DE1216551B

DE1216551B - Process for making permanent magnets

Info

Publication number: DE1216551B
Application number: DER34940A
Authority: DE
Inventors: Hakaru Masumoto; Takeo Kobayashi; Kiyoshi Watanabe
Original assignee: RESEARCH INST FOR ELECTRIC AND MAGNETIC MATERIALS; Foundation
Current assignee: RESEARCH INST FOR ELECTRIC AND MAGNETIC MATERIALS; Foundation
Priority date: 1962-04-16
Filing date: 1963-04-11
Publication date: 1966-05-12

Description

Verfahren zum Herstellen von Dauermagneten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Dauermagneten, die aus 75 bis 90 °/o Kobalt, 10 bis 25 °/o Aluminium einschließlich der Verunreinigungen bestehen.Method of Making Permanent Magnets The present invention relates to a process for the production of permanent magnets, which are made from 75 to 90% cobalt, 10 to 25 ° / o aluminum including the impurities.

Der wesentliche Zweck der Erfindung ist es, Dauermagnete zu schaffen, welche eine große Koerzitivkraft aufweisen.The main purpose of the invention is to create permanent magnets, which have a large coercive force.

Die bisher bekannten, aus feinen, etwa molekulare Einzelmagnete bildenden Teilchen bestehenden Magnete sind aus Eisenpulver gepreßt bzw. sind sie aus Eisen-Kobalt-Pulver, aus einer Mangan-Wismut-Legierung, aus Ferriten (Ba0 - 6 Fe203) od. dgl. hergestellt und weisen eine verhältnismäßig große Remanenz (Br) und Koerzitivkraft (He) auf. Bei der Herstellung dieser Magnete müssen sehr feine Pulver hergestellt werden, die dann mit geeignetem Druck zusammengepreßt werden, wobei es bei verschiedenen Herstellungsverfahren erforderlich ist, das Pulver bei hohen Temperaturen zu sintern. Bei den beiden erstgenannten Magneten ist es außerordentlich schwierig, feine Teilchen der gewünschten Größe zu erzielen, so daß das ganze Herstellungsverfahren recht große Schwierigkeiten bereitet. Es kann allgemein gesagt werden, daß die Herstellung solcher Magnete gewöhnlich sehr kompliziert und schwierig ist und daß es überhaupt unmöglich ist, fertige Werkstücke mit gleichen Eigenschaften herzustellen.The previously known magnets, consisting of fine, approximately molecular individual magnets, are pressed from iron powder or are made from iron-cobalt powder, a manganese-bismuth alloy, ferrites (Ba0-6 Fe203) or the like and have a relatively large remanence (Br) and coercive force (He) . In the manufacture of these magnets, very fine powders must be produced, which are then pressed together with suitable pressure, with various production processes requiring the powder to be sintered at high temperatures. In the case of the first two magnets, it is extremely difficult to obtain fine particles of the desired size, so that the whole manufacturing process is very difficult. It can generally be said that the production of such magnets is usually very complicated and difficult and that it is impossible at all to produce finished workpieces with the same properties.

Um die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen, ist nun versucht worden, auf einfachere Weise Magnete herzustellen, welche eine große Koerzitivkraft aufweisen. Dies Ziel ist durch Wahl einer Legierung erreicht worden, die einzelne Molekularmagnete in der feinverteilten Phase der nichtmagnetischen Masse lediglich bei Wärmebehandlung entsprechend dem Gleichgewichtsdiagramm bildet.In order to eliminate the difficulties mentioned, an attempt has now been made in a simpler way to produce magnets which have a large coercive force. This goal has been achieved by choosing an alloy that contains individual molecular magnets in the finely divided phase of the non-magnetic mass only during heat treatment according to the equilibrium diagram.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F-i g. 1 das Kobalt-Aluminium-Diagramm, F i g. 2 Kennlinien, die aus der Tabelle 1 hergeleitet sind und zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen den magnetischen Eigenschaften und den erfindungsgemäßen Legierungen dienen, F i g. 3 Kennlinien, die die Beziehung zwischen den magnetischen Eigenschaften, der Anlaßtemperatur und -zeit für drei Legierungen E, F und G anzeigen, und F i g. 4 die Entmagnetisierungskurven der Legierungen E, F und G.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows F-i g. 1 the cobalt-aluminum diagram, FIG. 2 characteristics derived from the Table 1 and used to illustrate the relationship between the magnetic properties and the alloys according to the invention are used, FIG. 3 characteristics showing the relationship between magnetic properties, tempering temperature display and time for three alloys E, F and G, and F i g. 4 the demagnetization curves of alloys E, F and G.

