CH302709A - Verfahren zum Erzeugen einer Vorzugsrichtung der Magnetisierung. - Google Patents

Description

      (Erfinder:    Dr. phil. Walter     Dannöhl,    Bochum.)    Die Erfindung     betrifft    ein Verfahren zum  Erzeugen einer Vorzugsrichtung der     Magne-          tisierung    in     Dauermagnetkörpern.    Es ist be  kannt, dass insbesondere     aushärtbaren    Dauer  magnetlegierungen mit hohem     Curiepunkt          durch    Abkühlen der aus der Legierung ge  fertigten     Dauermagnetkörper    mit geregelter  Geschwindigkeit von einer erhöhten Tem  peratur, beispielsweise etwa 1200      C,

          in    einem  starken Magnetfeld eine solche Vorzugsrich  tung vermittelt werden kann. Das Magnet  feld muss von dem Augenblick an einwirken,  in welchem die Körper den     Curiepunkt    er  reichen, und muss aufrechterhalten werden,  bis eine Temperatur erreicht ist, die an  nähernd 180  C unter dem     Curiepunkt    liegt.  Die     Dauermagnetkörper    können z. B. aus       Eisen-Kobalt-Nickel-Aluminium-Kupfer-Le-          gierungen    mit einem Gehalt von 14 bis 30%  Kobalt, 9 bis 20% Nickel, 5 bis 11% Alu  minium und weiteren Zusätzen an Kupfer  und Titan bestehen.  



  Die Magnetkörper, die gegossen, gesin  tert und gegebenenfalls auch     durch    Warm  formgebung erzeugt sein können, erhalten  infolge der     Magnetfeldbehandlung    eine Vor  zugslage der     Magnetisierung    in der Richtung,  in der das Magnetfeld diese bei der Abküh  lung durchsetzt hat.

   Das Verfahren wird  technisch in grossem Umfang angewendet zur  Herstellung von     Magnetkörpern,    die in     nur       einer Richtung vorzugsmagnetisiert     sind    und       damit    zugleich insbesondere gegenüber be  liebigen dazu senkrechten     Richtungen    her  vorragend hohe     Gütewerte    des     BHmaX-Pro-          duktes    besitzen.  



  Es hat sich nun herausgestellt, dass die       üblichen        Magnetfeldbehandlungsverfahren,     die mit feststehenden     Magnetisierungsjochen     und feststehenden, zu behandelnden Dauer  magnetkörpern arbeiten oder     mit    einem Ma  gnetfeld, das einen von einem starken elek  trischen Strom     durchflossenen    Kupferleiter       iungibt,    gerade für die Erzeugung gekrümm  ter Vorzugsrichtungen in     Dauermagnetkör-          pern    nicht     immer    die erwünschten hohen ma  gnetischen Leistungen zu erzielen gestatten.

    Auch     sind    diese Vorrichtungen nicht immer  für den     erforderlichen    grossen Mengendurch  satz geeignet. Die Abkühlungsgeschwindig  keit der Magnetkörper lässt sich     mitunter        nur     schlecht im gewünschten Sinne einregem,  bzw. es ist     für    nahezu jede besondere Magnet  form der Bau eines geeigneten Joches oder  einer entsprechenden     Magnetisierungsvor-          richteng        erforderlich.    Diese Mängel können  bei dem Verfahren nach der Erfindung be  seitigt werden.  



  Das Verfahren     wird    so     durchgeführt,    dass  während des mit geregelter Geschwindigkeit  von einer erhöhten Temperatur in     einem    star  ken     Magnetfeld.        durchgeführten        Abkühlens              die    (gegossenen, gesinterten oder gewalzten)       Dauermagnetkörper    um eine zur Richtung  des Magnetfeldes senkrechte Achse     umlaufen     und dass dabei     ferromagnetische    Leitstücke,  beispielsweise in der Form von Polschuhen,  verwendet werden,

       die    gleichsinnig     und    mit  gleicher     Geschwindigkeit        mit    den Magnet  körpern umlaufen, so dass, unterstützt     durch     geeignete Formgebung der Leitstücke, längs       mindestens    einer gekrümmten     Kurve    eine       Vorzugsrichtung    der     Magnetisierung    entsteht  mit einem     Energieprodukt    BH..., gemessen  in dieser gekrümmten Vorzugsrichtung,

   wel  ches mehr als 10% höher ist als dasjenige des       isotropen    Zustandes und mehr als 15% höher  als dasjenige in     senkrechter        Richtung    dazu  gemessen. Anschliessend an die     Magnetfeld-          behandlung    können die Magnetkörper er  forderlichenfalls noch einer an sich bekannten  ein- oder     mehrmaligen        Anlassbehandlung    bei  einer oder     mehreren.        Temperaturen    unterhalb  <B>700'</B> C     unterworfen    werden.  



  Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein  ähnliches     Verfahren    anzuwenden, um ma  gnetisch     anisotrope    Körper zu erhalten, bei  denen die magnetischen Eigenschaften gleich  zeitig in zwei zueinander     rechtwinkligen          Richtungen,    d. h. in einer Vorzugsebene, ver  bessert werden     auf    Kosten der Eigenschafts  werte in der dritten dazu senkrechten Rich  tung bzw. in allen Richtungen, die eine senk  rechte Komponente zu dieser Vorzugsebene  haben. Das     würde    also bedeuten, dass die  magnetischen Eigenschaften z.

   B. bei einem  Ring oder     einer    Scheibe sowohl in radialer  Richtung als auch gleichzeitig in     tangentialer     Richtung verbessert werden auf Kosten der  Eigenschaften in der dritten Richtung, d. h.  in Richtung der Achse des Ringes oder der  Scheibe.

   Versuche des Erfinders zeigten, dass  man bei diesem Verfahren     nur    eine     wesent-          lich    geringere Verbesserung der magnetischen  Eigenschaften in diesen beiden zueinander       senkrechten    Richtungen bzw. in jeder     be-          Liebigen    Richtung der Vorzugsebene gegen  über dem     isotropen    Zustand erhält,     vergli-          chen        mit    der Verbesserung,. die üblicherweise  erzielbar ist,.

   wenn die Vorzugsrichtung im    ursprünglichen Sinne in nur     einer    Richtung  auf Kosten der Eigenschaften in den beiden  dazu     senkrechten    Richtungen vorgenommen       wird.    Da anderseits bei praktischen An-,       wendungsfällen    die Magnete meist nur in  einer Richtung magnetisiert werden, ergab  sich daraus     die    bei     vorliegender    Erfindung  angewendete Erkenntnis, zur Erzielung mög  lichst guter     Dauermagneteigenschaften    in  einer gekrümmten Vorzugsrichtung jede dazu  senkrechte, in der Rotationsebene liegende  Vorzugsrichtung     möglichst    weitgehend zu  vermeiden.

   Dies wird aber gemäss Erfindung  dadurch erreicht, dass bei der Magnetfeld  behandlung und Drehung geeignet geformte       ferromagnetische    Leitstücke verwendet wer  den, die mit den Magnetkörpern     umlaufen.     



  Bei     Anwendung    der der Erfindung zu  grunde     liegenden        Erkenntnis,    z. B. bei Dauer  magnetkörpern aus einer Legierung mit       15%    Nickel, 22% Kobalt, 4% Kupfer,  8%     Aluminium,    Rest Eisen, können in ge  krümmter Vorzugsrichtung Energieprodukte       (BH)..    von 3,5 - 5,5 - 10s Gauss X     Oersted     erzielt werden     und    bei     Magnetrohlingen    mit  einer     Gussstruktur,    die ganz oder teilweise  entsprechend der gewünschten     Krümmung     der     Kraftlinien    verläuft, sogar noch höhere  Werte,

   während bei Anwendung des bekann  ten Verfahrens, bei dem eine magnetische  Vorzugsebene in den behandelten Dauer  magnetkörpern erhalten wird, an den glei  chen     Magnetrohlingen    nur     (BH)maX-Werte     von höchstens 2,5 - 3.     10s    Gauss X     Oersted,     in der gleichen Richtung gemessen, erzielt  werden konnten.  



  Diese erzielbare Verbesserung der Dauer  magneteigenschaften ist je nach Legierungs  zusammensetzung der     behandelten    Dauer  magnetkörper mitunter auch von geringerer       Grössenordnung.    Das Verfahren gemäss der  Erfindung     kann    jedoch bei allen Dauer  magnetkörpern angewendet werden, denen  eine     gekrümmte    magnetische Vorzugsrich  tung     verliehen    werden soll, in der das Energie  produkt (BH)... im Vergleich zum     isotropen     Zustand um mehr als 10% und im Vergleich  zu beliebigen zur-     Vorzugsrichtung    senk-      rechten Richtungen um mehr als     15%    erhöht  ist.  



  Wie ohne weiteres verständlich, können  in einem so gestalteten Magnetfeld auch meh  rere     Dauermagnetkörper    in Achsrichtung an  einandergereiht gleichzeitig behandelt wer  den.  



