EP0505348B1 - Permanentmagnetwerkstoff bzw. gesinterter Permanentmagnet und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Permanentmagnetwerkstoff bzw. gesinterter Permanentmagnet und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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EP0505348B1
EP0505348B1 EP92890055A EP92890055A EP0505348B1 EP 0505348 B1 EP0505348 B1 EP 0505348B1 EP 92890055 A EP92890055 A EP 92890055A EP 92890055 A EP92890055 A EP 92890055A EP 0505348 B1 EP0505348 B1 EP 0505348B1
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EP
European Patent Office
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phase
hard magnetic
sintered
magnetic
permanent
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EP92890055A
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EP0505348A1 (de
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Adolf Dipl.-Ing. Diebold
Oskar Dr. Pacher
Siegfried Dr. Heiss
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0571—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
    • H01F1/0575—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0577—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together sintered

Definitions

  • the invention relates to a sintered permanent magnet (material) containing 8 to 30 at.% Rare earths (SE), 2 to 28 at.% Boron (B), remainder iron (Fe) or iron and cobalt (Co) a hard magnetic component or with a hard magnetic phase of the Se 2 Fe 14 B type, it being possible for some of the Fe atoms to be replaced by Co atoms.
  • SE Rare earths
  • B Boron
  • Fe remainder iron
  • Co cobalt
  • Permanent magnets or permanent materials made essentially of an alloy of iron (Fe), optionally cobalt (Co), boron (B) and rare earth (SE) sintered, are preferably used when high coercive force, high remanence and / or large Energy product are required.
  • the component forming or containing the magnetic phase of the Se 2 Fe 14 B type, some of the Fe atoms being able to be replaced by Co atoms, is produced and pulverized by melt metallurgy, which powder, optionally mixed with additives, is pressed into a green compact in a magnetic field and this is sintered and the sintered body can optionally be subjected to at least one further heat treatment.
  • An SE-Fe-B permanent magnet material in which an alloy additive containing an element from the group of the heavy SE and / or SSE compounds, optionally with grain boundary additives, is added to the grain boundaries of the grains, which are formed from a magnetic phase is disclosed by EP-A-0395625.
  • a sintered magnet is known from WO-A-8902156, the structure of which is free of large Fe 4 NdB 4 grains and the composition of which is selected such that the material at sintering temperature is in a two-phase area, namely in a hard magnetic phase and an Nd-rich phase.
  • EP-A-0425469 relates to a sintered SE-Fe-B permanent magnet (material) in which the local concentration of the SE content increases essentially at the grain boundaries of the magnetic phase, that is to say that an inhomogeneous distribution of the SE content is given.
  • JP-62274046 a permanent magnet which consists of a sintered powder mixture which is formed from at least two types of powder.
  • Nd 2 Fe 14 B 6 i.e. a hard magnetic phase
  • Nd paramagnetic alloy of Nd 95 Fe 5 and / or Nd 15 F 77 B 8 and / or Nd 2 FeB 16 and / or Nd 2 Fe 7 B 6 mixed.
  • the invention has for its object to eliminate the disadvantages of the known SE, (FeCo), B - containing magnets (materials) and their manufacturing processes and to specify and create sintered permanent magnets, the high saturation magnetization, high coercive force and high energy product with good temperature stability and have a high Curie point at low manufacturing costs.
  • Another object of the invention is to make the height of the Curie point of the permanent magnets (materials) easily adjustable according to the requirements.
  • the hard magnetic component is formed from a plurality of magnetic phases which, as has been shown completely surprisingly, interact advantageously with one another. It is important here that one or more magnetic phases as the central phase or core phase are formed from surface-smoothed or diffusion-molded grains, whereby according to the latest findings, surface recrystallization can take place by diffusion and a further magnetic phase component is oriented towards the central phase as a peripheral phase or is attached to it assigns. As a result, a high proportion of magnetic volume in the material can be achieved and domain wall formation and / or domain wall displacement can be reduced, as a result of which an increase in the coercive force and consequently in the energy product occurs.
  • the paramagnetic intermediate or binding phase should have a higher concentration of SE than the magnetic phases and, if appropriate, inclusions and / or additives, as a result of which a further blocking of domain walls is accomplished.
