EP1161570B1 - Method for coating a support body with a hard magnetic se-fe-b material using plasma spraying - Google Patents

Description

Verfahren zur Beschichtung eines Trägerkörpers mit einem hartmagnetischen SE-FE-B-Material mittels PlasmaspritzensProcess for coating a carrier body with a hard magnetic SE-FE-B material plasma spraying

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung eines Trägerkörpers mit einer Schicht aus hartmagnetischem Material des Stoffsystems SE-FE-B, wobei die SE-Komponente mindestens ein Seltenes Erdmetall und die FE-Komponente zumindest ein ferromagnetisches Element enthalten. Bei dem Verfahren umfasst der Beschichtungsvorgang einen Plasmaspritzprozeß, bei dem ein aufgeschmolzenes Pulver aus einem Vormaterial des auszubildenden hartmagnetischen Materials auf den Trägerkörper aufgespritzt wird. Während des Beschichtungsvorganges werden dabei für jeden zu beschichtenden Bereich des Trägerkörpers mehrere Beschichtungsphasen unter Aufheizung der jeweils zu beschichtenden Oberfläche der Schicht und jeweils eine dazwischenliegende, beschichtungsfreie Phase vorgesehen. Ein solches Verfahren und die dazu gehörige Vorrichtung gehen aus der DE 195 31 861 A1 hervor. Ähnliche Verfahren sind beispielsweise aus der US-A 4 297 388, US-A-4 897 283, und dem Journal of Material Science, 15 July 1992, 27(14), Seiten 3777-3781 bekannt.The invention relates to a method for coating a carrier body with a layer of hard magnetic Material of the SE-FE-B material system, with the SE component at least one rare earth metal and at least the FE component contain a ferromagnetic element. In the process the coating process comprises a plasma spraying process, in which a melted powder from a primary material of the hard magnetic material to be trained on the Carrier body is sprayed. During the coating process are used for each area of the Carrier body several coating phases with heating the surface of the layer to be coated and each an intermediate, coating-free phase is provided. Such one The method and the associated device are based on the DE 195 31 861 A1. Similar processes are known, for example, from US Pat. No. 4,297,388, US Pat. No. 4,897,283, and the Journal of Material Science, 15 July 1992, 27 (14), pages 3777-3781.

Seit einigen Jahren sind Magnetwerkstoffe auf Basis von Stoffsystemen bekannt, die ein Seltenes Erdmetall (SE) und ein ferromagnetisches Übergangsmetall (FE) enthalten und sich durch eine hohe Koerzitivfeldstärke H_c und eine hohe Energiedichte (B·H)_max auszeichnen. Ein Hauptvertreter aus der Gruppe der entsprechenden ternären Stoffsysteme ist das Nd-Fe-B-System mit seiner hartmagnetischen Nd₂Fe₁₄B-Phase, welche tetragonale Kristallstruktur besitzt.For some years now, magnetic materials based on material systems have been known, which contain a rare earth metal (SE) and a ferromagnetic transition metal (FE) and are characterized by a high coercive field strength H _c and a high energy density (B · H) _max . A main representative from the group of the corresponding ternary material systems is the Nd-Fe-B system with its hard magnetic Nd ₂ Fe ₁₄ B phase, which has a tetragonal crystal structure.

Größere Körper aus diesem hartmagnetischen Material werden bislang auf pulvermetallurgischem Wege, durch eine Rascherstarrungstechnologie oder durch Heißpressen sowie Heißumformen hergestellt. Jedoch sind bei diesen Verfahren die minimal erreichbaren Abmessungen wie z.B. die Dicke eines Magnetes oder dessen Wandstärke auf einige Millimeter beschränkt. Körper mit geringeren Abmessungen für Anwendungen in miniaturisierten Systemen und Komponenten können dann nur durch sehr aufwendige Nachbearbeitungsprozesse ausgebildet werden.Larger bodies are made from this hard magnetic material So far by powder metallurgy, through rapid solidification technology or by hot pressing and hot forming manufactured. However, these procedures are minimal achievable dimensions such as the thickness of a magnet or its wall thickness limited to a few millimeters. body with smaller dimensions for applications in miniaturized Systems and components can then only be achieved through very much elaborate post-processing processes are trained.

Darüber hinaus wurde zur Herstellung dünner hartmagnetischer CoSm-Schichten die Verwendung eines Vakuumplasmaspritzprozesses gemäß der Veröffentlichung "Journal of Applied Physics", Vol. 49, No. 3, März 1978, Seiten 2052 bis 2054 vorgesehen. Ein entsprechendes Verfahren zur Abscheidung von Nd-Fe-B-Schichten geht aus der Veröffentlichung "Journal of Magnetism and Magnetic Materials", Vol. 104 - 107, 1992, Seiten 363 bis 364 hervor. Mit diesem Beschichtungsverfahren unter Anwendung eines Plasmaspritzprozesses können sowohl komplizierte Montage- als auch aufwendige Nachbearbeitungsschritte eingespart bzw. vereinfacht werden. Des weiteren können mittels des genannten Verfahrens äußerst komplizierte Geometrien von Trägerkörpern mit verhältnismäßig geringen Schichtdicken beschichtet werden.In addition, the use of a vacuum plasma spraying process according to the publication "Journal of Applied Physics", vol. 49, no. 3, March 1978, pages 2052 to 2054 . A corresponding method for the deposition of Nd-Fe-B layers can be found in the publication "Journal of Magnetism and Magnetic Materials", vol. 104-107, 1992, pages 363 to 364. With this coating process using a plasma spraying process, both complicated assembly and time-consuming post-processing steps can be saved or simplified. Furthermore, extremely complicated geometries of carrier bodies with relatively small layer thicknesses can be coated using the method mentioned.

Mit einem weiteren, aus der Veröffentlichung "Journal of Materials Science", Vol. 27, 1992, Seiten 3777 bis 3781 zu entnehmenden Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines 3 mm dicken Nd-Fe-B-Films mittels eines Plasmaspritz-(bzw. - spray)-Prozesses kann z.B. ein isotropes Nd-Fe-B-Magnetmaterial auf einem auf 600°C aufgeheizten Trägerkörper aus Kupfer (Cu) erhalten werden, wobei nach dem Abscheideprozeß eine Wärmebehandlung während 0,5 Stunden bei 750°C vorgesehen ist. Mit dieser Wärmebehandlung lassen sich die Koerzitivfeldstärke, die Remanenz und das Energieprodukt erheblich steigern. In der genannten Veröffentlichung wird außerdem eine Koerzitivfeldstärke H_c für anisotropes, auf einen bei 600°C gehaltenen Trägerkörper aus Cu aufgespritztes Material von 12 kA/cm genannt. With another coating process, which can be found in the publication "Journal of Materials Science", Vol. 27, 1992, pages 3777 to 3781 , for producing a 3 mm thick Nd-Fe-B film by means of a plasma spray (or spray) Process, for example, an isotropic Nd-Fe-B magnetic material can be obtained on a support body made of copper (Cu) heated to 600 ° C, heat treatment being provided at 750 ° C for 0.5 hours after the deposition process. This heat treatment can significantly increase the coercive force, the remanence and the energy product. The cited publication also mentions a coercive field strength H _c for anisotropic material of 12 kA / cm sprayed onto a support body made of Cu held at 600 ° C.

