DE882614C

DE882614C - Permanent magnet alloy

Info

Publication number: DE882614C
Application number: DENDAT882614D
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn; Werner Dr Phil Hotop
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Publication date: 1953-05-28

Description

(WiGBI. S. 175)(WiGBI. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 9. JULI 1953ISSUED JULY 9, 1953

p 44164 Via/40b Dp 44164 Via / 40b D

DauermagnetlegierungPermanent magnet alloy

Es ist bekannt, Dauermagnetlegierungein auf der Basis Eisen—Aluminium—Nickel aufzubauen, und es ist ferner auch 'bekannt, die Legierungen noch mit Gehalten an Kobalt und Titan zu versehen. Wie ferner bekannt, werden diese Legierungen im allgemeinen auf dem Guß wege hergestellt. Die Erzeugung durch Schmelzen und¹ Gieißen hat indes gewisse Nachteile, die darin bestehen, daß die erzeugten Gußkörper dieser Legierungsart grobkristallin und daher außerordentlich spröde sind. Sie lassen sich infolgedessen nur durch Schleifern spanabhebend bearbeiten und sind beim späteren Gebrauch gegen Schlag- und Stoßbeianspruehungen außerordentlich empfindlich, ganz davon abgesehen, ■daß die Formkörper dazu neigen, inifolge der durch die notwendige Wärmebehandlung hineingetragenen Spannungen zu reißen oder zu springen. Da außerdem das Erschmelzen der Legierungen schwierig ist und nur auf Grund langer Erfahrung mit Erfolg durchgeführt werden kann, ist schon frühzeitig der Versuch gemacht worden, die Dauermagnetlegierungen dieser Legierungsgruppe auf dem Sinterwege zu erzeugen, und es ist gelungen, eine Reihe von technisch wichtigen Legierungen dieser Art durch Sintern herzustellen mit dem Ergebnis, daß¹ sich die mechanischen Eigenschaften bei praktisch gleichbleibenden magnetischen Eigenschaften wesentlich verbesserten und die Herstellung sowie die Weiterverarbeitung erleichtert wurden.It is known to build up permanent magnet alloys on the basis of iron-aluminum-nickel, and it is also known to add cobalt and titanium to the alloys. As is also known, these alloys are generally made by casting. The generation by melting and Gieißen ^1, however, has certain disadvantages which consist in that the casting produced in coarsely crystalline form of this type of alloy and therefore extremely are brittle. As a result, they can only be machined by grinding and are extremely sensitive to impact and shock stress during later use, quite apart from the fact that the moldings tend to tear or crack as a result of the stresses brought about by the necessary heat treatment. In addition, since the melting of the alloys is difficult and can only be carried out successfully on the basis of long experience, the attempt was made at an early stage to produce the permanent magnet alloys of this group of alloys by sintering, and a number of technically important alloys of these have been successfully produced Art to produce by sintering with the result that ¹ the mechanical properties improved significantly with practically constant magnetic properties and the production and further processing were facilitated.

Es lassen sich aber keinesfalls alle Legierungen dieser Legierungsgruppe auf sintertechnischem Wege· herstellen. Während sich 'bei manchen außerordentliche Schwierigkeiten ergeben, erweist es sich bei anderen als vollkommen unmöglich, die Sinterung mit Erfolg anzuwenden. Auch ist von einzelnen Legierungskomponenten 'bekannt, daß sie den Sinterprozeß erheblich stören und bei ihrem Vorhandensein die Erzeugung einwandfreier Dauer-However, by no means all alloys of this group of alloys can be sintered Creating ways. While there are extraordinary difficulties with some, it is proving to be with others as completely impossible to use the sintering with success. Also is from individual Alloy components' known to significantly interfere with the sintering process and in their presence the generation of flawless permanent

magrietkörper .verhindern.· Das gilt in hervorragendem Maße beispielsweise von Kupfer, das Scbmeizlegierungen dieser Art zugesetzt wind, um wesentliche Steigerungen der magnetischen Gütewerte hervorzurufen. In Legierungen, diia durch Sintern erzeugt werden, führt der Kupfergehalt recht häufig ■ zu Schwierigkeiten, die darin bestehen, daß die zu fordernden magnetischen Werte nicht erreicht werden. magriet. Prevent. · This applies in excellent Dimensions of copper, for example, the smelting alloys this type added wind to substantial increases in the magnetic Q values to evoke. In alloys, diia by sintering produced, the copper content leads quite often ■ to difficulties that consist in the fact that the required magnetic values are not achieved.

