DE69303313T2

DE69303313T2 - Herstellungsverfahren für einen anisotropen Seltenerd-Magneten

Info

Publication number: DE69303313T2
Application number: DE1993603313
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Kasai; Hiyoshi Yamada; Norio Yoshikawa
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: EP0565363A1; DE69303313D1; JP3057897B2; JPH05291024A; EP0565363B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines anisotropen Seltenerdmagneten, und insbesondere auf ein Verfahren zum Extrudieren eines verdichteten Materials, um eine bessere Ausbeute an anisotropen Seltenerdmagneten mit ausgezeichneten Magneteigenschaften zu erzielen.
Seltenerdmagneten, die durch R-Fe-B (R steht für Seltenerdmetalle der Lanthan-Reihe) dargestellt werden, werden in den beiden nachfolgenden Arten hergestellt:
(a) ein gesinterter Magnet, der zu einem anisotropen Magneten durch ein Verfahren des Gießens der geschmolzenen Ausgangslegierung zu einem Gußstück, Pulverisieren des Gußstücks zu superfeinem Pulver, Pressen des Pulvers in einem Magnetfeld und Sintern desselben gemacht wird, und
(b) ein stark abgeschreckter Magnet, dem magnetische Anisotropie durch ein Verfahren der Herstellung eines dünnen Plättchens durch extrem schnelle Abkühlung der geschmolzenen Ausgangslegierung, Formen eines verdichteten Materials mit magnetischer Isotropie durch Zusammenpressen von roh gemahlenem Pulver des dünnen Plättchens der Ausgangslegierung und plastisches Verformen des verdichteten Materials erteilt wird.
Die durch die erwähnten Verfahren hergestellten anisotropen Seltenerdmagneten haben ausgezeichnete Magneteigenschaften, und es ist daher sehr nützlich, diese Magneten auf elektrische Kleinmotoren anzuwenden, die für verschiedene automatisierte Vorrichtungen verwendet werden, um die Motoren leichter und kleiner zu machen.
EP-A-0334478 beschreibt ein Verfahren zur Vergrößerung des Volumenanteils von magnetisch ausgerichtetem Material in anisotropen Seltenerd(RE)-, Eisen-, Bor-Dauermagnetmaterial. Dieses Verfahren umfaßt das Formen eines geeignet geformten, voll verdichteten, im wesentlichen magnetisch isotropen Vorformlings aus relativ groben Pulverteilchen von schmelzgesponnener Legierung, die eine sehr feine Kornphase RE&sub2;Fe&sub1;&sub4;B enthält. Der Vorformling wird erhitzt und formgestaucht, um eine gleichförmige Belastung im Vorformling bei dessen Anformung an die Formwände zu erzeugen und dadurch einen erhöhten Prozentsatz der Kristallite im Vorformling hervorzurufen, die längs der kristallographisch bevorzugten Magnetachse zu orientieren sind, wodurch das Energieprodukt eines daraus erhaltenen Magneten erhöht wird.
Es ist erwünscht, ringförmige Magneten mit magnetischer Anisotropie in Radialrichtung herzustellen, um die anisotropen Seltenerdmagneten in Motoren anzuwenden. Es besteht dabei jedoch ein Problem, da es schwierig ist, ein Magnetfeld in Radialrichtung während der Zeit der Formung des Pulvers in einem Magnetfeld im Fall des erwähnten gesinterten Magneten anzuwenden.
Bei einem überstark abgeschreckten (super-quenched) Magneten ist es möglich, ihm die magnetische Anisotropie im äußersten Grenzwert sogar beim ringförmigen Magneten zu erteilen, da die magnetische Anisotropie durch die plastische Verformung ohne Formung im Magnetfeld erzeugt wird.
Das Verfahren zum Erteilen der magnetischen Anisotropie durch plastische Verformung besteht bisher darin, daß das verdichtete Material mit magnetischer Isotropie, das in eine hohle oder massive kreisförmige plattenartige Form verformt wird, wie z.B. in der US-Patentschrift Nr. 4 963 320 beschrieben.
Ein Beispiel für das Extrudieren ist in Fig.4 gezeigt. In der Figur ist mit 100 ein zylindrisches Formwerkzeug mit dickwandiger Zylinderform bezeichnet und mit 102 ist ein den unteren Teil einer Form bildender werkzeugunterteil bezeichnet.
