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Verfahren zur Herstellung magnetisch anisotroper, permanenter Magnete
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung magnetisch anisotroper,
permanenter Magnete, (i. 11. -Magnete, derep Werte für (BH)"." die lZemanenz 13,
und die Koerzitivkraft fI, in einer bestimmten Richtung (Vorzugsrichtung) größer
als die in diesem Fall in anderen Richtungen erzielbaren sind.
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Derartige :Magnete können in der Vorzugsrichtung ein (BH)"",, von
mehr als 2,5 X tos aufweisen, das den höchsten Wert übersteigt, der zuvor mit isotropen
Magneten erzielbar war, d. h. Magneten, deren erzielbare Werte für das (BH)""",
die Remanenz und die Koerzitivkraft praktisch in allen Richtungen gleich sind.
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Bisher bestanden die in der Praxis verwendeten anisotropen Magnete
aus Legierungen, die Fe, Ni, A1 und Co enthalten, mit den üblichen unvermeidlichen
Verunreinigungen und mit oder ohne zusätzlichen Elementen, wie im wesentlichen Cu
und Ti. Um die Anisotropieeigenschaft zu erzielen, werden die Legierungen während
der Abkühlung von einer Temperatur oberhalb des Curiepunktes dem Einfluß eines Magnetfeldes
unterworfen.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren besteht darin, daß eine
30 bis etwa 42% Co, etwa 7 bis 20% Ni, etwa 5 bis i i % Al, 2 bis etwa io% Ti und,
wenn vorhanden, bis zu io% Cu, Rest Fe und Verunreinigungen und gegebenenfalls weitere
Zusätze enthaltende Legierung der Wirkung eines Magnetfeldes während Abkühlung von
einer den Curiepunkt der Legierung übersteigenden Temperatur bis zu einer diesen
Punkt um wenigstens ioo° C unterschreitenden Temperatur unterworfen wird, und zwar
derart, daß nach Anlassen und endgültiger NZagnetisierung des Magnetkörpers in einer
der Richtung des Magnetfeldes während der
erwähnten Abkühiung_ wenigstens
nahezu entsprechenden Richtung ein Magnet entsteht, der in dieser Vorzugsrichtung
neben einem (BH).""-Wert von wenigstens 2,5 X toe eine Koerzitivkraft von wenigstens
750 Oersted hat. Die Koerzitivkraft wird meistens 80o Oersted übersteigen
und kann bis 1200 Oersted betragen. Die Remanenz ist wenigstens 7ooo Gauß, in weitaus
den meisten Fällen sogar mehr als 8ooo Gauß. Mit Rücksicht auf die hohe Koerzitidkraft
darf im allgemeinen nicht erwartet werden, daß die Remanenz 1o ooo Gauß übersteigen
wird.
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Unter den vorerwähnten Zusätzen versteht man Elemente oder Kombinationen
derselben, deren Zusetzung eine Verbesserung der Verarbeitung der verwendeten Legierung,
der optimalen Kühlgeschwindigkeit während der. Härtung oder der mechanischen oder
der magnetischen Eigenschaften bezweckt. Solche Elemente- sollen nur in kleinen
Mengen bis zu einigen Prozenten, im allgemeinen nicht mehr als 2%, zugesetzt werden,
da sonst das erzielte Sonderergebnis auf Kosten der übrigen Eigenschaften geht.
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In Zusammenhang mit dem Obenstehenden wird es einleuchten, daß das
Kennzeichen der mit der --Erfintiung--erzielten Wirkung in-der Erzielung sehr hoher
Koerzitivkräfte bei einem günstigen (BH)"." und sogar bei einer günstigen Remanenz
besteht, so daß der Apparatetechnik ein neues Material besonderer Eigenschaften
zur Verfügung steht. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn die von der Koerzitivkraft
bedingte Länge des Magnets mit Rücksicht auf die erwünschte Bemessung des zu bauenden
Gerätes, in dem der Magnet angewendet werden soll, eine ausschlaggebende Rolle spielt,
z. B. bei Motoren, Dynamos, Lautsprechern, Meßgeräten usw. Auf diese Weise ist es
z. B. möglich, Radioempfangsgeräte mit Lautsprechern zu bauen, die in die Tasche
gesteckt werden können. Infolge der Tatsache, daß in diesem-Fall .die Höhe des zu
verwendenden, ringförmigen Magnets nur 8 mm sein kann, braucht die Bemessung eines
solchen Gerätes nicht größer als diejenige einer Brieftasche zu sein. Auch zur Verwendung
in Lautsprechern beim Einbau in Fernsehempfangsgeräte, bei denen die Tiefe des zur
Anordnung von Lautsprechern geeigneten und zur Verfügung stehenden Raumes neben
dem Projektionsschirm die Größenordnung von einigen Zentimetern hat, sind die erfindungsgemäß
hergestellten Magnete besonders vorteilhaft. In einem solchen Fall braucht-die Höhe
des Magnets nur 14,5 mm zu sein.
