DE3810678A1 - Permanentmagnet mit ultrahoher koerzitivkraft und einem grossen maximalen energieprodukt und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagneten, der als Hauptbestandteile Eisen, Platin und Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen enthält, wobei der Permanentmagnet eine ultrahohe Koerzitivkraft und ein sehr großes maximales Energieprodukt aufweist.

Bekannt sind übliche Permanentmagneten, bei denen der Ordnungs-Unordnungs-Gitterphasenübergang angewendet wird und Co-Pt-Legierungen mit gleichem Gehalt, ausgedrückt durch die Anzahl der Atome, vorliegen. Mit solchen Co-Pt-Legierungen kann man eine ultrahohe Koerzitivkraft und ein sehr großes maximales Energieprodukt im Anfangsstadium der Transformation von dem gestörten alpha-Phasengitter in das geordnete gamma 1-Phasengitter erhalten, wobei die Transformation entweder durch Kühlen der Legierung aus der alpha-Phase von einer hohen Temperatur von etwa 1000°C mit einer konstanten Kühlgeschwindigkeit und anschließendem Wiedererhitzen auf etwa 600°C oder durch Abschrecken mit Wasser und anschließendes Wiedererhitzen verursacht wird.

Die übliche Co-Pt-Legierung zeigt bessere magnetische Eigenschaften im Vergleich zu anderen Legierungen, weist jedoch den Nachteil auf, daß, weil das ferromagnetische Atom Kobalt ist, dessen magnetisches Moment kleiner als das von Eisen ist, Grenzen hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften vorliegen. Die restliche magnetische Flußdichte ist begrenzt auf 7,2 kG, und das maximale Energieprodukt ist beschränkt auf 12 MGOe (Mega-Gauß-Oersted).

Um dieses kleine magnetische Moment zu verbessern, hat man schon daran gedacht, Kobalt in der Legierungszusammensetzung durch Eisen, das ein größeres magnetisches Moment aufweist, zu ersetzen. Bei den üblichen Fe-50Pt (50 Atom-% Pt)-Legierungen ist jedoch die Übergangstemperatur von dem geordneten Gitter der gamma 1-Phase zu der ungeordneten gamma-Phase sehr hoch und beträgt etwa 1320°C, und selbst schnelles Abkühlen, z. B. durch Abschrecken mit Wasser, ergibt ein ziemlich gut geordnetes Gitter in einem überalterten Zustand. Deshalb kann man die magnetischen Eigenschaften nicht einfach durch den Ersatz des Kobalts durch Eisen verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile der Fe-50Pt-Legierungen des Standes der Technik zu vermeiden und einen ausgezeichneten Permanentmagneten aus dem Fe-Pt-Legierungssystem zur Verfügung zu stellen und dabei die Reproduzierbarkeit der magnetischen Eigenschaften zu verbessern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der vorerwähnten Permanentlegierung aus dem Fe-Pt-System zu zeigen.

Als Ergebnis der Forschungen, um die vorerwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, haben die Erfinder gefunden, daß eine Erhöhung der Konzentration an Eisen in der Fe-Pt-Legierung eine Verminderung des Ordnungs-Unordnungs-Transformationspunktes auf etwa 800°C bewirkt und die ziemlich leichte Ausbildung des Unordnungsgitters der gamma-Phase erleichtert. Insbesondere ist es den Erfindern gelungen, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem man durch Abschrecken einer Legierung mit einer bestimmten Zusammensetzung ein schnelles Wachstum des Ordnungsgitters verhindert, so daß man ein großes maximales Energieprodukt und eine ultrahohe Koerzitivkraft erhält, indem man ein Anfangsstadium der Transformation in das geordnete Gitter der gamma 1-Phase anwendet oder indem man den homogenen feinen Niederschlag der gamma 1-Phase in der Matrix der gamma-Phase anwendet.

