DE3036880C2

DE3036880C2 -

Info

Publication number: DE3036880C2
Application number: DE3036880A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Sendai Miyagi Jp Watanabe
Original assignee: FOUNDATION RESEARCH INSTITUTE OF ELECTRIC AND MAGNETIC ALLOYS SENDAI MIYAGI JP
Current assignee: FOUNDATION RESEARCH INSTITUTE OF ELECTRIC AND MAGNETIC ALLOYS SENDAI MIYAGI JP
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1992-04-02
Also published as: US4465526A; JPS5849007B2; DE3050768C2; DE3036880A1; US4481045A; JPS5664406A

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Permanentmagneten aus einer Eisen-Palladium-Legierung, die leicht verarbeitbar ist und eine hohe Koerzitivkraft und ein großes maximales Energieprodukt aufweist.

Als übliche Permanentmagneten unter Verwendung der Umwandlung sind solche aus einer Legierung aus 52% Kobalt, 9,5% Vanadium-Eisen, bekannt. Dieses Legierungssystem hat eine γ-Phase bei hoher Temperatur und eine α+γ-Phase mit einem geordneten Gitter bei Raumtemperatur. Wird diese Legierung mit Wasser abgeschreckt und dann kalt verarbeitet, so wird die γ-Phase in die α-Phase überführt und beim Tempern wird ein Teil der α-Phase in die feinere γ-Phase umgewandelt und fällt als Dispersionsniederschlag aus, wodurch sich die Koerzitivkraft erhöht. Die Koerzitivkraft eines solchen Magneten ist jedoch im allgemeinen gering, denn der Maximalwert der Koerzitivkraft liegt bei 40 000 A/m (500 Oe) und um diesen Wert der Koerzitivkraft zu erzielen, ist eine Kaltverarbeitung bis zu etwa 98% erforderlich. Weiterhin enthält diese Legierung ein leicht oxidierbares Element, nämlich Vanadium, so daß diese Legierung den Nachteil hat, daß es schwierig ist, beim Schmelzen eine Oxidation zu vermeiden und daher ist das Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten aus der Legierung erschwert.

Als Legierung, in welcher die γ-Phase in eine α+γ₁-Phase während des Abkühlens umgewandelt wird, ist eine Eisen-Palladium-Legierung bekannt. Die magnetischen Eigenschaften dieser Legierung werden von Kussmann und Müller in "Zeitschrift für angewandte Physik", 1964 Band 17, Nr. 7, Seiten 509-511, beschrieben. Es wurde dort festgestellt, daß man in dem Fall, daß man eine Legierung mit 50 Atom-% Palladium, Rest Eisen, von 1000°C abschreckt und dann bei 450°C anläßt, die Koerzitivkraft der Legierung auf bis zu 62 000 A/m (780 Oe) erhöhen kann. Die vorerwähnte Offenbarung bezieht sich hauptsächlich auf die Koerzitivkraft, gibt jedoch keine genauere Beschreibung der anderen Magneteigenschaften, wie der restlichen magnetischen Flußdichte und dem maximalen Energieprodukt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit hoher Koerzitivkraft und einem großen maximalen Energieprodukt, ausgehend von einer Palladium-Eisen-Legierung, zur Verfügung zu stellen, das leicht durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch gelöst.

Die Figuren zeigen folgendes:

Fig. 1 ein Gleichgewichtsdiagramm von Eisen-Palladium-Legierungen.

Fig. 2 eine grafische Darstellung, in welcher die Beziehung zwischen der Tempertemperatur und den magnetischen Eigenschaften von fünf Eisen-Palladium-Legierungen gezeigt wird, wobei die Legierungen 24 bis 40 Atom-% Palladium enthalten.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, in welcher die Beziehung zwischen der Dauer des Temperns bei einer konstanten Temperatur und den Magneteigenschaften für vier Eisen-Palladium-Legierungen gezeigt wird.

Fig. 4 zeigt eine typische Demagnetisierungskurve der Proben Nr. 10(d), 12(a) und 12(d).