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Die bei Anwendung der Erfindung verwendeten Legierungen können auf
verschiedene Weise erzielt werden, nämlich' durch Schmelzen der Bestandteile und
Ausgießen der geschmolzenen Legierung oder durch Sintern pulverförmiger Gemische
der zusammensetzenden Elemente oder Legierungen derselben.
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In bezug auf die Zusammensetzung der Legierung sei bemerkt, daß diese
,sich dadurch von den bisher benutzten Legierungen zur Herstellung von anisotropen
genannten Magneten unterscheidet, daß ein Co-Gehalt von mehr als 30% zusammen mit
einem Titangehalt von wenigstens 2- °/O angewendet wird.
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In diesem Zusammenhang kann bemerkt werden, daß, obwohl anisotrope
Legierungen, die bis zu 30% Co enthalten, wertvolle Eigenschaften aufweisen, in
der Praxis ein Kobaltgehalt in dem oben Teil dieses Bereiches wegen der hohen Kosten
des Kobalts nicht bevorzugt wurde.
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Was die Verwendung von Titan in anisotropen Magneten anbelangt, ist
es bekannt, daß dadurch die,- Koerzitivkraft verbessert wird, dies jedoch stets
auf Kosten des (BH) ...... und der Remanenz. Aus diesem Grunde werden
in der Praxis die meisten anisotropen Magneten ohne oder nur mit sehr kleinen Titanzusätzen
hergestellt und wurde in der Literatur 5% als die obere Grenze angegeben. Es wurde
gefunden, daß bei Anwendung eines Co-Gehalis von 3o bis etwa 42% mit geeigneter
Anpassung der anderen Legierungselemente der Titangehalt unter Beibehaltung eines
günstigen (BH),...,-Wertes von wenigstens 2,5 X 1o6 und einer günstigen Remanenz
bis auf etwa io% gesteigert werden kann; am günstigsten hat sich ein Titangehalt
von etwa 4 bis 8% erwiesen. Die Sonderkosten wegen des hohen Kobaltgehaltes werden
in diesem Falle durch die Möglichkeit ausgeglichen, einen Magneten mit einer bemerkenswerten
hohen Koerzitivkraft zu erhalten.
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Was den Nickelgehalt betrifft, so sei bemerkt, daß im allgemeinen
eine Erhöhung des Ni-Gehaltes eine Verbesserung der Koerzitivkraft auf Kostender
Remanenz ergibt. Erhöhung des Co-Gehaltes hingegen ergibt eine erhöhte Remanenz,
ohne daß dadurch die Koerzitivkraft beeinflußt wird.
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Die Verwendung von Kupfer ist nicht unbedingt erforderlich, und ein
Gehalt von mehr als 1o0/0 ist sogar schädlich. Es ist festgestellt worden, daß die
besten magnetischen Werte entstehen, wenn etwa 4% Cu zugesetzt wird.
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Der AI-Gehalt soll, wie üblich, den Gehalten der übrigen Bestandteile
angepaßt sein.
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Zur Erzielung optimaler, magnetischer Eigenschaften ist es erwünscht,
daß der Magnetkörper von einer Temperatur von etwa 1225° C bis auf etwa 60o° C mit
einer mittleren Geschwindigkeit von 3 bis.io° je Sekunde abkühlt entsprechend der
Zusammensetzung der Legierung; in der Art und Weise der weiteren Abkühlung bis auf
Zimmertemperatur ist man dann frei. Während dieser Abkühlung, die entweder unmittelbar
nach Bildung des Magnetkörpers durch Gießen oder Sintern oder nach Abkühlung bis
auf Zimmertemperatur und erneuter Aufheizung bis zu etwa I225' C erfolgt, wird das
bereits vorerwähnte Magnetfeld angelegt. Die Stärke dieses Feldes beträgt vorzugsweise
wenigstens iooo Gauß. Nach der Wärmebehandlung muß der Magnet noch angelassen werden;
was auf in der Technik bereits angewendete Weise er-'folgen kann. Das. Anlassen
kann gewünschtenfalls sofort -nach der vorerwähnten Abkühlung .erfolgen.