  • Special magnetic properties of the material are achieved if the grains of the central or core phase have a diameter of 10 to 100 ⁇ m and the magnetic peripheral phase or phases are or are attached to the grains in a shell-like manner.
  • the RE portion in the magnetic phases is essentially formed by light rare earths (LSE), in particular Nd, and the RE portion in the intermediate or binding phase contains heavy rare earths (SSE), particularly high levels become Magnetic characteristics of the magnet reached.
  • LSE light rare earths
  • SSE heavy rare earths
  • the invention further relates to a method for producing rare earth (SE) containing (s), magnetically aligned (s), sintered (s) permanent magnet (s) according to claim 1, its base material or starting material by melt metallurgy is produced, this or this is essentially ground into powder, mixed with additives, pressed into a green body and the green body is sintered and annealed. According to the invention, such a method is characterized by the characterizing features of claim 8.
  • the advantages of the invention consist in particular in that at least two magnetic phase-forming base materials or starting materials with different chemical compositions and therefore different magnetic properties are produced, comminuted into powders and mixed, as a result of which an interaction of the base materials which has a favorable influence on the magnetic characteristics can be achieved.
  • a basic material is comminuted to powder with smaller particle sizes or to fine powder, which shows an earlier softening or plasticity during the sintering of the green compact pressed under magnetic field alignment and produces particularly good contact with the particles or grains of the coarse powder. This is important for the effect of the diffusion treatment or annealing, the phase boundaries being designed to be correspondingly favorable.
  • the SE concentration of the base materials is dimensioned higher than that of the magnetic phase of type SE 2 (FeCo) 14 B, the compositions SE 16 (FeCo) 77 B 7 , SE 15 (Feco) having been found. 77 B 8 and SE 14 (FeCo) 80 B 6 are particularly suitable. If at least one base material is alloyed with Co and the iron portion of the magnetic phase is substituted by up to 40% with Co, particularly good temperature stability and high Curie temperatures of the magnets can be achieved.
  • the SE portion of the base materials is essentially formed by LSE, the remanence and the energy product are increased.
  • one or more base materials are comminuted into coarse powder with a grain diameter of 10 to 100 ⁇ m, preferably 10 to 60 ⁇ m, in particular 15 to 30 ⁇ m, and at least one further base material is ground to fine powder with a particle diameter of 0.5 to 8 ⁇ m, in particular from 3 to 8 ⁇ m, different co-contents in the coarse and fine powder further improving the magnetic characteristics.
  • compounds of SSE such as, for example, Dy 2 O 3 and / or borides, for example Fe 2 B, and / or metals, for example Al, and / or oxides, for example A 12 O 3 and / or SE oxides are introduced, in particular the powders are mechanically alloyed with these substances, domain wall formation and domain wall displacement are further reduced and higher coercive forces are achieved.
  • a particularly important feature of the invention is a diffusion treatment of the sintered magnet (s) (material), which is advantageously carried out at a temperature below the sintering temperature and expediently in the pendulum annealing process, because the grain surfaces of the coarse powder are smoothed and a microstructure-oriented on the smoothed grain surfaces essentially shell-like accumulation of the phase formed by the fine powder is brought about, which brings about a significant improvement in the magnetic characteristics.
  • s sintered magnet
  • FIG. 1 and 2 show schematically the sequence of manufacture of permanent magnet materials according to the invention.
  • Table 1 shows compositions of the base materials with stoichiometric parameters.
  • Table 2 shows the compositions and the magnetic characteristics of reference magnets (materials) with the designation V1 to V7.
  • Tables 3a and 3b under numbers 1 to 23 list permanent magnets (materials) according to the invention.
  • high magnetic characteristics at an elevated Curie temperature are achieved by the construction with a plurality of differently composed magnetic phases with diffusion molded grains and deposits.
  • Table 1 Base material Range Nd 16 (Fe 1-x Co x ) 77 B 7 A Nd 15 (Fe 1-x Co x ) 77 B 8 B Nd 14 (Fe 1-x Co x ) 80 B 6 C. (Nd 1-y Dy y ) 16 Fe 77 B 7 D (Nd 1-y Dy y ) (Fe 1-x Co x ) 78 B 6 E No. Basic magnetic phase Magnetic values Ref. Troubles Vert.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen gesinterten Permanentmagnet((-werkstoff) enthaltend 8 bis 30 At.-% Seltene Erden (SE), 2 bis 28 At.-% Bor (B), Rest Eisen (Fe) oder Eisen und Kobalt (Co) mit einem hartmagnetischen Anteil bzw. mit einer hartmagnetischen Phase vom Typ Se2Fe14B, wobei ein Teil der Fe-Atome durch Co-Atome ersetzt sein können.
