HU228834B1 - Nanokompozit mágnes és elõállítására szolgáló eljárás - Google Patents

Description

A jelen találmány általánosan egy olyan nanokompozif mágnesre amely motorokban és különböző típusú índitószerkezefekben atka ilyen mágnes előállítására szolgáló eljárásra. Pontosabban, a jelen ta olyan nanokompoz.it mágnesre vonatkozik, amely keménymágneses f? RsFeuB-tIpusú knstályszerkezetű vegyöletet és o-Fe-t, valamint más Iá

ra egyre Inkább szükségszerűvé vált a háztartási elektronikai berendezések, irodai automatizálási berendezések és különböző típusú elektromos berendezések működésének további javítása, és méretük, tömegük további csökkentése. Ezen célok eléréséhez, az ilyen berendezésekben alkalmazott permanens mágneseket tekintve a teljesítmény és tömeg arányának maximalizálása szükséges, ameny15 nyiben mágneses áramkörként működtetjük. Például, jelenleg 0,5 T, vagy efölötti 8_f remanencia értékkel rendelkező permanens mágnes kívánatos. Széles körben alkalmaznak ferrít keménymágneseket, mivel ezen típusú mágnesek viszonylag olcsók. Azonban a ferht keménymágnesekkel nem érhető el a 0,5 T, vagy efölötti nagy B_r értékű remanencia érték,

A porkohászat! eljárással előállított Sm-Co alapú mágnes jelenlegi ismereteink szerint tipikusan olyan permanens mágnes, amellyel elérhető a legalább körülbelül 0,5 T értékű remanencia. Más nagy remanencia értékű mágnesekre példák az

IMd-Fe-B alapú szinterezett mágnes, amelyet porkobászati élj valamint a Nd-Fe-B alapú gyorsan megszilárdított mágnes, amelyet eg kvencseiési eljárással állítanak elő. A Nd-Fe-B alapú szinterezert mágnest az 59·· 46003 számon közzétett japán szabadalmi bejelentésben ismertetnek, míg a Nd-Fe-B alapú gyorsan megszilárdított mágnest a 60-9852 számon közzétett japán szabadalmi bejelentésben ismertetnek például

Azonban a Sm-Co alapú mágnes drága, mivel mind a szamárium, mind a kobalt drága anyagok közé tartozik.

Másrészt a Nd-Fe-B alapú mágneseket tekintve, a mágnes főképpen viszonylag olcsó vasat tartalmaz (rendszerint körülbelül 60-70 tömeg %-os mennyiség·· mint a Sm-Co alapú mágnes. Mindazonáltal a Nd-Fe-B alapú mágnesek előállítása még drága. Ennek oka részben a hatalmas berendezés, és a nagy számú előállítási lépés, amely a Nd elválasztásához és tisztításához, vagy redukciós reakciójához szükséges, amely Nd rendszerint körülbelül 10-15 atom%~ál teszi ki a mágnesnek. Továbbá a porkohászaS ti eljárás a természetéből fakadóan rendszerint viszonylag nagy számú előállítási és feldolgozási lépést kíván.

A porkohászait eljárás során előállított Nd-Fe-B alapú szinterezett mágneshez hasonlítva a gyors megszilárdítással előállított Nd-Fe-B alapú mágnes kisebb költséggel állítható elő az olvadék-kvencselésl eljárással. Ez annak következménye, hogy a Nd-Fe-B alapú gyorsan megszilárdított mágnest viszonylag egyszerű eljárási lépéseken keresztül lehet előállítani, amelyek az olvasztás, olvadék-kvenoselés és hőkezelési lépések. Azonban az olvadék-kvencseíési eljárássá! tömb! permanens mágnes előállítására egy kötött mágnest kell előállítani, a gyorsan megszilárdított ötvözetből előállított mágnespor összekeverésével egy gyanta kötőanyaggal Ennek megfelelően a mágnespor rendszerint körülbelül legfeljebb 80 tömeg%-át teszí ki az öntött kötött mágnesnek, Az olvadék-kvencselésl eljárással előállított gyorsan megszilárdított ötvözet mágnesesen izotröp ís.

Ezen okokból kifolyólag a Nd-Fe-B alapú gyorsan megszilárdított mágnes, amelyet olvadék-kvencselésl eljárással állítanak elő, kisebb B_r remanencia értékkel rendelkezik, mint a mágnesesen anizotrop, porkohászati eljárással előállított Nd-Fe-B alapú szinterezett mágnes.

Amint azt az 1-7502 számon közzétett japán szabadalmi bejelentésben ismertetik, legalább egy, a Zr, Nb, Mo, Hí, Ta és W elemet tartalmazó csoportból megválasztott elem, valamint egy további, a Ti, V és Cr etemet tartalmazó csoportból megválasztod elem együttesének adagolása hatékonyan javítja a Nd-Fe-B alapú gyorsan megszilárdítod mágnes mágneses tulajdonságait. Amennyiben ezen elemeket az ötvözet anyaghoz adagoljuk, a mágnes növekvő koercivítás értékkel és korróziós ellenállással rendelkezik. Azonban a B_r remanencia érték javítására szolgáló egyedüli ismert hatékony módszer a kötött mágnes sűrűségének növelése. To30 vábbá, amennyiben a Nd-Fe-B alapú gyorsan megszilárdított mágnes 6 atomié vagy efölötti mennyiségű ritkaföldfém elemeket tartalmaz, gyakran olvadékból szálhűzásos eljárást alkalmaztak a technika korább! állása szerint amely során, az ötvözet anyag

-3« φ φ « »* X *

Λ * φ Φ X * φ φφφ φ»χ *** ♦ φφφ** «ΦΦΦ ΦΧ ** ** olvadéka egy fúvókén keresztöl egy hűtőhengerre kerül az ötvözet anyagának növekvő sebességű, gyors hűtésére és megszilárdítására.

Ami a Nd~Fe~8 alapú gyorsan megszilárdított mágnest illeti, R, Coehoom és munkatársai egy alternatív mágneses anyagot javasoltak a következő Irodalmi he5 lyen: J. de Phys, 8, fejezet, 1888, 689-870. oldal. A Coehoom-féie anyag összetétele olyan, amely viszonylag kis molarányban tartalmaz ritkaföldfém elemeket, (pl. körülbelül MdseFeyT^Bis, amelyben az alsó indexek az atomszázalékos értékeket jelölik) és egy FesB fázist fö fázisként. Ezt a permanens mágneses anyagot oly módon kapjuk, hogy egy amorf ötvözetet hevítünk és kristályosítunk, amelyet ezt megelőzően olvadék-kvencseléses eljárással állítottunk elő. Továbbá a kristályosított anyag metastabíl szerkezettel rendelkezik, amelyben a lágymágneses Fe_s8 és az keménymágneses NdsFeuB fázisok egymás mellett találhatók meg, és amelyben az Igen kis méretű kristályszemcsék (azaz több nanométer nagyságrendűek) finoman letesen eloszl ezen

Iag az ilyen anyagból előállított mágnest nanokompozit mágnesnek nevezzük. Arról számoltak be, hogy az Ilyen nanokompozit mágnes B> remanencía értéke 1 T, vagy efölötti. Azonban a koercivitási értéke viszonylag kicsi, azaz a 180-240 RA/m értékig terjedő tartományba esik. Ennek megfelelően ez a permanens mágnes anyag akkor alkalmazható csak, amennyiben a mágnes működési pontja 1 vagy több.

Különböző fémes elemek adagolását javasolták a nanokompozit mágnes ötvözet anyagához annak mágneses tulajdonságainak javítására, Lásd például a 3281104 számon közzétett japán szabadalmi bejelentést, valamint a 2 727 505 és a 2 727 508 számú japán szabadalmi leírásokat, Azonban egyik ilyen javasolt módszer sem elegendően megbízható ahhoz, hogy mindig megfelelő, a költségarányos jellemzőket kapjunk. Pontosabban, egyik ilyen módszerrel előállított nanokompozit mágnes sem rendelkezik olyan koercívitássat amely elegendően nagy ahhoz, hogy különböző alkalmazásoknál valóban használható legyen. így egyik mágnes sem rendelkezik piacképes mágneses tulajdonságokkal,

W. C. Chan és munkatársai NdaFe^B és o-Fe fázisok, amelyek szemesemé30 rete a több tíz nm nagyságrendbe esik, előállítására szolgáló módszert ismertettek. Chan módszere szerint amorf képző lantánt adagolnak az ötvözet anyaghoz. Ezt követően az ötvözet anyagot olvadékbői száihúzásnak vetik alá egy gyorsan megszilárduló ötvözet kinyerésére, amely főképpen amorf fázisokat tartalmaz. Ezt követően az ötvözetet felmeleghlk és krístályösítják mind a Nd₂FeuB mind az o-Fe fázisok φφ « V Φ ♦ X X ♦ * ** egyidejű gócképzödéséhez és növekedéséhez. Lásd ez alábbi irodalmi helyen: W. C. Chan és társai, The effeets of Refractory Metals on the Magnetio Propertíes of ö~ ~Fe/R₂Fe_uB~type Nanoocmposites, IEEE Trans. Maga, 5. szám. INTERMAG. 99, Kyongíu, Korea, 3266-3207, oldal, 1999, A leírás szerint tűzálló fém, mint például 5 titán adagolása kis mennyiségben (például 2 afom%~os mennyiségben) javítja a mágnes működését, és a ritkaföldfém elem, a Nd moJarányáí előnyösen kb. 9,5 atom%~ról kb. 11,0 atom%~ra növelik a McLFe^B és az o~Fe fázisok szemcseméretének csökkentésére. A tűzálló fémet az olyan beadok nukíeááójának csökkentésére adagolják, mint például az RsFeaslíh és FesB, és azért, hogy a mágnes lényegében 10 NdyFeuB és α-Fe fázisokat tartalmazzon. Chan módszere szerint a nanökompozil mágneshez a gyorsan megszilárduló ötvözetet egy olvadék száihüzásos eljárással állítják elő, amely során a megolvasztott ötvözetet egy fúvókán keresztül bocsátják ki egy hűtőhenger felületére, amely nagy sebességgel forog. Az olvadék száihüzásos eljárás megfelelően hatékony amorf, gyorsan megszilárduló ötvözet előállítására, 15 mivel az Ilyen fajta eljárás igen gyors hűtési sebességet biztosit.

