DE69402551T2 - A RARE EARTH-COBALT TYPE OF FLUORINE-CONTAINING MAGNETIC POWDER AND DENSATED PERMANENT MAGNETS THEREOF AND THEIR PRODUCTION PROCESS - Google Patents
A RARE EARTH-COBALT TYPE OF FLUORINE-CONTAINING MAGNETIC POWDER AND DENSATED PERMANENT MAGNETS THEREOF AND THEIR PRODUCTION PROCESSInfo
- Publication number
- DE69402551T2 DE69402551T2 DE69402551T DE69402551T DE69402551T2 DE 69402551 T2 DE69402551 T2 DE 69402551T2 DE 69402551 T DE69402551 T DE 69402551T DE 69402551 T DE69402551 T DE 69402551T DE 69402551 T2 DE69402551 T2 DE 69402551T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fluorine
- rare earth
- permanent magnets
- ppm
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/047—Alloys characterised by their composition
- H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
- H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
- H01F1/0551—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
- H01F1/0552—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes with a protective layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/047—Alloys characterised by their composition
- H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
- H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
- H01F1/0555—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 pressed, sintered or bonded together
- H01F1/0557—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 pressed, sintered or bonded together sintered
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von magnetischen Pulvern und Permanentmagneten vom Übergangsmetall- Seltenerdmetall-Typ gegen Oxidation und atmosphärische Korrosion durch Zusatz von gasförmigem Fluor bei der Behandlung der Pulver. Sie betrifft genauer Pulver und Magnete von Übergangsmetall-Seltenerdmetall-Typ, bei denen das Metall im wesentlichen Cobalt und das Seltenerdmetall im wesentlichen Samarium und/oder Neodym und/oder Praseodym und/oder Cer ist.The invention relates to a method for protecting magnetic powders and permanent magnets of the transition metal-rare earth metal type against oxidation and atmospheric corrosion by adding gaseous fluorine during the treatment of the powders. More specifically, it relates to powders and magnets of the transition metal-rare earth metal type in which the metal is essentially cobalt and the rare earth metal is essentially samarium and/or neodymium and/or praseodymium and/or cerium.
Aus dem Patent FR 2 003 246 ist ein Verfahren zur Behandlung von Permanentmagnet-Pulvern, die Seltenerdmetalle und Übergangsmetalle enthalten, zur Erhöhung der Koerzitivkraft bekannt; dieses Verfahren besteht darin, die Pulver mit einer Ätzflüssigkeit auf der Basis einer wäßrigen Lösung von Salzsäure, Schwefelsäure oder Fluorwasserstoffsäure zu behandeln.Patent FR 2 003 246 discloses a process for treating permanent magnet powders containing rare earth metals and transition metals in order to increase their coercive force; this process consists in treating the powders with an etching liquid based on an aqueous solution of hydrochloric acid, sulphuric acid or hydrofluoric acid.
Außerdem wurde der Stand der Technik bezüglich dieser Pulver und Magnete vor einiger Zeit umfassend beschrieben, vgl. K.J. Strnat, "Rare Earth-Cobalt Permanent Magnets" in "Ferromagnetic Materials", S. 131-209, Bd. 4, Hrsg. E. P. Wohlfahrth und K.H. Buschow, North-Holland Amsterdam 1988.In addition, the state of the art regarding these powders and magnets was described in detail some time ago, cf. K.J. Strnat, "Rare Earth-Cobalt Permanent Magnets" in "Ferromagnetic Materials", pp. 131-209, vol. 4, ed. E. P. Wohlfahrth and K.H. Buschow, North-Holland Amsterdam 1988.
Je nach der Menge des enthaltenen Seltenerdmetalls werden im wesentlichen zwei Gruppen unterschieden:Depending on the amount of rare earth metal contained, two main groups are distinguished:
- die Gruppe der molekularen Formel SmCo&sub5; (mit 33,8 Gew.-% Seltenerdmetall), in der nur ein geringer Anteil des Cobalts durch ein anderes Übergangsmetall, wie Eisen, ersetzt sein kann, wobei jedoch das Samarium je nach den gewünschten technischen oder wirtschaftlichen Eigenschaften teilweise oder ganz durch Praseodym, teilweise durch andere Seltenerdmetalle, von welchen Neodym, Cer, Mischmetall und Gadolinium bevorzugt sind, ersetzt sein kann.- the group of molecular formula SmCo₅ (with 33.8 wt.% rare earth metal), in which only a small proportion of the cobalt is replaced by another transition metal, such as iron, However, depending on the desired technical or economic properties, the samarium may be partially or completely replaced by praseodymium or partially by other rare earth metals, of which neodymium, cerium, mischmetal and gadolinium are preferred.
