EP2638550A1 - Magnetwerkstoff und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Magnetwerkstoff und verfahren zu dessen herstellung

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EP2638550A1
EP2638550A1 EP11787636.7A EP11787636A EP2638550A1 EP 2638550 A1 EP2638550 A1 EP 2638550A1 EP 11787636 A EP11787636 A EP 11787636A EP 2638550 A1 EP2638550 A1 EP 2638550A1
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EP
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magnetic material
alloy powder
magnetic
material according
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EP11787636.7A
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Dirk Ingmar Uhlenhaut
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KSB AG
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KSB AG
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    • H01F41/0266Moulding; Pressing

Definitions

  • the invention relates to a magnetic material, consisting of a Puiververbundwerk- material, sintered from at least one magnetizable alloy powder and a method for its production.
  • Magnetic materials are known in various designs. 200 to 450 kJ / m 3 , with the energy densities in magnetic materials usually being expressed as the product (BH) max of coercive force Hc and remanence B R of the magnetic material in kJ / m 3 .
  • BH product of coercive force Hc and remanence B R of the magnetic material in kJ / m 3 .
  • Samarium cobalt is used almost exclusively, typically
  • Co17Sm2 Co17Sm2
  • iron neodymium boron typically Fe14Nd2B.
  • the magnets are produced as sintered bodies of intermetallic phases, thereby showing very low tensile strengths, for example, the tensile strength of iron neodymium-boron is about 78.5 MPa.
  • a mechanical post-processing is very expensive. Likewise, the durability under extreme conditions is severely limited, so the materials are often very susceptible to corrosion.
  • DE 26 18 425 A1 describes a manufacturing method for a magnetic material, which consists of two different phases, wherein a first phase can be ductile.
  • the material as a whole obtains ductile properties.
  • the disadvantage is that the production of the material must follow very precise boundary conditions, and that the resulting composite does not have high strengths.
  • the Erfundung is the object of the invention to provide a magnetic material of the type mentioned, which is mechanically stabii and easy and inexpensive to produce.
  • the alloy powder which makes up the magnesium material, fibers, platelets or so-called whiskers are mixed. Whiskers are understood to mean needle-shaped single crystals of a few micrometers in diameter and up to several hundred micrometers in length.
  • the alloy of alloy powder receives long-scale elements, which allows a distribution of tensile forces within the entire magnet.
  • the proportion of fibers in the mixture should be chosen so that on the one hand the desired strength is achieved and on the other hand the energy density of the material is maintained at a high level. Depending on the application, the fiber proportion can be optimized.
  • the production of a fiber-reinforced magnetic material according to the invention takes place in one step at low cost and with high cycle time.
  • the alloy powder contains rare earth components.
  • the energy density, ie the product (BH) max from coercive force H c and remanence B R , of the magnetic material is greatly increased by the use of a suitable mixture of rare earths and reaches values between 200 and 450 kJ / m 3 .
  • the fibers consist of magnetically inactive material.
  • Various organic, semi-metallic, metallic and ceramic fibers whose influence on the resulting magnetic field of the material is negligible can be used for this purpose.
  • the magnetic properties of the material can be influenced by magnetically active fibers so that the magnetic field of the material is reinforced in a defined direction.
  • a method for producing a magnetic material in which the fibers are mixed with the alloy powder and the magnet is produced from this mixture. It is advantageous that a homogeneous mixture of alloy powder and fibers is achieved before the magnet is produced for example by sintering.
  • the mixture of the components is essential in order to achieve homogeneous material properties, in particular magnetic and mechanical.
  • the fibers are aligned in one direction.
  • This anisotropy provides mechanical properties that provide improved stability in the preferred direction.
  • the fibers may be aligned in a sintered form, which is then subsequently filled with the alloy powder. For this it is essential that the alloy powder can completely fill the space between the fibers.
  • fiber compounds such as woven or knitted or nonwoven fabrics, can be filled with alloy powder and sintered to magnetic material.
  • the orientation in these fiber connections can be designed according to the mechanical and magnetic requirements.
  • the fibers are distributed isotropically in the magnetic material.
  • the magnetic material can therefore be used independently of direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetwerkstoff, bestehend aus einem Pulververbundwerkstoff, gesintert aus mindestens einem magnetisierbaren Legierungs-pulver hoher Energiedichte. Erfindungsgemäß sind dem mindestens einen Legierungspulver Fasern beigemischt.

