERGRUND-TECHNIK
Konventionelle bekannte Seltenerd-Elemente enthaltende Magneten (nachfolgend als Seltenerd-Magnete bezeichnet) sind im Allgemeinen spröde und hinsichtlich der Festigkeit gegenüber Zug, Verbiegung, Verdrehung und dergleichen sowie hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit minderwertig. Ferner besteht das Problem, dass es schwierig ist, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verbiegung zwischen diesen Seltenerd-Magneten und Metallen von Rotorbauelementen, wie beispielsweise Elektromotor und dergleichen, zu erhöhen. Beispielsweise wird ein Beispiel einer schematischen Struktur eines in einem elektrischen Hochgeschwindigkeitsgenerator, Motor oder dergleichen vom permanenten Magnettyp eingesetzten Rotors, in welchem ein Seltenerd-Magnet eingesetzt wird, durch Bezugnahme auf die 46a und 46b erläutert. In diesen Zeichnungen sind 1, 2, 3 und 4 ein Schaft, ein Seltenerd-Magnet, ein Me tallzylinder aus nichtmagnetischem Material bzw. eine metallische Scheibe aus nichtmagnetischem Material.
Der vorgenannte Seltenerd-Magnet 2 ist ein Magnet mit hochmagnetischem Energieprodukt enthaltend als eine Hauptkomponente ein aktives Seltenerd-Element, wie beispielsweise ein Nd-Fe-B-Magnet, in welchem Neodym eingesetzt wird, ein Pr-Fe-B-Magnet, in dem Praseodym eingesetzt wird, sowie ein Sm-Co-Magnet, in welchem Samarium eingesetzt wird. Dieser Seltenerd-Magnet 2 tendiert dazu, zu korrodieren. Daher wird dieser mit einer Epoxy-Beschichtung, einem Aluminiumchromat-Film oder einem Nickelüberzug mit Kupferbett bereitgestellt. Zu dessen Verbindung mit einem Metall eines Rotorbauelements aus einem Metallzylinder 3 oder dergleichen wird ein Mittel zum Verbinden unter Einsatz einer Polymerbindung, wie z.B. Epoxydharz, genommen.
Im Falle der vorgenannten Rotorstruktur ist der Seltenerd-Magnet 2, wie zuvor beschrieben, in seiner mechanischen Festigkeit gering. Daher wird der Seltenerd-Magnet 2 in einen nichtmagnetischen Metallzylinder 3 eingefügt und nichtmagnetische Metallscheiben 4 werden an die beiden Enden des Metallzylinders 3 aufgeschrumpft, um die beiden Endteile des Metallzylinders 3 zu halten. Damit wird der Seltenerd-Magnet 2, der im Inneren des Metallzylinders 3 angeordnet ist, durch den Metallzylinder 3 sowie die Metallscheiben 4 gehalten. Daher wird der Rotor hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit unterstützt.
Ferner wird gemäß einem herkömmlichen Beispiel der 47a und 47b ein Eisenkern 5 um den Schaft 1 herum angeordnet, werden eine Vielzahl an Eisenkernnuten 6, welche einen keilförmigen Abschnitt aufweisen, auf dem peripheren Abschnitt dieses Eisenkerns 5 entlang der Längsrichtung ausgebildet, werden Seltenerd-Magneten in dem Inneren der Eisenkernnuten 6 angeordnet und wird ein Mittel zum Verbinden derselben durch Einsatz einer Polymerbindung, wie beispielsweise Epoxydharz, genommen. Ferner ist der gegenwärtige Stand, dass die Seltenerd-Magneten 2 durch Verwendung einer Verstärkung durch Bügel unter Einsatz eines mit Aramid- oder Glasfasern verstärkten Plastikmaterials (FRP) mit dem Metallzylinder 3 zusammengehalten werden und so wird ein gegenüber Hochgeschwindigkeitsrotation resistenter Rotor realisiert.
Die magnetischen Charakteristika werden durch die äußere Erscheinung des Seltenerd-Magneten bemerkenswert verbessert. Synchrone Maschinen vom permanenten Magnettyp, in deren Rotoren diese starken Magneten eingebaut werden, haben eine Energiedichte pro Flächeneinheit, welche höher ist als die von Induktionsmaschinen oder synchronen Maschinen vom Magnetspulentyp. Daher wird es möglich, die Leistung zu verbessern, wenn die Rotationsgeschwindigkeit erhöht werden kann. Ferner besteht ein Vorteil darin, dass es möglich wird, einen elektrischen Motor oder Generator in dessen Größe kleiner zu machen und denselben in seiner Leistungsfähigkeit zu verbessern. Allerdings bestehen die folgenden Probleme.
Zunächst sind die durch das Pulversinterverfahren hergestellten Seltenerd-Magneten inhärent spröde Materialien und in deren mechanischen Charakteristika, wie beispielsweise Zähigkeit, Festigkeit und Deformationsfähigkeit, verglichen mit einem Eisenkern und anderen einen Rotor konstituierenden Materialien unzureichend. Daher tritt das Problem auf, dass ein Seltenerd-Magnet dazu tendiert, zu deformieren oder zu brechen, wenn Zentrifugalkraft, welche auf einen Rotor einwirkt, durch das Beschleunigen oder Erhöhen der Kapazität der elektrischen Maschinen und dergleichen ansteigt.
Beispielsweise beträgt die Biegefestigkeit eines Nd-Fe-B-Magneten ungefähr 260 (MPa) und diese ist nicht größer als die Hälfte von der von herkömmlichem Stahl. Dessen Elastizitätsmodul beträgt ungefähr 150 (GPa) und dies ist ungefähr 3/4 von dem von Stahl. Ferner beträgt dessen Bruchdehnung ungefähr 0,2% und diese ist nicht mehr als 1/10 von der von Stahl und ist sehr klein. Des Weiteren kommt dieser lediglich durch elastische Deformation mit wenig plastischer Verformung zu Bruch. Allerdings weist dieser die Eigenschaft auf, dass dessen Druckfestigkeit zwei- oder mehrfach größer ist als die Biege- und Dehnfestigkeiten. Ein Pr-Fe-B-Magnet hat auch eine Festigkeit, welche fast gleich zu dieser ist, aber die Festigkeit eines Sm-Co-Magneten ist immer noch gering.
Ferner wird die Anwesenheit von in einem durch Pulversintern in einer Argongasatmosphäre unter einem normalen oder etwas Vakuumdruck hergestellten Magneten enthaltenen inneren Defekten, wie beispielsweise Hohlräumen und kleinen Rissen, als eine der Ursachen betrachtet, welche Pulversintermagneten in ihrer Festigkeit verringern.
Zweitens kann gesagt werden, dass Seltenerd-Magneten in ihrer Korrosionsbeständigkeit unzureichend sind. In jedem Nd-Fe-B-Magneten, Pr-Fe-B-Magneten und Sm-Co-Magneten ist jedes der Seltenerd-Elemente Neodym, Praseodym und Samarium aktiv. Daher wird deren Oberfläche eine unterschiedliche Farbe aufweisen und wird deren Korrosion fortschreiten, wenn diesen Seltenerd-Magneten erlaubt wird, für mehrere Tage in der Atmosphäre stillzustehen. Daher werden diese beim praktischen Gebrauch im Allgemeinen unter einer Beschaffenheit bereitgestellt, dass diese mit einer Epoxy-Beschichtung, einem Aluminium-Chromat-Film oder einem Nickelüberzug mit Kupferbett eingesetzt werden.
Drittens kann gesagt werden, dass die Bindungsfestigkeit zwischen einem Seltenerd-Magneten und einem Rotorbauelementmetall unzureichend ist. Beispielsweise beträgt die Zugfestigkeit zwischen einem Seltenerd-Magneten und Kupfer, das eines der Rotorbauelementmetalle ist, welche mit einem Epoxydharz miteinander verbunden sind, ungefähr 20 (MPa) bei Raumtemperatur und dies ist ungefähr 1/4 der Zugfestigkeit eines Nd-Fe-B-Magneten.
Ferner verringert sich die Bindungsfestigkeit des Weiteren bei einer hohen Temperatur, welche höher als 100 Grad C ist. Daher kann eine Bindungsfestigkeit in einem Rotorteil, das Wärme erzeugt, um eine Temperatur von wenigstens 100 Grad C aufzuweisen, wenn dieses betrieben wird, kaum erwartet werden. Des Weiteren beträgt die Wärmewiderstandstemperatur eines herkömmlichen Nd-Fe-B-Magneten bei der Verwendung maximal 140–160 Grad C.
Viertens kann gesagt werden, dass eine Hochfestigkeits-Verbindungstechnik, welche die magnetischen Charakteristika von Seltenerd-Magneten nicht vermindert, bisher noch nicht etabliert wurde. Das heißt, es ist der gegenwärtige Zustand, dass eine Hochfestigkeits-Verbindungstechnik zwischen Magnet und Rotorbauelementmetall, welche eine durch die durch einen Rotor erzeugte Wärme verursachte Temperatur von mehr als 100 Grad C aushalten kann, ohne Verschlechterung der magnetischen Charakteristika von Seltenerd-Magneten in denselben bisher noch nicht etabliert worden ist. Wie zuvor ausgeführt, sind Seltenerd-Elemente extrem aktiv. Daher reagieren das Seltenerd-Element und das Lötfüllmetall heftig, selbst wenn jemand versucht, einen Seltenerd-Magneten und ein Rotorelementmetall mit einem Lötfüllmetall, wie beispielsweise Silber, unter einer hohen Temperatur von ungefähr 850–900 Grad C mit einander hart zu verlöten. Daher ist es extrem schwierig, diese ohne Verminderung der magnetischen Charakteristika der Magnete miteinander zu verbinden. Des Weiteren wird die Bindungsfestigkeit nicht größer als 10 (MPa). Es besteht ein Problem darin, dass das Element Silber als Lötfüllmetall tief in das Innere eines Nd-Fe-B-Magneten diffundiert und sich die Koerzitivkraft des Magneten so beträchtlich erniedrigt.
In Verbindung mit den vorgenannten Problemen wird z.B. in der japanischen Erstveröffentlichung JP-A-8-116633 als ein Mittel zum Erhöhen der Bindungsfestigkeit zwischen einem Seltenerd-Magneten und einem Rotorbauelementmetall ein Verfahren zum Verbinden eines Seltenerd-Magneten und eines anderen Elements/Bauelements, welches von dem Magneten verschieden ist, wie beispielsweise Kohlenstoffstahl, einer Siliziumstahlplatte oder einer flach gewalzten Stahlplatte, vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird ein aus auf einer Seltenerde basierenden Legierung (Nd-Cu-Legierung) gefertigtes Verbindungselement zwischen dem Seltenerd-Magneten und dem anderen Element angeordnet und diese werden auf wenigstens eine Temperatur, bei der die flüssige Phase des Verbindungselements eintritt, erhitzt und so unter Einsatz der Benetzbarkeit durch Verflüssigung des Verbindungselements verbunden.
Die JP-A-7-116866 schlägt ein Verfahren zum Durchführen von Diffusionsschweißen zwischen einem Rohmaterial eines Seltenerd-Magneten, welcher bisher noch nicht magnetisiert wurde, und einem Trägerelement, wie beispielsweise Kohlenstoffstahl oder rostfreier Stahl, durch ein heißes Verfahren vor, bei dem diese unter einer besonderen Bedingung mit Druck beaufschlagt werden.
Obwohl deren Aufgabe kein Seltenerd-Magnet ist, offenbart die JP-A-7-232284 ein Verfahren zum Durchführen von Diffusionsschwei ßen zwischen einem Titanlegierungselement und einem Eisen basierenden Metallelement mit einem dazwischen liegenden Bauelement, das eine Kombination einer dünnen Vanadiumplatte (oder einer dünnen Tantalplatte) und einer dünnen Kupferplatte ist. Bei diesem Verfahren werden das Titanlegierungselement, die dünne Vanadiumplatte, die dünne Kupferplatte und das Eisen basierende Metallelement in Reihe angeordnet und werden miteinander durch Halten derselben unter Druck nach Erhitzen derselben auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Kupfer durch Diffusion miteinander verbunden.
