DE1458556C - Verwendung von Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierungen für Dauermagnete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer aus 36 bis 89°/₀ Kobalt, 11 bis 24°/₀ Aluminium und mehr als 0 bis 49 °/₀ Nickel bestehenden Legierung als Werkstoff für Dauermagnete mit einer Remanenz von mindestens 1200 G und einer Koerzitivkraft von mindestens 500 Oe.

Es ist bekannt, ternäre Kobalt-Nickel-Aluminium-Legierungen zur Erzeugung von Ferromagneten zu verwenden, wobei diese bei 135O°C homogenisiert, in Wasser abgeschreckt, auf 480 bis 65O°C zur Ausscheidung von ferromagnetischen α-Mischkristallen angelassen und anschließend langsam abgekühlt wurden. Die durch derartige Verfahrensschritte hergestellten Dauermagnete waren jedoch nicht durch eine besonders hohe Koerzitivkraft ausgezeichnet.

Die bisher gebräuchlichen, aus feinen, etwa molekulare Einzelmagnete bildenden Teilchen bestehenden Magnete sind aus Eisenpulver oder Eisen-Kobaltpulver gepreßt oder bestehen aus Bismanol, einer Magnesium-Wismut-Legierung, oder

Ferroxdure (BaO · 6 Fe₂O₃).

Alle diese bekannten Magnete haben eine große Remanenz (Br) und Koerzitivkraft (Hc). Bei der Herstellung derartiger Magnete muß zunächst ein sehr feines, jedoch hinsichtlich seiner Korngröße geeignetes Pulver aus magnetischen Partikeln hergestellt werden. Sodann wird dieses Pulver mit geeignetem Druck verdichtet, und bisweilen werden die Magnete bei erhöhter Temperatur noch gesintert. Bisher war es außerordentlich schwierig, bei den beiden erstgenannten Magnetarten feine Teilchen der erforderlichen Größe herzustellen, so daß das Herstellungsverfahren eine Reihe von Erschwernissen aufwies. Die bisher bekannten Magneten hatten den Nachteil, daß ihre Herstellung im wesentlichen sehr verwickelt und schwierig ist und daß darüber hinaus kein Erzeugnis mit gleichbleibenden Eigenschaften erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Dauermagnete unter Vermeidung dieser Schwierigkeiten zu schaffen, die durch eine große Koerzitivkraft und hohe Remanenz ausgezeichnet sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die genannten Schwierigkeiten vermieden werden, wenn derartige Legierungen als Werkstoffe gewählt werden, bei denen "molekulare Einzelmagnete in der aus einem nichtmagnetischen Werkstoff bestehenden Trägersubstanz ausgeschieden werden. Es wurde weiterhin erkannt^ daß Kobalt-Aluminium-Legierungen mit 10 bis 25 % Aluminium die Erzeugung derartiger molekularer Einzelmagnete zulassen und daß eine sehr große Koerzitivkraft von beispielsweise 1320 Oe mit Hilfe einer geeigneten Behandlung erzielt werden kann.

Bei der weiteren Untersuchung hat sich gezeigt, daß durch Zusatz von Nickel zu der Kobalt-Aluminium-Legierung molekulare Einzelmagnete von noch größerer Koerzitivkraft erzeugt werden können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird im wesentlichen durch die Verwendung einer Legierung, bestehend aus 36 bis 89% Kobalt, 11 bis 24% Aluminium und mehr als 0 bis 49°/₀ Nickel, die im Bereich der ε-Phase homogenisiert, in Luft, Wasser oder öl abgekühlt und bei einer Temperatur von mehr als 35O°C angelassen worden ist, als Werkstoff für Dauermagnete mit einer Remanenz von mindestens 1200 G sowie einer Koerzitivkraft von mindestens 500 Oe gelöst. '

Bei der beschriebenen Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird vorzugsweise eine Legierung der angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 37 bis 88% Kobalt, 12 bis 22% Aluminium und mehr als 0 bis 48 % Nickel, zu dem angegebenen Zweck verwendet.