Description

KSB Aktiengesellschaft
67227 Frankenthal
Beschreibung
Magnetwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Magnetwerkstoff, bestehend aus einem Puiververbundwerk- stoff, gesintert aus mindestens einem magnetisierbaren Legierungspulver und ein Verfahren zu dessen Hersteilung.
Magnetwerkstoffe sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Heute verwendete magnetische Werkstoffe erreichen Energiedichten von ca. 200 - 450 kJ/m3, wobei die Energiedichten in magnetischen Werkstoffen üblicherweise als das Produkt (BH)max aus Koerzitivfeldstärke Hc und Remanenz BR, des Magnetwerkstoffs in kJ/m3 angegeben werden. Eingesetzt werden fast ausschließlich Samarium-Cobalt, typischerweise
Co17Sm2, und Eisen-Neodym-Bor, typischerweise Fe14Nd2B. Die Magnete werden als Sinterkörper intermetallischer Phasen hergestellt, sie zeigen dadurch sehr niedrige Festigkeiten unter Zug, beispielsweise liegt die Zugfestigkeit von Eisen-Neodym-Bor bei etwa 78.5 MPa. Eine mechanische Nachbearbeitung ist sehr aufwändig. Ebenso ist die Haltbarkeit unter extremen Bedingungen stark eingeschränkt, so sind die Werkstoffe oft sehr korrosionsanfällig.
Die DE 26 18 425 A1 beschreibt ein Herstellverfahren für einen Magnetwerkstoff, der aus zwei verschiedenen Phasen besteht, wobei eine erste Phase duktil sein kann.
Durch die entstehenden Grenzflächen zwischen der duktilen Phase und der spröden Phase erhält der Werkstoff insgesamt duktile Eigenschaften. Nachteilig ist jedoch, dass die Herstellung des Werkstoffs sehr genauen Randbedingungen folgen muss, sowie dass der resultierende Verbund keine hohen Festigkeiten aufweist.
Die DE 10 2005 003 247 B4 beschreibt einen Magnetwerkstoff, der kunststoffgebunden ist. Die Herstellung erfolgt über zwei Schritte, wobei im ersten Schritt Magnetpulver und Kunststoffbinder gemischt und verpresst werden, und im zweiten Schritt der Kunststoff aushärtet. Die Herstellung dieses Magnetwerkstoffs in mehreren Schritten äst jedoch zeitaufwändig und resultiert in einem mechanisch weichen und wenig festen Magneten mit geringer Energiedichte.
Der Erfändung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetwerkstoff der eingangs genannten Art zu schaffen, der mechanisch stabii und einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe sieht vor, dass dem Legierungspulver, aus dem der Mag- netwerkstoff besteht, Fasern, Plättchen oder auch sogenannte Whiskers beigemischt sind. Unter Whiskern versteht man nadeiförmige Einkristalle von einigen Mikrometern Durchmesser und bis zu mehreren hundert Mikrometern Länge. Durch die Fasern erhält der Verbund aus Legierungspuiver langskalige Elemente, die eine Verteilung von Zugkräften innerhalb des gesamten Magneten ermöglicht. Somit wird die Festigkeit des Magneten erhöht und Brüche werden vermieden. Der Anteil der Fasern am Gemisch ist so zu wählen, dass einerseits die gewünschte Festigkeit erreicht wird und andererseits die Energiedichte des Werkstoffs auf hohem Niveau erhalten bleibt. Abhängig vom Anwendungsfall kann der Faseranteif optimiert sein. Die Herstellung eines erfindungsgemäßen faserverstärkten Magnetwerkstoffs erfolgt in einem Schritt kostengünstig und mit hoher Taktzeit.
Zur Herstellung des Magnetwerkstoffs ist es besonders vorteilhaft, wenn das Legierungspulver Seltenerdanteile enthält. Die Energiedichte, also das Produkt (BH)max aus Koerzitivfeldstärke Hc und Remanenz BR, des Magnetwerkstoffs wird durch die Ver- wendung einer geeigneten Mischung aus Seltenen Erden stark erhöht und erreicht Werte zwischen 200 und 450 kJ/m3. Um eine Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften des Magnetwerkstoffs zu verhindern ist es vorteilhaft, dass die Fasern aus magnetisch inaktivem Material bestehen. Hierzu lassen sich verschiedene organische, halbmetallische, metallische und keramische Fasern verwenden, deren Einfluss auf das resultierende Magnetfeld des Werkstof- fes verschwindend gering sind.
