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Verfahren zum Herstellen von hochwertigen Dauermagnetlegierungen auf
der Grundlage Eisen-Nickel-Aluminium Die Verwendung von Eisenlegierungen mit bis
4.o % Nickel, 3 bis 2o % Aluminium und gegebenenfalls einem oder mehreren der Metalle
Kobalt, Kupfer, Chrom, Mangan, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Titan zur Herstellung
von Dauermagneten ist bekannt. Bei der Herstellung von Legierungen auf der Grundlage
Eisen-Nickel-Aluminium gelangen mit den Ausgangsstoffen bekanntlich mehr oder weniger
große Mengen Kohlenstoff in die Legierung.
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Wenn auch Legierungen mit Kohlenstoffgehalten bis zu i % und mehr
unter Umständen noch brauchbare Magnete ergeben, so ist doch eine möglichst weitgehende
Entfernung des Kohlenstoffs mit Rücksicht auf die magnetische Güte der Legierung
anzustreben. Die Verwendung möglichst reiner Ausgangsstoffe zur Herstellung der
in Frage stehenden Legierungen ist daher gegeben. Aus wirtschaftlichen Gründen kommen
jedoch als Ausgangsstoffe bestenfalls technisch reine Metalle in Frage, so. daß
beim Eisen mindestens mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa o,o3 %, beim Nickel mit
o,2 %, beim Kobalt mit 0,5 % Kohlenstoff gerechnet werden muß. Eine Legierung, beispielsweise
aus 22,5 % Nickel, i o % Aluminium, 13 % Kobalt, 5 % Kupfer; Rest Eisen,
enthält dementsprechend etwa o, 12 % Kohlenstoff.
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Es wurde nun gefunden, daß eine Verringerung des Kohlenstoffgehaltes
auf unterhalb o, i %, beispielsweise auf weniger als o,o5 %, die magnetischen Eigenschaften
der Legierung noch erheblich verbessert und daß eine derartige Verringerung des
Kohlenstoffgehaltes auch bei Verwendung kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe, insbesondere
der technisch reinen Metalle, erzielt werden kann.
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Gemäß der Erfindung werden hochwertige Dauermagnetlegierungen auf
der Grundlage Eisen-Nickel-Aluminium in der Weise hergestellt, daß zunächst alle
Legierungsbestandteile außer Aluminium in an sich bekannter Weise eingeschmolzen
werden, die Schmelze dann mit Hilfe von üblichen Oxydationsmitteln auf Kohlenstoffgehalte
unterhalb o, i %, beispielsweise auf weniger als o,o5 %, gebracht wird und ihr erst
hierauf das Aluminiuni zugesetzt wird.
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Zur Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung sei erwähnt, daß
eine oxydierende Behandlung der Aluminium enthaltenden Schmelze nicht zum Erfolg
führen würde. Deren der Sauerstoff hat bekanntlich zum Aluminium eine größere Verwandtschaft
als zum Kohlenstoff; so daß bei oxydierender Behandlung der Aluminium enthaltenden
Schmelze ein erhöhter Abbrand von Aluminium (Bildung vorn Alum.inium.oxyd), nicht
aber ein Entfernung des Kohlenstoffs erreicht werden würde.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung führt beispielsweise dadurch zum
Ziel, daß man
Luft zu den niederschmelzenden oder niedergeschmolzenen
Bestandteilen der alürniniiunfreien: Ausgangsschmelze zutreten läßt. Beim Niederschmelzen
der Ausgangsstoffe in Gegenwart 'von Luft, z. B. durch Öffnen des Tiegeldeckels,
mit oder .ohne gleichzeitiges Durchblasen von Luft durch die Schmelze erfolgt eine
oberflächliche Oxydierung der eingebrachten Stücke aus Eisen, gegebenenfalls auch
Nickel und Kobalt, oder der Schmelze, und die erhaltenen geringen Oxydmengen bewirken
ein Heraustrennen des Kohlenstoffs aus der Schmelze.
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Überschüssige Oxydmengen werden, sobald Aluminium zu der Schmelze
zugesetzt wird, durch dieses zu Metall reduziert. Mit Rücksicht auf den hierdurch,
und zwar durch Bildung von Aluminiumoxyd, erfolgenden Abgang metallischen Aluminiums
und mit Rücksicht auf den üblichen Abbrand müssen selbst--verständlicherweise etwas
größere Mengen Aluminium in die Schmelze eingebracht werden, als rechnungsmäßig
zur Bildung der beabsichtigten Legierung erforderlich sind.
