DE685275C - Process for making permanent magnet alloys - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen von Dauermagnetlegierungen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von an sich bekannten Dauermagnetlegierungen, die als wesentliche Bestandteile Eisen, Aluminium, Nickel, Kupfer sowie Kobalt enthalten, und zwar mit oder ohne ein oder mehrere andere Elemente, wie Chrom, Mangan, Molybdän, Silicium, Uran, Vanadium, Wolfram, Silber, Zinn, Zirkonium, Tantal und Titan, deren Menge jedoch nicht ausreicht, um die magnetischen Eigenschaften der Legierung zu verschlechtern, und z. B. im ganzen 5 Gewichtsprozent nicht übersteigt, während der ' Kohlenstoffgehalt unterhalb von i % und vorzugsweise annähernd Null ist. In Dauermagneten dieser Art bildet bekanntlich das Eisen den Hauptbestandteil, und sein Gewichtsverhältnis übersteigt dasjenige irgendeines anderen Bestandteiles, während der Nickelgehalt zwischen etwa io % und 25 °/o, der Aluminiumgehalt zwischen etwa 7 % und 2o °/o, der Kobaltgehalt zwischen etwa i °/o und 35 °/o und der Kupfergehalt bis zu i5 % schwanken können.Method for producing permanent magnet alloys The invention relates to the production of permanent magnet alloys known per se which contain iron, aluminum, nickel, copper and cobalt as essential constituents, with or without one or more other elements such as chromium, manganese, molybdenum , Silicon, uranium, vanadium, tungsten, silver, tin, zirconium, tantalum and titanium, the amount of which, however, is insufficient to impair the magnetic properties of the alloy, and e.g. B. does not exceed a total of 5 percent by weight, while the 'carbon content is below i % and preferably approximately zero. In permanent magnets of this type, as is known, iron forms the main constituent and its weight ratio exceeds that of any other constituent, while the nickel content is between about 10 % and 25 %, the aluminum content between about 7% and 20%, the cobalt content between about i ° / o and 35 ° / o and the copper content may vary by up to 15%.

Bei der Herstellung derartiger Legierungen war es bisher üblich, die Einzelmetalle in möglichst reinem Zustande getrennt in die Schmelze einzufügen, und zwar vorzugsweise derart, .daß erst sämtliche Komponenten ohne Aluminium geschmolzen wurden und erst dann das Aluminium hinzugesetzt wurde. Die Erfindung besteht darin, daß der erforderliche Kobalt- und Kupfergehalt der Legierung ganz oder teilweise in Form eines beim Raffinieren von Kupfer-Kobalt-Erzen anfallenden Zwischenerzeugnisses einverleibt wird, das im wesentlichen aus Kobalt, Kupfer, Eisen, Schwefel und Silicium besteht und daneben Spuren von Kohlenstoff, Blei, Mangan, Nickel, Antimon, Zink und Schlacke enthält. Es hat sich gezeigt, daß die in dem Zwischenerzeugnis von Haus aus enthaltenen Verunreinigungen, namentlich Schwefel und Silicium, welche beim Zufügen zu dem gewöhnlichen Stahl äußerst nachteilig wirken würden, bei der Herstellung von Dauermagnetstählen nicht nur unschädlich, sondern sogar nützlich sind. An sich gehört die Verwendung von Vorlegierungen zum Gemeingut der Legierungstechnik, diese werden aber gewöhnlich nach strengen Vorschriften und mit sehr reinen Ausgangsstoffen hergestellt und sind daher kostspielig, bezwecken auch im allgemeinen nur die Erniedrigung des Schmelzpunktes des Zusatzmetalls, ohne daß sich ein besonderer Vorteil gegenüber dem Zusatz der Einzelmetalle ergibt.In the manufacture of such alloys, it has been customary to date that To insert individual metals separately into the melt in as pure a state as possible, and preferably in such a way that all components without aluminum are first melted and only then was the aluminum added. The invention consists in that the required cobalt and copper content of the alloy in whole or in part in the form of an intermediate product from the refining of copper-cobalt ores is incorporated which consists essentially of cobalt, copper, iron, sulfur and silicon and traces of carbon, lead, manganese, nickel, antimony, zinc and contains slag. It has been shown that the in the intermediate product of House from contained impurities, namely sulfur and silicon, which when added to ordinary steel would be extremely detrimental to the Making permanent magnet steels not only harmless, but even useful are. In itself, the use of master alloys is part of the common property of alloy technology, However, these are usually made according to strict regulations and with very pure starting materials manufactured and are therefore expensive, and are generally only intended for degradation the melting point of the additional metal, without any particular advantage over the addition of the individual metals results.