Auf Grund der Ergebnisse zahlreicher Prüfungen ist festgestellt worden, daß das Gleichgewicht in den Kobalt-Aluminium-Legierungen, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, so gewählt werden kann, daß die Kobalt-Aluminium-Legierungen mit 10 bis 25 % Aluminium eine Phase einer im wesentlichen festen Lösung bei Raumtemperatur ergeben, wenn sie von einer Temperatur aus dem E-Bereich abgekühlt werden. Wenn die Legierung dann auf eine geeignete Temperatur unterhalb der Grenze der festen Lösung und -während einer geeigneten Zeitdauer erwärmt wird oder wenn eine bestimmte Legierung beim Gießen in eine Form langsam abgekühlt wird oder wenn die Legierung, nachdem sie in die Form einer festen Lösung gebracht worden ist, mit geringer Geschwindigkeit abgekühlt wird, dann werden feinste Einzelmagnete der -Phase ausgeschieden.On the basis of the results of numerous tests, it has been found that the equilibrium in the cobalt-aluminum alloys as shown in FIG. 1 can be selected so that the cobalt-aluminum alloys containing 10 to 25 % aluminum give a substantially solid solution phase at room temperature when cooled from a temperature in the E range. When the alloy is then heated to a suitable temperature below the solid solution limit and for a suitable period of time, or when a particular alloy is slowly cooled as it is poured into a mold, or when the alloy is after being made into a solid solution form is, is cooled at low speed, then the finest individual magnets of the phase are separated.

Diese neuen Ergebnisse werden nachfolgend im einzelnen erläutert.These new results are discussed in detail below.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung wird zunächst eine geeignete Menge an Kobalt in einem geeigneten Schmelzofen in Luft oder unter Vakuum geschmolzen. Dann wird eine kleine Menge von Mangan, Silizium, Aluminium, Titan oder einem anderen Desoxydationsmittel und danach eine geeignete Menge von Aluminium zugegeben. Diese Schmelze wird gut durchbewegt; ' um- eine völlig einheitliche Masse zu erhalten. Sodann wird die flüssige Legierung in eine Form geeigneter Größe und Abmessung zur Herstellung eines Barrens gegossen. Das Werkstück der angegebenen Zusammensetzung wird bei geeignet hoher Temperatur, zu der gewünschten Form. geschmiedet.To produce the alloy according to the invention, a appropriate amount of cobalt in a suitable smelting furnace in air or under vacuum melted. Then a small amount of manganese, silicon, aluminum, titanium or another deoxidizer and then a suitable one lot of aluminum added. This melt is well agitated; 'um- one completely to get uniform mass. Then the liquid alloy is put into a mold cast of suitable size and dimension to produce an ingot. The workpiece the specified composition becomes the desired one at a suitably high temperature Shape. forged.

Danach wird das auf diese Weise erhaltene Schmiedestück in Wasser, Öls Luft oder. einem anderen geeigneten Medium von einer geeigneten Temperatur oberhalb der das Gebiet fester Lösung begrenzenden Linie (F i g. 1) abgekühlt, um es zum größten Teil in die Form einer festen Lösung zu bringen. Hierbei wird die beste Abkühlungsgeschwindigkeit für die jeweils vorliegende Zusammensetzung der Legierung gewählt. Sodann wird das Werkstück auf eine geeignete Temperatur unteibalb der Linie, die@das Gebiet fester Lösung begrenzt, erwärmt, d. h. für eine geeig- Zusammensetzung Art der (BH) "'@ Dichte Bemerkun en Legierung (°/°) . Art der Behandlung Br (G) Hc (0e) ,1@0 g Co AI A 90,3 9,7 b-500° C, 2 Stunden getempert 3200 87 - - schmiedbar B 89,5 10,5 b-550° C, 2 Stunden getempert 6000 400 - - schmiedbar. C 88,7 11,3 b-550-C, 3 Stunden getempert 6000 600 1,40 - schmiedbar D 87,8 - - :12,2 b-500°C, 4 Stunden getempert 5700 800 2,02 7,35 schmiedbar, E 87,4 :1.2;6 a-550°C, 3 Stunden getempert 4600 950 1,51 - schmiedbar - 87,4 12,6 b-500° C, 16 Stunden getempert 5600 870 2,02 - schmiedbar 87,4 12,6 c-550° C, 4 Stunden getempert 5000 450 0,78 - schmiedbar . F 86,4 13,6 a-500-C, 24 Stunden getempert 4600 920 1,70 -_ schlecht 86,4 13,6 b-550°C, 4 Stunden getempert 4800 1050 2,11 -_ schlecht 86,4 '-13,6 c-550°C, 4 Stunden getempert 4000 650 0,99 - schlecht G 85,4 14,6 a-550°C, 3 Stunden getempert 4100 1050 1,70 7,22 schlecht 85,4 14,6 b-550° C, 4 Stunden getempert 4300 1320 2,38 - schlecht 85,4 -,14,6 c-550° C, 4 Stunden getempert 4500 1000 1,76 - schlecht H 83,4 ' 16,6 b-550°C, - 3 Stunden getempert 3800 1310 2,03_ - unschmiedbar I 80,4 19,6 b-500° C, 16 Stunden getempert 2400 1200 1,00 6,90 urschmiedbar, J 78,4 21,6 b-500°C, 16 Stunden getempert 1500 800 0,45 - urschmiedbar K 76,5 23,5 b-500° C, 16 Stunden getempert 1200 500 0,27 - urschmiedbar 75,5 24,5 b-500° C, 10 Stunden getempert 700 300 - - urschmiedbar M 74,5 25,5 b-500°C, 10 Stunden getempert 500 100 - - urschmiedbar Art der Behandlung: a ... nach dem Gießen in eine eiserne Form. b ... nach dem Abschrecken von 1375°C in Wasser. c ... nach dem Abkühlen von 1375°C in Luft. Aus der vorstehenden Aufstellung ergibt sich, daß sich bei Änderung der Homogenisierungsbedingungen; der Abschreckgeschwindigkeit, der Anlaßtemperatur und -zeitdauer usw. verschiedene magnetische Eigenschaften in Abweichung von den in der Tabelle angegebenen Daten erzielen lassen.Thereafter, the forging obtained in this way is immersed in water, oil or air. cooled in another suitable medium from a suitable temperature above the line delimiting the solid solution area (Fig. 1) to bring it into the form of a solid solution for the most part. The best cooling rate for the particular composition of the alloy is selected here. The workpiece is then heated to a suitable temperature below the line which delimits the area of solid solution, ie for a suitable composition Type of (B H) "'@ Density Comments Alloy (° / °). Type of treatment Br (G) Hc (0e), 1 @ 0 g Co AI A 90.3 9.7 b-500 ° C, annealed for 2 hours 3200 87 - - forgeable B 89.5 10.5 b-550 ° C, annealed for 2 hours 6000 400 - - forgeable. C 88.7 11.3 b-550-C, tempered 3 hours 6000 600 1.40 - forgeable D 87.8 - -: 12.2 b-500 ° C, annealed for 4 hours 5700 800 2.02 7.35 forgeable, E 87.4: 1.2; 6 a-550 ° C, annealed for 3 hours 4600 950 1.51 - forgeable - 87.4 12.6 b-500 ° C, tempered 16 hours 5600 870 2.02 - forgeable 87.4 12.6 c-550 ° C, tempered 4 hours 5000 450 0.78 - forgeable. F 86.4 13.6 a-500-C, annealed for 24 hours 4600 920 1.70 -_ bad 86.4 13.6 b-550 ° C, tempered for 4 hours 4800 1050 2.11 -_ bad 86.4'-13.6 ° C-550 ° C, annealed for 4 hours 4000 650 0.99 - bad G 85.4 14.6 a-550 ° C, annealed for 3 hours 4100 1050 1.70 7.22 bad 85.4 14.6 b-550 ° C, annealed for 4 hours 4300 1320 2.38 - bad 85.4 -, 14.6 c-550 ° C, annealed for 4 hours 4500 1000 1.76 - bad H 83.4 '16.6 b-550 ° C, - tempered for 3 hours 3800 1310 2.03_ - cannot be forged I 80.4 19.6 b-500 ° C, tempered 16 hours 2400 1200 1.00 6.90 can be forged, J 78.4 21.6 b-500 ° C, annealed 16 hours 1500 800 0.45 - can be forged K 76.5 23.5 b-500 ° C, annealed for 16 hours 1200 500 0.27 - can be forged 75.5 24.5 b-500 ° C, annealed for 10 hours 700 300 - - can be forged M 74.5 25.5 b-500 ° C, annealed for 10 hours 500 100 - - can be forged Type of treatment: a ... after pouring into an iron mold. b ... after quenching at 1375 ° C in water. c ... after cooling from 1375 ° C in air. From the above list it follows that when the homogenization conditions change; the quenching speed, the tempering temperature and time, etc. can achieve various magnetic properties deviating from the data given in the table.

F i g. 2 zeigt Kurven, die die Beziehung zwischen den magnetischen Eigenschaften und der Zusammensetzung der angelassenen Legierung wiedergeben, die von 1375°C in Wasser abgeschreckt und dann angelassen wird. Es ergibt sich somit aus der ersten Tabelle und der F i g. 2, daß sich eine außerordentlich große Koerzitivkraft durch' ein einfaches Herstellungsverfahren für eine Legierung und durch eine entsprechende Wärmebehandlung erzielen läßt.. nete Zeit angelässen. Bei nicht zu hohen Aluminiumgehalten kann, wenn die Legierungen in eine Forte aus Metall oder Sand gegossen werden oder wenn sie in einem geeigneten Medium abgeschreckt werden; nachdem das Material in die erwähnte Form eines festen Lösung gebracht worden ist, ihre Abkühlungsgeschwindigkeit auf geeignete Weise verzögert werden. Auf diese Weise werden feine Teilchen der -Phase ir, der im übrigen nichtmagnetischen Masse ausgeschieden. Das auf diese Weise erhaltene Werkstück wird in einem starken magnetischen Feld magnetisiert, und es wird ein Permanentmagnet mit sehr hohes Koerzitivkraft, beispielsweise von 1320 Oersted Maximum. erhalten:.F i g. 2 shows curves showing the relationship between the magnetic Properties and composition of the tempered alloy reflect the is quenched at 1375 ° C in water and then tempered. It thus arises from the first table and FIG. 2 that there is an extraordinarily large coercive force by 'a simple manufacturing process for an alloy and by a corresponding one Heat treatment can be achieved .. annealed for a long time. If the aluminum content is not too high can if the alloys are poured into a forte of metal or sand or when quenched in a suitable medium; after the material is in the aforementioned form of a solid solution has been brought to its cooling rate be delayed in an appropriate manner. In this way, fine particles become the -Phase ir, which excreted the rest of the non-magnetic mass. That way obtained workpiece is magnetized in a strong magnetic field, and it becomes a permanent magnet with a very high coercive force, for example 1320 Oersted maximum. obtain:.

Dreizehn verschiedene Legierungen sind verschiedenen Warmbehandlungen unterzogen worden. Die Legierungen sind an der Luft erschmolzen worden. Die Versuchsergebnisse sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen. _ Aus den, Kurven in F i g. 2 ergeben sich weiterhin die folgenden Zusammenhänge: Co (°/o) Al (°/o) I Br (G) ( He (0e) 75 25 650 230 77 23 1400 580 80 20 2100 1120 - 82 18 3250 1260 86 14 4650 1150 88 12 5800 750 89,5 10 3 5 6000 400 90 10 4500 200 Es ergibt sich hieraus, daß alle Kobalt-Aluminium-Legierungen im Bereich von 75 bis 900/, Kobalt und 25 bis 10 °/o Aluminium, 77 bis 89,5 °/o Kobalt und 23 bis 10,501, Aluminium, 80 bis 88"/, Kobalt und 20 bis 12 °/o Aluminium und 82 bis 86 °/o Kobalt und 18 bis 140/0 Aluminium die gewünschten Eigenschaften, je nach der erfindungsgemäß angewandten Wärmebehandlung, entwickeln können.Thirteen different alloys have undergone different heat treatments. The alloys were melted in the air. The test results are shown in the table below. _ From the, curves in FIG. 2 the following relationships also arise: Co (° / o) Al (° / o) I Br (G) (He (0e) 75 25 650 230 77 23 1400 580 80 20 2100 1120 - 82 18 3250 1260 86 14 4650 1150 88 12 5800 750 89.5 10 3 5 6000 400 90 10 4500 200 It follows that all cobalt-aluminum alloys in the range from 75 to 900 /, cobalt and 25 to 10 % aluminum, 77 to 89.5 % cobalt and 23 to 10.501, aluminum, 80 to 88 " /, Cobalt and 20 to 12% aluminum and 82 to 86% cobalt and 18 to 140/0 aluminum can develop the desired properties, depending on the heat treatment used according to the invention.

In F i g. 3 sind die magnetischen Eigenschaften von drei verschiedenen Legierungen E, F und G dargestellt worden. Die Legierungen sind bei den verschiedenen Temperaturen und für verschieden lange Zeit getempert worden. Es ergibt sich, daß die größte Koerzitivkraft durch Tempern bei 550°C und während 4 Stunden erzielt wird.In Fig. 3 are the magnetic properties of three different Alloys E, F and G have been shown. The alloys are with the different Temperatures and has been tempered for different lengths of time. It turns out that the greatest coercive force achieved by tempering at 550 ° C and for 4 hours will.

F i g. 4 zeigt die Entmagnetisierungskurven der drei Legierungen E, F und G.F i g. 4 shows the demagnetization curves of the three alloys E, F and G.

Wie sich aus der ersten Tabelle ergibt, sind die Kobalt-Aluminium-Legierungen mit 9,7 bis 12,6 °/p Aluminium bei hohen Temperaturen schmiedbar, wobei mit zunehmendemAluminiumgehalt das Schmieden schwieriger wird und dann, wenn das Aluminium mehr als 16,6 °/o beträgt, überhaupt unmöglich wird. Diese Legerungen haben ein verhältnismäßig geringes spezifisches Gewicht auf Grund des hohen Aluminiumgehaltes.As can be seen from the first table, the cobalt-aluminum alloys with 9.7 to 12.6 ° / p aluminum can be forged at high temperatures, with increasing aluminum content forging becomes more difficult and when the aluminum is more than 16.6 ° / o, becomes impossible at all. These legends have a relatively low specificity Weight due to the high aluminum content.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also eine aus 75 bis 90 °/o Kobalt und 10 bis 25 °/o Aluminium, einschließlich der Verunreinigungen, bestehende Legierung in eine Metallform unter Abschreckung gegossen, oder sie wird von einer hohen Temperatur oberhalb der das Gebiet fester Lösung begrenzenden Linie auf geeignete Weise in ein feste Lösung übergeführt. Dann wird die Legierung bei einer geeigneten Temperatur unterhalb der Grenze der festen Lösung getempert, oder die gleiche Legierung wird mit verlangsamter Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt, wenn sie in eine Metall- oder Sandform gegossen oder wenn sie in einem geeigneten Medium nach der Behandlung zur Erzielung einer festen Lösung abgekühlt wird, um hierdurch in einer im übrigen unmagnetischen Masse einzelne feine, Kleinstmagnete bildende Teilchen auszuscheiden. Hierdurch wird es möglich, eine sehr große Koerzitivkraft, beispielsweise bis zu 1320 Oersted zu entwickeln, wobei die Remanenz wesentlich größer als bei Ferritmagneten ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher besonders für die Herstellung von kurzen Magneten geeignet. Die nach der Erfindung gefertigten Magnete weisen die Besonderheit auf, daß sie je nach ihrer Zusammensetzung schmiedfähig sind und ein verhältnismäßig geringes spezifisches Gewicht haben.Thus, according to the method according to the invention, one of 75 to 90 becomes ° / o cobalt and 10 to 25 ° / o aluminum, including impurities Alloy is poured into a metal mold while quenching, or it is made by a high temperature above the line delimiting the solid solution area to suitable Way converted into a solid solution. Then the alloy is used at a suitable Annealed temperature below the limit of the solid solution, or the same alloy is cooled down at a slower cooling rate if it is in a metal or sand mold or poured in a suitable medium after treatment to achieve a solid solution is cooled to thereby in a rest to separate out individual fine, tiny magnets forming particles from non-magnetic mass. This makes it possible to have a very large coercive force, for example up to 1320 Oersted, whereby the remanence is much greater than that of ferrite magnets is. The inventive method is therefore particularly for the production of short magnets. The magnets manufactured according to the invention have the A special feature is that, depending on their composition, they are forgeable and a have a relatively low specific weight.

Claims

Claims: 1. Method for producing permanent magnets with large coercive force, there is no indication that a cobalt-aluminum alloy, consisting of 75 to 90 percent by weight cobalt and 10 to 25 percent by weight aluminum, is subjected to a homogenization treatment by making the alloy sufficiently long to a temperature above that delimiting the area of solid solution (s-phase) Line is heated so that the alloy is then cooled in air, water, oil or the like and then tempered at temperatures above 350 ° C for a suitable time or that instead of this if the aluminum content of the alloy is not too high the cooling when the alloy is poured into a mold or when it is homogenized following cooling is slowed down.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the alloy consists of 77 to 85.5 percent by weight cobalt and 23 to 14.5 percent by weight Aluminum is made.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the alloy consists of 80 to 88 percent by weight cobalt and 20 to 12 percent by weight Aluminum is made.

4. The method according to claims 1, 2 and 3, characterized characterized in that the alloy of 82 to 86 weight percent cobalt and 18 to 14 weight percent aluminum is produced.