Verfahren zur Herstellung einer anisotropen, permanent magnetischen Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung. Sowohl gegossene als auch gesinterte Al- nico-Legierungen von verschiedenen Zusam mensetzungen, jedoch hauptsächlich solche, die ausser Aluminium, Nickel und Kobalt auch Eisen enthalten, sind bereits seit einigen Jahren auf dem Markt erhältlich. Im Gegen satz zu den gegossenen Produkten sind die bisher bekannten gesinterten Legierungen ge kennzeichnet durch eine feinkörnige Struk tur.
Die gesinterten Produkte wiesen ferner etwas weniger gute magnetische Eigenschaf ten auf als die entsprechenden Gusslegierun- gen, und zwar wegen der Unmöglichkeit, in den gesinterten Legierungen eine maximale Dichte zu erzielen.
Während die meisten Alnico-Legierungen magnetisch isotrop sind, bilden die nach dem amerikanischen Patent Nr. 2295082 herge stellten, gegossenen, anisotropen Legierungen eine Ausnahme. Die in diesem Patent be schriebenen gegossenen Magnetlegierungen sind Legierungen mit Eisen als Grundmetall, die einen Kobaltgehalt von 16-30%, einen Nickelgehalt von 12-20% und einen Alumi niumgehalt von 6-11% mit oder ohne an dere Zusätze, wie zum Beispiel bis zu 7 Kupfer, aufweisen und durch Wärmebehand lung, insbesondere Kühlen, in einem magne tischen Feld anisotrop gemacht werden.
Die wärmebehandelten Produkte weisen in der einen Richtung um mindestens 500/" und im allgemeinen um über 100% höhere BH-Maxi- malwerte auf als die gleiche Legierung, die dieser Wärmebehandlung nicht unterworfen wurde. Als Beispiel dieser gegossenen, aniso- tropen Magnetlegierungen ist der im Handel erhältliche, unter der Bezeichnung Alnico 5 bekannte Magnetwerkstoff, der von der Pa tentbewerberin selbst hergestellt wird, zu nen nen.
Diese Magnetlegierung besteht aus etwa <B>80/,</B> Aluminium, 140/, Nickel, 240/, Kobalt, <B>30/,</B> Kupfer und restlich Eisen und weist die folgenden magnetischen Eigenschaften auf: Spitzenwert von H 2000 Örsted Spitzenwert von B<B>15700</B> Gauss Koerzitivkraft H, 575 Örsted Remanenz B, 12000 Gauss BH max. 4,5 X 10,. Gauss-Örsted Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Erhöhung des BH-Maximalwertes zu erzielen.
Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel lung einer anisotropen, permanent magne tischen Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung durch Sintern eines verdichteten Gemisches von gepulverten Metallen.
Das Verfahren zeichnet sich erfindungs gemäss dadurch aus, dass das Sintern so lange und bei einer solchen Temperatur ausgeführt wird, dass das Endprodukt eine gröbere Kri stallstruktur als das Ausgangsmaterial auf weist, wobei das Aluminium dem Gemisch in Form einer Vorlegierung mit mindestens einem andern Metall einverleibt wird, welche Vorlegierung einen Schmelzpunkt aufweist, der die Sinterungstemperatur nicht unter schreitet.
Das Aluminium kann dem Gemisch in Form einer hochschmelzenden Legierung von Kobalt, Nickel oder Eisen zugesetzt werden. Wenn gewünscht, kann auch Kupfer, in Form einer hochschmelzenden Legierung, zugesetzt werden.
Die fein zerteilte Aluminiumlegierung wird dann mit den andern fein zerteilten me tallischen Bestandteilen vermischt, um ein Gemisch der gewünschten Zusammensetzung zu erzeugen, welches unter gewünschter Form gebung gepresst wird. Die gepressten Produkte werden im allgemeinen in einer Wasserstoff atmosphäre gesintert, bei Temperaturen, die von der Zusammensetzung der Legierung ab hängen, gewöhnlich bei etwa l400 C,
vor zugsweise 15-50 C unter dem Schmelzpunkt des Gesamtgemisches. Die für den Sinterungs- vorgang erforderliche Zeit wird natürlich von der Grösse der Ofenbeschickung und der Grösse der gepressten Stücke abhängen. Die Sinterungszeit wird gewöhnlich zwischen etwa 2 und 5 Stunden schwanken. Diese Zeit dürfte unter Berücksichtigung der Zusam mensetzung der Legierung und der angewen deten Temperatur im allgemeinen genügen, um eine Kristallstruktur zu erhalten, bei wel cher die Kristalle gegenüber dem Ausgangs material, d. h. dem Metallpulver, beispiels weise 10000 - 20 000mal grösser sind.
