EP1240652A1 - Verfahren zur herstellung stabförmiger dauermagnete - Google Patents

Verfahren zur herstellung stabförmiger dauermagnete

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EP1240652A1 EP00985202A EP00985202A EP1240652A1 EP 1240652 A1 EP1240652 A1 EP 1240652A1 EP 00985202 A EP00985202 A EP 00985202A EP 00985202 A EP00985202 A EP 00985202A EP 1240652 A1 EP1240652 A1 EP 1240652A1
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parts
rare earth
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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    • Y10T29/49075Electromagnet, transformer or inductor including permanent magnet or core

Definitions

  • the invention relates to a method for producing permanent magnets, in particular rod-shaped permanent magnets.
  • Permanent magnets of this type are required for motors and generators. They typically have a diameter between 10 and 50 mm and a length between 20 and 200 mm.
  • the preferred magnetic direction of these permanent magnets can run in the axial or diametrical direction.
  • the conventional production of these magnets, preferably with a diametrical preferred direction, has so far required a great deal of effort.
  • tablet-shaped pressed parts with a diameter to length ratio close to 1 can be pressed particularly well.
  • the permanent magnets made from these green compacts are first ground.
  • the permanent magnets are then glued together so that their preferred magnetic direction points in the same direction.
  • the required surface grinding, alignment and gluing of the permanent magnets lead to high labor costs.
  • the alignment of the permanent magnets requires a lot of work or complex devices.
  • the object of the invention is to create a method with which, in particular, rod-shaped permanent magnets can be produced in a simple and inexpensive manner.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a rod-shaped permanent magnet produced using the method according to the invention
  • Figure 2 is a plan view of a pressed part that can be assembled into a rod-shaped permanent magnet
  • Figure 3 shows a cross section through a further pressed part
  • Figure 4 shows a cross section through a further modified pressed part.
  • Figure 1 shows a rod-shaped permanent magnet 1, which is assembled from several pressed parts 2.
  • Permanent magnets 1 of this type are required for motors and generators and typically have a diameter between 10 and 50 mm and a length between 20 and 200 mm.
  • the permanent magnets 1 have either an axial magnetic preferred direction 3 or a diametrical magnetic preferred direction 4.
  • the pressed parts 2 have elevations 6 on an upper side 5. If the pressed parts 2 have a diametrical magnetic preferred direction 4, the elevations 6 are preferably designed such that the diametrical magnetic preferred direction 4 of the pressed parts 2 m has the same direction when the pressed parts 2 are placed one on top of the other.
  • Figures 3 and 4 show cross sections through possible embodiments of the pressed parts 2. It can be clearly seen that in addition to the elevation 6 on the top 5 on an underside 7, a recess 8 complementary to the elevation 6 is formed, so that the pressed parts 2 can be assembled seamlessly , The elevation 6 and the depression 8 are preferred conical to allow a trouble-free joining of the pressed parts 2. The dimensions of the depressions 8 and elevations 6 are chosen so that there is a joint gap of usually 0.05 mm.
  • a rare earth-containing alloy is generally first melted and then pulverized. Pressed parts are pressed from the powder. To set a preferred magnetic direction, the pressing process takes place in the presence of an external magnetic field. Then the pressed parts 2 are joined and sintered at temperatures above 800 ° C. In the case of permanent magnets based on Nd-Fe-B, a liquid phase forms along the top 5 and bottom 7, which connects the pressed parts 2 in the solidified state. In everyone
  • the individual parts will be connected to each other, provided there is good contact between the compacts.
  • the magnetic adhesive force then holds the pressed parts 2 together when handling and in the sintering furnace up to the Curie temperature.
  • Pressed parts 2 with a diametrical magnetic preferred direction are preferably stacked on top of one another with mutual polarity.
  • a particularly good joint can be achieved with the aid of gravity if the stacked rod-shaped permanent magnet 1 is sintered upright.
  • the permanent magnet 1 can be sintered with known liquid plastics, such as e.g. B. methacrylate vacuum or pressure impregnated.
  • the plastic fills any pores and gaps and hardens after the permanent magnet 1 has been soaked with the plastic.
