DE934018C

DE934018C - Process for the heat treatment of a cobalt-platinum alloy for magnets

Info

Publication number: DE934018C
Application number: DEJ5609A
Authority: DE
Inventors: Alfred Hollis Geisler; Donald Luther Martin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1951-03-22
Filing date: 1952-03-12
Publication date: 1955-10-06

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung einer Kobalt-Platin-Legierung für Magnete Die Erfindung bezieht sich auf einen Kobalt-Platin-Magnet und betrifft insbesondere das Verfahren zur Herstellung eines Kobalt-Platin-Magnets mit einem außerordentlich hohen Energiewert in Verbindung mit hoher Koerzitivkraft.Process for the heat treatment of a cobalt-platinum alloy for magnets The invention relates to, and particularly relates to, a cobalt-platinum magnet the process of making a cobalt-platinum magnet with an extraordinarily high energy value combined with high coercive force.

Es ist bekannt, daß man verschiedenen Kobalt-Platin-Legierungen dauermagnetische Eigenschaften geben kann. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, daß Dauermagnete aus Legierungen von Kobalt und Platin herzustellen sind, die einen verhältnismäßig hohen Energiewert von 3,8 - ros Gauss-Oersted in Verbindung mit einer hohen Koerzitivkraft HC im Bereich von etwa 265o Oersted und einer wahren Koerzitivkraft H,1 von etwa 4000 Oersted haben. Bisher hatte man jedoch in der Praxis an magnetischen Kobalt-Platin-Legierungen kein großes Interesse, und zwar deshalb, weil günstigere magnetische Eigenschaften, soweit diese bei solchen Legierungen gegenüber den bekannten dauermagnetischen Legierungen festgestellt werden konnten, bei weitem durch den außerordentlich hohen Preis der platinenthaltenden Legierungen aufgewogen wurden. Der Preisunterschied gegenüber den handelsüblichen Hochleistungsmagnetlegierungen, wie z. B. magnetischen Eisen, Aluminium, Kobalt und Nickel enthaltenden Legierungen, ist nämlich ganz beträchtlich.It is known that various cobalt-platinum alloys are permanently magnetic Properties can give. Previous research has shown that permanent magnets are made from alloys of cobalt and platinum, which are a proportion high energy value of 3.8 - ros Gauss-Oersted in connection with a high coercive force HC in the range of about 265o Oersted and a true coercive force H.1 of about Have 4000 oersteds. So far, however, magnetic cobalt-platinum alloys have been used in practice not much interest, because more favorable magnetic properties, as far as this is the case with such alloys compared to the known permanent magnet alloys could be determined by far by the extraordinarily high price of the platinum-containing alloys were weighed. The difference in price compared to the commercially available high-performance magnet alloys, such as B. magnetic iron, In fact, alloys containing aluminum, cobalt and nickel are considerable.

Während also bei der fabrikatorischen Verwendung von Kobalt-Platin-Legierungen der Kostenpunkt wahrscheinlich der bestimmende Faktor gewesen ist, so kann doch die Kostenfrage von zweitrangiger Bedeutung sein, wenn es sich um einen Werkstoff handelt, der für bestimmte Anwendungsfälle genügend bessere Eigenschaften aufweist.So while in the manufacturing use of cobalt-platinum alloys The cost issue was probably the determining factor, so it can the cost issue may be of secondary importance when it comes to a Material that has sufficiently better properties for certain applications having.

Die Erfindung schafft nun einen Dauermagnet aus einer Kobalt-Platin-Legierung, dessen magnetische Eigenschaften den bisher erzielten deutlich überlegen sind, und zwar ist diese Überlegenheit so groß, daß die fabrikatorische Verwendung eines solchen Magnets trotz seiner hohen Kosten für bestimmte Verwendungszwecke geboten ist.The invention now creates a permanent magnet made of a cobalt-platinum alloy, whose magnetic properties are clearly superior to those previously achieved, and it is true that this superiority is so great that it can be used in manufacturing Magnets is suitable for certain purposes despite its high cost.