Ferner schlägt die JP-A-1-171215 (japanisches Patent Nr. 2571244) ein Verfahren zum Herstellen eines Seltenerd-Fe-B-Metalllaminats vor. Bei diesem Verfahren wird ein Magnet mit einer einfachen Zusammensetzung, welche eine Kombination eines Seltenerd-Elements (Y ist darin eingeschlossen), eines Übergangsmetalls und von Bor ist, hergestellt. Dieser Magnet und ein anderes Objekt zum Bilden des Laminats werden in einen luftdichten Behälter getan und dann wird der Behälter unter Vakuum abgedichtet. Dann werden diese einer heißisostatischen Pressbehandlung bei einer Temperatur von 850–1000 Grad C unterworfen. Dadurch werden der Magnet und das andere Objekt miteinander monolithisch verbunden. Ein Eisenkern, eine Eisenplatte oder eine Keramik wird als das andere Objekt verwendet.
Allerdings ist gemäß dem vorgenannten Vorschlag der JP-A-8-116633 die Seltenerd basierende Legierung als Bindungselement hoch aktiv. Daher wird diese leicht durch Reaktion mit Sauerstoff oxidiert und es entstehen Probleme, dass sich das resultierende Oxid aus dem verbundenen Teilstück herauslöst, um dadurch die Bindungsfestigkeit zu verringern und umgebende Geräte werden kontaminiert. Des Weiteren enthält das Verbindungselement in sich selbst eine große Menge an hochpreisi gem Seltenerd-Element. Daher besteht das Problem, dass die Rohmaterialkosten ansteigen.
Gemäß dem Vorschlag der JP-A-7-116866 ist die Druckbeaufschlagung durch das heiße Verfahren eine einachsige Druckbeaufschlagung. Daher ist es in dem Fall, dass die miteinander zu verbindenden Oberflächen gebogene Oberflächen sind, schwierig, die vollständigen Oberflächen einheitlich mit Druck zu beaufschlagen. Daher variiert die Bindungsfähigkeit. Des Weiteren kann dieses Verfahren beispielsweise in dem Fall, dass das Trägerelement mit der gesamten peripheren Oberfläche des zylindrischen Magneten verbunden ist, nicht angewendet werden.
Daher besteht das Problem, dass die Form eines zu verbindenden Objekts beschränkt ist.
Der Vorschlag der JP-A-7-232284 ist ein Verfahren zum Verbinden eines Titanlegierungselements mit einem Eisen basierenden Element, das ein so genanntes strukturelles Material, wie beispielsweise Stahl oder rostfreier Stahl, ist. Es ist unmöglich, diese direkt auf Seltenerd-Magneten, welche von diesen hinsichtlich Struktur und Beschaffenheit komplett verschieden sind, aufzubringen.
Gemäß dem Vorschlag der JP-A-1-171215 ist der Seltenerd-Magnet ein Guss-Magnet und das andere Objekt zum Bilden des Laminats ist ein Eisenkern, eine Eisenplatte, eine Keramik oder dergleichen. Daher ist es von dem Legierungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein Metall mit hohem Schmelzpunkt oder ein Material mit hoher spezifischer Festigkeit ist, als ein zu laminierendes Objekt verschieden.
Die US-A-4935 656 offenbart einen aus einem Permanent-Magneten zusammengesetzten Rotor, worin der permanente Magnet ein Seltenerd-Element enthält.
Daher wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf das Vorstehende gemacht und deren Aufgabe ist es, eine sehr fest verbundene Struktur und ein Verbindungsverfahren bereitzustellen, das dazu fähig ist, einen Seltenerd-Magneten mit einem Legierungsmaterial, das ein Metall mit hohem Schmelzpunkt oder ein Material mit hoher spezifischer Festigkeit anders als Stahl ist, ohne Verminderung der magnetischen Charakteristika monolithisch miteinander zu verbinden, so dass die Unzulänglichkeit des Seltenerd-Magneten hinsichtlich Stärke, Steifigkeit, Festigkeit und dergleichen kompensiert wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein monolithisch verbundenes Konstrukt gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt.
Eine der Charakteristika ist es, dass eine superplastische Titanlegierung als ein Material mit hoher spezifischer Festigkeit eingesetzt wird. Das Zwischenelement hat eine Dicke zwischen 2 und 200 μm.
Die Dicke der zwischen dem Seltenerd-Magneten und dem Legierungsmaterial, welches ein Material mit hoher spezifischer Festigkeit ist, gebildeten Diffusionsschicht wird eingestellt, um in einem Bereich von 0,04–6,0%, basierend auf der Dicke des Seltenerd-Magneten, zu liegen. In dem Fall, dass das Material mit der hohen spezifischen Festigkeit eine superplastische Titanlegierung ist, wird die Dicke der zwischen dem Seltenerd-Magneten und der superplastischen Titanlegierung gebildeten Dif fusionsschicht eingestellt, um in einem Bereich von 0,2–1,0%, basierend auf der Dicke des Seltenerd-Magneten, zu liegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 bereitgestellt.
Die Temperaturbedingung zum Verbinden bei der HIP-Behandlung wird auf 650–1.100 Grad C eingestellt, die Druckbeaufschlagungsbedingung wird auf 50–300 MPa eingestellt und die Haltezeit wird auf 0,5–10,0 h eingestellt.
Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem ein zu behandelndes Objekt durch Laminieren eines Seltenerd-Magneten mit einem Legierungsmaterial, das ein Material mit hoher spezifischer Festigkeit ist, hergestellt wird, wobei die Temperaturbedingung für das Verbinden bei der HIP-Behandlung auf 650–850 Grad C, insbesondere bevorzugt 700–800 Grad C eingestellt wird, die Druckbeaufschlagungsbedingung auf 50–300 MPa eingestellt wird, die Haltezeit auf 0,5–10,0 h eingestellt wird und das Objekt monolithisch verbunden wird. Es wird ein Fall vorgesehen, in dem das Material mit hoher spezifischer Festigkeit eine superplastische Titanlegierung ist.
Der Seltenerd-Magnet ist einer ausgewählt aus Nd-Fe-B-Magneten, Pr-Fe-B-Magneten und Sm-Co-Magneten.
Gemäß dem monolithisch verbundenen Konstrukt des Seltenerd-Magneten und dem Metallmaterial und dem Verfahren zum Verbinden hiervon sind Charakteristika vorgesehen, dass der Seltenerd-Magnet, welcher damit durch die HIP-Behandlung monolithisch verbunden worden ist, keine intermetallische Verbindung mit einem Legierungsmaterial, wie beispielsweise einer Titanlegierung mit hoher spezifischer Festigkeit, bildet und wenig Bindungsdefekte aufweist sowie mit einem hochfesten Stahl keine spröde Schicht bildet. Insbesondere wird es möglich, das Rotorelementmetall, wie dem des Rotors, und den Seltenerd-Magneten durch den Gebrauch eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt als Zwischenmaterial und dem Gebrauch einer superplastischen Titanlegierung als Material mit einer hohen spezifischen Festigkeit, selbst wenn ein Zwischenmaterial weggelassen wird, monolithisch fest miteinander zu verbinden, ohne die originären Charakteristika des Seltenerd-Magneten zu verschlechtern. Ferner wird es möglich, die Bindungsstärke bei hoher Temperatur zu erhalten, was von einer Bindung mit einer herkömmlichen Polymerbindung verschieden ist.
Bei der vorgenannten HIP-Behandlung wird das zu behandelnde Objekt bei hoher Temperatur und bei hohem Druck isostatisch mit Druck beaufschlagt. Daher werden die in konventionellen Magnetmaterialien existierenden Hohlräume zusammengestaucht und gebrochen. Daher wird es möglich, einen kompakten Magneten zu erhalten, und daher wird der Magnet selbst in dessen Stärke und Festigkeit verbessert.
Ferner ist dieses als ein Komposit-Material eines Magneten und eines Metalls sehr in dessen Verdrehfestigkeit und Steifigkeit verbessert und es ist möglich, in dem Abkühlungsverfahren nach der HIP-Behandlung durch Einsatz eines Metalls mit einem größerem thermischen Expansionskoeffizienten als dem des Magneten die Magnetseite mit Druckfestigkeit zu versehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine Schnittansicht eines ein erstes Beispiel zeigenden wesentlichen Teils, in dem das vorliegende Beispiel auf eine Rotorkonstruktion angewandt wird. 1b ist eine entlang der Linie B-B der 1a genommene Schnittansicht. 2a ist eine Schnittansicht eines ein zweites Beispiel zeigenden wesentlichen Teils. 2b ist eine entlang der Linie B-B der 2a genommene Schnittansicht. 3a ist eine Schnittansicht eines ein drittes Beispiel zeigenden wesentlichen Teils. 4 ist ein ein Beispiel des in dem vorliegenden Beispiel eingesetzten heißisostatischen Verpressens zeigendes schematisches Diagramm. 5 ist eine Ansicht der äußerlichen Erscheinung einer Probe zum Bestimmen der magnetischen Charakteristika des vorliegenden Beispiels und des Vergleichsbeispiels. 6 ist ein die Ergebnisse der Messung der entmagnetisierenden Charakteristika mit Bezug zu dem vorliegenden Beispiel und dem Vergleichsbeispiel zeigender Graph. 7 ist eine ein sekundäres Elektronenbild eines verbundenen Teilstücks eines Seltenerd-Magneten und einer Titanlegierung in dem Fall ohne Zwischenmaterial zeigende Fotografie. 8 ist eine ein charakteristisches Röntgenbild zeigende Fotografie, in dem die Verteilung des Nd-Elements des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung von 7 durch EPMA aufgenommen wurde. 9 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 7 zeigende Fotografie. 10 ist ein das charakteristische Röntgenbild der Verteilung des B-Elements des verbundenen Teilstücks von 7 zeigende Fotografie. 11 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 7 zeigende Fotografie. 12 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 7 zeigende Fotografie. 13 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Verteilung des V-Elements des verbun denen Teilstücks von 7 zeigende Fotografie. 14 ist eine das sekundäre Elektronenbild des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung in dem Fall, dass Ta als Zwischenmaterial eingesetzt wurde, zeigende Fotografie. 15 ist eine das charakteristische Röntgenbild zeigende Fotografie, in der die Verteilung des Nd-Elements des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung von 14 durch EPMA aufgenommen wurde. 16 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 14 zeigende Fotografie. 17 ist eine das charakteristische Röntgenbild der B-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 14 zeigende Fotografie. 18 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Ta-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 14 zeigende Fotografie. 19 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 14 zeigende Fotografie. 20 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 14 zeigende Fotografie. 21 ist eine das charakteristische Röntgenbild der V-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 14 zeigende Fotografie. 22 ist eine das sekundäre Elektronenbild des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung in dem Fall, dass Mo als Zwischenmaterial eingesetzt wurde, zeigende Fotografie. 23 ist eine das charakteristische Röntgenbild zeigende Fotografie, in der die Nd-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung von 22 durch EPMA aufgenommen wurde. 24 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 22 zeigende Fotografie. 25 ist eine das charakteristische Röntgenbild der B-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 22 zeigende Fotografie. 26 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Mo-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 22 zeigende Fotografie. 27 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 22 zeigende Fotografie. 28 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 22 zeigende Fotografie. 29 ist eine das charakteristische Röntgenbild der V-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 22 zeigende Fotografie. 30 ist eine das sekundäre Elektronenbild des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung in dem Fall, dass W als Zwischenmaterial eingesetzt wurde, zeigende Fotografie. 31 ist eine das charakteristische Röntgenbild zeigende Fotografie, in der die Nd-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung von 30 durch EPMA aufgenommen wurde. 32 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 30 zeigende Fotografie. 33 ist eine das charakteristische Röntgenbild der B-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 30 zeigende Fotografie. 34 ist eine das charakteristische Röntgenbild der W-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 30 zeigende Fotografie. 35 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 30 zeigende Fotografie. 36 ist eine das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 30 zeigende Fotografie. 37 ist eine das charakteristische Röntgenbild der V-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks von 30 zeigende Fotografie. 38 ist eine durch ein Kerr-Mikroskop aufgenommene Fotografie zeigend eine metallische Struktur in der Nachbarschaft der Bindungsgrenzfläche von Beispiel (1). 39 ist eine durch ein Kerr-Mikroskop aufgenommene Fotografie zeigend eine Metallstruktur in der Nachbarschaft der Bindungsgrenzfläche von Beispiel (2). 40 ist eine durch ein Kerr-Mikroskop aufgenommene Fotografie zeigend eine Metallstruktur in der Nachbarschaft der Bindungsgrenzfläche von Beispiel (3). 41 ist eine durch ein Kerr- Mikroskop aufgenommene Fotografie zeigend eine Metallstruktur in der Nachbarschaft der Bindungsgrenzfläche von Vergleichsbeispiel (1). 42 ist ein Graph, in dem die Werte für die Scherfestigkeit τ in dem Fall, dass ein Magnet und ein Legierungsmaterial miteinander verbunden wurden, aufgezeichnet sind. 43 ist ein Graph, in dem die Werte der Scherfestigkeit τ in dem Fall, dass ein Magnet und ein Legierungsmaterial unter Einsatz von Ta als Zwischenelement miteinander verbunden wurden, aufgezeichnet sind. 44 ist ein Graph, in dem die Werte der Scherfestigkeit τ in dem Fall, dass ein Magnet und ein Legierungsmaterial unter Einsatz von Mo als Zwischenelement miteinander verbunden wurden, aufgezeichnet sind. 45 ist ein Graph, in dem das Verhältnis zwischen der Dicke der zwischen dem Magnet und dem Legierungsmaterial gebildeten Diffusionsschicht und der Bindungsstärke aufgezeichnet ist. 46a ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer allgemeinen Struktur eines Rotors, in dem ein konventioneller Seltenerd-Magnet eingesetzt ist. 46b ist eine entlang der Linie B-B von 46a genommene Schnittansicht. 47a ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer generellen Struktur eines anderen Rotors, in dem ein konventioneller Seltenerd-Magnet eingesetzt ist. 46b ist eine entlang der Linie B-B von 47a genommene Schnittansicht.