  • Permanentmagnete bzw. Permanentwerkstoffe aus im wesentlichen einer Legierung von Eisen (Fe), gegebenenfalls Kobalt (Co), Bor (B) und Seltenen Erden ( SE) im Sinterverfahren gefertigt, werden bevorzugt dann verwendet, wenn hohe Koerzitivkraft, hohe Remanenz und/oder großes Energieprodukt gefordert sind. Dabei wird der die magnetische Phase vom Typ Se2Fe14B, wobei ein Teil der Fe-Atome durch Co-Atome ersetzt sein können, bildende oder enthaltende Bestandteil schmelzmetallurgisch hergestellt und pulverisiert, welches Pulver gegebenenfalls mit Zusätzen vermengt im Magneffeld zu einem Grünling verpreßt und dieser gesintert wird und der Sinterkörper gegebenenfalls mindestens einer weiteren Wärmebehandlung unterworfen werden kann.
  • Aus der EP-B1-0126802 sind gesinterte Permanentmagnete des Typs Fe-B-R ( R bedeutet mindestens ein SE-Element einschließlich Y) bekannt geworden, bei welchen Fe teilweise durch Co ersetzt werden kann. Die Elemente sind dabei auf Grund des verwendeten Herstellverfahrens in der magnetischen Phase homogen verteilt und eine Wärme- oder Alterungsbehandlung des Sinterkörpers soll die magnetischen Werte verbessern. Wird Fe teilweise durch Co ersetzt, so erfolgt dadurch eine Erhöhung des Curie-Punktes bzw. der Curie-Temperatur (Tc) des Magnetwerkstoffes, dessen Koerzitivkraft, wie dem Fachmann bekannt ist, jedoch mit steigendem Co-Gehalt sinkt, wodurch auch das Energieprodukt nachteilig beeinflußt werden kann.
  • Um Permanentmagnete mit verbesserten magnetischen Eigenschaften bei Raumtemperatur zu schaffen, wird gemäß EP-B1-0102552 vorgeschlagen, eine Co-freie Legierung mit einem Gehalt an Fe-B-R einzusetzen, die mindestens eine stabile Verbindung des ternären Systems Fe-B-R enthält, wobei R mindestens ein Seltenerdenelement einschließlich Yttrium bedeutet. Die magnetiche Hauptphase muß dabei eine intermetallische Verbindung mit konstanter Zusammensetzung sein, was eine homogene Verteilung der Legierungselemente bedingt. Abgesehen von dem großen legierungstechnischen Aufwand bei der Fertigung der Ausgangslegierung und den starken Streuungen der magnetischen Werte des sintertechnisch hergestellten Magnetwerkstoffes weist dieser eine signifikante Abnahme der magnetischen Kennwerte mit steigender Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 200 ° C auf, wobei der Curie-Punkt schon bei etwa 300 °C erreicht wird.
  • Ferner ist aus der EP-A1-0265006 ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Permanentmagneten bekannt, bei welchem stöchiometrisch zusammengesetztes kristallines RE2(FeCo)14B -Material ( RE bedeutet Seltene Erden) mit einem anderen Material gemahlen wird, wobei dieses andere Material beim Sinterprozeß eine zweite nicht magnetische Phase an der Oberfläche der magnetischen Körner aus RE2(FeCo)14B bildet. Damit soll erreicht werden, daß die genaue chemische Zusammensetzung bei homogener Verteilung aller Elemente der magnetischen Phase im Magnetwerkstoff unabhängig von der zweiten paramagnetischen Phase, die besondere schmelztechnische Eigenschaften und/oder Zusammensetzungen aufweisen kann, einstellbar ist. Bei dieser Ausführungsform besteht jedoch der Nachteil im großen legierungstechnischen Aufwand und der schlechten Reproduzierbarkeit der magnetischen Werkstoffdaten.