A fent említett nehézségek áthidalására a jelen találmány bejelentője egy javított nanokompozit mágnest fejlesztett ki, amely egy RgFe^Bs krisfályszerkezefü vegyületet tartalmaz növekvő íédogatszázaíékos mennyiségben, és a 2002-175908 számon közzétett japán szabadalmi leírásban ismertettek. Az Ilyen nanokompozit 20 mágnes titán adagolásával nyerhető, az ötvözet anyaghoz, amely kevesebb, mint 10 atom% ritkaföldfém elemet és több, mint 10 atom% bőrt tartalmaz, oly hogy az α-Fe fázis nem növekszik túlzott mértékben, miközben az olvadt ol nagy sebességgel lehűtjük, és megszilárdítjuk.

A 2002-285301 számon közzétett japán szabadalmi bejelentésben és a 25 3207676 számú japán szabadalmi leírásokban számos elemet ismertetnek, amelyek a nanokompozit mágneshez adagolhatok, Ilyen elemekre példák a következők: Al, Sí, V, Cr, Mn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Au és Pb.

A 2002-175908 számon közzétett japán szabadalmi tett nanokompozit mágnesben a titánadalék egy űj a finom, lágymágneses fázisok a keménymágneses fázis szemcséinek határvonalán diszpergáttak. Azonban amennyiben a ritkaföldfém elemek móíaránya kisebb Is, mint az ilyen nanokompozit mágnesben, kitűnő mágneses működéssel rendelkező nanokompozit mágnes nem nyerhető, hacsak nem a bőr móíarás

aia

-5Azonban az olyan őtvőzet anyag esetében, amely kevesebb, mint kb, 10 atom% ritkaföldfém elemet, és kevesebb, mint kb. 10 atorn% bőrt tartalmaz, az ötvözet anyag olvadéka jelentősen megnövekedett viszkozitással rendelkezik, és a kapott gyorsan szilárduló ötvözet ritkán mutatja a megkívánt finomszerkezetet. A megolvasztott ötvözetet: rendszerint gyorsan lehűtik egy oivadék-kvencselési eljárással, amely például egy olvadék száíhözásos eljárás lehet, amely során egy hűtöhengert forgatnak viszonylag nagy sebességgel, vagy például szalagőntéses eljárás lehet, amely során a hötőhengert viszonylag kis sebességgel forgatják. Egyebek mellett a szalagőntéses eljárást olyan olvadék-kvenoseíéses eljárásnak tekintjük, amely hatékonyan hozzájárul a tömegtermeléshez, mivel a szalagőntéses eljárás viszonylag alacsony hűtési sebességet, és viszonylag vastag, gyorsan szilárduló vékonyrétegei ötvözetet eredményez.

Azonban az olyan nanokompozit mágnesek tömeges előállításához, amelyekben a ritkaföldfém elemek mólarányát kb. 7 atom%-ra vagy az alá csökkentjük, egy oívadék-kvencseléses eljárással, amely viszonylag alacsony hűtési sebességet eredményez, mint pl. a szalagőntéses eljárás, az ötvözet anyagba több, mint 10 atom% bőrt kell bevinni. Mindazonáltal, amennyiben titánt niőbiummal, vagy nióbium nélkül nem adagolunk az ötvözet anyaghoz, amely kb. 4-7 atom% ritkaföldfém elemet, és kb, '10-15 atom% bort tartalmaz, a kapott nanokompozit mágnes koercivitás értéke a kb. 400 kA/m érték alá esik, amely egy motorban a minimálisan megkívánt érték a mágnes használhatóságához, továbbá a demágnesezésí görbe hiszíerézishurkának szögletessége sem lesz túlságosan jó.

Az EP1 207 537 A1 számú közzétételi iratban nanokompozit mágnest és annak előállítására szolgáló mágnest ismertetnek. Közelebbről ebben a dokumentum25 bán eljárást ismertetnek, mely az alábbi lépéseket tartalmazza: egy vas alapú ritkaföldfém ötvözet anyag olvadékát állítják elő, amelynek összetétele a következő általános képletnek felei meg:

(Fe 1 -m*Fro) 103”X-y~M (81 >pC amelyben T jelentése Co és a Ni közöl választott legalább egy elem; R jelentése Y (itfcnum) és ritkaföldfémek közöl választott legalább egy elem; és M jelentése Al, Sí, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Au és Pb közül választott legalább egy elem, és az x, y, z, m, n, és p mólarányok előnyösen kielégítik az alábbi egyenlőtlenségeket

1Ö atom% < x é 25 atom%;

-8 * Φ φ.» * * « φ * φ · » Λ Φ Φ ΦΦ X « ♦ * <

ΦΧ «Φ atom% < y < 10 atom%;

0,5 atom'% s z s 12 atom%:

s m £0,5;

atom% < n < 18 atoméó; és < p < 0,25;

és az olvadékot gyorsan hűlik egy hűtőhengerrel egy F^Fe^S fázist és egy lágymágneses fázist tartalmazó gyorsan megszilárdított ötvözet előállítása céljából

A fentiekben Ismertetett problémák leküzdésére a jelen találmány egy 1, Igénypontban definiált nanokompozif mágnest és az 5. igénypontban definiált előállítási eljárást biztosít. Az előnyös megvalósítási módok az aligénypontok tárgyát képezik.

A jelen találmány más tulajc if, elemei, eljárásai, lépései, jellemzői és előnyei a jelen talál!

megval nyilvánvalóbbá válnak, miközben a csatolt rajzokra hivatkozunk.

ismertetése

Az 1. ábra egy keresztmetszeti nézet, amely illusztrálja a jelen k előnyös megvalósítási módja szerinti szalagőntő elrendezését.

A 2. ábrán a rőtngendifirakcíós poranalízis eredményeit mutatjuk be, a jelen találmány előnyös megvalósítási módja szerinti specifikus példákon szehasonlítő példákon hajtottunk végre.

A találmányunk szerint arra az alapvető felismerésre jutottunk, bog 25 nyiben titánt és vanádiumot adagolunk együttesen a kb. 4-7 atom% meket és kb. 10-15 atom% bőrt és szenet tartalmazó ötvözethez olyan máonesi kí ilálmány amelyet és ősz»

apunk, amely demágnesezésl görbéje jő hlszterézis hurok szög mutat. A 2002-285301 számon közzétett japán szabadalmi bejelentésben és a 3 297 678 számú szabadalmi leírásban számos adalék elemet ismertetnek, azonban egyél30 talán nem említik azokat a váratlan hatásokat, amelyeket titán és vanádbm adagolásával érhetünk él,

Amint azt a jelen bejelentő már ismertette a 2002-175908 számon japán szabadalmi bejelentésben, a titán adalék minimalizálja az α-Fe nukleácioját és

I, miközben az olvadt ötvözet gyorsan lehűl és megszilárdul. így titán φφ

X φ φ φ φ φ * * φ Χ4.Φ ΦΦΦ ΦΦΦ « Φ φ φ Φ φ φφφφ φφ *« ♦ ♦ adagolásával olyan szerkezet kapható, amely egy EgFe^B típusú kristályszerkezete keménymágneses fázist tartalmaz több, mint 50 térfogata mennyiségben, és amelyben a lágymágneses fázisok az keménymágneses fázis szemcséinek határvonalán díszpergáítak vagy vékonyan eloszlatottak.

δ A titán adalékanyaggal elérhetők ezek az előnyös hatások. Azonban felismertük, hogy amennyiben a ritkaföldfém elemek mólarányáf csökkentjük a 32002175908 számon közzétett japán szabadalmi bejelentésben Ismertetett nanokompozit mágnes mágnesezhetőségének növelésére, a mágnes működése meglehetősen romlik. Egy nanokompozit mágnes mágnesezhetőségének növelésére, amelyben az

IQ keménymágneses fázis RgFeuB típusú kristályszerkezettel rendelkezik, és a lágymágneses fázisok, mint például az o~Fe és a vas-bázisú beadok együttesen vannak jelen ugyanazon fémszerkezetben, és kicserélődési kölcsönhatásokon keresztül mágnesesen csatoltak, a vélekedés szerint rendszerint hatékony a ritkaföldfém elemek mof csökkentése, és ezáltal az o~Fe fázis férfogaf%~ának no15 vetése. Ez azért van, mert az o-Fe fázis telítési mágnesezettsége nagyobb, mint azon keménymágneses fázisé, amely RyFeuB típusú kristályszerkezettel rendelkezik.

