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Verfahren zur Herstellung magnetisch anisotroper, permanenter Magnete
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung magnetisch anisotroper,
permanenter Magnete, d. h. Magnete, deren Werte für (BH)."", die Remanenz B, und
die Koerzitivkraft H, in einer bestimmten Richtung (Vorzugsrichtung) größer sind
als die in diesem Fall in anderen Richtungen erzielbaren Werte.
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Derartige Magnete können in der Vorzugsrichtung ein (BH)""" von mehr
als 2,5 X tos aufweisen, das den höchsten Wert übersteigt, der zuvor mit isotropen
Magneten erzielbar war, d. h. Magneten, deren erzielbare Werte für das (BH)".",
die Remanenz und die Koerzitivkraft praktisch in allen Richtungen gleich sind.
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Bisher bestanden die in der Praxis verwendeten anisotropen Magnete
aus Legierungen, die Fe, Ni, Al und Co enthalten mit den üblichen, unvermeidlichen
Verunreinigungen und mit oder ohne zusätzlichen Elementen, wie im wesentlichen Cu
und Ti. Um die Anisotropieeigenschaft zu erzielen, werden die Legierungen während
einer Wärmebehandlung, vorzugsweise während der zur Härtung erforderlichen Abkühlung
von einer Temperatur oberhalb des Curiepunktes dem Einfluß eines Magnetfeldes unterworfen.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß eine etwa 26 %
bis zu 30 % Co, etwa 8 % bis zu 20 % Ni, etwa 5 % bis i i % Al, 5 % bis etwa io
% Ti und, wenn vorhanden, bis zu 8 % Cu, Rest Eisen und Verunreinigungen und gegebenenfalls
weitere Zusätze enthaltende Legierung der Wirkung eines Magnetfeldes während der
Abkühlung von
einer den Curieputikt der Legierung übersteigenden
Temperatur bis zu einer diesen Punkt um wenigstens ioo° C unterschreitenden Temperatur
unter--,vorfen wird, und zwar derart, daß nach Anlassen und endgültiger Magnetisierung
des Magnetkörpers in einer der Richtung des Magnetfeldes während der erwähnten Abkühlung
wenigstens nahezu entsprechenden Richtung ein Magnet entsteht, der in dieser Vorzugsrichtung
neben einem (BH)"""-Wert von wenigstens 2,5 X los eine Koerzitivkraft von wenigstens
750 Orsted hat. Die Koerzitivkraft wird meistens 8oo Orsted übersteigen und
kann bis 1200 Orsted betragen. Die Reinatienz ist wenigstens 7ooo Gauß und in den
meisten Fällen sogar mehr als 8oo0 Gauß. Mit Rücksicht auf die hohe Koerzitivkraft
darf im allgemeinen nicht erwartet werden, daß die Remanenz 85oo Gauß übersteigen
wird. ' Unter den vorerwähnten Zusätzen versteht man Elemente oder Kombinationen
derselben, deren Zusetzung eine Verbesserung der Verarbeitung der verwendeten Legierung,
der optimalen Kühlgeschwindigkeit während der Härtung oder der mechanischen oder
der magnetischen Eigenschaften bezweckt. Solche Elemente sollen nur in kleinen Mengen
bis zu einigen Prozenten, im allgemeinen nicht mehr als 2 0/0. zugesetzt werden,
da sonst das erzielte Sonderergebnis auf Kosten der übrigen Eigenschaften geht.