  • Ein SE-Fe-B- Permanentmagnetwerkstoff, bei welchem im wesentlichen an den Korngrenzen der Körner, die aus einer magnetischen Phase gebildet sind, ein Legierungszusatz enthaltend ein Element aus der Gruppe der Schweren SE und/oder SSE-Verbindungen, gegebenenfalls mit Korngrenzenzusätzen, angelagert ist, ist durch EP-A-0395625 offenbart.
  • Aus der WO-A-8902156 ist ein Sintermagnet bekannt, dessen Gefüge frei von großen Fe4NdB4- Körnern ist und dessen Zusammensetzung derart gewählt ist, daß der Werkstoff bei Sintertemperatur im Zweiphasengebiet und zwar in einer hartmagnetischen Phase und einer Nd-reichen Phase liegt.
  • Die EP-A-0425469 bezieht sich auf einen gesinterten SE-Fe-B-Permanentmagnet(werkstoff), bei welchem im wesentlichen an den Korngrenzen der magnetischen Phase die örtliche Konzentration des SE-Gehaltes ansteigt, daß also über den Kornquerschnitt eine inhomogene Verteilung des SE-Gehaltes gegeben ist.
  • In den Patent Abstracts of Japan Vol. 12 No. 165 ( C-496)3012 May 18, 1988, JP-62274046 ist ein Permanentmagnet offenbart, der aus einer gesinterten Pulvermischung, welche aus mindestens zwei Pulverarten gebildet ist, besteht. Dabei wird ein Pulver bestehend aus Nd2Fe14B6, also einer hartmagnetischen Phase, mit einer pulverisierten paramagnetischen Legierung aus Nd95Fe5 und/oder Nd15F77 B8 und/oder Nd2FeB16 und/oder Nd2 Fe7B6 gemischt. Im Hinblick auf eine Herstellung von kleineren und leistungsfähigeren Geräten, die mit Permanentmagneten bestückt sind, besteht der Wunsch, deren magnetische Kennwerte zu erhöhen und zu stabilisieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten SE,(FeCo),B - enthaltenden Magnete(-werkstoffe) sowie ihrer Herstellverfahren zu beseitigen und gesinterte Permanentmagnete anzugeben sowie zu erstellen, die hohe Sättigungsmagnetisierung, hohe Koerzitivkraft und hohes Energieprodukt bei guter Temperaturstabilität und hohem Curie-Punkt bei geringen Herstellkosten aufweisen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, die Höhe des Curie-Punktes der Permanentmagnete(-werkstoffe) den Anforderungen entsprechend auf einfache Weise einstellbar zu machen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Permanentmagnet(-werkstoff) der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Beim erfindungsgemäßen Permanentmagnet(-werkstoff) werden synergetisch eine Reihe von Vorteilen erreicht, wobei nachteilige Wechselwirkungen von einzelnen Maßnahmen weitgehend unterdrückt sind und die Gesamtheit der magnetischen Eigenschaften wesentlich erhöht wird. Die wissenschaftlichen Grundlagen und Ursachen dieser Kombinationseffekte sind noch nicht vollkommen geklärt; es handelt sich jedoch im wesentlichen dabei um physikalisch-chemische Wirkungen in Verbindung mit der Magnetokinetik.
  • Beim erfindungsgemäßen Permanentmagnet(-werkstoff) wird der hartmagnetische Anteil aus mehreren magnetischen Phasen gebildet, die, wie sich völlig überraschend gezeigt hat, in vorteilhafter Wechselwirkung zueinander stehen. Wichtig dabei ist, daß eine oder mehrere magnetische Phasen als Zentralphase oder Kernphase aus oberflächengeglätteten bzw. diffusionseingeformten Körnern gebildet ist, wobei nach neuesten Erkenntnissen durch Diffusion ein oberflächliches Umkristallisieren erfolgen kann und ein weiterer magnetischer Phasenanteil sich orientiert als Peripherphase an die Zentralphase anlagert bzw. dieser zuordnet. Dadurch kann ein hoher Anteil an magnetischem Volumen im Werkstoff erreicht und eine Domänwandbildung und/oder Domänwandverschiebung vermindert werden, wodurch eine Vergrößerung der Koerzitivkraft und in der Folge des Energieproduktes eintritt. Die paramagnetische Zwischen- oder Bindephase soll eine höhere Konzentration an SE als die magnetischen Phasen und gegebenenfalls Einlagerungen und/oder Zusätze aufweisen, wodurch eine weitere Blockierung von Domänwänden bewerkstelligt wird. Besondere magnetische Eigenschaften des Werkstoffes werden erreicht, wenn die Körner der Zentral- oder Kernphase einen Durchmesser von 10 bis 100 µm aufweisen und um die Körner die magnetische Peripherphase oder Phasen schalenartig angelagert ist oder sind.
