HUT55058A

HUT55058A - Ndfeb-magnet and process for passiveting surface of ndfeb-magnets

Info

Publication number: HUT55058A
Application number: HU301790A
Authority: HU
Inventors: Wilhelm Ervens; Manfred Jostes
Original assignee: Krupp Widia Gmbh
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1991-04-29
Also published as: EP0396880A1; JPH0319201A; DE3915446A1; HU903017D0; FI902323A0

Description

A találmány neodinium-vas-bór permanens mágnesdere és azok felületének a passziválására alkalmas eljárásra vonatkozik.

- 2 NdFeB alapú permanens mágnesek növekvő ipari és gazdasági jelentőségre tettek szert az utóbbi években. Ennek a gyors fejlődésnek az indító oka ennek az anyagcsoportnak az értekében van, amely felülmúlja valamennyi korábbi fajta permanens mágneses anyagok értékét, azonkívül azért, mert ezeknek a nyersanyagai könynyebben hozzáférhetők és ennélfogva gazdaságosabbak, mint az SmCo mágnesekhez szükséges anyagok. így például a neodinium a ritkaföldfémkőzetekben 7 - 16-szor nagyobb százalékban van jelen, mint a szamárium, ezenkívül az anyag vasat tartalmaz a költségesebb kobalt helyett.

Az NdFeB mágnesek nagy vas- és neodiniumtartalma miatt ezek az anyagok hajlamosak arra, hogy rozsda alakuljon ki rajtuk nedves légkörben vagy párái eos apód ás estén. Ilyen környezetben ezek az anyagok nagy mértékben különböznek az Smöo anyagoktól. Nedves környezetben rozsda alakul ki a mágnesfelületeken, amely kedvezőtlenül befolyásolja a mágneses rendszer működését, azaz ott, ahol a működő légszigetelő rés ©sekély. Az NdFeB mágnesek megvédhetek a rozsdásodástól felületük bevonásával. A technika állása szerint ilyen felület bevonatokat elektrokémiai, kémiai vagy fizikai úton alakítottak ki 10 - 40 yum vastagságban.

Egy más megoldásként a fémvédő rétegek kialakítására 30-60 /um vastagságú gazdaságosabb lakkrétegek alkalmazhat ck. A különböző rétegek alkalmazása bizonyos nedvesség és hőmérséklet határokig leszi lehetővé a mágnesek használatát. Számos esetben korróziót gátló rétegek alkalmazása esetén bonyolult és így költséges előállítási módszerek és eljárások váltak szükségessé. Különösen kis tárgyak megbízható bevonása esetén nŐ meg a költségtényező. Az NdFeB mágnesek ugyanis előnyösen kis tárgyakban kerül

- 3 nek alkalmazásra nagy másneses hatásosságuk miatt.

Ezen túlmenően viszonylag nagy térfogatszázalékuk következtében a vastag védőbevonatok csökkentik a permanes mágnes hatásosságát valamely rendszerben.

Az ismert korrózióvédőkre NaFeB mágnesek számára áttekintést adnak S. Tori, G. Bava és munkatársaik a ”Feasibility Study of a Method to Obtain Corrosion Protection of the NdFeB-Type Magnet” címen a Concerned European Aotion on Magnets /CEAM/-ban /Elsevier Applied Science. London, New York, 1989» 628. oldal/.

A 311 049. számú európai szabadalmi leírásban olyan összetételű mágneses ötvözetet ismertetnék, amely 10 - 25 at % SE-t /SE = ittrium vagy valamely lantanidasorba tartozó elem/, 2-20 at % B-t, 55 - 88 at % Fe-t, Co-t és Ni-t tartalmaz, ahol ezek a százalékos tartományok a következők: 10 - 73 at % Fe, 7-50 at % Co és 5 - 30 at Jfi Ni. A kobalt és a nikkel százalékos menynyisége, amely ellenállóvá teszi a vasat, biztosítja a szükséges korrózióellenállást.

A 3 637 521. számú NSZK-beli nyilvánosságrahozatali írat szerint oxigént adagolnék a mágneses jellemzők stabilizálására. Szinterelés után ez az oxigén körülbelül 0,6 - 1,3 tömeg %-on stabilizálódik.

A találmány kidolgozásával az volt a célunk, hogy olyan NdFeB mágnest és az NdFeB mágnes felületének a passziválására alkalmas eljárást biztosítsunk, amely jelentősen csökkenti a > mágnes rozsdásodási hajlamát, egyszerű intézkedéssel úgy, hogy számos alkalmazásra már nem szükségesek az eddig ismert bonyolult és költséges bevonatok. Ugyanakkor a permanens mágnes ha

- 4 I tásossága a lehető legkisebb mértékben változik a felület passziválásánál.

