DE823630C

DE823630C - Process for the production of magnetically anisotropic, permanent magnets

Info

Publication number: DE823630C
Application number: DEP26469A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Johannes Meerka Embden; Johannes Flipse; Bertholomeus Haes
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1947-07-25
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1952-01-24

Description

Verfahren zur Herstellung magnetisch anisotroper, permanenter Magnete Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung magnetisch anisotroper, permanenter Magnete, d. h. Magnete, deren Werte für (BH)."", die Remanenz B, und die Koerzitivkraft H, in einer bestimmten Richtung (Vorzugsrichtung) größer sind als die in diesem Fall in anderen Richtungen erzielbaren Werte.Process for the production of magnetically anisotropic, permanent magnets The invention relates to a method for producing magnetically anisotropic, permanent magnets, d. H. Magnets whose values for (BH). "", The remanence B, and the coercive force H, are greater in a certain direction (preferred direction) than the values achievable in other directions in this case.

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.Such magnets can have a (BH) "" "of more in the preferred direction than 2.5 X tos, which exceeds the highest value previously with isotropic Magnet was achievable, d. H. Magnets whose achievable values for the (BH) ".", the remanence and the coercive force are practically the same in all directions.

Bisher bestanden die in der Praxis verwendeten anisotropen Magnete aus Legierungen, die Fe, Ni, Al 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 einer Wärmebehandlung, vorzugsweise während der zur Härtung erforderlichen Abkühlung von einer Temperatur oberhalb des Curiepunktes dem Einfluß eines Magnetfeldes unterworfen.So far, the anisotropic magnets used in practice existed from alloys containing Fe, Ni, Al and Co with the usual, inevitable Impurities and with or without additional elements, such as essentially Cu and Ti. In order to achieve the anisotropy property, the alloys are used during a heat treatment, preferably during the cooling required for hardening from a temperature above the Curie point subjected to the influence of a magnetic field.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß eine etwa 26 % bis zu 30 % Co, etwa 8 % bis zu 20 % Ni, etwa 5 % bis i i % Al, 5 % bis etwa io % Ti und, wenn vorhanden, bis zu 8 % Cu, Rest Eisen und Verunreinigungen und gegebenenfalls weitere Zusätze enthaltende Legierung der Wirkung eines Magnetfeldes während der Abkühlung von einer den Curieputikt der Legierung übersteigenden Temperatur bis zu einer diesen Punkt um wenigstens ioo° C unterschreitenden Temperatur unter--,vorfen wird, und zwar derart, daß nach Anlassen und endgültiger Magnetisierung des Magnetkörpers in einer der Richtung des Magnetfeldes während der erwähnten Abkühlung wenigstens nahezu entsprechenden Richtung ein Magnet entsteht, der in dieser Vorzugsrichtung neben einem (BH)"""-Wert von wenigstens 2,5 X los eine Koerzitivkraft von wenigstens 750 Orsted hat. Die Koerzitivkraft wird meistens 8oo Orsted übersteigen und kann bis 1200 Orsted betragen. Die Reinatienz ist wenigstens 7ooo Gauß und in den meisten Fällen sogar mehr als 8oo0 Gauß. Mit Rücksicht auf die hohe Koerzitivkraft darf im allgemeinen nicht erwartet werden, daß die Remanenz 85oo Gauß übersteigen wird. ' 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 0/0. zugesetzt werden, da sonst das erzielte Sonderergebnis auf Kosten der übrigen Eigenschaften geht.The method of the invention is that about 26% up to 30% Co, about 8% up to 20% Ni, about 5% to ii% Al, 5% to about 10% Ti and, if present, up to 8% Cu, remainder iron and impurities and possibly other additives containing alloy of the effect of a magnetic field during the cooling from a temperature exceeding the Curieputict of the alloy to a temperature falling below this point by at least 100 ° C in such a way that after the annealing and final magnetization of the magnetic body in one of the direction of the magnetic field during the cooling mentioned, a magnet is created which, in this preferred direction, has a (BH) "" value of at least 2.5 X los a Has a coercive force of at least 750 Orsted. The coercive force will mostly exceed 8oo Orsted and can be up to 1200 Orsted. The purity is at least 7,000 Gauss and in most cases so even more than 8,000 Gauss. In view of the high coercive force, it must generally not be expected that the remanence will exceed 8500 Gauss. The aforementioned additives are understood to mean elements or combinations thereof, the addition of which is intended to improve the processing of the alloy used, the optimal cooling rate during hardening or the mechanical or magnetic properties. Such elements should only be used in small amounts up to a few percent, generally not more than 2%. be added, otherwise the special result achieved is at the expense of the other properties.