Die Erfindung besteht insbesondere in einem neuen und verbesserten Verfahren zur Wärmebehandlung von Kobalt-Platin-Legierungerfr, wodurch man einen Dauermagnet erhält, der einen wesentlich höheren Energiewert und eine beträchtlich gesteigerte Koerzitivkraft aufweist, wie sie bisher weder mit Kobalt-Platin-Legierungen noch mit irgendwelchen anderen handelsüblichen magnetischen Legierungen erzielt werden konnte.In particular, the invention resides in a new and improved one Process for the heat treatment of cobalt-platinum alloy, whereby a Permanent magnet, which has a much higher energy value and a considerable has increased coercive force, as it has so far neither with cobalt-platinum alloys nor with any other commercially available magnetic alloys could be.

In der Zeichnung zeigen die Fig. i bis 3 die magnetischen Eigenschaften, welche gemäß der Erfindung erreicht werden können.In the drawing, FIGS. I to 3 show the magnetic properties, which can be achieved according to the invention.

Das Verfahren gemäß der -Erfindung beruht, kurz gesagt, auf der Erkenntnis, daß man Magnete mit außerordentlich hohen äußeren Energiewerten und erheblicher Koerzitivkraft erhalten kann; indem man eine Kobalt-Platin-Legierung aus 17 bis 23,5 Gewichtsprozent Kobalt, Rest Platin, einem Lösungsglühen bei einer Temperatur oberhalb 85o° unterwirft-und die Abkühlungsgeschwindigkeit der Legierung von dieser Temperatur bis zu einer niedrigeren Temperatur nicht oberhalb etwa 300° sorgfältig regelt und hierauf die Legierung einer Anlaßbehandlung bei einer Temperatur von etwa 55o bis 65o° aussetzt.In short, the method according to the invention is based on the knowledge that one magnets with extraordinarily high external energy values and considerable Coercive force can get; by making a cobalt-platinum alloy from 17 to 23.5 percent by weight cobalt, the remainder platinum, a solution heat treatment at one temperature above 85o ° and the cooling rate of the alloy from this Temperature to a lower temperature not above about 300 ° carefully regulates and then the alloy of a tempering treatment at a temperature of exposes about 55o to 65o °.

Es ist bereits bekannt, ähnliche Legierungen auf etwa iooo° zu erhitzen, sie dann schnell in Wasser abzukühlen und die Legierung darauf kurz auf Temperaturen von 525 bis 75o° anzulassen. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Legierungen einer langsamen Abkühlung zu unterwerfen, ohne daß jedoch eine bestimmte Abkühlungsgeschwindigkeit vorgeschrieben war. Bei langsamer Abkühlung wurde ein nachfolgendes Anlassen gewöhnlich als unnötig angesehen.It is already known to heat similar alloys to around iooo °, they then quickly cool in water and the alloy shortly thereafter to temperatures starting from 525 to 75o °. It has also been suggested that the alloys subject to slow cooling without, however, a certain cooling rate was prescribed. With slow cooling, subsequent tempering became common considered unnecessary.

Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich von diesen bekannten Verfahren in erster Linie durch Anwendung einer geregelten Abkühlungsgeschwindigkeit von der Lösungstemperatur ab und weiterhin durch die Kombination einer solchen geregelten Abkühlungsgeschwindigkeit mit einer nachfolgenden Anlaßbehandlung, deren Dauer ebenfalls genau geregelt und verhältnismäßig lang ist. Als Ergebnis der geregelten Abkühlungsgeschwindigkeit und des nachfolgenden, ebenfalls zeitlich geregelten und verhältnismäßig lange dauernden Anlassens erhielt man Dauermagnete mit maximalen Energieprodukten (BH @) von über 8,5 - i o6 Gauss-Oersted, Koerzitivkraftwerten (HJ von 4500 und mehr Oersted und wahren Koerzitivkraftwerten (H,i) von 6ooo oder mehr Oersted.The method according to the invention differs from these known ones Process primarily by applying a controlled cooling rate from the solution temperature and further controlled by the combination of such Cooling rate with a subsequent tempering treatment, its duration as well is precisely regulated and relatively long. As a result of the regulated cooling rate and the following, also time-regulated and relatively long-lasting At the start, permanent magnets with maximum energy products (BH @) of over were obtained 8.5 - i o6 Gauss-Oersted, coercive force values (HJ of 4500 and more Oersted and true coercive force values (H, i) of 600 or more oersteds.