Azonban felismertük, hogy amennyiben a ritkaföldfém elemek mólarányát, a titán mellett az összetételben, kb, 7 atöm%-ra, vagy az alá csökkentjük, a 20 kb. 400 kA/rn H&) koercívífásí érték vagy efölötti érték nem érhető el, a demágnesezésl görbe rossz hsszterézis hurok szögletességet mutat, és jó mágneses tulajdonságok nem érhetők el, amennyiben a titán adalékanyag mennyiségét nem növeljük. Mindazonáltal, amennyiben a titán adalékanyag mennyiségét egyszerűen megnöveljük az ilyen nehézségek leküzdésére, egy nem mágneses Ti-B vegyület 25 csapódik le jelentős mértékben, és a mágnes működése meglehetősen romlik, így olyan kíséletekei végeztünk, amely során a fém elemek különböző együtteseit, amelyek mindegyike titánt és más fémelemeket tartalmazott, adagoltunk a készítményhez, amelyben a ritkaföldfém elemek mőlarányát kb. 7 atom%~ra vagy az alá csökkentettük, és a bőrt növekvő mólarányban adagoltuk. Ennek eredményekép30 pen, amennyiben titánt és vanádiumot együttesen adagoltunk, egy olyan mágnes állítható elő a szalagöntéses eljárással, ameiéyben a vés-

és a nagy gé ö-os

A jelen találmány szerinti nanokompozit mágnes az alábbi általános képiette

-8adható meg;

A♦ Φ* «♦ *# « * X A A « « 9X9 »99 ♦*»

Λ » * ♦ * ♦

ΦΦ»« *A 99 99 (Fe^I nÚKXx-y-2~w®CEí~pCp}xRyXiA0‘^n>

amelyben T jelentése legalább egy olyan elem, amelyet a Co és a Ni közül választunk meg; R jelentése ritkaföldfém elem; és M jelentése legalább egy olyan elem, amelyet az alábbiak közül választunk meg: Al, Sl, Cr, Mn, Cu, 2n, Ga, Nb, Zr, Mo, Ag, Ta és W. Az x, y, z, w, n, m és p mólarányok előnyösen kielégítik az alábbi egyenlőtlenségeket 10 atom%<xd15 atom%: 4 afom%áy<? atom%; 0,5 atem%ázéS afom%; 0,01 aiöm%áw<6 atom%; 0 atom%án<10 atom%; GámáÖ,5; és 0,01<p<0,5. A nanokompozit mágnes egy erős R^Fe^B kristályszerkezetű még1Ö neses fázist és lágy mágneses fázisokat tartalmaz,

A jelen találmány szerint titán és vanádiüm együttes adagolásával az ötvözet anyaghoz a nanokompozit mágnes koeroivitasa és/vagy maximális energia szorzata legalább 1%-kal növelhető ahhoz a mágneséhez viszonyítva, amely vanádíümot nem tartalmaz. Továbbá a nanokompozit mágnes legalább 40 térfogat% R^Fe^B kristály15 szerkezetű keménymágneses fázist tartalmazhat a titán és vanádiüm adagolása következtében, A kapott szerkezetben a R₂Fe«B kristályszerkezetű köménymag neses fázis előnyösen kb. 1Ö-2ÖÖ nm átlagos szemcseméretö, mig a lágy mágneses fázis átlagos szemcsemérete kb, 1-100 nm,

A jelen találmány egyik előnyös megvalósítási módja szerint a vas-bázisú öt20 vözet olvadékát, amely a következőket tartalmazza; Fe, B, C, R (amely jelentése legalább egy ritkaföldfém elem, beleértve az íttrlumot), Ti és V, mint nélkülözhetetlen elemeket, előnyösen egy olvadékikvenoselési eljárással gyorsan lehűtjük, mint például egy szalagönféses eljárással, amelyet egy csökkentett nyomású atmoszférában hajtunk végre, s ily módon egy mikrokristályos R₂FeuB típusú vegyületfázist fartal25 mázó gyorsan megszilárdított ötvözetet állítunk elő, A gyorsan megszilárdított ötvözetet ezt követően szükség szerint termikusán kezeljük a gyorsan megszilárdított ötvözetben visszamaradt amorf részek kristályosítására.

A szalagönféses eljárás a gyorsan megszilárdítod; ötvözet vékony szalagjának előállítására szoígáló módszer, amely során az ötvözet olvadékát érintkeztetés30 be hozzuk egy hűtő hengerrel és az olvadékot gyorsan lehűtjük és megszilárdítjuk, A jelen találmány előnyös megvalósítási módjai szerint az olvadékot gyorsan lehűtjük és megszilárdítjuk egy bútő henger segytségével, amely gyorsabban forog, mint az a henger, amelyet hagyományosan alkalmazunk egy szalagöntéses eljárásban. Az szálhúzásos eljárással összevetve, amely során az ötvözet olvadékát egy fúvóka

Xfc

-9♦ Χ»φ »«·» fc«*

X fc * fc ♦ * ««fcfc fc * »fc fc fc nyíláson keresztül bocsátjuk a hütöhenger felületére, a szalagöntéses eljárás lassú hűtési sebességet biztosít. Azonban a szalagöntéses eljárás nagyobb tömegtermelékenységet biztosít, mivel az eljárás során a gyorsan megszilárdított ötvözet egy olyan vékony szalagját kapjuk, amelynek viszonylag nagy a szélessége és vastagsága, δ Adott esetben a jelen találmány egyik előnyös megvalósítási módja szerinti nanokompozit mágnes szintén előállítható hagyományos szálhúzásos eljárással, amely során az olvadékot agy fuvőka nyíláson keresztül bocsátjuk egy hütöhenger felületére.

A jelen találmány előnyös megvalósítási módja szerint titánt adagolunk, 10 amelynek szerepe az o-Fe nukleáclőjának és növekedésének késleltetése. A ritkaföldfém elemet kis mólarányban adagoljuk, és vanádiumot szintén adagolunk, ezáltal olyan nanokompozit mágnes szerkezetet kapunk, amelyben az ο-Fe és nagy mágnesezbetöséggei rendelkező vas alapú boridok kerülnek be megfelelő mennyiségben. Az adagolt titánnak és vanádíumnak köszönhetően a R₂Fe^B típusú vegyölet15 fázis és az o-Fe fázis nem fog túlzott mértékben növekedni még akkor sem, amikor az olvadt ötvözetet csökkentett sebességgel hütjük, ily módon olyan kitűnő működésű nanokompozit mágnest kapunk, amelyben az RyFeuB típusú vegyületfázis átlagos szemcsemérete kb. 1Ö-2ÖÖ nm, és amelyben a lágymágneses fázisok (pl. az o~ -Fe fázis), amelyek átlagos szemosemérete kb, 1-100 nm, finoman diszpergáítak még a hőkezelést követően is.

A hagyományos nanokompozit mágnes, amely lényegében R₂FeuB típusú vegyületfázist és o-Fe fázist tartalmaz, kitűnő mágnesezhetőséget mutat, mivel a hagyományos mágnes kb. 5-50 térfogatié o-Fe fázist tartalmaz, amely nagy telítettségi mágnesezhetösséggeí rendelkezik. Azonban a hagyományos nanokompozit mágnes kisebb százalékban: tartalmaz bőrt, mint a jelen találmány különböző megvalósítási módjai szerinti nanokompozit mágnes. Ennek megfelelően amennyiben a hagyományos nanokompozit mágnest egy szalagöntéses eljárással állítjuk elő, amely során kis hűtési sebességet alkalmazunk, a kristályméret jelentős mértékben növekedhet, és a mágnes működése jelentős mértékben romolhat. Ezzel szemben, mivel a jelen találmány különböző megvalósítási módjai szerinti nanokompozit mágnes Ötvözet anyaga bőrt 10 atom% fölötti mőlarányban tartalmaz, kitűnő működést mutató nanokompozit mágnes állítható elő nagy tömegben szalagöntéses eljárással.

A jelen találmány előnyős megvalósítási módjai szerint a ritkaföldfém elemet

X ♦ φ φ ♦ » φ** «ΧΦ Φ** φ 9 * φ X *

ΦΦφΛ ΧΦ Φ» ** kis mőlarányban adagoljuk, és a titánt és a vanádiomot együttesen oly módon adagoljuk, hogy az R₂Fei₄B kristályszerkezetü keménymágneses fázis térfogat%~ös mennyisége akkora legyen, amekkora csak lehetséges, és a nagy mágnesezhetőségű lágymágneses fázisok nem növekednek túlzott mértékben, de viszonylag nagy térfogat%~os mennyiségben vannak jelen. Ennek eredményeképpen a demágnesezhetoségi görbe jobb hiszterézis burok szögletességet mutat. Továbbá a mágnesezhetőség javítható, mivel a titán és vanádium adalékanyagok borid fázist képezhetnek (pl ferromágneses vas alapú boddokat) a borban gazdag nem mágneses amorf fázisból a gyorsan megszilárdított ötvözetben és csökkenthetik a nem mágneses amorf fázis térfogat%~os mennyiségét, amely visszamarad a hevített és kristályosított ötvözetben.