104 ist ein Kernstempel und 106 ist ein Hülsenstempel, der verschiebbar in einem Formhohlraum 108 angeordnet ist, der zwischen dem Kemstempel 104 und dem zylindrischen Formwerkzeug 100 gebildet ist. Die Form wird vom zylindrischen Formwerkzeug 100, dem werkzeugunterteil 102, dem Kemstempel 104 und dem Hülsenstempel 106 gebildet.
Der werkzeugunterteil 102 ist mit einem hohlen Teil 112 zur Aufnahme eines schlanken Teils 110 des Kernstempels 104 versehen.
Bei diesem Verfahren zur Erteilung der Anisotropie wird ein zu einem hohlen kreisförmigen plattenartigen Ring geformtes verdichtetes Material 114 in das zylindrische Formwerkzeug 100 der Form eingegeben, sodann wird das verdichtete Material 114 nach rückwärts extrudiert durch Pressen des Kernstempels 104 in das verdichtete Material 114 und gleichzeitig Komprimieren einer freien Oberfläche des verdichteten Materials 114, das am Formhohlraum 108 anliegt, wobei der Hülsenstempel 106 im Fortschreiten des Extrudierens sich zurückbewegt und dadurch das verdichtete Material 114 in der radialen Richtung gleichzeitig mit der Formung des verdichteten Materials 114 zu einem hohlzylindrischen Magnetmaterial anisotrop macht.
Bei dem erwähnten Extrudierverfahren sind jedoch die Magneteigenschaften im oberen Endabschnitt des zylindrischen Magnetmaterials, der in Fig.4B mit A bezeichnet ist, nicht so gut im Vergleich zu beispielsweise einem Abschnitt, der in dieser Figur mit B bezeichnet ist, und es besteht ein Problem, da es nicht möglich ist, den oberen Endabschnitt A praktisch zu verwenden.
Die Erfindung sucht das erwähnte Problem des Standes der Technik zu lösen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines anisotropen Seltenerdmagneten, welches umfaßt: Eingeben eines verdichteten Seltenerdmagnetmaterials in einen zylindrischen Druckring eines Formwerkzeugs, Pressen des verdichteten Materials mit einem Stempel und plastisches Verformen des verdichteten Materials zu einem Magneten mit magnetischer Anisotropie und einem ringförmigen Querschnitt durch Extrudieren des verdichteten Materials in einen Formhohlraum, der zwischen dem Stempel und dem zylindrischen Druckring des Formwerkzeugs gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Material mit einem äußeren Umfangsteil, der zu dem Formhohlraum hinweist, und einem erhabenen Mittelteil ausgebildet wird, der mit einer Stirnfläche des Stempels in Berührung steht.
Der Grund, warum der obere Endabschnitt A des zylindrischen Magnetmaterials in seinen Magneteigenschaften nicht so gut ist, liegt vermutlich darin, daß der Abschnitt A als ein Teil, der am Beginn des Extrudierens in den Formhohlraum 108 extrudiert wird, in den Formhohlraum 108 ohne ausreichende plastische Verformung in Radialrichtung extrudiert wird, so daß der Grad der Verformung im Abschnitt A gering ist im Vergleich mit dem anderen Abschnitt des zylindrischen Magnetmaterials.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das verdichtete Material des Seltenerdmagneten in seine Gestalt geformt und extrudiert, wobei ein Höhenunterschied zwischen dem Mittelteil, der in Kontakt mit der Stirnfläche des Stempels steht, und dem äußeren Umfangsteil besteht, welcher an dem Formhohlraum anliegt, der zwischen dem Stempel und dem zylindrischen Formwerkzeug der Form gebildet ist. Daher ist es möglich, sogar denjenigen Abschnitt ausreichend plastisch zu verformen, der am Beginn des Extrudierens in den Formhohlraum extrudiert wird.