Bei den verwendeten Legierungen ist Kobalt in Mengen von 17 bis, 23,5 Gewichtsprozent der Kobalt-Platin-Legierung anwesend. Die nach irgendeinem geeigneten Verfahren, wie z. B. durch Gießen oder Sintern, mit oder ohne eine Heiß- oder .Kaltbearbeitung hergestellten Legierungen werden einer Temperatur von wenigstens 85o° und zweckmäßig etwa iooo° ausgesetzt, und zwar während einer Zeitdauer, die ausreicht, um innerhalb der Legierung eine vollständige oder im wesentlichen vollständige Lösung zu erzielen. Für gewöhnlich wird die Legierung i bis 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Nachdem die gewünschte Wirkung eingetreten ist, wird die Legierung auf eine niedrige Temperatur unterhalb 300° mit einer Geschwindigkeit von o,2 bis 5o° je Sekunde abgekühlt und alsdann bei einer Temperatur von 55o bis 650° 2 bis 5o Stunden lang angelassen. Die längeren Behandlungszeiten finden bei den niedrigeren Temperaturen dieses Bereiches Anwendung. Schließlich wird die gebildete Legierung in einem Feld von wenigstens ioooo und zweckmäßig 15 ooo Oersted magnetisiert.In the alloys used, cobalt is available in amounts from 17 to, 23.5 Weight percent of the cobalt-platinum alloy present. The ones after any suitable Process such as B. by casting or sintering, with or without hot or cold machining Alloys produced are at a temperature of at least 85o ° and expedient exposed for a period of time sufficient to remain within to achieve complete or substantially complete dissolution of the alloy. Usually the alloy is held at this temperature for 1 to 2 hours. After the desired effect has occurred, the alloy is turned to a low level Temperature cooled below 300 ° at a rate of 0.2 to 50 ° per second and then tempered at a temperature of 55 to 650 ° for 2 to 50 hours. The longer treatment times take place at the lower temperatures of this range Use. Eventually, the alloy formed is in a field of at least ioooo and appropriately 15,000 oersteds magnetized.