Die Erfindung beruht auf den obigen Feststellungen und bewirkt die Verbesserung der recht guten magnetischen Eigenschaften von Fe-Pt-Legierungen und stellt eine sehr zuverlässige Reproduzierbarkeit der verbesserten magnetischen Eigenschaften sicher.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der erfindungsgemäße Permanentmagnet aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen. Die Kristallgitterstruktur des Permanentmagneten kann eine unvollständige gamma 1-Einzelphase des flächenzentrierten, tetragonalen Systems einschließen, und zwar aufgrund entweder der Zusammensetzung oder der angewendeten Wärmebehandlung. Anstelle der vorerwähnten Einzelphase kann der Permanentmagnet eine zweiphasige Kristallstruktur haben, die aus einer gamma 1-Phasenmatrix im flächenzentrierten kubischen System und einem homogenen dispergierten, feinen Niederschlag aus einer gamma 1-Phase besteht. Der erfindungsgemäße Permanentmagnet hat eine Koerzitivkraft von mehr als 500 Oe (Oersted), eine restliche magnetische Flußdichte von mehr als 5 kG und ein maximales Energieprodukt von größer als 2 MGOe.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Permanentmagneten besteht darin, daß man eine Legierung, bestehend aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen auf 900 bis 1400°C während 1 Minute bis 10 Stunden erhitzt, unter Ausbildung einer Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung und Abschrecken der erhitzten Legierung mit einer Hochgeschwindigkeits-Kühlrate von schneller als 30°C/Min. aber langsamer als 2000°C/Sek., wobei ein so hergestellter Permanentmagnet ein großes maximales Energieprodukt und eine ultrahohe Koerzitivkraft aufweist.

Gemäß einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einem großen maximalen Energieprodukt und einer ultrahohen Koerzitivkraft gemäß der Erfindung wird eine Legierung, bestehend aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen, während 1 Minute bis 10 Stunden auf 900 bis 1400°C erhitzt, unter Ausbildung einer Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung, und die erhitzte Legierung wird dann mit einer hohen Geschwindigkeit von schneller als 30°C/Min. aber langsamer als 2000°C/Sek. abgeschreckt, und die abgeschreckte Legierung wird während 1 Minute bis 500 Stunden auf 450 bis 800°C wiedererhitzt und im Anschluß an das Wiedererhitzen abgekühlt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einem großen maximalen Energieprodukt und einer ultrahohen Koerzitivkraft wird die Legierung, bestehend aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen, 1 Minute bis 10 Stunden auf 900 bis 1400°C erhitzt, unter Ausbildung einer Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung, und die erhitzte Legierung wird mit einer hohen Geschwindigkeit von schneller als 30°C/Min. aber langsamer als 2000°C/Sek. abgeschreckt. Die abgeschreckte Legierung wird dann plastisch bearbeitet mit einem Reduktionsverhältnis von größer als 80%, z. B. durch Drahtziehen oder durch Walzen, und die bearbeitete Legierung wird auf 450 bis 800°C während 1 Minute bis 500 Stunden wiedererhitzt und anschließend abgekühlt.

Unter der vorerwähnten unvollständigen gamma 1-Einzelphase die entweder durch die Legierungs-Zusammensetzung oder durch die Wärmebehandlung erzielt wird, ist folgendes zu verstehen: Während die Fe-Pt-binäre Legierung ein vollständig geordnetes Gitter aufweist, wenn die Zusammensetzung Fe : Pt gleich 50 : 50, ausgedrückt durch die Anzahl der Atome, ist, wird bei der vorliegenden Erfindung der Eisengehalt der Legierung etwas erhöht unter Ausbildung des unvollständig geordneten Gitters der gamma 1-Phase. Die unvollständige gamma 1-Phase kann man erhalten mittels einer Wärmebehandlung, die entweder das Abschrecken alleine umfaßt oder eine Kombination von Abschrecken und anschließendem Wiedererhitzen, wobei die Wärmebehandlung das Anfangsstadium der Transformation von der gamma-Phase zur gamma 1-Phase des geordneten Gitters bewirkt.

Wird ein Permanentmagnet unter Verwendung einer Legierung der vorerwähnten Zusammensetzung nach einem der vorerwähnten Verfahren ausgebildet, dann ist die Kristallstruktur des Legierungsmagneten entweder eine der nachfolgenden einzelnen Phasen oder zwei Phasen: Die unvollständige gamma 1-Einzelphase des flächenzentrierten, tetragonalen Systems liegt aufgrund entweder der Legierungs-Zusammensetzung oder der auf die Legierung eingewirkten Wärmebehandlung vor, und die zwei Phasen werden aus einer gamma-Phasenmatrix des flächenzentrierten kubischen Systems und einem homogen dispergierten feinen Niederschlag aus der gamma 1-Phase gebildet. Unabhängig davon, ob eine Einzelphasen- oder Zweiphasen-Struktur vorliegt, weist der Permanentmagnet gemäß der Erfindung die gewünschten magnetischen Eigenschaften auf, nämlich eine Koerzitivkraft von größer als 500 Oe, eine restliche magnetische Flußdichte von größer als 5 kG und ein maximales Energieprodukt von größer als 2 MGOe.

