-
Verfahren zum Herstellen eines permanenten Magneten Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines permanenten Magneten, bei dem ein magnetisierbares
metallisches Pulver, dessen elementare Körnchen Abmessungen in der Größenordnung
kolloidaler Teilchen haben, mit einer Lösung aus einem organischen Schutzmittel
vermengt wird, das Lösungsmittel verdampft und das Pulver zwecks Formung einer kompakten
Masse gepreßt wird.
-
An sich ist die Herstellung permanenter Magnete durch Agglomeration
magnetischer Pulver, z. B. von Eisenpulver, beispielsweise durch Zusammendrücken,
und Magnetisieren der so entstandenen kompakten Masse bekannt. So wird nach der
britischen Patentschrift 590 392 die Herstellung permanenter Magnete durch Agglomeration
eines aus einem magnetischen Metall, z. B. Eisen, Nickel oder Kobalt, oder einer
magnetischen Legierung oder Verbindung solcher Metalle gebildeten Pulvers vorgeschlagen,
dessen einzelne Körnchen Abmessungen in der Größenordnung von kolloidalen Teilchen,
so z. B. von etwa einem Zehntel eines Mikrons besitzen. Gefunden wurde, daß aus
Pulvern mit derart geringer Korngröße hergestellte Magnete vorteilhafte magnetische
Eigenschaften, insbesondere hohe Remanenz und hohe Koerzitivkraft, selbst dann besitzen,
wenn die Stoffe, aus denen die Pulver bestehen, im massiven Zustand nur schwache
Koerzitivkräfte aufweisen.
-
Die bei der Herstellung von permanenten Magneten nach der britischen
Patentschrift 590 392 benutzten Pulver werden nach verschiedenen chemischen Verfahren
hergestellt. So wird z. B. Eisenpulver durch Zersetzung und/oder Reduktion gewisser
Eisenverbindungen erhalten. Metallische Pulver aus derart kleinen Körnchen fallen
jedoch oft in stark pyrophorem Zustand an, so daß sie sich entweder vor oder während
der Agglomeration von selbst entzünden. Es ist deshalb zweckmäßig bzw. wichtig,
den Luftzutritt zu diesen magnetisierbaren metallischen Pulvern während der Lagerung
und während der Herstellung der Magnete zu verhindern. Zum Schutz dieser Pulver
vor dem Zutritt von Luft sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden. So ist
z. B. angeregt worden, die Pulverteilchen mit einem organischen Bindemittel zu überziehen.
Obwohl man die Teilchen so in befriedigender Weise schützen kann, kann bei diesem
Verfahren eine Verringerung der Remanenz der Magnete eintreten, die aus einem derart
überzogenen Pulver hergestellt worden sind. Um diese Verringerung der Rem@anenz
zu vermeiden, ist weiter vorgeschlagen worden, das Pulver mit einer Flüssigkeit,
z. B. Benzol, zu bedecken, das jedoch im hohen Maße entzündlich ist und aus diesem
Grunde während des Preßvo-rganges eine gewisse Gefahr darstellt. Man hat auch vorgeschlagen,
das Pulver während oder vor der Pressung durch nicht entzündliche Flüssigkeiten
zu schützen. Dabei sind aber Schwierigkeiten insofern aufgetreten, als das Pressen
unter solcher Flüssigkeit kaum die Herstellung kompakter Massen von verwickelten
Formen gestattet, so da.ß das Pressen im feuchten Zustand eigentlich nur zur Erzeugung
von Magneten von einfacher Form geeignet ist.
-
Es ist auch vorgeschlagen worden, permanente Magnete dadurch herzustellen,
daß ein Gemisch aus magnetisierbarern Metallpulver und einem Bindemittel, beispielsweise
einem Glas oder einem wärmehärtbaren Harz, gepreßt und erwärmt wird, sowie gesinterte
Metallkörper mit einem wärmehärtbaren Harz zu imprägnieren. Auch ist die Herstellung
von permanenten Magneten in gleicher Weise aus einem Gemisch eines Doppeloxydes
von Kobalt und Eisen mit einem Bindemittel wie Wachs oder Harz bekannt. Es ist auch
vorgeschlagen worden, flüchtige Flüssigkeiten wie Azeton und Äther als Schutzmittel
für magnetisierbares Metallpulver vor der Verwendung eines solchen Pulvers für die
Herstellung von Magneten zu verwenden. Weiterhin ist es bekannt, permanente Magnete
einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens
der obigen Art zur Herstellung permanenter Magnete unter Verwendung eines organischen
Bindemittels
als Schutzmittel für das magnetisierbare metallische Pulver vor und während des
Pressens, das nicht feuergefährlich ist, Magnete mit verhältnismäßig hoher Romanenz
ergibt und schließlich zur Erzeugung von Magneten von beliebiger Form gut anwendbar
ist.