Darüber hinaus ist der eingangs genannten DE-A-Schrift ein einen Plasmaspritzprozeß umfassender Beschichtungsvorgang zu entnehmen, bei dem auf einen Grundkörper wie beispielsweise einen Rotorkörper einer elektrischen Maschine ein aufgeschmolzenes Pulver aus einem Vormaterial eines auszubildenden hartmagnetischen Werkstoffes aufgespritzt wird. Jeder zu beschichtende Bereich des Grundkörpers soll mehreren Beschichtungsphasen ausgesetzt werden, zwischen denen sich das jeweils aufgebrachte Material und das darunterliegende Material abkühlen können. Die Abkühlungsrate ist dabei offensichtlich so hoch, dass nach dem Beschichtungsvorgang das Material amorph ist. Der Grundkörper muss deshalb auf hohe Temperaturen von beispielsweise 800 bis 900°C aufgeheizt werden, um so das Material zu rekristallisieren.In addition, the aforementioned DE-A document is a a coating process comprising a plasma spraying process remove, in the case of a base body such as a melted body of an electrical machine Powder from a primary material of a trainee hard magnetic material is sprayed on. Anyone to be coated The area of the base body should have several coating phases are suspended between which each is applied material and the underlying material can cool down. The rate of cooling is obvious so high that after the coating process the material is amorphous is. The base body must therefore be at high temperatures from, for example, 800 to 900 ° C, so that Recrystallize material.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das bekannte Verfahren weiter zu verbessern, so dass Schichten mit hoher Koerzitivfeldstärke und mit verhältnismäßig großer Schichtdicke zu erhalten sind. Dabei sollen aufwendige Rekristallisierungsglühungen zu vermeiden sein.The object of the present invention is the known method further to improve so that layers with high coercive force and can be obtained with a relatively large layer thickness. The aim is to avoid expensive recrystallization annealing his.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Trägerkörper wenigstens in einer seiner zu beschichtenden Oberfläche zugewandten Zone zumindest gegen Ende des Beschichtungsprozesses auf ein eine Rekristallisierung einer hartmagnetischen Phase des hartmagnetischen Materials gewährleistendes Temperaturniveau gehoben wird. Neben der hartmagnetischen Phase können gegebenenfalls noch weitere Phasen in dem hartmagnetischen Material vorhanden sein.This object is achieved according to the invention solved in that the carrier body at least in one at least its zone facing the surface to be coated towards the end of the coating process Recrystallization of a hard magnetic phase of the hard magnetic Material ensuring temperature level raised becomes. In addition to the hard magnetic phase, if necessary other phases are present in the hard magnetic material his.

Den erfindungsgemäßen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass während des Beschichtungsprozesses mit schwankendem Temperaturniveau ein sehr gleichmäßiger Schichtaufbau mit einer geringen Porosität und guter Hafteigenschaft auf dem Trägerkörper zu erhalten ist, der gerade bei größeren Schichtdicken vergleichsweise höhere hartmagnetische Eigenschaften zeigt, wenn der Schichtaufbau auf ein für eine Rekristallisierung hinreichend hohes Temperaturniveau durch entsprechendes Aufheizen des Trägerkörpers während des Beschichtungsvorganges gehoben wird. Dieses Temperaturniveau soll spätestens gegen oder am Ende des Beschichtungsvorganges erreicht sein, kann jedoch auch wesentlich eher erreicht werden. Gleichzeitig werden dabei Schichteigenspannungen verhältnismäßig gering gehalten. Hierbei wird berücksichtigt, dass sich mit einem kontinuierlichen Beschichtungsprozeß keine dickeren Schichten mit den geforderten gleichbleibend guten magnetischen Eigenschaften erhalten lassen, da dort Probleme bezüglich lokaler Überhitzungen am Trägerkörper bestehen. Durch die zwischengeschalteten beschichtungsfreien Phasen (Beschichtungspausen) werden nämlich größere Überhitzungen des gerade beschichteten Bereichs des Trägerkörpers vermieden, indem über diesen eine hinreichend gute Wärmeabfuhr bzw. - verteilung zu gewährleisten ist. Lokale Überhitzungseffekte durch den Plasmaspritzstrahl fallen somit nicht mehr zu stark ins Gewicht. Andererseits wird durch das Anheben der Trägerkörpertemperatur einer Amorphisierung des Materials entgegengewirkt, die unerwünschte thermische Nachbehandlungen bei hohen Trägerkörpertemperaturen erfordern würde. Es lässt sich so neben einer guten magnetischen Härtung der Schichten auch der für die Verfahrensdurchführung erforderliche Energieaufwand entsprechend begrenzen. Außerdem wird auch eine Ausbildung von Rissen in den Schichten oder ihr Abplatzen von dem Trägerkörper vermieden. Des weiteren ist die Möglichkeit geschaffen, durch die besondere Prozeßführung bzw. die entsprechende Kontrolle der Tragerkörpertemperatur gezielt auch anisotrope Schichten mit guten magnetischen Eigenschaften und größerer Dicke herzustellen.The measures according to the invention are based on the knowledge that that fluctuates during the coating process Temperature level a very uniform layer structure with a low porosity and good adhesive properties on the carrier body can be obtained, especially with larger layer thicknesses comparatively higher hard magnetic properties shows when the layer structure is on for recrystallization sufficiently high temperature level through appropriate Heating the carrier body during the coating process is lifted. This temperature level should at the latest be reached towards or at the end of the coating process, can also be achieved much sooner. simultaneously layer residual stresses are relatively low held. This takes into account the fact that with a continuous coating process no thicker Layers with the required consistently good magnetic Let properties be preserved as there are problems with there is local overheating on the carrier body. By the intermediate coating-free phases (coating breaks) will cause major overheating of the just coated area of the carrier body avoided, by a sufficiently good heat dissipation or distribution must be guaranteed. Local overheating effects the plasma spray no longer falls too much weight. On the other hand, by raising the body temperature counteracts amorphization of the material, the undesirable thermal aftertreatments at high Body temperatures would require. It can be along with good magnetic hardening of the layers the energy expenditure required for carrying out the process limit accordingly. In addition, there will be an apprenticeship of cracks in the layers or their flaking off of that Carrier body avoided. Furthermore, the possibility is created through the special litigation or the corresponding Control of the body temperature also targeted anisotropic Layers with good magnetic properties and manufacture greater thickness.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens gehen aus den jeweils abhängigen Ansprüchen hervor. Advantageous refinements of the coating method according to the invention emerge from the respective dependent claims.

Insbesondere bei einer Beschichtung von größeren Gesamtflächen eines Trägerkörpers werden von einem Plasmaspritzstrahl vorteilhaft nacheinander und wiederholt verschiedene Bereiche des Trägerkörpers erfaßt. Dabei wird bevorzugt der Plasmaspritzstrahl so geführt, dass während einer sich an eine Beschichtungsphase anschließenden beschichtungsfreien Phase bezüglich eines Bereichs eine Beschichtung eines anderen Bereichs des Trägerkörpers vorgenommen wird. Hierzu sieht man zweckmäßigerweise ein Bewegen des Plasmaspritzstrahls und/oder des Trägerkörpers vor.Especially when coating larger total areas of a carrier body are sprayed by a plasma advantageously one after the other and repeats different areas of the carrier body is detected. The plasma spray jet is preferred managed so that during a coating phase subsequent coating-free phase with respect one area a coating of another area the carrier body is made. You can see this expediently moving the plasma spray jet and / or the carrier body.

Der erfindungsgemäße Beschichtungsvorgang kann auch in mehrere Beschichtungsabschnitte unterteilt werden, die von mindestens einem Abkühlungsabschnitt unterbrochen werden. Hierbei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine Temperaturführung an dem Trägerkörper derart vorgenommen wird, dass zumindest der erste Beschichtungsabschnitt von Raumtemperatur bis zu einer ersten Maximaltemperatur, der Abkühlungsabschnitt von der ersten Maximaltemperatur bis zu einer Zwischentemperatur und der zweite Beschichtungsabschnitt von dieser Zwischentemperatur bis zu einer zweiten Maximaltemperatur vorgesehen werden. Die erste und die zweite Maximaltemperatur können dabei auf demselben Temperaturniveau liegen. Die sich unmittelbar aneinander anschließenden Abschnitte führen zu einem Temperaturausgleich über die gesamte Fläche und deshalb auch zu einem besonders gleichmäßigen Schichtaufbau. Ein solcher Schichtaufbaus ist insbesondere dann zu gewährleisten, wenn die erste Maximaltemperatur und/oder die zweite Maximaltemperatur aus einem Temperaturbereich zwischen 400°C und 900°C, insbesondere zwischen 500°C und 800°C gewählt werden/wird.The coating process according to the invention can also be carried out in several Coating sections are divided by at least a cooling section are interrupted. in this connection has proven to be particularly advantageous when temperature control is carried out on the carrier body in such a way that at least the first coating section of room temperature up to a first maximum temperature, the cooling section from the first maximum temperature to one Intermediate temperature and the second coating section of this intermediate temperature up to a second maximum temperature be provided. The first and the second maximum temperature can be at the same temperature level. The immediately adjacent sections lead to temperature compensation over the entire surface and therefore also for a particularly even layer structure. Such a layer structure is to be ensured in particular if if the first maximum temperature and / or the second maximum temperature from a temperature range between 400 ° C and 900 ° C, in particular between 500 ° C and 800 ° C selected will be.