Verwendet man erfindungsgemäß anstatt der Einzelmetalle Kupfer und Kobalt das genannte Zwischenerzeugnis, so wird die Herstellung der Legierung infolge des sehr geringen Preises dieses Zwischenerzeugnisse nicht nur wesentlich verbilligt, sondern e: entstehen Legierungen, die den üblichen die' ser Art erheblich überlegen sind.According to the invention, instead of the individual metals, copper and copper are used Cobalt is said intermediate product, so the production of the alloy will result of the very little Price of this intermediate product not only Significantly cheaper, but e: alloys are created that match the usual these 'ser Kind are vastly superior.

Das Zwischenerzeugnis enthält gewöhnli@ lr@ Kobalt etwa 54 Gewichtsprozent, Kuptrz etwa 12 0/0, Eisen etwa a8 0/0, Schwefel etwa 0,76 °/0, Silicium etwa 1,5 0/0 gemeinsam inii Spuren von Kohlenstoff, Blei, Mangan, Nickel, Antimon, Zink und Schlacke. Es ist einleuchtend, daß die jeweilig anfallenden Sätze eines solchen Zwischenerzeugnisses in ihrer Zusammensetzung wechseln und noch andere Elemente als die genannten enthalten können.Containing the intermediate product usual place @ Ir @ cobalt about 54 percent by weight, about 12 0/0 Kuptrz, iron about 0/0 a8, sulfur about 0.76 ° / 0, silicon about 1.5 0/0 together inii traces of carbon, lead , Manganese, nickel, antimony, zinc and slag. It is obvious that the respective accruing sets of such an intermediate product change in their composition and may contain other elements than those mentioned.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird das Zwischenerzeugnis, beispielsweise von der genannten Zusammensetzung, in einen Tiegel gemeinsam mit dem zum Ergänzen der Legierung bis zu dem gewünschten Eisengehalt erforderlichen zusätzlichen Eisen, etwaigem zusätzlichem Kobalt und der erforderlichen Menge von Nickel eingebracht und das Ganze bis zum Schmelzen erhitzt. Der Schmelzpunkt des Zwischenerzeugnisses ist sowohl niedriger als derjenige von reinem Kobalt als auch von reinem Eisen, und da der Schmelzpunkt der entstehenden Legierung tiefer als derjenige von Nickel liegt, so wird das gänzliche Verschmelzen rascher eintreten, als wenn särntliche Bestandteile sich in freiem, reinere Zustände befinden würden.In the practical implementation of the invention, the intermediate product, for example of the composition mentioned, in a crucible together with that required to replenish the alloy up to the desired iron content additional iron, any additional cobalt, and the required amount of Introduced nickel and heated the whole thing until it melted. The melting point of the Intermediate product is both lower than that of pure cobalt and of pure iron, and since the melting point of the resulting alloy is lower than that of nickel lies, the complete fusion will take place more quickly, as if superficial constituents were in free, purer states.

Nachdem der Tiegelinhält geschmolzen wurde, wird umgerührt, wonach :die erforderliche Menge reines Aluminium und, wenn nötig, etwaiges zusätzliches Kupfer in die Schmelze eingefügt werden, wonach wiederum umgerührt und sofort vergossen wird. Beimengungen des Zwischenerzeugnisses, wie Blei und Zink, verdampfen meistenteils während des Schmelzens oder gehen in die Schlacke über, etwas davon kann aber in der Legierung ohne Schaden verbleiben.After the contents of the crucible have melted, it is stirred, whereupon : the required amount of pure aluminum and, if necessary, any additional Copper can be inserted into the melt, after which again stirred and immediately poured will. Admixtures of the intermediate product, such as lead and zinc, mostly evaporate during melting or go into the slag, but some of it can be in the alloy remain undamaged.

