WO2013164202A1 - Magnetisches material, seine verwendung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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Roman KARIMI
Alberto MARTINEZ-LIMIA
Markus RAITH
Roland Stein
Lars BOMMER
Friedericke KOEPPEN
Dagmar GOLL
Juergen Oberle
Arne Huber
Gerhard Schneider
Peter Barth
Christian WEGIERSKI
Stefan HINDERBERGER
Takashi Shigematsu
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic material, its use, as well as a method for producing the magnetic material.
  • Suitable magnetic materials include those with hard magnetic phases, which are characterized by a high remanent magnetization, a large coercive field and a large energy product.
  • the better the magnetic properties of the magnetic material the more advantageous is their use in space-reduced devices, and is used for example in the electrification of drive trains of motor vehicles.
  • High-performance, permanently stable and at the same time cost-intensive magnetic materials are therefore key components of electromobility.
  • magnetic materials have proven which comprise at least one rare earth metal such as neodymium (Nd), praseodymium (Pr) and samarium (Sm), as well as at least one transition metal such as iron (Fe) or cobalt (Co).
  • Nd neodymium
  • Pr praseodymium
  • Sm samarium
  • transition metal such as iron (Fe) or cobalt (Co).
  • interstitial additives such as boron (B), carbon (C), nitrogen (N) or hydrogen (H)
  • Nd 2 Fe 14 B replacement of the conventional ferrites by Nd 2 Fe 14 B has not yet taken place.
  • Another disadvantage of Nd 2 Fe 1 B are its high raw material and manufacturing costs.
  • the availability of rare earth metals is so highly limited and particularly dominated by the Chinese market, whereby the production quantities of magnets based on highly rare earth metal-containing magnetic materials, such as Nd 2 Fe 1 B, are very limited.
  • Magnetization a high coercive force, as well as a large energy product. Its mechanical, magnetic, and thermal stability is high, making it predestined for use in high-stress, such as moving devices such as motor vehicles and mobile electronic devices.
  • TM transition metal
  • RE rare earth element
  • tungsten the proportion of transition metal being 60 to 90% by mass, the content of rare earth metal being 10 to 20% by mass and the content of tungsten being 5 to 25% by mass, each based on the total mass of the magnetic material, a highly efficient magnetic material is obtained, which is characterized by particularly good physical, chemical and also mechanical properties, and in particular by excellent magnetic properties.
  • tungsten as a metal essential to the invention contributes significantly to the stabilization of the lattice structure of the magnetic material.
  • tungsten supports the manifestation of the anisotropy of the magnetic phases and thus promotes the desired magnetic properties. Due to the reduced content of rare earth metals or the flexibility in the selection of the rare earth metals and transition metals to be combined with tungsten, the availability of the raw materials is ensured, whereby supply bottlenecks can be efficiently avoided and the
  • Production quantities are not subject to any limitations. Also, the raw material costs of the material according to the invention are significantly reduced compared to conventional, strongly rare earth metal-containing magnetic materials. Due to the specific composition of the invention Thus, the manufacturing cost of the material according to the invention can be lowered, which greatly increases its market acceptance. Consequently, the use of the magnetic material according to the invention opens up many possible applications, even in low-price products, without having a detrimental effect on their qualitative properties.
  • Transition metal selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and manganese (Mn), and is preferably Fe.
  • the transition metals mentioned here form particularly stable lattice structures with rare-earth metals and tungsten and increasingly contribute to the expression of the desired advantageous magnetic properties, that is to say in particular to the saturation and magnetic anisotropy of the material according to the invention. Furthermore, their availability on the market is high, their raw material costs low, which significantly reduces the production costs of the magnetic material according to the invention.
  • the preferred use of Fe among these metals is due to its health and ecological safety and, moreover, to its significantly lower raw material costs compared to Co, Ni and Mn.
  • the rare earth metal (RE) is selected from the group consisting of:
  • Pr Praseodymium
  • Sm samarium
  • Pm promethium
  • Eu europium
  • Y yttrium
  • Sc scandium
  • Gd gadolinium
  • Ho holmium
  • Er erbium
  • Tm thulium
  • the listed rare earth metals Nd, La, Ce, Dy, Tb, Pr, Sm, Pm, Eu, Y, Sc, Gd, Ho, Er, Tm, Yb and Lu have particularly well compatible with the other components essential to the invention, ie at least one
  • Transition metal and tungsten promote the formation of permanently stable crystal lattice structures with high anisotropy, whereby the magnetic properties of the magnetic material according to the invention are improved.
