DE973960C

DE973960C - Verwendung von Cer-haltigen Sintermagnetlegierungen als Werkstoff fuer Dauermagnete

Info

Publication number: DE973960C
Application number: DED11561A
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1952-02-12
Filing date: 1952-02-12
Publication date: 1960-08-04

Description

Verwendung von Cer-haltigen Sintermagnetlegierungen als Werkstoff für Dauermagnete Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von gesinterten Dauermagneten mit verbesserten magnetischen und mechanischen Eigenschaften, und zwar fallen sowohl gesinterte Dauermagnete wie auch einstückig gesinterte Dauermagnetsvsteme bzw. Teile davon in den Rahmen der Erfindung.
Solche gesinterten Dauermagnetkörper werden bekanntlich aus metallischen Dauermagnetpulvern oder -pulvermischungen hergestellt, wobei in diesen Ausgangspulvern bereits die Zusammensetzung vorliegt, die hernach der Dauermagnetkörper aufweisen soll. Die Herstellung geschieht im allgemeinen in der Weise, daß entweder pulverförmige Dauermagnetlegierungen oder die Mischungen von Pulvern reiner Metalle oder die Mischung von Pulvern von Metallegierungen mit anderen solchen Pulvern oder mit Pulvern aus Metallen, deren Anteile so bemessen sind, daß die Zusammensetzung dem gewünschten Dauermagnetkörper entspricht, zu einem Formkörper gepreßt und dieser Formkörper anschließend gesintert wird. Die Ausgangspulver bzw. Ausgangspulvergemische der Dauermagnetlegierungen sind dabei insbesondere von der Art der aushärtbaren Eisen-Nickel-Aluminium-Legierungen mit oder ohne zusätzliche Elemente wie Kobalt, Titan, Kupfer, Tantal, Niob, Silizium und Zirkonium.
Es hat sich nun gezeigt, daß die magnetischen Werte der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Dauermagnetkörper sowie deren mechanische Eigenschaften, beispielsweise die Festigkeit, wesentlich verbessert werden können, wenn dem Ausgangspulver oder dem Ausgangspulvergemisch Cer zugesetzt wird. Die Vorgänge, die sich hierbei abspielen, sind nicht einwandfrei geklärt; sicher ist aber, daß ein gesteigertes Kristallwachstum und damit eine Steigerung des spezifischen Gewichtes der Sinterkörper die Folge eines solchen Zusatzes sind. Es ergibt sich daher eine Verbesserung des mechanischen Verhaltens der Dauermagnetkörper im Vergleich zu solchen, die Cer-frei sind. Außerdem werden durch den Cer-Zusatz ihre dauermagnetischen Werte wesentlich heraufgesetzt.
Es sind zwar schon die verschiedensten Vorschläge gemacht worden, besonderen Legierungen, beispielsweise einer Eisen-Silizium-Legierung mit Vanadinzusatz, Cer zuzusetzen. Es sind ferner metallische Legierungen mit hoher Anfangspermeabilität bekanntgeworden, bei denen geringe Prozentsätze von Metallen der II. Gruppe- des Periodischen Systems der Elemente zugesetzt wurden. Dabei handelt es sich aber in beiden Fällen um reine Gußlegierungen, bei denen das Cer als Legierungselement vorhanden sein soll und die in üblichen Schmelzöfen unter Luftatmosphäre oder in einem luftverdünnten Raum erschmolzen werden.
Weiterhin war es aus der Literatur bekannt, weichmagnetischeLegierungen und Gußlegierungen zu desoxydieren. Auch bei Sinterlegierungen war es bekannt, eine Art Desoxydation durchzuführen. Indes sind in den Angaben über derartige Verfahren keine Hinweise enthalten, die auf eine spezifische Wirkung des Cer in Richtung auf eine Verbesserung der magnetischen und mechanischen Eigenschaften von gesinterten Dauermagneten sowie deren weichmagnetischen Verbindungsstücken schließen lassen. -Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, für die Herstellung von gesinterten Dauermagneten solche Ausgangspulver bzw. Ausgangspulvergemische zu verwenden, denen Cer zugesetzt ist, vorzugsweise in Anteilen von o,oo5 bis 2,50/0.
Als Certräger wird vorzugsweise sogenanntes »Cer-Mischmetall« zugesetzt. Dieses besteht aus 4.o bis 551/o Cer, Rest andere Metalle der Seltenen Erden, wie beispielsweise Lanthan, Neodym, Praseodym, Samarium und Ittrium; gelegentlich können auch noch z bis 5 % Eisen zugegen sein sowie ferner Spuren von Verunreinigungen.
Das Cer übt seine Wirkung beim Sintern schon dann aus, wenn es in ganz geringen Anteilen vorliegt, so daß es im allgemeinen nicht erforderlich ist, größere Anteile zuzusetzen.
Bei der Herstellung von Dauermagnetsystemen wird oft so vorgegangen, daß Polplatten, Polschuhe, Eisenrückschlüsse u. dgl. an die Dauermagnete einstöckig angesintert werden. Als Werkstoff für die Herstellung dieser Teile dient normalerweise Weicheisen oder auch eine Eisen-Nickel- bzw. Eisen-Kobalt-Legierung. Erfindungsgemäß hat es sich als zweckvoll herausgestellt, auch diese Teile unter Verwendung von Pulvern zu erzeugen, denen vor dem Sintern Cer in Mengen von 0,005 bis 2,5% zugesetzt wurde. Das Eisen kann hierbei geringfügige Verunreinigungen enthalten, wie sie auch bei den sehr sauber arbeitenden Sinterverfahren unvermeidlich sind. Solche Verunreinigungen können auch durch das Cer-Mischmetall in das Pulver gebracht werden. Eisenpulver, welches für die Herstellung derartiger Teile innerhalb einstöckig gesinterter Magnetsysteme verwendet wird, kann durch Zersetzen von Eisenkarbonyl gewonnen sein; es können aber auch andere Reineisenpulver als Ausgangswerkstoffe im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, für die sogenannten Eisenteile an Dauermagneten Legierungen zu verwenden, die neben der Eisengrundlage gewisse Anteile an Aluminium enthalten. Der Aluminiumgehalt kann ganz oder teilweise durch Nickel, Silizium, Titan und Kupfer, einzeln oder zu mehreren, ersetzt sein. Legierungen dieser Art lassen sich besonders leicht sintern und dienen vornehmlich dem einstöckigen Zusammensintern mit dem Dauermagnetwerkstoff zur Herstellung von Dauermagnetsystemen; denn sie fügen sich besonders gut in den Sintervorgang ein, der sich an den bekannten Eisen-Nickel-Aluminium-Dauerrnagnetwerkstoffen mit oder ohne Zusatz von Titan, Kobalt, Kupfer, Silizium u. dgl. vollzieht.
Auch diese Legierungen lassen sich gemäß der Erfindung verbessern, indem ihnen vor ihrer Verwendung C.er zugesetzt wird. Eine solche Legierung enthält dann beispielsweise r bis ro 11/o, vorzugsweise 2 bis 5 % Aluminium, 0,005 bis 2,511/o Cer, Rest Eisen mit geringfügigen Verunreinigungen. In dieser Legierung kann der Aluminiumgehalt ganz oder teilweise durch den gleichen Anteil Nickel, Silizium, Titan und Kupfer, einzeln oder zu mehreren, ersetzt sein.