Das zur Erzeugung der Anisotropie dienende ma gnetische Feld wird vorzugsweise in der im amerikanischen Patent Nr. 2295082 beschrie benen Weise angewendet. Die Wärmebehand lung im magnetischen Feld wird zum Beispiel so ausgeführt, dass das Material bei einer Tem peratur von etwa 1250 C aus der Sinterungs- zone des Ofens herausgezogen und dessen Ab kühlung in einem magnetischen Feld geeig neter Feldstärke kontrolliert wird. Das Mate rial kann, wie im eben genannten amerika nischen Patent beschrieben ist, weiteren Be handlungen bei niedrigen Temperaturen un terworfen werden.
Der folgende Versuch soll zur Erläuterung des Unterschiedes in den Resultaten, die er halten werden bei Verwendung einer Alumi- mum-Kobalt-Legierung mit hohem Schmelz punkt und bei Verwendung einer Aluminium Kobalt-Legierung mit niedrigem Schmelz- punkt, dienen. Bei diesem Versuch wurden zwei Gemische identischer Zusammensetzung hergestellt, wobei für das eine Aluminium- Kobalt-Vorlegierung 50:50 und für das an dere eine Aluminium-Kobalt-Vorlegierung 25:75 verwendet wurde.
Die beiden Legierun gen wurden unter Bedingungen, welche im Hinblick auf die Verhinderung einer erheb liehen Oxydation der Aluminiumkomponen ten gewählt wurden, zu einem Pulver solcher Feinheit zerkleinert, dass es durch ein Sieb mit Öffnungen von 0,074 mm Durchmesser hin durchging.
Diese binären Legierungen wurden hier auf zu gepulverten Gemischen mit der Zusam mensetzung von Alnico 5 verarbeitet. Aus je dem Gemisch wurde je ein Barren hergestellt. Die Barren wurden Seite an Seite in ein Sin- terungsschiff gelegt. Diese Schiffe wurden hierauf mit einer Geschwindigkeit von 25,4 cm pro 2,25 Stunden bei einer Temperatur von 1380-1385 C durch einen Sinterungsofen geführt.
Bei der Untersuchung der gesinterten Pro dukte wurde festgestellt, dass die aus dem Ge misch, welches die Aluminium-Kobalt-Vor- legierung 50:50 mit niedrigem Schmelzpunkt enthielt, hergestellten Barren stark verzerrt, geschmolzen und voll von Löchern waren. Die aus dem Gemisch, welches die 25:75-Alumi- nium-Kobalt-Vorlegierung enthielt, herge stellten Barren wiesen eine von Verzerrungen praktisch freie, sehr glatte Oberfläche auf.
Beim Bruch der Barren wurde festgestellt, dass sich alle Barren, die mittels der Alumi- nium-Kobalt-Legierung von 25:75 enthalte nen Gemisches hergestellt worden waren, durch eine vergröberte Kristallstruktur aus zeichneten, während die Barren aus dem die 50:50-Aluminium-Kobalt-Legierung enthal tenden Gemisch feinkörnig waren.
Die Vorteile der vergröberten Kristall struktur, die oft eine Einkristallstruktur sein kann, lassen sich leicht aus den in der folgen den Tabelle angeführten Prüfungsresultaten ablesen
EMI0003.0002
<I>Proben <SEP> mit <SEP> vergröberter <SEP> Kristallstruktur</I>
<tb> Nr. <SEP> B, <SEP> <B>ih</B> <SEP> BH <SEP> max.
<SEP> Wert <SEP> von <SEP> B
<tb> bei <SEP> BH <SEP> max.
<tb> 1 <SEP> 12500 <SEP> 655 <SEP> 5,64 <SEP> X <SEP> 10" <SEP> 10400
<tb> 2 <SEP> 12550 <SEP> 570 <SEP> 5,96 <SEP> X <SEP> 10<B>6</B> <SEP> 10450
<tb> 3 <SEP> 12050 <SEP> 635 <SEP> 5,18 <SEP> X <SEP> 10B <SEP> 9600
<tb> 4 <SEP> 12700 <SEP> 690 <SEP> 6,36 <SEP> X <SEP> 10<B>6</B> <SEP> 10200
<tb> <I>Mit <SEP> einer <SEP> niedrig <SEP> schmelzenden <SEP> Grundlegie-</I>
<tb> <I>rung <SEP> hergestelltes <SEP> feingekörntes <SEP> Material.</I>
<tb> Nr. <SEP> B, <SEP> HC <SEP> BH <SEP> max.
<SEP> Wert <SEP> von <SEP> B
<tb> - <SEP> bei <SEP> BH <SEP> max.
<tb> 5 <SEP> 11600 <SEP> 480 <SEP> 2,5 <SEP> X <SEP> <B>10'</B> <SEP> 8000 Die Entmagnetisierungskurven der Pro ben 3, 4 und 5 sind in der beiliegenden Zeich nung dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, dass beim Übergang von der feingekörnten Struktur der Probe 5 zur vergröberten Kri stallstruktur der Proben 3 und 4 eine enorme Zunahme des BH-Maximalwertes erfolgt. Die Punkte, in denen die BH-Maximalwerte auf treten, sind durch kleine Kreise markiert.