Nachfolgend werden die Einzelheiten der Erfindung zur Herstellung des vorerwähnten Permanentmagneten Stufe für Stufe beschrieben.

(A) Die Ausgangsmaterialien werden so abgemessen, daß sie eine Metallmischung ergeben, die eine Zusammensetzung aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen aufweist. Die Metallmischung wird in einem geeigneten Ofen geschmolzen und gründlich gerührt, um eine geschmolzene Legierung mit einer homogenen Zusammensetzung zu erhalten. Dann wird ein Legierungskörper unter Verwendung einer geeigneten Form ausgebildet, und dieser kann dann in die gewünschte Form gebracht werden, z. B. durch Drahtziehen, Schmieden oder Walzen. Der Legierungskörper wird auf 900 bis 1400°C während 1 Minute bis 10 Stunden zur Homogenisierungs- und feste Lösungs-Behandlung erhitzt und dann mit einer hohen Geschwindigkeit von schneller als 30°C/Min. aber langsamer als 2000°C/Sek. abgeschreckt. Das Abschreckverfahren wird durchgeführt, um eine der folgenden Strukturen bei Raumtemperatur zu stabilisieren: Nämlich eine Struktur, die dem Anfangsstadium der Transformation von der gamma-Phase des flächenzentrierten, tetragonalen Systems entspricht oder eine Struktur, die dadurch ausgebildet wird, daß feine Niederschläge der gamma 1-Phase des geordneten Gitters homogen in der gamma-Phasenmatrix des ungeordneten Gitters dispergiert sind.

(B) Nach dem Abschrecken der obigen Stufe (A) wird der Legierungskörper auf 450 bis 800°C und vorzugsweise 550 bis 750°C während 1 Minute bis 500 Stunden und vorzugsweise 5 Minuten bis 100 Stunden wiedererhitzt, unter Ausbildung von lokalen Spannungen in der festen Lösung, welche das Anfangsstadium der Transformation von der ungeordneten gamma-Phase zu dem geordneten Gitter der gamma 1-Phase bedeuten, wobei diese Transformation bei der hohen Temperatur stattfindet. Auf diese Weise wird eine Dislokation der magnetischen Domäne in dem Legierungskörper verhindert und ein Permanentmagnet mit sowohl einer ultrahohen Koerzitivkraft und einem sehr hohen maximalen Energieprodukt ausgebildet.

(C) Alternativ kann man nach dem Abschrecken in der Stufe (A) eine plastische Bearbeitung mit einem Reduktionsverhältnis von größer als 80% an dem Legierungskörper durchführen, z. b. durch Drahtziehen oder durch Walzen.

(D) Nach der plastischen Verarbeitung in Stufe (C) wird der Legierungskörper getempert, indem man das Wiedererhitzen gemäß der obigen Stufe (B) durchführt. Bei diesem Tempern bewirken die internen Spannungen, die während der plastischen Verarbeitung in der obigen Stufe (C) ausgebildet wurden, die Ausbildung geeigneter lokaler Spannungen und von kristallinen Aggregatstrukturen im Laufe der Transformation in die gamma 1-Phase. Dadurch wird die Tendenz in Richtung zur rechtwinkligen, magnetischen Histeresis-Kurve erhöht und ergibt einen Permanentmagneten mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften.

Nachfolgend werden die Gründe, warum die Zusammensetzung der Legierung in der vorerwähnten Art ausgewählt worden ist, erläutert:

Fe: 48 bis 66,9 Atom-%

Grundsätzlich werden durch die vorliegende Erfindung die magnetischen Eigenschaften einer binären Fe-Pt-Legierung mit einem gleichen Atomanteil durch Erhöhen des Eisengehaltes verbessert. Beträgt der Eisengehalt weniger als 48 Atom-%, dann nähert sich das Verhältnis von Fe und Pt in der Legierungszusammensetzung, ausgedrückt durch Atom-%, 50 : 50, und die magnetischen Eigenschaften der Legierung werden schlecht. Wenn andererseits der Eisengehalt 66,9 Atom-% übersteigt, dann neigt die Legierung dazu, ihre magnetischen Eigenschaften zu verlieren. Deshalb wurde ein Anteil von 48 bis 66,9 Atom-% Eisen gewählt.