Dementsprechend ist es in einem Fall, in welchem das verdichtete Material zu einem hohlzylindrisch geformten Magnetmaterial extrudiert wird, möglich, die Magneteigenschaften im Endabschnitt des zylindrischen Magnetmatenais zu verbessern, und es ist möglich, die Leistungsfähigkeit des kostspieligen Seltenerdmagneten zu vergrößern, da der Endabschnitt in gleicher Weise wie der andere Abschnitt des zylindrischen Magnetmaterials verwendet kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1A, 1B und 1C Schnitte, welche eine Ausführungsform des Extrudierverfahrens von verdichtetem Material in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des Seltenerdmagneten darstellt;
Figur 2 einen Schnitt, welcher die Form des verdichteten Materials des Seltenerdmagneten darstellt, der bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird;
Figur 3 einen Schnitt, welcher die Form des verdichteten Materials darstellt, welches bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird; und
Figuren 4A und 4B Schnitte, welche das bekannte Extrudierverfahren des verdichteten Materials darstellen.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für einen Fall, in welchem das verdichtete Material des Seltenerdmagneten rückwärts extrudiert wird, wobei 10 ein zylindrisches Formwerkzeug und 12 einen Werkzeugunterteil bezeichnet, der abnehmbar im unteren Teil des zylindrischen Formwerkzeugs 10 angeordnet ist. 14 ist ein Kemstempel und 16 ist ein Hülsenstempel, der in einem Formhohlraum 18 angeordnet ist, der zwischen dem Kernstempel 14 und dem zylindrischen Formwerkzeug 10 gebildet ist, so daß er sich während des Extrudierens des verdichteten Materials nach rückwärts bewegt. Eine Form 13 wird aus dem zylindrischen Formwerkzeug 10, dem Werkzeugunterteil 12, dem Kernstempel 14 und dem Hülsenstempel 16 gebildet.
Zusätzlich ist der Kemstempel 14 mit einem schlanken Teil 22 versehen, der in der Figur nach unten weist, und der Werkzeugunterteil 12 ist mit einem hohlen Teil 24 an einer dem schlanken Teil 22 entsprechenden Stelle geformt.
Beim Verfahren nach dieser Ausführungsform wird zuerst ein verdichtetes Material 20 des Seltenerdmagneten in das zylindrische Formwerkzeug 10 der Form 13 eingegeben, wie in Fig.1A gezeigt, und das verdichtete Material 20 wird zusammen mit der Form 13 auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Die Form 13 und das verdichtete Material 20 sind so ausgebildet, daß sie in einer geschlossenen Kammer aufgenommen sind, und das Extrudieren des verdichteten Materials 20 wird in einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt, indem die geschlossene Kammer auf einen Druck unterhalb 1 Torr evakuiert wird oder die Atmosphäre der geschlossenen Kammer durch inaktive Gase, wie Argon, ersetzt wird.
Das verdichtete Material 20 wird insgesamt in eine hohle kreisförmige plattenförmige Gestalt verformt, wobei ein innerer Umfangsteil 26 höher gemacht wird als ein äußerer Umfangsteil 28, indem der Mittelabschnitt in Axialrichtung vorragt.
Das verdichtete Material 20 wird nämlich mit einem Höhenunterschied zwischen einem mit einer Druckfläche am Ende des Kernstempels 14 in Kontakt stehenden Teil und einem dem Formhohlraum gegenüberliegenden Teil geformt.
Nach dem Eingeben des verdichteten Materials 20 in die Form 13 werden der Kernstempel 14 und der Hülsenstempel 16, die koaxial angeordnet sind, in das zylindrische Formwerkzeug 10 eingesetzt, wie in Fig.1B gezeigt, und die Stimflächen des Kernstempels 14 und des Hülsenstempels 16 werden in Berührung mit dem inneren Umfangsteil 26 bzw. dem äußeren Umfangsteil 28 des verdichteten Materials 20 gebracht.
In diesem Zustand wird das verdichtete Material 20 plastisch verformt und rückwärts extrudiert durch Pressen des Kernstempels 14 in Abwärtsrichtung, wie in Fig.1C gezeigt, wodurch man ein zylindrisches Extrudat 25 (Magnetmaterial) erzielt.
Auf diese Weise komprimiert der Hülsenstempel 16 nach unten eine freie Oberfläche des verdichteten Materials 20, das in den Formhohlraum 18 der Form 13 extrudiert wird, und zieht sich zurück, wenn die Extrusion des verdichteten Materials 20 fortschreitet.
Mittels Durchführung der Extrusion, wenn die freie Oberfläche des verdichteten Materials 20 durch den Hülsenstempel 16 in dieser Weise komprimiert wird, ist es möglich, eine Rißbildung im Extrudat 25 wirksam zu verhindern.
Das aus dem verdichteten Material 20 extrudierte, in Fig.1C gezeigte Extrudat 25 wird aus der Form 13 herausgenommen, indem der Werkzeugunterteil 12 bezüglich des zylindrischen Formwerkzeugs 10 verschoben wird, und wird sodann in Radialrichtung durch bekannte Verfahren magnetisiert, wodurch das zylindrische Extrudat 25 ein Seltenerdmagnet mit radialer Anisotropie wird.