-
Dies wird erf ndungsgemäß dadurch erreicht, daß als organisches Schutzmittel
ein metallisches Oleat oder Naphthenat verwendet wird, das einen dünnen Film auf
den einzelnen Teilchen des metallischen Pulvers bei Verdampfung des Lösungsmittels
bilden und bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, z: B. von 300 bis 400°
C, flüchtig werden kann, daß das Gewicht des verwendeten organischen Schutzmittels
zwischen 0,5 und 8% des Gewichtes des magnetisierbaren metallischen Pulvers beträgt,
daß das überzogene Pulver in an sich bekannter Weise im trockenen Zustand gepreßt
wird, um die kompakte Masse zu bilden, und daß die kompakte Masse in an sich bekannter
Weise einer Wärmebehandlung in einer nichtoxydierbaren Atmosphäre unterworfen wird,
wodurch das organische Schutzmittel aus der kompakten Masse durch Verflüchtigung
im wesentlichen vollständig oder teilweise entfernt wird, so. daß die in der kompakten
Masse zurückgehaltene Menge des Schutzmittels weniger als 1% des Gewichtes der kompakten
Masse ausmacht.
-
Unter »magnetisierbareg metallischen Pulvern« sind hier Pulver zu
verstehen, die völlig oder aber zum größten Teil aus einem oder mehreren ferromagnetischen
Metallen, z. B. Eisen, Nickel und Kobalt. bestehen, die aber außerdem noch ein oder
mehrere andere Metalle oder Verbindungen enthalten, die sich zur Verarbeitung mit
den Stoffen, aus denen die permanenten Magnete entstehen, eignen. Die Erfindung
ist besonders bei der Herstellung permanenter Magnete aus Eisenpulver anwendbar,
worunter nicht nur reines Eisen, sondern auch in der Hauptsache aus Eisen bestehende
Pulver verstanden werden sollen, die außerdem kleinere Mengen eines oder mehrerer
anderer Metalle oder Verbindungen der obenerwähnten Art enthalten, die entweder
mit Eisen gemischt oder aber auch legiert werden können.
-
Als Schutzmittel gemäß der Erfindung werden Metalloleate, z. B. Blei-
oder Eisenoleate, oder Metallnaphthenate, z. B. Eisen-, Kobalt- oder Bleinaphthenats,
verwendet. Das geeignete Lösungsmittel hängt von dem benutzten Schutzmittel ab;
so, eignet sich z. B. bei Verwendung von Oleaten Benzol, während bei Naphthenaten
Aceton geeigneter ist. Die Menge des Schutzmittels liegt zwischen 0,5 und 8%-, sie
beträgt am besten 4%, bezogen auf das Gewicht des magnetisierbaren metallischen
Pulvers. Man kann ein entflammbares Lösungsmittel, z. B. Benzol, benutzen, da der
Schutzfilm des Oleats oder eines anderen Mittels auf den metallischen Teilchen die
Gefahr einer spontanen Entzündung während der Verdampfung des Benzols ausscheidet.
-
Auch die Temperatuz, auf die die zusammengepreßte Masse nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhitzt wird, schwankt mit dem benutzten Schutzmittel, da sie ausreichen
muß, um die erforderliche Menge Schutzmittel zu-vertreiben. Das Schutzmittel kann
praktisch vollständig vertrieben werden, es kann aber auch eine kleine; gewöhnlich
unter 1% des Gewichtes der kompakten Masse liegende Menge der Schutzsubstanz, wenn
gewünscht, aus Gründen zurückgehalten werden, über die noch Näheres gesagt wird.
Wenn z. B. Bleioleat oder Bleinaphthenat als Schutzmittel benutzt werden, wird die
Hitzebehandlung vollständig oder wenigstens zum Teil vorzugsweise zwischen 300 und
400° C durchgeführt. Als nichtoxydierende Atmosphäre während der Hitzebehandlung
der kompakten Masse dient am besten Wasserstoff.