Legierungen, die sich auf sintetrtedhniechem-Wege bisher nicht herstellen lassen, fallen etwa in den Bereich von 15 bis 20% Nickel, 5 'bis 8 ⁰Ak Aluminium, 4 -bis 91 °/o Titan, 2b bis 401 °/o Kobalt, Rest-Eisen, und zwar handelt es sich insbesondere einmal um eine Legierung mit 1. etwa 16 ⁰Zo Nickel, 6 °/o Aluminium, 7 % Titan, 26 % Kobalt, Rest Eisen, und 2. eine Legierung mit 18 °/o Nickel, 6(°/o Aluminium, 8% Titan, 3.5. °/o Kobalt und: Rest Eisen. Diese beiden Legierungen werden zur Herstellung von Dauermagneten benutzt, die außerordentlich hohe Koerzitivkräifte 'bei Energiewerten BH_max von i,5 bis 1,8 X io⁶ aufweisen sollen.. Siie sind bisher ausschließlich auf dem Stihmelzweg hergestellt worden, obwohl gerade bei ihnen die schmelztechnische Verarbeitung besondere Schwierigkeiten bereitet, und zwar infolge des hohen Titangeihalts. Das Titan reagiert mit dem Ofenfutter,, .und., infolge der magnetischen Eigenschaften werden Gießformen erforderlich, die sich kaum gießen lassen. Die kurzen Magnetkörper bröckeln infolge der außerordentlichen Sprödigkeit der Gußlegierung, so daß mit erheblichem Ausschuß gerechnet wenden muß. Die Gußlegierung hat sich daher in der Praxis kaum eingeführt. Versuche, die Schwierigkeiten der Erzeugung durch Anwendung des sintertechnischen Weges' zu umgehen, sind bisher stets fehlgeschlagen. Es konnten zwar Sinterkörper hergestellt werden, deren mechanische Eigenschaften, wie Feinkörnigketit, Schleifbarkeitu.dgl., voll bef riedigten, es war indes nicht möglich, die magnetischen Werte zu erreichen, die sich mit gegossenen Legierungen erzielen lassen.Alloys that have not yet been able to be produced in a sintered-like manner fall roughly in the range of 15 to 20% nickel, 5 to 8 ⁰ Ak aluminum, 4 to 91% titanium, 2b to 401% cobalt, residual iron, and that is in particular even an alloy with about 16 1. ⁰ Zo nickel, 6 ° / o aluminum, 7% of titanium, 26% cobalt, remainder iron, and 2. an alloy with 18 ° / o Nickel, 6% aluminum, 8% titanium, 3.5% cobalt and the remainder iron. These two alloys are used for the production of permanent magnets, the extraordinarily high coercive forces at energy values BH _max of 1.5 to 1, 8 X io ⁶ should have .. They have so far been produced exclusively by the Stihmelzweg, although the melting-technical processing poses particular difficulties with them, due to the high titanium content. The titanium reacts with the furnace lining ,,. And magnetic properties, molds are required that can hardly be cast. D. he short magnetic bodies crumble due to the extraordinary brittleness of the cast alloy, so that considerable rejects must be expected. The cast alloy has therefore hardly been introduced in practice. Attempts to circumvent the difficulties of production by using the sintering technique have so far always failed. Sintered bodies could be produced whose mechanical properties, such as fine-grained ketite, grindability, etc., were fully satisfactory, but it was not possible to achieve the magnetic values that can be achieved with cast alloys.