  Je nach     Fotm,    -Grösse und Anzahl der  gleichzeitig behandelten sowie der Legie  rungszusammensetzung der Dauermagnet  körper hat sich eine günstigste Abkühlungs  geschwindigkeit von 30 bis 200      C/Minute     oberhalb der     Curietemperatur    herausgestellt.  Es ist günstig, diese mit     Erreichen    der Curie  temperatur verstärkt herabzusetzen, indem  etwa eine vorher angewendete     Kühlung    aus  geschaltet oder verringert bzw. die Wärme  abstrahlung der     Dauermagnetkörper    er  schwert wird.

   Anderseits hat sich gezeigt,  dass infolge der Bewegung zwischen Dauer  magnetkörpern und Magnetfeld durch ent  stehende     Hysterese-Wärme    eine gewisse Ver  zögerung der Abkühlung erfolgt. Diese Ver  zögerung der Abkühlung kann also auch da  durch erzielt werden, dass die Umdrehungs  geschwindigkeit     heraufgesetzt        wird.    Obwohl  auch ohne weiteres mit niedrigeren Geschwin  digkeiten der     Dauermagnetkörper    im Feld ge  arbeitet werden kann, hat sich doch eine       Mindestgeschwindigkeit    von mehr als 800 Um  drehungen/Minute als besonders     vorteilhaft     erwiesen. Z.

   B.     wurden    die oben angegebenen  günstigsten     (BH)...-Werte    bei<B>1500</B> bzw.  3000     Umdrehungen/3Vlinute    erzielt.  



  Die Stärke des erforderlichen zweipoligen  magnetischen Gleich- oder     Wechselfeldes    ist  in an sich     bekannter    Weise von der Legie  rungszusammensetzung, jedoch auch von den       Abkühlungsbedingungen    abhängig. Sie     wird     vorzugsweise mindestens 800     Oersted    betra  gen, wobei gegebenenfalls eine Übersättigung  im     Dauermagnetkörper    zu vermeiden wäre.  



  Die     erfindungsgemäss    vorgesehenen     Leit-          stücke    bestehen zweckmässig aus einer     ferro-          magnetisch    weichen Legierung mit einem  höheren     Curiepunkt    im Vergleich zu der Le  gierung des     Dauermagnetkörpers.    Es ist je  doch auch möglich,     diese    Leitstücke aus einem    Werkstoff     mit    einem bis zu     150     niedrigeren       Curiepunkt    im Vergleich zu der Zusammen  setzung des     Dauermagnetkörpers    herzustel  len, z.

   B. aus Weicheisen, falls sie infolge  ihrer     Anordnung,    Masse oder guten Wärme  leitfähigkeit im Verlauf der vorgesehenen Be  handlung nicht über ihren     Curiepunkt    erhitzt  werden. Ist diese letztgenannte     Bedingung          nicht    erfüllt, so können diese Leitstücke aber  z. B. auch aus Legierungen     mit    einem bis  höchstens     50     C     niedrigeren        Curiepunkt    be  stehen, wenn dicht unterhalb des Curie  punktes der Leitstücke deren     Maximalperme-          abilität    höher ist als die der Dauermagnet  körper.  



  Die Leitstücke können von den     Daüer-          magnetkörpern    durch einen Luftspalt ge  trennt oder angegossen,     angesintert,    ange  schweisst oder angelötet sein.     Falls    sie mit den       Dauermagnetkörpern    nicht fest verbunden  sind, ist es meistens     vorteilhaft,    wenn sie ge  krümmte, den entsprechenden Flächen der       Dauermagnetkörper    angepasste Endflächen  haben; z. B. die Form von Polschuhen auf  weisen.  



  Es hat sich als zweckmässig herausgestellt,  besonders, für radial     geschlitzte    bzw.     mit     radial gerichteten Nuten versehene Dauer  magnetkörper, sogenannte Sternmagnete,     ein          Magnetträgergestell    mit     auswechselbarenPol-          Schuhen    verschiedener Länge zu verwenden.  Mit der gleichen Drehvorrichtung ist es so       möglich,    eine     Vielfalt    von Magnetformen und       -grössen    wirtschaftlich zu     behandeln.     



  In vielen Fällen ist es auch     vorteilhaft,        die     zu     behandelnden    Magnetkörper mit oder ohne  Verwendung eines solchen. Magnetträger  gestells einleitend durch     Hochfrequenzinduk-          tionserhitzung    auf     :Temperatur    zu bringen.  