BESTE FORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird die beste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
Die vorliegende Erfindung stellt als ein grundlegendes Mittel ein durch monolithisches Verbinden eines Seltenerd-Magneten mit einem Metall mit hohem Schmelzpunkt oder eines Seltenerd-Magneten mit einem Material mit hoher spezifischer Festigkeit durch das Festphasen-Diffusionsschweißen durch HIP-Behandlung hergestelltes Konstrukt bereit. Durch Modifizieren dieses fundamentalen Mittels wird ein durch HIP-Behandlung durch das Festphasen-Diffusionsschweißen mit einer Zwischenschicht einer dünnen Schicht des vorgenannten Metalls mit hohem Schmelzpunkt als ein Zwischenmaterial zwischen dem Seltenerd-Magneten und einem Material mit hoher spezifischer Festigkeit hergestelltes monolithisch verbundenes Konstrukt erhalten.
Der vorgenannte Seltenerd-Magnet ist einer ausgewählt aus Nd-Fe-B-Magneten, Pr-Fe-B-Magneten und Sm-Co-Magneten. Das Metall mit hohem Schmelzpunkt ist eines, das einen Schmelzpunkt von wenigstens 1.800 Grad C aufweist und ausgewählt ist aus Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Niob (Nb), Zirkonium (Zr) sowie Hafnium (Hf).
Im Allgemeinen werden Seltenerd-Magneten durch ein Pulvermetallurgieverfahren, Schmiedeverfahren, Walzverfahren und dergleichen hergestellt. Ferner wird ein Nd-Fe-B-Magnet durch heißes Verpressen von stark auslöschendem (quenching) Magnetpulver oder durch ein heißes plastisches Verfahren von stark auslöschendem (quenching) Magnetpulver hergestellt.
Alle der durch die vorgenannten Verfahren erhaltenen Seltenerd-Magnete können als Seltenerd-Magnet der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Von diesen sind durch Pulvermetallurgie hergestellte gesinterte Magnete bevorzugt und insbesondere sind Nd-Fe-B gesinterte Magnete am meisten bevorzugt.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die magnetischen Charakteristika eines Seltenerd-Magnet durch Vermeiden der Diffusion von anderem Metallmaterial in den Seltenerd-Magneten so gut wie möglich aufrechtzuerhalten, und, die Bindungsfestigkeit durch Bilden einer Reaktionsschicht an den verbindenden Oberflächen zwischen dem Seltenerd-Magneten und dem anderen Metallmaterial zu verbessern. Als ein Mittel hierfür weist die vorliegende Erfindung als Haupteigenschaft auf, dass die Bindungsfestigkeit durch Liefern einer Funktion zum Abhalten des anderen Metallmaterials vom Diffundieren in den Magneten durch die Bereitstellung einer dünnen Schicht des vorgenannten Metallmaterials mit hohem Schmelzpunkt als Zwischenelement aufrecht erhalten wird.
1a ist eine das erste Beispiel zeigende Schnittansicht eines wesentlichen Teils, in dem die vorliegende Erfindung für eine Rotorstruktur angewandt worden ist, und 1b ist eine entlang der Linie B-B von 1a genommene Schnittansicht. In den Zeichnungen ist 1 ein Schaft, ist 2 ein Seltenerd-Magnet, ist 3 ein Metallzylinder aus nicht magnetischem Material und sind 4, 4 Metallscheiben aus nicht magnetischem Material.
Ein Zwischenelement 7 aus Metall mit hohem Schmelzpunkt, das eine charakteristische Struktur des Beispiels der vorliegenden Erfindung ist, ist an einer Grenzfläche zwischen den Seltenerd-Magneten 2 und dem Metallzylinder 3 sowie den Metallscheiben 4, 4 angeordnet und wird durch die HIP-Behandlung monolithisch verbunden. Ferner sind 8, 8 durch Elektronenstrahlen geschweißte Teilstücke, wobei das Vakuumentgasen und das Abdichten während der HIP-Behandlung durchgeführt wurden.
Der vorgenannte Seltenerd-Magnet 2 ist ein Magnet mit hochmagnetischem Energieprodukt enthaltend als eine Komponente ein aktives Seltenerd-Element, wie beispielsweise Neodym (Nd), Praseodym (Pr) sowie Samarium (Sm). In dem vorliegenden Beispiel wurde ein Nd-Fe-B gesinterter Magnet (NEOMAX-35H gefertigt von Sumitomo Special Metals, Co., Ltd.) eingesetzt. Die Reihenfolge der Mengen an Energieprodukt dieser Seltenerd-Magneten ist wie folgt: Nd-Fe-B Magnet > Pr-Fe-B Magnet >> SM-Co Magnet. Andererseits ist die Reihenfolge der den Wärmewiderstand anzeigenden Curie-Punkte wie folgt:
Sm-Co Magnet >> Nd-Fe-B Magnet > Pr-Fe-B Magnet.
Als Metallzylinder 3 und Metallscheiben 4 wurde eine Titanlegierung mit hoher spezifischer Festigkeit (6Al-4V Legierung, SP700 Legierung) eingesetzt. Ferner kann anstelle einer Titanlegierung eine Nickel basierende Legierung, wie beispielsweise Inconel und Hastelloy, eingesetzt werden.
2a ist eine das zweite Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigende Schnittansicht eines wesentlichen Teils und 2b ist eine entlang der Linie B-B von 2a genommene Schnittansicht. In diesem Beispiel wird der Seltenerd-Magnet 2 in zwei Teile aufgeteilt und eine nichtmagnetische Scheibe 9 wird an einer Grenzfläche derselben angeordnet und fixiert. Die anderen Strukturen entsprechen dem ersten Beispiel. Gemäß diesem zweiten Beispiel ist es möglich, eine Rotorstruktur mit großer Größe durch miteinander Verbinden mehrerer Seltenerd-Magnete 2 durch die HIP-Behandlung zu realisieren.
3a ist eine das dritte Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigende Schnittansicht eines wesentlichen Teils und 3b ist eine ent lang der Linie B-B von 3a genommene Schnittansicht. In diesem Beispiel ist ein Eisenkern 5 entlang eines Schafts 1 angeordnet. Eine Vielzahl an Eisenkernnuten 6, welche einen keilförmigen Abschnitt aufweisen, wird auf dem peripheren Teil des Eisenkerns 5 entlang der Längsrichtung gebildet. Seltenerd-Magnete sind in dem Inneren der Eisenkernnuten 6 angeordnet und ein Zwischenelement 7 ist an einer Grenzfläche zwischen dem Seltenerd-Magneten 2 und der Eisenkernnut 6 durch Verbinden durch die HIP-Behandlung fixiert. Die anderen Strukturen entsprechen dem ersten und zweiten Beispiel.
Ein als Zwischenelement 7 eingesetztes Metall mit hohem Schmelzpunkt hat die Funktion des Vermeidens einer direkten Reaktion zwischen dem Rotorbauelementmetall, wie beispielsweise dem Metallzylinder 3 sowie der Metallscheibe 4, und dem Seltenerd-Magneten 2. Dieses Zwischenelement 7 reagiert durch sich selbst mit dem Seltenerd-Magneten 2 oder erzeugt gegenseitige Diffusion. Die Dicke des Zwischenelements 7 ist grundsätzlich zwischen 2 und 200 μm. Dieses Zwischenelement 7 dient als eine Barriereschicht, um eine Reaktion zwischen dem Seltenerd-Magneten 2 und dem Rotorbauelementmetall zu unterbinden. An der Bindungsgrenzfläche zwischen dem Zwischenelement 7 und dem Rotorteilmetall tritt gegenseitige Diffusion ein, aber eine spröde Schicht wird nicht gebildet.
Der Grund zum Einstellen der Dicke des Zwischenelements 7 auf 2 bis 200 μm ist wie folgt. Wenn die Dicke des Zwischenelements 7 nicht größer als 2 μm ist, dient diese nicht als die vorgenannte Barriereschicht. Wenn die Dicke des Zwischenelements 7 nicht weniger als 200 μm beträgt, wird es schwierig, den monolithischen Verbindungsschritt mit einem Zwischenlegen des Zwischenelements 7 durchzuführen.
Ein dünnes Blatt des oben genannten Metalls mit hohem Schmelzpunkt wurde als Zwischenelement 7 eingesetzt. Dieses Metall mit hohem Schmelzpunkt erzeugt die gegenseitige Diffusion bei einer hohen Bindungstemperatur, bildet aber keine intermetallische Verbindung zusammen mit einer Titanlegierung mit hoher spezifischer Festigkeit, welche ein nicht magnetisch aktives Material ist, noch bildet dieses eine spröde Schicht zusammen mit einer nicht magnetischen Nickel basierenden Legierung mit hoher Festigkeit oder einem ferromagnetischen oder nicht magnetischen Stahl mit hoher Festigkeit. Dieses dünne Blatt ist vorzugsweise eines, das im Hinblick auf das Formen einer Vakuum-Anlagerung unterworfen worden ist.
Als Verbindungsverfahren zum Erreichen jedes der vorgenannten Beispiele wurde ein monolithisches Verbindungsverfahren durch eine heiß isostatische Verpressbehandlung (HIP-Behandlung) eingesetzt, um ein Rotorelementmetall eines Rotors und ein Seltenerd-Magnet fest miteinander zu verbinden, während die magnetischen Charakteristika des Seltenerd-Magneten in sich selbst kaum vermindert werden.