- die Gruppe der molekularen Formel Sm&sub2;Co&sub1;&sub7; (mit 23,1 Gew.-% Seltenerdmetall), in der zudem das Cobalt in größerem Maße durch andere Metalle, wie Eisen, Kupfer, Vanadium, Zirconium, Niob, Titan, Mangan und Chrom, ersetzt sein kann. Durch den Ersatz von Co durch Eisen kann insbesondere die spezifische Magnetisierungsdichte erhöht werden.- the group of the molecular formula Sm₂Co₁₇ (with 23.1 wt.% rare earth metal), in which the cobalt can also be replaced to a large extent by other metals such as iron, copper, vanadium, zirconium, niobium, titanium, manganese and chromium. By replacing Co with iron, the specific magnetization density can be increased in particular.
Materialien diese beiden Gruppen werden häufig in der Elektrotechnik verwendet, da sie wegen ihrer hohen Curie-Temperatur bei hohen Arbeitstemperaturen verwendet werden können. Das flexibelste Verfahren zu ihrer Herstellung ist die Pulvermetallurgie, bei der Legierungen fein zerkleinert werden und die Körner in Gegenwart eines Magnetfeldes ausgerichtet, zur gewünschten Form verpreßt und bei hohen Temperaturen gesintert werden, worauf dann eine thermische Behandlung zum Härten angewandt wird und danach je nach der geforderten Spezifikation bearbeitet wird.Materials in these two groups are widely used in electrical engineering because their high Curie temperature allows them to be used at high working temperatures. The most flexible method for their production is powder metallurgy, in which alloys are finely crushed and the grains are aligned in the presence of a magnetic field, pressed into the desired shape and sintered at high temperatures, followed by a thermal treatment for hardening and then machined according to the required specification.
Der obengenannte Artikel betont das gravierende Problem (S. 158) der Stabilität der Pulver und Magneten aufgrund der besonderen Affinität der Seltenerdmetalle gegenüber Luftsauerstoff, vor allem in Gegenwart von Feuchtigkeit. Normalerweise werden dabei Oxide, beispielsweise Sm&sub2;O&sub3;, und/oder der Hydroxide gebildet, die nichtmagnetische Verbindungen sind, die eine Verminderung der Magnetisierungsdichte hervorrufen und die Verdichtung stören können; bei ihrer Bildung wird ferner Samarium verbraucht, wodurch die ursprüngliche Stöchiometrie verschoben und die Formel in Richtung einer Zusammensetzung verändert wird, die in ihren Eigenschaften ungünstig sein kann.The above-mentioned article highlights the serious problem (p. 158) of the stability of powders and magnets due to the special affinity of rare earth metals to atmospheric oxygen, especially in the presence of moisture. Usually, oxides, such as Sm₂O₃, and/or hydroxides are formed, which are non-magnetic compounds that can cause a reduction in the magnetization density and interfere with compaction; their formation Furthermore, samarium is consumed, which shifts the original stoichiometry and changes the formula towards a composition that may be unfavorable in its properties.
So wird beispielsweise nach dem theoretischen SchemaFor example, according to the theoretical scheme
100 SmCo&sub5; + 21/4 O&sub2; T 83 SmCo&sub5; + 5 Sm&sub2;Co&sub1;&sub7; + 7/2 Sm&sub2;O&sub3;100 SmCo&sub5; + 21/4 O2 T 83 SmCo&sub5; + 5 Sm₂Co₁₇ + 7/2 Sm2O3
in dem gesinterten Material eine feine Dispersion von Sm&sub2;Co&sub1;&sub7; erzeugt, was unmittelbar zu einem Zusammenbruch der Koerzitivkraft (Beständigkeit gegenüber Entmagnetisierung) führt.creates a fine dispersion of Sm₂Co₁₇ in the sintered material, which immediately leads to a breakdown of the coercivity (resistance to demagnetization).
Auch wenn bei diesen Produkten, wenn sie im Zustand sehr feiner Pulver vorliegen (einige Mikrometer nach Fischer), bei ihrer Herstellung, Aufbewahrung und Handhabung unter Schutz vor Luft und Feuchtigkeit, oder bei der Formgebung durch Verpressen, die größten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, müssen sie zur Verdichtung durch Sintern unter Verwendung von diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Öfen unter Vakuum oder Inertgas thermisch aktiviert werden.Even if these products, when in the state of very fine powders (a few microns according to Fischer), are manufactured, stored and handled with the utmost care, protected from air and moisture, or shaped by compression, they must be thermally activated for densification by sintering using discontinuous or continuous furnaces under vacuum or inert gas.
Für SmCo&sub5; wurde von Narasimham (Sth International Workshop on Rare Earth-Cobalt Permanent Magnets and their Applications, Juni 1981, Hrsg. University of Dayton, Ohio, USA, S. 629 ff.) insofern ein Rekord, jedoch nur im Labor, aufgestellt, als durch Arbeiten unter maximalem Luftausschluß nur ein Sauerstoffgehalt von 1000 ppm (gewichtsbezogen) Sauerstoff erreicht wurde, was dennoch einem Verbrauch an Samarium von 0,6 Gew.-% entsprach und zur Bildung von 0,7 Gew.-% Sm&sub2;O&sub3; führte. Der Autor konnte unter guten Bedingungen der magnetischen Ausrichtung eine magnetische Flußdichte Br von 1060 mT und eine Energiedichte (BH) max von 220 kJ/m³ erzielen.For SmCo₅, a record was set by Narasimham (Sth International Workshop on Rare Earth-Cobalt Permanent Magnets and their Applications, June 1981, ed. University of Dayton, Ohio, USA, p. 629 ff.), but only in the laboratory, in that by working under maximum exclusion of air, an oxygen content of only 1000 ppm (by weight) oxygen was achieved, which nevertheless corresponded to a consumption of samarium of 0.6 wt.% and led to the formation of 0.7 wt.% Sm₂O₃. The author was able to achieve a magnetic flux density Br of 1060 mT and an energy density (BH) max of 220 kJ/m³ under good conditions of magnetic alignment.