Außerdem wird vorteilhaft die mindestens eine Zwischentemperatur um wenigstens 20°C, vorzugsweise um mindestens 50°C tiefer liegend als die Maximaltemperatur der vorangehenden Beschichtungsphase gewählt. The at least one intermediate temperature is also advantageous by at least 20 ° C, preferably by at least 50 ° C lower than the maximum temperature of the previous one Coating phase selected.

Dabei nimmt vorteilhaft der erste Beschichtungsabschnitt einen Zeitraum zwischen 2 und 15 Minuten, vorzugsweise zwischen 3 und 10 Minuten ein.The first coating section advantageously takes one Period between 2 and 15 minutes, preferably between 3 and 10 minutes.

Auch können vorteilhaft im Anschluß an den ersten Beschichtungsabschnitt mehrere Zyklen aus jeweils einem Abkühlungsabschnitt und einem Beschichtungsabschnitt vorgesehen werden. Auf diese Weise sind insbesondere Schichten mit verhältnismäßig großer Dicke von beispielsweise über 0,5 mm, vorzugsweise über 1 mm, zu erhalten.Can also be advantageous following the first coating section several cycles from one cooling section each and a coating section may be provided. In this way, layers are particularly proportionate large thickness of, for example, over 0.5 mm, preferably over 1 mm.

Weiterhin ist als besonders vorteilhaft anzusehen, wenn ein während einer Beschichtungsphase zu beschichtender Bereich des Trägerkörpers von einem relativ dazu bewegten Plasmaspritzstrahl mehrfach in einer entsprechenden Anzahl von Überläufen überstrichen wird. Dabei wird vorzugsweise mit jedem Überlauf eine Teilschicht mit einer Dicke zwischen 1 und 20 µm, insbesondere zwischen 3 und 15 µm aufgebracht. In mindestens 50 solcher Überläufe kann dann die Schicht auf dem Trägerkörper mit der gewünschten Gesamtdicke abgeschieden werden. Bei jedem Überlauf wird so nur ein Teilbereich des während eines Überlaufs erfaßten Bereichs des Trägerkörpers erfaßt. Dies führt zu einer weiteren Vergleichmäßigung der Temperatur am Trägerkörper bzw. zu einer entsprechenden Verringerung von lokalen Überhitzungen und außerdem zu einer Verbesserung der gerade im Hinblick auf verhältnismäßig dicke Schichten wichtigen guten Haftung des abgeschiedenen Materials bei gleichzeitig geringer Porosität.It is also to be regarded as particularly advantageous if a Area to be coated during a coating phase of the carrier body by a plasma spray jet moved relative thereto several times in a corresponding number of Overflows. It is preferably with everyone Overflow a partial layer with a thickness between 1 and 20 microns, especially between 3 and 15 microns applied. In at least The layer on the Deposited support body with the desired total thickness become. With each overflow, only a partial area of the area of the carrier body detected during an overflow detected. This leads to a further equalization of the Temperature on the support body or a corresponding reduction from local overheating and also to one Improve the straight with regard to relatively thick Layers of important good adhesion of the deposited material with low porosity.

Nach dem Beschichtungsvorgang kann gegebenenfalls der Trägerkörper noch einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei die Wärmebehandlung insbesondere auf mindestens einem Temperaturniveau vorgenommen wird, das zwischen 550° und 800°C, vorzugsweise zwischen 600° und 750°C liegt. Mit einer derartigen Wärmebehandlung sind die magnetischen Eigenschaften des abgeschiedenen zumindest weitgehend kristallinen Materials der Schicht zu verbessern. After the coating process, the support body can optionally still undergo heat treatment, wherein the heat treatment in particular at at least one temperature level between 550 ° and 800 ° C, is preferably between 600 ° and 750 ° C. With such a Heat treatment are the magnetic properties of the deposited at least largely crystalline material to improve the layer.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Beschichtungsvorrichtung kann ein an sich bekanntes Plasmaspritzgerät, in dessen Plasmaflamme das Vormaterial einzuführen ist, Mittel zur Halterung des Trägerkörpers bezüglich eines auf ihn gerichteten, aus dem Spritzgerät austretenden Spritzstrahls sowie Mittel zur Temperatureinstellung an dem Trägerkörper umfassen. Mit solchen Maßnahmen sind die Vorteile der beanspruchten Verfahrensführung zu erreichen.A suitable one for carrying out the method according to the invention coater can a known one Plasma spray gun, in whose plasma flame the primary material is to introduce means for holding the support body with respect one aimed at him, exiting the sprayer Spray jet and means for temperature adjustment on the support body. With such measures are to achieve the advantages of the claimed process control.

Vorteilhaft einfach ist der Trägerkörper mittels einer ihn aufnehmenden, auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau zu legenden Halterung indirekt auf dem gewünschten Temperaturniveau zu halten. Das Temperaturniveau des Trägerkörpers lässt sich in einfacher Weise einstellen, wenn die Halterung kühlbar ist. Damit ist die heiße Umgebungstemperatur des Plasmaspritzprozesses am Trägerkörper in dem gewünschten Maße abzusenken.The carrier body is advantageously simple by means of it receiving, to be placed at a predetermined temperature level Bracket indirectly at the desired temperature level to keep. The temperature level of the carrier body leaves adjust itself easily when the holder is coolable is. This is the hot ambient temperature of the plasma spraying process on the carrier body to the desired extent.

Darüber hinaus können besonders vorteilhaft Mittel zur relativen Bewegung des Trägerkörpers bezüglich des Plasmaspritzgerätes vorgesehen sein. So kann beispielsweise das Plasmaspritzgerät schwenkbar ausgebildet sein. Auf diese Weise lassen sich auch komplizierte Geometrien von Trägerkörpern und große Flächen mühelos beschichten.In addition, means for relative can be particularly advantageous Movement of the carrier body with respect to the plasma spraying device be provided. For example, the plasma spray device be designed to be pivotable. In this way complicated geometries of carrier bodies can also be created and coat large areas effortlessly.

Das Verfahren ist besonders geeignet zur Ausbildung von Schichten, welche zumindest die Komponenten Nd, Fe und B des SE-FE-B-Materials, insbesondere zumindest großenteils die hartmagnetische Nd₂Fe₁₄B-Phase, enthalten. Entsprechende Schichten werden vorteilhaft auf einem Trägerkörper aus Cu oder einem Cu-haltigen Material, insbesondere aus einer Cu-Legierung, oder aus einem legierten oder unlegierten Stahl abgeschieden. The method is particularly suitable for the formation of layers which contain at least the components Nd, Fe and B of the SE-FE-B material, in particular at least largely the hard magnetic Nd ₂ Fe ₁₄ B phase. Corresponding layers are advantageously deposited on a carrier body made of Cu or a material containing Cu, in particular of a Cu alloy, or of an alloyed or unalloyed steel.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch

deren Figur 1

einen Querschnitt durch die wesentlichen Teile einer geeigneten Beschichtungsvorrichtung,

deren Figur 2

in einem Diagramm dem Temperaturverlauf während eines Plasmaspritzprozesses am Anfang des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens,

deren Figur 3

in einem Diagramm die Hysteresiskurve einer erfindungsgemäß hergestellten Schicht,

deren Figur 4

in einem Diagramm den weiteren Temperaturverlauf bei dem Verfahren nach der Erfindung
und

deren Figuren 5 bis 7

die sukzessive Ausbreitung der kristallinen Zone einer Schicht während eines erfindungsgemäßen Beschichtungsvorganges.

