NL8500534A

NL8500534A - Magnetisch materiaal bevattende een intermetallische verbinding van het zeldzame aarden-overgangsmetaal type.

Info

Publication number: NL8500534A
Application number: NL8500534A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-02-26
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1986-09-16
Also published as: DE3671127D1; EP0196123B1; EP0196123A1; JPS61195946A; US4897130A

Description

PHN 11.293 ] « * N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven "Magnetisch materiaal bevattende.een intermetallische verbinding van het zeldzame aarden-overgangsmetaal type"

De uitvinding heeft betrekking op een magnetisch materiaal waarin de hoofdfase wordt gevormd door een intermetallische verbinding van het zeldzame aarden-overgangsmetaal type.

Magnetische materialen op basis van intermetallische 5 verbindingen van bepaalde zeldzame aard metalen met overgangsmetalen (RÊ-dM) kunnen tot permanente magneten met coërcitiefkrachten van aanzienlijke grootte (enkele kOe) gevormd worden. De magnetische materialen in kwestie worden daartoe tot deeltjes met subkristalgrootte gemalen en dan in een magneetveld gericht. De uitrichting van de 10 deeltjes, en daarmee de magnetische oriëntatie, wordt door sinteren of ook door dompelen van de deeltjes in een (kunststof) bindmiddel of in een laagsmeltend metaal zoals lood gefixeerd. Deze werkwijzen worden aangeduid als poedermetallurgische werkwijzen voor het vervaardigen van zeldzame aard metaal-overgangsmetaal magneten. .

15 Bij een dergelijke behandeling ontwikkelen deze intermetallische verbindingen buitengewoon hoge intrinsieke coërcitiefkr achten bij / kamertemperatuur.

De bekendste intermetallische verbindingen die door poeder-metallurgie tot magneten verwerkt kunnen worden, bevatten wezenlijke 20 hoeveelheden aan smarium en kobalt, bijvoorbeeld éênfasig SirCo,. en meerfasig SnCoz met z 7.

1. Permanente magneten, gebaseerd op éénfasig SrtCo^ warden momenteel In grote hoeveelheden geproduceerd. De energieproducten liggen in de orde van 20 MG Oe.

25 2. - Permanente magneten, gebaseerd op meerfasig SmCo , waarbij z » z ^ 7 en waarin Co gedeeltelijk vervangen is door Fe en Cu, hebben hogere energieprcdukten (27 MG Oe). Voor deze klasse van magneten is de bereiding echter uiterst moeilijk en gecompliceerd .

De meest recente typen zeldzame aarden-overgangsmetaal 30 magneten, gebaseerd op temaire verbindingen van het type R2Fei4B = Nd, Pr) , hebben nog hogere energieprodukten van ongeveer 35. MG Oe. De bereiding van deze magneten is te vergelijken bad oRienrtfte beschreven onder punt 1, dat wil zeggen de bereiding is o r η η K t /. ........................................

s PHN 11 .293 2 eenvoudiger dan die van meerfasige SrtCo magneten beschreven onder z punt 2. Een nadeel van de R2Fel4B magneten is hun lage Curie temperatuur (T = 307°C) en de daarmee verbonden hoge negatieve temperatuur-coëfficiënt van de magnetisatie d~ en van de coërcitiefkracht h . Dit 5 nadeel kan gedeeltelijk worden verholpen door Co substitutie. Een en ander is beschreven in EP-A 106.948.

In de bovengenoemde publikatie wordt echter vermeld dat bij substitutie van Fe door Co, vanaf een substitutie van 25% van het Fe door Co de coërcitiefkracht afneemt, en dat om een materiaal 10 met een coërcitiefkracht van tenminste 80 kA/m te realiseren, zoals voor praktisch bruikbare magneten noodzakelijk is, slechts tot 50% van het Fe door Co vervangen mag worden. Hierdoor is het voordeel van de verhoging van de Curie-temperatuur door substitutie van Co beperkt bruikbaar.

15 De uitvinding heeft ten doel een nieuw en praktisch bruik baar magnetisch materiaal op basis van een intermetallische verbinding van het zeldzame aarden-overgangsmetaal type te verschaffen met een . energieprodukt dat tenminste zo hoog is als dat van meerfasig SrtCo , z dat zich op eenvoudiger wijze laat bereiden dan materialen op basis 2g van meerfasig SrtCo , en dat een hogere Curie-temperatuur heeft dan R^Fe^B waarin minder dan 50% van het Fe door Co is vervangen.

Het in de aanhef beschreven magnetische materiaal heeft daartoe als kenmerk, dat de intermetallische verbinding een samenstelling heeft volgens de formule 25 R2^C°1-xFex^ 14B' 0 < X 0,2 en R = Nd, Pr en/of Tb ‘ of een kambinatie van één van deze met tenminste één andere representant van de groep zeldzame aardmetalen en Y.