Bei technischen Verfahren kann kein solches Niveau an Vorsichtsmaßnahmen erreicht werden, und man muß sich aus Kostengründen im Falle von SmCo&sub5; mit etwa 6000 ppm (gewichtsbezogen) Sauerstoff zufriedengeben; es ist insbesondere sehr schwierig, die in einem Preßformling enthaltenen gasförmigen Species durch Abpumpen zu beseitigen. Auch bei den besten Magneten dieser Gruppe werden höhere Werte als Br = 950 mT und (BH) max = 175 kJ/m³ nicht erzielt.Such a level of precaution cannot be achieved in technical processes and, for cost reasons, one must be satisfied with about 6000 ppm (by weight) of oxygen in the case of SmCo5; in particular, it is very difficult to remove the gaseous species contained in a molded article by pumping. Even the best magnets in this group do not achieve values higher than Br = 950 mT and (BH) max = 175 kJ/m3.
Die gleichen Ursachen rufen in der Gruppe Sm&sub2;Co&sub1;&sub7;, in der Cobalt, jedoch zu einem geringen Grad, ersetzt ist die gleichen Wirkungen hervor, denn der geringere Gehalt an Samarium ruft eine geringere Affinität gegenüber Sauerstoff hervor. In den fertigen Magneten findet man hier dennoch Sauerstoffgehalte in der Nähe von 4000 ppm (gewichtsbezogen) ; es wird angenommen, daß kleine Änderungen um diesen Mittelwert bezüglich Rechteckigkeit der Kurve J (H) schädliche Veränderungen hervorrufen, da sich die magnetische Härtung dieser Legierungen aus einer mehrphasigen Struktur ergibt, in der sich die Atome bevorzugt entmischen, und deren Herstellung schwierig ist.The same causes produce the same effects in the Sm₂Co₁₇ group, in which cobalt is replaced, albeit to a lesser extent, because the lower samarium content produces a lower affinity for oxygen. In the finished magnets, however, oxygen contents of around 4000 ppm (by weight) are found; it is assumed that small variations around this mean value in the squareness of the J (H) curve cause harmful changes, since the magnetic hardening of these alloys results from a multiphase structure in which the atoms preferentially segregate and which is difficult to manufacture.
Nach Prüfung verschiedener Mittel zur Kontrolle der Aufnahme und Abgabe von Sauerstoff und insbesondere nach Abschätzung der definitiv chemisorbierten und vorübergehend physisorbierten Mengen in den verschiedenen Verfahrensschritten wurde von der Anmelderin gefolgert, daß es erforderlich ist, die aktiven Stellen mit einem Atom abzufangen, das elektronegativer als Sauerstoff ist, wodurch der Sauerstoff bezüglich seiner Entfernung labiler ist. Es hat sich erwiesen, daß das Einbringen von Fluor wirksam sein könnte, da ein Fluoratom und ein Sauerstoffatom in den Molekülen SmF&sub3; und Sm&sub2;O&sub3; ein Drittel der Samariumatome bzw. zwei Drittel der Samariumatome blockiert.After examining various means for controlling the uptake and release of oxygen and in particular after estimating the amounts definitively chemisorbed and temporarily physisorbed in the various process steps, the applicant concluded that it was necessary is to trap the active sites with an atom that is more electronegative than oxygen, making the oxygen more labile to removal. It has been shown that the introduction of fluorine could be effective, since a fluorine atom and an oxygen atom in the SmF₃ and Sm₂O₃ molecules block one-third of the samarium atoms and two-thirds of the samarium atoms, respectively.
Die Anmelderin hat ferner festgestellt, daß dieses einfache theoretische Verhältnis durch ein spezielles Verfahren weit überschritten werden kann, das darin besteht, bei der Feinzerkleinerung, wenn diese in einer Gasstrahlmühle durchgeführt wird, ein Gemisch von Stickstoff und Fluorgas in den Inertgasstrom (Stickstoff, Argon) einzuführen, der beispielsweise in diesen Zerkleinerern üblicherweise verwendet wird. Die Gewichtsverhältnisse des Gemisches N&sub2; + F&sub2; und die Art seiner Zuführung wurden experimentell so bestimmt, daß keine Sicherheitsprobleme bezüglich der Ausrüstung und der Umwelt erzeugt werden. Der Gehalt an Fluorgas beim Zerkleinern liegt im allgemeinen unter 250 ppm (volumenbezogen).The applicant has also found that this simple theoretical ratio can be greatly exceeded by a specific process consisting in introducing, during fine grinding when carried out in a gas jet mill, a mixture of nitrogen and fluorine gas into the inert gas stream (nitrogen, argon) commonly used in these grinders, for example. The weight ratios of the N₂ + F₂ mixture and the method of feeding it have been determined experimentally so as not to create any safety problems for the equipment or the environment. The fluorine gas content during grinding is generally less than 250 ppm (by volume).