  • the permanent magnet 1 Compared to rod-shaped permanent magnets that have been produced by gluing finished sintered individual parts, the permanent magnet 1 has a significantly higher strength, since the pressed parts 2 form a uniformly solid body after sintering.
  • the method is cost-effective since the pressed parts 2 are positioned by the appropriately designed elevations 6 and depressions 8 and the surface grinding of the upper side 5 and the lower side 7, which is necessary for a good adhesive bond, is eliminated. On the contrary, it is even advantageous for a firm sintered connection if the upper side 5 and the lower side 7 are roughened.
  • the pressed parts 2 are pressed individually, a tool with dimensions m of the order of magnitude of the dimensions of the pressed parts 2 is sufficient for pressing the pressed parts 2.
  • the magnetic field can be kept homogeneous with little effort.
  • the permanent magnets 1 are therefore considerably more homogeneous in magnetic terms.
  • permanent magnets 1 can be produced with almost any ratio of diameter to length using the method described here.
  • Rare earths, iron and boron have proven to be particularly advantageous to set the amount of liquid sintering phase, ie the content of rare earths in the alloy, somewhat higher than normal, about 1 to 5% by weight more rare earths.
  • the invention will now be explained in more detail using the following examples:
  • Nd-Fe-B powder is pressed in a magnetic field to round discs with a diameter of 22 mm and a height of 10 mm using a pressure of 250 MPa.
  • Four blanks are stacked on top of each other to form a green compact and sintered standing at 1 hour at 1100 ° C in a vacuum. After sintering, however, 60% of the finished textiles were not connected. The rest of the body could be easily separated with one blow.
  • the present description of the method is exemplary; in particular, the joining of the pressed parts 2 should not be limited to rod-shaped magnets.

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Abstract

Bei einem Herstellungsverfahren für stabförmige Dauermagnete werden zunächst Pressteile (2) gepresst, die anschliessend zu einem stabförmigen Grünling zusammengesetzt werden. Der Grünling wird anschliessend gesintert und bildet daraufhin einen stabförmigen einstückigen Dauermagneten (1).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung stabformiger Dauermagnete
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten, insbesondere von stabförmigen Dauermagneten.
Derartige Dauermagnete werden für Motoren und Generatoren benotigt. Sie weisen typischerweise einen Durchmesser zwischen 10 und 50 mm und eine Lange zwischen 20 und 200 mm auf. Die magnetische Vorzugsrichtung dieser Dauermagnete kann m axiale oder diametrale Richtung verlaufen. Die herkömmliche Fertigung dieser Magnete mit vorzugsweise diametraler Vorzugsrichtung erfordert bislang einen hohen Aufwand.
Aus der EB-A-0 124 655 sind Grundzuge eines Herstellungsverfahrens für Dauermagnete auf der Basis von Seltenen Erden, Eisen und Bor bekannt. In dem bekannten Verfahren wird zunächst eine erschmolzene Legierung auf der Basis von Seltenen Erden, Eisen und Bor pulverisiert und dann im Magnetfeld zu Gr nlingen gepreßt, die danach gesintert werden.
Preßtechnisch können besonders gut tablettenformige Preßteile mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Lange nahe 1 gepreßt werden. Nach dem Sintern werden die aus diesen Grünlingen entstandenen Dauermagnete zunächst geschliffen. Die Dauermagnete werden anschließend so zusammengeklebt, daß ihre magnetische Vorzugsrichtung in die gleiche Richtung weist. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Dauermagnete beim Kleben mit großer Genauigkeit auszurichten. Das erforderliche Flach- schleifen, das Ausrichten und das Kleben der Dauermagnete fuhren zu hohen Arbeitskosten. Insbesondere das Ausrichten der Dauermagnete erfordert viel Arbeitszeit oder aufwendige Vorrichtungen .