The invention is further explained below with reference to the drawing using exemplary embodiments. Each shows schematically

whose figure 1

a cross section through the essential parts of a suitable coating device,

whose figure 2

in a diagram the temperature profile during a plasma spraying process at the beginning of the coating method according to the invention,

whose figure 3

in a diagram the hysteresis curve of a layer produced according to the invention,

whose figure 4

in a diagram the further temperature profile in the method according to the invention
and

whose figures 5 to 7

the successive spreading of the crystalline zone of a layer during a coating process according to the invention.

Mit der in Figur 1 angedeuteten, allgemein mit 2 bezeichneten Vorrichtung ist ein Substrat oder Trägerkörper 3 mit einer Schicht 4 aus einem besonderen hartmagnetischen Material in einem auf einen Restdruck p evakuierbaren Volumen V einer nicht dargestellten, an sich bekannten Beschichtungskammer zu beschichten. Die Vorrichtung 2 weist ein an sich bekanntes Spritzgerät 5 zum Plasmaspritzen auf. Dieses Gerät umfaßt ein Gehäuse 6, in dem eine Kathode 7 und eine als Anode dienende Düse 8 vorhanden sind. Es sind ferner Zuführungen für einen Pulvereintritt 9, für ein Plasmagas 10 sowie Kanäle 11 für ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, vorhanden.With the indicated in Figure 1, generally designated 2 The device is a substrate or carrier body 3 with a Layer 4 made of a special hard magnetic material in a volume V one which can be evacuated to a residual pressure p not shown, known coating chamber coat. The device 2 has a known one Spray device 5 for plasma spraying. This device includes a Housing 6, in which a cathode 7 and one serving as an anode Nozzle 8 are present. They are also feeders for one Powder inlet 9, for a plasma gas 10 and channels 11 for a coolant, for example water.

Der Trägerkörper 3 ist an einer Halterung 12 befestigt, die vorzugsweise kühlbar ist. Sie weist deshalb z.B. Kühlkanäle 13 zur Führung eines (weiteren) Kühlmittels wie z.B. Wasser auf. Vorteilhaft befindet sich die Halterung auch in einer großflächigen thermischen Verbindung mit dem Trägerkörper, so dass dessen Temperaturniveau mittels der Halterung beeinflußbar ist. Der Trägerkörper besteht aus einem den Temperaturverhältnissen des Plasmaspritzprozesses angepaßten, metallischen oder keramischen Material. Metallische Trägermaterialien, vorzugsweise Cu oder ein Cu-haltiges Material wie z.B. eine Cu-Legierung oder legierte oder unlegierte Stähle wie z.B. ein CrNi-Stahl sind insbesondere aus Wärmeleitungsgründen besonders geeignet.The carrier body 3 is fastened to a holder 12 which is preferably coolable. It therefore points e.g. cooling channels 13 for guiding a (further) coolant such as e.g. water on. The bracket is also advantageously in a large-area thermal connection with the support body, so that its temperature level can be influenced by the bracket is. The carrier body consists of one of the temperature conditions adapted to the plasma spraying process or ceramic material. Metallic carrier materials, preferably Cu or a Cu-containing material such as e.g. a Cu alloy or alloyed or unalloyed steels such as e.g. CrNi steel are especially for reasons of heat conduction particularly suitable.

Über einen elektrischen Generator 14 wird zwischen die Kathode 7 und die als Anode gestaltete Düse 8 eine Hochspannung angelegt, so dass ein Lichtbogen gezündet wird. Durch die Zuführung des Plasmagases 10 entsteht eine Plasmaflamme 15 an der Öffnung der Düse 8, durch die ein konischer Spritzstrahl 16 des über den Pulvereintritt 9 seitlich zugeführten Pulvers gebildet wird. Es lässt sich somit auf dem Substrat 3 eine großflächige Spritzschicht 4 bilden.An electrical generator 14 is used between the cathode 7 and the nozzle 8 designed as an anode a high voltage applied so that an arc is ignited. Through the feed of the plasma gas 10, a plasma flame 15 arises the opening of the nozzle 8 through which a conical spray jet 16 of the powder fed laterally via the powder inlet 9 is formed. It can thus be on the substrate 3 form large-area spray layer 4.

Bei dem Pulver soll es sich um ein Vormaterial bzw. Ausgangsmaterial des auszubildenden hartmagnetischen Materials vom Grundtyp SE-FE-B ( mit SE = Seltenes Erdmaterial, FE = ferromagnetisches Element ) handeln. Dieses Pulver kann ein Pulvergemisch aus den einzelnen Komponenten des auszubildenden Materials oder ein die gewünschten magnetischen Eigenschaften noch nicht besitzendes Legierungspulver sein. Da der genannte Grundtyp SE-FE-B nur die Basis für das auszubildende Material zu bilden braucht, bedeutet das, dass die genannten drei Komponenten auch teilweise, d.h. zu weniger als 50 Atom-% durch entsprechende andere Komponenten in an sich bekannter Weise ersetzt werden können. So ist es insbesondere für Nd-Fe-B als den Hauptvertreter des Stoffsystems SE-FE-B möglich, die Nd-Komponente partiell durch mindestens ein anderes Element aus der Gruppe der Seltenen Erdmetalle, deren Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente zwischen 57 bis 66 (jeweils einschließlich) liegt, zu ersetzen. Für einen Teil des ferromagnetischen Metalls Fe als FE-Komponente kann auch Co und/oder Ni gewählt werden. Die B-Komponente lässt sich vorteilhaft zu einem geringen Anteil (zu höchstens 3 Atom-% innerhalb der Gesamtzusammensetzung der Ausgangspulvermischung) in bekannter Weise auch durch andere Elemente wie z.B. durch Si ersetzen. Diese Substituenten können jedoch auch zu einem entsprechenden Ersatz der Fe-Komponente dienen. Vorteilhaft hat die auszubildende Legierung der herzustellenden Schicht die folgende Zusammensetzung: SE_xFE_yB_z,
wobei für die einzelnen Anteile gelten soll: 6 ≤ x ≤ 11,
83 ≤ y < 87 und 4 ≤ z < 6 (jeweils in Atom-%; mit
x + y + z ≈ 100 unter Einschluß unvermeidbarer Verunreinigungen). Diese Anteilsgrenzen gelten insbesondere für den Fall FE = Fe. Bei Substitutionen des Fe partiell durch Ni oder Co können sich auch davon abweichende Grenzen ergeben.The powder should be a starting material or starting material for the hard magnetic material to be formed, of the basic type SE-FE-B (with SE = rare earth material, FE = ferromagnetic element). This powder can be a powder mixture of the individual components of the material to be formed or an alloy powder which does not yet have the desired magnetic properties. Since the basic type SE-FE-B mentioned only needs to form the basis for the material to be formed, this means that the three components mentioned are also partially, ie less than 50 atomic%, replaced by corresponding other components in a manner known per se can. For Nd-Fe-B in particular, as the main representative of the SE-FE-B system, it is possible to partially remove the Nd component by at least one other element from the group of rare earth metals, whose atomic number in the periodic table of elements is between 57 and 66 ( included) to replace. Co and / or Ni can also be selected for part of the ferromagnetic metal Fe as the FE component. A small proportion of the B component (to a maximum of 3 atomic% within the total composition of the starting powder mixture) can advantageously also be replaced in a known manner by other elements, for example by Si. However, these substituents can also serve to replace the Fe component accordingly. The alloy of the layer to be produced advantageously has the following composition: SE _x FE _y B _z ,
the following should apply to the individual parts: 6 ≤ x ≤ 11,
83 ≤ y <87 and 4 ≤ z <6 (each in atomic%; with
x + y + z ≈ 100 including unavoidable impurities). These share limits apply in particular to the case of FE = Fe. When Fe is partially substituted by Ni or Co, there may also be deviating limits.