Auch die an sich bekannten aushärtbaren Dauermagnetlegierungen, die aus einer Kombination der Legierungselemente Nickel, Aluminium und Eisen bestehen und gegebenenfalls noch Kobalt, Kupfer, Titan, Silizium, Tantal und Niob, einzeln oder zu mehreren, enthalten, können durch Anwendung der Erfindung verbessert werden. Solche Legierungen haben Gehalte von

3 bis 2o % Aluminium,

5 bis q.00/0 Nickel,

gegebenenfalls bis 40% Kobalt,

bis 2oa/o Kupfer,

bis zo% Titan,

bis 311/o Silizium,

bis 3% Zirkonium,

bis 5% Tantal/Niob, einzeln oder

gemeinsam,

Rest Eisen mit den üblichen Verun-

reinigungen.

Die Legierungen werden hergestellt, indem die metallischen Bestandteile in Pulverform miteinander gemischt, zu Formkörpern gepreßt und alsdann gesintert werden. Hierbei können die Legierungselemente auch in Form von Vorlegierungen; die beispielsweise zwei oder mehrere Komponenten der endgültigen Legierung enthalten, dem Pulveransatz zugesetzt werden. Die Herstellung der Legierungen auf dem Sinterwege ist an sich bekannt; jedoch sind hierbei andere Voraussetzungen gegeben als bei der Erzeugung auf dem Gußwege. Mithin treten auch andersgeartete Schwierigkeiten auf.