Die Erfindung wird an Hand von grafischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch das ternäre Zustandsschaubild von Co — Al — Ni beim Gehalt von Ni zu Co = 20: 80 (Schnitt auf der Linie a-b in F ig. 2),

F i g. 2 A und 2 B Gleichgewichtskurven, die auf statistischem Wege aus gemessenen magnetischen Werten ermittelt worden sind (die schwarzen Punkte zeigen die Zusammensetzung der jeweils untersuchten Legierung an),

F i g. 3 Kurven zur Darstellung des Verhältnisses zwischen den magnetischen Eigenschaften und der Tempertemperatur sowie der Temperzeit bei den Legierungen Nr. 10, 24 und 30 nach der Tabelle und F i g. 4 die Entmagnetisierungskurven der Legierungen G, Nr. 21 und Nr. 30 in der Tabelle.
Die bei den Untersuchungen der Erfindung erzielten Ergebnisse werden nachfolgend erläutert.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung wurde zunächst eine geeignete Menge von Kobalt und Nickel an der Luft geschmolzen, dann in eine Atmosphäre aus inertem Gas oder unter Vakuum durch Verwendung eines geeigneten Schmelzofens gebracht, wonach eine kleine Menge eines Entgasungsmittels, wie z. B. Mn, Si, Al oder Ti, zum Austreiben des Gases zugesetzt wurde. Sodann wurde eine geeignete Menge von Al zugesetzt und das Bad durchgerührt. Die auf diese Weise erhaltene homogene Schmelze wurde dann in.eine Form geeigneter Größe und Gestalt gegossen und ein Block hergestellt. Entsprechend der Zusammensetzung wurde der schmiedbare Block bei geeignet hoher Temperatur geschmiedet und in die gewünschte Gestalt gebracht.

Das Guß- oder Schmiedestück wurde beispielsweise in Wasser, öl, Luft oder einem anderen geeigneten Medium auf eine geeignete Temperatur oberhalb der Linie der festen Lösung c-d in F i g. 1 abgekühlt.

Hierbei gingen die größeren Teile der Legierung in eine feste Lösung über. Die günstige Abkühlgeschwindigkeit muß jeweils nach der Zusammensetzung der betreffenden Legierung festgelegt werden. Danach wurde das Werkstück auf eine geeignete Temperatur unterhalb der Linie c-d gebracht, so daß molekulare Einzelmägnete der t-Phase ausgeschieden wurden. Das auf diese Weise erhaltene Erzeugnis zeigte beim Magnetisieren in einem starken Magnetfeld große Koerzitivkraft von beispielsweise 1600 Oe maximal und stellte einen Magneten mit größerer Koerzitivkraft als diejenige der Co-Al-binären Legierung dar.

In den F i g. 2 A und 2 B sind die Zusammensetzungen einer Anzahl von an der Luft erschmolzenen Legierungen durch schwarze Punkte gekennzeichnet.

Die Kurven gleicher magnetischer Werte sind auf statistischem Wege aus den Ergebnissen der Messungen der Magneteigenschaften dieser Legierungen erhalten worden. Die Eigenschaften der kennzeichnenden Legierungen, die mit eingekreisten Punkten in F i g. 2 wiedergegeben sind, erscheinen auch in der folgenden Tabelle/

Ferner ergeben sich aus den F ig. 2 A und 2B die folgenden Verhältnisse:

	(7.)	3	Al (7o)	bis 24 bis 22 bis 20,5 bis 18 „ bis 17	Ni (%,)	Br (G)	4	1 1 1	Hc (Oe)
Co	bis 89 bis 88 bis 87 bis 86 bis 78		11 ' 12 12,5 13 14		>0bis49 >0bis48 >0bis46 >0 bis 43 7 bis 40,5	1 200 bis 6 1 500 bis 5 1 800 bis 5 2 200 bis 4 2 500 bis 3			500 bis 1 600 800 bis 1 600 000 bis 1 600 200 bis 1 600 400 bis 1 600
36 37 39 42 44,5		000 800 300 500 400

Die erfindungsgemäß verwandten Co-Al-Ni-Legierungen können daher in solche Legierungen unterteilt werden mit 36 bis 89% Co, 11 bis 24% Al, mehr als 0 bis 49% Ni, Legierungen mit 37 bis 88% Co, 12 bis 22% Al, mehr als 0 bis 48% Ni, Legierungen, bestehend aus 39 bis 87 % Co, 12,5 bis 20,5 % Al, mehr als 0 bis 46% Ni, Legierungen, bestehend aus 42 bis

86% Co, 13 bis 18% Al, mehr als 0 bis 43% Ni, und Legierungen, bestehend aus 44,5 bis 78 % Co, 14 bis 17% Al, 7 bis 40,5% Ni. Diese Legierungen können nach der Erfindung als Werkstoff zur Herstellung von Dauermagneten mit den gewünschten magnetischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung verwendet werden.