Es wurde festgestellt, daß in einem Bereich von 600 bis 3000 ppm (gewichtsbezogen) Fluor im Pulver oder als Gehalt im gesinterten Magneten ein Optimum liegt, das für die Gruppe SmCo&sub2; und die Gruppe Sm&sub2;Co&sub1;&sub7; etwas unterschiedlich ist; der bevorzugte Bereich erstreckt sich von 600 bis 2000 ppm und kann für Sm&sub2;Co&sub1;&sub7; 600 bis 1500 ppm erreichen. Der Gehalt an Fluor in den Pulvern und den gesinterten Produkten wurde nach einer Methode bestimmt, die darin besteht, das zu analysierende Produkt in eine saure Lösung zu bringen, das Fluor einer unterstützten Destillation zu unterziehen und an einer spezifischen Elektrode quantitativ zu bestimmen.It has been found that an optimum fluorine content in the powder or in the sintered magnet is found in a range of 600 to 3000 ppm (by weight), which is slightly different for the SmCo₂ and Sm₂Co₁₇ group; the preferred range is from 600 to 2000 ppm and can reach 600 to 1500 ppm for Sm₂Co₁₇. The fluorine content in the powders and sintered products was determined by a method which consists in placing the product to be analyzed in an acid solution, subjecting the fluorine to assisted distillation and and quantified at a specific electrode.
Es wird vorzugsweise Fluorgas verwendet. Unter anderen experimentellen Bedingungen kann es durch andere Donorverbindungen, wie Fluorwasserstoffsäure HF oder Stickstofftrifluond NF&sub3;, ersetzt werden; erstere ist jedoch wesentlich aggressiver und schwierig zu beherrschen, die zweite Verbindung ist wesentlich teurer.Fluorine gas is preferably used. Under other experimental conditions it can be replaced by other donor compounds such as hydrofluoric acid HF or nitrogen trifluoride NF3; however, the former is much more aggressive and difficult to control, the latter is much more expensive.
Es wurde folgendes festgestellt:The following was found:
- unter 600 ppm sind nicht genügend ausgeschaltete aktive Stellen vorhanden, wenn eine große Menge an feinen Pulvern verarbeitet wird, und das Verfahren ist instabil;- below 600 ppm, there are not enough switched-off active sites when a large amount of fine powders are processed and the process is unstable;
- über 3000 ppm ist zuviel aktives Fluor vorhanden, das Samariumfluorid bildet, wodurch die lokale metallurgische Zusammensetzung durch Verarmung an Samarium verschoben wird.- above 3000 ppm there is too much active fluorine, which forms samarium fluoride, thereby shifting the local metallurgical composition by depletion of samarium.
Die Anmelderin hat schließlich festgestellt, daß diese Ergebnisse noch etwas verbessert werden können, wenn der Schritt der Homogenisierung im Mischer, der normalerweise wegen der Verringerung der Entmischung bei der Zerkleinerung auf jede Zerkleinerung mit Gasstrahlmühlen folgt, unter der gleichen Atmosphäre eines Gemisches von Stickstoff plus Fluor durchgeführt wird.Finally, the applicant has found that these results can be somewhat improved if the homogenisation step in the mixer, which normally follows any comminution using gas jet mills in order to reduce segregation during comminution, is carried out under the same atmosphere of a mixture of nitrogen and fluorine.
Besonders bei der Aufbewahrung an feuchter Luft zeigt sich eine langsamere Sauerstoffaufnahme.Especially when stored in humid air, oxygen absorption is slower.
Zur Verdeutlichung der Erfindung stützt sich die Anmelderin auf die Figuren und die folgenden Beispiele.To clarify the invention, the applicant relies on the figures and the following examples.
Fig. 1 zeigt die bekannten Bereiche der fortschreitenden Sauerstoffaufnahme bei der herkömmlichen Herstellung von SmCo&sub5;-Magneten.Fig. 1 shows the known ranges of progressive oxygen uptake in the conventional production of SmCo₅ magnets.
Die Sauerstoffgehalte wurden mit einem handelsüblichen LE- CO-Gerät ermittelt, das mit einem geeigneten Ofen ausgestattet war. Die Verfahrensschritte sind folgende: (1) Ausgangsmaterialien; (2) grobe Vorzerkleinerung (50 µm); (3) Feinzerkleinerung (5 µm); (4) Zwischenlagerung; (5) nach dem Sintern.The oxygen contents were determined using a commercially available LE-CO device equipped with a suitable furnace. The process steps are as follows: (1) starting materials; (2) coarse pre-crushing (50 µm); (3) fine crushing (5 µm); (4) intermediate storage; (5) after sintering.