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In Zusammenhang mit dem Vorstehenden wird es einleuchten, daß das
Kennzeichen der mit der Erfindung erzielten Wirkung in der Erzielung sehr hoher
Koerzitivkräfte bei einem günstigen (BH)""., und sogar bei einer günstigen Remanetiz
besteht, so daß der Apparatetechnik ein neues Material besonderer Eigenschaften
zur Verfügung steht. Dies ist vor allem wichtig, wenn die von der Koerzitivkraft
bedingte Länge des Magnets mit Rücksicht auf die gewünschte Bemessung des zu bauenden
Gerätes, in dem der =Magnet angewendet werden soll, eine ausschlaggebende Rolle
spielt, z. B. bei -Totoren, Dynamos, Lautsprechern, Meßgeräten usw. Auf diese Weise
ist es möglich, Radioempfangsgeräte mit Lautsprechern zu bauen, die in die Tasche
gesteckt werden können. Infolge der Tatsache, daß in diesem Fall die Höhe des zu
verwendenden ringförmigen Magneten nur 8 tnm sein kann, braucht die Bemessung eines
solchen Gerätes nicht größer als diejenige einer Brieftasche zu sein. Auch zur Verwendung
in Lautsprechern beim E,inbau in Fernsehempfangsgeräte, bei denen die Tiefe des
zur Anl>ringung von Lautsprechern geeigneten und zur Verfügung stehenden Raumes
neben dem Projektionsschirm die Größenordnung von einigen Zentiinetern hat, sind
die gemäß der Erfindung hergestellten -Magnete besonders vorteilhaft. In einem solchen
Fall braucht die Höhe des --Magneten nur 14,5 mm zu sein.
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Die bei Anwendung der Erfindung verwendeten Legierungen können auf
verschiedene Weise erzeugt werden, nämlich durch Schmelzen der Bestandteile und
Ausgießen der geschmolzenen Legierung oder durch Sintern pulverförmiger Gemische
der ztisammensetzenden Elemente ()der Legierungen derselben.
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In bezug auf die Zusammensetzung der bei der Erfindung verwendeten
Legierungen sei bemerkt, daß diese sich von den bisher für die Herstellung von permanenten
anisotropen 'Magneten benutzten Legierungen durch die Anwendung eines hohen Co-Gehaltes
zusammen finit einem relativ hohem Ti-Gehalt unterscheiden.
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In diesem Zusammenhang kann bemerkt werden, daß, obwohl anisotrope
Legierungen, die bis zu 30% Co enthalten. sich als sehr wertvoll erwiesen haben,
in der Praxis ein Kobaltgelialt in dem oberen Teil dieses Bereiches wegen der hohen
Kosten des Kobalts nicht bevorzugt wurde.
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Was die AtiNvendung \-on "Titan in anisotropen Magneten anbelangt,
ist es bekannt, claß dadurch die Koerritivkraft verbessert wird, dies jedoch stets
auf Kosten des und der Remanenz. Aus diesem Grunde werden in der Praxis die meisten
anisotropen Magnete ohne oder nur mit sehr kleinen Ti-Zusätzen hergestellt; es wurde
in der Literatur 5 % als die obere Grenze angegeben. Es wurde gefunden, daß bei
Anwendung eines Co-Gehaltes von 26 % bis zu 30 % tritt geeigneter Anpassung der
anderen Legierungselemente der Titangehalt unter Beibehaltung eines günstigen (13H)"""-\Vertes
und einer hohen Koerzitivkraft älter 5 % gesteigert werden kann; am günstigsten
hat sich ein Titangehalt von 5,1 bis 8 0!o erwiesen. Die Sonderkosten wegen
des hohen Kobahgehaltes werden in diesem Falle durch die Möglichkeit wettgemacht,
einen Magneten mit einer bemerkenswerten hohen Koerzitivkraft zu erzeugen.
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Was den Nickelgehalt betrifft, sei bemerkt, daß im allgemeinen eine
Erhöhung des Ni-Gehaltes eine Verbesserung der Koerzitivkraft auf Kosten der Remanenz
ergibt.
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Die Verwendung von Kupfer ist nicht unbedingt erforderlich und Gehalte
von mehr als 8 % sind sogar schädlich. Es ist festgestellt worden, daß die besten
magnetischen @-N'erte entstehen, wenn etwa d. 0/0 Cu zugesetzt wird.
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Der :l-Gehalt soll. wie üblich, den Gehalten der übrigen Bestandteile
angepaßt sein.