Pt: 33 bis 47 Atom-%

Beträgt der Platingehalt weniger als 33 Atom-%, so verliert die Legierung ihre magnetischen Eigenschaften. Wenn andererseits der Platingehalt 47 Atom-% übersteigt, dann nähert sich das Verhältnis von Fe und Pt in der Legierungs-Zusammensetzung, ausgedrückt als Atom-%, 50 : 50, und die magnetischen Eigenschaften der Legierung verschlechtern sich. Deshalb wurden 33 bis 47 Atom-% Pt gewählt.

Nb: 0,1 bis 10 Atom-%

Niob verbessert die Reproduzierbarkeit der magnetischen Eigenschaften. Beträgt der Niob-Gehalt weniger als 0,1 Atom-%, dann kann man die gewünschte Reproduzierbarkeit nicht erzielen. Übersteigt andererseits der Niob-Gehalt 10 Atom-%, dann verschlechtern sich die magnetischen Eigenschaften der Legierung. Deshalb wurden 0,1 bis 10 Atom-% Nb gewählt.

Vorzugsweise beträgt der Gehalt an Platin 34 bis 43 Atom-% und der Gehalt an Niob 0,3 bis 5 Atom-%.

Die Bedingungen für das Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandeln gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend erläutert.

Bei der Temperatur für die Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung ist zu berücksichtigen, daß der Ordnungs-Unordnungs-Transformationspunkt der Legierung mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 800 bis 900°C beträgt, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, und daß der Schmelzpunkt etwa 1550°C beträgt. Liegt die Temperatur für die Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung unterhalb 900°C, dann bleibt die gamma 1-Phase des geordneten Gitters erhalten, und man erhält nicht die einzelne gamma-Phase des ungeordneten Gitters. Wenn andererseits die Behandlungstemperatur oberhalb 1400°C, also in der Nähe des Schmelzpunktes, liegt, schmilzt die Legierung. Deshalb wird der Bereich von 900 bis 1400°C für die Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung gewählt.

Beträgt die Dauer der Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung weniger als 1 Minute, dann erzielt man eine befriedigende Homogenität nicht, selbst wenn die Temperatur der Behandlung 1400°C beträgt. Andererseits ergibt eine 10stündige Homogenisierungs-Wärmebehandlung eine ausreichende Homogenität, selbst wenn die Behandlungstemperatur 900°C beträgt, so daß eine Behandlung, die länger als 10 Stunden dauert, keine sinnvolle Verbesserung mehr ergibt. Aus diesem Grund wird eine Dauer von 1 Minute bis zu 10 Stunden für die Homogenisierungs-Wärmebehandlung gewählt.

Hinsichtlich der Abkühlgeschwindigkeit von der hohen Temperatur der Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung gilt: je schneller um so besser. Ist die Kühlgeschwindigkeit weniger als 30°C/Min., dann neigen die dispergierten, feinen Niederschläge der gamma 1-Phase des geordneten Gitters dazu, zu sehr großen gamma 1-Phasenkristallen zu wachsen und behindern die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften. Die obere Grenze für die Kühlgeschwindigkeit wird mit 200°C/Sek. angegeben, weil dies ungefähr die technische Grenze für das Abschrecken beinhaltet und man keine Verbesserung erwarten kann, wenn man noch schneller als diese obere Grenze abkühlt. Deshalb wird die Kühlgeschwindigkeit mit 30°C/Min. bis 2000°C/Sek. für das Abkühlen von der hohen Temperatur der Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung gewählt.