Außerdem ist es möglich, einen Anteil von höchstens 5 Atom-% der FE-Komponente (innerhalb der Zusammensetzung der Ausgangspulvermischung) durch mindestens ein zusätzliches metallisches Element ZM aus der Gruppe der Übergangsmetalle, durch Al, Si oder Ga oder Ge partiell zu ersetzen, so dass dann die Legierung der auszubildenden Schicht die Zusammensetzung SE_x(FE,ZM)_yB_z hat. Als ZM-Elemente kommen insbesondere auch V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Mn, Cr, Mo und W in Frage. Die Wertebereiche für die Anteile x, y und z bleiben dabei gleich.It is also possible to partially replace a proportion of at most 5 atomic% of the FE component (within the composition of the starting powder mixture) with at least one additional metallic element ZM from the group of transition metals, with Al, Si or Ga or Ge that the alloy of the layer to be formed then has the composition SE _x (FE, ZM) _y B _z . V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Mn, Cr, Mo and W are particularly suitable as ZM elements. The value ranges for the proportions x, y and z remain the same.

Als Ausführungsbeispiel sei nachfolgend eine Abscheidung und Ausbildung einer Schicht aus einem Material des Stoffsystems Nd-Fe-B angenommen, das die hartmagnetische Nd₂Fe₁₄B-Phase zumindest großenteils ( d.h. zu mehr als 50-Vol.% ) enthält.A deposition and formation of a layer from a material of the material system Nd-Fe-B which contains the hard magnetic Nd ₂ Fe ₁₄ B phase at least to a large extent (ie to more than 50% by volume) is assumed below as an exemplary embodiment.

Die erfindungsgemäße Beschichtung eines Trägerkörpers 3 mittels eines Plasmaspritzprozesses in einem evakuierbaren Volumen V bietet gegenüber anderen Beschichtungsverfahren erhebliche Vorteile. Zum einen ist eine sehr gute Verarbeitbarkeit von speziell hergestellten Pulvern aus dem Vormaterial des auszubildenden hartmagnetischen Materials des Stoffsystems SE-FE-B. Dies hat einen sehr gleichmäßigen Schichtaufbau mit einer geringen Porosität insbesondere aufgrund der hohen kinetischen Energie der einzelnen Spritzpartikel im Spritzstrahl 16 zur Folge. Die geringe Porosität trägt auch dazu bei, dass sich gute hartmagnetische Eigenschaften innerhalb der Schicht 4 einstellen können. Zum anderen lassen sich gewünschte Schichtdicken von insbesondere über 0,5 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm, beispielsweise zwischen 0,2 und 2 mm durch Variation der Spritzzeit gezielt ausbilden. Desweiteren werden durch den Prozeß Verunreinigungen wie beispielsweise von Stickstoff und Sauerstoff auf ein Minimum reduziert. Auf diese Weise sind sowohl hohe Remanenzwerte als auch hohe Koerzitivfeldstärken des Schichtendproduktes zu gewährleisten. Durch die hohen Partikelgeschwindigkeiten, die bei einem Vakuumplasmaspritzen erzielt werden können und im allgemeinen zwischen 400 bis 600 m/s liegen, ergibt sich zudem eine hohe Haftzugfestigkeit zwischen dem Werkstoff des Trägerkörpers 3 und dem Material der Schicht 4.The coating of a carrier body 3 according to the invention by means of a plasma spraying process in an evacuable volume V offers considerable advantages over other coating processes Benefits. Firstly, it is very easy to process of specially manufactured powders from the primary material of hard magnetic material of the material system to be trained SE-FE-B. This has a very even layer structure a low porosity especially due to the high kinetic Energy of the individual spray particles in the spray jet 16 in a row. The low porosity also contributes to this at that have good hard magnetic properties within Layer 4 can adjust. On the other hand, you can choose Layer thicknesses of in particular over 0.5 mm, preferably of at least 1 mm, for example between 0.2 and Train specifically 2 mm by varying the spraying time. Furthermore are contaminants such as of nitrogen and oxygen reduced to a minimum. In this way, both high remanence values are to also ensure high coercive field strengths of the end product of the layer. Due to the high particle speeds that can be achieved with a vacuum plasma spraying and in generally lie between 400 to 600 m / s, this also results a high adhesive tensile strength between the material of the Carrier body 3 and the material of layer 4.

Desweiteren können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörenden Vorrichtung unterschiedliche Trägerkörpergeometrien beschichtet werden. Dadurch entfallen aufwendige, kostenintensive Nachbearbeitungsschritte. Eine bevorzugte Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung 2 sieht hierzu vor, dass der Trägerkörper 3 relativ zu dem Plasmaspritzgerät 5 zu bewegen ist. Beispielsweise ist das Plasmaspritzgerät sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung schwenkbar ausgeführt. Somit lassen sich Trägerkörper mit komplizierten Geometrien und/oder großer Fläche mühelos mit Schichten aus dem hartmagnetischen Material versehen. Außerdem ist damit zu erreiche, dass ein während einer Beschichtungsphase zu beschichtender Bereich des Trägerkörpers von dem so relativ dazu bewegten Plasmaspritzstrahl ein oder vorzugsweise mehrfach (in sogenannten Überläufen) überstrichen wird. Mit jedem dieser Überläufe wird lamellenartig eine Teilschicht mit einer Dicke aufgebracht, die im allgemeinen jeweils zwischen 3 und 20 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 15 µm liegt.Furthermore, with the method and the associated device different carrier body geometries be coated. This eliminates the need for costly post-processing steps. A preferred one Embodiment of the coating device 2 provides for this before that the carrier body 3 relative to the plasma spray device 5 is to be moved. For example, the plasma spraying device in both the horizontal and vertical directions pivoted. Carrier bodies can thus be used complicated geometries and / or large area with ease Provide layers of the hard magnetic material. Moreover can be achieved that during a coating phase area of the carrier body to be coated the plasma spray jet moved relative to it, or preferably painted several times (in so-called overflows) becomes. With each of these overflows, one becomes lamellar Sub-layer applied with a thickness that generally each between 3 and 20 microns, preferably between 5 and Is 15 µm.