Alternativ lassen sich jedoch die magnetischen Eigenschaften des Werkstoffs durch magnetisch aktive Fasern so beeinflussen, dass das Magnetfeld des Werkstoffs in einer definierten Richtung verstärkt wird.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetwerkstoffs beschrieben, bei dem die Fasern mit dem Legierungspulver gemischt werden und der Magnet aus dieser Mischung hergestellt wird. Vorteilhaft ist es, dass eine homogene Mischung aus Legierungspulver und Fasern erreicht wird, bevor der Magnet beispielsweise durch Sintern hergestellt wird. Die Mischung der Komponenten ist wesentlich, um homogene Materialeigenschaften, insbesondere magnetische und mechanische, zu erzielen.
In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Fasern in eine Richtung ausgerichtet. Durch diese Anisotropie lassen sich mechanische Eigenschaften erzielen, die in der bevorzugten Richtung für verbesserte Stabilität sorgen. Im Falle von Fasern, die Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des Magnetmaterials haben, lässt sich dieser durch Ausrichtung der Fasern in die bevorzugte Richtung verstärken. Eine Ausrichtung der Fasern wird erreicht, indem die Mischung aus Fasern und Legierungspulver mit definierter Geschwindigkeit in die Form geleitet wird. Die Fasern richten sich beim Fließen aus. Alternativ können die Fasern ausgerichtet in eine Sinterform gebracht sein, die dann anschließend mit dem Legierungspulver gefüllt wird. Hierzu ist es wesentlich, dass das Legierungspulver den Raum zwischen den Fasern vollständig ausfüllen kann. Auch Faserverbindungen, beispielsweise Gewebe oder Gewirke oder Vliese, können mit Legierungspulver gefüllt und zum Magnetwerkstoff gesintert werden. Die Orientierung in diesen Faserverbindungen kann entsprechend der mechanischen und magnetischen Anforderungen ausgelegt werden. Alternativ werden die Fasern isotrop im Magnetwerkstoff verteilt. Hierdurch wird keine Raumrichtung speziell bevorzugt, der Magnetwerkstoff kann also richtungsunabhängig verwendet werden. Hierzu ist es möglich, die Fasern und das Legierungspulver durch Ultraschall anzuregen, wodurch eine nicht orientierte Anregung und somit eine isotrope Verteilung der Fasern erreicht wird.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der Kombination der bisher dargestellten und sind deshalb hier nicht weiter ausgeführt.

Claims

Patentansprüche
Magnetwerkstoff bestehend aus einem Pulververbundwerkstoff, gesintert aus mindestens einem magnetisierbaren Legierungspulver dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Legierungspulver Fasern beigemischt sind.
Magnetwerkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungspulver Seltenerdanteile enthält.
Magnetwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus magnetisch inaktivem Material bestehen.
Magnetwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus hochschmelzendem und / oder hochmoduligem und / oder hochfestem Material bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit dem Legierungspulver gemischt werden und der Magnet aus dieser Mischung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in eine Vorzugsrichtung ausgerichtet werden. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern isotrop verteilt werden.
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