CH716222B1 - Verfahren zur Herstellung eines R2M17-Magneten. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines R2M17-Magneten, insbesondere eines gesinterten Magneten, wobei R mindestens eines der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu, und Zr aufweist. Die Erfindung basiert auf dem Konzept einer Verwendung eines alternierenden oder wiederholenden Zyklus bei der Sinterwärmebehandlung, wobei eine oder beide der ersten Grenze B1 zwischen dem ersten Phasenfeld PH1 und dem zweiten Phasenfeld PH2 und der zweiten Grenze B2 zwischen dem zweiten Phasenfeld PH2 und dem dritten Phasenfeld PH3 mindestens zweimal durchquert wird.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines R2M17-Magneten, insbesondere eines gesinterten R2M17-Magneten.

[0002] Ein R2M17-Magnet ist ein Beispiel für ein Seltenerd-Kobalt-Permanentmagnetmaterial, das als Magnet vom 2-17-Typ oder Sm2Co17-Typ bezeichnet werden kann. Seltenerd-Kobalt-Permanentmagnetmaterialien haben eine hohe Curie-Temperatur, beispielsweise im Bereich von 700°C bis 900°C, eine hohe Koerzitivkraft, beispielsweise größer als 20 kOe, und eine gute Temperaturstabilitat, und spielen bei Anwendungen, wie etwa bei Hochleistungsmotoren für Flugzeuge und im Automobilsport, eine Rolle. Seltenerd-Kobalt-Permanentmagnetmaterialien, wie etwa R2(Co, Fe, Cu, Zr)17, können unter Verwendung pulvermetallurgischer Techniken hergestellt werden, um einen gesinterten Magneten zu bilden. Das Seltenerd-Kobalt-Permanentmagnetmaterial kann hergestellt werden, indem ein Pulver aus einem Gussblock gemahlen wird, das Pulver zu einem verdichteten Körper oder Grünling verdichtet wird, und der verdichtete Körper warmebehandelt wird, um die Partikel zu sintern und einen gesinterten Magneten zu bilden.

[0003] Es wurde beobachtet, dass die magnetischen Eigenschaften des gesinterten Magneten unter anderem von der Struktur und Größe der Körner des gesinterten Magneten abhängen [J. Fidler et al., in „Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials“, Band 4: „Novel Materials“, S. 1945-1968, Hrsg. Kronmüller und S. Parkin, New York: Wiley, 2007].

[0004] EP 3 327 734 A1 offenbart ein Seltenerd-Kobalt-basiertes magnetisches Verbundmaterial mit dem Ziel, die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

[0005] Es ist wünschenswert, die magnetischen Eigenschaften von gesinterten Seltenerd-Kobalt-Magneten, insbesondere die Remanenz und die Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve, weiter zu verbessern.

[0006] Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines R2M17-Magneten bereitgestellt.

[0007] Die Verfahren zur Herstellung des R2M17-Magneten basieren auf der Kenntnis des Phasendiagramms der Seltenerd-Kobalt-Legierung vom 2-17-Typ. Das Phasendiagramm wird zunächst unter Bezugnahme auf Figur 1 erklärt, die eine schematische Ansicht des Phasendiagramms darstellt, um das Verständnis der hier beschriebenen Verfahren zu erleichtern.

[0008] Die hier beschriebene Seltenerd-Kobalt-Legierung vom 2-17-Typ ist R2M17, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist. Zusätzlich zu den Elementen Co, Fe, Cu und Zr kann M optional weitere Elemente, wie etwa Ni, Ti und Hf, aufweisen. Die R2M17-Legierung weist ein Phasendiagramm auf, das einen Abschnitt, wie in Figur 1 dargestellt ist, enthalt. Die Temperatur ist auf der y-Achse aufgetragen, und der Seltenerdgehalt auf der x-Achse. Für den Seltenerdgehalt, der in Figur 1 mit der vertikalen gestrichelten Linie angegeben ist, enthält das Phasendiagramm mit abnehmender Temperatur einen flüssigen Bereich, ein erstes Phasenfeld PH1, ein zweites Phasenfeld PH2 und ein drittes Phasenfeld PH3.

[0009] Das Phasendiagramm weist eine erste Grenze B1 zwischen dem ersten Phasenfeld PH1 und dem zweiten Phasenfeld PH2 und eine zweite Grenze B2 zwischen dem zweiten Phasenfeld und dem dritten Phasenfeld auf. Das erste Phasenfeld PH1 weist eine flüssige Phase und mindestens eine feste Phase im Gleichgewicht auf, wobei die mindestens eine feste Phase eine 2-17- (R2M17) Phase ist. Das zweite Phasenfeld PH2 weist eine feste Mehrheitsphase mit einem Phasenanteil von mehr als 95% auf, wobei die feste Mehrheitsphase die Phase 2-17 (R2M17) ist. Das dritte Phasenfeld PH3 weist mindestens zwei feste Phasen von unterschiedlicher Zusammensetzung im Gleichgewicht auf. Die mindestens zwei festen Phasen weisen die 2-17- (R2M17) Phase, eine 1-5-Phase, und eine Zr-reiche Phase auf. Das Phasendiagramm enthält auch eine Liquiduslinie L bei Temperaturen oberhalb des ersten Phasenfeldes PH1, wobei oberhalb der Liquiduslinie L nur flüssige Phasen vorhanden sind.

[0010] Die hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines R2M17-Magneten basieren auf dem Konzept, dass während der Wärmebehandlung des verdichteten R2M17-Magneten, nach der Flüssigphasen-Sinterwärmebehandlung, die im Phasenfeld PH1 durchgeführt wird, insbesondere die Temperatur so gesteuert werden sollte, dass die Temperatur des verdichteten Magneten mindestens zweimal die erste Grenze B1 zwischen dem ersten und zweiten Phasenfeld PH1 und PH2 und/oder die zweite Grenze B2 zwischen dem zweiten und dritten Phasenfeld PH2 und PH3 durchquert.

[0011] Die Temperatur, bei der die Grenzen B1 und B2 liegen, ist von der Zusammensetzung der 2-17-Phase abhängig. Daher werden die Wärmebehandlungstemperaturen in Bezug auf das Phasendiagramm so definiert, dass die Verfahren für unterschiedliche Zusammensetzungen ausgeführt werden können. Die Temperaturen, bei denen die Phasenfelder des Phasendiagramms gefunden werden, können für eine bestimmte Zusammensetzung bestimmt werden, indem Proben hergestellt werden, die Proben bei unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt werden, die Proben abgeschreckt werden, und die Mikrostrukturen und Zusammensetzungen der Phasen in den Proben untersucht werden, da jedes Phasenfeld bestimmten Phasen zugeordnet ist, die anhand ihrer Zusammensetzung identifizierbar sind, beispielsweise unter Verwendung einer EDX-Analyse. Beispiele sind in Figur 9 dargestellt.