Erfindungsgemäß soll während des Plasmaspritzprozesses ein bestimmter Temperaturverlauf an dem Trägerkörper 3 eingehalten werden, wobei die Prozeßführung vorteilhaft so gewählt wird, dass der Trägerkörper 3 in horizontaler Richtung bei gleichzeitiger Schwenkung des Plasmaspritzgerätes 5 geführt wird und damit eine großflächige Beschichtung ermöglicht wird. Hierbei wird der Trägerkörper durch die in der Beschichtungskammer herrschende Umgebungstemperatur des Plasmaspritzprozesses und insbesondere durch den auftreffenden Plasmaspritzstrahl 16 aufgeheizt. Die konkrete Temperatur am Trägerkörper lässt sich dabei indirekt durch die Kühlung der mit dem Trägerkörper thermisch verbundenen Halterung 12 einstellen. Während des Prozesses werden mehrere Beschichtungsphasen unter Aufheizung des Trägerkörpers 3 und jeweils eine zwischenliegende Phase ohne Beschichtung des Trägerkörpers, sogenannte Beschichtungspausen, vorgesehen. Während eines ersten Beschichtungsabschnittes mit mehreren solcher Beschichtungsphasen und zwischengeschalteten beschichtungsfreien Phasen bzw. Beschichtungspausen erwärmt sich der Trägerkörper 3 trotz einer eventuell anfänglichen Kühlung zumindest in einer oberflächennahen Zone von Raumtemperatur bis zu einer ersten Maximaltemperatur, wobei diese Maximaltemperatur vorteilhaft zwischen 400°C und 900°C, insbesondere zwischen 500°C und 800°C liegt. Beispielsweise wird eine Maximaltemperatur von etwa 760°C vorgesehen. Unter einer oberflächennahen Zone des Trägerkörpers wird dabei ein an die zu beschichtende Oberfläche (3a, vgl. Fig. 6) angrenzender Teilbereich des Trägerkörpers mit einer vorbestimmten, in den Trägerkörper hineinragenden Mindesttiefe verstanden. Diese Mindesttiefe liegt im allgemeinen im Millimeterbereich, beispielsweise bei 1 mm. Der erste Beschichtungsabschnitt dauert im allgemeinen zwischen 2 und 15 Minuten, beispielsweise zwischen 3 und 10 Minuten. Nachdem der Trägerkörper während einiger Minuten auf diese maximale Temperatur aufgeheizt wurde, wobei der Plasmaspritzstrahl 16 den zu beschichtenden Bereich des Trägerkörpers durch entsprechendes Schwenken des Plasmaspritzgerätes 5 überstreicht, kann sich ein besonderer Abkühlungsabschnitt ohne Beschichtung anschließen. Während dieser beschichtungsfreien Pause, während der der Plasmaspritzstrahl vorteilhaft einen anderen Bereich des Trägerkörpers erfassen kann, kühlt sich der Trägerkörper wegen der Kühlung seiner Halterung 12 und wegen der fehlenden Beaufschlagung mit dem Plasmaspritzstrahl 16 in Abhängigkeit von der Pausendauer auf eine um mindestens 20°C, vorzugsweise mindestens 50°C tiefer als die genannte Maximaltemperatur liegende Zwischentemperatur ab. Beispielsweise kann die Zwischentemperatur in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und 500°C wie etwa bei 170°C liegen. An diesen Abkühlungsabschnitt kann sich dann ein mehrere Minuten langer nächste Beschichtungsabschnitt anschließen, während dessen der Trägerkörper 3 bis zu einer zweiten Maximaltemperatur, die beispielsweise der ersten Maximaltemperatur entspricht, wieder aufgeheizt wird. Vorteilhaft schließt sich diesem Zyklus aus Abkühlungsabschnitt und Beschichtungs-/Aufheizabschnitt noch mindestens ein weiterer entsprechender Zyklus an. Am Ende des gesamten Beschichtungsvorganges, der innerhalb des ersten Beschichtungsabschnittes und des mindestens einen Zyklus im allgemeinen wenigstens 50 Überläufe des Plasmaspritzstrahls umfaßt, liegt dann ein lamellenartiger, zumindest weitgehend kristalliner Aufbau der Schicht 4 vor, deren magnetische Eigenschaften jedoch noch nicht optimal sein können.According to the invention, during the plasma spraying process certain temperature profile observed on the carrier body 3 are chosen, the process management advantageously so is that the carrier body 3 in the horizontal direction simultaneous pivoting of the plasma spray device 5 performed and thus enables a large-area coating becomes. Here, the carrier body through the in the coating chamber prevailing ambient temperature of the plasma spraying process and especially by the striking Plasma spray jet 16 heated. The specific temperature on Carrier body can be indirectly by cooling the adjust holder 12 thermally connected to the carrier body. During the process there are several coating phases while heating the support body 3 and one each intermediate phase without coating the carrier body, so-called coating breaks are provided. During one first coating section with several such coating phases and intermediate coating-free The carrier body heats up phases or coating pauses 3 at least despite a possible initial cooling in a near-surface zone from room temperature to one first maximum temperature, this maximum temperature advantageously between 400 ° C and 900 ° C, especially between 500 ° C and 800 ° C. For example, a maximum temperature of about 760 ° C. Under a near-surface Zone of the carrier body becomes a to be coated Surface (3a, see Fig. 6) adjacent portion of the Carrier body with a predetermined, in the carrier body protruding minimum depth understood. This minimum depth is generally in the millimeter range, for example 1 mm. The first coating stage generally lasts between 2 and 15 minutes, for example between 3 and 10 Minutes. After the carrier body has been on for a few minutes this maximum temperature was heated using the plasma spray 16 the area of the carrier body to be coated by swiveling the plasma spraying device accordingly 5 sweeps, a special cooling section connect without coating. During this coating-free Pause during which the plasma spray advantageously capture another area of the carrier body can, the carrier body cools because of the cooling of it Bracket 12 and because of the lack of exposure to the Plasma spray jet 16 as a function of the pause duration one lower by at least 20 ° C, preferably at least 50 ° C as the above-mentioned maximum temperature intermediate temperature from. For example, the intermediate temperature in one Temperature range between 100 ° C and 500 ° C such as at 170 ° C lie. This cooling section can then have several Connect the next coating section for minutes, during which the carrier body 3 to a second Maximum temperature, for example the first maximum temperature corresponds, is heated again. Advantageous this cycle includes the cooling section and the coating / heating section at least one more corresponding cycle. At the end of the entire coating process, that within the first coating section and the at least one cycle generally at least 50 Overflows of the plasma spray jet, there is then a lamella-like, at least largely crystalline structure of the Layer 4 before, but their magnetic properties still cannot be optimal.

Der so beschichtete Trägerkörper 3 kann deshalb anschließend in an sich bekannter Weise einer Wärmebehandlung beziehungsweise Temperung auf mindestens einem vorbestimmten Temperaturniveau unterzogen werden, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu optimieren. Die mindestens eine Tempertemperatur liegt dabei im allgemeinen zwischen 550° und 800°C, vorzugsweise zwischen 600° und 750°C. Dabei wird für die Wärmebehandlungsdauer normalerweise ein Zeitraum von mindestens einer halben Stunde vorgesehen.The carrier body 3 coated in this way can therefore subsequently in a conventional manner a heat treatment or Annealing at at least one predetermined temperature level subjected to the desired magnetic Optimize properties. The at least one annealing temperature is generally between 550 ° and 800 ° C, preferably between 600 ° and 750 ° C. Thereby, for the duration of the heat treatment usually a period of at least half an hour.

Durch eine gezielte Einstellung der Temperatur am Trägerkörper 3 lässt sich erreichen, dass sich während der Kristallisation des Materials senkrecht zur Schichtebene eine magnetische Vorzugsrichtung wegen der kristallinen c-Achsenorientierung ausbildet. Darüber hinaus kann der Trägerkörper gegebenenfalls nach dem Beschichtungsvorgang noch einer Magnetisierungsbehandlung unterzogen werden, um so in das hartmagnetische Material eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung einzuprägen.Through a targeted adjustment of the temperature on the carrier body 3 can be achieved that during the crystallization of the material perpendicular to the layer plane a magnetic Preferred direction due to the crystalline c-axis orientation formed. In addition, the carrier body can optionally magnetization treatment after the coating process undergo so in the hard magnetic To impress a preferred direction of magnetization.

Aus der nachfolgenden Tabelle ist der Einfluß von nachträglichen Wärmebehandlungen mehrerer Proben bei verschiedenen Temperaturen auf die Koerzitivfeldstärke H_c zu entnehmen. Die Proben besaßen dabei jeweils erfindungsgemäß abgeschiedene Schichten aus Nd-Fe-B mit einer der hartmagnetischen Phase entsprechenden Stöchiometrie. Die Trägerkörper bestanden aus Cu oder aus einem Chrom-Nickel(CrMi)-Stahl. Außerdem wurde die Dicke der abgeschiedenen Schichten variiert. Die vorgenommenen Wärmebehandlungen erfolgten dabei jeweils eine Stunde im Hochvakuum. Die Zwischentemperatur am Ende des einzigen Abkühlungsabschnittes zwischen zwei Aufheizabschnitten lag bei etwa 170°C.The following table shows the influence of subsequent heat treatments of several samples at different temperatures on the coercive force H _c . The samples each had layers of Nd-Fe-B deposited according to the invention with a stoichiometry corresponding to the hard magnetic phase. The carrier bodies consisted of Cu or a chromium-nickel (CrMi) steel. The thickness of the deposited layers was also varied. The heat treatments were carried out for one hour in a high vacuum. The intermediate temperature at the end of the single cooling section between two heating sections was approximately 170 ° C.