  Im allgemeinen werden die Symmetrie  achsen der zu     behandelnden    Dauermagnet  körper mit der Drehachse übereinstimmen.  Das erfindungsgemässe Verfahren kann je  doch nicht     nur    bei     rotationssymmetrischen          Dauermagnetkörpern    angewendet werden, es       schliesst    vielmehr die Möglichkeit in sich,       Dauermagnetkörper,    die als     Teilkörper        eines     solchen rotationssymmetrischen Körpers be-      trachtet werden können oder solchen     ähnlich     sind,

   in einem     Magnetträgergestell    mit oder       ohne    Verwendung geeigneter Zwischenstücke  rotationssymmetrisch anzuordnen und dann  den     Dauermagnetkörpern    längs einer ge  krümmten     Kurve    eine Vorzugsrichtung der       Magnetisierung    zu geben.

   Da sich bei Vor  handensein mehrerer Magnetpole mehrere       gekrümmte    Kurvenzüge ergeben, kann dieses       Verfahren    auch auf     solche    Fälle     ausgedehnt     werden, in denen die     Dauermagnetkörper    so  rotationssymmetrisch angeordnet werden,  dass den     Dauermagnetkörpern    längs mehrerer  gekrümmter     Kurvenzüge    eine Vorzugsrich  tung der     Magnetisierung    gegeben werden       kann.     



  Die     Anwendung    des     beschriebenen    Ver  fahrens bringt besondere Vorteile bei Le  gierungen mit einem     Legierungsgehalt    von  14 bis 30% Kobalt, 9 bis 20% Nickel,  5 bis 11 %     Aluminium,    0 bis 8 % Kupfer,  0 bis     4%    Titan, 0 bis 2%     Silizium,    0 bis 3%       Tantal    und     Niob,    0 bis 3     %    Mangan, 0 bis 0, 5  Schwefel und weniger als 0,20% Kohlenstoff  sowie bei entsprechenden Legierungen, die  auf dieser Grundlage aufgebaut sind und- bis  zu 5% Zusätze weiterer Elemente enthalten,

    ohne dass das Verfahren gemäss der Erfindung  damit allein auf diese Legierungsgruppe     be-          schränkt    werden soll. Werden Magnetkörper  der angegebenen Legierungsgruppe erfin  dungsgemäss behandelt, so ist es meist zweck  mässig oder     erforderlich,    sie anschliessend an  die     Magnetfeldbehandlung    zur Erzielung  günstigster     Dauermagneteigenschaften    einer  gestuften,     mehrstündigen        Aulassbehandlung     zunächst bei einer höheren,     dann.    bei einer       niedrigerenAnlasstemperatur    unterhalb 700 C  zu     unterwerfen,

      wobei diese     Temperaturen          wenigstens    um 50      voneinander    verschieden  sein sollen. Oft, z. B. bei sehr dicken Dauer  magnetkörpern, genügt aber bereits     die     gleichzeitige Feld- und Drehbehandlung bzw.  eine einfache     Anlassbehandlung.     



  Es ist insbesondere auch .vorgesehen, sol  che     Dauermagnetkörper    nach dem Verfahren  gemäss der     Erfindung    zu     behandeln,        die    in  gekrümmter Richtung     eine        möglichst    hohe         Koerzitivkraft,    und zwar von mehr als  600     Oersted,    oder eine     Remanenz    von     mehr,-          als    9500 Gauss .aufweisen sollen, bzw. auch  solche, bei denen in gekrümmter Richtung  eine Verbesserung des Energieproduktes  (BH)... um mehr als 100% gegenüber dem       isotropen    Zustand erzielt werden soll.  



  Naturgemäss sind     die        erfindungsgemäss    an  gestrebten     Dauermagneteigenschaften    in ge  krümmter Vorzugsrichtung besonders leicht  bzw. in ausgeprägtem Masse erzielbar, wenn  die Magnetkörper eine gerichtete.     Gussstruk-          tur    besitzen, die ganz oder teilweise ent  sprechend der gekrümmten Vorzugsrichtung  verläuft; dies     wirkt    sich auch bei solchen Ma  gneten, die für die Feld- und Drehbehand  lung zu einer     rotationssymmetrischen    An  ordnung zusammengestellt sind, äusserst vor  teilhaft aus.  