  • Manufacturing costs of the magnetic material according to the invention due to their reduced compared to conventional magnetic materials content in the magnetic composition according to the invention, lower. Due to the particularly high availability and relatively low raw material costs, the use of the elements La and Ce in particular is particularly advantageous for the present invention.
  • a further advantageous embodiment of the present invention provides that based on the total mass of the magnetic material, the proportion of transition metal 60 to 70 mass%, preferably 61 to 67 mass%, more preferably 63 to 65 mass% and / or the proportion of rare earth metal 13 to
  • the proportion of transition metal is at least 60% by weight and preferably at least 61% by weight or more preferably 63% by weight and / or the proportion of tungsten is at least 10% by mass or preferably at least 14% by mass and in particular at least 16% by mass , a highly efficient and stable in mechanical, chemical and thermal sense magnetic material is obtained, which has only a very low content of rare earth metal, but still has excellent magnetic properties and in particular a large energy product, and consequently also in terms of raw material costs and thus in With regard to its manufacturing cost is preferred.
  • the stability of the transition metal is preferably 15 to 17% by mass, and / or the proportion of tungsten is 10 to 25% by mass, preferably 14 to 23% by mass, and more preferably 16 to 21% by mass.
  • Crystal lattice structure of the magnetic material This also applies to one
  • Tungsten content of more than 21% by weight and in particular more than 23% by weight and in particular more than 25% by weight.
  • content of rare earth metal is 13 to 19% by mass, and preferably 15 to 17% by mass, the remanent magnetization and coercive force of the magnetic material of the present invention can be maximized.
  • the structure of the magnetic material according to the invention is selected from: a RE (TM, W) 12 structure, a Th 2 Zn 17 structure such as RE 2 (TM, W) 17 and a RE 3 (TM, W) 2 9 structure.
  • the structures listed here have proven to be particularly good for the formation of anisotropic phases of the invention
  • a further advantageous embodiment of the invention provides for the presence of at least one further element selected from the group consisting of: nitrogen (N), carbon (C) and hydrogen (H).
  • the elements mentioned here are interstitial additives, thus occupying interstitial sites of the crystal lattice structures, whereby the crystal lattice of the magnetic material is widened and particularly well stabilized. This contributes to the improvement of the magnetic properties of the material according to the invention and in particular increases the magnetization, the Curie temperature and the anisotropy of the magnetic material.
  • the magnetic material according to the invention preferably contains at least one further element selected from the group consisting of: vanadium (V), copper (Cu), chromium (Cr), tin (Sn), aluminum (AI), silicon (Si), molybdenum (Mo), gallium (Ga), titanium (Ti), zinc (Zn), niobium (Nb) and zirconium (Zr).
  • V vanadium
  • Cu copper
  • Cr chromium
  • Sn tin
  • AI aluminum
  • Si aluminum
  • Si silicon
  • Mo molybdenum
  • Ga gallium
  • Ti titanium
  • Nb zirconium
  • a permanent magnet which comprises a magnetic material as above.
  • the material according to the invention is preferably present in the permanent magnet according to the invention as a hard magnetic phase.
  • the permanent magnet according to the invention in addition to the magnetic material according to the invention further magnetic or non-magnetic phases, but can also only from the
  • the permanent magnet comprises a hard magnetic phase as described above
  • transition metal at least one transition metal (TM), at least one rare earth metal (RE) and tungsten, wherein the proportion of transition metal (TM) 60 to 90% by mass, the proportion of rare earth metal (RE) 10 to 20% by mass and the proportion of tungsten (W) 5 to 25% by mass, based on the Total mass of the magnetic material is, wherein the permanent magnet may be sintered or plastic bound, for example in a conventional sense.
  • a process for producing a magnetic material is described, said process being characterized by the steps of mixing at least one transition metal (TM), at least one
  • Rare earth metal (RE) and tungsten wherein the content of transition metal (TM) is 60 to 90% by mass, the content of rare earth metal (RE) is 10 to 20% by mass, and the content of tungsten (W) is 5 to 25% by mass, based on the total mass of the magnetic material is, and the melting of the resulting mixture is characterized.
  • the inventive method is in a simple and inexpensive manner, a high-performance magnetic material with excellent remanent magnetization and
  • Coercive field strength as well as a large energy product provided, which also has a very good mechanical, chemical and thermal stability.
  • the advantageous properties, effects and embodiments described for the magnetic material according to the invention are also applicable to the method according to the invention for producing such a magnetic material.