Ez és más intézkedések a találmány szerint jellegzetes előrehaladásként mutatkoznak meg. Röviden kifejezve az NdFeB mágnes egy cZ-FegO^ felületi réteggel rendelkezik, amelynek a vastagsága 0,5 yum és 5 yum között, előnyösen pedig 1-3 yum tartományban van, amely hatásosan csökkenti és gátolja a rozsda kialakulását. Az NdFeB mágnes összetétele: 28 - 35 t % Nd, 0,9 - 1,2 t J6 B és a fennmaradó rész Fe, bár az Nd egy része helyettesíthető Y-mal vagy más lantanidasorbeli elemmel. Az réteg előnyösen ellenáll savas és oxidáló atmoszférának egyaránt.

Az NdFeB mágnesek passziválást folyamata abban áll, hogy megtisztítjuk az NdFeB mágnes felületét, utána a hőmérsékletet 600 0° és a szinterezési hőmérséklet között tartjuk és a mágnest oxidá ló légkör hatásának tesszük ki. Az ilyen hőkezeléssel létesített passziválás visszaszorítja a gyors rozsdaképződést, amely egyébként végbemenne, így a találmány szerinti eljárással kezelt mágnesek jelentős előnyöket biztosítanak nem-kezeit mágnesekkel szem ben,

A találmánynak megfelelően mechanikus felületkezelés /tisztítókezelés/, így köszörülés, csiszolás, homokkal való lefuvatás vagy dörzscsiszolás, után a fent megadott Összetételű NdFeB mágneseket vákuumban hőkezeljük 600 C°-on felüli /vagy 700 C° vagy 800 C° feletti/ és a szinterezés /amely 1090 + 20 C⁰/ közötti hőmérsékleten. Ezután a mágnest oxidáló légkör hatásának tesszük ki, miközben a hőmérsékletet 600 C° és a szinterezési hőmérséklet között tartjuk. A két kezelést egy és ugyanazon kezelőedényben végezhetjük.

- 5 A találmányt vákuumban való kőkezelés nélkül is megvalósíthatjuk. Oxidáló atmoszféraként előnyösen olyan közömbösgáz/oxigén-elegyet használunk, amelynek az oxigéntartalma 10-25 térfogatszázalék, valamint széndioxidot és/vagy szárított levegőt tartalmaz. A találmány szerinti eljárás egy előnyös változata szerint a mágneseket 0,5 - 15 percig, előnyösen 2-5 percig tesszük ki oxidáló atmoszféra hatásának.

A keletkező -x-FegO^ passzíváió réteg vastagsága 0,5-5 yum, előnyösen 1-3 yum tartományban van. Egy ilyen passziváló réteg megvédi a mágneses jellemzőket káros befolyások hatásától. Töréseket vagy repedéseket, amelyek előfordulhatnak az előnyösen 30 - 90 percig tartó hőkezelés folyamán, cementtel vagy valamely ragasztóval lezárjuk olymértékben, hogy nem lesz olyan felület, amely káros támadás vagy rozsdaképződés hatásának kedvező lenne.

A következő 1, 2. és 3. táblázatok, amelyekben összehasonlít juk a hagyományos mágneseket passzíváit mágnesekkel 25 C°, 40 C és 60 C hőmérsékleten való tárolás esetén, az NdFeB minták, amelyeknek a felületeit a találmány szerinti eljárással passziváltuk, lényegesen jobb viselkedést mutatnak nedves légkörben különböző hőmérsékleteken, mint a kezeletlen alapmágnesek. A táblázatok adatai azt mutatják, hogy az NdFeB mágnesek megnövekedett korrózióellenállást tanúsítanak felületi passziválás esetén. Ilymódon költséges bevonatok helyett lehetőség nyílik felületükön passzíváit NadFeB mágnesek használatára olyan környezetben, ahol a bevonatian álapmágnesek problémákat mutatnak a gyors és erőteljes rozsdaképződés következtében. Ezeknek az NdFeB mágneseknek az érzékenysége rozsdásodással szemben jelentős mértékben csökken a mágneses áramkörökben alkalmazott más anyagokhoz viszonyítva.

1. táblázat

Tárolás 25 C°-on/100 % nedvesség
felület állapota	5 óra	100 óra	500 óra	2000 óra
bevonati an	itt-ott finom jelentős meny-	• folytonos rozs-	előrehal a-
mágnes	rozsafoltok	nyiségü rozsdafolt	dabevonat; rozsdadudorok	dott rozsdaképződés; kiemelkedett felületek növekedése
passzíváit nincs	nincs	nincs	itt-ott
mágnes	rozsdafolt	rozsdafolt	rozsdafolt	nyomokban csekély rozsdanyomok