A jelen találmány előnyös megvalósítási módjai szerint a különböző eljárási körülményeket, beleértve az ötvözet összetételét, az ötvözet hűtési sebességét és hőkezelési hőmérsékletét, megfelelően szabályozzuk, és ezáltal olyan vas-bázisú böridökaf és o-Fe-t állítunk elő, amelynek telítési mágnesezhefősége azonos vagy magasabb, mint a R₂Fe«B típusú vegyüiet fázisé. Az előállított lágymágneses fázisokra példák az o-Fe (amelynek telítési mágnesezhetösége kb. 2,1 T), és a Fe₂₂Bg, (amelynek telítési mágnesezhetösége kb. 1,6 T). Ez esetben a R₂Fe«B típusú vegyüíet fázis telítési mágnesezhetösége kb. 1,6 T, amelyben R jelentése Nd.

Az amorf fázis” kifejezés a leírás szerint nem csak olyan fázist jelent, amelyben az atomok megfelelő mértékben rendezetlenek, hanem olyan fázist is, amely kristályosodási gócokat tartalmaz, rendkívül kis kristályos régiókat (méret; több nm vagy kisebb), és/vagy atomos klasztereket. Pontosabban, az amorf fázis” kifejezés bármely olyan fázisra vonatkozik, amely olyan kristályszerkezetü, amely nem határozható meg röntgendíffrakoióval, vagy transzmissziós elektronmikroszkópos vizsgálattal. Másképpen megfogalmazva, bármely fázist, amelynek olyan kristályszerkezete van, amely ronfgendíífrakciós analízissel vagy transzmissziós elektronmikroszkópiás vizsgálattal tisztán azonosítható, mint kristályos fázis”-! említjük.

Felismertük és kísérletekkel Igazoltuk, hogy csak amennyiben titánt és vanádiumot adagolunk együttesen, nem csökkent a mágnesezhetőség, szemben azzal a helyzettel, amikor vagy titánt és krómot, vagy titánt és cirkóniumot adagoltunk együttesen. Továbbá a demágnesezési görbe különösen jó hiszterézis hurok szögletességet mutat. Ezen eredményekre alapozva úgy véljük, hogy a titán és vanádium adalékanyagok kulcsszerepet játszanak a kis mágnesezhetőségű borídok keletkezésé-11 0 » λ 0 0 * «»* 0*0 »*Χ (C * * ♦ * * nek minimalizálásában.

Meg kell jegyeznünk, hegy amikor titánt és níóhiumot adagoltunk együttesen, a mágnesezhetöség nem csökkent, azonban a koercivítás jelentős mértékben csökkent.

Ilyen módon, csak amikor titánt és vanádiumot együttesen adagolunk, kapunk kitűnő működést matató nanokompozít mágnest, amely kb, 4-7 atom% rítkaföldfém elemet, és kb, 10-15 atom% bért tartalmaz.

A jelen találmány különböző előnyös megvalósítási módjai szerint az ötvözet anyag nem csak elegendő mennyiségű bőrt, hanem szenet is tartalmaz, mint az egyik nélkülözhetetlen elemet. így az ilyen ötvözet anyag olvadékának kinematikus viszkozitása kb, 5 x 1Ü~^S m²/s, vagy ez alatti, és elegendően sírna folyású tehet ahhoz, hogy megfelelően növeljük az érintkeztetés mértékét az olvadék és a henger között. Ennek eredményeképpen az olvadék még hatékonyabban hűthető a hűtőhengeren. így, még ha a hűtő henger kis sebességgel forog is, jő nanokompozít mágnest kaphatunk.

Következésképpen a jelen találmány egyik előnyős megvalósítási módja szerint egy szalagőntéses eljárás adaptálható, amelyben az olvadékot közvetlenül egy csúszda segítségével a hütőhengerre öntjük anélkül, hogy az olvadék folyási sebességét szabályoznánk egy fúvóka nyílásán keresztül. így a találmány szerinti eljárás sokkal termelékenyebb és költséghatékonyabb, mint a hagyományos szálhúzásos eljárás, amely az áramlási sebesség szabályozását kívánja meg egy fúvóka nyíláson keresztül Egy R-Fe-B alapú ritkaföldfém ötvözet olvadékának amorf állapotba hozásához egy olyan hűtési sebesség tartományba, amely még a szalagőntéses eljárással is elérhető, rendszerint a bőrt 10 atom% vagy ennél nagyobb mennyiségben kell adagolni. Azonban, amennyiben töl sok bőrt adagolunk, nagy bőrtartalmú, nem mágneses amorf fázisok maradnak vissza a feldolgozott ötvözet míkrostruktúrájában még azt követően is, hogy a gyorsan megszilárdított ötvözetet hevítettük, és kristályosítottuk. Azt mondhatjuk, hogy nem egységes mikrokristályos szerkezetet kapunk. Ennek eredményeképpen a ferromágneses fázisok térfogat%-os mennyisége csökken és a mágnesezhetöség csökken. Azonban, amennyiben titánt és vanádiumot adagolunk, mint a jelen találmány előnyös megvalósítási módja szerint, a fenti jelenséget figyelhetjük meg. Következésképpen nagy telítettségi mágnesezbetőséget mutató vas-bázisú boridok állíthatók elő és a mágnesezhetöség megfelelően növekszik.

- 12fcfc _Xfc *-fc fc* fc · _v fc fc fc » fcfct* fcfcfc ***

A X fc fc » «

Előnyös összetétel

Amennyiben a BésC x összes móiaránya kb. 10 atom% vagy ez alatti, nehéz a kívánt gyorsan megszilárdított ötvözet előállítása, amennyiben az R₂Fe-u8 típusú kristályos fázis és amorf fázis együttesen van jelen, kb hötési sebesség, kb, 10² °C/s - kb, 10^s “C/s mellet. Továbbá, mégha az ötvözetet ezt kővetően termikusán kezeljük is, a kapott koercivítás nem lesz túlságosan magas. Továbbá, amennyiben az x mólarány kb. 10 atom% vagy ez alatti, nagy telítettségi mágnesezhetöségö vas alapú boridok már nem keletkeznek. Ezen okokból kifolyólag az x értékének kb. 10 atom% fölöttinek kell lennie. Másrészt, amennyiben a B és C x mólaránya meghaladja a kb. 15 atom%-os értéket, az amorf fázisok térfogat%-os mennyisége, amely még a hevített és kristályosított ötvözetben is visszamarad, növekszik. Továbbá, az o~Fe fázis százalékos mennyisége, amely nagyobb telítettségi mágnesezhefösséggel rendelkezik, mint bármely más összetevő fázis, csökken és ennek eredményeképpen a B_f remanencia érték szintén csökken, Ezen megfontolásokból a B és C x összes mólaránya előnyösen nagyobb, mint kb. 10 atom% és kisebb vagy egyenlő, mint kb. 15 atom%, előnyösebben nagyobb, mint kb. 11 atom% és kisebb vagy egyenlő, mint kb. 14 atom%.

A C (atom) aránya a B és C-hez viszonyítva kb. 0,01-0,5. A C adalékanyagtól elvárt hatások eléréséhez a C p arányának legalább egyenlőnek kell lenni kb, 0,01 értékkel. Az ok a következő: ha a p érték sokkal kisebb, mint kb. 0,01, akkor a várt hatások nem érhetők el, mégha C~t adagolunk Is. Másrészt, ha a p értéke sokkal nagyobb, mint kb, 0,5, a túlzottan nagy szemcseméretü o-Fe fázis téríogaí%-os mennyisége olyannyira túlzott mértékben növekszik, ami a kapott mágneses tulajdonságok romlását eredményezi. A p arány alsó határértéke előnyösen 0,02, míg a felső határértéke előnyösen 0,25. Előnyösebben a p értéké kb. 0,05 és 0,15.

R jelentése legalább egy elem, amelyet a ritkaföldfém elemek közül választunk meg (beleértve az ittríumot). A R előnyösen lantánt vagy cériumot lényegében netm tartalmaz. Ennek oka, hogy amennyiben lantánt vagy cériumot viszünk be, az R (rendszerint Nd) az R₂Feu8 fázisban lantánnal vagy cáriammal helyettesifödik, Ily módon csökkentve a koercivítást és a demágnesezésl görbén a hiszterézis hurok szögletességét. Azonban, amennyiben igen kis %-os mennyiségű (pl. kb. 0,5 atom% vagy ez alatti) lantén vagy cérium kerül be, mint elkerülhetetlen szennyeződés, a

Φ Μ

- 13 ** * * ΦΦ X fc fc y mágneses tulajdonságokat lényegesen nem befolyásolja. Ezért a lényegében (antant (céríumot) nem tartalmaz vagy a lényegében a lantán! (cénumof) kizárva kifejezések azt jelentik a leírásban, hogy a lantén (cérium) tartalom kb. 0,5 atom%, vagy kevesebb.