  • Wenn zwei oder gegebenenfalls mehrere magnetische Phasen unterschiedliche SE-Elemente und/oder Co-Konzentrationen besitzen und insbesondere zumindest eine Zentral- oder Kemphase einen höheren Co-Gehalt aufweist, so wird synergetisch ein hoher Sättigungsmagnetismus bei hoher Koerzitivkraft des Permanentmagneten erreicht werden. Gute magnetische Stabilität bei hohen magnetischen Kennwerten werden erhalten, wenn die örtliche Co-Konzentration an den Korngrenzen bzw. im Korngrenzenbereich zwischen Phasen mit unterschiedlichem Co-Gehalt diffusionskinetisch gebildete Übergänge, das bedeutet einen überproportionalen Anstieg vom niedrigen Niveau mit einer anschließenden asymptotischen Angleichung an ein höheres Niveau, aufweist. Trotz orientierter Anlagerung zwischen zwei magnetischen Phasen wird wahrscheinlich auf Grund der unterschiedlichen Austauschkopplung der magnetischen Momente durch den diffusionskinetisch gebildeten Übergang der Co-Konzentration im Grenzenbereich eine für Domänwände wirkende energetische Barriere gebildet.
  • Wenn gemäß einer bevorzugten Form der SE-Anteil in den magnetischen Phasen im wesentlichen durch Leichte Seltene Erden ( LSE), insbesondere Nd, gebildet ist und der SE-Anteil in der Zwischen- oder Bindephase Schwere Seltene Erden (SSE) enthält, werden besonders hohe magnetische Kennwerte des Magneten erreicht. Die Erfindung betrifft femer ein Verfahren zur Herstellung von Seltene Erden ( SE) enthaltendem(n), magnetisch ausgerichtetem(n), gesintertem(n) Permanentmagneten(en)(-werkstoffen) gemäß Anspruch 1, dessen ( deren) Grundwerkstoff bzw. Ausgangsmaterial schmelzmetallurgisch hergestellt ist, wobei dieser bzw. dieses im wesentlichen zu Pulver zerkleinert, mit Zusätzen gemischt, zu einem Grünling gepreßt und der Grünling gesintert sowie geglüht wird. Erfindungsgemäß ist ein derartiges Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 bezeichnet.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß mindestens zwei magnetische Phasen bildende Grundwerkstoffe bzw. Ausgangsmaterialien mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und daher unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften hergestellt, zu Pulver zerkleinert und vermengt werden, wodurch eine die magnetischen Kennwerte günstig beeinflussende Wechselwirkung der Grundwerkstoffe erreicht werden kann. Die Zerkleinerung eines Grundwerkstoffes erfolgt dabei zu Pulver mit geringeren Teilchengrößen bzw. zu Feinpulver, welches bei der Sinterung des unter Magnetfeldausrichtung gepreßten Grünlings eine frühere Erweichung bzw. Plastizität zeigt und einen besonders guten Kontakt zu den Teilchen bzw. Körnern des Grobpulvers herstellt. Dies ist für de Wirkung der Diffusionsbehandlung bzw.- glühung, wobei die Phasengrenzen entsprechend günstig ausgebildet werden, wichtig.
  • Insbesondere im Hinblick auf eine Oxidation bei der Zerkleinerung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die SE-Konzentration der Grundwerkstoffe höher bemessen wird als diejenige der magnetischen Phase vom Typ SE2(FeCo)14B, wobei , wie gefunden wurde, die Zusammensetzungen SE16(FeCo)77B7, SE15(Feco)77B8 und SE14(FeCo)80B6 besonders gute Eignung aufweisen. Ist zumindest ein Grundwerkstoff mit Co legiert und der Eisenanteil der magnetischen Phase bis zu 40 % durch Co substituiert, so sind besonders gute Temperaturstabilität und hohe Curie-Temperaturen der Magnete erreichbar.
