DE3038555A1

DE3038555A1 - Verfahren zur herstellung von pulver aus einer legierung von kobalt und seltenem erdmetall

Info

Publication number: DE3038555A1
Application number: DE19803038555
Authority: DE
Inventors: Maurice A. Fort Saskatchewan Alberta Clegg
Original assignee: Sherritt Gordon Mines Ltd
Current assignee: Viridian Inc Canada
Priority date: 1979-10-12
Filing date: 1980-10-11
Publication date: 1981-04-23
Also published as: JPS5681601A; CA1158460A; US4290826A

Description

Sherritt Gordon Mines Limited

28oo Commerce Court West, Toronto, Ontario, Canada

2o 654 2o/h

Verfahren zur Herstellung von Pulver aus einer Legierung von Kobalt und seltenem Erdmetall

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pulver aus einer Legierung von Kobalt und mindestens einem seltenen Erdmetall, insbesondere zur Weiterverarbeitung des Pulvers zu Permanentmagneten.

Es ist bekannt, daß pulverförmige Legierungen aus Kobalt und bestimmten Elementen der seltenen Erden zur Herstellung von Permanentmagneten mit besonders erwünschten Eigenschaften eingesetzt werden können. Zu diesen Eigenschaften zählt beispielsweise eine hohe Koerzitivkraft, d.h. die Stabilität gegenüber einer Entmagnetisierung, die darauf beruht, daß solche pulverförmigen Legierungen eine extrem hohe magneto-kristalline Anisotropie aufweisen (vgl. US-PS 35 4o 945). In Übereinstimmung mit der Lehre dieser

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Patentschrift werden jeweils gewünschte Mengen der beiden Komponenten, nämlich Kobalt und das seltene Erdmetall unter einer Schutzgasatmosphäre (Edelgas) oder unter Vakuum zusammengeschmolzen, die entstehende Legierung wird zerstossen und anschließend in einer Kugel- oder Schwingmühle zu Pulver gemahlen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dieses Mahlen bei den aus solchen Mahl-Legierungen hergestellten Permanentmagneten dazu führt, daß diese eine niedrigere Koerzitivkraft aufweisen, als sie eigentlich zu erwarten wäre.

In einem Versuch, diesen Nachteil zu beseitigen, ist auch schon vorgeschlagen worden, ein Pulvergemisch aus Ko.balt und seltenem Erdmetall in entsprechenden Anteilen einer Diffusions-Wärmebehandlung zu unterziehen (vgl. die Literaturstelle "Sintering of Die-Pressed COj-Sm Magnets" von R.E.Cech in "Journal of Applied Physics", Bd. 41, Nr. 11, Dezember 197o). Ein Nachteil dieses Vorschlages besteht jedoch darin, daß bei den Temperaturen, die hoch genug für den notwendigen Legiervorgang sind, in merklichem Ausmaß ein Sintern auftritt, mit dem Ergebnis, daß doch wieder ein Mahlen mit dem oben angegebenen Nachteil durchgeführt werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art zu schaffen, bei dem ein Sintern während der Wärmebehandlung weitgehend vermieden werden kann, und das bei Anwendung der entstehenden Legierungen

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für Permanentmagnete zu weitgehenden Verbesserungen bezüglich der Struktur und der magnetischen Eigenschaften der Magnete führt.

Bei der Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von dem' Verfahren zur Herstellung von Pulver aus einer Legierung von Kobalt und mindestens einem seltenen Erdmetall aus, bei dem ein Gemisch aus Pulvern von Kobalt und seltenem Erdmetall mit den der gewünschten Legierungszusammensetzung entsprechenden Anteilen einer Wärmebehandlung zur Bildung der Legierung durch Diffusion unterzogen wird. Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein Kobaltpulver verwendet wird, dessen Teilchen in ihren Oberflächen fixierte Pulverpartikel eines hitzebeständigen Oxids in dispersoider Form aufweisen.

Die Erfindung geht somit von der Erkenntnis aus, daß ein Sintern der Pulverteilchen weitgehend unterbunden werden kann, wenn sich in den Oberflächen der Kobaltteilchen vor Durchführung der DiffusionsiWärmebehandlung Partikel eines hitzebeständigen Oxids in feinverteilter dispersoider Form fixiert befinden. Auf diese Weise können stabilisierte Permanentmagnete mit relativ hoher innewohnender Koerzitivkraft erzeugt werden. Auch eine Verbesserung der strukturellen Eigenschaften der aus solchen Legierungspulvern hergestellten Permanentmagnete ist die Folge.

Die mit den dispersoiden Partikeln eines hitzebeständigen Metalloxids ausgestatteten Kobaltteilchen

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werden zusammen mit den Teilchen des seltenen Erdmetalls als Gemisch erhitzt, so daß die erwünschte Legierung sich durch Diffusion bildet, wobei praktisch kein Sintern auftritt. Dadurch, daß ein Sintern unterbleibt, wird die für die Magnetisierung der kleinen Teilchen notwendige feine Teilchengrösse beibehalten. Man nimmt ferner an, daß die Gegenwart des Dispersoids eines hitzebeständigen Oxids in dem fertigen Permanentmagnet die Kernbildung und/oder die Verschiebung von BLOCH-Wänden (Bezirken), die eine Umkehrung der Magnetisierung zur Folge hätten, verhindert oder zumindest reduziert.

Die Permanentmagnete können aus dem Pulver durch bekannte pulvermetallurgische Techniken, z.B. durch Binden mittels Kunstharzen oder durch isostatisches Verdichten und Sintern, hergestellt werden.