[0012] In einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines R2M17-Legierungsmagneten, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist, weist das Verfahren auf: Wärmebehandeln eines Körpers, der ein Verhältnis von 2R und 17M aufweist, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yt, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist, bei einer ersten Temperatur TSoberhalb der ersten Grenze und in dem ersten Phasenfeld, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze und optional Wärmebehandeln des Körpers bei einer ersten Temperatur TH, die zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze liegt, gefolgt von Erhitzen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TAH, die zwischen der ersten Grenze und der ersten Temperatur TSliegt, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur unterhalb der ersten Grenze.

[0013] Der Körper kann verdichtetes Pulver enthalten, das die 2-17-Phase enthalten kann oder nicht, oder kann ein gesinterter Magnet sein, der die 2-17-Phase als Mehrheitsphase enthält, die einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen wird, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern.

[0014] Das Verfahren beginnt mit einem Erhitzen des Körpers von Raumtemperatur auf die Temperatur TSoberhalb der ersten Grenze B1. Die Temperatur TSliegt in dem ersten Phasenfeld PH1 und damit unterhalb der Temperatur der Liquiduslinie L für die Zusammensetzung des Körpers. Die Temperatur TSist die höchste Temperatur, der der Körper ausgesetzt wird. Die Temperatur wird dann so eingestellt, dass der Körper derart auf eine Temperatur abgekühlt wird, dass der Körper innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 für diese Zusammensetzung des Körpers wärmebehandelt wird. Der Körper wird dann wieder auf eine Temperatur TAHerhitzt, die oberhalb der ersten Grenze B1 liegt, so dass der Körper ein zweites Mal auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der sich der Körper innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1 befindet. Die Temperatur TAHder zweiten Wärmebehandlung innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1 ist jedoch niedriger als die Temperatur TSder ersten Wärmebehandlung innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1, da TAHniedriger als TSist. Der Körper wird dann auf eine Temperatur unterhalb der ersten Grenze B1 abgekühlt, so dass der Körper bei einer Temperatur wärmebehandelt wird, bei der der Körper innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 für die Zusammensetzung des Körpers liegt. Optional wird der Körper dann auf eine Temperatur unterhalb der zweiten Grenze B2 abgekühlt, so dass der Körper bei einer Temperatur wärmebehandelt wird, bei der der Körper innerhalb des dritten Phasenfeldes PH3 für die Zusammensetzung des Körpers liegt.

[0015] Das Verfahren des Erhitzens des Körpers durch die erste Grenze, gefolgt von einem Abkühlen des Körpers auf eine Temperatur unterhalb der ersten Grenze B1, kann mehrmals wiederholt werden, beispielsweise n-mal, wobei n eine natürliche Zahl ist, bevor der Körper das erste Mal durch die zweite Grenze B2 abgekühlt wird und Temperaturen ausgesetzt wird, die innerhalb des dritten Phasenfeldes PH3 liegen.

[0016] In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner auf Wiederholen von: Erhitzen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TAHzwischen der ersten Grenze und der ersten Temperatur TS, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur unterhalb der ersten Grenze.

[0017] Dabei bedeutet Wärmebehandeln bei einer Temperatur, wie hierin verwendet, Wärmebehandeln bei dieser Nenntemperatur ±2°C für eine Zeit von mindestens 15 Minuten. In der Praxis bedeutet dies, dass die Ofensteuerung auf eine Verweilzeit bei der eingestellten Temperatur von mindestens 15 Minuten eingestellt wird.

[0018] In einer zweiten alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem während der Sinterwärmebehandlung die Temperatur so gesteuert wird, dass der Körper die zweite Grenze B2 zwischen dem zweiten und dritten Phasenfeld PH2, PH3 mindestens zweimal durchquert. In dieser alternativen Ausführungsform weist das Verfahren auf: Wärmebehandeln eines Körpers, der ein Verhältnis von 2R und 17M aufweist, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist, bei einer ersten Temperatur TSoberhalb der ersten Grenze und in dem ersten Phasenfeld, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze und optional Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TH, die zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze liegt, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TBH, die unterhalb der zweiten Grenze und oberhalb von 900°C liegt, gefolgt von Erhitzen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur, die zwischen der zweiten Grenze und der ersten Temperatur TSliegt.

[0019] Der Körper kann aus verdichtetem Pulver gebildet sein und als verdichteter Magnet beschrieben werden. Das Pulver und der aus dem verdichteten Pulver gebildete Körper können die 2-17-Phase enthalten oder nicht. In einigen Ausführungsformen kann der Körper ein gesinterter Magnet sein, der die 2-17-Phase als Mehrheitsphase enthält.

[0020] Das Verfahren beginnt mit einem Erhitzen des Körpers von Raumtemperatur auf die Temperatur TSoberhalb der ersten Grenze B1. Die Temperatur TSliegt in dem ersten Phasenfeld PH1 und damit unterhalb der Liquiduslinie L für die gewählte Zusammensetzung des Körpers. Die Temperatur TSist die höchste Temperatur, der der Körper ausgesetzt wird. Die Temperatur wird dann so eingestellt, dass der Körper derart auf eine Temperatur abgekühlt wird, dass der Körper bei einer Temperatur, die in dem zweiten Phasenfeld PH2 liegt, bei einer Temperatur THwärmebehandelt und dann weiter auf eine Temperatur TBHunterhalb der zweiten Grenze B2 abgekühlt wird, so dass der Körper innerhalb des dritten Phasenfeldes PH3 erhitzt wird. Die Untergrenze für diese Temperatur TBHkann 900°C betragen. Der Körper wird dann durch die zweite Grenze B2 erhitzt und ein zweites Mal bei einer Temperatur, die oberhalb der zweiten Grenze B2 für die ausgewählte Zusammensetzung liegt, wärmebehandelt, so dass der Körper bei einer Temperatur innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 oder innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1, in Abhängigkeit von der Temperatur, wärmebehandelt wird. Die Temperatur dieser zweiten Wärmebehandlung innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 oder innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1 ist jedoch niedriger als die Anfangstemperatur TS. Der Körper wird dann auf eine Temperatur abgekühlt, die unterhalb der zweiten Grenze B2 liegt, so dass der Körper ein zweites Mal bei einer Temperatur wärmebehandelt wird, die in dem dritten Phasenfeld PH3 liegt.

[0021] Das Verfahren des Abkühlens des Körpers durch die zweite Grenze B2, gefolgt von Erhitzen des Körpers auf eine Temperatur oberhalb der zweiten Grenze B2, kann mehrmals wiederholt werden, beispielsweise n-mal, wobei n eine natürliche Zahl ist.

[0022] In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner auf Wiederholen von Abkühlen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TBHunterhalb der zweiten Grenze und oberhalb von 900°C, gefolgt von Erhitzen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur zwischen der zweiten Grenze und der ersten Temperatur TS.

