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Verfahren zur Wärmebehandlung einer Kobalt-Platin-Legierung für Magnete
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kobalt-Platin-Magnet und betrifft insbesondere
das Verfahren zur Herstellung eines Kobalt-Platin-Magnets mit einem außerordentlich
hohen Energiewert in Verbindung mit hoher Koerzitivkraft.
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Es ist bekannt, daß man verschiedenen Kobalt-Platin-Legierungen dauermagnetische
Eigenschaften geben kann. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, daß Dauermagnete
aus Legierungen von Kobalt und Platin herzustellen sind, die einen verhältnismäßig
hohen Energiewert von 3,8 - ros Gauss-Oersted in Verbindung mit einer hohen Koerzitivkraft
HC im Bereich von etwa 265o Oersted und einer wahren Koerzitivkraft H,1 von etwa
4000 Oersted haben. Bisher hatte man jedoch in der Praxis an magnetischen Kobalt-Platin-Legierungen
kein großes Interesse, und zwar deshalb, weil günstigere magnetische Eigenschaften,
soweit diese bei solchen Legierungen gegenüber den bekannten dauermagnetischen Legierungen
festgestellt werden konnten, bei weitem durch den außerordentlich hohen Preis der
platinenthaltenden Legierungen aufgewogen wurden. Der Preisunterschied gegenüber
den handelsüblichen Hochleistungsmagnetlegierungen, wie z. B. magnetischen Eisen,
Aluminium, Kobalt und Nickel enthaltenden Legierungen, ist nämlich ganz beträchtlich.
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Während also bei der fabrikatorischen Verwendung von Kobalt-Platin-Legierungen
der Kostenpunkt wahrscheinlich der bestimmende Faktor gewesen ist, so kann doch
die Kostenfrage von zweitrangiger Bedeutung sein, wenn es sich um
einen
Werkstoff handelt, der für bestimmte Anwendungsfälle genügend bessere Eigenschaften
aufweist.
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Die Erfindung schafft nun einen Dauermagnet aus einer Kobalt-Platin-Legierung,
dessen magnetische Eigenschaften den bisher erzielten deutlich überlegen sind, und
zwar ist diese Überlegenheit so groß, daß die fabrikatorische Verwendung eines solchen
Magnets trotz seiner hohen Kosten für bestimmte Verwendungszwecke geboten ist.
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Die Erfindung besteht insbesondere in einem neuen und verbesserten
Verfahren zur Wärmebehandlung von Kobalt-Platin-Legierungerfr, wodurch man einen
Dauermagnet erhält, der einen wesentlich höheren Energiewert und eine beträchtlich
gesteigerte Koerzitivkraft aufweist, wie sie bisher weder mit Kobalt-Platin-Legierungen
noch mit irgendwelchen anderen handelsüblichen magnetischen Legierungen erzielt
werden konnte.
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In der Zeichnung zeigen die Fig. i bis 3 die magnetischen Eigenschaften,
welche gemäß der Erfindung erreicht werden können.
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Das Verfahren gemäß der -Erfindung beruht, kurz gesagt, auf der Erkenntnis,
daß man Magnete mit außerordentlich hohen äußeren Energiewerten und erheblicher
Koerzitivkraft erhalten kann; indem man eine Kobalt-Platin-Legierung aus 17 bis
23,5 Gewichtsprozent Kobalt, Rest Platin, einem Lösungsglühen bei einer Temperatur
oberhalb 85o° unterwirft-und die Abkühlungsgeschwindigkeit der Legierung von dieser
Temperatur bis zu einer niedrigeren Temperatur nicht oberhalb etwa 300° sorgfältig
regelt und hierauf die Legierung einer Anlaßbehandlung bei einer Temperatur von
etwa 55o bis 65o° aussetzt.
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Es ist bereits bekannt, ähnliche Legierungen auf etwa iooo° zu erhitzen,
sie dann schnell in Wasser abzukühlen und die Legierung darauf kurz auf Temperaturen
von 525 bis 75o° anzulassen. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Legierungen
einer langsamen Abkühlung zu unterwerfen, ohne daß jedoch eine bestimmte Abkühlungsgeschwindigkeit
vorgeschrieben war. Bei langsamer Abkühlung wurde ein nachfolgendes Anlassen gewöhnlich
als unnötig angesehen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich von diesen bekannten
Verfahren in erster Linie durch Anwendung einer geregelten Abkühlungsgeschwindigkeit
von der Lösungstemperatur ab und weiterhin durch die Kombination einer solchen geregelten
Abkühlungsgeschwindigkeit mit einer nachfolgenden Anlaßbehandlung, deren Dauer ebenfalls
genau geregelt und verhältnismäßig lang ist. Als Ergebnis der geregelten Abkühlungsgeschwindigkeit
und des nachfolgenden, ebenfalls zeitlich geregelten und verhältnismäßig lange dauernden
Anlassens erhielt man Dauermagnete mit maximalen Energieprodukten (BH @) von über
8,5 - i o6 Gauss-Oersted, Koerzitivkraftwerten (HJ von 4500 und mehr Oersted und
wahren Koerzitivkraftwerten (H,i) von 6ooo oder mehr Oersted.