Zweckmäßig können die Mengenverhältnisse von Kupfer und Kobalt durch Verwendung von kupferreichen oder kobaltreichen Zwischenerzeugnissen oder durch Vermengen von ein verschiedenes Verhältnis von Kupfer und Kobalt aufweisenden einzelnen Zwischenerzeugnissen geregelt werden, damit der erforderliche Gesamtbetrag von Kupfer und Kobalt erzielt wird. Werden noch andere Elemente, wie Chrom, Mangan, Molybdän, nennenswerte Mengen von Silicium, Uran, Vanadium, Wolfram, Silber, Zinn, Zirkonium, Täntal oder Titan, in der endgültigen Legierung gewünscht, so können diese, zweckmäßig nach dem Einbringen des Zwischenerzeugnisses und nach * dem Zusammenschmelzen von Eisen und Nickel, in einigen Fällen jedoch vor diesem Zusammenschmelzen, eingefügt werden.The proportions of copper and cobalt can expediently through Use of copper-rich or cobalt-rich intermediate products or by Blending together of each having a different ratio of copper and cobalt Intermediate products are regulated to allow the total amount of copper required and cobalt is obtained. Are other elements such as chromium, manganese, molybdenum, significant amounts of silicon, uranium, vanadium, tungsten, silver, tin, zirconium, Täntal or titanium, if desired in the final alloy, can be appropriate after introducing the intermediate product and after * melting together Iron and nickel, but in some cases prior to this fusion, are added will.

Die Legierung wird zweckmäßig unmittel-;dr in Formen gegossen, um Formlinge für @,>äuermab ete zu erzeugen. Die Formen .l>#,nnen Kokillenformen sein, um ein rasches Kühlen zu bewirken, oder auch gewöhnliche Sandformen und ähnliche. Die Formlinge werden nach einem anschließenden Glüh- und Härteverfahren, wenn nötig, geschliffen und magnetisiert.The alloy is expediently cast directly into molds in order to To produce moldings for @,> outer dimensions. The forms .l> #, can be mold forms, to provide rapid cooling, or ordinary sand molds and the like. After a subsequent annealing and hardening process, the moldings are, if necessary, ground and magnetized.

Die Erfindung ermöglicht; bessere und billigere Dauermagnete herzustellen, und zwar weil die abgekürzte Schmelzdauer nicht nur die Güte des Magneten verbessert, sondern auch die Arbeitskosten herabsetzt. Ferner ist die chemische und physikalische Bindung zwischen Kobalt, Kupfer und Eisen ausgereifter und stabiler. Die Anwesenheit von Schwefel, Silicium und Schlacketeilchen in dem Zwischenerzeugnis begünstigt die Entstehung einer geeigneten Atmosphäre und einer Schützschlackenschicht, wodurch die unerwünschte Oxydation der Legierungsschmelze gemindert wird.The invention enables; make better and cheaper permanent magnets, because the shortened melting time not only improves the quality of the magnet, but also reduces labor costs. Furthermore, the chemical and physical Bond between cobalt, copper and iron more mature and stable. The presence favored by sulfur, silicon and slag particles in the intermediate product the creation of a suitable atmosphere and a protective slag layer, whereby the undesired oxidation of the alloy melt is reduced.

Die bisher herstellbaren Legierungen der genannten Art und die Dauermagnete aus denselben waren im allgemeinen brüchig und zerreiblich, obwohl sie eine große Härte besaßen. Bei der üblichen Wärmebehandlung neigten diese Magnete zur Rißbildung. Dagegen besitzen die Legierungen und Magnete gemäß Erfindung eine größere natürliche mechanische Festigkeit und eine geringere Zerreibbarkeit als bisher, und ihre Neigung zur Rissebildüng während der Wärmebehandlung ist wesentlich herabgesetzt.The previously manufactured alloys of the type mentioned and the permanent magnets the same ones were generally brittle and friable, although they were a large one Possessed hardness. These magnets tended to crack when subjected to the usual heat treatment. In contrast, the alloys and magnets according to the invention have a greater natural value mechanical strength and a lower friability than before, and their tendency crack formation during heat treatment is significantly reduced.