Vorzugsweise hat das Kobaltpulver eine Teilchengrösse im Bereich von etwa o,2 bis etwa 5 ,u, während das aus dem hitzebeständigen Oxid bestehende Pulver (Dispersoid) eine Partikelgrösse im Bereich von etwa 1 bis 2o nm aufweist. Das Verhältnis der Dispersoid-Partikel zu den Kobaltteilchen liegt bei etwa o,5 bis 2 Gew.-%. Als hitzebeständiges Oxid-Dispersoid wird vorzugsweise Thorium- oder Yttrium-Oxid verwendet.

Das seltene Erdmetall kann Samarium oder Mischmetall, welches ein Gemisch aus seltenen Erdmetallen ist, sein. Die Teilchen des seltenen Erdmetalls haben vorzugsweise eine Grosse im Bereich von etwa 5 bis

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Die Kobalt/Dispersoid-Teilchen werden mit den Teilchen des seltenen Erdmetalls in einem Verhältnis gemischt, welches der Zusammensetzung der herzustellenden Legierung entspricht. Die Legierung ist dabei vorzugsweise Co₅Sm oder Co₁₇SIrU. Das Gemisch wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von etwa 980 bis 1.100 C erhitzt, um aus den Kobalt/Dispersoid-Teilchen und den Teilchen des seltenen Erdmetalls die erwünschte Legierung durch Diffusion zu bilden, wobei im wesentlichen kein Sintern auftritt.

Nachfolgend wird als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Herstellung eines COj-Sm-Pulvers erläutert:

Sehr feines Kobaltpulver mit einer Teilchengrösse 'von etwa 1 ,u und mit einem Anteil von etwa o,5 Gew.-% an Thorium-Oxid, das in Form feiner Partikel in den Oberflächen der Kobaltteilchen fixiert war, wurde für den Versuch vorbereitet. Die Thorium-Oxid-Partikel hatten eine Grosse von etwa 1o bis 2o nm. Das Pulver wurde in Übereinstimmung mit der Verfahrensweise gemäß US-PS 37 41 748 hergestellt; man erhielt eine feine und gleichmässige Dispersion des Thorium-Oxids in den Kobaltteilchen.

Die Kobalt/Thorium-Oxid-Teilchen wurden mit Samariumpulver mit einer Teilchengrösse von etwa 4 4 .u in angenähert dem stöchiometrischen Gewichtsverhältnis für Co₅Sm gemischt, woraus sich ein Gewichtsverhältnis des Kobalt/Thorium-Oxid-Pulvers gegenüber dem Samariumpulver von etwa 2 : 1 einstellte. Das Gemisch wurde

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dan zwei Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 1.o4o°C unter einem Vakuum von etwa 1o mm Hg wärmebehandelt, um das Samarium mit dem Kobalt durch Diffusion zu legieren.

Es wurde gefunden, daß wenig oder gar kein Sintern aufgetreten war, und daß selbst in dem Fall, daß leichtes Sintern zu bemerken war, der Sinterkuchen sehr leicht aufgebrochen werden konnte. Die Röntgenstrahlen-Diffraktion und/oder eine Elektronenstrahl-Mikroanalyse wurde zur Identifizierung des erhaltenen Produkts eingesetzt. Es ergab sich als Co₅Sm. Aus dem erhaltenen Pulver wurden Permanentmagnete durch isostatisches Pressen und anschließendes Sintern während einer Stunde bei einer Temperatur von 1.o4o C in einem Vakuum von etwa 1o mm Hg hergestellt. Ein solcher Magnet in Form eines kleinen Stabes mit einem Durchmesser von 4,8 mm und einer Länge von 6,35 mm wurde in einem Magnetfeld von 5 kOe (gemessen mittels eines Schwingungsproben-Magnetometers) magnetisiert. Bei einem ähnlichen Magnet wurde zum magnetisieren ein Magnetfeld von etwa 35 kCe verwendet, wobei eine verbleibende Koerzitivkraft von etwa 5,5 kOe erzielt wurde.

Da vor der Formgebung des Pulvers zu Permanentmagneten keine magnetische Ausrichtung der COj-Sm-Teilchen in den oben geschilderten Versuchen durchgeführt wurde, sind die erzielten Koerzitivkraft-Werte als realtiv hoch zu betrachten und veranschaulichen somit den technischen Fortschritt der Erfindung.

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von Pulver aus einer Legierung von Kobalt und mindestens einem seltenen Erdmetall, insbesondere zur Weiterverarbeitung des Pulvers zu Permanentmagneten, bei dem ein Gemisch aus Pulvern von Kobalt und seltenem Erdmetall mit den der gewünschten Legxer.ungs zusammensetzung entsprechenden Anteilen einer Wärmebehandlung zur Bildung der Legierung durch Diffusion unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kobaltpulver verwendet wird, dessen Teilchen in ihren Oberflächen fixierte Pulverpartikel eines hitzebeständigen Oxids in dispersoider Form aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß Kobaltteilchen mit einer Grosse im Bereich

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von etwa ο,2 bis etwa 5 ,u verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel des Dispersoids aus hitzebeständigem Oxid eine Grosse im Bereich von etwa 1 bis etwa 2o nm aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel des Dispersoids aus einem hitzebeständigen Oxid in den Kobalt/Dispersoid-Teilchen in einem Gewichtsverhältnis von etwa o,5 bis etwa 2 % der Kobaltteilchen vorliegen.

5. Verfahren nach einem der. Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des seltenen Erdmetalls eine Grosse im Bereich von etwa 5 bis etwa 44 /U aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als hitzebeständiges Oxid für das Dispersoid Thorium-Oxid oder Yttrium-Oxid verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als seltenes Erdmetall Samarium oder Mischmetall verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bei einer Temperatur im Bereich von etwa 98o bis etwa 1.1oo°C wärmebehandelt wird.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen bei der Wärmebehandlung so eingestellt werden, daß Co₅Sm als Legierung entsteht.

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