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Zur Erzielung optimaler inagnetischer Eigenschaften ist es erwtinscht,
claß der Magnetkörper von einer Temperatur von etwa t225' C bis auf etwa 6oo° C
mit einer mittleren Geschwindigkeit von 3/a bis zu io° je Sekunde abkühlt, je nach
der Zusammensetzung der Legierung. wonach man in der Art und @N'eise der weiteren
Abkühlung bis auf Zimmertemperatur frei ist. \\'ährend dieser Abkühlung, die entweder
unmittelbar nach Bildung des Magnetkörpers durch Gießen oder Sintern oder nach Abkühlung
bis auf Zimmertemperatur und erneuter Aufhetzung bis zu etwa 1225'' C erfolgt, wird
das bereits vorerwähnte Magnetfeld angelegt. Die Stärke dieses Feldes beträgt vorzugsweise
wenigstens iooo Gauß. Nach der \\'ärtnebehandlung muß der 'Magnet noch angelassen
werden, was auf in der Technik bereits angewendete Weise erfolgen kann, wie es z.
B. in der britischen Patentschrift 522 731
beschrieben worden ist.
Das Anlassen kann gewünschtenfalls sofort nach der vorerwähnten Abkühlung erfolgen.
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Es leuchtet ein, daß angesichts der Tatsache, daß es sich im vorliegenden
Fall um aus wenigstens fünf Elementen aufgebaute Legierungen handelt, nicht angegeben
werden kann, welche Prozentsätze der Legierungsbestandteile des erwähnten Gebietes
nicht miteinander kombiniert werden sollen, mit Rücksicht darauf, daß sonst den
gestellten Anforderungen in bezug auf die Minimumwerte der Koerzitivkraft und des
(BH)""., nicht entsprochen werden kann.
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Auf Grund der vorgenannten Anweisungen für die Ausgangselemente der
Legierung und der Anweisungen für die Behandlung derselben wird der Fachmann jedoch
stets für jeden vorkommenden Fall eine solche Walil aus den verschiedenen Möglichkeiten
treffen können, daß ein zuvor festgesetztes, erwünschtes Ergebnis erzielt wird;
dabei ist zu berücksichtigen, daß die maximal erzielbaren Werte für die Koerzitivkraft
nicht zusammen mit den maximal erzielbaren `'Werten für die Remanenz auftreten.
Die Anforderung, die in jedem vorkommenden Fall gestellt werden darf, ist, daß die
Koerzitivkraft wenigstens etwa 7500rsted bei einem (BH).", von wenigstens 2,5 X
los sein soll. Die genannten höchsten und niedrigsten Grenzen für die Legierungselemente
sollen in diesem Zusammenhang verstanden werden.
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Als Beispiel eines erfindungsgemäß durchgeführten Verfahrens sei erwähnt,
daß ein Magnetkörper aus einer 29,5 % CO, 16 % Ni, 5,1 % Ti, 7,7 % Al, 4')/o Cu,
Rest Fe mit Verunreinigungen enthaltenden Legierung durch Gießen hergestellt wird
und darauf entweder sofort nach dem Gießen oder nach Abkühlung bis auf Zimmertemperatur
und erneuter Aufheizung bis zu i225° C von dieser Temperatur bis auf etwa 60o° C
in 5 Minuten abgekühlt und während der Abkühlungsperiode einem Magnetfeld von 2ooo
Gauß ausgesetzt wird. Darauf wird der Magnetkörper angelassen, indem er nacheinander
auf den folgenden Temperaturen und Zeiten gehalten wird: 67o° C 3 Minuten, 66o°
C 5 Minuten, 65o° C io Minuten, 64o° C 15 Minuten, 62o° C 20 Minuten, 60o° C
30 Minuten, 56o° C 6o Minuten, 520°C 120 Minuten, 5oo°C i80 Minuten.
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Nach endgültiger Magnetisierung in der Vorzugsrichtung in einem Magnetfeld
von 5ooo Gauß sind die magnetischen Eigenschaften folgende: B, - 795o Gauß,
H, - ioio örsted und (BH)",ox = 3,2 X IOS.
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Andere Ausführungsbeispiele der verwendeten Legierungen mit den damit
erzielten Ergebnissen sind folgende:
| Co Ni Ti A1 C' -i Fe + |
| Verunr. |
| B' H` (B o) o Z |
| 27 i8 6,7 6,25 4 Rest 755o 101o 2,84 |
| 28 13 6 7,5 4 Rest 7500 92o 2,9 |
| 28 15 6 7,5 4 Rest 715o ioio 2,6 |
| 28 17 5,1 7,7 6 Rest 765o 98o 2,7 |
| 28 19 6 7,5 4 Rest 715o 1200 2,6 |