  • Wenn weiters, wie in günstiger Weise vorgesehen, der SE-Anteil der Grundwerkstoffe im wesentlichen durch LSE gebildet wird, sind die Remanenz und das Energieprodukt erhöht. Im Sinne besonders guter magnetischer Kennwerte hat es sich als günstig erwiesen, wenn ein oder mehrere Grundwerkstoffe zu Grobpulver mit einem Komdurchmesser von 10 bis 100 µm, vorzugsweise von 10 bis 60 µm, insbesondere von 15 bis 30 µm, zerkleinert werden und mindestens ein weiterer Grundwerkstoff zu Feinpulver mit einem Teilchendurchmesser von 0,5 bis 8 µm, insbesondere von 3 bis 8 µm, gemahlen wird, wobei unterschiedliche Co-Gehalte im Grob- und Feinpulver die magnetischen Kennwerte weiters verbessern.
  • Wenn gemäß einer bevorzugten Form als Zusätze zu den Pulvern Verbindungen von SSE, wie beispielsweise Dy2O3 und/oder Boride, z.B. Fe2B, und/oder Metalle, z.B. Al, und /oder Oxide, z.B. Al2O3 und/oder SE- Oxide eingebracht, insbesondere die Pulver mit diesen Stoffen mechanisch legiert werden, werden eine Domänwandbildung und eine Domänwandverschiebung weiter vermindert und höhere Koerzitivkräfte erreicht.
  • Ein besonders wichtiges Kennzeichen der Erfindung ist eine Diffusionsbehandlung des gesinterten Magnet(en)(-werkstoffes), welche vorteilhaft bei einer Temperatur unterhalb der Sintertemperatur und günstigerweise im Pendelglühverfahren erfolgt, weil dabei eine Glättung der Komoberflächen des Grobpulvers erfolgt und an den geglätteten Kornoberflächen mikrostrukturorientiert eine im wesentlichen schalige Anlagerung der vom Feinpulver gebildeten Phase bewirkt wird, was eine wesentliche Verbesserung der magnetischen Kennwerte erbringt.
  • Fertigungstechnisch, jedoch auch im Hinblick auf besondere magnetische Einzelwerte, kann es weiters günstig sein, wenn Pulver mit bestimmten Zusammensetzungen, insbesondere Co-Gehalten, anteilsmäßig vermengt werden. Auf einfache Weise und besonders wirtschaftlich sind dadurch Permanentmagnete mit für bestimmte Anwendungen bzw. Anforderungen besonders ausgebildeten magnetischen Einzelwerten herstellbar.
  • Aus den Zeichnungen kann die Erfindung beispielsweise ersehen werden. Es zeigen Fig.1 und Fig. 2 schematisch den Ablauf der erfindungsgemäßen Herstellung von Permanentmagnetwerkstoffen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von beiliegenden Tabellen 1,2,3a und 3b, in welchen Legierungsgehalte und Mittelwerte von magnetischen Messungen von Permanentmagnetkörpern angegeben sind, weiter erläutert.
    In Tabelle 1 sind Zusammensetzungen der Grundwerkstoffe mit stöchiometrischen Parametern bezeichnet.
    In Tabelle 2 sind mit der Bezeichnung V1 bis V7 die Zusammensetzungen und die magnetischen Kennwerte von Vergleichsmagneten(-werkstoffen) angegeben. In Tabelle 3a und 3b unter den Nummern 1 bis 23 werden erfindungsgemäße Permanentmagnet(-werkstoffe) angeführt.