-
Auch die Dauer der Hitzebehandlung schwankt mit dem benutzten Schutzmittel
erheblich. So wendet man bei mit Bleioleat überzogenen Massen gewöhnlich 15 bis
30 Stunden auf; die Behandlungszeit ist aber bebeträchtlich kürzer, wenn z. B. Bleinaphthenat
benutzt wird. In jedem Fall wird die Behandlungszeit von der Flüchtigkeit des Schutzmittels
und von den magnetischen Eigenschaften, die der herzustellende Magnet besitzen soll,
bestimmt. So steigt z. B. die Dichte der kompakten Masse und die Remanenz des Magneten
mit längerer Erhitzungszeit an, während die Koerzitivkraft absinkt, weil das Schutzmittel
mit längerem Erhitzen in immer stärkerem Maße vertrieben wird, so daß schließlich,
wenn das Mittel praktisch vollständig entfernt ist, in zunehmendem Maße Sintern
des metallischen Pulvers. eintritt. Der Wert des größten Energieproduktes (BH""")
erreicht - nach einer gewissen Erhitzungszeit ein Maximum, um dann bei weiterem
Erhitzen abzusinken, wobei angenommen wird, daß der Beginn des Absinkens von BH.",
eintritt, wenn praktisch alles Schutzmittel vertrieben worden ist und das Zusammensintern
der Teilchen des metallischen Pulvers beginnt; denn wenn die Erhitzungsdauer verlängert
wird, sinkt obwohl die Remanenz ansteigt, die Koerzitivkraft mit solcher Geschwindigkeit
ab, daß eine merkliche Verminderung des BH""" eintritt. Zur Erreichung eines Magneten-
mit höchstmöglicher Koerzitivkraft, die mit einer verhältnismäßig hohen Remanenz
einhergeht, ist es daher zweckmäßig, die Hitzebehandlung an dem Punkt abzubrechen,
an dem der Wert für BH"", ein Maximum erreicht. Wenn jedoch ein Magnet mit höherer
Remanenz erwünscht ist, bei dem eine niedrigere Koerzitivkraft nicht ins Gewicht
fällt, kann die Hitzebehandlung verlängert werden, bis der erforderliche Grad der
Sinterung eingetreten ist und die erforderlichen magnetischen Eigenschaften erhalten
worden sind. Wenn auf der anderen Seite ein Magnet mit höherer Koerzitivkraft und
niedrigerer Remanenz entstehen soll, kann die Hitzebehandlung beendet werden, ehe
das Schutzmittel entfernt worden ist.
-
Die Eigenschaften des so hergestellten Magneten hängen bis zu einem
gewissen Grade auch von dem bei der Herstellung der kompakten Masse angewandten
Druck ab, Erhöhter Druck bewirkt im allgemeinen eine Zunahme der Remanenz, der Dichte
und des größten Energieproduktes und ein Absinken der Koerzitivkraft. Vorzugsreise
jedoch werden vor der Hitzebehandlung Drücke über 50.106 g/6,5 qcm nicht
angewandt, da höhere Drücke in diesem Stadium mechanische Schäden in den kompakten
Massen ergeben können.
-
Es wurde aber gefunden, daß die kompakten Nlassen nach erfolgter Hitzebehandlung,
vorzugsweise nach Erreichung des maximalen Wertes des BHmpx, nochmals vorteilhaft
unter Anwendung von Drücken gepreßt werden können, die über den vor der Hitzebehandlung
empfohlenen liegen. Diese zweite Pressung nach der Hitzebehandlung ermöglicht die
Herstellung eines Magneten aus der so behandelten kompakten ?Masse, der eine- höhere
Remanenz hat als die, die durch Erhitzen bis zum Höchstwert des BH"ax erzielt ist,
wobei dieser Magnet dennoch eine höhere Koerzitivkraft besitzt als der Magnet, der
in Verbindung
mit solch hoher Remanenz durch die Hitzebehandlung
allein erhalten wird.