In Zusammenhang mit dem Vorstehenden wird es einleuchten, daß das Kennzeichen der mit der Erfindung erzielten Wirkung in der Erzielung sehr hoher Koerzitivkräfte bei einem günstigen (BH)""., und sogar bei einer günstigen Remanetiz besteht, so daß der Apparatetechnik ein neues Material besonderer Eigenschaften zur Verfügung steht. Dies ist vor allem wichtig, wenn die von der Koerzitivkraft bedingte Länge des Magnets mit Rücksicht auf die gewünschte Bemessung des zu bauenden Gerätes, in dem der =Magnet angewendet werden soll, eine ausschlaggebende Rolle spielt, z. B. bei -Totoren, Dynamos, Lautsprechern, Meßgeräten usw. Auf diese Weise ist es 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 Magneten nur 8 tnm sein kann, braucht die Bemessung eines solchen Gerätes nicht größer als diejenige einer Brieftasche zu sein. Auch zur Verwendung in Lautsprechern beim E,inbau in Fernsehempfangsgeräte, bei denen die Tiefe des zur Anl>ringung von Lautsprechern geeigneten und zur Verfügung stehenden Raumes neben dem Projektionsschirm die Größenordnung von einigen Zentiinetern hat, sind die gemäß der Erfindung hergestellten -Magnete besonders vorteilhaft. In einem solchen Fall braucht die Höhe des --Magneten nur 14,5 mm zu sein.In connection with the foregoing, it will be evident that the Characteristics of the effect achieved with the invention in the achievement of very high levels Coercive forces with a cheap (BH) ""., And even with a cheap Remanetiz exists, so that the apparatus technology a new material with special properties is available. This is especially important when dealing with the coercive force Conditional length of the magnet with regard to the desired dimensioning of the one to be built The device in which the magnet is to be used plays a decisive role plays, e.g. B. in engines, dynamos, loudspeakers, measuring devices, etc. In this way it is possible to build radio receivers with speakers that go into your pocket can be plugged. As a result of the fact that in this case the amount of to using ring-shaped magnets can only be 8 tnm, the dimensioning of a such a device should not be larger than that of a wallet. Also for use in loudspeakers in the E, inbau in television receivers, where the depth of the Suitable and available space for connecting loudspeakers next to the projection screen is on the order of a few centi-inches the magnets produced according to the invention are particularly advantageous. In such a Case, the height of the magnet only needs to be 14.5 mm.

Die bei Anwendung der Erfindung verwendeten Legierungen können auf verschiedene Weise erzeugt werden, nämlich durch Schmelzen der Bestandteile und Ausgießen der geschmolzenen Legierung oder durch Sintern pulverförmiger Gemische der ztisammensetzenden Elemente ()der Legierungen derselben.The alloys used in practicing the invention can be based on can be produced in various ways, namely by melting the components and Pouring the molten alloy or by sintering powdery mixtures of the constituent elements () of the alloys of the same.