Eine andere Möglichkeit ist, stabfor ige Dauermagnete in einem Stuck zu pressen. Das Pressen eines langen, stabförmigen Dauermagenten in Richtung seiner Achse fuhrt jedoch zu ungleichmäßiger Preßdichte und daraus resultierend großen Maßabweichungen. Außerdem werden spezielle Pressen mit großem Hub benotigt, die wegen der großen Wege nur geringe Taktge- schwmdigkeiten realisieren können. Alternativ wäre es möglich, den stabförmigen Magneten senkrecht zu seiner Achse („liegend') zu pressen. Da es jedoch in diesem Fall nicht möglich ist, einen kreisförmigen Querschnitt durch Pressen herzustellen, muß eine geeignete Rohform, beispielsweise eine abgerundete Quaderform gepreßt werden. Die Seitenflächen der Rohform m ssen nachgeschliffen werden, um einen kreisförmigen Querschnitt zu erzielen, was sehr aufwendig ist. Außerdem ist es bei großen Langen sehr schwierig, ein über die gesamte Lange des Grünlings homogenes Querfeld zu erzeugen und damit ein magnetisch homogenes Teil herzustellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, e n Verfahren zu schaffen, mit dem insbesondere stabformige Dauermagnete auf einfache und kosten- gunstige Weise herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfmdungsge aß durch ein Verfahren mit den m Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelost.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden bereits die
Preßteile und nicht die fertigen Sinterteile aufemanderge- setzt und durch Sintern fest untereinander verbunden. Dadurch entstehen stabformige Dauermagnete mit guter magnetischer Homogenitat. Das Verfahren erfordert vorteilhafterweise weder ein aufwendiges Schleifen von fertigen Dauermagneten noch ein mühsames Positionieren von Einzelteilen. Das erfmdungsgemaße Verfahren ist daher im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren wesentlich einfacher und kostengünstiger.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhangigen Ansprüche. Nachfolgend wird die Erfindung naher anhand der beigefugten Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten stabförmigen Dauermagneten;
Figur 2 eine Draufsicht auf ein Preßteil, das zu einem stabförmigen Dauermagneten zusammengebaut werden kann;
Figur 3 einen Querschnitt durch ein weiteres Preßteil; und
Figur 4 einen Querschnitt durch ein weiteres abgewandeltes Preßteil .
Figur 1 zeigt einen stabförmigen Dauermagneten 1, der aus mehreren Preßteilen 2 zusammengefugt ist. Derartige Dauermagnete 1 werden für Motoren und Generatoren benotigt und weisen typischerweise einen Durchmesser zwischen 10 und 50 mm und eine Lange zwischen 20 und 200 mm auf. Die Dauermagnete 1 weisen entweder eine axiale magnetische Vorzugsrichtung 3 oder eine diametrale magnetische Vorzugsrichtung 4 auf.
Wie insbesondere in Figur 1 sowie Figur 2 erkennbar ist, wei- sen die Preßteile 2 auf einer Oberseite 5 Erhöhungen 6 auf. Falls die Preßteile 2 eine diametrale magnetische Vorzugsrichtung 4 aufweisen, sind die Erhöhungen 6 vorzugsweise so ausgebildet, daß die diametrale magnetische Vorzugsrichtung 4 der Preßteile 2 m die gleiche Richtung weist, wenn die Preß- teile 2 aufemandergesetzt werden.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Querschnitte durch mögliche Ausfuhrungsformen der Preßteile 2. Deutlich erkennbar ist, daß neben der Erhöhung 6 auf der Oberseite 5 auf einer Unterseite 7 eine zur Erhöhung 6 komplementäre Vertiefung 8 ausgebildet ist, so daß die Preßteile 2 fugenlos zusammengesetzt werden können. Die Erhöhung 6 und die Vertiefung 8 sind vorzugsweise konisch ausgebildet, um ein problemloses Fugen der Preßteile 2 zu ermöglichen. Die Abmessungen der Vertiefungen 8 und Erhöhungen 6 sind so gewählt, daß sich ein Fugespalt von üblicherweise 0,05 mm ergibt.