Legierung	Zusan Co	imensetzung (7o) AI I Ni	2,6	Ank T°C	issen Stunden	Br (G)	Hc (Oe)	(BH) max. 106G- Oe)	Bemerkungen
1	84,8	12,6	2,6	560	3	5 000	1200	1,88	schmiedbar
2	82,9	14,5	2,5	560	3	4000	1400	2,20	nicht schmiedbar
3	79,7	17,8	5,4	560	3	3000	1350	1,15	nicht schmiedbar
4	71,5	23,1	7,2	570	3	1000	300		nicht schmiedbar
5	78,5	14,3	9,3	570	3	3 600	1420	1,84	nicht schmiedbar
6	79,7	11,0	9,0	570	3	2 700	300		—
7	78,6	12,4	9,1	570	3	3 800	1300	1,55	schmiedbar
8	76,4	14,5		570	3	3 500	1500	1,65	schwieriger zu
			9,2						schmieden
9	75,0	15,8	9,1	570	3	3 200	1580	1,55	nicht schmiedbar
10	69,7	21,2	11,3	570	3	900	500		nicht schmiedbar
11	74,2	14,5		560	3	3 400	1500	1,64	schwieriger zu
			12,0						schmieden
12	76,2	11,8	13,2	560	1	3 400	580	'— .	schmiedbar
13	64,7	22,1	14,2	570	3	600	500	—	nicht schmiedbar
14	71,1	14,7	14,1	560	3	3400	1500	1,63	schmiedbar
15 '	69,5	16,4	16,3	560	6	3000	1500	1,50	nicht schmiedbar
16	69,0	14,7	18,2	560	3	2 800	1580	1,45	schmiedbar
17	67,2	14,6	20,0	560	3	3600	1450	1,64	schmiedbar
18	67,2	12,8	20,2	560	3	3 800	870		schmiedbar
19	65,1	14,7	20,0	560	3	3400	1550	1,73	nicht schmiedbar
20	60,0	20,0	22,1	570	3	700	500		schmiedbar
21	62,1	15,8	22,2	560	3	2 500	1600	1,42	schmiedbar
22	65,3	14,5	23,2	560	3	3 300	1550	1,63	schmiedbar
23	65,0	11,8	26,3	560	1	3000	300		.— ·."■
24	59,0	14,7	28,2	560	3 .	3000	1560	1,52	schmiedbar
25	57,1	14,7	32,3	560	3	3000	1550	1,52	schmiedbar
26	53,1	14,6	32,2	560	3	3100	1580	1,53	schmiedbar
27	49,5	18,3	35,1	560	6	500	300		nicht schmiedbar
28	50,4	14,5	40,0	560	6	3000	1600	1,55	schmiedbar
29	47,2	12,8	40,1	560	. 1	3000	400	—.	schmiedbar
30	41,2	18,7	41,0	560	6	500	400	—	nicht schmiedbar
31	44,2	14,8	45,1	560	3	2 700	1580	1,30	schmiedbar
32	40,2	14,7	45,1	560	3	2 200	1 300	0,80	schmiedbar
33	37,5	17,4	45,0	560	6	700	500	—	nicht schmiedbar
34	35,0	20,0	48,1	570	6	0	0	—	nicht schmiedbar
35	39,2	12,7	560	3	1400	200	—	schmiedbar

F i g. 3 zeigt Kurven, die die Ergebnisse von Versuchen hinsichtlich der Änderung der Magneteigenschaften in Abhängigkeit von Änderungen der Anlaßtemperatur und -zeit nach der Behandlung auf feste Lösungen bei den Legierungen Nr. 8, 22 und 28 wiedergeben.

Wie sich aus der Tabelle und den Kurven ergibt, nehmen die Werte für Br und (BH) max. mit der Zu-

nähme des Nickels in der binären Co-Al-Legierung ab, während die Koerzitivkraft einen hohen Wert annimmt. Es ergibt sich also, daß erfindungsgemäß eine betiächtlich große Koerzitivkraft durch einfache Warmbehandlung der auf einfache Weise hergestellten Legierung erreicht werden kann. Wenn in eine Metallform gegossen und in Wasser gemäß F i g. 3 abgekühlt wird, ist die Kühlgeschwindigkeit recht groß, so daß kleine

Teilchen in der C-Phase nicht in wesentlichem Umfang ausgeschieden werden. Die Folge davon ist, daß die Magneteigenschaft erheblich abnimmt. Sobald jedoch die Kühlgeschwindigkeit auf geeignete Weise verringert wird, können hervorragende Eigenschaften des fertigen Werkstücks ohne nachfolgendes Anlassen erzielt werden.