[0023] In den hier beschriebenen Verfahren weist eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur eine Verweilzeit bei dieser Temperatur von mindestens 15 Minuten auf. In einigen Ausführungsformen liegt eine Wärmebehandlungsverweilzeit bei mindestens einer der Temperaturen TS, TH, TAHund TBHim Bereich von 30 min bis 4 h.

[0024] Das Verfahren nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen kann ferner eine finale Wärmebehandlung bei einer Temperatur THf, die unterhalb der ersten Grenze B1 und oberhalb der zweiten Grenze B2 ist, d. H. innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2, aufweisen. Diese finale Wärmebehandlung bei der Temperatur THfweist eine Verweilzeit bei THvon 2 bis 16 h auf.

[0025] Es kann eine Abkühlrate oder eine Heizrate von einem Wärmebehandlungsschritt zum nächsten Wärmebehandlungsschritt von 0,2 K/min bis 5 K/min verwendet werden. Beispielsweise können die Abkühlrate von der Temperatur TSauf THund die Heizrate von der Temperatur THauf TAHim Bereich von 0,2 K/min bis 5 K/min liegen. Die Abkühlrate von der Temperatur TAHauf eine Temperatur unterhalb der ersten Grenze B1 kann ebenfalls im Bereich von 0,2 K/min bis 5 K/min liegen. In einem anderen Beispiel kann die Abkühlrate von der Temperatur TSauf THund/oder TBHund die Heizrate von der Temperatur TBHauf oberhalb der zweiten Grenze B2 im Bereich von 0,2 K/min bis 5 K/min liegen.

[0026] In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner ein Abkühlen des Körpers durch die zweite Grenze auf eine Temperatur von weniger als 950°C oder weniger als 900°C mit einer Abkühlrate von mehr als 10 K/min auf.

[0027] Nach der Durchführung einer Wärmebehandlung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur von 800°C bis 950°C oder 800°C bis 900°C für 2 Stunden bis 60 Stunden oder 8 Stunden bis 48 Stunden, gefolgt von Abkühlen auf 500°C oder 400°C mit einer Abkühlrate von weniger als 2 K/min und Wärmebehandeln bei 300°C bis 500°C für 0,5 Stunden bis 6 Stunden.

[0028] Diese Wärmebehandlung bei Temperaturen von weniger als 900°C wird als letzte Stufe des Wärmebehandlungsprozesses verwendet und wird nur einmal durchgeführt. Die Wärmebehandlung bei Temperaturen von weniger als 900°C kann verwendet werden, um eine Mikrostruktur im Nanobereich zu bilden, die notwendig ist, um eine hohe Koerzitivkraft zu erhalten.

[0029] In einigen Ausführungsformen ist der Unterschied zwischen der ersten Temperatur TSund der folgenden Temperatur TH, die zunächst in dem Verfahren durchgeführt wird, 5°C bis 40°C oder 10°C bis 40°C, d. h. THist 5°C bis 40°C niedriger als TS, oder THist 10°C bis 40°C niedriger als TS.

[0030] Nach der Wärmebehandlung bei TSund nach dem ersten Erhitzen des Körpers durch die erste Grenze wird die erste Temperatur, die für die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen der ersten Grenze B1 und TSverwendet wird, als TAHbezeichnet. Jedes Wiedererhitzen des Körpers durch die erste Grenze B1, gefolgt von einem Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze B1, kann als Zyklus bezeichnet werden. Dieser Zyklus kann mehrmals wiederholt werden, wobei die für die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen der ersten Grenze B1 und TSverwendete Temperatur für nachfolgende Zyklen gleich oder unterschiedlich sein kann.

[0031] Nachfolgende Temperaturen, die im Bereich zwischen der ersten Grenze B1 und TSliegen, werden als TAHnbezeichnet, wobei n die Nummer des Zyklus angibt, und können sich von TAHunterscheiden. In einigen Ausführungsformen wird der Körper ein zweites Mal durch die erste Grenze B1 erhitzt und bei einer Temperatur TAH1wärmebehandelt, wobei TAH1< TSist, gefolgt von einem Abkühlen durch die erste Grenze und Wärmebehandeln bei einer Temperatur TH1zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze. In einigen Ausführungsformen ist TAH≥ TAH1. In einigen Ausführungsformen ist TH1≥ TH, und im nächsten nachfolgenden Zyklus ist TAH2< TAH1und TH1≥ TH2≥ TH.

[0032] Die Temperaturen können wie folgt gewählt werden: TSkann im Bereich von 1155°C bis 1210°C oder 1155°C bis 1195°C liegen, THkann im Bereich von 1120°C bis 1170°C oder 1120°C bis 1160°C liegen, TAHkann im Bereich von 1135°C bis 1200°C oder 1135°C bis 1190°C liegen, und TH1kann im Bereich von 1125°C bis 1170°C oder 1125°C bis 1160°C liegen.

[0033] In einigen Ausführungsformen ist R Sm. In einigen Ausführungsformen weist R Sm und mindestens eines der Elemente der Gruppe, die aus Ce, La, Nd, Pr, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yt, Lu und Y besteht, auf.

[0034] In einigen Ausführungsformen weist M zusätzlich zu Co, Fe, Cu und Zr ferner mindestens eines von der Gruppen, die aus Ni, Hf und Ti besteht, auf. In einigen Ausführungsformen weisen die R2M17-Legierung und der Körper 0 Gew% ≥ Hf ≥ 3 Gew%, 0 Gew% ≥ Ti ≤ 3 Gew%, 0 Gew% ≤ Ni ≤ 10 Gew% auf.

[0035] In einigen Ausführungsformen weisen die R2M17-Legierung und der Körper 23 Gew% bis 27 Gew% Sm, 14 Gew% bis 25 Gew% Fe, 39 Gew% bis 57 Gew% Co, 4 Gew% bis 6 Gew% Cu, 2 Gew% bis 3 Gew% Zr, maximal 0,06 Gew% C, maximal 0,4 Gew% O, und maximal 0,06 Gew% N auf.

[0036] In einigen Ausfuhrungsformen weist das zur Bildung des Körpers verdichtete Pulver 23 Gew% bis 27 Gew% Sm, 14 Gew% bis 25 Gew% Fe, 39 Gew% bis 57 Gew% Co, 4 Gew% bis 6 Gew% Cu, 2 Gew% bis 3 Gew% Zr, maximal 0,06 Gew% C, maximal 0,4 Gew% O, und maximal 0,06 Gew% N auf.

[0037] In einigen Ausführungsformen hat das Pulver eine durchschnittliche Teilchengröße D50 von 4 µm bis 8 µm, und hat der gesinterte Magnet eine durchschnittliche Korngröße von mindestens 50 µm. Eine durchschnittliche Teilchengröße D50 von 4 µm bis 8 µm kann dazu verwendet werden, zu einer Erhöhung der Dichte des verdichteten Körpers und des gesinterten Magneten beizutragen. Eine durchschnittliche Korngröße von mindestens 50 µm in dem gesinterten Magneten kann zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften beitragen.