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Bei den verwendeten Legierungen ist Kobalt in Mengen von 17 bis, 23,5
Gewichtsprozent der Kobalt-Platin-Legierung anwesend. Die nach irgendeinem geeigneten
Verfahren, wie z. B. durch Gießen oder Sintern, mit oder ohne eine Heiß- oder .Kaltbearbeitung
hergestellten Legierungen werden einer Temperatur von wenigstens 85o° und zweckmäßig
etwa iooo° ausgesetzt, und zwar während einer Zeitdauer, die ausreicht, um innerhalb
der Legierung eine vollständige oder im wesentlichen vollständige Lösung zu erzielen.
Für gewöhnlich wird die Legierung i bis 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten.
Nachdem die gewünschte Wirkung eingetreten ist, wird die Legierung auf eine niedrige
Temperatur unterhalb 300° mit einer Geschwindigkeit von o,2 bis 5o° je Sekunde abgekühlt
und alsdann bei einer Temperatur von 55o bis 650° 2 bis 5o Stunden lang angelassen.
Die längeren Behandlungszeiten finden bei den niedrigeren Temperaturen dieses Bereiches
Anwendung. Schließlich wird die gebildete Legierung in einem Feld von wenigstens
ioooo und zweckmäßig 15 ooo Oersted magnetisiert.
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Die Geschwindigkeit, mit der die Legierung von der Lösungstemperatur
aus abgekühlt wird, hat sich insbesondere dann als wesentlich herausgestellt, wenn
man entweder einen maximalen äußeren Energiewert oder eine hohe Koerzitivkraft oder
beides- erzielen will. Dies ergibt sich deutlich aus Fig. i, welche die Versuchsergebnisse
und die darauf aufgebauten Kurven bei einer Anzahl von verschiedenen Proben einer
Kobalt-Platin-Legierung mit einem Kobaltgehalt von etwa 2i,5 % zeigt, wobei die
Proben von der Lösungstemperatur von iooo° mit den in der Zeichnung angegebenen
Geschwindigkeiten bis auf eine Temperatur von aoo° abgekühlt wurden. Aus der Fig.
i ist zu entnehmen, daß zwischen den in Wasser abgekühlten und den in besonderer
Weise gekühlten Proben zwar hinsichtlich der Restinduktion B,. kein auffälliger
oder wesentlicher Unterschied bestand, daß dagegen die besonders gekühlten Proben
gegenüber denjenigen, die entweder schneller (in Wasser) oder langsamer (in einem
Ofen) abgekühlt wurden, wesentlich höhere Energiewerte BH und Koerzitivkraftwerte
H, zeigten. Während die Kühlgeschwindigkeit bei den in besonderer Weise gekühlten
Proben bei dieser Versuchsreihe i,3° je Sekunde betrug, so kann eine wesentliche
Verbesserung der magnetischen Eigenschaften doch auch dann erzielt werden, wenn
die Kühlgeschwindigkeit etwas unterhalb oder etwas oberhalb dieses Wertes liegt.
Sie soll sich jedoch innerhalb von o;2 bis. 50° je Sekunde und zweckmäßig zwischen
etwa i und io° je Sekunde halten.
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Aus einer weiteren Betrachtung der Fig. i ergibt sich, daß die Werte
der äußeren Energie und die Koerzitivkraft auch von der Zeit abhängig sind, während
welcher die Erzeugnisse auf der Anlaß-oder Alterungstemperatur gehalten werden,
die-im vorliegenden Falle 60o° betrug. So soll beispielsweise zur Erzielung maximaler
Energieprodukte diese Zeitdauer von etwa 2 bis etwa 8 Stunden bei 60o° und zweckmäßig
5 Stunden betragen, während
dann, wenn in erster Linie eine hohe
Koerzitivkraft gewünscht wird, die zweckmäßigste Anlaßzeit bei 6oo° etwa 8 bis 2o
Stunden und zweckmäßig etwa 9 bis 14 Stunden beträgt, wobei dann die höchsten Werte
erreicht werden.
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Die Wirkung der Abkühlungsgeschwindigkeit auf die magnetischen Werte
ergibt sich am besten aus den Fig.2 und 3, wobei die maximale Koerzitivkraft bzw.
die maximalen Energieproduktwerte von bei 6oo°gealterten Magneten aufgetragen sind.