Zur Herstellung der Dauermagnete 1 wird im allgemeinen zunächst eine Selten-Erd-haltige Legierung erschmolzen und anschließend pulverisiert. Aus dem Pulver werden Preßteile gepreßt. Zur Einstellung einer magnetischen Vorzugsrichtung er- folgt der Preßvorgang in Anwesenheit eines äußeren Magnetfelds. Anschließend werden die Preßteile 2 zusammengefugt und bei Temperaturen oberhalb von 800°C gesintert. Im Falle der Dauermagnete auf Basis von Nd-Fe-B bildet sich entlang der Oberseiten 5 und Unterseiten 7 eine flussige Phase aus, die im erstarrten Zustand die Preßteile 2 verbindet. Im jeden
Falle kommt es wahrend der Sinterung der Dauermagnete durch Diffusion zu einer Verbindung der Einzelteile untereinander, sofern ein guter Kontakt der Preßlinge bestand. Um eine gute Festigkeit der Verbindung zu erhalten, hat sich als gunstig erwiesen, die Preßteile 2 nach dem Pressen m einem Magnetfeld nicht vollständig zu entmagnetisieren. Die magnetische Haftkraft halt dann die Preßteile 2 beim Hantieren und im Sinterofen bis zur Curietemperatur zusammen. Preßteile 2 mit diametraler magnetischer Vorzugsrichtung werden bevorzugt mit wechselseitiger Polung aufemandergestapelt .
E ne besonders gute Fugung laßt sich mit Unterstützung der Schwerkraft erzielen, wenn der gestapelte stabformige Dauermagnet 1 stehend gesintert wird.
Um eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit des Dauermagneten 1, insbesondere an der Fugeflache, zu erreichen, kann der Dauermagnet 1 nach dem Sintern mit bekannten flussigen Kunststoffen, wie z. B. Methacrylat vakuum- oder druckimpragniert werden. Der Kunststoff füllt evtl. vorhandene Poren und Spalten und härtet aus, nachdem der Dauermagnet 1 mit dem Kunststoff getrankt worden ist. Das hier beschriebene Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Im Vergleich zu stabförmigen Dauermagneten, die durch Verkleben von fertig gesinterten Einzelteilen hergestellt worden sind, weist der Dauermagnet 1 eine wesentlich höhere Festigkeit auf, da die Preßteile 2 nach dem Sintern einen einheitlich festen Korper bilden.
Außerdem ist das Verfahren kostengünstig, da die Preßteile 2 durch die entsprechend ausgebildeten Erhöhungen 6 und Vertiefungen 8 positioniert werden und das für eine gute Klebever- bmdung erforderliche Flachschleifen der Oberseite 5 und der Unterseite 7 entfallt. Es ist im Gegenteil sogar für eine feste Sinterverbindung von Vorteil, wenn die Oberseite 5 und die Unterseite 7 aufgerauht sind.
Da die Preßteile 2 einzeln gepreßt werden, genügt für das Pressen der Preßteile 2 ein Werkzeug mit Abmessungen m der Größenordnung der Abmessungen der Preßteile 2. Bei kleinen Werkzeugen kann jedoch das Magnetfeld mit geringem Aufwand homogen gehalten werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, m denen die stabförmigen Dauermagnete als Ganzes ge- preßt werden, sind daher die Dauermagnete 1 in magnetischer Hinsicht wesentlich homogener. Außerdem können mit dem hier beschriebenen Verfahren Dauermagnete 1 mit nahezu beliebigem Verhältnis von Durchmesser zu Lange hergestellt werden.
Für eine feste Verbindung der Einzelmagnete auf Basis von
Seltenen Erden, Eisen und Bor hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Menge an flüssiger Sinterphase, d. h. den Gehalt an Seltenen Erden in der Legierung, etwas hoher als normal einzustellen, etwa 1 bis 5 Gew.-% mehr Seltene Er- den. Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele naher erläutert:
1. Beispiel:
Vergleichsbeispiel: Nd-Fe-B-Pulver wird im Magnetfeld zu Ronden mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Hohe von 10 mm unter Anwendung eines Drucks von 250 MPa gepreßt. Jeweils vier Ronden werden zu einem Grünling aufemandergestapelt und stehend bei 1 Stunde bei 1100°C im Vakuum gesintert. Nach dem Sintern waren jedoch 60% der fertigen Smterkorper nicht verbunden. Die restlichen Smterkorper ließen sich durch einen Schlag leicht trennen.