[0038] Es wird ein gesinterter R2M17-Magnet bereitgestellt, der mindestens 70 Vol.-% einer R2M17-Phase aufweist, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yt, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist. Auf einer Flache des gesinterten R2M17-Magneten von 200 µm mal 200 µm ist, in einer Kerr-Mikroskopie-Aufnahme betrachtet, ein Flächenanteil von entmagnetisierten Bereichen nach Anlegen eines internen Gegenfeldes von 1200 kA/m kleiner als 5% oder kleiner als 2%.

[0039] Der gesinterte R2M17-Magnet enthält nach Anlegen eines internen Gegenfeldes von 1200 kA/m eine geringe Menge an entmagnetisierten Bereichen. Es wird angenommen, dass dieser kleine Flächenanteil entmagnetisierter Bereiche ein Hinweis auf die verbesserten magnetischen Eigenschaften ist und in direktem Zusammenhang mit der offenbarten Glühbehandlung steht.

[0040] Es wurde herausgefunden, dass dieser Flächenanteil von kleiner als 5% oder kleiner als 2% an entmagnetisierten Bereichen auf einer Fläche des gesinterten R2M17-Magneten von 200 µm mal 200 µm, in einer Kerr-Mikroskopie-Aufnahme betrachtet, nach Anlegen eines internen Gegenfeldes von 1200 kA/m kleiner ist als derjenige, der mit einer einstufigen Sinterwärmebehandlung oder einer gestuften Sinterwärmebehandlung mit einer einzigen zusätzlichen Verweildauer bei einer Temperatur zwischen der höchsten Sintertemperatur und der Homogenisierungstemperatur erreicht werden kann.

[0041] In einigen Varianten hat der gesinterte R2M17-Magnet eine durchschnittliche Korngröße von > 50 µm. Die durchschnittliche Korngröße kann aus einem polierten Querschnitt einer Probe gemäß der Norm ASTM E 112 gemessen werden.

[0042] In einigen Varianten weist der gesinterte R2M17-Magnet ferner eine Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve von mindestens 85% auf. Die Rechteckigkeit ist definiert als das Verhältnis des internen Entmagnetisierungsfeldes, das erforderlich ist, um den Magneten irreversibel um 10% zu entmagnetisieren, und der Koerzitivfeldstarke HcJ. Eine bessere Rechteckigkeit fuhrt bei Magneten mit gleicher Koerzitivkraft zu niedrigeren Entmagnetisierungsverlusten.

[0043] In einigen Varianten weist der gesinterte R2M17-Magnet ferner eine Koerzitivfeldstärke HcBvon mehr als 840 kA/m oder mehr als 860 kA/m und/oder eine Energiedichte (BH)maxvon mindestens 240 kJ/m<3>und/oder irreversible Verluste von weniger als 10% oder weniger als 5% nach Einwirkung eines internen Gegenmagnetfeldes von 1200 kA/m und/oder eine reversible Permeabilität von weniger als 1,10 oder 1,08 auf. Solche Magnete ermöglichen bei gleicher Größe die Konstruktion leistungsstärkerer Maschinen.

[0044] In einigen Varianten ist R Sm. In einigen Ausführungsformen weist R Sm und mindestens eines der Elemente der Gruppe, die aus Ce, La, Nd, Pr, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yt, Lu und Y besteht, auf.

[0045] In einigen Varianten weist M zusätzlich zu Co, Fe, Cu und Zr ferner mindestens eines von der Gruppe, die aus Ni, Hf und Ti besteht, auf. In einigen Varianten sind 0 Gew% ≥ Hf ≥ 3 Gew%, 0 Gew% ≥ Ti ≥ 3 Gew% und 0 Gew% ≥ Ni ≥ 10 Gew%.

[0046] In einigen Varianten weist der gesinterte R2M17-Magnet 23 Gew% bis 27 Gew% Sm, 14 Gew% bis 25 Gew% Fe, 39 Gew% bis 57 Gew% Co, 4 Gew% bis 6 Gew% Cu, 2 Gew% bis 3 Gew% Zr auf.

[0047] In einigen Varianten weist der gesinterte R2M17-Magnet 23 Gew% bis 27 Gew% Sm, 14 Gew% bis 25 Gew% Fe, 39 Gew% bis 57 Gew% Co, 4 Gew% bis 6 Gew% Cu, 2 Gew% bis 3 Gew% Zr, maximal 0,06 Gew% C, maximal 0,4 Gew% O, und maximal 0,06 Gew% N auf.

[0048] Nun werden Varianten Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Figur 1 stellt eine schematische Ansicht eines Phasendiagramms einer R2M17-Magnetlegierung dar. Figur 2 stellt einen Graphen der Temperatur gegen die Zeit und Warmebehandlungen gemäß der Erfindung und einer Vergleichswärmebehandlung dar. Figur 3 stellt einen Graphen von magnetischen Eigenschaften von gesinterten Magneten und einem gesinterten Vergleichsmagneten dar. Figur 4 stellt eine Kerr-Mikroskopie-Aufnahme einer Probe eines gesinterten Magneten dar. Figur 5 stellt eine Kerr-Mikroskopie-Aufnahme einer Probe eines gesinterten Vergleichsmagneten dar. Figur 6 stellt einen Graphen von J(T) gegen H(kA/m) dar. Figur 7 stellt die zur Herstellung der Probe von Figur 5 verwendete Wärmebehandlung dar. Figur 8 stellt die zur Herstellung der Probe von Figur 4 verwendete Wärmebehandlung dar. Figur 9 stellt REM-Aufnahmen einer Probe dar, die von Temperaturen an unterschiedlichen Positionen in dem Phasendiagramm abgeschreckt wurde.

[0049] Figur 1 stellt ein schematisches Phasendiagramm einer R2M17-Magnetlegierung dar und ist oben ausfuhrlich diskutiert. Wie oben diskutiert, basiert die vorliegende Erfindung auf dem Konzept einer Verwendung eines alternierenden oder wiederholenden Zyklus bei der Sinterwärmebehandlung, wobei eine oder beide der ersten Grenze B1 zwischen dem ersten Phasenfeld PH1 und dem zweiten Phasenfeld PH2 und der zweiten Grenze B2 zwischen dem zweiten Phasenfeld PH2 und dem dritten Phasenfeld PH3 mindestens zweimal durchquert wird. Die Grenze wird durch Abkühlen des Körpers durch die Grenze und Erhitzen des Körpers durch die Grenze, nach Durchführung einer anfanglichen Sinterbehandlung bei einer Temperatur TS, durchquert. Die Temperatur TSist die höchste Temperatur, der der Körper ausgesetzt wird.

[0050] Der Magnet kann hergestellt werden, indem zunächst ein Körper gebildet wird, der durch Verdichten eines Precursor-Pulvers, das 2R und 17M aufweist, gebildet werden kann, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yt, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist.

[0051] In einigen Ausführungsformen ist R nur Sm. In einigen Ausführungsformen weist R Sm und mindestens eines der Elemente der Gruppe, die aus Ce, La, Nd, Pr, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yt, Lu und Y besteht, auf.