Speolflkusabban, a R előnyösen PM vagy Md-t jelent mint nélkülözhetetlen elemet, amelynek egy része Dy-val és/vagy Tb-vai helyettesíthető. Amennyiben a R y mólaránya kisebb, mint kb. 4 atom%, akkor a R₂FeuB típusú kristályszerkezete vegyületfázis, amely a nagy koerciviíás érték eléréséhez szükséges, nem kristályosodik megfelelően, és a kívánt nagy H_cj koerclvitás érték nem érhető el. Mászrészt, amennyiben az R y mólaránya nagyobb vagy egyenlő, mint kb. 7 atom%, az amorf képzési képesség csökken, és az előállított lágymágneses fázisok íérfogaf%-os értéke (mint pl az ο-Fe és Fe-B fázisok) szintén csökken. Ennek eredményeképpen a mágnesezhetöség^ csökkenni fog. Ezen okok miatt az R ritkaföldfém elem y mólaránya előnyösen egyenlő vagy nagyobb, mint kb. 4 afom%_t azonban kisebb, mint kb. 7 atom%, előnyösebben egyenlő vagy nagyobb, mint kb, 5 atom%, azonban kisebb, mint 6 atom%.

A titán adalék hatékonyan hozzájárul az keménymágneses fázis nukleációjához és növekedéséhez, korábban, mint a lágymágneses fázisokéhoz, miközben az olvadt ötvözetet gyorsan lehűtjük és megszilárdítjuk. Továbbá a titán adalék növeli a H_cj koerclvitás értéket, a B_r remanencía értéket és a maximális energia szorzatot, a (BH)_max értéket (jóságí szám) és javítja a demágnesezés! görbén a hiszterézis hurok szögletességét.

Amennyiben a titán z mólaránya kisebb, mint kb. 0,5 atom%, a fenti hatások nem érhetők el teljes mértékben még a titán adagolásával sem, Mindazonáltal amennyiben a titán mólaránya meghaladja a kb. 8 atom%-os értéket, az amorf fázisok térfogat%-os mennyisége, amelyek még a hevített és kristályosítod ötvözetben is visszamaradnak, növekszik, és a B_r remanencia érték gyakran csökken. Ezen megfontolásokból a titán z mólaránya kb. 0,5-8 afom%. Az előnyösebb z tartomány alsó határa kb, 1,0 atom%, míg annak felső határa kb. 8 atom%. A még előnyösebb z tot30 tömény felső határa kb. 5 atom%.

Továbbá, minél nagyobb a B és C x mólaránya, annál valószínűbb az amorf fázisok kialakulása, amelyek nagy %-ban tartalmaznak bőrt például. Ezért a titán z mőlarányát ezen okból kifolyólag előnyösen szintén növeljük, A titán erős affinitást

14e » χ φ φ φ φ φ

X »«♦ ΚΦΦ ΚΦΦ * * » «X φ

ΦΦ φφ φ_# mutat a bőr irányába és a keménymágneses fázisok szemcséinek határvonaléin kondenzálódik. Azonban, ha a titán z mólarányának aránya a B x mőlarányához viszonyítva túl nagy, a titán nem lesz jelen a szemcsék határvonalain, hanem az R₂F©uB vegyüíefbe épülhet be, ily módon valószínűleg csökkentve a mágnesezhe5 tőséget. Mindazonáltal, amennyiben a z/x arány túl kicsi, a nem mágneses borban gazdag amorf fázisok keletkeznek túlzott mértékben. Kísérletileg igazoltuk, hogy az x és z mólarányokat előnyösen oly módon kell szabályozni, hogy kielégítse a ö,05 s z/x £ 0,4 egyenlőtlenséget, előnyösebben úgy, hogy kielégítse a 0,1 £ z/x s 0,35 egyenlőtlenséget, és még előnyösebben úgy, hogy kielégítse a 0,13 é z/x s 0,3 egyenlőt-

A másik, vanádium (V) adalék előnyösen a kitűnő mágneses működés ei<

Ti~B vegyület kialakulása minimalizálható, a mágnesezhetőség növelhető, az olvadék viszkozitása csökkenthető. Következésképpen, az ötvözet anyag könnyebben 15 hűthető le gyorsan, és szilárdítható meg a szalagöntéses eljárással.

Amennyiben a vanádium w mölaránya kisebb, mint kb 0,01 afom%, ezen várt hatások a vanádium adagolásával nem érhetők el. Azonban, amennyiben a w mólarány meghaladja a kb. 6 atom%-ot egy V-Fe-B alapú vegyület nukleációja játszódik le, és így feltehetőleg rontja a mágnes működését. Ezen megfontolásokból a 20 w mólarány a kb. 0,01-6 atomié, előnyösebben kb. 0,1-4 atomié és még előnyösebben kb. 0,5-2 atom%.

Különböző kívánt előnyök és hatások eléréséhez M fémes elem vagy elemek adagolhatok. M legalább egy olyan elem, amelyet az alábbiakat tartalmazó csoportból választunk meg: Ai, Si, Cr, Mn, Cu, Zn, 6a, Nb, Zr, Mo, Ag, Ja és W. Kísérietek25 kel igazoltuk, hogy még ha ezen M fémes elemeket adagoljuk is, a titán és vanádium adalékokkal elért hatások nem csökkentek jelentős mértékben, hacsak nem az M fémes elemek mölaránya meghaladja a kb. 10 atom%-ot.

Az ötvözet anyag B, C, R, Ti, V és M elemektől eltérő fennmaradó része Fe lehet. Alternatív módon legalább egy T átmenetifém elem, amelyet a kobalt és nikkel választunk meg, helyettesíthető be a vas egy része helyett, mivel a kívánt keménymágneses tulajdonságok ez esetben szintén elérhetők. Azonban, ha a T szubsztituens vashoz viszonyított atomaránya meghaladja a kb. 0,5 értéket, a kb. 0,7 T, vagy efölötti magas B_r remanencía érték nem érhető el. Emiatt az m atomarány előnyösen kb. 0-0,5. Továbbá a kobak behelyettesítésével a vas egy

-154 * * 4 9 * ♦:·-» «*« 444 * * X *4 Λ » * fc W JH * » » χ <

része helyett, a demágnesezési görbe hlszterézls hurkának szögletessége javul és az FUFs-mB fázis Curle hőmérséklete növekszik, ily módon növekszik az ötvözet termikus ellenállása. Á kobalt szubsztituens vashoz viszonyított atomaránya előnyösen kb. 0,005-0,4.

Az alábbiakban a jelen találmány specifikus előnyős megvalósítási módjait ismertetjük részletesen a kísérő rajzokra hivatkozva.

A jelen találmány első specifikus előnyős megvalósítási módját Ismertetjük. Ebben az előnyös megvalósítási módban a gyorsan megszilárdult ötvözetet előnyösen az 1. ábrán bemutatott szalagontóveí állítjuk elő. Az ötvözet előállítási ellő járást előnyösen egy inért gáz atmoszférában hajtjuk végre az ötvözet anyag, amely könnyen oxidálhatok R ritkaföldfém elemeket és vasat tartalmaz, oxidálásának megelőzésére. Az inért gáz például hélium vagy argon nemesgáz lehet, vagy például nitrogéngáz, vagy bármely más megfelelő gáz. A hélium vagy argon nemesgáz előnyösebb a nitrogéngáznál, mivel a nitrogén viszonylag könnyen reagál a R ritkaföldfém elemekkel

Az 1. ábrán bemutatott szaíagöntof egy kamrában (az ábrán nem látható) helyezve biztosítjuk, amelyben atmoszférikus alatti nyomású atmoszféra biztosítható. Amint az 1. ábrán látható, a szalagönfő előnyösen egy 11 olvasztótégelyt, egy 13 hűtőhengert, és egy 14 csúszdát (azaz egy segédelemet) tartalmaz. Először az ötvö20 zet a 11 olvasztótégelyben. Ezt követően a 12 olvadékot kia 11 olvasztótégelyből majd egy 14 csúszda segítségével rávezetjük a 13 hűtöhengerre, amelyen gyorsan lehűl és megszilárdul

A 11 olvasztótégely előnyösen úgy van elrendezve, hogy a 12 olvadékot, amelyet az ötvözet anyag megolvasztásával kapunk, a 14 csúszdára tápláljuk, Jé25 nyegében állandó táplálási sebesség mellett. Ez a táplálási sebesség tetszőlegesen szabályozható például a 11 olvasztótégely kívánt szöggel történő megdöntésével.

A 13 bötőhenger külső felülete előnyösen jó hővezető képességű (például réz) anyagból. A 13 henger átmérője előnyösen kb. 30-1 ÖÖ cm, míg szélessége kb, 15-100 cm. A 13 henger egy motor segítségével (az ábrán nem látható) előre 30 megbatározott sebességgel forgatható. A forgatási sebesség szabályozásával a 13 hűtőhenger felületi sebessége tetszőlegesen beállítható. A szalagöntővel elérhető hűtési sebesség a kb, ΤΟΜΟ⁵ ’C/s tartományban szabályozható, például a 13 hűtőhenger forgási sebességének megfelelő megválasztásával.