Die Gliederung dieser HIP-Behandlung wird wie folgt erläutert. Ein zu behandelndes Objekt wird in einen Hochdruckbehälter vom luftdichten Typ mit einem inneren Wandteil ausgestattet mit einem Heizgerät getan. Dann wird das Objekt in allen Richtungen einheitlich durch den durch Druck und Temperatur verursachten synergistischen Effekt mit Druck beaufschlagt, während das Objekt für eine gewisse Zeitspanne unter einem gewissen Druck und einer gewissen Temperaturbedingung in einer Atmosphäre von Inertgas, wie beispielsweise Argongas, gehalten wurde, um dadurch das Objekt monolithisch zu verbinden.
Ein konkretes Beispiel der vorgenannten HIP-Behandlung wird bezogen auf das schematische Diagramm von 4 erläutert. Das heißt, ein luftdichter Hochdruckbehälter wird wie folgt konstruiert. Ein zu behandelndes Objekt 20 wird auf einer auf einem unteren Deckel 10 installierten Trägerbasis 11 angeordnet. Die Umgebung des Objekts 20 ist vollständig durch eine Isolierschicht 13 mit einem inneren Wandteil, auf dem eine Vielzahl von Stufen eines Heizgeräts 12, 12 angeordnet sind, bedeckt. Ein Hochdruckzylinder 15 als äußeres Rahmenteil ist zu einem oberen Deckel 14 und zu dem unteren Deckel 10 fixiert, so dass dieser dazwischen angeordnet ist. Der obere Deckel 14 ist vorübergehend mit einer Gaseinlassöffnung 16 ausgestattet.
Ferner wird als Druckbeaufschlagungsmedium agierendes Argongas als Inertgas aus der Gaseinlassöffnung 16 eingeführt und das Objekt 20 wird normalerweise einem Druck von wenigstens 50–300 (MPa) und einer Temperatur von wenigstens 600–1.100 (°C) ausgesetzt. Daher wird das Objekt 20 in allen Richtungen, wie durch die Pfeile P gezeigt, durch den synergistischen Effekt von Druck und Temperatur verpresst.
Basierend auf dem Metallmaterial eines Rotorteils werden abhängig von den Größen und Formen der miteinander zu verbindenden Elemente und der Charakteristika des Zwischenelements in dem Fall, dass ein Zwischenelement eingesetzt wird, die in der Tabelle 1 gezeigten Bedingungen der HIP-Behandlung aus Bindetemperaturen, Haltezeiten und ausgeübten Drücken ausgewählt.
[Tabelle 1]
Ferner ist es in dem Fall, dass das Festphasen-Diffusionsschweißen durch die HIP-Behandlung durchgeführt wird, notwendig, vorher zu diesem einen Schritt (d.h. Konservierungsschritt), in dem Bindungsteile des zu behandelnden Objekts einer Vakuumentgasung und Abdichtung durch Elektronenstrahlschweißen oder dergleichen ausgesetzt werden, durchzuführen. Der Grad an Vakuum während des Schweißens liegt vorzugsweise höher als 1 × 10^–1 Pa, d.h. wenigstens 1 × 10^–2 Pa.
Wie durch die Rotorstrukturen der Rotormaschinen der vorgenannten 1–3 gezeigt, ist es in dem Fall, dass das verbundene Teilstück zwischen dem Zwischenelement 7 und dem Rotormetallteil in derselben Richtung nicht nur eine flache Oberfläche konstituiert, notwendig, ein isostatisches Verpressverfahren, wie beispielsweise eine HIP-Behandlung, durchzuführen. Allerdings ist es in dem Fall, dass das verbundene Teilstück in derselben Richtung nur eine flache Oberfläche konstituiert, optional, ein einachsiges Verpressverfahren einzusetzen, in dem die verbundene Oberfläche in einer hierzu senkrechten Richtung verpresst wird.
BEISPIELE
In den nachfolgenden Beispielen wird die vorliegende Erfindung basierend auf konkreten Daten erläutert. In dem vorliegenden Beispiel wurde eine in der vorgenannten 2 gezeigte Rotorstruktur-Probe eingesetzt und in dem Fall, dass das Zwischenelement dazwischen angeordnet war, wurde ein Festphasen-Diffusionsschweißen Experiment durch HIP-Behandlung durchgeführt.
1. [Testmaterial]
Als Testmaterial wurde ein Seltenerd-Magnet 2, ein säulenartiger, gesinterter Nd-Fe-B Magnet (der zuvor erwähnte NEOMAX-35H) mit den Dimensionen ∅ von 10,0 × 10 mm unter nicht magnetisierten Bedingungen eingesetzt. Ein angelagertes Material einer 6Al-4V Titanlegierung mit einem inneren Durchmesser ∅ von 10,2 mm, einem äußeren Durchmesser von 16,2 mm, einer Dicke von 3 mm und einer Länge von 35 mm wurde als ein nicht magnetischer Metallzylinder 3 eingesetzt. Ein angelagertes Scheibenmaterial aus einer 6Al-4V Titanlegierung mit den Dimensionen ∅ 10,1 mm × 5 mm wurde für nicht magnetische Metallscheiben 4, 4 sowie eine nicht magnetische Scheibe 9 eingesetzt.
Ein dünnes Blatt aus Metall mit hohem Schmelzpunkt mit einer Dicke von 50 μm wurde als Zwischenelement 7, eingesetzt und drei Arten, Tantal (Ta), Molybdän (Mo) sowie Wolfram (W), wurden eingesetzt. Zum Prüfen des Effekts dieses Zwischenelements 7, d.h. zum Vergleich einer Testprobe ohne dazwischen liegendes Zwischenelement 7, wurde Vergleichsbeispiel (1) und wurden die Beispiele (1), (2) und (3), in denen Tantal (Ta), Molybdän (Mo) sowie Wolfram (W) als Zwischenelement 7 eingesetzt wurden, hergestellt.
2. [HIP-Behandlung]
Unter Einsatz der vorgenannten Testmaterialien wurden, wie in der 2 gezeigt, Seltenerd-Magnete 2 mit dem Zwischenelement aus Ta, Mo oder W bedeckt und die aus 6Al-4V Titanlegierung gefertigte nicht magnetische Scheibe 9 wurde in einen nicht magnetischen Metallzylinder 3 gefertigt aus einer 6Al-4V Titanlegierung eingeführt. Dann wurden die aus 6Al-4V Titanlegierung hergestellten, nicht magnetischen Metallscheiben 4, 4 in die beiden offenen Endteile des nicht magnetischen Metallzylinders 3 eingeführt, um denselben zu verschließen. Dann wurden der nicht magnetische Metallzylinder 3 und die nicht magnetischen Metallscheiben 4, 4 in einem Vakuum von 1 × 10^–2 (Pa) durch Elektronenstrahl miteinander verschweißt. Dort wurde eine Behandlung durchgeführt, um diese Proben in einer Argongasatmosphäre bei 900°C für 60 Minuten unter Einsatz einer in der 4 gezeigten HIP-Vorrichtung bei 100 (MPa) verpresst zu halten, und, diese wurden auf Raumtemperatur abgekühlt.
Nach dem Abkühlen wurde die Probe dann aus der HIP-Vorrichtung herausgenommen, und, wie in der 5 gezeigt, wurde ein Teilstück mit dem Seltenerd-Magneten 2 und dem Metallzylinder 3 an dem Magnetteil in einer Richtung senkrecht zu der Zylinderachse geschnitten. Dann wurden stapelartigen Proben (L = 8 mm) durch bloßes Prozessieren der beiden Endoberflächen hergestellt. Die Bindungsgrenzfläche einer Probe wurde einer EPMA-Analyse (Röntgenstrahl-Mikroanalysator) unterworfen und eine andere Probe wurde nach deren Magnetisierung einer Messung der magnetischen Charakteristika ausgesetzt.
3. [Ergebnisse]
3-1 Beobachtung mit Metallograph und Messung der Abschnittshärte
Die Beobachtungsergebnisse jedes Testmaterials des vorgenannten Vergleichsbeispiels (1) sowie der Beispiele (1), (2) und (3) unter Einsatz eines Metallographen sind in der Tabelle 2 zusammengefasst. Dies ist eine Tabelle zum Vergleichen der Ergebnisse abhängig von der Existenz und der Nicht-Existenz des Zwischenelements und der Unterschiede in dem Zwischenelement. Die linearen Expansionskoeffizienten des Seltenerd-Magneten, der Titanlegierung und der Zwischenelemente (drei Arten Ta, Mo und W) sind in der Tabelle 3 gezeigt und die Zwischenelemente haben lineare Expansionskoeffizienten nahe zu dem des Seltenerd-Magneten.
[Tabelle 2]
[Tabelle 3]
Die Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Messung der Abhängigkeit der Schubbeanspruchung von der Vickers-Härte des Seltenerd-Magneten, des Zwischenelements (drei Arten Ta, Mo und W) sowie der 6Al-4V Titanlegierung gemäß den Beispielen (1), (2) bzw. (3) und jedes Material hat eine Tendenz, dass die Härte größer wird, sowie die Belastung kleiner wird.
Die Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Messung der Vickers-Härte (eine Last von 25 gf) mit Bezug zu Vergleichsbeispiel (1) sowie den Beispielen (1), (2) und (3). Die Härtewerte des Zwischenelements und der Titanlegierung, welches Metallmaterialien sind, sind geringer als die des Magneten. Die Härtewerte des Zwischenelements sind in der Reihenfolge Wolfram (W) > Molybdän (Mo) > Tantal (Ta) und die Härtewerte von Molybdän (Mo) und Tantal (Ta) sind geringer als die der Titanlegierung. Daher sind die Zwischenelemente mit Bezug zu der Deformationsfähigkeit in der Reihenfolge Tantal (Ta) > Molybdän (Mo) > Wolfram (W).
[Tabelle 4]
[Tabelle 5]
3-2 Analyse durch EPMA (Röntgenstrahl-Mikroanalysator)
7 ist eine das sekundäre Elektronenbild des Bindungsteilstücks zwischen dem Nd-Fe-B Magneten (Seltenerd-Magnet 2, der vorgenannte NEOMAX-35H) und der Titanlegierung 22 in dem Fall des Weglassens des Zwischenelements (Vergleichsbeispiel 1) zeigende Fotografie und a, b bzw. c in der Zeichnung beziehen sich auf eine Region des Magneten 2, einen Bereich der Titanlegierung 22 und einen Bereich der Reaktionsschicht. Die Fotografie ist ungefähr 800-fach vergrößert.
8 ist eine das charakteristische Röntgenstrahlenbild zeigende Fotografie, in dem die Nd-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks desselben Magneten 2 und der Titanlegierung 22 durch EPMA aufgenommen wurde und ein weißes hervorstechendes Teil 25 ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Nd. Die Bereiche a, b und c entsprechen denjenigen in der 7 wiedergegebenen. Gleichermaßen ist die 9 das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 26 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Fe. Die 10 ist das charakteristische Röntgenbild der B (Bor)-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 27 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes B. Die 11 ist das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstechendes weißes Teil 28 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Ti. Die 12 ist das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstechendes weißes Teil 29 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Al. Die 13 ist das charakteristische Röntgenbild der V (Vanadium)-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 30 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes V.
Die 14 ist eine das sekundäre Elektronenbild des verbundenen Teilstücks des Seltenerd-Magneten 2 und der Titanlegierung 22 in dem Fall, dass Tantal (Ta) als Zwischenmaterial (Beispiel 1) eingesetzt wurde, zeigende Fotografie und a, b bzw. e in der Zeichnung beziehen sich auf einen Bereich des Magneten 2, einen Bereich der Titanlegierung 22 und einen Bereich des Zwischenelements (Ta).
Die 15 ist eine das charakteristische Röntgenbild zeigende Fotografie, in dem die Nd-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks des Magneten 2 und der Titanlegierung 22 in dem Fall, dass Ta als Zwischenelement eingesetzt wurde, durch EPMA aufgenommen wurde und ein hervorstechendes weißes Teil 25 ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Nd. Die Bereiche a, b und e entsprechen denjenigen in der 14 wiedergegebenen.