  Das Verfahren ist     wirtschaftlich    anwend  bar für die     Herstellung    von Dauermagneten  der verschiedensten Art und Form, wobei  ring- und sternförmige Typen sowie Polräder  hervorgehoben seien. Die erhaltenen Dauer  magnete sind insbesondere verwendbar für  Rotoren, Generatoren, Zündmagnete,     Mikro-          phone,    Lautsprecher,     Messinstrumente,    Elek  tronengeräte, Relais,     Magnetscheider,    Filter  und dergleichen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zum Erzeugen einer Vorzugs richtung der Magnetisierung in Dauermagnet körpern durch Abkühlen der Magnetkörper mit geregelter Geschwindigkeit von einer er höhten Temperatur in einem starken, vom Erreichen der Curietemperatur bis annähernd l80 C unterhalb dieser wirkenden Magnet feld unter gleichzeitiger Drehung der Magnet körper um eine zum Magnetfeld senkrechte Achse, dadurch gekennzeichnet, dass ferro- magnetische Leitstücke verwendet werden,

   die gleichsinnig und mit gleicher Geschwin digkeit mit den Magnetkörpern umlaufen, so dass, unterstützt durch geeignete Form gebung der Leitstücke, längs mindestens einer gekrümmten Kurve eine Vorzugsrich tung der Magnetisierung entsteht mit einem Energieprodukt BH..., gemessen in dieser gekrümmten Vorzugsrichtung, welches mehr als 10% höher ist als dasjenige des isotropen Zustandes und mehr als 15% höher als das jenige in senkrechter Richtung dazu gemes sen.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Magnetkörper anschliessend an die Magnetfeldbehandlung mindestens einer Anlassbehandlung bei Tem peraturen unterhalb 700 C unterworfen wer den. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die auf 30-200 C/ Minute eingestellte Abkühlungsgeschwindig keit der Magnetkörper im Bereich zwischen der erhöhten Temperatur und der Curietem- peratur mit Erreichen der Curietemperatur verstärkt herabgesetzt wird, indem die Kühl wirkung zur Verzögerung der Abkühlung ver ringert wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die auf 30-200 C/ Minute eingestellte Abkühlungsgeschwindig keit der Magnetkörper im Bereich zwischen der erhöhten Temperatur und der Curietem- peratur mit Erreichen der Curietemperatur verstärkt herabgesetzt wird, indem die Wärmeabstrahlung zur Verzögerung der Abkühlung verringert wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die auf 30-200 C/ Minute eingestellte Abkühlungsgeschwindig keit der Magnetkörper im Bereich zwischen der erhöhten Temperatur und der Curietem- peratur mit Erreichen der Curietemperatur verstärkt herabgesetzt wird, indem die Um drehungsgeschwindigkeit zur Verzögerung der Abkühlung heraufgesetzt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das zweipolige magnetische Feld eine Stärke von mindestens 800 Oersted besitzt. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet körper im magnetischen Feld mit einer Ge- schwindigkeit von mehr als 800 Umdrehun- gen/Minute umlaufen. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die ferromagneti- schen Leitstücke aus einer Legierung mit einem höheren Curiepunkt als derjenige der Dauermagnetkörper bestehen. B.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die ferromagneti- schen Leitstücke aus einer Legierung mit einer höheren Permeabilität bei einem um höchstens 150 niedrigeren Curiepunkt be stehen als der Zusammensetzung des Dauer magnetkörpers entspricht. 9. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Leitstücke mit den Dauermagnetkörpern metallisch fest ver bunden sind. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet körper anschliessend an die Magnetfeldbe handlung einer gestuften, mehrstündigen An lassbehandlung zunächst bei einer höheren, dann bei einer niedrigeren Anlasstemperatur unterworfen werden, wobei diese Tempera turen wenigstens um 50 verschieden sind. PATENTANSPRUCH II: Dauermagnetkörper, erhalten nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I. UNTERANSPRÜCHE 11. Dauermagnetkörpex nach Patent anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er ringförmig ist.

   12. Dauermagnetkörper nach Patent anspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass er sternförmig ist. 13. Dauermagnetkörper nach Patent anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer solchen Legierung besteht, bei der in Richtung der magnetischen Vorzugslage eine Koerzitivkraft von mehr als 600 Oersted erzielbar ist. 14. Dauermagnetkörper nach.

   Patent anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer solchen Legierung besteht, bei der eine Verbesserung des (BH)..-Produktes um mehr als 100% gegenüber dem isotropen Zustand erzielbar ist. 15. Dauermagnetkörper nach Patent anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass er eine der gewünschten Krümmungsrichtung mindestens zum Teil entsprechende Guss- struktur besitzt.