Erfindungsgemäß werden solche Schwierigkeiten durch Verwendung von Pulvern mit Cer-Zusatz beseitigt, und insbesondere werden die dauermagnetischen Werte verbessert. Vor allem wird erreicht, daß die gewünschten Werte mit Sicherheit eingehalten werden. Außer der Verbesserung der dauermagnetischen Werte ist aber auch von Wichtigkeit, daß durch die Verwendung Cer-haltiger Ausgangspulver auch die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Kantenfestigkeit, der erzeugten Magnete oder Magnetsysteme wesentlich verbessert werden können.

Eine Legierung von besonderer Bedeutung ge-Inäß der Erfindung weist folgende Zusammensetzung auf:

6 bis 9 % Aluminium,

12 bis 18 % Nickel,

20 bis 35 % Kobalt,

2 bis 6 % Kupfer,

o bis 8 % Titan,

o,oo5 bis 2,5% Cer,

gegebenenfalls o,oi bis 1,5% Silizium,

o,oi bis 1,5% Tantal/Niob, ein-

zeln oder gemein-

sam,

Rest Eisen mit den üblichen Verun-

reinigungen.

Innerhalb dieser Legierungsgruppe liegen unter anderem auch die bekannten Dauermagnetlegierungen, die eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung erhalten, ehe sie der Verwendung zugeführt werden.

Es ist an sich bekannt, daß die Verunreinigungen bei den Dauermagnetlegierungen dieser Art möglichst niedrig sein sollten, obwohl es unter gewissen Umständen nicht schadet, wenn sie gelegentlich auch in größeren Mengen vorhanden sind. Dies gilt insbesondere für Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel, Chrom, Wolfram, Molybdän u. dgl. Bei Verwendung der erfindungsgemäß mit Cer-Mischmetall versetzten Ausgangspulver kann der Eisenrest auch noch die Metalle der Seltenen Erden enthalten, die durch das Cer-Mischmetall in die Legierung hineingetragen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung von Sintermagnetlegierungen, insbesondere aushärtbaren Eisen-Nickel-Aluminium-Legierungen mit oder ohne zusätzliche Gehalte an Kobalt, Titan, Kupfer, Tantal, Niob, Silizium, Zirkon, bei deren Herstellung dem Ausgangspulver oder Ausgangspulvergemisch Cer vorzugsweise in Mengen von 0,005 bis 2,5% zugesetzt worden ist, als Werkstoff für Dauermagnete.
2. Die Verwendung eines weichmagnetischen Eisens bzw. einer weichmagnetischen Eisenlegierung (Eisen-Nickel, Eisen-Kobalt), bei deren Herstellung dem Ausgangspulver oder Ausgangspulvergemisch Cer vorzugsweise in Mengen von 0,005 bis 2,50/0 zugesetzt worden ist, als Werkstoff für die Herstellung von Polplatten, Polschuhen, Eisenrückschlüssen u. dgl. an Dauermagneten, die mit dem Dauermagnetwerkstoff einstöckig gesintert sind.
3. Die Verwendung von Sinterlegierungen mit 3 bis 20% Aluminium, 5 bis 40% Nickel, 0,005 bis 2,5% Cer, gegebenenfalls bis 40% Kobalt, bis 20% Kupfer, bis io% Titan bis 3% Silizium, bis 3% Zirkonium, bis 5 0% Tantal und Niob, einzeln oder gemeinsam, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, für den Zweck nach Anspruch i. q..
Die Verwendung von Sinterlegierungen mit 6 bis 9% Aluminium, 12 bis 18°/o Nickel, 20 bis 35% Kobalt, 2 bis 6% Kupfer, o bis 8% Titan, 0,005 bis 2,5% Cer, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, für den Zweck nach Anspruch i.
5. Die Verwendung von Sinterlegierungen, wie sie im Anspruch 4, genannt sind, die jedoch noch o,oi bis 1,5% Silizium enthalten, für den Zweck nach Anspruch i.
6. Die Verwendung von Sinterlegierungen, wie sie in den Ansprüchen q. und 5 genannt sind, die jedoch noch o,oi bis i,50% Niob und/ oder Tantal enthalten, für den Zweck nach Anspruch i. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 707 878; deutsche Patentanmeldung H 1q.8086 VI/i8 b (bekanntgemacht am i. 9. 1938) ; Messkin-Kussmann, »Die ferromagnetischen Legierungen«, 1932, S. 358; H. R e m y, »Lehrbuch der anorganischen Chemie«, Teil 1I, 1942, S. 533; Kieffer und Hotop, »Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe«, 194.8, S. 110.