In den 16–21 sind alle Zwischenelemente Tantal (Ta). Gleichermaßen ist die 16 das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 26 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Fe. Die 17 ist das charakteristische Röntgenbild der B-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstehendes weißes Teil 27 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes B. Die 18 ist das charakteristische Röntgenbild der Ta-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstechendes weißes Teil 31 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Ta. Die 19 ist das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstechendes weißes Teil 28 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Ti. Die 20 ist das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 29 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Al. Die 21 ist das charakteristische Röntgenbild der V-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 30 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes V.
Die 22 ist eine das sekundäre Elektronenbild des verbundenen Teilstücks des Magneten 2 und der Titanlegierung 22 in dem Fall, dass Molybdän (Mo) als Zwischenelement (Beispiel 2) eingesetzt wurde, zeigende Fotografie und a, b bzw. f in der Zeichnung beziehen sich auf einen Bereich des Magneten 2, einen Bereich der Titanlegierung 22 und einen Bereich des Zwischenelements (Mo).
Die 23 ist eine das charakteristische Röntgenbild zeigende Fotografie, in dem die Nd-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks des Magneten 2 und der Titanlegierung 22 in dem Fall, dass Mo als Zwischenelement eingesetzt wurde, durch EPMA aufgenommen wurde und ein weißes hervorstechendes Teil 25 ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Nd. Die Bereiche a, b und f entsprechen den in der 22 dargestellten. Gleichermaßen zu dem vorgenannten Beispiel ist ein hervorstechendes weißes Teil die durch Röntgenstrahlen detektierte Elementverteilung und das in der 23 gezeigte Teil 25 ist Nd.
In den 24–29 sind alle Zwischenelemente Molybdän (Mo). Gleichermaßen ist die 24 das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und hervorstechendes weißes Teil 26 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Fe. Die 25 ist das charakteristische Röntgenbild der B-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 27 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes B. 26 ist das charakteristische Röntgenbild der Mo-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 32 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Mo. Die 27 ist ein das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks zeigende Fotografie und ein weißer hervorstechender Teil 28 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Ti. Die 28 ist das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 29 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Al. Die 29 ist das charakteristische Röntgenbild der V-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 30 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes V.
Die 30 ist eine das sekundäre Elektronenbild des verbundenen Teilstücks des Magneten 2 und der Titanlegierung 22 in dem Fall (Beispiel 3), dass Wolfram (W) als Zwischenmaterial eingesetzt wurde, zeigende Fotografie und a, b bzw. g in der Zeichnung beziehen sich auf einen Bereich des Magneten 2, einen Bereich der Titanlegierung 22 und einen Bereich des Zwischenelements (W).
Die 31 ist eine das charakteristische Röntgenbild zeigende Fotografie, in dem die Nd-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks des Magneten 2 und der Titanlegierung 22 in dem Fall, dass W als Zwischenelement eingesetzt wurde, durch EPMA aufgenommen wurde und ein weißes hervorstechendes Teil 25 ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Nd. Die Bereiche a, b und g entsprechen denjenigen in der 30 wiedergegebenen.
In den 32–37 sind alle Zwischenelemente Wolfram (W). Gleichermaßen ist die 32 das charakteristische Röntgenbild der Fe-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstechendes weißes Teil 26 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Fe. Die 33 ist das charakteristische Röntgenbild der B-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstechendes weißes Teil 27 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes B. Die 34 ist das charakteristische Röntgenbild der W-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 33 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes W. Die 35 ist das charakteristische Röntgenbild der Ti-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein hervorstechendes weißes Teil 28 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Ti. Die 36 ist das charakteristische Röntgenbild der Al-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 29 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes Al. Die 37 ist das charakteristische Röntgenbild der V-Element Verteilung des verbundenen Teilstücks und ein weißes hervorstechendes Teil 30 in der Fotografie ist durch Röntgenstrahlen detektiertes V.
4. [Untersuchung der Ergebnisse]
4-1 [HIP-verbundenes Element ohne Einsatz eines Zwischenelements]
Die Metallstruktur, Härte und die Ergebnisse der EPMA-Analyse der 7–37 wurden untersucht. Danach sind eine Nd-reiche Korn-Grenzphase (Nd₁₉Fe), eine B-reiche Phase (Nd₁₁Fe₄Ba), eine Carbid-Phase (Nd₂C₃) und dergleichen in Form von Inseln in der Umgebung der aus der Hauptphase (Nd₂Fe₁₄B) gefertigten Metallkörner des Magneten 2 verteilt. Die Carbid-Phase ist oft der Korn-Grenzphase benachbart. Es wird angenommen, dass das HIP-verbundene Element ohne Einsatz des Zwischenelements 7 an der Bindungsgrenzfläche mit einer Reaktionsschicht c (Titanbromid: enthaltend sehr kleine Mengen an Nd, Fe, V, Al und C) mit mehreren Mikrometern, welche wie in den 10 und 11 gezeigt reich an Ti und B ist, gebildet wird.
Des Weiteren ist, wie in der 9 gezeigt, die Diffusion von Fe (einem weiß gefärbten Teilstück in der Fotografie) von der Seite des Magneten 2 zu der Seite der Titanlegierung 22 bemerkenswert. Ferner wird eine Dendrit-Struktur, welche die von der verbundenen Grenzfläche dendritisch gewachsene β-Phase der Titanlegierung ist, in dem Inneren der Titanlegierung 22 gebildet. Des Weiteren ist Eisen ein Element zum Stabilisieren der β-Phase der Titanlegierung. Ferner werden, wie in den 11, 12 und 13 gezeigt, Ti, Al und V von der Seite der Titanlegierung 22 zu der Seite des Magneten 2 diffundiert und insbesondere ist die Diffusion von Al bemerkenswert. Der Grad an Diffusion weist die Reihenfolge Al > Ti > V auf.
In dem Inneren des Magneten in der Nachbarschaft zu der Bindungs-Grenzfläche zersetzt sich die Grenz-Phase von Nd-reichem Korn, insbesondere der Spannungsteil der Kristallkorngrenze 3 oder die Carbidphase, und liefert Fe, B und C durch Diffusion zu der Seite der Titanlegierung und diese Korn-Grenzphase wird weiter reich an Nd. Als ein Ergebnis korrodiert das aktivierte Nd-reiche Teilstück den benachbarten Hauptphasenteil, um die Hauptphasenkomponenten Fe, B und C aufzunehmen. Daher wird angenommen, dass die Spannungsmenge der Korn-Grenzphase 3 stark gewachsen ist.
4-2 [HIP verbundenes Bauelement unter Einsatz von Ta als Zwischenelement]
Wie in der 14 gezeigt, besteht keine Reaktionsschicht an der Grenzfläche zwischen Tantal (Ta) und der Titanlegierung 22. Allerdings diffundiert Ta aus der Ta-Seite zu der Seite der Titanlegierung 22 und die β-Phase der Titanlegierung ist von der Bindungsgrenzfläche dendritisch gewachsen. Ferner ist Ta ein Element zum Stabilisieren der β-Phase der Titanlegierung.
Andererseits sind, wie in den 20 und 21 gezeigt, Al und V von der Seite der Titanlegierung 22 zu der Ta-Seite diffundiert. Der Grad an Diffusion beträgt Al > V. Ferner sind, wie in den 15, 16 und 17 gezeigt, an der Grenzfläche zwischen dem Magneten 2 und dem Tantal (Ta) Nd, Fe und B in sehr kleinen Mengen von der Seite des Magneten 2 zu der Tantal (Ta)-Seite diffundiert. Der Grad an Diffusion weist die Reihenfolge B > Fe > Nd auf.
Ferner ist, wie in der 18 gezeigt, Ta in einer sehr kleinen Menge von der Tantal (Ta)-Seite zu der Seite des Magneten 2 diffundiert, aber eine Reaktionsschicht wurde nicht gebildet. Allerdings hat das Innere des Magneten in der Nachbarschaft zu der Grenzfläche die Tendenz, reich an Nd zu werden.
4-3 [HIP verbundenes Element unter Gebrauch von Mo als Zwischenelement]
Wie in der 22 gezeigt, existiert an der Grenzfläche zwischen dem Molybdän (Mo) und der Titanlegierung 22 fast keine Reaktionsschicht. Allerdings ist Mo von der Molybdän (Mo)-Seite zu der Seite der Titanlegierung 22 diffundiert und die β-Phase der Titanlegierung ist dendritisch gewachsen. Wie in den 28 und 29 gezeigt sind allerdings Al und V von der Seite der Titanlegierung 22 zu der Molybdän (Mo)-Seite diffundiert. Der Grad an Diffusion ist Al > V.
An der Grenzfläche zwischen dem Magneten 2 und dem Molybdän (Mo) sind B, Fe und Nd (Fe und Nd liegen in sehr kleinen Mengen vor) von der Seite des Magneten 2 zu der Molybdän (Mo)-Seite diffundiert. Allerdings trat eine Diffusion von der Molybdän (Mo)-Seite zu der Seite des Magneten 2 kaum auf und eine Reaktionsschicht wurde nicht gebildet.
Allerdings hatte die Innenseite des Magneten 2 in der Nachbarschaft zu der Grenzfläche die Tendenz, Nd-reich zu werden.
4-4 [HIP verbundenes Element unter Einsatz von W als Zwischenelement]
Wie in der 30 gezeigt, besteht fast keine Reaktionsschicht an der Grenzfläche zwischen Wolfram (W) und der Titanlegierung 22. Allerdings ist W in einer sehr kleinen Menge von der Wolfram (W)-Seite zu der Seite der Titanlegierung 22 diffundiert und Al ist von der Seite der Titanlegierung 22 zu der Wolframseite (W) diffundiert (36).
Wie in den 31 und 32 gezeigt, sind an der Grenzfläche zwischen dem Magneten 2 und Wolfram (W) Nd und Fe in sehr kleinen Menge von der Seite des Magneten 2 zu der Wolfram (W)-Seite und von der Wolfram (W)-Seite zu der Magnetseite diffundiert, aber eine Reaktionsschicht wurde nicht gebildet. Jedoch hatte die Innenseite des Magneten in der Nachbarschaft zu der Grenzfläche die Tendenz, Nd-reich zu werden.
5. [Änderungen in den magnetischen Charakteristika der Magneten aufgrund der HIP-Behandlung]
Um die Änderungen in den magnetischen Charakteristika des Magneten aufgrund der HIP-Behandlung zu untersuchen, wurden 10 Stück einzelner Körper von gesintertem Nd-Fe-B-Magneten, welche keiner HIP-Behandlung unterzogen worden sind, dem konventionellen Beispiel zugewiesen und zusammen mit dem oben genannten Vergleichsbeispiel (1) und den Beispielen (1), (2) und (3) der vorliegenden Erfindung der Messung der magnetischen Charakteristika unterzogen.
Die Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der Messung der magnetischen Charakteristika der Beispiele (1), (2) sowie (3) und des Vergleichsbeispiels (1). [Tabelle 6]
[Anmerkung] Der Magnet ist ein Seltenerd-Magnet.
Ein anderes verbundenes Metall ist die Titanlegierung (SAT64).
Gemäß der Tabelle 6 waren die magnetischen Charakteristika der Beispiele (1), (2) und (3) fast gleich zu dem konventionellen Beispiel und eine Abnahme in den magnetischen Charakteristika aufgrund der HIP-Behandlung wurde nicht gefunden.
Andererseits wurde in dem Vergleichsbeispiel (1), verglichen mit dem konventionellen Beispiel, eine Abnahme der magnetischen Charakteristika, insbesondere die Abnahme in bHc, (BH)max und Hk gefunden.