-
Das Schutzmittel, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandt
wird, bewirkt, daß das metallische Pulver vor und während der Pressung nicht pyrophor
ist. Die verpreßte kompakte Masse ist ebenfalls nicht pyrophor, und selbst nach
der Hitzebehandlung kann eine ausreichende Menge des Schutzmittels in der Masse
zurückgehalten werden, um zu verhindern, daß sie pvrophor wird. Zweckmäßig ist es
jdoch, die kompakten Massen unmittelbar nach der Pressung mit einem Mittel zu behandeln,
das eine oberflächliche Oxydation der kompakten Masse verhindert. Wenn man überdies
einen Magnet mit solcher Remanenz herzustellen wünscht, daß praktisch alles Schutzmittel
während der Hitzebehandlung entfernt werden muß, kann die kompakte Masse mit einem
zusätzlichen Schutzmittel imprägniert werden, das keine nennenswerte Verringerung
der Remanenz als Vorsichtsmaßregel gegen die mögliche Entwicklung eines pyrophoren
Verhaltens bewirkt. Ein geeignetes Medium für beide genannten Zwecke ist z. B. chinesisches
Holzöl.
-
An Hand von Beispielen werden Ausführungsformen der Erfindung zur
Herstellung permanenter Magnete beschrieben.
-
Beispiel l Das hier benutzte magnetisierbare metallische Pulver bestand
aus feinteiligem Kobalt-Eisen-Pulver, in welchem 30 Gewichtsprozent Kobalt und 70
Gewichtsprozent Eisen enthalten waren. Es wurde durch Zersetzung gemischter Kristalle
der Formiate von Kobalt und Eisen und Reduktion der so gebildeten Oxyde durch 11/2stündiges
Erhitzen in einem Wasserstoffstrom bei 350' C hergestellt; wobei 300 1 Wasserstoff
je 15 g Oxyd je Stunde verbraucht wurden.
-
Das so hergestellte Kobalt-Eisen-Pulver wurde mit einer Lösung von
Bleioleat in Benzol bedeckt. Das angewandte Bleioleat macht 4°/o des Gewichtes des
Pulvers aus. Pulver und Bleioleatlösung wurden gründlich miteinander vermischt.
Das Benzol wurde verdampfen gelassen, wobei ein trockenes, mit Bleioleat überzogenes
Pulver zurückblieb. Es wurde unter einem Druck von 30 - 10s g/6,5 qcm zu einer kompakten
Masse verpreßt. Diese Masse wurde 16,5 Stunden auf 300' C und weitere 2,5
Stunden auf 350' C in Wasserstoff erhitzt.
-
Die in der üblichen Weise durchgeführte Magnetisierung der so hergestellten
kompakten Masse ergab einen permanenten Magneten mit einer Remanenz von 660 Gauß,
einer Koerzitivkraft von 510 Örsted, einem größten Energieprodukt von 1,475 - 10s
Gauß Orsted und einer Dichte von 3,87 g/ccm.
-
Beispiel 2 Hier wurde als magnetisierbares metallisches Pulver ein
wie im Beispiel 1 hergestelltes Kobalt-Eisen-Pulver benutzt. Es wurde gründlich
mit einer Bleinaphthenatlösung in Aceton vermischt. Der Bleigehalt machte 25'% des
Napthenatgewichtes aus; das Gesamtgewicht an Bleinaphthenat entsprach 4%, des Pulvergewichtes.
-
Nach dem Verdampfenlassen des Acetons hinterblieb ein. trockenes,
mit Bleinaphthenat überzogenes Kobalt-Eisen-Pulver, das dann unter einem Druck
| Eigenschaften des Magneten |
| Verfahren zur Herstellung der kompakten Masse |
| B H # BHmax ' Dichte |
| 10° Gauß - |
| Schutzmittel I Druck I Hitzebehandlung Gauß Orsted örsted
g/ccm |
| 1 Benzol 50 . 106 g/ keine 7450 500 1,48 |
| 4,57 |
| 6,5 qcm |
| 2 Bleioleat 50- 1069/ keine 5880 590 1,09 4,36 |
| (4%ige benzolische 6,5 qcm |
| Lösung) |
| 3 desgl. 30 - 1069/ keine 4600 650 0,95 3,7 |
| 6,5 qcm |
| 4 desgl. 30 - 1069/ 161/2 Stunden 6600 510 1,475 3,87 |
| 6,5 qcm bei 300' C |
| -I- 21/2 Stunden |
| bei 350' C |
| '5 desgl. 30 - 100 g/ wie (4) -f- 3 Stunden 7380 380 1,303
4,49 |
| 6,5 qcm bei 360' C |
| 6 desgl. 30 - 1089/ wie (5) -I- 2 Stunden 8020 330 1,26
4,63 |
| 6,5 qcm bei 375' C |
| 7 desgl. 30 - 108 g/ wie (6) -I- 2 Stunden 8700 280 1,09 4,83 |
| 6,5 qcm bei 390' C |
| 8 desgl. 30 - 108 g/ wie (7) -I- 2 Stunden 9100 250 0,95 4,91 |
| 6,5 qcm bei 390' C |
| 9 Bleinaphthenat 50 - 108 g/ keine 5800_- 620 1;15 4,40 |
| (4%ige acetonische 6,5 qcm |
| Lösung) |
| 10 desgl. 50 - 108 g/ 11/2 Stunden 8500 400 1,47 4,80 |
| 6,5 qcm bei 150' C |
| -I- 2 Stunden |
| bei 350' C |
von 50 -
106 g/6,5 qcm zu einer kompakten Masse verpreßt
wurde. Sie wurde in Wasserstoff zuerst 1,5 Stunden bei 150° C und dann 2 Stunden
bei 350° C erhitzt.