In bezug auf die Zusammensetzung der bei der Erfindung verwendeten Legierungen sei bemerkt, daß diese sich von den bisher für die Herstellung von permanenten anisotropen 'Magneten benutzten Legierungen durch die Anwendung eines hohen Co-Gehaltes zusammen finit einem relativ hohem Ti-Gehalt unterscheiden.With respect to the composition, those used in the invention It should be noted that these are different from those previously used for the manufacture of permanent alloys Anisotropic magnets use alloys due to the application of a high Co content together finitely differentiate a relatively high Ti content.

In diesem Zusammenhang kann bemerkt werden, daß, obwohl anisotrope Legierungen, die bis zu 30% Co enthalten. sich als sehr wertvoll erwiesen haben, in der Praxis ein Kobaltgelialt in dem oberen Teil dieses Bereiches wegen der hohen Kosten des Kobalts nicht bevorzugt wurde.In this context it can be noted that, although anisotropic Alloys that contain up to 30% Co. have proven to be very valuable in practice a cobalt gel in the upper part of this area because of the high Cost of cobalt was not preferred.

Was die AtiNvendung \-on "Titan in anisotropen Magneten anbelangt, ist es bekannt, claß dadurch die Koerritivkraft verbessert wird, dies jedoch stets auf Kosten des und der Remanenz. Aus diesem Grunde werden in der Praxis die meisten anisotropen Magnete ohne oder nur mit sehr kleinen Ti-Zusätzen hergestellt; es wurde in der Literatur 5 % als die obere Grenze angegeben. Es wurde gefunden, daß bei Anwendung eines Co-Gehaltes von 26 % bis zu 30 % tritt geeigneter Anpassung der anderen Legierungselemente der Titangehalt unter Beibehaltung eines günstigen (13H)"""-\Vertes und einer hohen Koerzitivkraft älter 5 % gesteigert werden kann; am günstigsten hat sich ein Titangehalt von 5,1 bis 8 0!o erwiesen. Die Sonderkosten wegen des hohen Kobahgehaltes werden in diesem Falle durch die Möglichkeit wettgemacht, einen Magneten mit einer bemerkenswerten hohen Koerzitivkraft zu erzeugen.As far as the use of "titanium" in anisotropic magnets is concerned, it is known that this improves the coercive force, but this always at the expense of and the remanence small additions of Ti are made; 5% was given as the upper limit in the literature. It has been found that when a Co content of 26% up to 30% is used, the other alloying elements are suitably adjusted to the titanium content while maintaining a favorable ( 13H) """- \ Vertes and a high coercive force older than 5% can be increased; A titanium content of 5.1 to 80% has proven to be the most favorable. The extra costs due to the high cobah content are offset in this case by the possibility of producing a magnet with a remarkably high coercive force.

Was den Nickelgehalt betrifft, sei bemerkt, daß im allgemeinen eine Erhöhung des Ni-Gehaltes eine Verbesserung der Koerzitivkraft auf Kosten der Remanenz ergibt.As for the nickel content, it should be noted that in general Increasing the Ni content improves the coercive force at the expense of remanence results.

Die Verwendung von Kupfer ist nicht unbedingt erforderlich und Gehalte von mehr als 8 % sind sogar schädlich. Es ist festgestellt worden, daß die besten magnetischen @-N'erte entstehen, wenn etwa d. 0/0 Cu zugesetzt wird.The use of copper is not essential and levels more than 8% are even harmful. It has been found to be the best Magnetic @ values arise when about d. 0/0 Cu is added.

Der :l-Gehalt soll. wie üblich, den Gehalten der übrigen Bestandteile angepaßt sein.The: l-content should. as usual, the contents of the other components be adjusted.

Zur Erzielung optimaler inagnetischer Eigenschaften ist es erwtinscht, claß der Magnetkörper von einer Temperatur von etwa t225' C bis auf etwa 6oo° C mit einer mittleren Geschwindigkeit von 3/a bis zu io° je Sekunde abkühlt, je nach der Zusammensetzung der Legierung. wonach man in der Art und @N'eise der weiteren Abkühlung bis auf Zimmertemperatur frei ist. \\'ährend dieser Abkühlung, die entweder unmittelbar nach Bildung des Magnetkörpers durch Gießen oder Sintern oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur und erneuter Aufhetzung bis zu etwa 1225'' C erfolgt, wird das bereits vorerwähnte Magnetfeld angelegt. Die Stärke dieses Feldes beträgt vorzugsweise wenigstens iooo Gauß. Nach der \\'ärtnebehandlung muß der 'Magnet noch angelassen werden, was auf in der Technik bereits angewendete Weise erfolgen kann, wie es z. B. in der britischen Patentschrift 522 731 beschrieben worden ist. Das Anlassen kann gewünschtenfalls sofort nach der vorerwähnten Abkühlung erfolgen.In order to achieve optimal inagnetic properties it is desirable The magnet body goes from a temperature of about t225 ° C to about 600 ° C cools at an average rate of 3 / a up to 10 ° per second, depending on the composition of the alloy. according to which one in the manner and @ N'eise the further Cooling down to room temperature is free. \\ 'uring this cool down, either immediately after the magnet body has been formed by casting or sintering or after cooling up to room temperature and renewed heating up to about 1225 ° C takes place applied the aforementioned magnetic field. The strength of this field is preferably at least iooo Gauss. After the treatment, the magnet has to be left on become, which can be done in a manner already used in the art, as z. B. British Patent 522,731 has been described. If desired, tempering can be carried out immediately after the aforementioned cooling.

Es leuchtet ein, daß angesichts der Tatsache, daß es sich im vorliegenden Fall um aus wenigstens fünf Elementen aufgebaute Legierungen handelt, 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 Minimumwerte der Koerzitivkraft und des (BH)""., nicht entsprochen werden kann.It stands to reason that given the fact that it is in the present In the case of alloys composed of at least five elements, not specified can be what percentages of alloy constituents of the mentioned area should not be combined with each other, with consideration that otherwise the requirements with regard to the minimum values of the coercive force and the (BH) ""., Cannot be met.

Auf Grund der vorgenannten Anweisungen für die Ausgangselemente der Legierung und der Anweisungen für die Behandlung derselben wird der Fachmann jedoch stets für jeden vorkommenden Fall eine solche Walil 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 7500rsted bei einem (BH).", von wenigstens 2,5 X los sein soll. Die genannten höchsten und niedrigsten Grenzen für die Legierungselemente sollen in diesem Zusammenhang verstanden werden.Based on the above instructions for the output elements of the However, those skilled in the art will understand alloy and the instructions for treating the same always one such walil from the various possibilities for every case that occurs be able to achieve a predetermined, desired result; It must be taken into account that the maximum achievable values for the coercive force do not occur together with the maximum achievable '' values for the remanence. The requirement that may be made in every case that occurs is that the Coercive force at least about 7500rsted at a (BH). ", Of at least 2.5X should be going on. The mentioned highest and lowest limits for the alloying elements should be understood in this context.