Die Geschwindigkeit, mit der die Legierung von der Lösungstemperatur aus abgekühlt wird, hat sich insbesondere dann als wesentlich herausgestellt, wenn man entweder einen maximalen äußeren Energiewert oder eine hohe Koerzitivkraft oder beides- erzielen will. Dies ergibt sich deutlich aus Fig. i, welche die Versuchsergebnisse und die darauf aufgebauten Kurven bei einer Anzahl von verschiedenen Proben einer Kobalt-Platin-Legierung mit einem Kobaltgehalt von etwa 2i,5 % zeigt, wobei die Proben von der Lösungstemperatur von iooo° mit den in der Zeichnung angegebenen Geschwindigkeiten bis auf eine Temperatur von aoo° abgekühlt wurden. Aus der Fig. i ist zu entnehmen, daß zwischen den in Wasser abgekühlten und den in besonderer Weise gekühlten Proben zwar hinsichtlich der Restinduktion B,. kein auffälliger oder wesentlicher Unterschied bestand, daß dagegen die besonders gekühlten Proben gegenüber denjenigen, die entweder schneller (in Wasser) oder langsamer (in einem Ofen) abgekühlt wurden, wesentlich höhere Energiewerte BH und Koerzitivkraftwerte H, zeigten. Während die Kühlgeschwindigkeit bei den in besonderer Weise gekühlten Proben bei dieser Versuchsreihe i,3° je Sekunde betrug, so kann eine wesentliche Verbesserung der magnetischen Eigenschaften doch auch dann erzielt werden, wenn die Kühlgeschwindigkeit etwas unterhalb oder etwas oberhalb dieses Wertes liegt. Sie soll sich jedoch innerhalb von o;2 bis. 50° je Sekunde und zweckmäßig zwischen etwa i und io° je Sekunde halten.The speed at which the alloy is cooled from the solution temperature has proven to be particularly important when one wishes to achieve either a maximum external energy value or a high coercive force or both. This can be seen clearly from FIG. I, which shows the test results and the curves built on them for a number of different samples of a cobalt-platinum alloy with a cobalt content of about 2.5%, the samples having a solution temperature of 100 ° with the speeds indicated in the drawing were cooled to a temperature of aoo °. From Fig. I it can be seen that between the samples cooled in water and the samples cooled in a special way, with regard to the residual induction B,. There was no noticeable or essential difference in that, on the other hand, the specially cooled samples showed significantly higher energy values BH and coercive force values H compared to those that were cooled either more quickly (in water) or more slowly (in an oven). While the cooling rate for the specially cooled samples in this test series was 1.3 ° per second, a significant improvement in the magnetic properties can also be achieved if the cooling rate is slightly below or slightly above this value. However, it should be within o; 2 to. Hold 50 ° per second and expediently between about i and 10 ° per second.

Aus einer weiteren Betrachtung der Fig. i ergibt sich, daß die Werte der äußeren Energie und die Koerzitivkraft auch von der Zeit abhängig sind, während welcher die Erzeugnisse auf der Anlaß-oder Alterungstemperatur gehalten werden, die-im vorliegenden Falle 60o° betrug. So soll beispielsweise zur Erzielung maximaler Energieprodukte diese Zeitdauer von etwa 2 bis etwa 8 Stunden bei 60o° und zweckmäßig 5 Stunden betragen, während dann, wenn in erster Linie eine hohe Koerzitivkraft gewünscht wird, die zweckmäßigste Anlaßzeit bei 6oo° etwa 8 bis 2o Stunden und zweckmäßig etwa 9 bis 14 Stunden beträgt, wobei dann die höchsten Werte erreicht werden.A further consideration of FIG. I shows that the values the external energy and the coercive force are also dependent on the time while which the products are kept at the tempering or aging temperature, which-in the present case was 60o °. For example, to achieve maximum Energy products this period of about 2 to about 8 hours at 60o ° and appropriate 5 hours while then if in the first place a high Coercive force is desired, the most expedient tempering time at 6oo ° is about 8 to 2o Hours and expediently about 9 to 14 hours, in which case the highest values can be achieved.

Die Wirkung der Abkühlungsgeschwindigkeit auf die magnetischen Werte ergibt sich am besten aus den Fig.2 und 3, wobei die maximale Koerzitivkraft bzw. die maximalen Energieproduktwerte von bei 6oo°gealterten Magneten aufgetragen sind. Hinsichtlich der Koerzitivkraft ergibt sich aus Fig. 2, daß die Kühlungsgeschwindigkeit wesentlich ist. Luftgekühlte Proben von 6,35 mm Durchmesser und 9,53 mm Länge, welche von iooo° auf 2oo° mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,4° je Sekunde abgekühlt wurden, zeigten eine Koerzitivkraft, die wesentlich höher ist als diejenige irgendeiner der übrigen Proben gleicher Abmessungen, welche man über diesen Temperaturbereich entweder mit größerer oder geringerer Geschwindigkeit abgekühlt hat. Die verbesserten magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäß behandelten Legierungen werden besonders aus den in Fig.3 aufgetragenen Ergebnissen offenbar. Fig. 3 zeigt die Werte der Energieprodukte der verschiedenen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgekühlten Proben. Aus diesen Ergebnissen kann man ersehen, daß die innerhalb des Luftkühlungsbereiches, d. h. mit einer Geschwindigkeit von i bis io° je Sekunde abgekühlten Erzeugnisse beträchtlich höhere äußere Energiewerte hatten, die alle wesentlich über 3 # ios Gauss-Oersted lagen.The effect of cooling rate on magnetic values results best from Figures 2 and 3, with the maximum coercive force or the maximum energy product values of magnets aged at 600 ° are plotted. With regard to the coercive force, FIG. 2 shows that the cooling speed is essential. Air-cooled samples 6.35 mm in diameter and 9.53 mm in length, which cooled from 100 ° to 200 ° at a rate of about 6.4 ° per second showed a coercive force much higher than that of any of the other samples of the same dimensions, which one over this temperature range has cooled down either at a higher or lower rate. The improved magnetic properties of the alloys treated according to the invention become particular apparently from the results plotted in FIG. Fig. 3 shows the values of the Different energy products cooled at different speeds Rehearse. From these results it can be seen that within the air cooling range, d. H. Products cooled at a rate of 1 to 10 ° per second had considerably higher external energy values, all well over 3 # ios Gauss-Oersted were lying.