  • the melting of the mixture of the elements essential to the invention takes place in an electric arc or in a vacuum oven. This procedure ensures that all the elements are completely melted, without resulting in oxidation of the material, so that subsequently forms a homogeneous crystal structure of the magnetic material, which not only affects the mechanical stability of the forming magnetic material advantageous but to a considerable degree also characterizes the desired magnetic properties.
  • a heat treatment at a temperature between 500 ° C and 1500 ° C, preferably between 700 ° C and 1 100 ° C, for a period of 10 minutes to 2 weeks and preferably for one hour to 25 hours.
  • this heat treatment which is preferably carried out under a protective gas atmosphere, and in particular under argon, the complete formation of the magnetic material is preferably promoted as a hard magnetic phase.
  • the mixture obtained is ground after melting or after heat treatment in a subsequent step and / or subjected to nitridation.
  • the grinding of the resulting mixture promotes its further processability, for example to a
  • plastic-bonded magnetic material By nitriding, the magnetic properties of the material, and in particular its anisotropy, can be improved. Particularly advantageously, the resulting mixture is first ground and then nitrided, as in this way a uniform nitridation can be achieved even in the finest grain, whereby the magnetic properties of the resulting material are particularly greatly improved.
  • an electrical machine in particular a generator, motor vehicle, starter, electric motor, speakers or
  • Figure 1 is a light micrograph of a section of the
  • Figure 2 is a diagram showing a first example of a
  • Figure 3 is a diagram showing a second example of a
  • Embodiment of the invention represents.
  • FIG. 1 shows a photomicrograph of a section of the
  • the magnetic material 10 according to the invention in polarized light.
  • the material 10 according to the invention contains 16% by mass of Ce, 64% by mass of Fe and 20% by mass of W and is present predominantly with a Ce (Fe, W) 12 structure 1, 2, 4.
  • the hard-magnetic Ce (Fe, W) 12 phase 1, 2, 4 is on the so-called Kerr pattern, so a - depending on the viewing angle rosette-like or streaky pattern, recognize the presence of such a strong hard magnetic phase of Ce (Fe , W) indicates 12 with high anisotropy.
  • Reference numerals 2 and 4 in Fig. 1 also denote a strong hard magnetic Ce (Fe, W) 12 phase, but polarized such an orientation to the vector of the incident beam Light of the light microscope shows that the Kerr pattern in this
  • the reference numeral 3 stands for only weakly magnetic or nonmagnetic binary or ternary phases, whose occurrence by optimization of the
  • the magnetic material 10 can be prevented.
  • the magnetic material 10 according to the invention is characterized by a large energy product, a high coercive field strength, high remanent magnetization, as well as excellent mechanical, chemical and thermal properties.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first example of a heat treatment according to an advantageous embodiment of the invention. As already stated, by a, for example, the melting of the elements essential to the invention to a magnetic material
  • a magnetic material with excellent magnetic properties that is, a magnetic material with a fully developed hard magnetic phase, which consists in particular of hard magnetic grains formed, which is also characterized by excellent mechanical, chemical and thermal stability.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a second example of a heat treatment according to another advantageous embodiment of the invention. This heat treatment is again carried out subsequently to the
  • the molten material is heated in a vacuum oven to 1050 ° C, held for 15 hours at about 1050 ° C and then gradually cooled to room temperature (about 20 ° C). Also in this way will be one magnetically highly anisotropic hard magnetic grains, ie a magnetic material with a completely pronounced hard magnetic phase, formed, which is thus characterized by excellent magnetic properties and excellent mechanical, chemical and thermal stability.

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Description

Beschreibung
Titel
Magnetisches Material, seine Verwendung und Verfahren zu dessen Herstellung Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Material, seine Verwendung, wie auch ein Verfahren zur Herstellung des magnetischen Materials.
Durch den in jüngster Zeit vermehrten Einsatz von Elektromotoren, nicht zuletzt im Kraftfahrzeugbau, ist der Bedarf an hoch leistungsfähigen magnetischen
Materialien, und insbesondere an Dauermagneten, in den letzten Jahren stark gestiegen. Geeignete magnetische Materialien umfassen hierbei solche mit hartmagnetischen Phasen, die sich durch eine hohe remanente Magnetisierung, ein großes Koerzitivfeld und ein großes Energieprodukt auszeichnen. Je besser die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Materials sind, desto vorteilhafter ist ihr Einsatz gerade in bauraumreduzierten Vorrichtungen, und findet beispielsweise Anwendung bei der Elektrifizierung von Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen. Hochleistungsfähige, dauerhaft stabile und dabei kostenextensive magnetische Materialien sind damit Schlüsselkomponenten der Elektromobilität. Als besonders leistungsfähig, also ein großes Energieprodukt aufweisend, haben sich magnetische Materialien erwiesen, die mindestens ein Seltenerdmetall wie Neodym (Nd), Praseodym (Pr) und Samarium (Sm), sowie mindestens ein Übergangsmetall wie Eisen (Fe) oder Cobalt (Co) umfassen. Oftmals werden solche Materialien zur Optimierung der Gefügestruktur und damit auch der intrinsischen Magneteigenschaften mit interstitiellen Additiven, wie beispielsweise Bor (B), Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) oder Wasserstoff (H), versetzt. Als besonders leistungsstarkes magnetisches Material hat sich
Nd2Fe14B herausgestellt. Aufgrund seiner begrenzten chemischen,
mechanischen und thermischen Langzeitstabilität, ist jedoch ein vollständiger Ersatz der herkömmlichen Ferrite durch Nd2Fe14B noch nicht erfolgt. Weiter nachteilig an Nd2Fe1 B sind seine hohen Rohstoff- und Herstellkosten. Darüber hinaus ist die Verfügbarkeit von Seltenerdmetallen in so hohem Maße stark begrenzt und wird insbesondere vom chinesischen Markt dominiert, wodurch die Herstellmengen von Magneten auf Basis von hoch Seltenerdmetallhaltigen magnetischen Materialien, wie eben Nd2Fe1 B, stark limitiert sind.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße magnetische Material zeichnet sich durch
ausgezeichnete magnetische Eigenschaften, und damit eine hohe remanente
Magnetisierung, eine hohe Koerzitivfeldstärke, sowie ein großes Energieprodukt aus. Seine mechanische, magnetische, sowie thermische Stabilität ist hoch, was es für den Einsatz in stark beanspruchten, also beispielsweise beweglichen Vorrichtungen, wie Kraftfahrzeugen und mobilen elektronischen Geräten, prädestiniert. Durch die Verwendung mindestens eines Übergangsmetalls (TM), mindestens eines Seltenerdmetalls (RE) und Wolfram, wobei der Anteil an Übergangsmetall 60 bis 90 Masse%, der Anteil an Seltenerdmetall 10 bis 20 Masse% und der Anteil an Wolfram 5 bis 25 Masse%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des magnetischen Materials, beträgt, wird ein hoch effizientes magnetisches Material erhalten, das sich durch besonders gute physikalische, chemische und auch mechanische Eigenschaften, und insbesondere durch hervorragende magnetische Eigenschaften, auszeichnet. Gerade die
Verwendung von Wolfram als erfindungswesentliches Metall trägt dabei entscheidend zur Stabilisierung des Gittergefüges des magnetischen Materials bei. Darüber hinaus unterstützt Wolfram die Ausprägung der Anisotropie der magnetischen Phasen und fördert somit die gewünschten magnetischen Eigenschaften. Durch den reduzierten Gehalt an Seltenerdmetallen bzw. die Flexibilität in der Auswahl der mit Wolfram zu kombinierenden Seltenerdmetalle und Übergangsmetalle, ist die Verfügbarkeit der Rohstoffe gesichert, wodurch Versorgungsengpässe effizient vermieden werden können und die
Herstellmengen keinen Limitierungen unterliegen. Auch sind dadurch die Rohstoffkosten des erfindungsgemäßen Materials deutlich gegenüber herkömmlichen, stark Seltenerdmetallhaltigen magnetischen Materialien, reduziert. Aufgrund der spezifischen erfindungsgemäßen Zusammensetzung können somit auch die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Materials gesenkt werden, was seine Marktakzeptanz stark erhöht. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen magnetischen Materials eröffnen sich folglich vielfache Anwendungsmöglichkeiten auch in Niedrigpreisprodukten, ohne deren qualitative Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das