Fig. 2 zeigt die Ergebnisse zu den magnetischen Eigenschaften (magnetische Flußdichte Br, Koerzitivkraft HcB, Ummagnetisierungsgrenzfeldstärke HK) und der Dichte in Abhängigkeit vom Gehalt an Seltenerdmetalle im Pulvergemisch und der Sintertemperatur (Δ 1115 ºC; X 1125 ºC; 0 1135 ºC) nach dem Stand der Technik.Fig. 2 shows the results of the magnetic properties (magnetic flux density Br, coercive force HcB, magnetic reversal limiting field strength HK) and the density as a function of the rare earth metal content in the powder mixture and the sintering temperature (Δ 1115 ºC; X 1125 ºC; 0 1135 ºC) according to the state of the art.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Beispiel der technischen Durchführung der Erfindung.Fig. 3 shows schematically an example of the technical implementation of the invention.
Fig. 4 verdeutlicht im Vergleich mit Fig. 2 die erfindungsgemäß erzielte deutliche Verschiebung zu höheren Maxima, die bei niedrigeren Gehalten an Seltenerdmetallen liegen, insbesondere unter 36 % für die Zusammensetzungen vom SmCo&sub5;-Typ.Fig. 4, in comparison with Fig. 2, illustrates the significant shift achieved according to the invention towards higher maxima, which lie at lower contents of rare earth metals, in particular below 36% for the compositions of the SmCo₅ type.
Fig. 5 verdeutlicht eine ähnliche, bei der Gruppe Sm&sub2;Co&sub1;&sub7; erzielte Verbesserung, insbesondere bezüglich der Rechtekkigkeit der Kurve (Verbesserung der Ummagnetisierungsgrenz feldstärke an Grenzbereich der Festigkeit HK), wobei HK dem Entmagnetisierungsfeld entspricht, durch das die Flußdichte Br auf 90 % reduziert wird. Kurve (1) stellt den Stand der Technik dar, Kurve (2) ist für die Erfindung repräsentativ.Fig. 5 illustrates a similar improvement achieved in the Sm₂Co₁₇ group, particularly with regard to the squareness of the curve (improvement of the remagnetization limit field strength at the limit of the strength HK), where HK corresponds to the demagnetization field through which the flux density Br is reduced to 90%. Curve (1) represents the state of the art, curve (2) is representative of the invention.
Es wurden zwei Legierungen auf dem Markt beschafft:Two alloys were sourced from the market:
- die Grundlegierung mit 34,2 % Seltenerdmetall (Analyse des Lieferanten),- the base alloy with 34.2% rare earth metal (analysis by the supplier),
- ein Zusatz, der zu einem Überschuß an Seltenerdmetall von 41,2 % führt (Analyse des Lieferanten).- an additive resulting in an excess of rare earth metal of 41.2% (supplier's analysis).
Diese Legierungen wurden mechanisch auf etwa 50 µm (Siebdurchgang) zerkleinert und danach vermischt, wodurch die an der Abszisse der Fig. 2 aufgetragenen Werte erhalten wurden. Diese Gemische wurden fein zerkleinert (4 bis 5 Mikrometer nach Fischer), in einem Magnetfeld verpreßt, im Vakuum bei den in Fig. 2 angegebenen Temperaturen gesintert, während 4 h auf 875 ºC abkühlen gelassen und kräftig abgeschreckt, wie dies für die herkömmliche Behandlung dieses Materials vorgeschrieben ist (s. K.J.Strnat).These alloys were mechanically crushed to about 50 µm (sieve passage) and then mixed, whereby the values plotted on the abscissa of Fig. 2 were obtained. These mixtures were finely crushed (4 to 5 micrometers according to Fischer), pressed in a magnetic field, sintered in a vacuum at the temperatures indicated in Fig. 2, allowed to cool to 875 ºC for 4 hours and vigorously quenched as prescribed for the conventional treatment of this material (see K.J.Strnat).
Für eine dieser Zusammensetzungen wurde der Gehalt an Sauerstoff in den verschiedenen Schritten verfolgt, wobei sich die Mittelwerte der Fig. 1 ergaben. In dem gesinterten Produkt liegt der Sauerstoffgehalt, abgesehen von Meßungenauigkeiten, im Bereich von 6000 bis 6500 ppm (gewichtsbezogen).For one of these compositions, the oxygen content was monitored in the various steps, resulting in the average values shown in Fig. 1. In the sintered product, the oxygen content, apart from measurement inaccuracies, is in the range of 6000 to 6500 ppm (by weight).