Die 6 zeigt die Ergebnisse der Messung der entmagnetisierenden Eigenschaften des Magneten gemäß dem Beispiel (2), in dem ein dünnes Blatt Molybdän als Zwischenelement eingesetzt wurde, dem Vergleichsbeispiel (1) und dem konventionellen Beispiel. Wie durch die Kreise in den gebrochenen Linien in der Zeichnung dargestellt, wird die Kurve der entmagnetisierenden Eigenschaft von Vergleichsbeispiel (1) durch die diskontinuierliche Abnahme der Magnetisierung (4πl) an zwei Positionen von ungefähr 2 (kOe) und 15 (kOe) auf dem Weg des entmagnetisierenden Feldes (H) zu der Koerzitiv-Kraft (iHc) stufenweise und ist folglich in der Erscheinung von den entmagnetisierenden Charakteristik-Kurven des Beispiels (2) und des konventionellen Beispiels klar unterschiedlich. In dem Fall einer stufenweisen entmagnetisierenden Charakteristik-Kurve, wie der von Vergleichsbeispiel (1), kann eine Selbstentmagnetisierung oder Hitze-Entmagnetisierung des Magneten verursacht werden und dies ist nicht bevorzugt.
Gemäß einer detaillierten Datenanalyse wurde eine Abnahme der magnetischen Charakteristika nicht gefunden, wenn die Dicke der zwischen dem Magneten 2 und dem Zwischenelement 7 gebildeten Diffusionsschicht zwischen 0,04 und 6%, basierend auf der Dicke des Magneten 2, liegt. Insbesondere liegt die Dicke der Diffusionsschicht in dem Fall einer Titanlegierung zwischen 0,2 und 1,0% und daher waren die magnetischen Charakteristika gut.
Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, wurde eine Abnormalität der Kurve der entmagnetisierenden Eigenschaften, wie derjenigen des Vergleichsbeispiels (1), in den Beispielen (1) und (3) nicht gefunden.
6. [Ergebnisse der Kerr-Mikroskop-Beobachtung der einer HIP-Behandlung unterzogenen verbundenen Grenzfläche]
Sodann sind in den 38–41 die die Strukturen in der Nachbarschaft der Bindungsgrenzfläche gemäß den Beispielen (1), (2) und (3) sowie des Vergleichsbeispiels (1), welche durch einen Kerr-Mikroskop aufgenommen wurden, zeigenden Ergebnisse dargestellt. Die Fotografien sind 640-fach vergrößert.
Aus den Kerr-Mikroskop-Fotografien und den Ergebnissen der vorgenannten EPMA-Analyse der Beispiele (1), (2) und (3) wurde gefunden, dass Tantal (Ta), Molybdän (Mo) und Wolfram (W), welche als Zwischenelemente 7 eingesetzt wurden, eine Festphasen-Diffusion in die Titanlegierung 22 durchführen und die β-Phase der Titanlegierung dendritisch gewachsen ist. An der Grenzfläche zwischen dem Seltenerd-Magneten 2 und dem Zwischenelement 7 sind B, Fe und Nd (Fe und B sind in extrem kleinen Mengen) in kleinen Mengen von der Seite des Seltenerd-Magneten 2 zu der Seite des Zwischenelements 7 diffundiert und die Innenseite des Magneten in der Nachbarschaft zu der Grenzfläche hatte eine Tendenz, Nd-reich zu werden. Allerdings wurde die Bildung einer Reaktionsschicht fast nicht gefunden. Andererseits wurde in dem Fall des in der 41 gezeigten Vergleichsbeispiels (1) das Wachstum von Kristallkörnern in einem Bereich von ungefähr 15 μm auf der Seite des Seltenerd-Magneten 2 der Bindungsgrenzfläche gefunden und das magnetische Bereichsmuster wurde nicht gefunden. Die Kristallkörner dieser Bereiche sind deutlich von den Kristallkörnern des Seltenerd-Magneten 2 verschieden. Es wurde durch die vorgenannte EPMA-Fotografie herausgefunden, dass eine Diffusionsschicht h hergestellt durch Diffusion von Ti von der Seite der Titanlegierung 22 in den Kristallkörnern dieses Bereichs gebildet wurde.
Ferner wurde eine Reaktionsschicht eines Bereichs von ungefähr 5 μm, d.h. eine durch Diffusion von der Seite des Seltenerd-Magneten gebildete Eisenschicht, auf der Seite der Titanlegierung 22 gefunden. Daher wird in Erwägung gezogen, dass die Abnormalität der Kurve mit den stufenweise entmagnetisierenden Charakteristika, welche unter Bezugnahme auf die 6 erläutert wurde, durch die Bildung dieser Reaktionsschichten verursacht wird.
Aus den Ergebnissen der zuvor erläuterten Kerr-Mikroskop-Beobachtung der Bindungsgrenzfläche ist die Reaktionsschicht ein Bereich, von dem metallische Struktur durch ein Kerr-Mikroskop identifiziert werden kann, und ist eine Schicht, welche stark mit der Bindungsstärke und den magnetischen Charakteristika verbunden ist. Andererseits ist die Diffusionsschicht ein Bereich, in dem metallische Struktur durch ein Kerr-Mikroskop nicht identifiziert werden kann, und, in dem die Existenz des/der Element(e) nur durch Durchführung von Elementaranalyse gefunden werden kann. Die Diffusionsschicht ist eine Schicht, welche stark mit der Bindungsstärke korreliert.
7. [Verhältnis zwischen Bindungsstärke des Seltenerd-Magneten und des Legierungsmaterials durch HIP-Behandlung, Diffusionsreaktionsbedingung und magnetische Charakteristika]
Um die Validität der HIP-Behandlung zu überprüfen, wurden die Bindungsstärke des Seltenerd-Magneten und des Legierungsmaterials in dem Fall, dass das Zwischenelement dazwischen angeordnet war, sowie die Bindungsstärke hiervon in dem Fall, dass diese nicht dazwischen angeordnet war, bestimmt und die Effekte der Arten an Zwischenelement und der Verbindungstemperatur auf diese Bindungsstärke wurden untersucht.
7-1 [Bindungsstärke in dem Fall, dass der Seltenerd-Magnet und das Legierungsmaterial direkt miteinander verbunden waren]
Die 42 ist ein Diagramm, in dem die Werte für die mit einem Schertestgerät gemessene Scherfestigkeit τ (MPa), nachdem die Seltenerd-Magneten und verschiedene Legierungsmaterialien durch Ändern des Verbindungsverfahrens direkt miteinander verbunden wurden, wiedergegeben sind.
Kohlenstoffstähle (SS400) wurden als Legierungsmaterial in herkömmlicher Weise mit einem Epoxy-Verbindungsmittel und einem Lötmittel verbunden, eine Titanlegierung SAT64(Ti-6Al-4V) wurde einer HIP-Behandlung unter einer Temperaturbedingung von 900°C unterworfen, eine superplastische Titanlegierung SP700 (Ti-4,5Al-3V-2Mo-2Fe) wurde einer HIP-Behandlung durch Ändern der Temperaturbedingung auf 850 und 700°C unterworfen. Ferner wurde jeder der niedrig legierten Stähle (Fe-0,8Ni-1,8Cr-0,2Mo, SNCM439) und Inconel (52Ni-19Cr-19Fe-3Mo, MA718) einer HIP-Behandlung unter einer Temperaturbedingung von 900°C unterworfen.
Gemäß der 42 war die Scherfestigkeit τ ungefähr 14 (MPa) in dem Fall, dass der Kohlenstoffstahl durch Einsatz eines Epoxydharzes verbunden wurde, und die Scherfestigkeit τ betrug ungefähr 60 (MPa) in dem Fall, dass die Verbindung durch Einsatz eines Lötmittels durchgeführt wurde. Im Gegensatz dazu betrug die Scherfestigkeit τ 290–370 (MPa) in dem Fall, dass die Magneten mit einer Titanlegierung, einer superplastischen Titanlegierung, einem niedrig legierten Stahl und Inconel durch Einsatz einer HIP-Behandlung verbunden wurden, und damit wurde die Validität der HIP-Behandlung zu der Bindungsstärke bestätigt.
7-2 [Bindungsstärke, wenn ein Seltenerd-Magnet und ein Legierungsmaterial mit einer Anordnung eines Zwischenelements dazwischen miteinander verbunden wurden]
Die 43 ist ein Diagramm, in dem die Werte der Scherfestigkeit τ (MPa) aufgetragen wurden, wenn Seltenerd-Magnete und verschiedene Legierungsmaterialien durch HIP-Behandlung mit einer Anordnung von Tantal als Zwischenelement dazwischen miteinander verbunden wurden. Die HIP-Behandlungstemperatur des Legierungsmaterials entsprach derselben Bedingung wie der in dem Beispiel von 42.
Gemäß der 43 lag die Scherfestigkeit τ in einem Bereich 170–320 (MPa) und die Validität der HIP-Behandlung zu der Bindungsstärke wurde verglichen mit einem konventionellen Beispiel, in dem ein Epoxy-Verbindungsmittel oder ein Lötmittel eingesetzt wurden, bestätigt. Insbesondere wurde die Bindungsstärke maximal, wenn eine superplastische Titanlegierung (SP700) als Legierungsmaterial eingesetzt wurde.
Die 44 ist ein Diagramm, in dem die Werte der Scherfestigkeit τ (MPa) aufgetragen wurden, wenn Seltenerd-Magneten und verschiedene Legierungsmaterialien durch HIP-Behandlung mit einer Anordnung von Molybdän als Zwischenelement dazwischen miteinander verbunden wurden. Die HIP-Behandlungstemperatur des Legierungsmaterials war die gleiche wie die entsprechende Bedingung des Beispiels von 43.
Gemäß der 44 lag die Scherfestigkeit τ in einem Bereich von 100–150 (MPa), und die Validität der HIP-Behandlung zu der Bindungsstärke wurde bestätigt. Gleichermaßen zu dem Beispiel von Tantal wurde die Bindungsstärke maximal, wenn eine superplastische Titanlegierung als ein Legierungsmaterial eingesetzt wurde.
7-3 [Diffusionsreaktionsbedingung eines Seltenerd-Magneten und eines Legierungsmaterials durch HIP-Behandlung]
Um die Validität der HIP-Behandlung zu überprüfen, wurden eine superplastische Titanlegierung (SP700) und Inconel (MA718) als mit Seltenerd-Magneten zu verbindende Legierungsmaterialien ausgewählt und die Diffusionsreaktionsbedingungen wurden in den Fällen, dass diese direkt mit einem Seltenerd-Magneten verbunden wurden und dass ein Zwischenelement dazwischengelegt wurde, analysiert. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 dargestellt.
[Tabelle 7]
[Tabelle 8]
Gemäß der Tabelle 7 wird in dem Fall, dass eine superplastische Titanlegierung (SP700) sowie ein Seltenerd-Magnet direkt miteinander verbunden wurden, ohne dass ein Zwischenelement dazwischen angeordnet wurde, eine Reaktionsschicht aus Titan und Bor 0,2 μm auf der Seite der superplastischen Titanlegierung bei einer HIP-Behandlungstemperatur von 850°C gebildet und Eisen ist in den Seltenerd-Magnet 40 μm diffundiert. Des Weiteren liegt eine Diffusion der superplastischen Titanlegierungskomponente auf der Seite des Seltenerd-Magneten in einer sehr geringen Menge vor. In dem Fall, dass Molybdän als Zwischenelement dazwischengelegt wurde, trat die Diffusion auf beiden Seiten der superplastischen Titanlegierung und des Seltenerd-Magneten fast nicht auf.
Wenn die HIP-Behandlungstemperatur 700°C betrug, fand die Diffusion auf beiden Seiten der superplastischen Titanlegierung und des Seltenerd-Magneten fast nicht statt oder war, sofern überhaupt, lediglich in einer sehr geringen Menge vorhanden, ungeachtet, ob ein Zwischenelement anwesend ist oder nicht.