Nachfolgend werden die Bedingungen für das Wiedererhitzen zum Tempern nach dem Abschrecken beschrieben. Liegt die Wiedererhitzungstemperatur unterhalb 450°C, dann wird die Wiedererhitzungszeit, die erforderlich ist, um die gewünschte Temperwirkung zu erzielen, zu lang, d. h. sie beträgt mehr als 500 Stunden. Ein derart langes Erhitzen ist unwirtschaftlich, und irgendeine sinnvolle Verbesserung der magnetischen Eigenschaften kann dabei nicht erwartet werden. Liegt andererseits die Wiedererhitzungstemperatur bei mehr als 800°C, dann besteht eine Neigung, daß sich ein geordnetes Gitter ausbildet, und dadurch werden schlechtere magnetische Eigenschaften ausgebildet. Deshalb wird ein Bereich von 450 bis 800°C für das Tempern gewählt. Ein besonders bevorzugter Bereich ist dabei 550 bis 750°C.

Beträgt das Wiedererhitzen weniger als 1 Minute, dann kann man eine ausreichende Temperatur zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften auch dann nicht erzielen, wenn die Temperatur des Wiedererhitzens 800°C beträgt. Andererseits besteht bei einem Wiedererhitzen von länger als 500 Stunden die Neigung, daß sich die Ausbildung eines geordneten Gitters beschleunigt, wodurch die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften behindert wird. Deshalb wählt man eine Dauer von 1 Minute bis 500 Stunden für das Wiedererhitzen bei der Temperaturbehandlung.

Wird eine plastische Verarbeitung, wie das Drahtziehen oder das Walzen, vor dem Tempern durchgeführt und beträgt das Reduktionsverhältnis weniger als 80%, dann sind die internen Spannungen, die man bei einer derartigen plastischen Verarbeitung erwarten kann, zu gering, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern. Deshalb wird das Reduktionsverhältnis bei der plastischen Verarbeitung auf mehr als 80% gewählt.

Das Abkühlen am Ende des Wiedererhitzens zum Tempern kann entweder schnell oder langsam erfolgen, wobei aber ein schnelles Abkühlen bevorzugt wird.

Zum besseren Verständnis wird auf die beiliegenden Figuren verwiesen. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung, in welcher die Beziehung zwischen der Wiedererhitzungstemperatur und den magnetischen Eigenschaften für drei Arten von Legierungen, enthaltend 37 bis 40 Atom-% Platin und 0,5 Atom-% Niob gezeigt wird;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, in welcher die Beziehung zwischen den Wiedererhitzungsbedingungen, d. h. der Temperatur und der Dauer und den magnetischen Eigenschaften für die Probe Nr. 8 einer erfindungsgemäßen Verbindung gezeigt wird, wobei diese Probe ein typisches Beispiel für eine erfindungsgemäße Verbindung ist und 39,5 Atom-% Platin und 0,5 Atom-% Niob enthält;

Fig. 3, 4 und 5 Diagramme und zeigen die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und den magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Fe-Pt-Nb-ternären Legierungen;

Fig. 6 eine Demagnetisierungskurve der vorerwähnten Probe Nr. 8 der Legierung gemäß der Erfindung nach dem Tempern unter den Bedingungen (a) gemäß Tabelle 1, die nachfolgend beschrieben wird; und

Fig. 7 ein Legierungs-Zusammensetzungs-Diagramm, in welchem der Bereich der Legierungs-Zusammensetzung gemäß der Erfindung schattiert dargestellt ist.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen gezeigt.

Proben von Legierungen mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 wurden in der nachfolgenden Weise unter Verwendung von Elektrolyteisen mit einer Reinheit von 99,9% Platin und Niob hergestellt. 10 g der Ausgangsmaterialien insgesamt mit der gewünschten Zusammensetzung wurden abgemessen und in ein Aluminiumoxid-Tamman-Rohr eingegeben und die Materialien wurden in einem Tamman-Ofen erschmolzen, wobei man Argongas hindurchleitete. Die Schmelze wurde gründlich gerührt unter Ausbildung einer homogenen geschmolzenen Legierung, und die Legierungsschmelze wurde in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von 2,0 bis 3,8 mm angesaugt unter Ausbildung eines runden Legierungsstabes. In gleicher Weise wurden runde Legierungsstäbe für unterschiedliche Legierungs-Zusammensetzungen, wie sie in Tabelle 1 gezeigt werden, hergestellt. Die Proben für die verschiedenen Legierungen erhält man, indem man die runden Legierungsstäbe in einer Länge von 25 mm schnitt.