2. táblázat

Tárolás 40 C°-on/100 $ nedvesség
felület állapota	2 óra	100 óra	500 óra 2000 óra
bevonatlan	első észre-	folytonos növekvő rozsdáso- erős rozsda-
mágnes	vehető fol- tok és du- dorok	erős rozs- dás, dábevonat	dudorképződés, kialakulás felületi egyenetlenségek
passzíváit nincs	itt-ott finom	gyenge rozsda- csaknem vél-
mágnes	rozsdafolt	rozsdanyomok	nyomok tozatlan állapot

3. táblázat

	Tárolás	60 C°-on/100 $ nedvesség
felület állapota	1/2 óra	100 óra	500 óra	2000 óra

bevonatlan jelentős meny-	folytonos	súlyos kár a	fokozódó
mágnes	nyiségü rozs-	vastag rozs-	mintákon a	károsodás
	dafolt az egész	dabevonat, fe-	fokozott rozs-	a mágne-
	felületn	lületi egyenet-	’ daképződés	seken
		lenség	miatt

passzíváit nincs itt-ott rozs- gyenge rozsda- további gyenmágnes rozsdafolt danyomok fejlődés ge rozsdafejlődés

-ΘΑ csekély rozsdaképződés a passzíváit NdFeB mágneseken a hoszszú ideig tartó tárolás során vagy emelt hőmérsékleteken a felületi rétegekben lévő 0,5-3 /utn szélességű vékony törésekből származik, amelyekbe a nedvesség be tud hatolni. A korróziót ezeken a helyeken előnyösen akadályozhatjuk meg olymódon, hogy a töréseket betömjük cementtel vagy más ragasztóanyaggal, amely lezárja a felületet. Hoszszú ideig tartó tárolás után sem észleltünk olyan esetet, amelynél az oi-Ee₂0^ felületi rétegen törések vagy szakadások jelentkeztek volna annak következtében, hogy nedvesség hatolt be a bevonatban lévő hézagokba.

A találmány fenti leírása érzékeny különböző változtatásokra és átalakításokra és ugyanez érvényes az igénypontok jelentésére és oltalmi körének a tartományára is.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. NdFeB mágnes, azzal jellemezve, hogy J/ a _f

28 - 35 tömegszázalék Nd-t, 71,1-63,8 tömegszázalék Fe-t és /

0,9 - 1,2 tömegszázalék B-t tartalmaz, emellett az NdFeB mágnes 0,5-5 /bm vastagságú rJ-FegO^ XelÜletbevonó réteggel rendelkezik<,
2» Az 1. igénypont szerinti NdFeB mágnes, azzal jellemezve, hogy további anyagot foglal magában az Y és a lantanida-sorozat elemei közül, mimellett az Nd és ez az anyag együtt 28 - 35 tömegszázalékot tesz ki.
3» Az l_e igénypont szerinti permanens mágnes, azzal jellemez- vastagsága amely mágnes

71,1 Eljárás NdFeB mágnes passziválására ^-FegOj-mal,

28 - 35 tömegszázalék Nd-t, 0,9 - 1,2 tömegszázalék B-t és

63,8 tömegszázalék Fe-t foglal magában, azzal jelleme zve , hogy kialakítjuk az NdFeB mágnes felületét, majd az NdFeB mágnest oxidáló légkörben melegítjük 600 C° és a mágnes t M. ¹szinterezése közötti hőmérsékleten. 7
5o A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy olyan mágnest passziválunk, amely egy az Y és a lantanida-sorozat csoportból kikerülő

10 elemet is magában foglal, mimellett ez az anyag és az Nd együtt 28 - 55 tömegszázalékban van jelen.
6. A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy az NdFeB mágnes felületének a kialakítása mechanikai felületkezelési lépést foglal magában.
7o A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy az NdFeB mágnest 600 C°-nál magasabb és annak szinterezése közötti hőmérsékleten vákuumban melegítjük az oxidáló hőmérsékleten való melegítés előtt.
8. A 7. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy a vákuumban való melegítést 800 C° f eletti hőmérsékleten végezzük.
9. A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy oxidáló légkörként száraz levegőt vagy széndioxid és száraz közömbös gáz/oxigén-el egyet alkalmazunk.
10. A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy az oxidáló légkör 0₂ tartalma 10-25 térfogatszázalék tartományban van.

A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felüle tének a passziválására, azzal jellemezve, hogy az NdFeB mágnest 0,5 - 15 percig tesszük ki oxidáló légkör hatásának.
12. A 11. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy a mágnest 2-5 percig tesszük ki oxiláló légkör hatásának.
13· A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy az y-F^O-j rétegben lévő töréseket vagy repedéseket cementtel vagy valamely ragasztóanyaggal zárjuk le.
14. A 6. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy a mechanikus felületkezelést köszörüléssel, csiszolással, homokkal való fuvatássáL vagy fényesítéssel végezzük.
15. A 4. igénypont szerinti eljárás NdFeB mágnes felületének a passziválására, azzal jellemezve, hogy az NdFeB mágnest 1090 + 20 C° hőmérsékleten szinterezzük.