Gemäß der Tabelle 8 waren in dem Fall, dass ein Inconel (MA718) sowie ein Seltenerd-Magnet direkt miteinander verbunden waren, Nd, B, Dy sowie Co der Seltenerd-Magnet-Komponenten diffundiert. Insbesondere war Nd in einer großen Menge diffundiert und es bildete zusammen mit dem Inconel eine Reaktionsschicht. Ferner wurde Ni des Inconel auf der Seite des Seltenerd-Magneten diffundiert und eine Ni-Nd-Fe-Legierungsschicht und eine Fe-Ni-Reaktionsschicht hauptsächlich bestehend aus Fe wurden gebildet. Eine Diffusion von anderen Inconel-Komponenten liegt in einem sehr geringen Ausmaß vor.
In dem Fall, dass Molybdän als Zwischenelement dazwischengelegt wurde, trat Diffusion auf beiden Seiten des Inconels und des Seltenerd-Magneten fast nicht auf.
Aus den vorgenannten Ergebnissen wurde herausgefunden, dass beim Verbinden ohne Dazwischenlegen eines Zwischenelements eine Reaktionsschicht dazu tendiert, zwischen dem Seltenerd-Magneten und dem Legierungsmaterial gebildet zu werden in dem Fall, dass ein mit einem Seltenerd-Magneten zu verbindendes Legierungsmaterial eine super plastische Titanlegierung ist, und, dass die HIP-Behandlungstemperatur 850°C beträgt, und in dem Fall, dass das Legierungsmaterial Inconel ist, sowie herausgefunden, dass die Diffusion kaum auftritt in dem Fall, dass das Legierungsmaterial eine superplastische Titanlegierung ist, und, dass die HIP-Behandlungstemperatur auf nicht mehr als 700°C abgesenkt wird.
Bei einer Verbindung mit einer Zwischenschicht eines Zwischenelements wird die gegenseitige Diffusion zwischen dem Legierungsmaterial und dem Seltenerd-Magneten unterdrückt.
7-4 [Durch Verbinden eines Seltenerd-Magneten und einer Titanlegierung durch HIP-Behandlung verursachte magnetische Charakteristika]
Um die Validität der HIP-Behandlung zu überprüfen, wurden eine superplastische Titanlegierung (SP700) und Inconel (MA718) als mit den Seltenerd-Magneten zu verbindende Legierungsmaterialien ausgewählt und die entsprechenden magnetischen Charakteristika wurden gemessen in dem Fall, dass dieses direkt mit einem Seltenerd-Magneten verbunden war, und, dass ein Zwischenelement dazwischen angeordnet war. Bei der Messung wurde eine HIP behandelte Testprobe ausgeschnitten und gemahlen und dann mit einer magnetischen Feldstärke von 40 kOe magnetisiert und anschließend wurden die magnetischen Charakteristika unter Verwendung eines BH-Fühlers gefunden. Bei der HIP-Behandlung betrug die Verpressungsbedingung 100 MPa und die Haltezeit betrug 60 Minuten. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 9 und 10 gezeigt.
[Tabelle 9]
[Tabelle 10]
Gemäß der Tabelle 9 wurde herausgefunden, dass fast keine Unterschiede in den magnetischen Charakteristika in einem HIP-Behand lungstemperaturbereich zwischen 700 und 850°C bestanden in dem Fall, dass die superplastische Titanlegierung (SP700) und ein Seltenerd-Magnet ohne Zwischenlegen eines Zwischenelements direkt miteinander verbunden sind. In dem Fall, dass Ta oder Mo als Zwischenelement dazwischengelegt wurde, waren die magnetischen Charakteristika sehr gut.
Aus den vorgenannten Ergebnissen geht hervor, dass es notwendig war, ein Zwischenelement dazwischen zu legen in dem Fall, dass das Legierungsmaterial eine herkömmliche Titanlegierung SAT64 (Ti-6Al-4V) ist, aber es wurde herausgefunden, dass gute magnetische Charakteristika in dem Fall erhalten werden können, dass das Legierungsmaterial eine superplastische Titanlegierung SP700 (Ti-4,5Al-3V-2-Mo-2Fe) ist, selbst ohne Dazwischenlegen eines Zwischenelements, und, selbst wenn die Verbindung bei einer geringen Temperatur von 700–850°C durchgeführt wird.
Gemäß der Tabelle 10 wurde herausgefunden, dass in dem Fall, dass das Legierungsmaterial Inconel ist, und, dass dieses direkt mit einem Seltenerd-Magneten verbunden ist, HcJ und Hk verbessert werden, wenn die herkömmliche HIP-Behandlungstemperatur von 1020°C auf 900°C abgesenkt wird, aber (BH)max nicht höher als 80% von dem eines wird, das nicht einer HIP-Behandlung unterworfen wurde, und nicht in einem praktikablen Bereich liegt.
7-5 [Verhältnis zwischen Diffusionsschicht, Bindungsstärke und magnetischen Charakteristika durch HIP-Behandlung]
Die 45 ist ein Diagramm, in dem die Verhältnisse zwischen der Dicke der Diffusionsschicht (die Dicke der Diffusionsschicht basierend auf der Dicke des Magneten in %) gebildet zwischen dem Selte nerd-Magneten und dem Legierungsmaterial durch HIP-Behandlung und den magnetischen Charakteristika sowie der Bindungsstärke aufgetragen sind. Der Graph (A) zeigt die Dicke der Diffusionsschicht und die magnetische Charakteristik (Energieprodukt, %) und das Diagramm (B) zeigt die Dicke der Diffusionsschicht und die Bindungsstärke (MPa). Ferner wurde eine herkömmliche Titanlegierung SAT64 als Legierungsmaterial eingesetzt.
Gemäß der 45 nehmen die magnetischen Charakteristika graduell ab, sobald die Diffusionsschicht größer wird. Die Dicke der Diffusionsschicht erreicht 6,0%, die magnetische Charakteristik erniedrigt sich auf 80%. Es wurde herausgefunden, dass die Bindungsstärke steil ansteigt, wenn die Diffusionsschicht 0,2% beträgt und dann leicht ansteigt.
Aus diesem Ergebnis werden sowohl die Charakteristika der Bindungsstärke als auch die magnetischen Charakteristika durch Einstellen der Dicke der zwischen dem Seltenerd-Magneten und der Titanlegierung gebildeten Diffusionsschicht in einen Bereich von 0,04–6,0%, vorzugsweise 0,2–1,0%, basierend auf der Dicke des Seltenerd-Magneten, fast zufrieden stellend.
8 [Diskussion]
8-1 Fall, in dem das Material mit hoher spezifischer Festigkeit eine Titanlegierung (SAT64) ist
In dem Fall, dass ein Seltenerd-Magnet und eine Titanlegierung (SAT64) durch HIP-Behandlung direkt miteinander verbunden werden, wurde in der entmagnetisierenden Kurve eine Biegung gefunden und der HK-Wert nahm ab und das Maximum-Energieprodukt (BH)max nahm leicht ab. Als ein Ergebnis der Struktur-Beobachtung mit einem Kerr-Mikroskop haben Kristallkörner kein magnetisches Muster in einem Bereich, der ungefähr 10 μm von der Verbindungsgrenzfläche zu dem Magneten hin entfernt ist, weil er von der Hauptphase verschieden ist. Daher wird in Erwägung gezogen, dass die rechtwinklige Eigenschaft der entmagnetisierenden Kurve gemildert wurde, weil eine geringe Koerzitivkraft der magnetischen Phase in der Nachbarschaft der Bindungsgrenzfläche gebildet wurde.
Der Wert iHc unter den magnetischen Charakteristika wurde durch Durchführen einer HIP-Behandlung mit einem Dazwischenlegen von jeweils Zwischenelementen von Ta, Mo und W zwischen einem Seltenerd-Magneten und einer Titanlegierung (SAT64) leicht auf 1–1,5 kOe reduziert. Es wird angenommen, dass dies durch die Wärmehistorie während der HIP-Behandlung verursacht wurde. Mit Bezug zu dieser Reduktion können die Charakteristika durch eine Wiederherstellungsbehandlung von iHc durch erneutes Erwärmen und Abkühlen verbessert werden.
In dem Fall, dass Tantal als Zwischenelement eingesetzt wird, verringert sich der Hk-Wert verglichen mit dem Fall, dass Molybdän und Wolfram als Zwischenelemente eingesetzt werden, ein wenig mehr. Dies wird erachtet, damit übereinzustimmen, dass Tantal dazu tendiert, mehr als Molybdän und Wolfram in einen Nd-Fe-B-Magneten zu diffundieren.
Unter dem Gesichtspunkt des Vermeidens der Verschlechterung der magnetischen Charakteristika ist es effektiv, jedes der vorgenannten Zwischenelemente zwischen einen Nd-Fe-B-Magneten und eine Titanlegierung anzuordnen. Von drei Arten der Zwischenelemente sind W und Mo besonders gut. Andererseits ist Molybdän im Hinblick auf die Här te des Zwischenelements, d.h. die Bindungseigenschaft basierend auf der Deformationsfähigkeit und gegenseitigen Diffusion, am besten.
Die Bindungsstärke verringert sich leicht mit einem Dazwischenlegen eines Zwischenelements, ist aber größer als die Bindungsstärke aufgrund einer konventionellen Epoxyverbindung. Daher treten praktische Probleme nicht auf.
8-2 Fall, in dem das Material mit hoher spezifischer Festigkeit Inconel ist (MA718)
Die Bindungsstärke war in dem Fall, dass ein Seltenerd-Magnet und Inconel (MA718) durch HIP-Behandlung direkt miteinander verbunden wurden, höher als die in dem Fall, dass eine Titanlegierung und eine superplastische Titanlegierung direkt miteinander verbunden wurden. Andererseits war die Bindungsstärke in dem Fall, dass das Verbinden mit einem Dazwischenlegen eines Zwischenelements durchgeführt wurde, geringfügig geringer als die Bindungsstärke in dem Fall, dass eine Titanlegierung und eine superplastische Titanlegierung eingesetzt wurden. Andererseits ist diese größer als die Bindungsstärke aufgrund einer herkömmlichen Epoxyverbindung und daher treten keine praktischen Probleme auf.
Als Zusammenfassung des Vorstehenden wird es möglich, ein monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials zu erhalten, das in seiner Bindungsstärke und seinen magnetischen Charakteristika überlegen ist, durch Anordnen einer dünnen Schicht eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt als Zwischenelement zwischen einen Seltenerd-Magneten und einem Material mit hoher spezifischer Festigkeit während des Verbindens hiervon durch Einstellen der Bindungstemperatur auf 650–1100 Grad C und durch Durchführen einer HIP-Behandlung, während der es für eine konstante Zeit unter einem gewissen vorbestimmten Druck gehalten wird.
Des Weiteren wird es in dem Fall, dass ein Seltenerd-Magnet und ein Material mit hoher spezifischer Festigkeit ohne Anordnung eines Zwischenelements dazwischen direkt miteinander verbunden werden, möglich, ein monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials zu erhalten, das in seiner Bindungsstärke und seinen magnetischen Charakteristika überlegen ist, durch Einstellen der Bindungstemperatur auf 650–850 Grad C, besonders bevorzugt 700–800 Grad C, und durch Durchführen einer HIP-Behandlung, während es für eine konstante Zeit unter einem gewissen vorbestimmten Druck gehalten wird. Insbesondere ist eine superplastische Titanlegierung als Material mit hoher spezifischer Zähigkeit bevorzugt.
Gemäß einem monolithisch verbundenen Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials sowie einem Verfahren zum Verbinden derselben gemäß der vorliegenden Erfindung werden sowohl die Charakteristika der Bindungsstärke als auch die magnetischen Charakteristika gut aufrechterhalten, wenn ein Seltenerd-Magnet und ein Legierungsmaterial mit einer hohen spezifischen Festigkeit zusammen verbunden werden. Daher wird die Diffusion des Legierungsmaterials mit hoher spezifischer Festigkeit zu der Seite des Seltenerd-Magneten unterdrückt und eine Reaktionsschicht wird auf der Bindungsoberfläche gebildet. Daher wird es möglich, ein Rotorelementmetall eines solchen Rotors und einem Seltenerd-Magneten fest miteinander monolithisch zu verbinden, ohne Verringern der inhärenten magnetischen Charakteristika des Seltenerd-Magneten.