2. Beispiel:
Wie Beispiel 1, wobei jedoch das Preßwerkzeug einen Unterstempel mit einer Erhöhung und einen Oberstempel mit einer Vertiefung aufwies. Es ergaben sich die in Figur 3 darge- stellten Preßteile 2. Die Preßteile 2 wurden nicht entmagnetisiert und stehend gesintert. Alle Sinterteile waren nach dem Sintern fest verbunden und ließen sich nach Schlag oder Fall aus 1 Meter Hohe nicht trennen.
Beispiel 3:
Wie Beispiel 2, die Preßteile wurden jedoch liegend gesintert. Nach dem Sintern waren 90° der Teile fest verbunden und ließen sich nach Schlag oder Fall aus 1 Meter Hohe nicht trennen.
Beispiel 4:
Wie Beispiel 1, jedoch mit einer größeren Erhöhung 6 und Ver- tiefung 8, wie in Figur 4 dargestellt. Beim Pressen traten teilweise Preßrisse auf. Alle fehlerfreien Preßteile waren jedoch nach dem Sintern fest verbunden und ließen sich nach Schlag oder Fall aus 1 Meter Höhe nicht trennen.
Beispiel 5:
Wie Beispiel 1, die Zusammensetzung der Legierung wurde jedoch gemäß Tabelle 1 variiert.
Dieses Beispiel zeigt, daß ein Überschuß an Seltenen Erden über den stöchiometrisch Seltenen-Erden-Gehalt der hartmagnetischen Phase mit der Zusammensetzung Nd2Fe]__}B von Vorteil für die Festigkeit der Verbindung ist.
Abschließend sei angemerkt, daß die hier gemachten Ausführungen für Dauermagnete aus einer Legierung auf der Basis von Seltenen Erden, Eisen und Bor auch für Dauermagnete aus einer Legierung mit der Zusammensetzung SE2(Fe, Co, Cu, Zr) 14 gilt, wobei SE wenigstens eine Selten Erde einschließlich Yttrium ist.
Ferner ist die vorliegenden Beschreibung des Verfahrens beispielhaft; insbesondere soll das Fügen der Preßteile 2 nicht auf stabformige Magnete beschränkt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten mit folgenden Verfahrensschritten: - Herstellung eines Pulvers aus einer wenigstens eine Seltene Erden (SE) enthaltenden Legierung;
- Pressen des Pulvers zu Preßteilen (2) ;
- Zusammenfugen der Preßteile (2) mit Hilfe von auf der Oberflache der Preßteile (2) ausgebildeten Erhöhungen (6) und Vertiefungen (8) zu einem Grünling; und
- Sintern des Grünlings.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wahrend des Smterns eine flussige Phase ausgebildet wird durch die d e Preßteile (2) untereinander verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Fugespalten zwischen den Erhöhungen (6) und Vertiefungen (8) weniger als 0,5 mm betragt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (6) und Vertiefungen (8) konisch ausgebildet sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßteile (2) eine magnetische Vorzugsrichtung aufweisen und daß durch die Vertiefungen (8) und Erhöhungen (6) eine gleichmäßige Ausrichtung der magnetischen Vorzugsrich- tung der zum Grünling zusammengefugten Preßteile (2) gewährleistet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennze i chnet , daß die Preßteile (2) mit der Hilfe von aufgerauhten Preßstempeln gefertigt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet eine Phase von der Zusammensetzung SE2T1 B enthalt, wobei T wenigstens ein Element aus der Gruppe der Elemente Fe und Co ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet eine Phase mit der Zusammensetzung SE2_Fe, Co, Cu, Zr]χ7 enthalt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet eine Selten-Erd-reiche Phase mit einem Gewichtsanteil von mindestens 2 Gew% enthalt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine gemeinsame Grenzflache der Preßteile (2) ein Lot aus einer Selten-Erd-haltigen Legierung mit einem Gewichtsanteil an Seltenen Erden > 10 Gew% aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßteile (2) zumindest eine schwache magnetische Polarisation aufweisen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf e andergestapelten Preßteile (2) stehend gesintert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Fügekörper mit einem Kunststoff imprägniert wird.
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