Hinsichtlich der Koerzitivkraft ergibt sich aus Fig. 2, daß die Kühlungsgeschwindigkeit
wesentlich ist. Luftgekühlte Proben von 6,35 mm Durchmesser und 9,53 mm Länge, welche
von iooo° auf 2oo° mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,4° je Sekunde abgekühlt
wurden, zeigten eine Koerzitivkraft, die wesentlich höher ist als diejenige irgendeiner
der übrigen Proben gleicher Abmessungen, welche man über diesen Temperaturbereich
entweder mit größerer oder geringerer Geschwindigkeit abgekühlt hat. Die verbesserten
magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäß behandelten Legierungen werden besonders
aus den in Fig.3 aufgetragenen Ergebnissen offenbar. Fig. 3 zeigt die Werte der
Energieprodukte der verschiedenen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgekühlten
Proben. Aus diesen Ergebnissen kann man ersehen, daß die innerhalb des Luftkühlungsbereiches,
d. h. mit einer Geschwindigkeit von i bis io° je Sekunde abgekühlten Erzeugnisse
beträchtlich höhere äußere Energiewerte hatten, die alle wesentlich über 3 # ios
Gauss-Oersted lagen.
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Alle in den Figuren der Zeichnung aufgetragenen Ergebnisse wurden
mit Kobalt-Platin-Legierungen mit einem Kobaltgehalt von etwa 2i,5 % erzielt. WeitereVersuche
zeigten, daß die besteLegierungszusammensetzung einen Kobaltgehalt von 17 bis 23,5
Gewichtsprozent aufweist, ein Bereich, der annähernd 42 bis 5o Atomprozent Kobalt
entspricht. Da die magnetischen Eigenschaften bei einem Kobaltgehalt über 5o Atomprozent
merklich abfallen, so ist es zweckmäßig, zur Erzielung der besten magnetischen Eigenschaften
den Kobaltgehalt ein wenig unterhalb des atomaren Verhältnisses 5o : 5o zu halten.
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Durch die Erfindung ist es gelungen, außerordentlich starke Dauermagnete
herzustellen, die trotz ihrer hohen Kosten vielfache Verwendungsmöglichkeiten bieten,
und zwar überall dort, wo ein kleiner Magnet von hoher Energie gefordert wird. So
sind solche Magnete beispielsweise besonders bei bestimmten Arten von Instrumenten
und Meßgeräten brauchbar, wo man mit Rücksicht auf den Platzbedarf zwar kleine,
aber kräftige Magnete benötigt. Weitere Verwendungsmöglichkeiten für Magnete gemäß
der Erfindung, bei denen die Herstellungskosten unwesentlich sind, finden sich z.
B. auf medizinischem Gebiet, wenn es sich etwa darum handelt, mit Hilfe ,eines kleinen,
aber kräftigen Magnets ferromagnetische Gegenstände aus dem menschlichen Körper
zu entfernen. Verglichen mit dem wohlbekannten, im Handel befindlichen Hochleistungsmagnetmaterial
aus einer Legierung von 14°/a Nickel, 24% Kobalt, 3 0% Kupfer, 8 % Aluminium, Rest
Eisen, hat ein Kobalt-Platin-Magnet von 9,53 mm Länge und 6,35 mm Durchmesser ein
Hubvermögen, das 25mal größer ist als dasjenige eines Magnets von denselben Abmessungen
aus der genannten bekannten Legierung. Bei kleineren Abmessungen werden diese Unterschiede
noch ausgeprägter, da der Kobalt-Platin-Magnet mit seiner hohen Koerzitivkraft der
Selbstentmagnetisierung einen größeren Widerstand entgegensetzt als der bekannte
Magnet. Man sieht also, daß die Magnete gemäß der Erfindung besonders dann wertvoll
und praktisch und auch verhältnismäßig billig sind, wenn ein kleiner, jedoch leistungsfähiger
Magnet gefordert wird.
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Ein weiterer und ausschlaggebender Vorteil der erfindungsgemäßen Magnete
gegenüber den Magneten aus vielen handelsüblichen Magnetlegierungen besteht darin,
daß die Kobalt-Platin-Legierungen in ungeordnetem Zustand geschmeidig und leicht
zu verarbeiten sind, so daß man sie zu Drähten ziehen oder zu dünnen Blechen formen
oder ihnen irgendeine andere Gestalt geben kann, bevor man sie gemäß der Erfindung
behandelt. Durch das Anlassen wird die Legierung härter, so daß es schwieriger ist,
sie zu verformen und zu bearbeiten. Aber selbst in angelassenem Zustand ist die
Legierung leichter zu bearbeiten als die obengenannten bekannten Legierungen.