Übergangsmetall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Eisen (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni) und Mangan (Mn), und ist vorzugsweise Fe. Die hier genannten Übergangsmetalle bilden mit Seltenerdmetallen und Wolfram besonders stabile Gitterstrukturen und tragen verstärkt zur Ausprägung der gewünschten vorteilhaften magnetischen Eigenschaften, also insbesondere zur Sättigung und magnetischen Anisotropie des erfindungsgemäßen Materials, bei. Ferner ist ihre Verfügbarkeit am Markt hoch, ihre Rohstoffkosten niedrig, was die Herstellkosten des erfindungsgemäßen magnetischen Materials deutlich reduziert. Die unter diesen Metallen bevorzugte Verwendung von Fe ist auf seine gesundheitliche, sowie ökologische Unbedenklichkeit und darüber hinaus auch auf seine im Vergleich zu Co, Ni und Mn noch einmal deutlich reduzierten Rohstoffkosten zurückzuführen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Seltenerdmetall (RE) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Neodym (Nd), Lanthan (La), Cer (Ce), Dysprosium (Dy), Terbium (Tb),
Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Promethium (Pm), Europium (Eu), Yttrium (Y), Scandium (Sc), Gadolinium (Gd), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm),
Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu), und ist vorzugsweise Ce und/oder La. Die angeführten Seltenerdmetalle Nd, La, Ce, Dy, Tb, Pr, Sm, Pm, Eu, Y, Sc, Gd, Ho, Er, Tm, Yb und Lu haben sich als besonders gut kompatibel mit den weitere erfindungswesentlichen Komponenten, also dem mindestens einen
Übergangsmetall und Wolfram, erwiesen, und fördern ihrerseits die Bildung dauerhaft stabiler Kristallgitterstrukturen mit hoher Anisotropie, wodurch die magnetischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen magnetischen Materials verbessert werden. Trotz ihrer teilweise höheren Rohstoffkosten sind die Herstellkosten des erfindungsgemäßen magnetischen Materials aufgrund ihres gegenüber herkömmlichen magnetischen Materialien reduzierten Gehalts in der erfindungsgemäßen magnetischen Zusammensetzung, niedriger. Aufgrund der besonders hohen Verfügbarkeit und relativ niedrigen Rohstoffkosten ist die Verwendung insbesondere der Elemente La und Ce besonders vorteilhaft für die vorliegende Erfindung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass bezogen auf die Gesamtmasse des magnetischen Materials, der Anteil an Übergangsmetall 60 bis 70 Masse%, vorzugsweise 61 bis 67 Masse%, weiter vorzugsweise 63 bis 65 Masse% und/oder der Anteil an Seltenerdmetall 13 bis
19 Masse%, vorzugsweise 15 bis 17 Masse% und/oder der Anteil an Wolfram 10 bis 25 Masse%, vorzugsweise 14 bis 23 Masse% und weiter vorzugsweise 16 bis 21 Masse%, beträgt. Liegt der Anteil an Übergangsmetall bei mindestens 60 Masse% und bevorzugt bei mindestens 61 Masse% oder weiter bevorzugt bei 63 Masse% und/oder der Anteil an Wolfram bei mindestens 10 Masse% oder vorzugsweise bei mindestens 14 Masse% und insbesondere bei mindestens 16 Masse%, wird ein hoch leistungsfähiges und im mechanischen, chemischen wie auch thermischen Sinne stabiles magnetisches Material erhalten, das nur einen sehr geringen Gehalt an Seltenerdmetall aufweist, trotzdem hervorragende magnetische Eigenschaften und insbesondere ein großes Energieprodukt hat, und folglich auch hinsichtlich seiner Rohstoffkosten und damit auch im Hinblick auf seine Herstell kosten bevorzugt ist. Ab einem Gehalt des Übergangsmetalls von mehr als 65 Masse% und insbesondere von mehr als 67 Masse% und insbesondere von mehr als 70 Masse% nimmt jedoch die Stabilität der
Kristallgitterstruktur des magnetischen Materials ab. Dies trifft auch auf einen
Gehalt an Wolfram von mehr als 21 Masse% und insbesondere mehr als 23 Masse% und insbesondere von mehr als 25 Masse% zu. Beträgt der Anteil an Seltenerdmetall 13 bis 19 Masse% und vorzugsweise 15 bis 17 Masse%, kann die remanente Magnetisierung sowie Koerzitivfeldstärke des erfindungsgemäßen magnetischen Materials maximiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Struktur des erfindungsgemäßen magnetischen Materials ausgewählt aus: einer RE(TM,W)12 Struktur, einer Th2Zn17 Struktur wie RE2(TM,W)17 und einer RE3(TM,W)29 Struktur. Die hier angeführten Strukturen haben sich als besonders gut für die Ausbildung anisotroper Phasen des erfindungsgemäßen
magnetischen Materials herausgestellt. Dies ist auf seine vorteilhafte
Elektronenstruktur und Elektronenkonfiguration, sowie die Spin- und
Bahnmomente der Atome zurückzuführen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht die Anwesenheit mindestens eines weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Stickstoff (N), Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H), vor. Die hier genannten Elemente sind interstitielle Additive, besetzen also interstitielle Plätze der Kristallgitterstrukturen, wodurch das Kristallgitter des magnetischen Materials aufgeweitet und besonders gut stabilisiert wird. Dies trägt zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials bei und erhöht insbesondere die Magnetisierung, die Curie-Temperatur und Anisotropie des magnetischen Materials. Weiter bevorzugt enthält das erfindungsgemäße magnetische Material vorzugsweise mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Vanadium (V), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Zinn (Sn), Aluminium (AI), Silizium (Si), Molybdän (Mo), Gallium (Ga), Titan (Ti), Zink (Zn), Niob (Nb) und Zirkonium (Zr). Diese Elemente können die magnetischen wie auch physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials und dessen