- Gebleken is dat bij intermetallische verbindingen van het 30 type R2^Col-xFex^ 14B rnet ® ^ x <1 0,2 de coërcitiefkracht met toenemend Co-gehalte toeneemt, evenals de Curie-temperatuur. Indien R = Y, Nd, Pr, La, Sm, Gd of Tb, alleen of in kombinatie met tenminste één representant van de groep zeldzame aard-metalen en Y, dan wordt een tetragonale kristalstruktuur gevormd. * 35 Een voorkeursvorm van de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de intermetallische verbinding een samenstelling- heeft volgens BAD6ftl&fïRÈe ^2^Co1 -xFex^ 14B' waarin 0 ^ x ^ 0,1. Dit systeem heeft de lagere Fe-gehaltes, hetgeen in het voordeel is van de korrosie- PHN 11.293 3 bestendigheid.

Een bijzondere voorkeursvorm van de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de intermetallisqhe verbinding een samenstelling heeft volgens de formule 5 R2 Co14 B*

Dit systeem heeft de hoogste coërcitiefkrachten, terwijl door het ontbreken van ijzer de korrosiebestendigheid maximaal is.

Binnen het R9(Co.. Fe )B systeem hebben Pr, (Co. Fe )B en

« I —X X L· I X

Nd, (Co. Fe )B de voorkeur in verband met hun hoge magnetisatiewaarden.

10 Bij voorkeur is het magnetisch materiaal vervaardigd door het verpulveren van een gietstuk dat na het smelten onderworpen is aan een gloeibehandeling in een tegen oxydatie beschermende atmosfeer, bij een temperatuur boven 800°C. Hierdoor wordt ervoor gezorgd, dat er zo veel mogelijk van de tetragonale hoofdfase en een minimam 15 aan vreemde fasen aanwezig is.

Het magnetische materiaal volgens de uitvinding wordt bij voorkeur toegepast in de vorm van een sintermagneet. In die vorm is het hoogste energieprodukt realiseerbaar.

Op basis van anisotrcpieveld metingen is berekend, dat .het 20 maximale energieprodukt (ΒΗ)^^ van permanente R2 (c°i -xFex) 1 sinter-magneten in de buurt van 30 MH Oe kan liggen.

Hieronder zullen enkele experimenten die de uitvinding ondersteunen nader beschreven worden.

Fig. 1 toont de magnetisatie 0” van een P^Co^B monster 25 als funktie van de sterkte van een aangelegd veld H (metingen bij 300 K).

Fig. 2 toont de magnetisatie van een Nd2Co^B monster als .funktie van de sterkte van een aangelegd veld H (metingen bij 300 K).

30 - Fig. 3 toont de magnetisatie <T van een aantal R2Co14B

monsters als funktie van de sterkte van een aangelegd veld H (metingen bij 4,2 K).

Fig.. 4 toont de 4ΤΓΜ-Η karakteristiek van een P^Co^B

magneet.

35 Fig. 5 toont de magnetisatie ó~ van een P^QD-^B monster als funktie van de temperatuur T (B = 0,3 T).

Fig. 6 toont de magnetisatie <T van een Νά2<3ο^Β monster BADvan de tenperatuur T (B = 0,6 T) .

ft 5 π η ς * l PHN 11.293 4

Fig. 7 toont de coërcitiefkracht als funktie van de maalduur t van respektievelijk eep Pr^Co-jFe^B magneet, een 3FSB Ina<3neet 011 een ^2^14B waiJn<eet'

Voor de bereiding van een aantal monsters werden 99,9% zui- 5 vere uitgangsmaterialen gebruikt die onder een argan-boog in gezuiverd argon gas werden samengesmolten. Na het smelten en daarop volgend afkoelen werden de monsters in tantaal folie gewikkeld, en in een geëvacueerde kwarts tuis aan een gloeibehandeling op een temperatuur van 900°C onderworpen. Hierna werden de monsters gemalen. De.

10 resulterende poederdeeltj es werden door middel van een epoxyhars samengebonden en in een magneetveld magnetisch gericht. Aan de op deze wijze verkregen magneet 1 ichamen werden een aantal metingen verricht.

De .resultaten van deze metingen zijn vermeld in tabel 1.

Tabel 1.