Die physikalisch interessanten Größen sind in der Fig. 2 aufgetragen. Obwohl die verwendeten Legierungen nicht die bestmögliche Qualität aufwiesen, die von den Lieferanten von Zeit zu Zeit geliefert wird, findet sich auch hier das übliche extrem kritische. Die Flußdichte, die Remanenz und die Koerzitivkraft steigen für einen mittleren Gehalt von 36,5 % Sm nicht mehr weiter an und sind etwas empfindlich gegenüber der Sintertemperatur; bei diesem Wert ist dagegen die Ummagnetisierungsgrenzfeldstärke HK, Garant für die thermische Stabilität, bereits abgefallen; die vier Werte sind bei 36 % abgefallen. So stellt man fest, daß die Herstellung, die bei einem mittleren Gehalt von 37 % durchgeführt wird, kritisch ist wobei die Ursache in der ungewollten Aufnahme von 800 ppm Sauerstoff (gewichtsbezogen) liegt.The physically interesting quantities are shown in Fig. 2. Although the alloys used were not of the best possible quality, which is provided by the suppliers from time to time, the The flux density, the remanence and the coercive force do not increase any further for an average content of 36.5% Sm and are somewhat sensitive to the sintering temperature; at this value, however, the magnetic reversal limit field strength HK, which guarantees thermal stability, has already fallen; all four values have fallen at 36%. It can thus be seen that the production, which is carried out at an average content of 37%, is critical, the cause being the unwanted absorption of 800 ppm oxygen (by weight).
Die klassische Erklärung in der Literatur besteht darin, daß der in dem Material vorliegende Sauerstoff labil ist und das Samarium der vorliegenden Phasen abfängt, um sich in hitzebeständigem Sm&sub2;O&sub3; zu stabilisieren. Es ist nicht mehr genügend freies restliches Samarium vorhanden, um die kornweise Verdichtung der Hauptphase zu unterstützen, wobei die Koaleszenz der Körner sogar durch Oxide an den Korngrenzen gestört werden kann.The classic explanation in the literature is that the oxygen present in the material is labile and scavenges the samarium of the phases present in order to stabilize itself in refractory Sm₂O₃. There is no longer enough free residual samarium to support the grain-by-grain densification of the main phase, and the coalescence of the grains can even be disturbed by oxides at the grain boundaries.
Die gleichen Legierungen wurden nach dem beanspruchten Verfahren behandelt. Nach der Grobzerkleinerung wurden die Gemische unter kontinuierlicher Zuführung in einer Gasstrahlmühle behandelt, wo, entsprechend dem Schema der Fig. 3, der mit 100 m³/h durchgesetzte Hauptstickstoffstrom mit einer geringen Menge von Stickstoff versetzt wurde, dem unter kalibriertem Zusatz 10 % Fluor beigefügt waren. Es sind einige Vorversuche erforderlich, damit das am Ende vorliegende Produkt 600 bis 2000 ppm (gewichtsbezogen) Fluor enthält. Die Abfolge der Arbeitsgänge ist mit der des Beispiels 1 identisch; entsprechend den in der Fig. 4 gezeigten Ergebnissen sind in dem am Ende vorliegenden Produkt 1000 ppm Fluor vorhanden. Es wurde überraschend festgestellt, daßThe same alloys were treated according to the claimed process. After coarse grinding, the mixtures were treated with continuous feeding in a gas jet mill where, according to the scheme in Fig. 3, the main nitrogen flow, which was passed through at 100 m³/h, was mixed with a small amount of nitrogen to which 10% fluorine was added as a calibrated addition. Some preliminary tests are necessary to ensure that the final product contains 600 to 2000 ppm (by weight) of fluorine. The sequence of operations is identical to that of Example 1; according to the results shown in Fig. 4, 1000 ppm of fluorine are present in the final product. It was surprisingly found that
- das am Ende vorliegende Produkt wesentlich weniger, etwa 3500 ppm, Sauerstoff aufgenommen hatte,- the final product had absorbed significantly less oxygen, about 3500 ppm,
- dies eine Verschiebung der resultierenden Kurven zu niedrigeren Gehalten an Seltenerdmetall (Maximum bei 35 Gew. %) und daher einen Gewinn von 20 bis 30 mT bezüglich der Remanenz hervorruft- this causes a shift of the resulting curves to lower rare earth metal contents (maximum at 35 wt.%) and therefore a gain of 20 to 30 mT in terms of remanence
- und vor allem eine wesentlich höhere Stabilität des Verfahrens bezüglich der anderen Größen erzielt wird.- and above all a significantly higher stability of the process with regard to the other variables is achieved.
Man kann zur Erklärung die Hypothese heranziehen, daß die reaktiven Stellen des Samariums, die bei der Zerkleinerung freigelegt wurden, durch Bindung eines Fluoratoms vorübergehend blockiert wurden. Dies verhindert dann die Annäherung und Physisorption eines Sauerstoffmoleküls mit zwei Sauerstoffatomen, was zum unerwünschten Oxid Sm&sub2;O&sub3; führen könnte. Die gleichzeitige Gegenwart von Samarium, Fluor und Sauerstoff begünstigt dagegen unter Vakuum bei hohen Temperaturen von etwa 900 bis 1000 ºC die Bildung von stabilem Fluoridoxid SmOF, wobei durch dessen Bildung die Beweglichkeit des Samariums während des Sinterns erhalten bleibt.One possible explanation is the hypothesis that the reactive sites of the samarium, which were exposed during crushing, were temporarily blocked by the binding of a fluorine atom. This then prevents the approach and physisorption of an oxygen molecule with two oxygen atoms, which could lead to the undesirable oxide Sm₂O₃. The simultaneous presence of samarium, fluorine and oxygen, on the other hand, promotes the formation of stable fluoride oxide SmOF under vacuum at high temperatures of around 900 to 1000 ºC, the formation of which preserves the mobility of the samarium during sintering.