Es wurden gründliche Untersuchungen über die magnetischen Eigenschaften von binären Eisen-Palladium-Legierungen durchgeführt. Dazu wurden geeignete Mengen der Legierungsbestandteile aus 25 bis 40 Atom-% Palladium, Rest Eisen, an der Luft in einem Inertgas oder im Vakuum unter Verwendung eines geeigneten Schmelzofens erschmolzen; jede der so erhaltenen Schmelzen wurde dann gründlich gerührt unter Ausbildung einer homogenen Legierungsschmelze, welche die gewünschte chemische Zusammensetzung hatte, und dann wurde ein Gußkörper hergestellt, indem man die geschmolzene Schmelze in eine Form geeigneter Größe und Form goß oder indem man die geschmolzene Schmelze in ein Quarzrohr einsaugte und das gegossene Produkt wurde dann durch Verarbeitung in die gewünschte Form gebracht, z. B. durch Schmieden oder Verziehen bei Raumtemperatur. Jede der so geformten Eisen-Palladium-Legierungen wurde dann einer Homogenisierungsglühbehandlung in fester Lösung während einer geeigneten Zeit bei einer Temperatur im Bereich von 650 bis 990°C, d. h. in dem Temperaturbereich für die α-Phase, in dem Gleichgewichtsdiagramm von Fig. 1 unterworfen. Nach einem schnellen Abkühlen in Wasser oder an der Luft wurde bei den so abgekühlten Legierungen eine Kaltverformung, z. B. durch Ausziehen zu einem Draht oder durch Verwalzen um mindestens 90% vorgenommen und die so verarbeiteten Legierungen wurden dann während 40 bis 1000 Stunden bei 350 bis 440°C getempert und abgekühlt.

Ist die Tempertemperatur höher als 440°C, so wird die Größe des Korns in der α-Phase und der γ₁-Phase zu groß und die vorerwähnten magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneten verschlechtern sich. Wenn andererseits die Tempertemperatur niedriger als 350°C liegt, wird die Temperzeit zu lang, um noch wirtschaftlich sinnvoll zu sein, ohne daß man eine merkliche Verbesserung der magnetischen Eigenschaften bewirkt. Infolgedessen liegt der Bereich der Tempertemperatur zwischen 350 und 440°C.

Die Erfindung wird nun anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben.

Als Ausgangsmaterial wurde Elektrolyteisen mit einer Reinheit von 99,9% und Palladium verwendet. Um Proben für die Untersuchungen zu erhalten, wurden die Ausgangsmaterialien abgewogen, so daß man 10 g einer jeden Probe der gewünschten chemischen Zusammensetzung des Eisen-Palladium-Systems erhielt und jede der so abgewogenen Proben wurde in ein NC-Tammann-Rohr gelegt. Jede der Proben wurde in einem Tammann-Ofen geschmolzen, während man Argongas hindurchleitete und gründlich rührte, unter Ausbildung einer homogenen geschmolzenen Legierung und die geschmolzene Legierung wurde in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von etwa 3,5 mm eingesaugt. Ein 30 mm langes Versuchsstück einer jeden Probe wurde von jedem der im Quarzrohr gebildeten Rundstäbe abgeschnitten und das Versuchsstück wurde auf 750 bis 990°C während etwa 1 Stunde erhitzt und dann mit Wasser abgeschreckt und dann wurden folgende Versuche mit dem Versuchsstück durchgeführt.

Legierungen von fünf Proben unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, die auf diese Weise wärmebehandelt worden waren, nämlich die Proben Nr. 4, 10, 12, 14 und 16, wurden 20 Stunden bei verschiedenen Temperaturen zwischen 400 und 470°C getempert. Fig. 2 zeigt die magnetischen Eigenschaften der so getemperten fünf Proben. Wie aus dieser Figur ersichtlich wird, nimmt die Koerzitivkraft plötzlich im Tempertemperaturbereich von 410 bis 420°C zu und erreicht dann einen Maximalwert bei einer Temperatur von 440°C, wobei dann, wenn die Tempertemperatur für diese maximale Koerzitivkraft erhöht wird, die Koerzitivkräfte im allgemeinen geringer werden. Aufgrund dieser bei den Temperversuchen erzielten Ergebnisse wurde festgestellt, daß das Tempern während einer langen Zeit bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen zwischen 350 und 440°C entsprechend den Temperaturen für das Anfangsstadium der Korndispersion eine feinere Korndispersionsstruktur ergibt, als wenn man das Tempern während einer kurzen Zeit bei hohen Temperaturen oberhalb 440°C durchführt und daß man infolgedessen hohe Koerzitivkräfte erreichen kann.

Legierungen von vier Proben typischer chemischer Zusammensetzungen in einem binären Eisen-Palladium-System, nämlich die Proben 5, 9, 12 und 15, wurden mit Wasser abgeschreckt und dann während einer langen Zeit bei einer konstanten Temperatur von 400°C getempert. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Dauer der langen Temperzeit bei einer konstanten Temperatur und den dabei erzielten magnetischen Eigenschaften. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, erhält man dann, wenn man die Proben während etwa 20 Stunden bei einer konstanten Tempertemperatur von 400°C hält, lediglich einen geringen Anstieg der Koerzitivkraft, während bei einem Tempern während 40 bis 60 Stunden eine schnelle Erhöhung der Koerzitivkraft erfolgte und ein Tempern während mehr als 200 Stunden maximale Koerzitivkräfte ergab. Bei der Probe Nr. 12 erhielt man eine hohe Koerzitivkraft von 95 500 A/m (1200 Oe) durch 380stündiges Erhitzen. Es wurde bei den Versuchen festgestellt, daß man beim Erhitzen auf eine konstante Temperatur bei einer höheren Temperatur, d. h. bei 450°C, eine maximale Koerzitivkraft nach etwa 50stündigem Erhitzen erhielt, daß aber der Maximalwert der Koerzitivkraft 67 600 A/m (850 Oe) betrug und verhältnismäßig niedrig lag.

In Tabelle 1 wird die Wirkung der verschiedenen Herstellungsbedingungen eines typischen Magneten aus einer Eisen-Palladium-Legierung und die magnetischen Eigenschaften des dadurch gebildeten Permanentmagneten gezeigt. Aus der Tabelle geht hervor, daß ein sehr schnelles Abschrecken von 2000°C/sek. bis 400°C/h durch schnelles Abkühlen in Wasser etwas höhere Koerzitivkräfte ergab, als ein schnelles Abkühlen an der Luft, aber der Unterschied hierbei ist nur gering, so daß selbst langsames Abkühlen mit einer Geschwindigkeit von 400°C/h oder mehr als 10°C/h sehr gute magnetische Eigenschaften ergab. Es wurde infolgedessen festgestellt, daß zwar die magnetischen Eigenschaften von regulären Magnetlegierungen sich verschlechtern, wenn die Magnetlegierung nach der Homogenisierungsglühbehandlung der festen Lösung abgekühlt wird, während die magnetischen Eigenschaften der binären Legierungen kaum durch Abkühlungsgeschwindigkeiten von 2000°C/sek. bis 10°C/h beeinflußt werden, und die tatsächliche Stabilität der magnetischen Eigenschaften gegenüber Temperaturveränderungen war hoch.

Tabelle 1 zeigt die Wirkung des Drahtverziehens auf die magnetischen Eigenschaften von binären Legierungen: Die binären Legierungen der Proben 9, 10, 12, 13 und 15 wurden auf etwa 950°C während 1 Stunde erhitzt, mit Wasser abgeschreckt und dann mit einer Verringerung um etwa 95% zu einem Draht verzogen und anschließend getempert. Aus der Tabelle wird ersichtlich, daß alle drahtverzogenen Proben verbesserte magnetische Eigenschaften aufwiesen. Insbesondere zeigte die Legierung der Probe Nr. 13 (enthaltend 35 Atom-% Palladium) eine maximale Koerzitivkraft von 109 000 A/m (1370 Oe) zusammen mit einer restmagnetischen Flußdichte von 0,9 T (9000 G) und einem maximalen Energieprodukt von 4,78 MG · Oe. Die Legierung der Probe 12 (enthaltend 34 Atom-% Palladium) zeigte ein maximales Energieprodukt von 5,65 MG · Oe, zusammen mit einer Koerzitivkraft von 107 500 A/m (1350 Oe) und einer restmagnetischen Flußdichte von 1,08 T (10 800 G). Fig. 5 zeigt die Demagnetisierungskurve für Legierungen der Proben Nr. 10 (d: zu einem Draht verzogen nach Abschrecken mit Wasser), Probe 12 (a: mit Wasser abgeschreckt) und Probe 12(d). Die Legierungen ließen sich sehr leicht verarbeiten, und sie waren geeignet zur Herstellung von Magneten von besonders kleiner Größe und sehr komplizierter Form.

Tabelle 1

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit hoher Koerzitivkraft und großem maximalen Energieprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Legierung, bestehend aus 25 bis 40 Atom-% Palladium, Rest Eisen, einer Homogenisierungsglühbehandlung in fester Lösung bei einer Temperatur von 650 bis 990°C unterwirft, schnell in Wasser oder an Luft abkühlt, eine Kaltverformung um mindestens 90% vornimmt, und dann während 40 bis 1000 Stunden bei 350 bis 440°C tempert und abkühlt.