    Wie aus den Mittelwerten der magnetischen Messungen hervorgeht, werden bei den erfindungsgemäßen Permanentmagneten durch den Aufbau mit mehreren unterschiedlich zusammengesetzten magnetischen Phasen mit diffusionseingeformten Körnern und Anlagerungen hohe magnetische Kennwerte bei erhöhter Curie-Temperatur erreicht. Die Wechselwirkung der mikrostrukturorientiert aneinander angelagerten oder einander zugeordneten dmagnetischen Phasen führt dabei synergetisch, im Vergleich mit üblichen SE-Permanentmagneten, zu verbesserten magnetischen Eigenschaften. Tabelle: 1
    Grundwerkstoff Bereichnung
    Nd16 (Fe1-x Cox)77 B7 A
    Nd15 (Fe1-x Cox)77 B8 B
    Nd14 (Fe1-x Cox)80 B6 C
    (Nd1-y Dyy)16 Fe77 B7 D
    (Nd1-y Dyy)(Fe1-x Cox)78 B6 E
    Tabelle: 2
    Nr. Magnetische Grundphase Magnetische Werte
    Bez. Stö. Vert. Korndurchm. µm iHc kA/m BHmax kJ/m3 Mr T Tc °C
    x y
    V1 A 0,3 - 13 235 133 1.10 550
    V2 E 0,3 0,0 14 1020 191 1.03 535
    V3 D - 0,2 10 1989 215 1.07 315
    V4 E 0,1 0,1 15 808 250 1.17 390
    V5 B 0,2 - 10 245 165 1.12 435
    V6 A ⌀ - 16 750 285 1.21 305
    V7 C 0,2 - 18 210 140 1.15 430
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002

Claims (17)

  1. Permanentmagnet werkstoff oder gesinterter Permanentmagnet enthaltend 8 bis 30 At.-% Seltene Erden (SE), 2 bis 28 AT.-% Bor (B), Rest Eisen ( Fe) oder Eisen und Kobalt ( Co) mit einem hartmagnetischen Anteil bzw. mit einer hartmagnetischen Phase vom Typ SE2Fe14B, wobei ein Teil der Fe-Atome durch Co-Atome ersetzt sein können, dadurch gekennzeichnet, daß der hartmagnetische Anteil mindestens 65 Vol.-% beträgt und dieser hartmagnetische Anteil aus mindestens zwei hartmagnetischen Phasen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung besteht, wobei mindestens eine hartmagnetische Phase im Sintergefüge aus oberflächengeglätteten, gröberen Körnern als Zentralphase ausgebildet ist, an welche mindestens eine weitere hartmagnetische Phase als Peripherphase angelagert ist und dessen die hartmagnetischen Phasenanteile verbindende paramagnetische Bindephase(n) im Vergleich mit den hartmagnetischen Phasen eine höhere Konzentration an SE aufweist(en).
  2. Permanentmagnet werkstoff oder gesinterter Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächengeglätteten Körner der hartmagnetischen Zentralphase(n) einen Durchmesser von 10 bis 100 µm, vorzugsweise von 10 bis 60 µm, insbesondere von 15 bis 30 µm, aufweisen.
  3. Permanentmagnet werkstoff oder gesinterter Permanentmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hartmagnetische Peripherphase(n) im wesentlichen an den oberflächengeglätteten Korngrenzen der hartmagnetischen Zentralphase(n) angelagert, insbesondere schalenförmig angelagert, sind.
  4. Permanentmagnet werkstoff oder gesinterter Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hartmagnetische(n) Zentralphase(n) und/oder die hartmagnetische(n) Peripherphase(n) verschiedene SE-Elemente und/oder unterschiedliche Co-Konzentrationen aufweisen.
  5. Permanentmagnet werkstoff oder gesinterter Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine hartmagnetische Zentralphase eine höhere Co-Konzentration aufweist als die hartmagnetische(n) Peripherphase(n), welche vorzugsweise Co-arm bzw. Co-frei ist (sind).
  6. Permanentmagnet werkstoff oder gesinterter Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlichen Co-Konzentrationen an den Komgrenzen bzw. im Komgrenzenbereich zwischen Phasen mit unterschiedlichem Co-Gehalt diffusionskinetisch gebildete sprunghafte Übergänge aufweisen.
  7. Permanentmagnet werkstoff oder gesinterter Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der SE-Anteil in den hartmagnetischen Phasen im wesentlichen durch leichte Seltene Erden (LSE), insbesondere durch Nd, gebildet ist und der SE-Anteil in der(den) Bindephase(n), welche Zusätze von Boriden und/oder Oxiden und/oder Metallen aufweisen kann (können), im wesentlichen Schwere Seltene Erden (SSE), insbesondere Dy, enthält (enthalten).