Folgende Bezeichnungen wurden für die Tabelle gewählt:

T_m =

Maximaltemperatur(en) während des Plasmaspritzprozesses,

H_c =

Koezitivfeldstärke,

T_t =

Tempertemperatur der nachträglichen Wärmebehandlung,

a.q. =

Plasmaspritzprozeß ohne nachträgliche Wärmebehandlung,

D =

Dicke der abgeschiedenen Schicht.

The following names were chosen for the table:

T _m =

Maximum temperature (s) during the plasma spraying process,

H _c =

Koezitivfeldstärke,

T _t =

Annealing temperature of the subsequent heat treatment,

aq =

Plasma spraying process without subsequent heat treatment,

D =

Thickness of the deposited layer.

Wie aus der vorstehenden Tabelle zu entnehmen ist, sind Schichtdicken D von mindestens 0,5 mm besonders vorteilhaft. Außerdem ist festzustellen, dass die zweite Cu-Probe, für deren Maximaltemperaturen 760°C gewählt wurde, die höchsten Koerzitivfeldstärkewerte H_c aufweist, wenn sie bei etwa 700°C getempert wird.As can be seen from the table above, layer thicknesses D of at least 0.5 mm are particularly advantageous. It should also be noted that the second Cu sample, for whose maximum temperatures 760 ° C was chosen, has the highest coercive force values H _c when annealed at approximately 700 ° C.

Aus dem Diagramm der Figur 2 geht der konkrete Aufheiz- und Abkühlzyklus dieser zweiten Cu-Probe während des Beschichtungsprozesses hervor. Dabei sind in Abszissenrichtung die Zeit t (in min) und in Ordinatenrichtung die Temperatur T am Trägerkörper (in °C) aufgetragen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, schloß sich einem ersten Beschichtungsabschnitt I unmittelbar ein Abkühlungsabschnitt II auf eine Zwischentemperatur von 170° an. Diesem Abkühlungsabschnitt folgte unmittelbar ein neuer Beschichtungsabschnitt III. Der Beschichtungsprozeß war nach 9 Minuten bei einer Schichtdicke von 0,5 mm beendet. Während des ersten Beschichtungsabschnittes I war der Plasmaspritzstrahl 36 mal über den zu beschichtenden Bereich des Trägerkörpers hinweggestrichen (= 36 Überläufe), während des zweiten Beschichtungsabschnittes II 50 mal. Die verstärkten Punkte auf der dargestellten Kurve geben Temperaturmeßpunkte wieder.From the diagram of Figure 2, the specific heating and Cooling cycle of this second Cu sample during the coating process out. The are in the abscissa direction Time t (in min) and the temperature T am in the direction of the ordinate Carrier body (in ° C) applied. As can be seen in the diagram is a first coating section I immediately a cooling section II to an intermediate temperature from 170 °. This cooling section followed immediately a new coating section III. The coating process was at a layer thickness of 0.5 after 9 minutes mm ended. During the first coating section I was the plasma spray jet 36 times over the area to be coated the carrier body swept away (= 36 overflows), during the second coating section II 50 times. The Reinforced points on the curve shown give temperature measuring points again.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm die Hysteresiskurve des entsprechend hergestellten Materials (der Probe Nr. 9) nach der optimierten Wärmebehandlung im Anschluß an den Plasmaspritzprozeß. In dem Diagramm sind in Abszissenrichtung die Magnetfeldstärke H (in kOe) und in Ordinatenrichtung die magnetische Polarisation J (in T) aufgetragen. Aus dem Diagramm ist ein Wert der Koerzitivfeldstärke H_c von 15,8 kA/cm (= 19,9 kOe) ablesbar.FIG. 3 shows in a diagram the hysteresis curve of the correspondingly produced material (sample No. 9) after the optimized heat treatment following the plasma spraying process. The diagram shows the magnetic field strength H (in kOe) in the abscissa direction and the magnetic polarization J (in T) in the ordinate direction. A value of the coercive field strength H _c of 15.8 kA / cm (= 19.9 kOe) can be read from the diagram.

Gemäß den den Figuren 2 und 3 zugrundegelegten Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass die einzelnen Beschichtungs- und Abkühlungsabschnitte etwa gleichlange Zeitintervalle in der Größenordnung zwischen 1,5 und 5 Minuten einnehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf eine derartige Verfahrensführung beschränkt. Man kann z.B. auch einen sehr allmählichen Temperaturanstieg während des ersten Beschichtungsabschnittes über einen vergleichsweise längeren Zeitraum von beispielsweise zwischen 5 und 12 Minuten vorsehen, dem sich dann im allgemeinen mehrere Zyklen aus Abkühl- und Beschichtungsabschnitten von wesentlich kürzerer Dauer anschließen. Die einzelnen Phasen eines solchen Zyklus können dabei zwischen 0,3 Minuten und 3 Minuten dauern. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus dem als Figur 4 wiedergegebenen Diagramm in einer Figur 2 entsprechenden Darstellung hervor. Das Diagramm zeigt den Verlauf der Trägerkörpertemperatur T in Abhängigkeit von der Zeit t nach einer Optimierung der Trägerkörperführung. Auch hier schloß sich nach dem erstmaligen Erreichen der ersten Maximaltemperatur von etwa 500°C nach etwa 10 Minuten wiederum eine mehrfach wiederholte Folge (Zyklus) eines Abkühlungsabschnittes und eines Beschichtungsabschnittes an, wobei die Temperaturabsenkung während des Abkühlungsabschnittes bei etwa 20°C lag. Jeder der hier 5 Zyklen dauerte insgesamt etwa 1 Minute. Die etwa 1 mm dicke Schicht auf einem CrNi-Stahl-Trägerkörper zeigte nach einer Temperung im Hochvakuum bei 720°C während 1 Stunde eine maximale Koerzitivfeldstärke H_c von 13,5 kA/cm.According to the exemplary embodiments on which FIGS. 2 and 3 are based, it was assumed that the individual coating and cooling sections take approximately equal time intervals in the order of magnitude between 1.5 and 5 minutes. However, the method according to the invention is not limited to such a procedure. For example, a very gradual rise in temperature during the first coating section over a comparatively longer period of time, for example between 5 and 12 minutes, can be provided, which is then generally followed by several cycles of cooling and coating sections of substantially shorter duration. The individual phases of such a cycle can last between 0.3 minutes and 3 minutes. A corresponding exemplary embodiment of the method according to the invention can be seen from the diagram shown as FIG. 4 in a representation corresponding to FIG. The diagram shows the profile of the carrier body temperature T as a function of the time t after optimization of the carrier body guidance. Here too, after reaching the first maximum temperature of about 500 ° C for the first time after about 10 minutes, a repeated sequence (cycle) of a cooling section and a coating section followed, the temperature drop during the cooling section being around 20 ° C. Each of the 5 cycles here lasted a total of about 1 minute. The approximately 1 mm thick layer on a CrNi steel carrier body showed a maximum coercive field strength H _c of 13.5 kA / cm after tempering in a high vacuum at 720 ° C. for 1 hour.