[0052] In einigen Ausführungsformen weist M zusätzlich zu Co, Fe, Cu und Zr ferner mindestens eines von der Gruppen, die aus Ni, Hf und Ti besteht, auf. In einigen Ausführungsformen sind 0 Gew% ≤ Hf ≤ 3 Gew%, 0 Gew% ≤ Ti ≤ 3 Gew%, und 0 Gew% ≤ Ni ≤ 10 Gew%.

[0053] Dieses Precursor-Pulver und der verdichtete Körper enthalten nicht die R2M17-Phase. In anderen Ausführungsformen kann der Körper, der der Wärmebehandlung der hier beschriebenen Verfahren unterzogen wird, bereits die R2M17-Phase enthalten, und kann möglicherweise bereits einer Sinterwärmebehandlung unterzogen worden sein.

[0054] Figur 2 stellt einen Graphen der Temperatur als eine Funktion der Zeit dar, und stellt Beispiel 2 dar, das eine erfindungsgemäße Wärmebehandlung und eine Vergleichswärmebehandlung 1 repräsentiert.

[0055] In allen Ausführungsformen wird der Körper von Raumtemperatur auf eine erste Temperatur TSerhitzt, die so gewählt wird, dass sie oberhalb der ersten Grenze B1 und innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1 für diese Zusammensetzung liegt. Die Sinterwärmebehandlung ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen TSangegeben. Die Temperatur TSwird für eine Verweilzeit ts gehalten, die im Bereich von 0,5 bis 4 Stunden liegen kann.

[0056] In dem Vergleichsbeispiel 1 wird der Körper dann langsam von der Temperatur TSauf eine erste Zwischentemperatur Tint1abgekühlt, dann auf eine zweite Zwischentemperatur Tint2, und dann auf eine Temperatur THabgekühlt. Tint1und Tint2liegen zwischen TSund TH.

[0057] In einigen Ausführungsformen gemäß der Erfindung, wie in dem in Figur 2 dargestellten Beispiel 2, wird die Temperatur dann auf die Temperatur THverringert, die so gewählt wird, dass der Körper bei einer Temperatur THinnerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 wärmebehandelt wird, so dass die Temperatur durch die Temperatur verringert wird, bei der die erste Grenze B1 zwischen dem ersten und dem zweiten Phasenfeld PH1, PH2 für diese spezielle Zusammensetzung des Körpers positioniert ist. Die Temperatur THist in Figur 2 angegeben, und die Temperatur kann für eine Zeit tHim Bereich von 0,5 bis 4 Stunden auf der Temperatur THgehalten werden.

[0058] In Beispiel 2 wird der Körper dann wieder von der Temperatur THauf eine Temperatur TAHerhitzt, die so gewählt wird, dass sie oberhalb der ersten Grenze B1 und unterhalb der ersten Temperatur TSist. Die Temperatur kann für eine Verweilzeit tAHim Bereich von 0,5 bis 4 Stunden auf der Temperatur TAHgehalten werden. Der Körper wird dann wieder auf eine Temperatur unterhalb der ersten Grenze B1 abgekühlt.

[0059] Dieses Erhitzen des Körpers durch eine Temperatur, die der ersten Grenze B1 entspricht, und das erneute Abkühlen der Probe auf eine Temperatur unterhalb der ersten Grenze B1 und in dem zweiten Phasenfeld PH2 kann als ein Zyklus beschrieben werden, der in Figur 2 mit C angegeben ist. Der Zyklus C kann mehrmals wiederholt werden, bevor der Körper durch die zweite Grenze B2 und auf eine Temperatur unterhalb der zweiten Grenze B2 und oberhalb 900°C heruntergekühlt wird.

[0060] In einigen Ausführungsformen kann die Temperatur TAH, die oberhalb der ersten Grenze B1 und unterhalb der Sintertemperatur TSist, für jede nachfolgende Wiederholung des Zyklus schrittweise verringert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Temperatur THinnerhalb des zweiten Phasenfeldes, die für nachfolgende Zyklen verwendet wird, im Wesentlichen gleich sein. In einigen Ausführungsformen kann die Temperatur TAH, die zwischen der ersten Grenze B1 und der Sintertemperatur TSliegt, bei jeder nachfolgenden Wiederholung des Zyklus, jedoch nicht notwendigerweise monoton, verringert werden, und die Temperatur TH, die zur Wärmebehandlung des Körpers innerhalb des zweiten Phasenfeldes verwendet wird, kann in nachfolgenden Wiederholungen des Zyklus erhöht werden.

[0061] Es wurde herausgefunden, dass die Verwendung eines solchen Verfahrens die magnetischen Eigenschaften des Endprodukts, d. h. des gesinterten Magneten, verbessert, und die magnetischen Eigenschaften auf zuverlässige Weise verbessert. In einigen Ausführungsformen werden die magnetischen Eigenschaften einer Koerzitivfeldstärke HcBvon mehr als 840 kA/m, einer Energiedichte (BH)maxvon mindestens 240 kJ/m<3>, irreversible Verluste von weniger als 10% nach Einwirkung eines internen Gegenmagneten Feld von 1200 kA/m, und eine reversible Permeabilität von weniger als 1,10 oder 1,08 erreicht.

[0062] Figur 3 stellt einen Graphen von HcB(kA/m) gegen (BH)Max(kJ/m<3>) dar. Erfindungsgemäß erhitzte Proben, die der Wärmebehandlung 2 in Figur 2 entsprechen, sind mit den Dreiecken gekennzeichnet. Proben, die gemäß Beispiel 1 in Figur 2 warmebehandelt wurden, sind mit Quadraten gekennzeichnet. Figur 3 stellt dar, dass für die erfindungsgemäß hergestellten Proben die Werte von HcBund (BH)Maxvergrößert sind.

[0063] Eine Erklärung für die beobachtete Verbesserung ist, dass es, um eine hohe Energiedichte und Koerzitivfeldstärke zu erzielen, erforderlich ist, einen gesinterten Magneten mit einer hohen Dichte, einer relativ großen Korngröße und einer Zusammensetzung und Kristallstruktur bereitzustellen, die nicht nur für jedes der Körner ahnlich ist, sondern auch im Nanobereich innerhalb der Körner ähnlich und gleichmaßig ist.

[0064] Die Merkmale einer hohen Dichte, einer großen Korngröße und einer gleichmaßigen Zusammensetzung können erreicht werden, wenn die Sintertemperatur ausreichend hoch ist, da eine hohe Sintertemperatur zu einer größeren Korngröße und einer hohen Remanenz, und folglich zu einer hohen Energiedichte führt.