A 14 csúszda felülete, amelyen a 12 olvadékot vezetjük, előnyösen egy * * φ φ φ φ * X « Φ » V φ V ♦ * » Φ X Φ

Φ X ♦ Φ φ Φ φ φ

j? dőlésszöget határoz meg, a vízszintes síkhoz képest. A 14 csúszda túlsó vége és a 13 hűtöhenger felülete közötti távolság előnyösen néhány mm-en á a 14 csúszdát oly módon helyezzük eí, csúszda túlsó végével összekötő vonal egy o szöget határoz meg, (ahol Ö < o s 5 a függőleges síkhoz viszonyítva. Az o szög előnyösen kielégíti a 10° s o s 55° egyenlőtlenséget.

Másrészt a 14 csúszda $ dőlésszöge kielégíti az 1° s $ < 80° egyenlőtlenséget, és előnyösebben kielégíti az 5° s< 80° egyenlőtlenséget.

Miután a 14 csúszdára öntöttük, a 12 olvadék a 14 csúszda távolabbi végéről lö ráömlík a 13 hűtöhenger felületére, és ezáltal egy olvadéktócsát alkot azon. A 14 csúszda kiigazíthatja a 12 olvadék folyását a 12 olvadék folyási sebességének csökkentésével olyan mértékben, hogy a 12 olvadék folyását Időlegesen visszatartja, amelyet föl

a 11 oivasztotegeiyoos egy esőre lyási sebesség mellett. Ez a kiigazító hatás tovább fokozható egy gátlap segítségé15 vei, a 12 olvadék felületi folyásának szelektív visszatartásával, amelyet a 14 csúszdára öntöttünk Ezen 14 csúszdát alkalmazva a 12 olvadék oly módon csapolható, lességű a 13 hűtöhenger hosszanti irányában. A 13 alkaímszlöit módon ekvivalens a 13 hötöhenger tengelyének irányával, (azaz a papír síkjából kiemelkedő irány). Továbbá a csa28 poll 12 olvadék eloszlatható oly módon, hogy lényegében egységes vastagsággal rendelkezik. A 14 csúszda olvadékot vezető felületének β dölésszögének beállításával az olvadék betáplálás! sebessége finoman szabályozható. A 12 olvadék a saját súlyánál fogva lefolyik a 14 csúszda megdöntött segédfelületén. Ennek megfelelően a 12 olvadék egy kinetikus momentummal rendelkezik, amely lényegében párhuza25 mos a vízszintes (azaz az x tengely) irányával. Azt mondhatjuk, hogy minél nagyobb a 14 csúszda dőlésszöge, annál nagyobb a 12 olvadék folyási sebessége, és annál nagyobb annak momentuma.

Továbbá a 14 csúszda a 12 olvadék hőmérsékletét is beállíthatja, amely éppen eléri a 13 hűíöhengert. A 12 olvadék hőmérséklete a 14 csúszdán előnyösen 30 magasabb, mint annak eseppfoíyösódási hőmérséklete, kb. 100 'Ό-kai, vagy ennél hőmérséklettel. Ez azért van, mert ha a 12 olvadék hőmérséklete túl alacsony, a TiB? kezdetben kialakuló kristályai például, amelyek a kapott gyorsan megszilárdított ötvözet tulajdonságait befolyásolják, esetleg helyi nukleácíöt okozhatnak, és benne maradnak a gyorsan megszilárdított ötvözetben, Továbbá, amennyiben a

-17·* *♦ ·»> *Λ * * X «·. » * ♦ ♦»* »χ« »<.« * · * > * κ ♦*«» Λ 9 9 9 olvadék hőmérséklete túl alacsony, a 12 olvadék viszkozitása megnövekszik, és sokkai valószínűbb, hogy fröccsen. A 14 csúszdán az olvadék hőmérséklete a 12 olvadék hőmérsékletének beállításával szabályozható, amelyet a 11 olvasztótégelyből csapolunk 14 csúszdára, vagy például a 14 csúszda bőkapacitásának beállításával. Szükség szerint egy csúszda melegítő (az ábrán nem látható) biztosítható ezen célbők

Az előnyös megvalósítási mód szerinti 14 csúszda előnyösen több vágatot tartalmaz, amelyek egymástól szabályos közökként vannak elhelyezve a 13 hűtőhenger sugárirányában, annak túlsó végénél, amely a 13 hüföhenger külső szélével szemben helyezkedik el. Az egyes vágatok szélessége, (amely megfelel az egyes olvadék áramok szélességének) előnyösen kb. 0,5-10 cm, előnyösebben kb. 0,7-4,0 cm. A jelen előnyős megvalósítási mód szerint az egyes olvadékáramok szélessége kb. 1 cm a megfelelő vágatoknál. Meg kell jegyeznünk, hogy az egyes olvadékáramok szélessége laterálisán növekszik, amint az olvadékáram elhalad a megfelelő vágattól. Ahol számos vágatot biztosítunk a 14 csúszdán többszörös olvadékáram kialakítására, amint azt ezzen előnyös megvalósítási mód szerint tesszük, az egyes egymás mellett lévő olvadékáramok nem érintkezhetnek egymással.

Miután a 12 olvadékot a 14 csúszdára öntöttük, a 12 olvadékot több olvadékáramra osztjuk, oly módon, hogy az egyes olvadékáramok lényegében ugyanolyan szélességiek, mint a megfelelő vágatok a 13 hötőhenger sugárirányában. Ezt követően az egyes olvadékáramok érintkezésbe lépnek a 13 hűtőhengerrel. Ezután az egyes 12 olvadékáramok, amelyeket a 13 hűtőhengerre csapoltunk egy előre meghatározott szélesség mellett, a 13 henger külső felületén felfelé mozognak, amint a henger forog, ily módon a 12 olvadékáram gyorsan lehűl, miközben a 13 hengerrel együtt mozog. Meg kell jegyezni, hogy az olvadék elfogásának megelőzésére a csúszda túlsó fele és a 13 hűtőhenger közötti távolság előnyösen kb, 3 mm, vagy az alatti, és előnyösebben kb. 0,4-0,7 mm.

Az egyes szomszédos vágatpárok közötti távolság előnyösen kb. 1 -10 cm. ily módon a 12 olvadék egymástól elkülönülő helyeken hozható érintkezésbe a 13 hűtőhenger külső szélével, így az egyes olvadékáramok, amelyeket a megfelelő vágatokon csapoltunk, hatékonyan huthetőek. Következésképpen, ha a 12 olvadékot a 14 csúszdára nagyobb sebességgel öntjük, a kívánt hűtési sebesség elérhető.

Meg kell jegyeznünk, hogy a 14 csúszdánál nem szükséges, hogy a fentiekben ismertetett elrendezésben legyen. Alternatív módon a 14 csúszda csak egy vá-15KM ♦ fe »«·** *K gatot tartalmazhat, vagy az egyes olvadékáramokat nagyobb szélességűre csapolhatjuk. Egy további aítemaíi vaként egy csőszerű nyílást biztosíthatunk a 14 csúszda távolabbi végén (vagy az aljánál) oly módon, hogy a 12 olvadék a csőszerű nyíláson keresztül ömlik a 13 öűtőbenger felületére, A 14 csúszda további módosításai kíván5 ság szerint szintén elvégezhetők.

így miután a 12 olvadék gyorsan megszilárdult a 13 forgó hűtőhenger külső szélén, a gyorsan megszilárdult ötvözet mint a megszilárdult 15 ötvözet vékony szalagja elhagyja a 13 höíőhengert, A jelen előnyös megvalósítási mód szerint az egyes olvadékáramok, amelyeket a megfelelő vágatokon keresztül csapoltunk, egy előre tö meghatározott szélességű szalagként szilárdul meg. Ezt követően a 15 megszilárdított ötvözetet Összetörjük és egy gyűjtőben (az ábrán nem látható) összegyűjtjük.

Amint a fentiekben ismertettük a szalagöntéses eljárás során nem alkalmazunk semmilyen fúvókét, eltérően az száihúzásos eljárástő szalagöntéses eljárás során nem merülnek fel azok a különböző

k a sza

az száihúzásos eljárás során ek fásban az olvadék táplálási sebessége nem korlátozott a fűvőka átmérője által, és a fűvőka eltömődési problémák, amelyek egyébként az olvadék váratlan megszilárdulása révén merülhetnek fel a fúvókánál, szintén elkerülhetőek, mivel a szalagöntéses eljáráshoz nem szükséges fúvóka. Ezért a szalagöntéses eljárás Igen hatékony a tömeges előállításhoz. Továbbá sem fúvőkamelegítő eszköz, sem olvadéknyomást szabályozó mechanizmus nem szükséges. Ennek következtében a kezdeti, berendezéssel összefüggő költség és a berendezés működtetési költsége jelentős mértékTovábbá a száihúzásos eljárásban a fúvéka nem hasznosítható újra, és ezért 25 egyszeri használat után el kell dobnunk, habár a fűvőka előállítása rendszerint magas költségekkel jár. Ezzel szemben a szalagöntéses eljárás lehetővé teszi a csúszda Ismételt felhasználását, s ily módon sokkal kisebb üzemeltetési költséggel jár.

n a

A sza!

ható és az olvadék nagyobb sebességgel csapolható, mint a száihúzásos eljárásnál, 30 így a kapott vékony szalagos gyorsan megszilárdított ötvözet vastagithatő.