Überraschenderweise konnte festgestellt werden, daß ein Zusatz von Kupfer zu der unter 1. genannten Legierung die Möglichkeit erschließt, diese auf dem Sinterweg sowohl -magnetisch als auch mechanisch einwandfrei zu erzeugen, und zwar insbesondere mit einer Koerzitivkraft von mindestens 950 örsted bei einer Remanenz von mindestens 4500 Gauß und einem Energiewert BH_max von mindestens' 1,0 X ioP, vorzugsweise 1,5, bis i-,8 X io⁶ stets wiederholibar zu erreichen. Dies ist um so bemerkenswerter, als. einerseits Kupfer in den gegossenen Legierungen dieser Art nicht vorgesehen ist und' andererseits, wie bereits erwähnt, Kupfer in Sinterlegierungen tunlichst vermieden wird, weil es bei diesem Verfahren zu Entmisdhungserseheinungen Anlaß gibt. Außerdem konnte festgestellt werden, daß die zur gleichen Gruppe gehörige, unter 2. genannte Legierung sich durch einen Kupfergehalt nicht für das Sintern geeignet machen laßt. Es konnte daher nicht erwartet werden, daß gerade das Kupfer in der Lage sein würde, die Schwierigkeiten zu beseitigen, die der sintertechnischen Erzeugung der Legierung im Wege stehen. Hinzu kommt, daß wenige Prozent Kupfer, die bei gegossenen Legierungen im allgemeinen bereits¹ eine deutliche Wirkung in bezug auf die Erhöhung der magnetischen Gütewerte zeitigen, zunächst keinen Einfluß auf die Eigenschaften der gesinterten Körper ausübt. Erst bei einem Gehalt von 3 °A>, insbesondere von 5 bis 6 °/o, tritt sprunghaft eine Steigerung der erzielbaren Koerzitivkraftwerte ein, um bei weiter zunehmendem Kupfergehalt wieder abzufallen.Surprisingly, it was found that the addition of copper to the alloy mentioned under 1. opens up the possibility of producing this both magnetically and mechanically flawlessly by sintering, in particular with a coercive force of at least 950 örsted with a remanence of at least 4500 Gauss and an energy value BH _max of at least 1.0 X ioP, preferably 1.5, to i-, 8 X io ^{6 can} always be achieved repeatedly. This is all the more remarkable as. On the one hand, copper is not provided in the cast alloys of this type and, on the other hand, as already mentioned, copper in sintered alloys is avoided as far as possible, because this process gives rise to dissemination. In addition, it was found that the alloy mentioned under 2, belonging to the same group, cannot be made suitable for sintering due to a copper content. It could therefore not be expected that the copper in particular would be able to overcome the difficulties which stand in the way of the sintering production of the alloy. In addition, a few per cent copper, the time a significant effect with respect to the increase in the magnetic quality values for cast alloys generally already ^1, exerts no influence on the first characteristics of the sintered body. Only at a content of 3 ° A>, in particular from 5 to 6%, does a sudden increase in the achievable coercive force values occur, only to decrease again with a further increase in the copper content.

Demgemäß wird nach der Erfindung zur Herstellung von Dauermagneten mit einer Koerzitivkraft von mindestens 950 Örsted bei einer Remanenz von mindestens 4500 Gauß und einem Energiewert BH_max von mindestens 1,0 X io·⁶, vorzugsweise 1,5 bis 1,8 X io⁶, die Verwendung einer gesinterten Legierung mit 15 bis 25% Nickel, 5 bis 9%> Aluminium, 4 bis 9 °/o Titan, 20 bis 30 °A> Kobalt, 3 bis 7% Kupfer, Rest Eisen vorgeschlagen.Accordingly, according to the invention, for the production of permanent magnets with a coercive force of at least 950 Örsted with a remanence of at least 4500 Gauss and an energy value BH _max of at least 1.0 X io ⁶ , preferably 1.5 to 1.8 X io ⁶ , the use of a sintered alloy with 15 to 25% nickel, 5 to 9%> aluminum, 4 to 9% titanium, 20 to 30 ° A> cobalt, 3 to 7% copper, the remainder iron is proposed.

Besonders¹ bewährt hat sich für die Herstellung von Dauermagneten mit den gewünschten magnetischen Eigenschaften vorzugsweise die Verwendung einer Legierung mit etwa 19%) Nickel, 7% Aluminium, 7 °/o Titan, 26 %> Kobalt, 5 °/o Kupfer, Rest Eisen.Has proven particularly ¹ for the manufacture of permanent magnets having the desired magnetic properties, the use of preferably an alloy having about 19%) nickel, 7% aluminum, 7 ° / o titanium, 26%> cobalt, 5 ° / o copper, the remainder being iron .

Bei der Legierung kommt es darauf an, die an- go gegebenen Gebalte möglichst -genau einzuhalten. Nennenswerte Abweichungen, insbesondere was den Kupfergehalt anlangt, führen im allgemeinen nicht zu dem gewünschten Erfolg. Das Kupfer kann den Legierungen in Form von Elektrolytkupfer zügesetzt werden, und zwar in feinverteilter Form zu den gepulverten restlichen Bestandteilen. Die Herstellung ist hierbei die auch sonst übliche, nach der die einzelnen Bestandteile gepulvert werden und nach dem Maschen und Pressen zu Formkörpern in einer die Oxydation ausschließenden Atmosphäre gesintert werden. Der Zusatz des Kupfers kann auch in der Form einer geschmolzenen und zerkleinerten Kupfer-Aluminium-Vorlegierung erfolgen, und zwar hat sich eine Legierung bewährt, die aus etwa 70' % Kupfer und 30 °/o Aluminium besteht. In the case of the alloy, it is important to adhere to the specified amounts as precisely as possible. Noteworthy deviations, especially with regard to the copper content, generally do not result to the desired success. The copper can be added to the alloys in the form of electrolytic copper in finely divided form to the powdered remaining ingredients. The production is also the usual one, according to which the individual components are powdered and after meshing and pressing to form molded articles in an atmosphere that prevents oxidation be sintered. The addition of the copper can also be in the form of a melted and crushed Copper-aluminum master alloy, and indeed an alloy has proven itself that consists of about 70% copper and 30% aluminum.

Trotz des außerordentlich hohen Kupfergehalts ist diese Legierung spröde und läßt sich daher leicht zerkleinern und pulvern, so daß sie mit Leichtigkeit mit den übrigen pulverförmigen Bestandteilen der Legierung gemischt und verpreßt werden kann.Despite the extremely high copper content, this alloy is brittle and therefore easy to use Crush and powder so that they can easily be mixed with the remaining powdery components of the Alloy can be mixed and pressed.

Das Sintern muß in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die den Zutritt von Sauerstoff und Wasserdampf zum Sintergut mit Sicherheit ausschließt, beispielsweise durch Verwendung von Fangstoffen in unmittelbarer Nähe des Gutes, mit oder ohne.Anwendung eines Vakuums.The sintering must be carried out in a device that allows the access of oxygen and Excludes water vapor to the sinter with certainty, for example by using Captures in the immediate vicinity of the goods, with or without the application of a vacuum.

Es hat sich ferner gezeigt, daß die Art der weiteren Behandlung der gesinterten Körper eine nicht unerhebliche Rolle spielt, wenn die magnetischen Gütewerte eingehalten werden sollen, die üblicherweise von Legierungen 'dieser Gruppe zu fordern sind. Bekanntlich gehören diese Legierungen zu den sogenannten aushärtbaren Legierungen, d. h. sie werden vor ihrer Magnetisierung auf er-It has also been shown that the type of Further treatment of the sintered body plays a not inconsiderable role when the magnetic Quality values should be adhered to, which are usually of alloys' of this group are demanding. As is well known, these alloys belong to the so-called age-hardenable alloys, d. H. before they are magnetized they are

höhte¹ Temperaturen (gebracht, abgeschreckt und alsdann längere Zeit angelassen, um eine bei hoher Temperatur gelöste Phase dispers auszuscheiden. Diese sogenannte Aushärtung wird üblicherweise in Gasofen vorgenommen, in denen zum Teil oxydierende Atmosphäre herrscht. In weiterer Ausgestaltung der Maßnahme gemäß der Erfindung wird nunmehr vorgeschlagen, die Aushärtung, die bei diesen Legierungen aus einem Abschrecken vonelevated ¹ temperatures (brought, quenched and then tempered for a longer time in order to disperse a phase dissolved at high temperature proposed that the age hardening, which in these alloys consists of a quenching of

ίο etwa 1200° und einem zweistündigen Anlassen auf etwa 620 ° besteht, unter Schutzgas vorzunehmen.ίο about 1200 ° and a two-hour tempering about 620 ° is to be carried out under protective gas.

Die Atmosphäre kann neutral oder reduzierend sein, vorzugsweise jedoch aus Wasserstoff bestehen.The atmosphere can be neutral or reducing, but preferably consist of hydrogen.

Die Maßnahmen gemäß der Erfindung, gemeinsam angewendet, stellen sicher, daß dlie gewünschten magnetischen Gütewerte erzielt werden, obwohl selbstverständlich auch unter gewissen Abwandlungen der Erfolg verbürgt sein kann, ohne daß dadurch vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen würde.The measures according to the invention, applied together, ensure that the desired magnetic quality values can be achieved, although of course with certain modifications the success can be guaranteed without deviating from the basic idea of the invention would.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Use of a sintered alloy of 15 to 25% nickel, 5 to 9% aluminum, 4 to 9% titanium, 2 (0 to 30% cobalt, 3 to 7% copper, remainder Iron for the production of permanent magnets with a coercive force of at least 950 Örsted with a remanence of at least 4500 Gauss and an energy value p
named usage

Referred publications:
French Patent No. 856 003;
Kieffer Hotop "Sintereisen und Sinterstahl", 1948, p. 493.

max of at least 1.0 X io ^ß , preferably 1.5 to 1.8 X io <\

2. Use of an alloy according to claim ι with about 19%> nickel, 7% aluminum, 7 0/0 titanium, 26 % cobalt, 5% copper, the remainder iron for there

purpose.

3. A method for producing the alloys according to claim 1 and 2, characterized in that that the copper additive in the form of a molten and crushed copper-actminium master alloy takes place, dlie contains about 70% copper and 30% aluminum.

4. A method for producing the alloys according to claim 1 and 2, characterized in that that the copper is added in the form of finely divided electrolytic copper.

5. From a quenching of about 1200 ° and a two-hour tempering at about 620 ⁰ existing hardening process for alloys according to claims 1 and 2, characterized in that it is carried out under a neutral or reducing protective gas, in particular hydrogen.