[0065] Die Sintertemperatur TSist höher als die Homogenisierungstemperatur TH, so dass ein Teil des magnetischen Materials flüssig ist, da die Sintertemperatur TSinnerhalb des ersten Phasenfeldes PH1 liegt. Im ersten Phasenfeld PH1 enthält der Körper eine flüssige Phase und eine feste Phase, die die 2-17- (R2M17) Phase ist, die unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Die Verwendung höherer Temperaturen führt zu einer Vergrößerung der Körner. Jedoch wird der Abstand zwischen den Phasen unterschiedlicher Zusammensetzung, d. h. der flussigen Phase und der 2-17-Phase, vergrößert. Wahrend des Herunterkühlens des Magneten von der Sintertemperatur auf die Homogenisierungstemperatur kristallisiert die flüssige Phase in eine 2-17-Phase mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung im Vergleich zu dem Teil, der bereits während der Sinterbehandlung fest ist. Infolgedessen gibt es Bereiche nahe den Korngrenzen, die eine zu den Bereichen nahe der Mitte der Körner signifikant unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. Da der Abstand zwischen diesen Bereichen unterschiedlicher Zusammensetzung mit zunehmender Korngröße zunimmt, kann die Zusammensetzung während der einstufigen Homogenisierungsbehandlung nicht ausreichend homogenisiert werden. Infolgedessen werden die erreichbaren magnetischen Eigenschaften und insbesondere die Koerzitivfeldstärke der unterschiedlichen Bereiche und die Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve verringert.

[0066] Erfindungsgemäß wird diese Verringerung der magnetischen Eigenschaften, die als Ergebnis des zunehmenden Abstands zwischen den Bereichen unterschiedlicher Zusammensetzung erreicht werden kann, gemindert oder vermieden, indem eine Zusammensetzung und Kristallstruktur bereitgestellt wird, die nicht nur für jedes der Körner ähnlich ist, sondern auch im Nanobereich innerhalb der Körner ähnlich und gleichmäßig ist. Es scheint, dass das wiederholte Durchqueren der Phasengrenzen B1 und/oder B2 zu einer unerwarteten Erhöhung der Diffusionsaktivität der verschiedenen Elemente führt. Diese erhöhte Diffusionsaktivität führt wiederum trotz der großen Korngröße zu einer besseren Homogenität innerhalb der finalen Körner. Schließlich führt die bessere Homogenität zu einer gleichmäßigeren Koerzitivkraft im finalen Magneten, was zu den insgesamt besseren magnetischen Eigenschaften führt.

[0067] Um eine Zusammensetzung und Kristallstruktur zu erreichen, die im Nanobereich innerhalb der Körner ähnlich und gleichmäßig ist, wird erfindungsgemäß eine Homogenisierungsbehandlung bei der Temperatur THinnerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 durchgeführt, bevor der Abstand, der zwischen den unterschiedlichen Phasen vorhanden ist, im ersten Phasenfeld PH1 eine vorbestimmte Grenze überschreitet. Daher ist die Verweilzeit bei TSund TAHbegrenzt. Das Ziel der Homogenisierungsbehandlung besteht darin, eine Zusammensetzung in jedem Korn zu bilden, die gleichmäßig, metastabil und homogen ist, wobei die Zusammensetzung der 2-17-Phase über das Volumen des Korns so ähnlich wie möglich ist. Die Homogenisierungstemperatur THkann um etwa 5°C bis 30°C niedriger sein als die Temperatur, bei der sich alle flüssigen Phasen verfestigt haben, daher kann die Homogenisierungstemperatur THetwa 5°C bis 30°C unterhalb der ersten Grenze B1 sein.

[0068] Im festen Zustand, d. h. bei Temperaturen innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2, sind die Diffusionswege relativ lang, und sind länger als die typische durchschnittliche Korngröße, die mindestens 10 µm ist, so dass prinzipiell lange Wärmebehandlungszeiten erforderlich wären, um die 2-17-Phase aus den unterschiedlichen Phasen zu bilden, die während der Wärmebehandlung in dem ersten Phasenfeld PH1 gebildet wurden. Wenn außerdem Zusammensetzungen mit einem höheren Eisengehalt, beispielsweise mehr als 15 Gew% Eisen, ausgewählt werden, um eine höhere Remanenz und Energiedichte zu erreichen, nimmt die Homogenisierungstemperatur mit zunehmendem Eisengehalt ab, was die Wärmebehandlungszeit weiter erhöht. Daher ist die Erfindung besonders vorteilhaft für Zusammensetzungen mit einem Eisengehalt von mehr als 15 Gew%.

[0069] Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Konzept, dass trotz der langen Diffusionswege und niedrigen Homogenisierungstemperaturen, die bei Temperaturen innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 vorhanden sind, eine schnelle Diffusion in einen gleichmäßigen Zustand realisiert werden kann und das Volumen der Phasen, die während des Sinterns bei Temperaturen oberhalb von B1 entstehen, verringert werden kann, indem die Wiederholung des Zyklus C der Wärmebehandlungstemperatur bei TAHim ersten Phasenfeld PH1, jedoch unterhalb der Sintertemperatur, durchgeführt wird, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei THim zweiten Phasenfeld PH2. Eine verbesserte Gleichmäßigkeit und Homogenität innerhalb der Körner kann mit diesem Verfahren innerhalb einer kurzer Zeit erreicht werden, wie die Ergebnisse von Figur 4 demonstrieren.

[0070] Es wird angenommen, dass diese Beobachtung durch zwei Mechanismen erklärt werden kann. Erstens, eine Diffusion in der flüssigen Phase ist schneller als die in der festen Phase. Daher ist es nützlich, den Temperaturbereich zwischen der Sintertemperatur TSund TAH, die innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1 liegt, bei denen ein größerer Prozentsatz der flüssigen Phase aber unterschiedliche lokale Zusammensetzungen vorhanden sind, und der Homogenisierungstemperatur, TH, die im zweiten Phasenfeld PH2 liegt, in dem es keine flüssige Phase gibt, sondern nur eine einzige Phase mit einer homogenen Zusammensetzung im thermischen Gleichgewicht, nicht zu schnell zu durchqueren, um die Vorteile der schnellen Diffusion in der flüssigen Phase effizienter zu nutzen. Zweitens, die Wiederholung des Erstarrens und Schmelzens in den hier beschriebenen Verfahren wird dazu verwendet, die Diffusion in dem Bereich der Grenzen zwischen den Phasen zu beschleunigen, ähnlich einer erhöhten Diffusionsrate entlang der Korngrenzen im festen Zustand. Diese beiden Mechanismen werden in den hier beschriebenen Verfahren zusammen verwendet, damit in relativ kurzer Zeit eine großkörnige, einphasige metastabile Struktur mit gleichmäßiger Zusammensetzung innerhalb der Körner hergestellt werden kann.

[0071] Dieser Zustand, d. h. eine großkörnige, einphasige metastabile Struktur mit gleichmäßiger Zusammensetzung, kann unter Verwendung eines schnellen Abkühlungsschritts effektiv im Körper eingefroren werden. Ein nachfolgender Härtungsglühschritt bei einer relativ niedrigen Temperatur kann verwendet werden, um die metastabile Phase in drei unterschiedliche Phasen mit einer geeigneten Anordnung im Raum umzuwandeln. Schließlich kann eine relativ langsame Abkühlung verwendet werden, bei der die Zusammensetzung der einzelnen Phasen durch Diffusion über die Phasengrenzen optimiert wird, wodurch die räumliche Anordnung der Phasen nicht wesentlich verändert wird.