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Es leuchtet ein, daß angesichts der Tatsache, daB es sich im vorliegenden
Fall um aus wenigstens
fünf Elementen aufgebaute Legierungen hand.-1t,
nicht angegeben werden kann, welche Prozentsätze der Legierungsbestandteile des
erwähnten Gebietes nicht miteinander kombiniert werden sollen, mit Rücksicht darauf,
daß sonst den gestellten Anforderungen in bezug auf die Mindestwerte der Koerzitivkraft
und des (BH)".., nicht entsprochen «erden kann.
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Auf Grund der vorgenannten Anweisungen für die zusammensetzenden Elemente
der Legierung und der Anweisungen für die Behandlung derselben wird der Fachmann
jedoch stets für jeden vorkommenden Fall eine solche Wahl aus den verschiedenen
:Möglichkeiten treffen können, daß ein zuvor festgesetztes, erwünschtes Ergebnis
erzielt wird; dabei ist zu berücksichtigen, daß die maximal erzielbaren Werte für
die Koerzitivkraft nicht zusammen mit den maximal erzielbaren Werten für die Remanenz
auftreten. Die Anforderung, die in jedem vorkommenden Fall gestellt werden darf,
ist, daß die Koerzitivkraft wenigstens etwa 750 Oersted bei einem (BH)"",
von wenigstens 2,5 X 10" sein soll. Die genannten höchsten und niedrigsten Grenzen
für die Legierungselemente sollen in diesem Zusammenhang verstanden werden.
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Als Beispiel eines erfindungsgemäß durchgeführten Verfahrens sei erwähnt,
daß ein Magnetkörper aus einer 34% Co, 15% Ni, 7,20% Al, 5,1% Ti, 4% Cu, Rest Fe
mit Verunreinigungen enthaltenden Legierung durch Gießen hergestellt wird; anschließend
wird entweder sofort nach dem Gießen oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur
und erneuter Auf'heizung bis zu i225° C von dieser Temperatur bis auf etwa 60o°
C in 5 Minuten abgekühlt und der Magnetkörper während der Abkühlungsperiode einem
Magnetfeld von 2ooo Gauß ausgesetzt. Darauf wird der Magnetkörper angelassen, indem
er nacheinander auf den folgenden Temperaturen und Zeiten gehalten wird:
670'C
= 3 Min., 66o° C = 5 Min., 65o° C = io Min., 64o° C = 15 Min., 62o°
C = 2o Min., 60o° C = 30 Min., 56o° C = 6o Min., 52o° C = 120 Min., 50o°
C = 18o Min.
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Nach endgültiger Magnetisierung in der Vorzugsrichtung in einem Magnetfeld
von 5ooo Gauß sind die magnetischen Eigenschaften folgende: B, = 880o Gauß,
H, = io8o Oersted und (BH)".".. = 3,46 x Zoo.
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Andere Ausführungsbeispiele der verwendeten Legierungen und die damit
erzielten Ergebnisse sind folgende:
| Fe =- (B H),"#, |
| Co Ni Ti A1 Cu Verunreinigungen B, H@ 1o-6 |
| 32 15 5,1 7,7 o Rest 9500 756 3 |
| 32 15 6,6 7,5 o Rest 8070 76o 2,56 |
| 34 15 552 7,05 4 Rest 855o 105o 3,4 |
| 34 15 5,77 7,04 4 Rest 835o io8o 3,5 |
| 34 17 3 8,5 4 Rest 835o 845 2,6 |
| 35 16 8 6,75 0 Rest 7650 940 2,6 |
| 35 18 6,5 7,23 o Rest Soso 78o 2,6 |
| 36 il 5,1 7 4 Rest 995o 925 4,1 |
| 36 1i 6,o 7,5 4 Rest 825o gio 3,2 |
| 36 7 , 8 6 4 Rest 845o 752 2,5 |
| 36 15 5,1 7,2 4 Rest 8500 114o 3,5 |
| 36 15 6,6 7,5 o Rest 796o 8o4 2,6 |
| 36 13 6 6,75 8 Rest 8000 80o 2,6 |
| 38 13 5,1 7,24 4 Rest 9300 900 3,3 |
| 40 13 6,o 7,23 4 Rest 863o 944 3,24 |