DE3144869C2

DE3144869C2 -

Info

Publication number: DE3144869C2
Application number: DE3144869A
Authority: DE
Inventors: Hakaru Masumoto; Kiyoshi Sendai 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: 1981-04-27
Filing date: 1981-11-11
Publication date: 1990-02-15
Also published as: JPS57178305A; NL8105076A; JPH0335801B2; DE3144869A1; US4396441A

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Permanentmagneten mit einem hohen maximalen Energieprodukt auf Basis einer binären Eisen-Platin-Überstruktur-Legierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus Annalen der Physik, 6. Folge, Band 7 (1950), Seite 173-181 sind Platin-Eisen-Legierungen bekannt, und es wird dort über die Zusammenhänge zwischen dem Platingehalt und dem magnetischen Verhalten berichtet. Bei einer Legierung aus 40 at% Platin und 60 at% Eisen, bei der eine Dispersion der γ₁-Phase vom flächenzentrierten tetragonalen Typ in einer γ-Phasen-Matrix vom flächenzentrierten kubischen Typ vorliegt, wird ein (B × H)_max von 26,3 × 10³ Wsec/m³ (3,3 × 10⁶ G · Oe) berichtet.

Aus der US-PS 34 44 012 ist die Herstellung eines Permanentmagneten aus einer Platin-Eisen-Legierung bekannt. Im dortigen Beispiel 1 wird gelehrt, eine Platin-Eisen-Legierung im Gewichtsverhältnis 77 : 23 zu erschmelzen und aus der vergossenen Legierung dann Teilspäne herzustellen, die komprimiert und einer Alterungsbehandlung bei 400°C unterworfen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einem hohen maximalen Energieprodukt auf Basis einer binären Eisen-Platin-Legierung zur Verfügung zu stellen, wobei der Platingehalt möglichst niedrig sein soll. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Das Abschrecken nach dem Homogenisierungsglühen bei 900 bis 1400°C zur Erzielung des alleinigen γ-Phasen-Unordnungsgitters kann entweder in Wasser oder an der Luft erfolgen, jedoch wird das Abkühlen vorzugsweise so schnell wie möglich vorgenommen. Anschließend kann man das Tempern bei Legierungen mit bestimmten Zusammensetzungen fortfallen lassen, aber wenn es erforderlich ist, wird das Tempern bewirkt, in dem man auf eine Temperatur von 400 bis 700°C (vorzugsweise 425 bis 650°C) während einer Minute bis 100 Stunden erhitzt, um dadurch lokale Spannungen, die beim Anfangsstadium der Transformation der γ-Phasen-Festlösung des Unordnungsgitters in das γ-Phasen-Ordnungsgitter verursacht wurden, zu entfernen. Auf diese Weise erhält man einen Permanentmagneten mit ultrahoher Koerzitivkraft und einem sehr großen maximalem Energieprodukt.

Wenn die Tempertemperatur 700°C übersteigt, wird das Ordnungsgitter in zu großem Maße ausgebildet, und dadurch erfolgt eine Verringerung der vorerwähnten magnetischen Eigenschaften.

Deshalb ist ein Tempern oberhalb 700°C nicht wünschenswert. Wenn andererseits die Tempertemperatur unterhalb 400°C liegt, dauert die Temperzeit länger als 300 Stunden. Ein derartig langes Tempern ist nicht nur unwirtschaftlich, sondern auch nicht geeignet, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern. Infolgedessen wird dann, wenn ein Tempern erforderlich ist, das Tempern bei 400 bis 700°C vorgenommen.

In den Figuren bedeutet

Fig. 1 das bekannte Gleichgewichtsdiagramm einer Eisen-Platin-(Fe-Pt)-Legierung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, in welcher die Beziehung zwischen der Tempertemperatur und den magnetischen Eigenschaften von fünf Proben von Eisen-Platin-Legierungen, enthalten 33,5 bis 47,5 Atomprozent Platin, gezeigt wird;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung zwischen der Dauer des Temperns bei einer konstanten Temperatur und den magnetischen Eigenschaften bei vier typischen Legierungsproben;

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung zwischen der chemischen Zusammensetzung und den magnetischen Eigenschaften einer Eisen-Platin-(Fe-Pt)-Legierung, und

Fig. 5 zeigt die Entmagnetisierungskurve für typische Proben, nämlich für die Proben 3(a), 4(d) und 7(a) gemäß Tabelle 1.

Bezugnehmend auf das Gleichgewichtsdiagramm von Fig. 1, wo die Eisen-Platin-(Fe-Pt)-Legierung 50 Atomprozent Eisen enthält, liegt der Transformationspunkt der Legierung vom γ-Phasen-Unordnungsgitter zum γ₁-Phasen-Ordnungsgitter bei etwa 1320°C. Auf Grund einer derartig hohen Transformationstemperatur ist es schwierig, gute magnetische Eigenschaften zu erzielen, wenn man eine Eisen-Platin-Legierung, enthalten 50 Atomprozent Platin, verwendet.