[0072] Es wurde entdeckt, dass gesinterte Magnete, die unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren wärmebehandelt wurden, eine charakteristische magnetische Eigenschaft aufweisen, die unter Verwendung des magnetooptischen Kerr-Effekts (MOKE) bestimmt werden kann.

[0073] Die Proben für die Kerr-Untersuchungen wurden geschliffen und poliert und anschließend unter Verwendung eines Magnetfeldes von etwa 7 T magnetisiert und dann durch Anlegen von Gegenmagnetfeldimpulsen von etwa 800 kA/m teilweise entmagnetisiert. Aufgrund der Form der Probe ergibt sich eine interne Entmagnetisierungsfeldstärke von ungefähr 1200 kA/m. In den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Kerr-Mikroskopie-Aufnahmen ist die Vorzugsachse der Magnetisierung im Wesentlichen orthogonal zu der polierten Oberfläche und daher orthogonal zu der Ebene der Mikroskopie-Aufnahme. Die dunklen Bereiche sind Bereiche, in denen der Nordpol, der die ursprüngliche Magnetisierungsrichtung war, aus der Ebene der mikroskopischen Mikroskopie-Aufnahme heraus zeigt. Die Lichtbereiche sind diejenigen, die infolge des Gegenmagnetfeldes und des internen Entmagnetisierungsfeldes entmagnetisiert sind.

[0074] Figur 4 stellt ein MOKE-Bild einer Probe dar, die unter Verwendung der hier beschriebenen Wärmebehandlung nach Anlegen eines externen Gegenfeldimpulses von 800 kA/m hergestellt wurde, bei dem nur dünne Linien (heller bis grauer Kontrast) entlang der Korngrenzen entmagnetisiert werden. Diese entmagnetisierten Korngrenzenbereiche sind der Grund, warum es vorteilhaft ist, eine große Korngröße zu haben, da dann der Volumenanteil des Korngrenzenbereichs abnimmt. Die wenigen, sehr hellen kugelförmigen Bereiche innerhalb der Körner beziehen sich auf Verunreinigungsphasen, wie Oxide, die überhaupt nicht magnetisch sind.

[0075] Figur 5 stellt ein MOKE-Bild einer Vergleichsprobe dar, die dem gleichen externen Gegenmagnetfeld von 800 kA/m ausgesetzt war. Im Gegensatz zu der in Figur 4 dargestellten Probe kommen sowohl in der Mitte als auch entlang des Korngrenzenbereichs der Körner, die bereits entmagnetisiert sind, viele hellgraue Bereiche vor, siehe Figur 5. Die sphärischen, sehr hellen Punkte sind wieder nichtmagnetische Verunreinigungsphasen.

[0076] Ein Vergleich dieser Mikroskopie-Aufnahmen zeigt auch, dass die Entmagnetisierung der Vergleichsprobe von Figur 5 inhomogener ist als die der Probe von Figur 4. Die verbesserte Gleichmäßigkeit der Proben von Figur 4 ist überraschend, angesichts der viel größeren Korngröße, für die erwartet wurde, dass sie die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung und Struktur, wie oben diskutiert, behindert.

[0077] Wie in Figur 6 gezeigt, kann dieser Unterschied in den MOKE-Bildern aus dem Unterschied zwischen der Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve gesehen werden. Die Rechteckigkeit ist definiert als das Verhältnis des internen Entmagnetisierungsfeldes, das erforderlich ist, um den Magneten irreversibel um 10% zu entmagnetisieren, und der Koerzitivfeldstarke HCJ. Die Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve für eine Vergleichsprobe ist weniger als etwa 0,7. Im Gegensatz dazu hat die erfindungsgemaß wärmebehandelte Probe eine Rechteckigkeit von mehr als 0,85.

[0078] Die Vergleichsprobe von Figur 5 wurde unter Verwendung der in Figur 7 gezeigten Behandlung, die eine Sinterbehandlung, gefolgt von einer einzelnen Homogenisierungsbehandlung und einer anschließenden Glühbehandlung, enthält, wärmebehandelt.

[0079] Die Probe von Figur 4 wurde unter Verwendung der in Figur 8 dargestellten Behandlung wärmebehandelt. Eine alternierende Wärmebehandlung wurde durchgeführt, und die Probe wird in dem ersten Phasenfeld PH1 und dem zweiten Phasenfeld PH2 mehreren Warmebehandlungen unterzogen, bevor sie auf eine Temperatur von weniger als 900°C abgekühlt wird, eine Gluhbehandlung unter 900°C durchfuhrt wird, und sie schließlich auf Raumtemperatur heruntergekühlt wird.

[0080] Die Temperaturen, bei denen die Phasenfelder des Phasendiagramms zu finden sind, können für eine bestimmte Zusammensetzung bestimmt werden, indem Proben hergestellt werden, die Proben bei unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt werden, die Proben abgeschreckt werden, und die Mikrostrukturen und Zusammensetzungen der Phasen in den Proben untersucht werden, da jedes Phasenfeld bestimmten Phasen zugeordnet ist, die anhand ihrer Zusammensetzung, beispielsweise unter Verwendung einer EDX-Analyse, identifizierbar sind.

[0081] Figur 9 stellt REM-Aufnahmen von polierten Querschnitten von Proben eines gesinterten R2(Co, Fe, Cu, Zr)17-Materials dar, die bei einer Temperatur innerhalb des flüssigen Bereichs, des ersten Phasenfeldes PH1, des zweiten Phasenfeldes PH2 bzw. des drittes Phasenfeldes PH3 wärmebehandelt wurden, und von diesen Temperaturen aus abgeschreckt wurden. Die bei der jeweiligen Temperatur in der Probe vorhandene Mikrostruktur und Phasen sind zu erkennen.

[0082] Die in Figur 9 dargestellten Proben hatten eine Zusammensetzung von 25,9 Gew% Sm, 21,6 Gew% Fe, 5,0 Gew% Cu, 2,6 Gew% Zr, und der Rest war Co. Die Temperaturen von 1155°C für das erste Phasenfeld PH1, 1148°C für das zweite Phasenfeld PH2 und 1130°C für das dritte Phasenfeld PH3, die in Figur 9 gegeben sind, sind die Temperaturen, bei denen die Proben wärmebehandelt wurden, und liegen innerhalb des angegebenen Phasenfeldes für diese Zusammensetzung.