  8. Verfahren zur Herstellung von Seltene Erden (SE) enthaltenden, magnetisch ausgerichteten, gesinterten Permanentmagneten enthaltend 8 bis 30 At-% Seltene Erden ( SE), 2 bis 28 At.-% Bor (B), Rest Eisen ( Fe) oder Eisen und Kobalt ( Co) mit einem hartmagnetischen Anteil bzw. mit einer hartmagnetischen Phase vom Typ SE2Fe14B, wobei ein Teil der Fe-Atome durch Co-Atome ersetzt sein können, deren Grundwerkstoff bzw. Ausgangsmaterial schmelzmetallurgisch hergestellt ist, wobei dieser bzw. dieses im wesentlichen zu Pulver zerkleinert, mit Zusätzen gemischt, zu einem Grünling gepreßt und der Grünling gesintert sowie geglüht wird, zur Herstellung von gesinterten Permanentmagneten gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Grundwerkstoffe bzw. Ausgangsmaterialien erschmolzen und erstarren gelassen werden, wobei bei mindestens einem Grundwerkstoff eine von dem anderen Grundwerkstoff verschiedene chemische Zusammensetzung eingestellt wird und die Grundwerkstoffe zu Pulver zerkleinert werden, wobei die Zerkleinerung von mindestens einem Grundwerkstoff zu einem Pulver mit im wesentlichen geringeren Teilchengrößen bzw. Korndurchmessern durchgeführt wird, worauf Zusätze beigegeben und die pulverisierten Grundwerkstoffe vermengt werden, wonach das Gemenge, wie an sich bekannt, unter Magnetfeldausrichtung zu einem Grünling gepreßt und dieser gesintert wird und der Sinterkörper einer Glühbehandlung zur Oberflächenglättung der Körner der Zentralphase unterworfen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwerkstoffe mit einer höheren SE-Konzentration als jener, die der magnetischen Phase vom Typ SE2(FeCo)14B entspricht, erschmolzen, insbesondere mit Zusammensetzungen entsprechend
    SE16(Fe,Co)77B7
    SE15(Fe,Co)77B8
    SE14(Fe,Co)80B6
    hergestellt werden, wobei der Ausdruck (Fe,Co) den Anteil von Fe, der gegebenenfalls teilweise durch Co substituiert ist, bedeutet.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Grundwerkstoff mit Co legiert und der Eisenanteil bis 40 % durch Co substituiert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der SE-Anteil der Grundwerkstoffe im wesentlichen mit leichten Seltenen Erden (LSE) gebildet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Grundwerkstoff(e) zu Grobpulver mit einem Teilchen - bzw. Korndurchmesser von 10 bis 100 µm, vorzugsweise von 10 bis 60 µm, insbesondere von 15 bis 30 µm, zerkleinert wird(werden) und daß mindestens ein weiterer Grundwerkstoff zu Feinpulver mit einem Korndurchmesser von 0,5 bis 8, insbesondere von 3 bis 8, µm gemahlen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der oder zumindest ein Grundwerkstoff, welcher zu Grobpulver zerkleinert wird, im Vergleich mit dem oder zumindest einem Grundwerkstoff, welcher zu Feinpulver gemahlen wird, mit verschiedenen SE und/oder mit unterschiedlichen Co-Gehalten hergestellt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Grob-und/oder Feinpulver der Grundwerkstoffe, insbesondere vor oder bei deren Vormahlen oder Vermengen, wie an sich bekannt, Zusätze in fester und/oder flüssiger Form, z.B. metallorganische Verbindungen, eingebracht und im Pulvergemenge homogen verteilt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 8 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß, wie an sich bekannt, als Zusätze Verbindungen von Schweren Seltenen Erden( SSE) und gegebenenfalls Metalle, Boride, z.B. des Eisens und/oder Aluminiums, Oxide, z.B. Al2O3, oder Oxide von SE und dergleichen dem (den) pulverförmigen Grundwerkstoff(en) beigegeben und homogen verteilt werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 sowie 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem mit Zusätzen versehenen homogenen Pulvergemenge unter Magnetfeldausrichtung gepreßte Grünling gesintert und nachfolgend bei einer unterhalb der Sintertemperatur liegenden Temperatur, vorzugsweise im Pendelglühverfahren um diese Temperatur, oberflächengeglättet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner der (des) Grobpulver(s) oberflächengeglättet werden und an den geglätteten Kornoberflächen mikrostrukturorientiert und eine vorzugsweise schalige Anlagerung der vom Feinpulver gebildeten Phase bewirkt werden.
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