Beständigkeit, also seine chemische bzw. elektrochemische Beständigkeit (z.B. Korrosionsbeständigkeit), positiv beeinflussen. Insbesondere die Elemente Cu, Ga und AI verbessern dabei die Benetzung der hartmagnetischen Körner durch die Korngrenzenphase bei gesinterten Magneten. Weiter erfindungsgemäß wird auch ein Dauermagnet beschrieben, der ein magnetisches Material wie oben stehend umfasst. Das erfindungsgemäße Material liegt in dem erfindungsgemäßen Dauermagneten vorzugsweise als hartmagnetische Phase vor. Der erfindungsgemäße Dauermagnet kann neben dem erfindungsgemäßen magnetischen Material weitere magnetische oder nichtmagnetische Phasen aufweisen, kann aber auch nur aus dem
erfindungsgemäßen magnetischen Material bestehen. Bevorzugt umfasst der Dauermagnet eine hartmagnetische Phase wie oben beschrieben aus
mindestens einem Übergangsmetall (TM), mindestens einem Seltenerdmetall (RE) und Wolfram, wobei der Anteil an Übergangsmetall (TM) 60 bis 90 Masse%, der Anteil an Seltenerdmetall (RE) 10 bis 20 Masse% und der Anteil an Wolfram (W) 5 bis 25 Masse%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des magnetischen Materials, beträgt, wobei der Dauermagnet beispielsweise in herkömmlichem Sinne gesintert oder kunststoffgebunden sein kann. Die für das
erfindungsgemäße magnetische Material beschriebenen vorteilhaften Effekte, Vorteile und Ausführungsformen finden auch Anwendung auf den
erfindungsgemäßen Dauermagneten.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials beschrieben, wobei das Verfahren durch die Schritte des Mischens mindestens eines Übergangsmetalls (TM), mindestens eines
Seltenerdmetalls (RE) und Wolfram, wobei der Anteil an Übergangsmetall (TM) 60 bis 90 Masse%, der Anteil an Seltenerdmetall (RE) 10 bis 20 Masse% und der Anteil an Wolfram (W) 5 bis 25 Masse%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des magnetischen Materials, beträgt und des Schmelzens der erhaltenen Mischung, gekennzeichnet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auf einfache und kostengünstige Weise ein hoch leistungsfähiges magnetisches Material mit einer ausgezeichneten remanenten Magnetisierung und
Koerzitivfeldstärke, sowie großem Energieprodukt bereitgestellt, das ferner eine sehr gute mechanische, chemische und auch thermische Stabilität aufweist. Die für das erfindungsgemäße magnetische Material beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften, Effekte und Ausführungsformen finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines solchen magnetischen Materials. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Schmelzen der Mischung aus den erfindungswesentlichen Elementen im Lichtbogen oder im Vakuumofen. Durch diese Verfahrensführung wird gewährleistet, dass alle Elemente vollständig aufgeschmolzen werden, ohne dass es dabei zu Oxidation des Materials kommt, so dass sich im Anschluss daran ein homogenes Kristallgefüge des magnetischen Materials bildet, was nicht nur die mechanische Stabilität des sich bildenden magnetischen Materials vorteilhaft beeinflusst, sondern in erheblichem Maße auch die gewünschten magnetischen Eigenschaften prägt. Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt in einem sich an das Schmelzen anschließenden Schritt eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 500 °C und 1500 °C, vorzugsweise zwischen 700 °C und 1 100 °C, für eine Dauer von 10 min bis zu 2 Wochen und vorzugsweise für eine Stunde bis zu 25 Stunden. Durch diese Wärmebehandlung, die vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre, und insbesondere unter Argon, ausgeführt wird, wird die vollständige Ausbildung des magnetischen Materials vorzugsweise als hartmagnetische Phase begünstigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erhaltene Mischung nach dem Schmelzen oder nach erfolgter Wärmebehandlung in einem sich anschließenden Schritt gemahlen und/oder einer Nitridierung unterzogen. Das Mahlen der erhaltenen Mischung fördert seine weitere Verarbeitbarkeit, beispielsweise zu einem
kunststoffgebundenen magnetischen Material. Durch eine Nitridierung können die magnetischen Eigenschaften des Materials, und insbesondere seine Anisotropie, verbessert werden. Besonders vorteilhaft wird die erhaltene Mischung zunächst gemahlen und anschließend nitridiert, da auf diese Weise eine gleichmäßige Nitridierung auch bis ins feinste Korn erzielt werden kann, wodurch die magnetischen Eigenschaften des resultierenden Materials besonders stark verbessert werden.
Weiter erfindungsgemäß wird auch die Verwendung eines wie oben
ausgeführten magnetischen Materials vorzugsweise in Windkraftanlagen, PKW, NKW, Startern, Elektromotoren, Lautsprechern und mikroelektromechanischen Systemen, beschrieben. Aufgrund der herausragenden magnetischen
Eigenschaften des erfindungsgemäßen magnetischen Materials, sowie seiner ausgezeichneten Stabilität, und damit auch seiner bauraumreduzierten
Einsatzfähigkeit, ist die Verwendung in den genannten Vorrichtungen von besonderem Vorteil.
Weiter erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine, insbesondere ein Generator, Kraftfahrzeug, Starter, Elektromotor, Lautsprecher oder
mikroeletromechanisches System beschrieben, die das erfindungsgemäße magnetische Material oder ein magnetisches Material, das nach dem vorstehenden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, enthält, beschrieben. Die für das erfindungsgemäße magnetische Material, sowie das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und bevorzugten Ausführungsformen finden auch Anwendung auf die
erfindungsgemäße elektrische Maschine.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Figur 1 eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Schliffes des
erfindungsgemäßen magnetischen Materials im polarisierten Licht,
Figur 2 ein Diagramm, das ein erstes Beispiel für eine
Wärmebehandlung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt, und
Figur 3 ein Diagramm, das ein zweites Beispiel für eine
Wärmebehandlung gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Schliffes des
erfindungsgemäßen magnetischen Materials 10 im polarisierten Licht. Das erfindungsgemäße Material 10 enthält 16 Masse% Ce, 64 Masse% Fe und 20 Masse% W und liegt überwiegend mit einer Ce(Fe,W)12 Struktur 1 , 2, 4 vor. Die hartmagnetische Ce(Fe,W)12 Phase 1 , 2, 4 ist an dem so genannte Kerr-Muster, also einem - je nach Betrachtungswinkel rosettenartigen oder streifigen Muster, zu erkennen, das das Vorhandensein einer solchen starken hartmagnetischen Phase aus Ce(Fe,W)12 mit hoher Anisotropie anzeigt. Bezugszeichen 2 und 4 bezeichnen in Figur 1 ebenfalls eine stark hartmagnetische Ce(Fe,W)12 Phase, die jedoch eine solche Orientierung zum Vektor des einstrahlenden polarisierten Lichtes des Lichtmikroskops aufweist, dass das Kerr-Muster in dieser
Betrachtungsrichtung nicht bzw. nur leicht streifig zu erkennen ist. In Figur 1 steht das Bezugszeichen 3 für lediglich schwachmagnetische oder nichtmagnetische binäre oder ternäre Phasen, deren Auftreten durch Optimierung der
Prozessparameter im Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen
magnetischen Materials 10 verhindert werden kann. Das erfindungsgemäße magnetische Material 10 zeichnet sich durch ein großes Energieprodukt, eine hohe Koerzitivfeldstärke, hohe remanente Magnetisierung, sowie ausgezeichnete mechanische, chemische und thermische Eigenschaften aus.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, das ein erstes Beispiel für eine Wärmebehandlung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt. Wie bereits ausgeführt, wird durch eine sich beispielsweise an das Schmelzen der erfindungswesentlichen Elemente zu einem magnetischen Material
anschließende Wärmebehandlung, vorteilhafterweise unter Schutzgas, die vollständige Ausprägung einer hartmagnetischen Phase sichergestellt. In einem ersten Schritt wird hierzu das aufgeschmolzene Material nach Abkühlung innerhalb von etwa 10 Stunden im Vakuumofen auf 1050 °C erhitzt, für eine Stunde auf etwa 1050 °C gehalten, dann innerhalb von etwa 2 Stunden auf etwa 800 °C abgekühlt und 24 Stunden lang auf 800 °C gehalten. Danach wird das erhaltene Material innerhalb von 24 Stunden schrittweise auf Raumtemperatur (etwa 20 °C) abgekühlt. Hierdurch wird ein magnetisches Material mit exzellenten magnetischen Eigenschaften, also ein magnetisches Material mit einer vollständig ausgeprägten hartmagnetischen Phase, das insbesondere aus Hartmagnetkörnern besteht, gebildet, das sich ebenfalls durch hervorragende mechanische, chemische sowie thermische Stabilität auszeichnet.
