Kaltverformbare permanentmagnetische Legierung
Die Erfindung betrifft eine kaltverformbare permanentmagnetische Legierung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Eisen, Cobalt und Nickel enthält, wobei die Mengen an Cobalt und Nickel innerhalb des Sechsecks A B C D E F in Fig. 2 liegen.
Die erfindungsgemässe Legierung lässt sich sehr leicht mechanisch bearbeiten und kaltverformen und ist zudem billiger als entsprechende bekannte Legierungen.
Eine unter der Marke Vicalloy bekannte permanentmagnetische Legierung kann zu Drähten und Blech verarbeitet und für Permanentmagnete in Messinstrumenten verwendet werden. Die Verwendung von Vicalloy wurde in der letzten Zeit in bedeutender Weise auf die Gebiete von halbstationären Speicherelementen und Hysterese-Motoren ausgedehnt, im Zusammenhang mit der Entwicklung auf dem Gebiete der automatischen Steuerungen.
Vicalloy ist eine permanentmagnetische Legierung, welches durch Abschrecken und Kaltverformen in die a-Phase gebracht wird, und darauf einer Alterung im Zweiphasen-Gebiet a+y unterzogen wird, um ein Ausscheiden der y-Phase in die Matrix der a-Phase und damit eine magnetische Härtung zu erzielen.
Die Legierung Vicalloy enthält jedoch 50 bis 52 Gew.- /O Kobalt und 10 bis 14 Gew.-% Vanadium und hat daher den Nachteil, ziemlich teuer zu sein.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer permanentmagnetischen Legierung, welche gut bearbeitbar und kaltverformbar und zudem wesentlich billiger ist.
Nach eingehenden Untersuchungen auf dem Zweiphasen Gebiet a+y von Legierungen nach dem System Fe-Co-Ni hat es sich erwiesen, dass, wenn eine geeignete Menge von Cr, Mo und V dem Fe-Co-Ni System beigefügt wird, eine Reihe von permanentmagnetischen Materialien erhalten werden kann, von denen alle eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit haben sowie magnetische Charakteristiken, welche mit denen von Vicalloy vergleichbar sind. Die Materialien sind dabei wesentlich billiger.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Diagramme des Verhältnisses des Chromgehaltes der Legierung und deren magnetischen Eigenschaften,
Fig. 2 ein Diagramm der Bereiche des Gehaltes an Co, Ni und Cr der Legierung, und
Fig. 3 und 4 Diagramme der Demagnetisations-Werte daraus hergestellter Magnete.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele erläutert.
Die Tabelle 1 enthält die Zusammensetzung, die magnetischen Charakteristiken und die Temperaturen der Alterung einiger Legierungen des Systems Fe-Co-Ni-Cr.
Tabelle 1
Koerzi- residuelle Alterungs Probe C Co Ni Cr tivkraft Induktion Temperatur Nr. (O/o) (oil) (o/0) (010) Hc (Oe) Br (G) (C) 1 0,048 40,00 5,50 7,74 185 5,900 600 2 0,038 41,08 5,39 6,50 160 8,900 600 3 0,026 31,90 10,23 7,71 200 6,600 600 4 0,022 30,36 10,34 6,89 135 9,150 600 5 0,026 22,48 14,52 6,40 175 7,450 550 6 0,023 24,70 14,90 4,00 80 9,650 550 7* 0,021 10,35 19,85 3,94 55 7,300 550 8* 0,016 10,76 19,20 2,19 25 7,550 550 *Vergleichsproben Zur Herstellung der Proben mit den magnetischen Eigenschaften nach der Tabelle 1 wurde ein 5 kg schweres Stück eines in Luft geschmolzenen Ingots in warmem Zustand einer Behandlung durch Schmieden und Walzen unterworfen,
darauf von einer Temperatur von 850 bis 1050 "C rasch abgekühlt und bei einer Temperatur von 500 bis 650 "C gealtert. Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, ist es wichtig, dass die erfindungsgemässe magnetische Legierung ein bestimmtes Verhältnis zwischen Co, Ni und Cr aufweist.
Die Menge des beizufügenden Cr ist vorzugsweise auf einen gewissen Bereich begrenzt, in Abhängigkeit von der Menge von Co und Ni. So erreichen z. B. die magnetischen Charakteristiken einer Eisenlegierung mit 28 % Co und 10 0/0 Ni einen maximalen Wert, wenn entsprechend dem Diagramm in der Fig. 1 ungefähr 6,5 Gewichtsprozente von Chrom beigefügt werden. Wenn der Gehalt an Chrom weiter erhöht wird, so sinkt rasch die Sättigungsinduktion Bs der Legierung, bis die Legierung entsprechend der Fig. 1 einen unmagnetischen Zustand erreicht.