Die Proben wurden durch Erhitzen auf 900 bis 1400°C während 1 Stunde homogenisiert, und die homogenisierten Proben wurden entweder mit Wasser oder durch Abkühlen an der Luft abgeschreckt. Einige der Proben wurden geprüft nach dem Abschrecken aber ohne Tempern, während andere Proben unter den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen getempert wurden, bevor die Prüfung erfolgte.

Die so behandelten Proben wurden auf ihre magnetischen Eigenschaften untersucht. Die Proben 2, 3 und 14 gemäß Tabelle 1 wurden zu Drähten nach dem Abschrecken gezogen und wurden dann getempert und geprüft. Die Ergebnisse der Prüfung werden ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 geht hervor, daß die Proben mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, die unter den Bedingungen der Erfindung behandelt wurden, eine ultrahohe Koerzitivkraft, eine hohe restliche magnetische Flußdichte und ein sehr großes maximales Energieprodukt aufweisen.

Fig. 1 zeigt die Wirkung des Temperns auf die magnetischen Eigenschaften für drei Proben mit unterschiedlicher Legierungs-Zusammensetzung: Probe Nr. 3 (Fe-37 Pt-0,5 Nb), Nr. 6 (Fe-38,5 Pt-0,5 Nb) und Nr. 9 (Fe-40 Pt-0,5 Nb). Diese drei Proben wurden alle die gleiche Zeit, nämlich 2 Stunden, bei unterschiedlichen Temperaturen im Bereich von 500 bis 750°C getempert. Aus der Figur geht hervor, daß die Tempertemperatur zur Erzielung einer hohen Koerzitivkraft je nach der Legierungs-Zusammensetzung variierte. Im Falle der Proben Nr. 6 und 9, die Platingehalte von 38,5 Atom-% bzw. 40 Atom-% aufwiesen, ergab das Abschrecken alleine schon eine recht gute Koerzitivkraft, wobei durch das Tempern eine weitere Verbesserung der Koerzitivkraft auf die sehr großen Werte von 3,5 bis 5,2 kOe erzielt wurde. Bei der Erzielung dieser sehr großen Koerzitivkräfte betrugen die restlichen magnetischen Flußdichten 10,9 bis 10 kG und die maximalen Energieprodukte 14,5 bis 20 MGOe.

Aus Tabelle 1 und Fig. 2 geht hervor, daß von den geprüften Proben die Probe Nr. 8 (Fe-39,5 Pt-0,5 Nb) das größte maximale Energieprodukt, nämlich 22 MGOe, aufwies. Die Erfinder stellten fest, daß die Probe Nr. 8 ein extrem großes maximales Energieprodukt von 26 MGOe beim Abkühlen auf eine sehr niedrige Temperatur (-196°C) unter Verwendung von flüssigem Stickstoff aufwies.

Es bleibt festzuhalten, daß eine plastische Verarbeitung bei den erfindungsgemäßen Legierungen möglich ist. Die Versuche zeigten, daß Permanentmagneten, die durch plastische Verarbeitung ausgebildet wurden, bessere magnetische Eigenschaften aufwiesen als solche, bei denen keine plastische Verarbeitung stattfindet.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen den magnetischen Eigenschaften und den Bedingungen beim Tempern bei konstanter Temperatur, d. h. der Erhitzungstemperatur und der Dauer, für die Probe Nr. 8 (Fe-39,5 Pt-0,5 Nb), die eine typische erfindungsgemäße Legierung darstellt. Bei dieser Probe ist, wenn die Temperatur beim Tempern niedrig ist, eine lange Dauer der Erhitzungsbehandlung erforderlich, um gute magnetische Eigenschaften zu erzielen.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen den Zusammensetzungen der Fe-Pt-Nb-ternären Legierungen und den Koerzitivkräften. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen den Zusammensetzungen der Fe-Pt-Nb-ternären Legierungen und deren restlichen magnetischen Flußdichten. Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen den Zusammensetzungen der Fe-Pt-Nb-ternären Legierungen und deren maximalen Energieprodukten.