Falls eine Rückwärtsextrusion des verdichteten Materials 20 nach dieser Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird, ist es möglich, sogar den oberen Endabschnitt des zylindrischen Extrudats 25 in Radialrichtung ausreichend plastisch zu verformen, das ist der in den Formhohlraum 18 am Beginn des Extrudierens ausgepreßte Abschnitt. Daher können dem erwähnten Abschnitt ausgezeichnete Magneteigenschaften erteilt werden.
Es wurde die Wirkung von Form und Abmessungen des verdichteten Materials 20 auf die Magneteigenschaften untersucht. Das folgende Beispiel zeigt die Ergebnisse dieser Untersuchung und soll nicht als Einschränkung aufgefaßt werden.
Es wurde Pulver einer Legierung verwendet, die aus 28 Gew.-% Nd, 2,5 Gew.-% Dy, 0,9 Gew.-% B, 5 Gew.-% Co und als Rest Fe als pulverisiertes Magnetmaterial bestand. Es wurden fünf verdichtete Materialien 20, die sich in ihren Abmessungen L gemäß Fig.2 voneinandere unterschieden, durch Verdichten des Pulvers in Argonatmosphäre bei 800ºC hergestellt. Sodann wurde jedes der verdichteten Materialien 20 zu dem zylindrischen Extrudat 25 durch das in den Figuren 1A bis 1C gezeigte Verfahren extrudiert, und der zylindrisch geformte anisotrope Seltenerdmagnet wurde durch Magnetisierung des Extrudats 25 erhalten.
Die Meßergebnisse der Magneteigenschaften des erhaltenen anisotropen Seltenerdmagneten sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Meßwerte in Tabelle 1 geben die Magneteigenschaften in Radialrichtung in dem Abschnitt der oberen 5 mm Länge des erhaltenen zylindrischen Seltenerdmagneten wieder. Tabelle 1
Aus den in Fig.1 gezeigten Versuchsergebnissen ist klar, daß es möglich ist, sogar dem in den Formhohlraum 18 am Beginn der Extrusion extrudierten Abschnitt ausgezeichnete Magneteigenschaften zu erteilen, wenn die Extrusion durchgeführt wird indem das in eine Gestalt mit dem vorstehenden inneren Umfangsteil 26 geformte verdichtete Material 20 verwendet wird, und es können die Magneteigenschaften wirksam verbessert werden, wenn die vorstehende Höhe L des inneren Umfangsteils 26 des verdichteten Materials 20 nicht geringer ist als 4 mm.
Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist dies nur ein Beispiel. Die Erfindung kann in verschiedenen Ausführungsformen verwirklicht wer den, die dem Fachmann zur Verfügung stehen, ohne von der Aufgabe der Erfindung abzuweichen. Z.B. kann ein massives verdichtetes Material 30, wie in Fig.3 dargestellt, statt des hohlgeformten verdichteten Materials 20 verwendet werden, das bei der obigen Ausführungsform der Erfindung angewendet wurde. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem Fall angewendet werden, in welchem das verdichtete Material durch Vorwärtsextrudieren zu dem Extrudat geformt wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines anisotropen Seltenerdmagneten, welches umfaßt: Eingeben eines verdichteten Seltenerdmagnetmaterials (20) in einen zylindrischen Druckring (10) eines Formwerkzeugs (13), Pressen des verdichteten Materials (20) mit einem Stempel (14,16) und plastisches Verformen des verdichteten Materials (20) zu einem Magneten (25) mit magnetischer Anisotropie und einem ringförmigen Querschnitt durch Extrudieren des verdichteten Materials (20) in einen Formhohlraum (18), der zwischen dem Stempel (14,16) und dem zylindrischen Druckring (10) des Formwerkzeugs (13) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Material (20) mit einem äußeren Umfangsteil (28), der zu dem Formhohlraum (18) hinweist, und einem erhabenen Mittelteil (26) ausgebildet wird, der mit einer Stirnfläche des Stempels (14) in Berührung steht.

2. Verfahren zum Herstellen eines anisotropen Seltenerdmagneten nach Anspruch 1, bei welchem das verdichtete Material (20) gleichzeitig mit der Anwendung einer Druckkraft auf eine freie Oberfläche desselben im Formhohlraum (18) extrudiert wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines anisotropen Seltenerdmagneten nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das verdichtete Material (20) eine hohle und kreisformige plattenartige Form besitzt.