Im Falle einer Vergrösserung der Menge des beigefügten Ni ist es erforderlich, die Menge Co nach der obigen Formel, welche das Verhältnis zwischen Co und Ni angibt, zu vermindern. Das führt auch im allgemeinen zu einer Verminderung der Menge von Cr entsprechend der Fig. 2.
Eine magnetische Legierung mit einem Gehalt von 15 bis 42 Gewichtsprozent Co, 5 bis 16 Gewichtsprozent Ni und 3 bis 9 Gewichtsprozent Cr, die in der Fig. 2 dem schraffierten Bereich entspricht, zeigte besonders hervorragende magnetische Eigenschaften.
Es ist darüber hinaus auch durch Versuche nachgewiesen worden, dass, wenn der erfindungsgemässen magnetischen Legierung eine kleine Menge von Mo, V usw. beigefügt wird, die magnetischen Eigenschaften der Legierung verbessert werden können und dass ein Teil oder die gesamte Menge an Cr durch Mo, V usw. ersetzt werden kann.
Die Zusammensetzung, die magnetischen Eigenschaften und die Temperaturen der Alterung von anderen Proben einer erfindungsgemässen Legierung des Systems Fe-Co Ni-Cr, bei welchen ein Teil oder die ganze Menge von Cr durch Mo ersetzt ist, sind in der folgenden Tabelle 2 angeführt:
Tabelle 2
Koerzi- residuelle Alterungs Probe C Co Ni Cr Mo tivkraft Induktion Temperatur Nr. (o/0) (0/0) (010) (0/o) (0/o) Hc (Oe) Br (G) (oc)
9 0,022 32,80 8,70 6,22 1,06 260 8,150 600 10 0,019 33,16 8,90 5,27 2,08 200 8,050 600 11 0,023 32,60 8,15 5,51 0,81 170 7,664 600 12 0,031 33,10 8,15 8 4,37 2,02 130 8,548 600 13 0,029 33,00 8,20 3,47 2,95 90 8,106 600 14 0,021 33,30 8,30 2,75
4,18 60 9,027 600 15 0,024 33,00 8,52 - 5,02 45 8,585 600 16 0,023 31,70 3,87 7,28 1,06 60 8,190 600 17 0,022 32,00 3,92 9,50 1,04 30 7,570 600 18 0,021 34,51 8,85 6,12 1,06 250 8,050 600 19 0,021 33,32 8,94 7,45 1,04 280 4,830 600 20 0,026 23,20 13,89 5,47 1,05 195 8,500 550 21 0,025 22,80 13,90 4,37 1,03 140 9,700 550 22 0,024 23,30 13,78 3,24 1,03 75 10,000 550 23 0,026 20,92 15,79 5,40 0,97 195 5,000 550 24 0,023 20,99 15,64 4,14 0,99 125 9,700 550 25 0,024 20,87 15,73 3,15 1,02 75 9,900 550
Das Material der Proben in der Tabelle 2 wurde vorher von einer Temperatur von 950 "C rasch abgekühlt und darauf bei einer Temperatur von 550 bis 600 "C gealtert.
Eine Zugabe von bis 1 Gewichtsprozent Mo zu einer Legierung des Systems Fe-Co-Ni-Cr ist sehr wirksam. Es ist jedoch nicht vorteilhaft, mehr als 2 Gewichtsprozente Mo beizufügen, da eine derartige Menge von Mo die residuelle Induktion (Br) der Legierung vermindert.
Ein Ersatz von Cr durch Mo hat eine Vergrösserung der residuellen Induktion (Br) der Legierung zur Folge, vermindert jedoch die Koerzitivkraft (Hc) der Legierung. Es sollten daher nur weniger als 4 Gewichtsprozente von Cr durch Mo ersetzt werden.
Die in der Tabelle 2 gezeigten Proben mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften entsprechen auch der obigen Formel, welche das gegenseitige Verhältnis zwischen dem Gehalt an Co und dem Gehalt an Ni der erfindungsgemässen Legierung festsetzt.
Die Zusammensetzung, die magnetischen Charakteristiken und Temperaturen der Alterung weiterer Proben der erfindungsgemässen Legierung des Systems Fe-Co-Ni-Cr, bei welchen ein Teil oder die ganze Menge von Cr durch Mo und/oder V ersetzt ist, sind in der folgenden Tabelle 3 angeführt.
Tabelle 3
Koerzi- residuelle Alterung Probe Co Ni Cr Mo V tivkraft Induktion Temperatur Nr. (010) (010) (01o) (010) Br(G) Hc (Oe) Br (G) ( C3 26 32,90 8,80 6,40 1,04 - 260 7,900 600 27 33,16 8,80 4,93 1,05 0,77 240 7,390 600 28* 31,74 8,64 3,06 1,06 3,73 210 7,680 600 29* 31,70 8,68 1,02 1,07 5,53 130 8,330 600 30* 32,40 8,49 - 1,09 7,36 130 8,620 600 31 24,90 13,15 6,74 1,06 0,24 280 1,000 550 32 25,10 13,45 4,93 1,09 0,93 210 7,100 550 33* 24,80 12,93 3,13 1,02 3,24 210 8,290 550 34* 24,32 13,03 1,14 1,07 5,13 110 8,650 550 35* 24,30 13,03 - 1,08 7,29 100 8,290
550 *Vergleichsproben
Die in der Tabelle 3 enthaltenen Proben wurden vorher von einer Temperatur von 950 "C rasch abgekühlt und darauf bei einer Temperatur von 550 bis 600 "C gealtert.
Der Ersatz von Cr durch Mo und/oder V verursacht eine Vergrösserung der residuellen Induktion (Br) der Legierung, hat jedoch eine Verminderung der Koerzitivkraft (Hc) der Legierung zur Folge, und zwar in der gleichen Weise wie dies beim Ersatz von Cr durch Mo allein der Fall ist. Auch wenn die ganze Menge von Cr durch Mo und V ersetzt ist, behält die Legierung immer noch mehr als 100 Oe an Koerzitivkraft (Hc). Es ist auf diese Weise möglich, die gesamte Menge von Cr durch Mo und/oder V zu ersetzen.
Die Komponenten Mo und V sind beide im Vergleich mit Cr sehr teuer, so dass es vorteilhaft ist, die beizufügende Menge von Mo und V so klein wie möglich zu machen.
Bei der erfindungsgemässen Legierung ist C ein störendes Element, welches die Bearbeitbarkeit verschlechtern kann, die Koerzitivkraft (Hc) herabsetzt und auch auffallend die residuelle Induktion (Br) vermindert. Es ist daher vorteilhaft, weniger als 0,05 Gewichtsprozente C zu verwenden.
Eine Menge von 0,1 Gewichtsprozent C ist jedoch zulässig.
Es ist auch festgestellt worden, dass eine Zugabe von Ti, Zr, Nb zur erfindungsgemässen Legierung in gewissem Masse den erwähnten Einfluss von C verhindert. Diese Elemente haben eine gewisse Vergrösserung der Koerzitivkraft (Hc) der Legierung zur Folge, vermindern jedoch die residuelle Induktion (Br).
Die Zusammensetzung und die magnetischen Eigenschaften weiterer Beispiele von erfindungsgemässen Legierungen nach dem System Fe-Co-Ni-Cr, bei welchen Ti zugegeben wurde, sind in der folgenden Tabelle 4 angeführt.
Tabelle 4
Koerzi- residuelle Probe C Co Ni Cr Mo Ti tivkraft Induktion Nr. (%) (ovo) (ovo) (010) (O/o) (O/o) Hc (Oe) Br (G) 36 0,040 33,90 8,54 6,69 1,06 - 230 7,030 37 0,052 32,20 8,54 6,97 1,09 0,26 240 6,630 38 0,060 31,90 8,54 7,08 1,03 0,32 240 6,380 39 0,050 32,60 8,54 7,05 1,07 0,55 250 5,980
Die in der Tabelle 4 angeführten Proben wurden durch Abkühlung von einer Temperatur von 1050 "C und eine folgende Alterung bei einer Temperatur von 600 "C erhalten.
Eine Zugabe von grossen Mengen von Ti verschlechtert die Bearbeitbarkeit der erfindungsgemässen Legierung. Es ist daher vorteilhaft, die beigefügte Menge von Ti unter 1 Gewichtsprozent zu halten.
Si, Al, Mn usw. werden als Mittel zur Desoxydation der erfindungsgemässen Legierung beigefügt. Diese Elemente vermindern jedoch gleichzeitig die residuelle Induktion (Br) und verschlechtern die Bearbeitbarkeit der Legierung. Es ist daher empfehlenswert, die Zugabe dieser Elemente unter 1 Gewichtsprozent zu halten. Der günstigste Bereich für die Zugabe der Elemente liegt jedoch unter 0,6 Gewichtsprozent von Si und Mn zusammen und weniger als 0,2 Gewichtsprozent Al.
Zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Legierung können auch Elemente wie B, Zr, Nb, Mg usw. der Legierung beigefügt werden. Es wurde festgestellt, dass eine Menge von weniger als 1 Gewichtsprozent dieser Elemente eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Legierung bewirkt, ohne ihre magnetischen Charakteristiken zu verschlechtern. Wie es an sich bekannt ist, verbessert auch eine Zugabe von kleinen Mengen von S, Se, Pb zur erfindungsgemässen Legierung ihre mechanische Bearbeitbarkeit.
Eine weitere Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung kann durch Kalt-Verformung erzielt werden. Die Legierung kann nach der Verformung im warmen Zustand aus dem Bereich der y-Phase abgeschreckt werden. Darauf kann die Legierung in einem Entzunderungsbad behandelt werden und bei Raumtemperatur einer Bearbeitung durch Ziehen bzw. Walzen unterzogen werden. Darauf wird die Legierung bei einer Temperatur von 500 bis 650 "C während einer geeigneten Anzahl von Stunden gealtert, um die magnetischen Charakteristiken zu verbessern. Die Verformung in kaltem Zustand bewirkt eine gewisse Verminderung der Koerzitivkraft (Hc) der Legierung. Es wird dadurch jedoch in bedeutender Weise die resi duelle Induktion (Br) gesteigert, was zu einer bedeutenden Verbesserung des Energieproduktes (B H) m m des Magneten führt.
Die Proben 26 bis 30 aus der Tabelle 3 wurden warm gewalzt, darauf entzundert und schliesslich um 70 % kaltgewalzt. Die so behandelten Proben wurden bei einer Temperatur von 600 "C während einer Stunde gealtert. Die magnetischen Charakteristiken der auf diese Weise kalt verformten Proben sind in der folgenden Tabelle 5 enthalten.
Tabelle 5
Koerzi- residuelle Probe C Co Ni Cr Mo V tivkraft Induktion Nr. (%} ( 10) (0l ) ( / ) ( 10) (ovo) He (Oe) Br (G) 26 0,027 32,90 8,80 6,40 1,04 - 210 10,270 27 0,028 33,16 8,80 4,93 1,05 0,77 210 10,270 29 0,023 31,70 8,68 1,02 1,07 5,53 110 12,110 30 0,027 31,40 8,49 - 1,08 7,36 110 11,850
Die Werte der residuellen Induktion (Br) nach der Tabelle 5 sind gegenüber den Werten aus der Tabelle 3 bedeutend vergrössert Bei der Kalt-Verformung ist es allerdings erforderlich, die Dicke um mehr als 50 /0 zu reduzieren.
In der Fig. 3 sind Beispiele von Demagnetisationskurven der erfindungsgemässen Legierung dargestellt. Die Kurve A ist die Demagnetisationskurve der Probe Nr. 26, welche von 950 "C rasch abgekühlt und bei einer Temperatur von 600 "C während 1 Stunde gealtert wurde. Die Kurve B ist die Demagnetisationskurve der Probe Nr. 20, welche von 950 "C abgeschreckt und bei einer Temperatur von 550 "C während einer Stunde gealtert wurde.
In der Fig. 4 sind Demagnetisationskurven von Legierungen dargestellt, wobei die Proben einem 70 0/eigen Kalt-Walzen und einer folgenden Alterung bei einer Temperatur von 600 "C während 1 Stunde unterzogen wurden. Die Kurve C zeigt die Demagnetisationskurve der Probe Nr. 26 und die Kurve D die Demagnetisationskurve der Probe Nr. 30.
Wie aus den vorangehenden Beispielen hervorgeht, ist die erfindungsgemässe Legierung bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften und ihrer Bearbeitbarkeit mit der bekannten Legierung Vicalloy vergleichbar, jedoch billiger als diese Legierung. Die erfindungsgemässe Legierung enthält nämlich weniger Co und V.
Die magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemässen magnetischen Legierung können innerhalb eines grossen Bereiches variiert werden durch entsprechende Wahl der Faktoren, wies. B. Zusammensetzung, thermische Behandlungen, Arbeitsverfahren, usw. Es ist dadurch möglich, auf einfache Weise Legierungen herzustellen, deren magnetische Eigenschaften für halbstationäre Speicherelemente, Hysterese-Motoren, usw. geeignet sind.