Nachfolgende Zahlen verdeutlichen die genannten Vorzüge bei Magneten aus zwei Legierungen, von denen die Legierung A nach dem üblichen Verfahren, die Legierung B gemäß Erfindung hergestellt wurde.The following figures clarify the advantages mentioned with magnets of two alloys, of which alloy A according to the usual method, the Alloy B was made according to the invention.

Die Zusammensetzung war die folgende: C Cu Ni Co Al 111 1, 1111ö% 'A, Legierung A 0,02 5,95 16;82 12,63 9,7 Legierung B 0,02 5,91 17,37 12,63 9,81 Die magnetischen Eigenschaften zeigten: Koerzitiv- B- kraft Remanenz Legierung A 479,0 8o8o 1,593 X 106 Legierung B 456,o 83o0 1,597 X Zoo Die Bruchfestigkeit beim Auffallenlassen einer Gewichtsmasse auf die Magnetkörper, ausgedrückt in der zum Brechen benötigten Arbeit, betrug bei der Legierung A o,89 mkg, bei der Legierung B s,57 mkg. Bei der Einwirkung eines Sandstrahlgebläses erwiesen sich die Legierungen gemäß Erfindung als wesentlich widerstandsfähiger gegen Abblättern und Abspalten als die üblichen.The composition was as follows: C Cu Ni Co Al 111 1, 11116 % 'A, Alloy A 0.02 5.95 16; 82 12.63 9.7 Alloy B 0.02 5.91 17.37 12.63 9.81 The magnetic properties showed: Coercive B- by virtue of remanence Alloy A 479.0 8o8o 1.593 X 106 Alloy B 456, o 83o0 1.597 X Zoo The breaking strength when a weight was dropped on the magnetic bodies, expressed in terms of the work required for breaking, was 0.89 mkg for alloy A and 57 mkg for alloy B s. When exposed to a sandblasting fan, the alloys according to the invention were found to be significantly more resistant to peeling and splitting than the usual ones.

Die Verbesserungen der physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Legierungen und Magnete gemäß Erfindung ist ferner begleitet von einem Unterschied im Kristallgefüge gegenüber demjenigen Gefüge, das bei der Herstellung von Dauermagnetlegierungen ähnlicher Zusammensetzung nach dem bisher üblichen Verfahren entsteht, indem die ersteren ein grobes polygonales Kristallgefüge und die letztern im allgemeinen vorwiegend ein Nadelgefüge aufweisen.The improvements in physical and mechanical properties of the alloys and magnets according to the invention is also accompanied by a difference in the crystal structure compared to the structure that is used in the manufacture of permanent magnet alloys Similar composition arises according to the previously customary process by the the former have a coarse polygonal crystal structure and the latter in general predominantly have a needle structure.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Herstellen von im wesentlichen aus Eisen, Aluminium, Nickel, Kupfer und Kobalt bestehenden Dauermagnetlegierungen durch Schmelzen der Ausgangsstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Kobalt- und Kupfergehalt der Legierung ganz oder teilweise durch Miteinschmelzen eines beim Raffinieren von Kupfer-Kobalt-Erzen anfallenden Zwischenerzeugnisses einverleibt wird, das im wesentlichen aus Kobalt, Kupfer, Eisen, Schwefel und Silicium besteht und daneben Spuren von Kohlenstoff, Blei, Mangan, Nickel, Antimon, Zink und Schlacke enthält.PATENT CLAIM: Process for the production of essentially iron, Aluminum, nickel, copper and cobalt existing permanent magnet alloys by melting the starting materials, characterized in that the required cobalt and copper content of the alloy in whole or in part by co-melting one when refining Copper-cobalt ores incurred intermediate product is incorporated, which is essentially consists of cobalt, copper, iron, sulfur and silicon and also traces of Contains carbon, lead, manganese, nickel, antimony, zinc and slag.