A 14 csúszda alakjának és elrendezésének megfelelő meghatározásával, például a szélesség és az olvadék vágatok számának és az olvadék táplálási sebességének meghatározásával a kapott vékony szalagos, gyorsan megszilárdított ötvözet egy olyan átlagos vastagsággal és átlagos szélességgel rendelkezhet, amely egy

-13előnyös tartományba esik. A vékony szalagos, gyorsan megszilárdított ötvözet előnyösen kb. 15-80 mm szélességű. Továbbá a vékony szalagos ötvözet nem lehet túl vékony, vagy tűi vastag. Ha a megszilárdított ötvözet túl vékony, a lécsapolás utáni sűrűsége túl kicsi lesz ahhoz, hogy a szándéknak megfelelően összegyöjtsük. Mindazonáltal, ha a megszilárdított ötvözet túl vastag, az ötvözet az olvadék/henger érintkezési felületen és a szabad felületen (azaz az olvadék felületen) jelentősen különböző hűtési sebességnél hűlhet le. Azt mondhatjuk, hogy az ötvözet egy része a szabad felület körül nem megfelelő sebességgel hülhet. Ezen megfontolásokból a vékony szalag ötvözet előnyösen kb. 50-250 ym vastagságú, előnyösebben kb. 60-2ÖÖ pm, még előnyösebben kb, 70-80 pm vastagságú. Továbbá, a kötött mágnes töltési sűrűségét figyelembe véve a vékony szalag ötvözet vastagsága előnyösen 80 pm fölötti. Ebben az esetben a gyors hűtés atmoszférája előnyösen kb. 10-101,2 kPa tartományba eső csökkentett nyomás.

Adott esetben a jelen találmány különböző előnyős megvalósítási módjai szerinti nanokompozit mágnes bármely más olvadék kvenoseléses eljárással előállítható, mint például szálhűzásos eljárással, vagy atomizálásos eljárással olvadékból a fentiekben Ismertetett szalagöntéses eljárás helyett.

A jelen előnyös megvalósítási mód szerint a hőkezelést előnyösen argongáz atmoszférában hajtjuk végre. Előnyösen az ötvözetet kb. 5-20 ’C/s felfutási sebességgel hevítjük fel, és kb. 500-850 ’C hőmérsékleten hevítés alatt tartjuk hozzávetőlegesen 30 másodperc - hozzávetőlegesen 20 perc időtartamig, és ezt követően szobahőmérsékletre hütjük. Ez a hőkezelés a metastabil fázisok nukleációját és/vagy knstáíynövekedését eredményezi a visszamaradó amorf fázisban, ily módon egy nanokompozit míkrostruktűrát kialakítva.

Amennyiben a hőkezelés hőmérséklete alacsonyabb, mint kb. 550 ’C, sok amorf fázis maradhat vissza még a hőkezelést követően is, és a kapott koercivítás érték nem érheti ei a kívánt szintet a gyors hütéses eljárás körülményeitől függően. Másrészt amennyiben a hőkezelés hőmérséklete meghaladja a kb. 850 ’C-ot, az adott összetevő fázisok szemcséinek növekedése túlzott mértékben halad előre, s Így csökken a B_r remanencia érték, és romlik a demágnesezési görbe hiszterézís hurkának szögletessége. Ezen okokból kifolyólag a hőkezelés hőmérséklete előnyösen kb, 550-850 ’C, előnyösebben kb, 570-820 ’C.

Az ötvözet oxidálódásának elkerülésére a hőkezelést előnyösen egy ínért

-20gázban (pl. Ar gázban vagy N₂ gázban), vagy Ilyen gázáramban hajtjuk végre. A hőkezelést kb. 0,1 kPa vagy ez alatti vákuumban is végrehajtható.

A jelen találmány előnyös megvalósítási módjai szerint mégha lágymágneses fázisok, mint például o-Fe, Fe^B és FessBe fázisok, amelyek knstálymérete kisebb, mint az keménymágneses fázisé, vannak jelen a kapott mágnesben, kitűnő mágneses tulajdonságok érhetők el, mível a gyenge és keménymágneses fázisok kicserélődési kölcsönhatásokon keresztül mágnesesen csatolódnak.

A hőkezelést követően, az NcfeFe^B típusú vegyület fázis átlagos kristálymérefe előnyösen legfeljebb kb. 300 nm, ami egyedi mágneses domaín méret. A

Nd₂Fe«B típusú vegyület fázis átlagos kristálymérete előnyösen kb. 10-200 nm, előnyösebben kb. 10-150 nm. Másrészt, amennyiben a ferromágneses vas-bázisú borid és o-Fe fázisok átlagos knstálymérete meghaladja a kb. 100 nm-t, a kicserélődési kölcsönhatások a megfelelő összetevő fázisok között gyengülnek, s így rontják a demágnesezési görbe hiszterézis hurkának szögletességét, és csökkentik a (BH)_max értéket. Ezek a fázisok rendszerint nem nagyon kicsi krísztalitokként csapódnak le (kb, 1 nm átmérőnél kisebb méret), hanem néhány nm átmérőjű krístálymérettel alakulnak ki. Ezen okokból kifolyólag a lágymágneses fázisok, mint például a borid és az o-Fe fázisok előnyösen kb. 1-100 nm átlagos krístáiyméretűek, előnyösebben kb. 5-50 nm, és még előnyösebben kb. 5-30 nm méretűek. To20 vábbá ahhoz, hogy a kapott mágnes kitűnő működésű rugalmas mágnessé tegyük, az NdaFe-^B típusú vegyület fázis átlagos khstálymérete előnyösen nagyobb, mint a

Meg keli jegyeznünk, hogy a gyorsan megszilárdított ötvözet vékony szalagját durvára darabolhatjuk, vagy elpodthatjuk, mielőtt a hőkezelésnek alávetnénk. A hőkezelést kővetően a kapott mágneses ötvözetet mágnespor előállítására finomra ponthatjuk. Ezt kővetően különböző típusú kötött mágnesek állithatők elő ebből a porból, a poron a különböző eljárási lépéseket végrehajtva. A kötött mágnes előállítása sorásn a vas-bázisú ritkaföldfém ötvözet mágneses porét egy epoxi- vagy nylongyanta kötőanyaggal keverjük össze, és ezt követően a keveréket a kívánt alakra tömörítjük. Ebben az esetben bármely más típusú mágneses por (például egy Sm~ -Fe-N alapú mágnespor, vagy kemény ferrit mágnespor) keverhető össze a nanokompozit mágnesporral

A jelen találmány előnyös megvalósítási módjai szerinti kötött mágnes alkalmazásával motorok, índítoszerkezefek és különböző más forgó alkatrészek állíthatók

- 21 ~ ** φφ φφ ♦ Φ Μ φ » φ * ΦΦΧ φφφ φφφ * * « λ φ φ

Φφφ'φ ΧΦ φ χ elő.

Amennyiben a jelen találmány különböző előnyös megvalósítási módjai szerinti mágnesport egy fröccsöntött kötött mágnes előállítására használjuk, a pert előnyösen hozzávetőlegesen 200 pm vagy ez alatti szemcseméretre pontjuk, előnyé5 sebben 30-1 Sö pm szemcseméretre. Másrészt, amennyiben a találmány szerinti mágnesport préselt kötött mágnes előállítására használjuk, port előnyösen hozzávetőlegesen 300 pm, vagy ez alatti szemcseméretre pontjuk. előnyösebben 30-250 pm szemcseméretre, még előnyösebben 50-200 pm szemcseméretre, bimodális méreteloszlás mellett.

Az alábbi 1. táblázatban bemutatott az 1-8 minták mindegyike esetében a kb. 15 99,5 %-os vagy efölötti tisztaságú B, C, Fe, Co, Ti, V és Nd anyagok úgy voltak bemérve, hogy a minta összes tömege kb, OÖÖ g legyen, és ezt követően a keveréket egy aluminiumoxld tégelybe helyeztük. Ezután ezeket az ötvözött anyagokat indoklás hevítéssel argongáz atmoszférában kb. 70 kPa nyomáson megolvaszottuk, ily módon előállítva az ötvözet olvadékát. Miután az olvadék hőmérséklete elérte a kb.

egy vízhűtéses réz öntőformába öntöttük egy sima ötvözet az ötvözetet kimértük, oly módon, hogy az össztömege egy kvarc tégelybe helyeztük, amelynek alján a nyílás át-

’C-t, az el lemez elöál kb. 15 g legyen, és mérője kb. 0,8 mm. Ezt követően az tűk argongáz atmoszférában és kb. 1,33-47,92 kPa nyomáson, és ezáltal eioáltüol25 tok az ötvözet olvadékát. Miután az olvadék hőmérséklete elérte a hozzávetőlegesen 1350 'C-t, az olvadék felületét argongázzal nyomás alá helyeztük, és ezáltal kipréseltük az olvadékot a nyíláson keresztül egy hütőheoger külső szélére, amelyet kb. 0,7 mm-rel helyeztünk el a nyitás alatt, argongáz atmoszférában, szobahőmérsékleten, A hütőhengert olyan sebességgel forgattuk, hogy a kerületi sebessége hozzáve30 tölegesen 10 m/s, A hötőhengerrel való éríntkeztetés eredményeképpen a megolvadt ötvözet gyorsan lehűlt, és megszilárdult, ily módon a gyorsan megszilárdított ötvözet (szalagját) kaptuk, amelynek szélessége kb, 2-3 mm, és vastagsága kb. 20-50

22* » összetétele íatem%)

1, táblázat

Hó

Fe

Ti I V

Hőkezelés hőmérséklete fC)

5,8' fennmaradó rész 5,8 i fennmaradó rész 5,8 ! fennmaradó rész i

12

I 12

1,5

720

5,8 fennmaradó rész I Co4 I 12 iösszehasoníító minta

5,í

1 fennmaradó részi -	12 | 1 4	0 | Nb11	740
i fennmaradó rész j -	12 | 1 | 4	0 | 2r1 j	720
| fennmaradó rész 1 -	12 j 1 1 4	0 | Crl |	740
mtben az 1-4. minták	a jelen találmán	y előnyös ms	>gvalősításí

módjait mutatják, míg az 5-8. minták összehasonlító minták.