F i g. 4 zeigt die Entmagnetisierungskurven der Legierungen Nr. 19 und Nr. 28. Wie die Tabelle erkennen läßt, ist die Legierung bei geringem Gehalt an Al schmiedbar. Wenn jedoch der Gehalt an Al zunimmt, wird das Schmieden schwierig und bei noch höherem Gehalt an Al überhaupt unmöglich. Legierungen dieser letztgenannten Art haben ein verhältnismäßig geringes spezifisches Gewicht, weil sie Aluminium enthalten.

Der Grund dafür, daß der Aluminiumgehalt auf den Bereich von 11 bis 24°/₀ gemäß der Erfindung begrenzt ist, beruht darauf, daß bei einem Aluminiumgehalt unterhalb 11 und über 24°/₀ die Koerzitivkraft und die Remanenz, wie sich aus F i g. 2 A und 2B ergibt, vermindert, so daß es sinnvoll ist, hinsichtlich des Aluminiumgehaltes die genannten Grenzen einzuhalten.

Der Gehalt an Kobalt ist auf 36 bis 89% aus dem Grunde festgelegt worden, weil mehr als 89 und weniger als 36 °/₀ davon die Koerzitivkraft und die Remanenz verringern.

Der Grund dafür, daß der Nickelgehalt auf 49 bis mehr als 0 festgelegt wurde, beruht darauf, daß bei mehr als 49 % Ni die Remanenz und Koerzitivkraft, wie in F i g. 2 A und 2 B gezeigt ist, abnehmen, während die Legierung bei Nickelgehalten bis zu 0,1 noch immer gute magnetische Eigenschaften aufweist. Wenn jedoch 0% Nickel in der Legierung sind, liegt eine binäre Co-Al-Legierung vor, die nicht in den durch die Erfindung gesteckten Rahmen fällt, so daß also der WertO°/_o Nickel ausgenommen wurde.

Bei der Herstellung von Dauermagneten aus erfindungsgemäß verwandten Legierungen wird die aus 36 bis 89% Co, 11 bis 24% Al und mehr als 0 bis 49% Ni und einer kleinen Menge von Verunreinigungen bestehende Legierung nach dem Gießen in eine Metallform rasch abgekühlt oder von einer hohen Temperatur oberhalb der Linie der festen Lösung auf geeignete Weise zu einer festen Lösung abgekühlt und dann bei einer geeigneten Temperatur unterhalb der Linie der festen Lösung im Zweiphasengebiet während einer angemessenen Zeitdauer angelassen, oder die Legierung wird in eine Metall- oder Sandform gegossen, oder sie wird von der Temperatur oberhalb der Linie der festen Löslichkeit auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei die Abkühltemperatur zur Ausscheidung molekularer Einzelmagneten mit ferromagnetischen Eigenschaften in der nicht magnetischen Trägersubstanz auf geeignete Weise verringert wird. Hierbei wird ein Magnet mit einer außerordentlich hohen Koerzitivkraft von beispielsweise 1600 Oe erzielt, dessen Remanenz wesentlich größer als die von Ferritmagneten ist. Die erfindungsgemäße Verwendung dieser Legierungen zusammen mit der beschriebenen Wärmebehandlung bietet daher große fertigungstechnische Vorteile, insbesondere bei Herstellung von kurzen Magneten, und es ist gleichfalls durch entsprechende Wahl einer geeigneten Zusammensetzung die Herstellung schmiedbarer Werkstücke oder solcher von geringem spezifischem Gewicht unter geringem Aufwand möglich.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 36 bis 89% Kobalt, 11 bis 24% Aluminium und mehr als 0 bis 49% Nickel, die im Bereich der ε-Phase homogenisiert, in Luft, Wasser oder öl abgekühlt und bei einer Temperatur von mehr als 350° C im Zweiphasengebiet angelassen worden ist, als Werkstoff für Dauermagnete mit einer Remanenz von mindestens 1200 G sowie einer Koerzitivkraft von mindestens 500 Oe.

2. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch 1, bestehend aus 37 bis 88 % Kobalt, 12 bis 22% Aluminium und mehr als 0 bis 48% Nickel, zu dem Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch 1, bestehend aus 39 bis 87% Kobalt, 12,5 bis 20,5% Aluminium und mehr als 0 bis 46% Nickel, zu dem Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch 1, bestehend aus 42 bis 86% Kobalt, 13 bis 18% Aluminium und mehr als 0 bis 43% Nickel, zu dem Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, behandelt nach Anspruch 1, bestehend aus 44,5 bis 78 % Kobalt, 14 bis 17% Aluminium und 7 bis 40,5% Nickel, zu dem Zweck nach Anspruch 1.

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