Daher wird es möglich, das Risiko einer Deformation oder eines Bruchs des Seltenerd-Magneten zu eliminieren, selbst wenn sich die Zentrifugalkraft, welche auf einen Rotor einwirkt, durch die Geschwindigkeitserhöhung oder den Anstieg an Kapazität der elektrischen Maschinen und dergleichen, erhöht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorgenannte Reaktionsschicht zwischen dem Seltenerd-Magneten und dem Legierungsmaterial mit hoher spezifischer Stärke durch Anordnen eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt als Zwischenelement zwischen dem Seltenerd-Magneten und dem Legierungsmaterial mit hoher spezifischer Festigkeit gebildet. Ferner werden Hohlräume zusammenpressend gebrochen und daher wird es möglich, ein monolithisch verbundenes Element zu erhalten, das wenig Bindungsdefekte und eine hohe Stärke aufweist und kompakt ist, und, den Seltenerd-Magneten selbst, der in seiner Art ein sprödes Material ist, mit Bezug zu der Stärke und Festigkeit zu verbessern.
Insbesondere in dem Fall, dass eine superplastische Titanlegierung als Legierungsmaterial mit hoher spezifischer Festigkeit eingesetzt wird, werden sowohl die Charakteristika der Bindungsstärke als auch die magnetische Charakteristika befriedigt und diese kann mit einem Magneten ohne Anordnung eines Zwischenelements dazwischen verbunden werden durch Einstellen der Dicke der zwischen dem Seltenerd-Magneten und der superplastischen Titanlegierung gebildeten Diffusionsschicht in einen Bereich zwischen 0,04–6,0%, vorzugsweise 0,2–1,0%, basierend auf der Dicke des Seltenerd-Magneten.
Ferner wird das Komposit-Material eines Seltenerd-Magneten und eines Legierungsmaterials mit hoher spezifischer Festigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich Biegefestigkeit, Verdrehfestigkeit, Steifigkeit und Korrosionswiderstand stark verbessert und es wird möglich, die Magnetseite basierend auf der Theorie des Schrumpfsitzes durch Einsatz eines Metalls, das hinsichtlich des thermischen Expansionskoeffizienten größer ist als der Magnet, mit spezifischer Druckbeanspruchung bereitzustellen.
Durch Einsatz einer heiß isostatischen Verpressbehandlung (HIP-Behandlung) als Mittel zum monolithischen Verbinden eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials kann das Festphasen-Diffusionsschweißen einer Vielzahl an strukturellen Metallelementen, welche einen Rotor konstituieren, unter der Bedingung, dass der Magnet eingebaut ist, gleichzeitig durch eine Behandlung durchgeführt werden. Während des monolithischen Verbindens, wo der Magnet eingebaut wird, wird es ferner möglich, darin einen nackten Magneten an sich ohne einen Beschichtungsfilm einzubauen, weil ein Seltenerd-Magnet im Vakuum abgedichtet wird. Ferner wird der Magnet keine durch Oxidation verursachte Schädigung aufweisen, selbst wenn der Rotor bei Gebrauch für eine lange Zeit durch Hitzebildung oder dergleichen einer hohen Temperatur ausgesetzt ist.
Durch Durchführen der vorgenannten HIP-Behandlung wird die Bindungsstärke des Magneten und des Legierungsmaterials verglichen mit den herkömmlichen Verbindungsverfahren bemerkenswert erhöht ungeachtet, ob ein Zwischenelement dazwischen angeordnet wird oder nicht. Insbesondere, wenn eine superplastische Titanlegierung als Legierungsmaterial eingesetzt wird, wird es möglich, die Bindungsstärke zu maximieren.
Die Diffusion der Titanlegierungskomponente zu der Magnet-Seite durch die HIP-Behandlung beträgt eine sehr kleine Menge, selbst wenn eine superplastische Titanlegierung bei einer geringen Temperatur von 650–850 Grad C ohne eine Anordnung eines Zwischenelements dazwischen verbunden wird. Wenn ein Zwischenelement dazwischen angeordnet wird, tritt Diffusion zu jeder der Titanlegierungs- und den Magnetseiten fast nicht auf. Daher wird es möglich, die Bindungsstärke hiervon mit der Seltenerd-Magnetseite aufrechtzuerhalten, ungeachtet, ob ein Zwischenelement vorliegt oder nicht.
Insbesondere stellt diese eine Verbindungsstruktur und ein Verbindungsverfahren bereit, welche fähig sind, einen Seltenerd-Magneten mit einem anderen Metallelement zu vereinigen, um eine hohe Stärke aufzuweisen, ohne Abnahme der magnetischen Charakteristika, selbst bei einer hohen Bindungstemperatur, so dass die Unzureichendheit des Seltenerd-Magneten hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit, Stärke und dergleichen kompensiert wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie zuvor erwähnt ist ein monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung fähig, die Bindungseigenschaft eines Rotorbauelementmetalls, beispielsweise einer elektrischen Maschine und eines Seltenerd-Magneten, zu verstärken. Daher ist es geeignet, dieses bei der Herstellung eines in einem permanentmagnetischen Hochgeschwindigkeitsgenerator oder einer elektrischen Maschine eingesetzten Rotors anzuwenden. Dieses ist allerdings nicht auf solche Beispiele begrenzt, sondern kann ebenfalls als superschneller Spindelmotor oder mechanisches Betriebsteil einer Schalteinrichtung für ein Isolierteil eines Unterbrechers und eines Direktstromunterbrechers, neben einem kompakten Hochgeschwindigkeitsgenerator unter Einsatz einer Gasturbine, eines niedrig drehenden Dynamos eines Kraft-Wärme-Kopplungs-Generators und dergleichen, eingesetzt werden.
Ferner kann dieses für Anwendungsgebiete zum Einsatz eines Seltenerd-Magneten bei der Herstellung eines elektrischen Schwungrad-Stromspeichersystems, eines Wasserfahrzeugs, eines chemischen Anlagensystems, einer Flüssigkeitspumpe, einer Hochgeschwindigkeitsschneidemaschine und dergleichen angewendet werden.

Claims

Monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines anderen Elements aus Metall, wobei der Seltenerd-Magnet (2) und das andere Element durch eine erste Diffusionsschicht, die durch Festphasendiffusionsbinden mittels einer heißisostatischen Preßbehandlung gebildet ist, monolithisch miteinander verbunden sind, wobei die erste Diffusionsschicht zwischen dem Seltenerd-Magneten (2) und dem anderen Element ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element (a) ein Metall mit hohem Schmelzpunkt ist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tantal, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Neodym, Zirkonium und Hafnium, oder (b) ein erstes Legierungsmaterial (3, 4) mit hoher spezifischer Festigkeit ist, welches eine superplastische Titanlegierung ist, und, dass das Konstrukt des weiteren umfasst: ein zweites Material (3, 4, 22) mit hoher spezifischer Festigkeit, welches ausgewählt ist aus Titanlegierungen (22), superplastischen Titanlegierungen, auf Nickel basierenden Legierungen, Stählen mit hohem Mangangehalt, Siliziumstählen, Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt, niedriglegierten Stählen, rostfreien Austenit-Stählen, rostfreien Ferrit-Stählen, rostfreien Martensit-Stählen, martensitaushärtendem Stahl sowie Permalloy, und, dass eine zweite Diffusionsschicht zwischen dem anderen Element und dem zweiten Material (3, 4, 22) mit hoher spezifischer Festigkeit ausgebildet ist, wobei das andere Element und das zweite Material (3, 4, 22) mit hoher spezifischer Festigkeit durch die zweite Diffusionsschicht, die durch durch Festphasendiffusionsbinden mittels einer heißisostatischen Preßbehandlung gebildet ist, monolithisch miteinander verbunden sind und, wobei das andere Element in Form einer dünnen Schicht als Zwischenelement angeordnet zwischen dem Seltenerd-Magneten (2) und dem zweiten Material (3, 4, 22) mit hoher spezifischer Festigkeit vorliegt.
Monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element das Metall (7) mit hohem Schmelzpunkt ist.
Monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element das erste Legierungsmaterial (3, 4) mit hoher spezifischer Festigkeit ist.
Monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement eine Dicke zwischen 2 und 200 μm aufweist.
Monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zwischen dem Seltenerden-Magneten (2) und dem ersten Legierungsmetall (3, 4) mit hoher spezifischer Festigkeit gebildeten ersten Diffusionsschicht so eingestellt ist, um, bezogen auf die Dicke des Seltenerd-Magneten (2), in einem Bereich zwischen 0,2 und 1,0% zu liegen.
Monolithisch verbundenes Konstrukt eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Seltenerd-Magnet (2) ausgewählt ist aus Nd-Fe-B-Magneten, Pr-Fe-B-Magneten und Sm-Co-Magneten.
Verfahren zum monolithischen Verbinden eines Seltenerd-Magneten und eines anderen Elements aus Metall umfassend die Schritte: (a) Kontaktieren eines Seltenerd-Magneten (2) mit einem anderen Element, um ein Laminat (20) zu bilden, b) Platzieren des Laminats (20) in einen Hochdruckbehälter vom hermetischen Typ mit einem inneren Wandteil ausgestattet mit einem Erhitzer (12) sowie c) Unterwerfen des Laminats (20) einer heißisostatischen Pressbehandlung, in welcher das Laminat in allen Richtungen gleichförmig durch einen durch Druck und Temperatur verursachten synergistischen Effekt unter Druck gesetzt wird, während das Laminat (20) für eine gewisse Zeitspanne unter einer gewissen Druck- und Temperaturbedingung in einer Atmosphäre von Inertgas gehalten wird, um das Laminat (20) monolithisch zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element ausgewählt ist, ein (a) Metall (7) mit hohem Schmelzpunkt zu sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tantal, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Neodym, Zirkonium und Hafnium, oder (b) ein erstes Material (3, 4) mit hoher spezifischer Festigkeit zu sein, welches eine superplastische Titanlegierung ist, und, dass das andere Element in Form einer dünnen Schicht (7) als ein Zwischenelement zwischen einem Seltenerd-Magneten (2) und einem zweiten Legierungsmaterial (3, 4, 22) mit hoher spezifischer Festigkeit angeordnet ist, um dadurch das Laminat (20) zu bilden, wobei das zweite Legierungsmaterial (3, 4, 22) mit hoher spezifischer Festigkeit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titanlegierungen (22), superplastischen Titanlegierungen, auf Nickel basierenden Legierun gen, Stählen mit hohem Mangangehalt, Siliziumstählen, Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt, niedriglegierten Stählen, rostfreien Austenit-Stählen, rostfreien Ferrit-Stählen, rostfreien Martensitstählen, martensitaushärtendem Stahl sowie Permalloy.
Verfahren zum monolithischen Verbinden eines Seltenerd-Magneten (2) und eines Metallmaterials nach Anspruch 7, wobei die Temperaturbedingung für das Verbinden bei der heißisostatischen Pressbehandlung auf 650–1100°C eingestellt wird, die Verpressbedingung auf 50–300 MPa eingestellt wird und die Haltezeit auf 0,5–10,0 Stunden eingestellt wird.
Verfahren zum monolithischen Verbinden eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element das erste Material (3, 4,) mit hoher spezifischer Festigkeit ist, und, dass der Schritt (c) durchgeführt wird, während in einer Atmosphäre aus Inertgas die Temperaturbedingung für das Verbinden auf 650–850°C eingestellt wird, die Verpressbedingung auf 50–300 MPa eingestellt wird, wobei die Haltezeit auf 0,5–10,0 Stunden eingestellt wird, um dadurch das Laminat (20) monolithisch zu verbinden.
Verfahren zum monolithischen Verbinden eines Seltenerd-Magneten und eines Metallmaterials nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Seltenerd-Magnet ausgewählt ist aus Nd-Fe-B-Magneten, Pr-Fe-B-Magneten und Sm-Co-Magneten.