[0083] Die bei einer Temperatur oberhalb des Liquidus wärmebehandelte Probe hat eine schlecht definierte Struktur. Die bei einer Temperatur innerhalb des ersten Phasenfeldes PH1 wärmebehandelte Probe weist eine flüssige Phase und mindestens eine feste Phase im Gleichgewicht auf, wobei die mindestens eine feste Phase eine 2-17-Phase ist. Die bei einer Temperatur innerhalb des zweiten Phasenfeldes PH2 wärmebehandelte Probe weist eine feste Mehrheitsphase mit einem Phasenanteil von mehr als 95% auf, wobei die feste Mehrheitsphase die 2-17-Phase ist. Die bei einer Temperatur innerhalb des dritten Phasenfeldes PH3 wärmebehandelte Probe weist mindestens zwei feste Phasen von unterschiedlicher Zusammensetzung im Gleichgewicht auf. Die mindestens zwei festen Phasen weisen die 2-17-Phase, eine 1-5-Phase, und eine Zr-reiche Phase auf. Somit kann die Temperatur, bei der die Grenzen B1 und B2 für eine ausgewählte Zusammensetzung der 2-17-Phase liegen, unter Verwendung dieses Verfahrens bestimmt so werden, dass für eine bestimmte Zusammensetzung Temperaturen ausgewählt werden können, die innerhalb der hier genannten Phasenfelder liegen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines R2M17-Legierungsmagneten, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist, wobei die R2M17-Legierung ein Phasendiagramm aufweist, das mit abnehmender Temperatur ein erstes Phasenfeld, ein zweites Phasenfeld und ein drittes Phasenfeld aufweist, das Phasendiagramm aufweisend eine erste Grenze zwischen dem ersten Phasenfeld und dem zweiten Phasenfeld, wobei das erste Phasenfeld eine flüssige Phase und eine feste R2M17-Phase im Gleichgewicht aufweist und das zweite Phasenfeld eine feste R2M17-Mehrheitsphase mit einem Phasenanteil von mehr als 95% aufweist, und eine zweite Grenze zwischen dem zweiten Phasenfeld und dem dritten Phasenfeld, wobei das dritte Phasenfeld eine feste R2M17-Phase und mindestens eine weitere feste Phase von unterschiedlicher Zusammensetzung im Gleichgewicht aufweist, das Verfahren aufweisend: Wärmebehandeln eines Körpers, der ein Verhältnis von 2R und 17M aufweist, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist, bei einer ersten Temperatur TSoberhalb der ersten Grenze und in dem ersten Phasenfeld, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze, gefolgt von Erhitzen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TAHzwischen der ersten Grenze und der ersten Temperatur TS, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur unterhalb der ersten Grenze.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend Wiederholen von: das Erhitzen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TAHzwischen der ersten Grenze und der ersten Temperatur TS, gefolgt von das Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur unterhalb der ersten Grenze.

3. Verfahren zur Herstellung eines R2M17-Legierungsmagneten, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist, wobei die R2M17-Legierung ein Phasendiagramm aufweist, das mit abnehmender Temperatur ein erstes Phasenfeld, ein zweites Phasenfeld und ein drittes Phasenfeld aufweist, das Phasendiagramm aufweisend eine erste Grenze zwischen dem ersten Phasenfeld und dem zweiten Phasenfeld, wobei das erste Phasenfeld eine flüssige Phase und eine feste R2M17-Phase im Gleichgewicht aufweist und das zweite Phasenfeld eine feste R2M17-Mehrheitsphase mit einem Phasenanteil von mehr als 95% aufweist, und eine zweite Grenze zwischen dem zweiten Phasenfeld und dem dritten Phasenfeld, wobei das dritte Phasenfeld eine feste R2M17-Phase und mindestens eine weitere feste Phase von unterschiedlicher Zusammensetzung im Gleichgewicht aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Wärmebehandeln eines Körpers, der ein Verhältnis von 2R und 17M aufweist, wobei R mindestens eines von der Gruppe ist, die aus Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Y besteht, und M Co, Fe, Cu und Zr aufweist, bei einer ersten Temperatur TSoberhalb der ersten Grenze und in dem ersten Phasenfeld, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze, gefolgt von Abkühlen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TBHunterhalb der zweiten Grenze und oberhalb von 900°C, gefolgt von Erhitzen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur zwischen der zweiten Grenze und der ersten Temperatur TS.

4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner aufweisend Wiederholen von: das Abkühlen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur TBHunterhalb der zweiten Grenze und oberhalb von 900°C, gefolgt von das Erhitzen des Körpers durch die zweite Grenze und Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur zwischen der zweiten Grenze und der ersten Temperatur TS.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend, nach dem Abkühlen des Körpers durch die erste Grenze, Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur THzwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Wärmebehandlungsverweilzeit bei mindestens einer der Temperaturen TS; TH; TAHund TBH30 min bis 4 h ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend eine finale Wärmebehandlung bei einer Temperatur THf, die unterhalb der ersten Grenze und oberhalb der zweiten Grenze ist und eine Verweilzeit bei THfvon 2 bis 16 h aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Abkühlrate oder eine Heizrate von einem Wärmebehandlungsschritt zu dem nächsten Wärmebehandlungsschritt 0,2 bis 5 K/min ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Körper mit einer Abkühlrate von mehr als 10 K/min durch die zweite Grenze auf eine Temperatur von weniger als 950°C abgekühlt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend, nachdem der Körper durch die zweite Grenze abgekühlt wurde, Durchführen einer Wärmebehandlung einer letzten Stufe nur einmal, wobei die Wärmebehandlung der letzten Stufe aufweist: Wärmebehandeln des Körpers bei einer Temperatur von 800°C bis 950°C für 2 Stunden bis 60 Stunden, gefolgt von Abkühlen auf 500°C bei einer Abkühlrate von weniger als 2 K/min und Wärmebehandeln bei 300°C bis 500°C für 0,5 Stunden bis 6 Stunden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei THum 5°C bis 40°C niedriger als TSist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei TSim Bereich von 1155°C bis 1210°C liegt, THim Bereich von 1120°C bis 1170°C liegt, und TAHim Bereich von 1135°C bis 1200°C liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei M ferner mindestens eines von der Gruppen ist, die aus Ni, Hf und Ti besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die R2M17-Legierung 0 Gew% ≥ Hf ≥ 3 Gew%, 0 Gew% ≥ Ti ≥ 3 Gew%, und 0 Gew% ≥ Ni ≤ 10 Gew% aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die R2M17-Legierung 23 Gew% bis 27 Gew% Sm, 14 Gew% bis 25 Gew% Fe, 39 Gew% bis 57 Gew% Co, 4 Gew% bis 6 Gew% Cu, 2 Gew% bis 3 Gew% Zr, maximal 0,06 Gew% C, maximal 0,4 Gew% O, und maximal 0,06 Gew% N aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die R2M17-Legierung zu einem Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße D50 von 4 µm bis 8 µm gemahlen wird, das Pulver in einem Magnetfeld ausgerichtet und zu einem Grünteil gepresst wird, der zu einem Magneten gesintert wird, und der gesinterte Magnet eine durchschnittliche Korngröße von mindestens 50 µm hat.