Die vorliegende Erfindung überwindet die vorerwähnten Schwierigkeiten und stellt eine verbesserte Legierung zur Verfügung.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Als Ausgangsmaterial wird Elektrolyteisen mit einer Reinheit von 99,9% und Platin verwendet. Zur Herstellung von Versuchsproben wurden die Ausgangsmaterialien so abgewogen, daß sie ein Gemisch von 10 g der gewünschten chemischen Zusammensetzung ergaben, und die Mischung wurde in einem Aluminium-Tammann-Ofen eingefüllt und in den Tammann-Ofen unter Einblasen von Argongas geschmolzen. Die geschmolzene Mischung wurde gründlich gerührt, um eine homogene geschmolzene Legierung zu erhalten, die dann in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 3,5 mm gesaugt wurde. Der dabei gebildete runde Stab wurde zu 25 mm langen Proben geschnitten. Andere Proben mit anderer chemischer Zusammensetzung, wie dies in Tabelle 1 gezeigt wird, wurden in gleicher Weise hergestellt. Die Proben wurden etwa 1 Stunde auf 900 bis 1400°C erhitzt, mit Wasser abgeschreckt, und dann wurden folgende Versuche durchgeführt:

Fünf derartig wärmebehandelte Proben, nämlich die Proben 2, 4, 5, 7 und 10 wurden getempert, indem man sie während 40 Stunden bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von 400 bis 700°C temperte. Die magnetischen Eigenschaften der so getemperten Proben werden in Fig. 2 gezeigt. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Dauer des Temperns bei einer konstanten Temperatur und den magnetischen Eigenschaften der Legierungsproben und Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der chemischen Zusammensetzung und den magnetischen Eigenschaften der Legierungsproben. Wie aus den Figuren hervorgeht, variiert die Tempertemperatur zur Ausbildung einer hohen Koerzitivkraft mit der Zusammensetzung der Legierung. Wenn der Eisengehalt hoch ist, z. B. wie bei den Proben 2 und 4, ergab ein Tempern bei 600 bis 640°C eine hervorragende Verbesserung der Koerzitivkraft. Mit höherem Platingehalten, wie bei den Proben 5 und 7, lag die geeignete Tempertemperatur niedriger als bei Legierungen mit niedrigeren Platinanteilen. Wenn der Anteil des Platins weiter erhöht wurde, wie in Probe10, die außerhalb der Erfindung ist, ergab die Temperbehandlung keine besonderen oder überhaupt keine Wirkungen. Bei einem Tempern zwischen 675 und 900°C hatten die Legierungen im allgemeinen eine erheblich geringere Koerzitivkraft.

Tabelle 1

Tabelle 1 zeigt auch die magnetischen Eigenschaften der Proben 2, 3 und 4, wobei die Proben mit Wasser abgeschreckt worden sind, nachdem sie auf etwa 1000°C oder höher während einer Stunde erhitzt wurden und dann durch Ziehen zu Drähten bei einer Rate von etwa 90% oder mehr getempert worden waren. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich wird, wurde durch das Verziehen der Drähte die magnetischen Eigenschaften aller Proben verbessert. Insbesondere bildete die Legierung der Probe 4 mit einem Gehalt von 36 Atomprozent Platin eine maximale Koerzitivkraft von 290,54 kA/m (3,65 kOe) aus und die Legierung mit dieser maximalen Koerzitivkraft hatte eine restmagnetische Flußdichte von 0,95 T (9,5 kG) und ein maximales Energieprodukt von 87,9 kWsec/m³ (11,04 MG · Oe).

Fig. 5 zeigt die Entmagnetisierungskurven von drei Proben, nämlich den Proben 3(a) (wasserabgeschreckt) mit einer verhältnismäßig hohen restlichen magnetischen Flußdichte, Probe Nr. 4(d) (nach dem Wasserabschrecken zu einem Draht verzogen) und Probe Nr. 7(a), welche die höchste Koerzitivkraft aufwies. Die Legierungen dieser Proben waren einfach zu verarbeiten und insbesondere zur Herstellung von Kleinmagneten mit komplizierten Formen geeignet.

Bei der vorliegenden Erfindung ist der Anteil an Platin auf 34 bis 39,5 Atomprozent beschränkt, weil durch diese Limitierung nicht nur die Menge an Platin im Vergleich zu einer Eisen-Platin-Legierung mit einem Gehalt von 50 Atomprozent bei einem stöchiometrischen Verhältnis vermindert wird, sondern weil man auch die ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften wie die vorerwähnte höchste Koerzitivkraft von 366,16 kA/m (4,6 kOe) erzielt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einem hohen maximalen Energieprodukt auf Basis einer binären Eisen-Platin-Überstruktur-Legierung mit einer homogenen Dispersion der geordneten γ₁-Phase vom flächenzentrierten tetragonalen Typ in einer Matrix der ungeordneten γ-Phase vom flächenzentrierten kubischen Typ, gekennzeichnet durch ein Homogenisierungsglühen der aus 34 bis 39,5 Atomprozent Platin, Rest Eisen und weniger als 0,5% Verunreinigungen bestehenden Legierung bei 900 bis 1400°C während einer Minute bis 100 Stunden und ein Abschrecken der Legierung in Wasser oder an der Luft mit einer Geschwindigkeit von 30°C/Minute bis 2000°C/Sekunde.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschreckte Legierung wieder auf 400 bis 700°C während einer Minute bis 100 Stunden erhitzt und die wiedererhitzte Legierung dann abgekühlt wird.