Fig. 6 zeigt die Entmagnetisierungskurve für die Probe Nr. 8 (Fe-39,5 Pt-0,5 Nb), die eine hohe restliche magnetische Flußdichte und Koerzitivkraft aufwies und deren maximales Energieprodukt das größte aller geprüften Proben war. Die Legierung Nr. 8 war leicht zu bearbeiten, und es wurde festgestellt, daß sie geeignet für sowohl kleine Magneten mit komplizierter Form ist als auch für Magneten, die bei einer Temperatur, die erheblich unterhalb Raumtemperatur liegt, geeignet ist.

Die schattierte Fläche der Fig. 7 umreißt die Zusammensetzung der Legierung für die Permanentmagneten gemäß der Erfindung.

Wie ausführlich beschrieben wurde, kann man die erfindungsgemäßen Permanentmagneten herstellen durch eine sehr einfache Wärmebehandlung, und diese Legierung weist eine hohe Verarbeitbarkeit aufgrund ihrer Zusammensetzung aus Eisen, Platin und einer geringen Menge Niob auf. Weiterhin haben die erfindungsgemäßen Permanentmagneten eine ultrahohe Koerzitivkraft und ein sehr großes maximales Energieprodukt, und sie sind deshalb für zahlreiche technische Zwecke hervorragend geeignet.

Claims (7)

1. Permanentmagnet, bestehend im wesentlichen aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen mit einer Koerzitivkraft von mehr als 500 Oe, einer restlichen magnetischen Flußdichte von mehr als 5 kG (kilo-Gauß) und einem maximalen Energieprodukt von größer als 2 MGOe (Mega-Gauß-Oersted), wobei der Permanentmagnet eine Kristallstruktur mit einer unvollständigen einfachen gamma 1-Phase eines flächenzentrierten, tetragonalen Systems aufgrund entweder der Zusammensetzung oder der angewendeten Wärmebehandlung hat.

2. Permanentmagnet, bestehend im wesentlichen aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen mit einer Koerzitivkraft von mehr als 500 Oe, einer restlichen magnetischen Flußdichte von mehr als 5 kG und einem maximalen Energieprodukt von größer als 2 MGOe, wobei der Permanentmagnet eine Zweiphasen-Kristallstruktur hat, die aus einer gamma-Phasenmatrix des flächenzentrierten kubischen Systems und einem homogen dispergierten, feinen Niederschlag der gamma 1-Phase gebildet ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einem großen maximalen Energieprodukt und einer ultrahohen Koerzitivkraft, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Stufen umfaßt: Erhitzen einer Legierung, bestehend im wesentlichen aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen auf 900 bis 1400°C während 1 Minute bis 10 Stunden unter Ausbildung einer Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung und Abschrecken der Legierung mit einer Hochgeschwindigkeits-Kühlrate von schneller als 30°C/Min. aber langsamer als 2000°C/Sek.

4. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einem großen maximalen Energieprodukt und einer ultrahohen Koerzitivkraft, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Stufen umfaßt: Erhitzen der Legierung, bestehend im wesentlichen aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen auf 900 bis 1400°C während 1 Minute bis 10 Stunden unter Ausbildung einer Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung, Abschrecken der Legierung mit einer Hochgeschwindigkeits-Kühlrate von schneller als 30°C/Min. aber langsamer als 2000°C/Sek., Wiedererhitzen der Legierung auf 450 bis 800°C während 1 Minute bis 500 Stunden und anschließendes Abkühlen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einem großen maximalen Energieprodukt und einer ultrahohen Koerzitivkraft, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Stufen umfaßt: Erhitzen der Legierung, bestehend im bestehend im wesentlichen aus 48 bis 66,9 Atom-% Eisen, 33 bis 47 Atom-% Platin, 0,1 bis 10 Atom-% Niob und weniger als 0,5 Atom-% Verunreinigungen, auf 900 bis 1400°C während 1 Minute bis 10 Stunden unter Ausbildung einer Homogenisierungs-feste Lösungs-Behandlung, Abschrecken der erhitzten Legierung mit einer Hochgeschwindigkeits-Kühlrate von schneller als 30°C/Min. aber langsamer als 2000°C/Sek., plastische Verarbeitung der abgeschreckten Legierung mit einem Reduktionsverhältnis von größer als 80%, Erhitzen der bearbeiteten Legierung auf 450 bis 800°C während 1 Minute bis 500 Stunden und abschließendes Kühlen.

6. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Verarbeitung durch Drahtziehen durchgeführt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Verarbeitung durch Walzen durchgeführt wird.