Alle in den Figuren der Zeichnung aufgetragenen Ergebnisse wurden mit Kobalt-Platin-Legierungen mit einem Kobaltgehalt von etwa 2i,5 % erzielt. WeitereVersuche zeigten, daß die besteLegierungszusammensetzung einen Kobaltgehalt von 17 bis 23,5 Gewichtsprozent aufweist, ein Bereich, der annähernd 42 bis 5o Atomprozent Kobalt entspricht. Da die magnetischen Eigenschaften bei einem Kobaltgehalt über 5o Atomprozent merklich abfallen, so ist es zweckmäßig, zur Erzielung der besten magnetischen Eigenschaften den Kobaltgehalt ein wenig unterhalb des atomaren Verhältnisses 5o : 5o zu halten.All results plotted in the figures of the drawing were achieved with cobalt-platinum alloys with a cobalt content of about 2.5%. Further attempts showed that the best alloy composition had a cobalt content of 17 to 23.5 Weight percent, a range that is approximately 42 to 50 atomic percent cobalt is equivalent to. Because the magnetic properties with a cobalt content above 5o atomic percent decrease noticeably, it is expedient to obtain the best magnetic properties keep the cobalt content a little below the atomic ratio of 5o: 5o.

Durch die Erfindung ist es gelungen, außerordentlich starke Dauermagnete herzustellen, die trotz ihrer hohen Kosten vielfache Verwendungsmöglichkeiten bieten, und zwar überall dort, wo ein kleiner Magnet von hoher Energie gefordert wird. So sind solche Magnete beispielsweise besonders bei bestimmten Arten von Instrumenten und Meßgeräten brauchbar, wo man mit Rücksicht auf den Platzbedarf zwar kleine, aber kräftige Magnete benötigt. Weitere Verwendungsmöglichkeiten für Magnete gemäß der Erfindung, bei denen die Herstellungskosten unwesentlich sind, finden sich z. B. auf medizinischem Gebiet, wenn es sich etwa darum handelt, mit Hilfe ,eines kleinen, aber kräftigen Magnets ferromagnetische Gegenstände aus dem menschlichen Körper zu entfernen. Verglichen mit dem wohlbekannten, im Handel befindlichen Hochleistungsmagnetmaterial aus einer Legierung von 14°/a Nickel, 24% Kobalt, 3 0% Kupfer, 8 % Aluminium, Rest Eisen, hat ein Kobalt-Platin-Magnet von 9,53 mm Länge und 6,35 mm Durchmesser ein Hubvermögen, das 25mal größer ist als dasjenige eines Magnets von denselben Abmessungen aus der genannten bekannten Legierung. Bei kleineren Abmessungen werden diese Unterschiede noch ausgeprägter, da der Kobalt-Platin-Magnet mit seiner hohen Koerzitivkraft der Selbstentmagnetisierung einen größeren Widerstand entgegensetzt als der bekannte Magnet. Man sieht also, daß die Magnete gemäß der Erfindung besonders dann wertvoll und praktisch und auch verhältnismäßig billig sind, wenn ein kleiner, jedoch leistungsfähiger Magnet gefordert wird.The invention made it possible to create extremely strong permanent magnets to produce which, despite their high cost, offer multiple uses, wherever a small magnet with high energy is required. So are such magnets, for example, especially in certain types of instruments and measuring devices, where small, but strong magnets are required. Further possible uses for magnets according to the invention, in which the manufacturing costs are insignificant, can be found, for. B. in the medical field, for example, with the help of a small, but powerful magnets remove ferromagnetic objects from the human body to remove. Compared to the well-known, commercially available high-performance magnetic material made of an alloy of 14% nickel, 24% cobalt, 3 0% copper, 8% aluminum, the rest Iron, has a cobalt-platinum magnet 9.53 mm long and 6.35 mm in diameter Lifting capacity 25 times greater than that of a magnet of the same dimensions from the known alloy mentioned. With smaller dimensions these differences become even more pronounced, since the cobalt-platinum magnet with its high coercive force of the Self-demagnetization opposes a greater resistance than the known Magnet. It can therefore be seen that the magnets according to the invention are particularly valuable and practical and also relatively cheap, if a small but powerful one Magnet is required.