Vor dem Verpressen wurden die fein zerkleinerten Produkte des Beispiels 2 durch Rühren unter N&sub2;-Atmosphäre, die 200 ppm Fluor enthielt, homogenisiert. Es wurde ein leichter Vorteil bezüglich des Sauerstoffgehalts festgestellt, da der Gehalt auf 3000 ppm abfiel. Dies ist nicht ausreichend, um sich deutlich auf die am Ende vorliegenden Eigenschaften auszuwirken. Die Beständigkeit an feuchter Luft konnte jedoch von einigen Stunden auf einige Tage verbessert werden.Before pressing, the finely ground products of Example 2 were homogenized by stirring under N₂ atmosphere containing 200 ppm fluorine. A slight No benefit was found in terms of oxygen content, as the level dropped to 3000 ppm. This is not enough to have a significant impact on the final properties. However, resistance to humid air was improved from a few hours to a few days.
Von allen Seltenerdmetallen weist das Praseodym in Pr Co&sub5; die stärkste Magnetisierung (1200 mT gegenüber 1100 mT für SmCo&sub5;) auf. Versuche, dieses häufiger vorkommende Element zu verwenden, scheiterten jedoch immer, wahrscheinlich aufgrund seiner höheren Oxidierbarkeit. Daher wird es nur in partieller Substitution verwendet, wenn die Magnetisierung unter Inkaufnahme einer höheren technischen Instabilität leicht erhöht werden soll.Of all the rare earth metals, praseodymium in PrCo₅ has the strongest magnetization (1200 mT compared to 1100 mT for SmCo₅). However, attempts to use this more abundant element have always failed, probably due to its higher oxidizability. Therefore, it is only used in partial substitution when the magnetization needs to be slightly increased, at the expense of greater technical instability.
Wie für Beispiel 2 wurde die Herstellung ausgehend von einer Grundlegierung von SmCo&sub5;, in der ein Ersatz durch Praseodym von 33 % vorlag, wiederholt. Es wurden die gleichen Vorteile erzielt, wie Tabelle 1 für die Remanenz verdeutlicht (isostatisches Verpressen). Tabelle 1 As for Example 2, the preparation was repeated starting from a base alloy of SmCo₅ in which there was a 33% replacement by praseodymium. The same advantages were obtained as shown in Table 1 for the remanence (isostatic pressing). Table 1
Diese Gewinne, die bei Betrachtung der Absolutwerte klein erscheinen, sind für die Anwendungen sehr wesentlich. Die Zuverlässigkeit und Flexibilität bei der Herstellung der Produkte sind wesentlich höher, verbunden mit weniger kritischen thermischen Behandlungen, darunter die Abschreckgeschwindigkeiten, vor allem, wenn höhere Gehälte an Praseodym verwendet werden sollen.These gains, which seem small when viewed in absolute terms, are very significant for the applications. The reliability and flexibility in manufacturing the products are significantly higher, combined with less critical thermal treatments, including quenching rates, especially when higher praseodymium contents are to be used.
Das Verfahren wurde auch auf Legierungen der Gruppe Sm&sub2;Co&sub1;&sub7; angewandt. Hierfür wurde eine Zusammensetzung mit hohem Fe- Gehalt und niedrigem Sm-Gehalt gewählt, in der Erwartung, so die Remanenz erhöhen zu können.The process was also applied to alloys of the Sm₂Co₁₇ group. For this purpose, a composition with a high Fe content and a low Sm content was chosen in the hope of increasing the remanence.
Zusammensetzung in Gew.-%:Composition in wt.%:
Sm = 25, Fe = 22, Cu = 4,5, Zr = 2,4 und Co Rest.Sm = 25, Fe = 22, Cu = 4.5, Zr = 2.4 and Co balance.