-
Nach erfolgter Magnetisierung in der üblichen Weise besaß der so hergestellte
permanente Magnet eine Remanenz von 8500 Gauß, eine Koerzitivkraft von 400 Örsted
ein größtes Energieprodukt von 1,47.10B Gauß-Örsted und eine Dichte von 4,80 g/cc1m.
-
Eine längere Hitzebehandlung der, wie beschrieben, hergestellten kompakten
Massen führt zu Magneten mit erhöhter Remanenz und Dichte und herabgesetzter Koerzitivkraft
und herabgesetztem größtem Energieprodukt, wie das bei aus mit Bleioleat behandeltem
Pulver hergestellten Magneten in der vorstehenden Tabelle ersichtlich ist, in der
die Remanenz (B,.), die Koerzitivkraft (H,), das größte Energieprodukt (BHmax) und
die Dichte für verschiedene Stadien der Hitzebehandlung angegeben sind. Zum Vergleich
werden diese Eigenschaften auch für Magnete angegeben, die aus dem gleichen in Benzol
verpreßten Eisenpulver erhalten wurden und die nach der Behandlung mit der Bleioleatlösung
verpreßt, aber da. nach nicht mehr hitzebehandelt worden sind. Vergleichswerte sind
ferner für Magnete angegeben, die aus dem im Beispiel2 beschriebenen, mit Bleinaphthenat
behandelten Pulver mit und ohne Hitzebehandlung hergestellt wurden. Schließlich
ist aus der Tabelle die Wirkung der verschiedenen Drücke bei der Herstellung der
kompakten Hasse auf die magnetischen Eigenschaften und die Dichte derselben zu ersehen.
-
In einer Modifikation des im obigen Beispiel 1 beschriebenen und in
der vorstehenden Tabelle erläuterten Verfahrens werden einige kompakte Massen aus
dem Ofen nach Beendigung der in der Tabelle als Nr. 4 bezeichneten Stufe herausgenommen,
d. h. nach der Durchführung der Hitzebehandlung bis zur Erreichung des Maximalwertes
von RH., Diese kompakten Massen werden dann einem Druck von 100- 10B g/6,5 qcm unterworfen.
Die Magnete, die durch Magnetisierung der so behandelten kompakten Massen erhalten
werden, zeigen Remanenzwerte von 9000 bis 9100 Gauß und Koerzitivkräfte von 300
bis 350 Örsted.
-
Auf diese Weise können nach dem Verfahren der Erfindung zur Herstellung
permanenter Magnete, bei dem das metallische Pulver, das mit einem Schutzmittel
überzogen ist, in trockenem Zustand gepreßt wird, kompakte Massen jeder gewünschten
Form leicht hergestellt werden. Da überdies das Pulver trocken ist, kann der Preßvorgang
in einer automatischen Presse der üblichen Art durchgeführt werden, ohne daß besondere
Modifikationen oder Vorsichtsmaßnahmen erforderlich wären.
-
Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der
Tatsache begründet, daß die nach ihm hergestellten kompakten Massen im allgemeinen
leichter bearbeitet werden können als die Massen, die durch Verpressen des metallischen
Pulvers in Flüssigkeiten, z. B. Benzol, Paraffin oder Aceton, hergestellt werden.