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Ein anderes Mittel zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
durch das auch trotz Verwendung verhältnismäßig viel Kohlenstoff enthaltender Ausgangsstoffe
Legierungen mit sehr geringem Kohlenstoffgehalt gewonnen werden können, besteht
darin, daß ein Teil der Legierungshestandteile - Aluminium ist hier ausgeschlossen
-als Oxyd in die aluminiumfreie Ausgangsschmelze eingebracht wird. Beispielsweise
kann zur Herstellung einer Eisen-Nickel-Aluminium-Kobalt-Kupfer-Legierung Kupfer
in Form von pulverförmigem Kupferoxyd; gegebenenfalls mit dem Nickel und dem Kobalt
gemischt, in die Schmelze eingebracht bzw.. niedergeschmolzen werden. Das flüssige
Bad wird zweckmäßigerweise durchgerührt und bei etwa 16oo° C wird dann das Aluminium
nach und nach zugesetzt. Da das,oxydhaltige Bad stark mit dem Aluminium reagiert,
muß, um eine unerwünschte Überhitzung der Schmelze zu vermeiden, anfangs vorsichtig
mit denn Zusetzen des Aluminiums verfahren werden. Es gelingt so, den Kohlenstoffgehalt
der Legierung von o, i bis o,--7 % auf weniger als o;o5 % herabzudrücken und die
magnetischen Eigenschaften der Legierung wesentlich zu verbessern.
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Anstatt Kupfer in Form seines Oxyds in die Schmelze einzubringen,
kann je nach den Umständen auch ein anderes Metalloxyd eingebracht werden,
z. B. ein Oxyd des Eisens, Nickels .oder Kobalts. Auch Oxyde anderer Metalle, deren
Gegenwart in der Legierung magnetisch nicht oder nicht nachteilig wirkt, können
zugesetzt werden, sofern sie den Kohlenstoff heraustrennen und das überschüssige
Oxyd entweder leicht entfernbar oder durch das nachfolgend zugesetzte Aluminium
reduzierbar ist. Im allgemeinen reicht eine Menge des Metalloxyds von bis etwa 5
Gewichtsprozent des gesamten Einsatzes aus, um die erstrebte Wirkung zu erzielen.-Die
bezüglich der Zugabe des Aluminiums zu beobachtenden Regeln gelten selbstverständlich
auch für solche Metalle; die eine ähnliche äußerst starke Verwandtschaft zum Sauerstoff
haben wie das Aluminium, beispiessweise Titan. Soll die Legierung Titan enthalten,
so ist daher nicht nur das Aluminium, sondern auch das Titan der Schmelze der übrigen
Legierungsbestandteile erst dann zuzusetzen, nachdem diese loxydierend behandelt
worden ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wirkt sich bei der eingangs erwähnten
Legierung aus 22,5% Nickel, io % Aluminium, i3 0;ö Kobalt, 5 % Kupfer, Rest Eisen
und Kohlenstoff beispielsweise wie folgt aus: Die unter Verwendung technisch reiner
Ausgangsstoffe erschmolzene ' Legierung hat einen Kohlenstoffgehalt von etwa o,12
%; betriebsmäßig in Kokillen zu Stäben mit rechteckigem Querschnitt von io mm mal
29 mm vergossen, i Stunde lang bei 7oo° angelassen und dann magnetisiert, beträgt
das Produkt aus Koerzitivkraft und Remanenz (Br - Hc) im Durchschnitt 3,4- los.
Wird die gleiche Legierung gemäß der Erfindung in der Weise hergestellt, daß das
Kupfer in Form von Kupferoxyd (Cu0) der Ausgangsschmelze zugesetzt wird, wodurch
der Kohlenstoffgehalt der Legierung auf o,047 0,'0 herabgedrückt wird, so. ergibt
das Produkt aus Koerzitivkraft und Remanenz unter sonst gleichen Bedingungen der
Verarbeitung und Behandlung der Legierung einen Durchschnittswert von 4,35 - 10'-Es
ist bekannt, den Kohlenstoffgehalt von Roheisen durch Frischeis zu vermindern, wobei
der Sauerstoff der der Schmelze zugeführten Luft den Kohlenstoff zum Teil heraustrennt.
Auch die Zugabe von Metalloxyden zur Schmelze beim Frischmoder zur Herabdrückung
des Kohlenstoffgehaltes von Eisenlegierungen ist schon vorgeschlagen worden. i Ferner
hat man als Grundstoff gewisser Legierungen ein in üblicher Weise entkohltes Eisen
verwendet, welchem die übrigen Bestandteile der Legierung erst nach erfolgter Entkohlung
zugesetzt wurden. Die bekannten i Maßnahmen beziehen sich jedoch nicht auf die Herstellung
von Daüermagnetlegierunger. Mit jenen Maßnahmen ist auch nicht beabsichtigt worden,
eine Verminderung des Kohlenstoffgehaltes-auf unterhalb o, i %, ins- i besondere
auf weniger als o,o5 %, also auf einen Gehalt, der gegebenenfalls noch unter
demjenigen
liegt, der sich bei Verwendung technisch reiner Ausgangsstoffe ergeben würde, herbeizuführen;
auch ist in ihnen nicht die Erkenntnis enthalten, daß eine derartige Verminderung
des Kohlenstoffgehaltes eine wesentliche Verbesserung der magnetischen Eigenschaften
der in Frage stehenden Dauermagnetlegierungen mit sich bringt.