Durch das herkömmliche Verfahren können die hervorragenden Eigenschaften der Fig. 5 mit Br = 1160 mT, HcJ = 1070 kA/m, HcB =770 kA/m und (BH)max = 240 kJ/m³ erzielt werden. Dieses Produkt ist jedoch durch fehlende Rechteckigkeit der Kurve nachteilig, was zu einem Wert von HK von nur 620 kA/m führt. Ein solcher Magnet enthält etwa 4000 ppm Sauerstoff.By the conventional method, the excellent properties of Fig. 5 with Br = 1160 mT, HcJ = 1070 kA/m, HcB =770 kA/m and (BH)max = 240 kJ/m³ can be achieved. However, this product is disadvantageous due to the lack of squareness of the curve, which leads to a value of HK of only 620 kA/m. Such a magnet contains about 4000 ppm oxygen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem Gehalt von 700 ppm Fluor war es möglich, den Gehalt an Sauerstoff auf 2000 ppm und an Samarium auf 24,7 Gew.-% zu senken. Es wurden zwei günstige Effekte erzielt:Using the process according to the invention and a fluorine content of 700 ppm, it was possible to reduce the oxygen content to 2000 ppm and the samarium content to 24.7 wt.%. Two beneficial effects were achieved:
- Anstieg der Remanenz auf 1180 - 1190 mT,- Increase in remanence to 1180 - 1190 mT,
- bessere Rechteckigkeit bei HK = 850 kA/m.- better squareness at HK = 850 kA/m.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9308644A FR2707192B1 (en) | 1993-07-08 | 1993-07-08 | Process for the preparation of magnetic powders of the rare earth-cobalt type containing fluorine and corresponding densified permanent magnets. |
PCT/FR1994/000838 WO1995002252A1 (en) | 1993-07-08 | 1994-07-07 | Process for the preparation of cobalt/rare earth type magnetic powders containing fluorine and corresponding densified permanent magnets |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69402551D1 DE69402551D1 (en) | 1997-05-15 |
DE69402551T2 true DE69402551T2 (en) | 1997-09-11 |
Family
ID=9449236
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69402551T Expired - Fee Related DE69402551T2 (en) | 1993-07-08 | 1994-07-07 | A RARE EARTH-COBALT TYPE OF FLUORINE-CONTAINING MAGNETIC POWDER AND DENSATED PERMANENT MAGNETS THEREOF AND THEIR PRODUCTION PROCESS |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0707739B1 (en) |
DE (1) | DE69402551T2 (en) |
FR (1) | FR2707192B1 (en) |
WO (1) | WO1995002252A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007032406B3 (en) * | 2007-07-10 | 2008-10-23 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Production of alloys based on titanium aluminides |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL6803121A (en) * | 1968-03-05 | 1969-09-09 | ||
JPS6057601A (en) * | 1983-09-08 | 1985-04-03 | Sumitomo Special Metals Co Ltd | Material of permanent magnet |
JPS60173804A (en) * | 1984-02-17 | 1985-09-07 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Manufacture of rare earth cobalt magnet |
JPH02288306A (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-28 | Seiko Electronic Components Ltd | Manufacture of rare earth permanent magnet |
-
1993
- 1993-07-08 FR FR9308644A patent/FR2707192B1/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-07-07 DE DE69402551T patent/DE69402551T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-07 EP EP94921696A patent/EP0707739B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-07 WO PCT/FR1994/000838 patent/WO1995002252A1/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0707739A1 (en) | 1996-04-24 |
EP0707739B1 (en) | 1997-04-09 |
WO1995002252A1 (en) | 1995-01-19 |
FR2707192A1 (en) | 1995-01-13 |
DE69402551D1 (en) | 1997-05-15 |
FR2707192B1 (en) | 1995-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3780876T2 (en) | PERMANENT MAGNET BASED ON THE RARE EARTH. | |
DE60309120T2 (en) | Sintered R-Fe-B magnet | |
DE3587977T2 (en) | Permanent magnets. | |
DE69511202T2 (en) | Process for the production of R-Fe-B permanent magnets | |
DE69916764T2 (en) | Rare earth / iron / boron based alloy for permanent magnet | |
DE60319339T2 (en) | METHOD FOR THE PRODUCTION OF R-T-B BASED RARE-ELEMENT PERMANENT MAGNETS | |
DE60206031T2 (en) | METHOD FOR THE PRODUCTION OF RARE-DIFFERENTIAL SINTERED PARTS | |
DE60131699T2 (en) | Permanent magnet materials based on R-Fe-B | |
DE69935231T2 (en) | Powerful magnetic materials including iron, rare earth metals, boron, refractory metals and cobalt | |
DE68904811T2 (en) | RARE EARTH PERMANENT MAGNET. | |
DE102014221200A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING RARE-THERMAL NETWORKS | |
DE3786426T2 (en) | Permanent magnet and permanent magnet alloy. | |
DE69219753T2 (en) | Rare earth iron boron alloy powder for permanent magnets | |
DE4408114B4 (en) | Magnetic material | |
DE69006459T2 (en) | Rare earth iron boron permanent magnet. | |
DE60311421T2 (en) | RARE TERMINAL PERMANENT MAGNET ON R-T-B BASE | |
DE3784575T2 (en) | PERMANENT MAGNET MATERIAL. | |
DE69320084T2 (en) | Process for the production of R-Fe-B permanent magnets | |
DE69200130T2 (en) | Magnetic material. | |
DE3786719T2 (en) | Rare earth magnet and rare earth alloy magnet powder with high corrosion resistance. | |
DE102018120211B4 (en) | Magnetic connection and method for its manufacture | |
DE4430964A1 (en) | Magnetic material | |
DE69220876T2 (en) | Magnetic material | |
DE3884817T2 (en) | MAGNETIC ANISOTROPE SINTER MAGNET. | |
DE69010974T2 (en) | Hard magnet material and magnet made from this material. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |