199904. lajstromszámú szabadalom • Eljárás javított minőségű, ritkaföldfém-kobalt alapú ötvözetporok előállítására
1 HU 199904 B 2 A találmány tárgya eljárás javított minőségű ritkaföldfém-kobalt alapú ötvözetporok előállítására, elsősorban permanens mágnesek gyártásához, amelynek során az alapanyagot védőatmoszférában megolvasztjuk és kokillába öntjük, majd lehűtjük és 3-4 /im szemcsenagységú porrá őröljük. Ismeretes, hogy a ritakföldfém-kobalt alapú mágnesek összetételét a Rf C05, illetve RfjCop képlettel lehet kifejezni, ahol Rf a ritkaföldfémet vagy ritkaföldfémeket (Sm, Pr, Ce, Nd) jelöli. Az ilyen mágneseket porkohászati úton állítják elő, ahol a kiinduló ötvözetporral szemben szigorú követelményeket támasztanak a kedvező mágneses tulajdonságok érdekében. Nevezetesen: fontos a kémiai összetétel betartása, a homogén mikrostruktúra és az alacsony oxigéntartalom, valamint az egyenletes, 3-4 ^m közti szemcseszerkezet. A ritkaföldfém-kobalt mágneseket általában hagyományos porkohászati technológiával állítják elő. Ez a technológia sajtolásból, zsugorításból és temperáiásbói áll. Az irányított anizotróp mágnesek gyártásánál az ötvözetport 3980 kA/m-es erősségű mágneses térben irányítják, majd 2 —6.102 Pa/cm2 fajlagos nyomással kész formára sajtolják. A zsugorítás 1080 — 1150 °C- on, a temperálás 850 — 950 °C-on nagy tisztaságú védőatmoszférában (argonban vagy hidrogénban) történik. A mágnes végleges formáját köszörüléssel, szeleteléssel adják meg. A kiinduló ötvözetport vagy kalciothermikus redukcióval állítják elő fémoxidok és kalcium együttes izzításával vagy fémekből olvasztással és ezt követő porítással (Herget, "Goldschmidt informiert" Nr. 35, /1975/, Velicescu: Development and Production of rare earth-cobalt permanent mangel alloys, VI. Int. Workshop on Rare Earth Cobalt Permanent Magnets and their Application, Vienne. 1982. 341-355p). A kalciothermikus redukcióval történő ötvözetpor gyártás előnye a pontos kémiai összetétel és a homogén mikrostruktúra. Hátránya viszont, hogy a gyártás költséges és főként a viszonylag nagy (0,2 —0,5%) oxigéntartalom, ami a mágneses tulajdonságokat jelentősen rontja. A GB 1 350 318 sz. Szabadalmi leírás (4. oldal, 100. sor) szerint például 0,5% oxigéntartalom az a kritikus határ, amin belül még a porokból megfelelő mágneses tulajdonságú mágnesek készíthetők. Optimálisnak azonban a rendkívül alacsony, lehetőleg 0,012% a jtti oxigén tartalom tekinthető. A kalciothermikus reakcióval gyártott anyaggal ilyen értékeket nyilvánvalóan nem lehet elérni, főként mert a ritkaföldfémek már szobahőmérsékleten is könnyen oxidálódnak. Ennek következtében a kalciothermikus ötvözetporokkal az elméletileg elérhető 1,07 tesla remanens indukció helyett csupán 0,8-0,98 tesla érhető el, a polarizációs vagy belső koercitív erőnek pedig csupán 5-15%-t lehet bbiztosítani az elméleti maximumhoz képest. Mindez azt jelenti, hogy a mágnes energia szorzata 146-176 kJ/m , míg az elméletihez, közeli, alacsony oxigéntartalmú mágnes energia szorzata 228 kJ/m3. A kalciothermikus porokból előállított Sm- C05 mágnesek legfontosabb paraméterei tehát a következők: (BH)max = 146 — 176 kJ/m3 Br * 0,85-0.9 T Bhc = 640 - 720 kA/m Minthogy ezek az értékek nem túlságosan kedvezőek, kézenfekvőnek látszott, hogy hagyományos kohászati ötvözéssel állítsák elő a szükséges ötvözetporokat. Meglepő módon azonban ez sem vezetett kielégítő eredményre, minthogy az így előállított ötvözetek krisztallit mérete jelentősen meghaladta a 3 - 4 ^m nagyságot, így a porok szemcséi interkrisztallin törési felületekkel rendelkeztek. Ily módon tehát ideális, egyenletes kristzalitokból álló, könnyen porítható és szegregációktól mentes ötvözetet ezideig nem sikerült előállítani (Velicescu: Development and Produktion of ... VI. Int. Workshop on Rare Earth-Cobalt PM. 1982. Vienna, 343. p). További hátrányként jelentkezett, hogy az ilyen interkrisztallin törési felületekkel rendelkező porok zsugorítását a szokásos (a fentiekben megadott) hőmérséklettartománynál 30 — 60 °C- al magasabb hőmérsékleten kellett végezni, ami durvakristályosodáshoz és ezáltal a mágneses tulajdonságok romlásához vezetett. A ritkaföldfém-kobalt alapú ötvezetporok hagyományos kohászati úton történő előállítása tehát nem váltotta be a hozzáfűzött reményeket. A jelen találmánnyal ezért olyan eljárás kidolgozása volt a célunk, amely lehetővé teszi az ilyen ötvözetporok hagyományos kohászati úton és a kalciothermikus redukcióval előállított porokénál jobb minőségű termék előállítását. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az eljárás során, amikoris az alapanyagot védőatmoszférában megolvasztjuk és kokillába öntjük, majd lehűtjük, végül 3 — 4 ptn szemcsenagyságú porrá őröljük, a találmány szerint az alapanyaghoz mikroötvözőként vanádiumot és magnéziumot adunk, együttesen legfeljebb 0,5 tömeg% mennyiségben és a megolvasztott ötvözetet legfeljebb 20 mm vastagságú rétegben olyan lapos kokillába öntjük, amelynek falvastagsága legalább 20 mm. Az eljárás során a mikroötvözőket célszerűen összesen legfeljebb 0,005 tömeg% mennyiségben adagoljuk és az olvadékot a kokillába 10 — 20 mm vastagságú rétegben öntjük. Kokillaként lehet öntöttvas tepsit alkalmazni, amelynek falvastagsága célszerűen 20 — 40 mm. Adott esetben alapanyagként legalább részben gyártási hulladékból álló előötvözetet is fel lehet használni. Találmányunk alapja elsősorban az a felismerés, hogy mikroötvözők alkalmazásával és kellően nagy hűtési sebesség biztosításával egyenletes apró krisztallitokból álló, azonosan orientált, hibátlan és egy dómén méretű krisztallitokból álló ötvözetpor állítható elő kohászati módszerekkel is. A nagy hűtési sebességet az anyagnak vékony rétegben vastagfalú kokillába történő öntésével lehet biztosítani. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