Ein weiterer und ausschlaggebender Vorteil der erfindungsgemäßen Magnete gegenüber den Magneten aus vielen handelsüblichen Magnetlegierungen besteht darin, daß die Kobalt-Platin-Legierungen in ungeordnetem Zustand geschmeidig und leicht zu verarbeiten sind, so daß man sie zu Drähten ziehen oder zu dünnen Blechen formen oder ihnen irgendeine andere Gestalt geben kann, bevor man sie gemäß der Erfindung behandelt. Durch das Anlassen wird die Legierung härter, so daß es schwieriger ist, sie zu verformen und zu bearbeiten. Aber selbst in angelassenem Zustand ist die Legierung leichter zu bearbeiten als die obengenannten bekannten Legierungen.Another and decisive advantage of the magnets according to the invention compared to magnets made from many commercially available magnet alloys, that the cobalt-platinum alloys are pliable and light in a disordered state are to be processed so that they can be drawn into wires or shaped into thin sheets or they can be given some other shape before they can be according to the invention treated. Tempering makes the alloy harder, making it more difficult to to deform and edit them. But even when it is tempered it is Alloy easier to machine than the known alloys mentioned above.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the heat treatment of a cobalt-platinum alloy with about 17 to 23.5 percent by weight cobalt, the remainder platinum, for the purpose of producing one magnetic material of high energy values and high coercive force, with the Alloy initially heated to at least about 85o °, expediently about 100 °, then cooled to a temperature not exceeding about 300 ° and finally at a Temperature of 55o to 65o °, expediently at about 600 °, is tempered, thereby characterized that the cooling at a rate of 0.2 to 5o ° per second, expediently from i to zo ° per second.

2. The method according to claim i, characterized characterized in that the tempering temperature is maintained for a time which is at least 2 hours, and advantageously 2 to 8 hours, if a Material with high energy values and 8 to 20 hours, if high coercive force is required will.

3. The method according to claim i or 2, characterized in that a cobalt-platinum alloy with about 2i, 5 percent by weight cobalt, the remainder platinum, is used and the cooling rate i to io ° per second.

4. The method according to claim 3, characterized in that that the alloy to achieve high coercive force from the solution temperature off at a speed of r to zo ° per second, appropriate r, 3 ° per second, cooled to a temperature of about 20 ° and at a temperature from about _6oo ° about 9 to 1q. Is aged for hours.

5. The method according to claim 3, characterized in that the alloy in order to achieve a after the magnetization a product having a maximum energy product from the solution temperature from at a speed of r to zo ° per second, expediently r, 3 ° per second, cooled to a temperature of about 2oo ° and at a temperature of about 6oo ° is aged for about 5 hours.