Als Beispiel eines erfindungsgemäß durchgeführten Verfahrens sei erwähnt, daß ein Magnetkörper aus einer 29,5 % CO, 16 % Ni, 5,1 % Ti, 7,7 % Al, 4')/o Cu, Rest Fe mit Verunreinigungen enthaltenden Legierung durch Gießen hergestellt wird und darauf entweder sofort nach dem Gießen oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur und erneuter Aufheizung bis zu i225° C von dieser Temperatur bis auf etwa 60o° C in 5 Minuten abgekühlt und während der Abkühlungsperiode einem Magnetfeld von 2ooo Gauß ausgesetzt wird. Darauf wird der Magnetkörper angelassen, indem er nacheinander auf den folgenden Temperaturen und Zeiten gehalten wird: 67o° C 3 Minuten, 66o° C 5 Minuten, 65o° C io Minuten, 64o° C 15 Minuten, 62o° C 20 Minuten, 60o° C 30 Minuten, 56o° C 6o Minuten, 520°C 120 Minuten, 5oo°C i80 Minuten.As an example of a method carried out according to the invention, it should be mentioned that a magnet body made of an alloy containing 29.5% CO, 16% Ni, 5.1% Ti, 7.7% Al, 4 ') / o Cu, the remainder Fe with impurities is carried out Casting is made and then either immediately after casting or after cooling to room temperature and re-heating up to 1225 ° C from this temperature to about 60o ° C in 5 minutes and exposed to a magnetic field of 2,000 Gauss during the cooling period. The magnet body is then tempered by holding it successively at the following temperatures and times: 67o ° C 3 minutes, 66o ° C 5 minutes, 65o ° C 10 minutes, 64o ° C 15 minutes, 62o ° C 20 minutes, 60o ° 30 minutes C, 60 ° C 60 minutes, 520 ° C 120 minutes, 500 ° C i80 minutes.

Nach endgültiger Magnetisierung in der Vorzugsrichtung in einem Magnetfeld von 5ooo Gauß sind die magnetischen Eigenschaften folgende: B, - 795o Gauß, H, - ioio örsted und (BH)",ox = 3,2 X IOS.After the final magnetization in the preferred direction in a magnetic field of 500 Gauss, the magnetic properties are as follows: B, - 7950 Gauss, H, - ioio örsted and (BH) ", ox = 3.2 X IOS.

Andere Ausführungsbeispiele der verwendeten Legierungen mit den damit erzielten Ergebnissen sind folgende: Co Ni Ti A1 C' -i Fe + Verunr. B' H` (B o) o Z 27 i8 6,7 6,25 4 Rest 755o 101o 2,84 28 13 6 7,5 4 Rest 7500 92o 2,9 28 15 6 7,5 4 Rest 715o ioio 2,6 28 17 5,1 7,7 6 Rest 765o 98o 2,7 28 19 6 7,5 4 Rest 715o 1200 2,6 Other exemplary embodiments of the alloys used, with the results obtained therewith, are as follows: Co Ni Ti A1 C '-i Fe + Contamination B ' H` (B o) o Z 27 i8 6.7 6.25 4 remainder 755o 101o 2.84 28 13 6 7.5 4 remainder 7500 92o 2.9 28 15 6 7.5 4 remainder 715o ioio 2.6 28 17 5.1 7.7 6 remainder 765o 98o 2.7 28 19 6 7.5 4 remainder 715o 1200 2.6

Claims

PATENT CLAIMS: i. A method for producing magnetically anisotropic permanent magnets, in which about 26% up to 30% Co, about 8 to 20% Ni, about 5 to II% A1, 5 to about 10 0l0 Ti and, if available, up to 8% Cu, Remaining Fe and impurities and, if desired, further additives containing alloy is subjected to the action of a magnetic field, while cooling from a temperature above the Curie point of the alloy to a temperature below this point by at least 100 ° C, in such a way that after tempering and final Magnetization of the magnetic body in a direction which at least almost corresponds to the direction of the mentioned magnetic field used during cooling, a magnet is created which in the mentioned preferred direction has a coercive force of at least 75oÖrsted next to a (BH). "., Of at least 2.5 X has 108 .

2. The method according to claim i, characterized in that a magnet is produced which has a coercive force of at least 92o C) in the preferred direction having.

3. According to the method according to claims i or 2 manufactured magnets.

4. Magnet according to claim 3, characterized in that it serves as a field magnet for loudspeakers which are built into a television receiver and arranged next to the projection screen. Attached publications: Journal "Elektrotechnik und Maschinenbau", volume 6o, 1942, issue Si and 52, pp. 538 and 539 (Zumbusch); British journal "Nature", No. 3587, July 30, 1938, p. 209 (O 1 "iver - S hedden).