Ezt a vékony szalagos gyorsan megszilárdított ötvözetet hevítettük kb. 600-800 “C-ra argongáz atmoszférában, ezen a hőmérsékleten kb. 6-8 percen át, és ezt követően szalagos, gyorsan megszilárdított ötvözet mágneses tulaj

1) mértük. Az eredményeket az alábbi 2.

fegsziiárditótt ötvözet mágneses tulajdonságai

Minta Br (T)	Hcj (kA/m)	(8H)^X (kJ/m3)
1 I 0,93	404	93
2	0,92	450	106 |
3	0,92	488	98 )
4	0,92	488	109
Összehascnlifb minta	8f(T)	Hej (kA/m)	(BH);..SX (kd/m3)
5	0,90	442	92
8	0,92	368	81
7	0,83	448	77
8	0,80	481	71

- 23 * * * * 0« 0 Λ β 0 Κ 0 « « * 00« 000 * * * X 0 0 *00« «« 0„

Amint a 2. táblázatban bemutatott eredményekből látható, a jelen találmány előnyös megvalósítási módjai szerinti specifikus példákban a mágnesezettség növekedett, a demágnesezési görbe hiszterézis hurkának szögletessége javult, és a maximális energia szorzat nagyobb volt, mint bármelyik összehasonlító példá5 bán. Különösen az 1. és 5, mintát állítottuk elő meglehetősen hasonló körülmények között, kivéve, hogy az 1. példánál vanádiumot adagoltunk, míg az δ, mintánál nem. Ennek megfelelően ezen két minta eredményeit összehasonlítva látható, hogy az 1. minta B_r remanenoiája és maximális energia szorzata legalább 1 %-kal nagyobb volt, mintáz 5. minta esetében,

A 2. ábrán a por röntgendíftraköiős eredményeket mutatjuk be, amelyet az A,

B és C mintákon vettünk fel, amelyeket ezt megelőzően kb, 700 °G~on hozzávetőlegesen 6 percen át termikusán kezeltünk. Az A, B és G minták összetétele a kővetkező volt: Nds^FeysjBtaG^TUV-íXv, NdgFeTsBjseCi^Tu és Hd^gFeysBia gCosCraKülönösen az A minta mutatja a jelen találmány előnyős megvalósítási mód15 ját. Amint, a 2. ábrán bemutatott eredményekből látható, az A minta sokkal inkább jelentősebb csúcs! ntenzltást mutatott az o-Fe fázist tekintve, mint a másik két minta. Az A minta egy o-Fe/RsFe^B alapú nanokompozít mágnes, amely egy Nd₂FeuB fázist, (azaz egy kemény mágneses fázist), és egy o~Fe fázist, (azaz egy lágy mágneses fázist) tartalmaz fö alkotófázisokként Továbbá az A minta további lágymágneses fázisként egy fázist is tartalmaz,

Másrészt a B minta egy olyan nanokompozít mágnes, amelyben a vas-bázisú borid, mint például a Fe₃B, a NdóFe^B, mint keménymágneses fázis szemcséinek hafárvonalánvan jelen. A C minta egy FesB/NdaFe^B bázisú nanokompozít mágnes, amely viszonylag nagy térfogatszázalékos mennyiségben tartalmaz Fe₃B fázist.

ipari alkalmazhatóság

A jelen találmány különböző előnyős megvalósítási módjai szerint titánt és vanádiumot adagoltunk együttesen az ötvözött anyaghoz, amelynek összetétele ko30 rabban gyakorlatilag hatástalan volt megfelelően jő mágneses tulajdonságokkal rendelkező nanokompozit mágnesek előállításában bármely hagyományos módszerrel, ezáltal lehetővé téve a gyakorlatnak megfelelő mágneses tulajdonságokkal rendelkező nanokompozit mágnesek tömeges előállítását.

A jelen találmány különböző előnyős megvalósítási módjai szedni, habár az

24«* ír# «« ötvözet anyag viszonylag nagy mennyiségű! bért tartalmaz, a vanádium adalékanyag hatékonyan megakadályozza a nem kívánt Ti-δ vegyűlet kialakulását. Ennek megfelelően az ilyen ötvözet anyag olvadéka nem lesz túlságosan nagy viszkozitású, ily módon hozzájárulva az o-Fe/RgFe^B alapú nanokompozit mágnesek tömeges élőéi5 Ittasához egy szalagöntéses eljárással

Nyilvánvaló, hogy a fenti leírás csak a találmány illusztrálását szolgálja. A technika állásában jártas szakember különböző alternatívákat és módosításokat alkothat anélkül, hogy a találmánytól eltérne. Ennek megfelelően a jelen találmány szándékunk szerint magába foglalja az ilyen alternatívákat, módosításokat és váltó1 0 zafokaf, amelyek a csatolt igénypontok körén belül esnek.

Claims (4)

1, Az alábbi általános kél nes:

ÖSS2 ahol T jelentése legalább egy elem, amely a Co és Ni közül megválasztott; R jelentése egy ritkaföldfém elem; M jelentése legalább egy elem, amely a következők közül megválaszolt: Aí, Sí, Cr, Mn, Cm Zn, Ga, Nb, Zr, Mo, Ag, Ta és W; az x, y, z, w, n, m és p móltörtek kielégítik az alábbi egyenlőtlenségeket:

10 10 atomié < x s 15 atomié;

4 atomié < y < 7 atomié;

0,5 atomié s z s 8 atomié;

0,01 atomié < w <8

0 atomié < n á 10 atomié:

15 0<m<Ö_t5;és 0,01 <p<0,5, ahol a nanokompozit mágnes egy R₂Fe<₄8 típusú kristál neses fázist; és egy lágymágneses fázist tartalmaz, és ahol a nanokompozit mágnes koemivítása és a maximális energia szorzata közül

20 legalább az egyik legalább 1 %-kaí nagyobb, mint azé a mágnesé, amely vanádiumot nem tartalmaz.

2. Az 1. Igénypont szerinti nanokompozit mágnes, amelyben a nanokompozit mágnes legalább 40 térfogatié R₂Fe_wB típusú kristáíyszerkezetü keménymágneses fázist tartalmaz,

25 3. Az t vagy 2. igénypont szerinti nanokompozit mágnes, amelyben a

R₂Fev,B típusú kristály-szerkezetű keménymágneses fázis átlagos szemosemérete kb. 10-200 nm, és amelyben a lágymágneses fázis átlagos szemosemérete kb. 1-100 nm,

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti nanokompozit mágnes, amelyben

3Ö a lágymágneses fázis α-Fe-t és egy ferromágneses vas-bázisú borid fázist tartalmaz.

5. Eljárás egy 1. igénypont szerinti nanokompozit mágnes előállítására, azzal jellemezve, hogy az eljárás az alábbi lépéseket tartalmazza;

egy nanokompozit mágnesport állítunk elő. amely az alábbi általános képlettel megadható összetételű:

-26( Fö t.srsT ff») -j Sö-x-y-z-w-nC B i .pCp)xKyTÍ zVwMn, ahol T jelentése legalább egy elem, amely a Co és Ni közül megválasztott; R jelentése egy ritkaföldfém elem; M jelentése legalább egy elem, amely a kővetkezők közöl megválasztott Al, Si, Cr, Ma Cu, 2h, Ga, Nb, Zr, Mo, Ag, Ta és W; az x, y, z, w, n, m

5 és p móltörtek kielégítik az alábbi egyenlőtlenségeket:

10 atom% < x < 15 atom%;

4 atom% < y < 7 atom%;

0.5 atom% s z s 8 atom%;

Ö.Ot atomié s w s 6 atom%;

10 0 atomié á n s 10 atomié;

0 < m < 0,5; és 0,01 < p < 0,5;

ahol a nanokompozit mágnes por a következőket tartalmazza;

egy R^FeuB típusú kristályszerkezete keménymágneses fázist; és egy

15 lágy mágneses fázist, és ahol a nanokompozit mágnespor koeroivitása és a maximális energia szorzata közül legalább az egyik legalább 1 %-kál nagyobb, mint azé a mágnesé, amelyik vanádlumot nem tartalmaz; és a nanokompozit mágnesport tömőrítjük egy nanokompozit mágnes sére.