Figur 3 zeigt ein Diagramm, das ein zweites Beispiel für eine Wärmebehandlung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt. Auch diese Wärmebehandlung erfolgt wiederum anschließend an das
Schmelzen der erfindungswesentlichen Elemente zu einem magnetischen Material vorteilhafterweise unter Schutzgas. Auch in diesem Fall wird eine vollständige Ausprägung einer hartmagnetischen Phase sichergestellt. In einem ersten Schritt wird hierzu das aufgeschmolzene Material im Vakuumofen auf 1050 °C erhitzt, für 15 Stunden auf etwa 1050 °C gehalten und dann schrittweise auf Raumtemperatur (etwa 20 °C) abgekühlt. Auch auf diese Weise wird ein magnetisch hoch anisotrope Hartmagnetkörner, also ein magnetisches Material mit vollständig ausgeprägter Hartmagnetphase, gebildet, das sich somit durch hervorragende magnetische Eigenschaften und ausgezeichnete mechanische, chemische, sowie thermische Stabilität auszeichnet. Durch den
kontinuierlicheren Temperaturverlauf ist bei diesem Ausführungsbeispiel die
Verfahrensführung vereinfacht.

Claims

Ansprüche
1. Magnetisches Material enthaltend mindestens ein Übergangsmetall (TM), mindestens ein Seltenerdmetall (RE) und Wolfram, wobei der Anteil an Übergangsmetall (TM) 60 bis 90 Masse%, der Anteil an Seltenerdmetall (RE) 10 bis 20 Masse% und der Anteil an Wolfram (W) 5 bis 25 Masse%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des magnetischen Materials, beträgt.
2. Magnetisches Material nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetall (TM) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Fe, Co, Ni und Mn, und vorzugsweise Fe ist.
3. Magnetisches Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerdmetall (RE) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Nd, La, Ce, Dy, Tb, Pr, Sm, Pm, Eu, Y, Sc, Gd, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, und vorzugsweise Ce und/oder La ist.
4. Magnetisches Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Übergangsmetall (TM) 60 bis 70 Masse%, vorzugsweise 61 bis 67 Masse%, weiter vorzugsweise 63 bis 65 Masse% und/oder der Anteil an Seltenerdmetall (RE) 13 bis 19 Masse%, vorzugsweise 15 bis 17 Masse% und/oder der Anteil an Wolfram (W) 10 bis 25 Masse%, vorzugsweise 14 bis 23 Masse% und weiter vorzugsweise 16 bis 21 Masse%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des magnetischen Materials, beträgt.
5. Magnetisches Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des magnetischen Materials ausgewählt ist aus: einer RE(TM,W)12 Struktur, einer Th2Zn17 Struktur wie RE2(TM,W)17 und einer RE3(TM,W)29 Struktur.
6. Magnetisches Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: N, C und H, enthält.
7. Magnetisches Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: V, Cu, Cr, Sn, AI, Si, Mo, Ga, Ti, Zn, Nb und Zr, enthält.
8. Dauermagnet umfassend mindestens ein magnetisches Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials durch Mischen mindestens eines Übergangsmetalls (TM), mindestens eines
Seltenerdmetalls (RE) und Wolfram, wobei der Anteil an Übergangsmetall (TM) 60 bis 90 Masse%, der Anteil an Seltenerdmetall (RE) 10 bis 20 Masse% und der Anteil an Wolfram (W) 5 bis 25 Masse%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des magnetischen Materials, beträgt und Schmelzen der erhaltenen Mischung.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen im Lichtbogen oder im Vakuumofen erfolgt.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sich an das Schmelzen anschließenden Schritt eine
Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 500 °C und 1500 °C, vorzugsweise zwischen 700 °C und 1 100 °C für eine Dauer von 10 min bis zu 2 Wochen und vorzugsweise für eine Stunde bis zu 25 Stunden, erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die erhaltene Mischung gemahlen und/oder einer Nitridierung unterzogen wird.
13. Verwendung eines magnetischen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder mindestens eines Dauermagneten nach Anspruch 7, in
Windkraftanlagen, PKW, NKW, Startern, Elektromotoren, Lautsprechern und mikroelektromechanischen Systemen. Elektrische Maschine, insbesondere Generator, Kraftfahrzeug, Starter, Elektromotor, Lautsprecher oder mikroelektromechanisches System, enthaltend ein magnetisches Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder enthaltend mindestens einen Dauermagneten nach Anspruch 8.
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