Wie vorstehend dargelegt, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abscheidung des hartmagnetischen Materials aus dem Stoffsystem SE-FE-B mittels eines besonderen Plasmaspritzprozesses in mehreren Beschichtungsphasen. Ein entsprechender Aufbau einer Schicht aus diesem Material auf einem insbesondere gekühlten Trägerkörper 3 ist in den Schnittansichten der Figuren 5 bis 7 angedeutet. Eine gewünschte Dicke d der Schicht 4 von über 0,5 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm, beispielsweise von mehreren Millimetern (vgl. Figur 7) wird durch eine hohe Anzahl von nachfolgend als Überläufe oder Scans des Plasmastrahls bezeichneten Beschichtungsphasen erreicht. Dabei wird zweckmäßig pro Überlauf in Abhängigkeit von den gewählten Prozessparametern wie z.B. der Fördergeschwindigkeit des Pulvers ein Schichtzuwachs Δd (vgl. Figur 5) im Mikrometer-Bereich, insbesondere zwischen 1 und 20 µm, vorzugsweise zwischen 3 und 15 µm, beispielsweise von etwa 5 µm eingestellt. Durch die hohe Abkühlungsgeschwindigkeit beim Auftreffen der geschmolzenen Partikel scheiden sich zunächst Unterschichten bzw. Teilschichten während der Aufheizphase (vgl. Figur 4) überwiegend amorph ab. In Figur 5 sind drei solcher amorpher, jeweils mit einem Überlauf erzeugter Teilschichten mit l_a bezeichnet. Durch die anhand von Figur 4 verdeutlichte weitere Temperaturführung des Trägerkörpers 3 zumindest in seiner oberflächennahen Zone bis zu einer konstanten Temperatur von beispielsweise etwa 500°C bei oder wenig oberhalb (maximal 100°C) der Rekristallisationstemperatur der hartmagnetischen Phase des Stoffsystems, die zwischen etwa 500 und 550°C liegt, wird dann die gesamte Schicht sukzessive auskristallisiert. Dieser Auskristallisationsvorgang ist anhand der Figuren 5 bis 7 ersichtlich. Die zunächst amorphen Teilschichten l_a (vgl. Figur 5) werden von der Oberfläche 3a des Substrats bzw. Trägerkörpers 3 aus wegen der mit fortschreitendem Beschichtungsvorgang einhergehenden Erwärmung des Trägerkörpers auskristallisiert. Diese auskristallisierten Teilschichten sind mit l_k bezeichnet und bilden eine der Oberfläche 3a zugewandte Schichtzone z (vgl. Figur 6). Diese auskristallisierte Zone z wächst also mit fortschreitendem Beschichtungsvorgang von der Oberfläche 3a ausgehend an und erstreckt sich am Ende des Beschichtungsvorganges praktisch durch die gesamte Schicht 4 der Dicke d (vgl. Figur 7). Durch diese in die Prozessführung integrierte Wärmebehandlung kann vorteilhaft die sonst erforderliche nachträgliche Wärmebehandlung zur Rekristallisierung zumindest großenteils entfallen.As explained above, in the method according to the invention, the hard magnetic material is separated from the SE-FE-B material system by means of a special plasma spraying process in several coating phases. A corresponding build-up of a layer of this material on a particularly cooled carrier body 3 is indicated in the sectional views in FIGS. 5 to 7. A desired thickness d of the layer 4 of more than 0.5 mm, preferably of at least 1 mm, for example of several millimeters (cf. FIG. 7), is achieved by a large number of coating phases hereinafter referred to as overflows or scans of the plasma jet. Depending on the selected process parameters, such as the conveying speed of the powder, a layer increase Δd (see FIG. 5) in the micrometer range, in particular between 1 and 20 μm, preferably between 3 and 15 μm, for example of approximately 5 μm, is expediently used for each overflow set. As a result of the high cooling rate when the molten particles strike, sub-layers or sub-layers separate predominantly amorphously during the heating phase (cf. FIG. 4). In FIG. 5, three such amorphous partial layers, each with an overflow _{, are} designated by l _a . Due to the further temperature control of the carrier body 3, illustrated in FIG. 4, at least in its near-surface zone up to a constant temperature of, for example, approximately 500 ° C. at or slightly above (maximum 100 ° C.) the recrystallization temperature of the hard magnetic phase of the material system, which is between approximately 500 and 550 ° C, the entire layer is then successively crystallized. This crystallization process can be seen from FIGS. 5 to 7. The initially amorphous partial layers 1 _a (cf. FIG. 5) are crystallized out from the surface 3 a of the substrate or carrier body 3 because of the heating of the carrier body that goes along with the progressing coating process. These crystallized partial layers are denoted by l _k and form a layer zone z facing the surface 3a (cf. FIG. 6). This crystallized zone z thus grows as the coating process proceeds from the surface 3a and extends at the end of the coating process practically through the entire layer 4 of thickness d (cf. FIG. 7). This heat treatment integrated into the process control can advantageously at least largely dispense with the subsequent heat treatment required for recrystallization.

Claims (22)

1. Method of coating a support body with a layer of hard-magnetic material of the material system SE-FE-B, where the SE component contains at least one rare-earth metal and the FE component contains at least one ferromagnetic element, in which method the coating process includes a plasma spraying process in which a molten powder consisting of a precursor of the hard-magnetic material to be formed is sprayed on to the support body, several coating phases with heating of the respective surface to be coated and respective intermediate coating-free phases being provided for each region of the support body (3) to be coated during the coating process, characterised in that the temperature of the support body (3) is increased to a level ensuring recrystallisation of a hard-magnetic phase of the hard-magnetic material at least in a zone directed towards its surface (3a) to be coated at least towards the end of the coating process.
2. Method according to claim 1, characterised in that the temperature of the support body (3) is increased to a level no more than 100°C higher than the recrystallisation temperature of the hard-magnetic phase at least in its zone close to the surface.
3. Method according to claim 1 or claim 2, characterised in that different regions of the support body (3) are covered repeatedly one after the other by a plasma spray jet (16).
4. Method according to claim 3, characterised by movement of the plasma spray jet (16) and/or the support body (3).
5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that a region of the support body (3) to be coated is covered repeatedly in a number of passes corresponding to the coating phases by a plasma spray jet (16) moved relative thereto.
6. Method according to claim 5, characterised in that a partial layer having a thickness (Δd) of between 1 and 20 µm, preferably between 3 and 15 µm, is applied in each pass.
7. Method according to claim 5 or claim 6, characterised in that the layer (4) is applied to the support body (3) in a lamellar manner in at least 50 passes to a total thickness (d).
8. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the coating process is divided into several coating stages (I; III) interrupted by at least one cooling stage (II).
9. Method according to claim 8, characterised by at least the first coating stage (I) from room temperature to a first maximum temperature, the cooling stage (II) from the first maximum temperature to an intermediate temperature and the second coating stage (III) from the intermediate temperature to a second maximum temperature.
10. Method according to claim 9, characterised in that the first maximum temperature and/or the second maximum temperature is/are in a temperature range of between 400°C and 900°C, in particular between 500°C and 800°C.
11. Method according to claim 9 or claim 10, characterised in that the at least one intermediate temperature is at least 20°C, preferably at least 50°C lower than the maximum temperature of the preceding coating phase.
12. Method according to one of claims 8 to 11, characterised in that the first coating stage (I) covers a period of between 2 and 15 minutes, preferably between 3 and 10 minutes.
13. Method according to one of claims 8 to 12, characterised in that the first coating stage (I) is followed by several cycles each consisting of a cooling stage (II) and a coating stage (III).
14. Method according to claim 13, characterised in that the first coating stage (I) covers a period of between 5 and 12 minutes and the cooling stage (II) and the coating stage (III) of each cycle each cover a period of between 0.3 and 3 minutes.
15. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the support body (3) is subjected to heat treatment after the coating process.
16. Method according to claim 15, characterised in that the heat treatment is carried out at least at a temperature level between 550° and 800°C, preferably between 600° and 750°C.
17. Method according to claim 15 or claim 16, characterised by heat treatment lasting at least half an hour.
18. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the support body (3) is subjected to magnetisation after the coating process.
19. Method according to one of the preceding claims, characterised by a support body (3) consisting of Cu or another Cu-containing material, in particular a Cu alloy, or an alloyed or unalloyed steel.
20. Method according to one of the preceding claims, characterised in that a layer (4) containing at least the components Nd, Fe and B of the SE-FE-B material is formed.
21. Method according to claim 20, characterised in that a layer (4) containing at least for the most part the hard-magnetic Nd₂Fe₁₄B phase is formed.
22. Method according to one of the preceding claims, characterised in that a layer (4) having a thickness of more than 0.5 mm, preferably at least 1 mm, is deposited.

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