Es ist ferner ersichtlich, dass die BH-Maximal- werte für die Proben 1-4 alle höher liegen als der eingangs angegebene BH-1lfaximal- wert von gegossenem Alnico (Alnico 5) der gleichen Zusammensetzung.
Die für die praktische Ausführung der vor liegenden Erfindung verwendeten Aluminium vorlegierungen sind solche, welche beispiels weise aus den Phasendiagrammen von bi nären Fe-Al-, Co-Al- und Ni-Al-Legierungen so ausgewählt. werden können, dass sie unter halb der Sinterungstemperaturen des Ge samtgemisches keine geschmolzene Phase auf weisen. Als verwendbare Legierungen sind Aluminium-Kobalt-Legierungen mit 67-85 Gewichtsprozent Kobalt, Aluminium-Nickel- Legierungen mit 64-80 Gewichtsprozent Nickel und Aluminium-Eisen-Legierungen mit bis zu<B>180/,</B> Aluminium zu nennen.
Alle diese genannten Legierungen weisen unter halb 1400'C keine geschmolzene Phase auf. Aus praktischen Gründen werden die Alu minium-Kobalt-Legierungen bevorzugt.
Die Vorteile der beschriebenen Ausfüh rungsformen des Verfahrens nach der Erfin dung sind sehr gross. Ausser den höheren BH- Maximalwerten weisen die aus den so erhal tenen Legierungen hergestellten Produkte eine Oberfläche auf, die mit der besten durch Präzisionsgussverfahren erhältlichen Ober fläche vergleichbar ist. Die Produkte besitzen ausserdem eine Dichte, die grösser ist als die jenige, der durch Zugabe des Aluminiums in Form einer Legierung mit niedrigem Schmelz punkt erhaltenen gesinterten Materialien.
Es wurde ferner eine Verbesserung der Festigkeit der auf die beschriebene Weise her gestellten Legierungen festgestellt.
Es wird angenommen, dass hauptsächlich drei Faktoren an der Bildung der massiven Kristallstruktur der beschriebenen Produkte mitwirken. Erstens der Zustand der Ober fläche der Aluminiumgrundlegierung, zwei tens eine etwas längere Sinterungszeit von mindestens zwei Stunden und die Verwen dung einer Sinterungstemperatur, die von 15-50 C an den Schmelzpunkt des Gesamt gemisches herankommt, und drittens die Ab wesenheit einer geschmolzenen aluminium- haltigen Phase,
wodurch die Tendenz des Alu miniums zur Oxydation während der Sinte- rung stark reduziert wird.
Es wurde festgestellt, dass die so hergestell ten Alnico-Legierungen ein körperzentriertes, kubisches Kristallgitter aufweisen und dass die günstigste Orientierung diejenige in der Richtung der Kanten des Würfels, entweder parallel oder senkrecht zur Richtung des wäh rend der Wärmebehandlung angelegten ma gnetischen Feldes, ist. Um einen hohen Pro zentsatz an Produkten zu erhalten, in wel chen der vergrösserte Kristall in dieser Weise orientiert ist, wird vorzugsweise während des Pressens in der Nähe des einen Endes des Bar- rens ein Impfkristall eingesetzt.
Diese Impf kristalle werden bezüglich der gut definierten Kristallebene<B>100</B> des Kristalls derart ange ordnet, dass bei dessen Wachstum ein grosser Kristall mit der richtigen Orientierung erhal ten wird. Die geimpften Barren werden hier auf, wie oben beschrieben, durch den Sinte- rungsofen geführt, wobei man das angeimpfte Ende des Barrens vorzugsweise zuerst in den Ofen eintreten lässt.
Nach dem Sintern wird bei mindestens <B>750/,</B> der Produkte eine gün stige Kristallorientierung erhalten, so dass die resultierenden Produkte einen aufweisen, der nahe beim theoretischen Maximalwert liegt.
Die hierbei verwendeten Impfkristalle können beispielsweise durch Brechen von ge sinterten, grossen Kristallproben erhalten werden. Die Proben brechen längs der kristal- lographischen Ebene 100. Die Impfkristalle werden mit richtiger Orientierung dieser Ebene in die Pressstücke eingesetzt.
Das Aluminium muss nicht in Form einer binären Aluminiumvorlegierung zugesetzt werden. Die Zugabe des Aluminiums kann in Form irgendeiner Legierung mit hohem Schmelzpunkt erfolgen, die bei der Sinte- rungstemperatur keine geschmolzene Phase aufweist und aus zwei oder mehreren der Me tallbestandteile der herzustellenden Alnico- Legierungen besteht.