15 R2C°14B Tc(K) <Ts(Am2/kg) EMD

R = Y 1015 107 Xc

La ... 955 102 1c

Pr 995 124 [| C

20 Nd 1007 126 || C *-

Sm 1029 89 lC /

Gd 1050 32 Xc

Tb 1035 10 || C

25 In de tabel is Tc de Curie-temperatuur. Ter vergelijking diene de Curie-temperatuur van Nd2FegCOgB 880 K (Nd^o^ : Tc = 1007 K).

is de verzadigingsmagnetisatie en EM) is de richting van gemakkelijke magnetisatie. (Γ is afgeleid uit metingen van de magnetisatie s bij 4,2 K in magneetvelden tot 35 T. De richting van de gemakkelijke 30 magnetisatie (EMD) is gegeven ten opzichte van de c-as.

Het anisotropieveld van éénfasig P^Co^B bij kamertemperatuur is uiterst hoog (orde van grootte 100 kOe, zie fig. 1). Ook de 2 verzadigingsmagnetisatie bij kamertemperatuur is hoog (110 Am /kg).

Reeds door malen met een door de hand bedreven.agaatmortier kunnen 35 redelijk grote waarden voor de coërcitiefkracht ^H worden verkregen (Fig. 7). De geschatte waarden voor ΒΗΠΒχ van sintermagneten van één-BAD 2Co14B rond 30 MG Oe. Hierbij is uitgegaan van een dichtheid van 8.4 g/cm2, berekend door middel van de roosterkonstanten PHN 11.293 5 · a = 8,63 £, c = 11,87 £.

De waarden van de Curie-temperatuur Tc werden met behulp van calorimetrische metingen bepaald.

Metingen van de temperatuur afhankelijkheid van bene- 5 den T zijn weergegeven in fig. 5 en 6. De getoonde resultaten hebben betrekking op Pr-jCo^B (fig. 5) en Nd2Co^B (fig. 6) . Deze resultaten zijn karakteristiek voor intermetallische verbindingen van het type volgens de uitvinding* 10 De metingen waarvan de resultaten in fig. 1, 2, 3, 5 en 6 weergegeven .zijn, werden uitgevoerd met een aangelegd veld H dat hetzij evenwijdig was aan de richting van het bij het aligneren gebruikte magneetveld (ö~ jj ) , hetzij loodrecht stond op de richting van het bij het aligneren gebruikte magneetveld (<T\).· 15 Door middel van extrapolatie van de resultaten van de magnetisatiemetingen bij 4,2°K in hoge magneetvelden kon het anisotropieveld worden berekend. Dit is voor P^Co^^B zeer hoog ( ^ 75 T.), voor Nd2Co14B is het ongeveer 40 T. Uit fig. 3 volgt dat de anisotropievelden van Y^o^B en La2Co^4 aanzienlijk lager 20 zijn en een waarde hebben van ongeveer 5 T.

Een tetragonale kristalstruktuur, overeenkomend met die van Nd2Fe^B wordt bij de intermetallische verbindingen van het R2Co14B type gevonden in de gevallen dat R La, Pr, Nd, Sm, Gd of Tb bevat. Ook in gevallen dat R één van deze zeldzame aard metalen 25 samen met een ander zeldzame aard metaal bevatte, werd een tetragonale kristalstruktuur gevonden. Bijvoorbeeld in het geval dat R = (La. Er ) met x = 0,1 en in het geval dat R = (La. Dy ) met

I “X X I ™x X

x =.0,2. soos

BAD ORIGINAL

8500534

Claims

1. Magnetisch materiaal waarin de hoofdfase wordt gevormd door een interxretallische verbinding van het zeldzame aarden-overgangs -5 metaal type, net het kenmerk, dat de intermetallische verbinding een samenstelling heeft volgens de fontule R2(Co1-xFex) 14B, waarin 0 -¾ x 0,2 en R = Nd, Pr en/of Tb of een kcnibinatie van één van deze met tenminste één andere representant van de groep zeldzame aard 10 metalen en Y.

2. Magnetisch materiaal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 0 ^ x ^ 0,1.

3. Magnetisch materiaal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de intermetallische verbinding een samenstelling heeft volgens 15 de formule R2Co14B'

4. Magnetisch materiaal volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat R = Pr en/of Nd.

5. Magnetisch materiaal volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met 20 het kenmerk, dat het magnetisch materiaal vervaardigd is door het verpulveren van een gietstuk dat na het smelten onderworpen is aan een gloeibehandeling in een tegen oxydatie beschermende atmosfeer, bij een temperatuur boven 800°C.

6. Gesinterde permanente magneet, in hoofdzaak bevattende een 25 magnetisch materiaal volgens één van de voorgaande conclusies.

7. Gesinterde permanente magneet volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het maximale energieprodukt (BH)^^ tenminste

30 MG Oe bedraagt. 30 35 BAD ORIGINAL ο ς η η ς t λ