DE1091343B - Verfahren zur Herstellung duennen magnetischen Materials hoher Permeabilitaet aus Eisen-Nickel-Molybdaenlegierungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung duennen magnetischen Materials hoher Permeabilitaet aus Eisen-Nickel-MolybdaenlegierungenInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines außerordentlich dünnen magnetischen
Materials mit hoher Permeabilität, wobei eine Legierung aus 75 bis 85^o Nickel und 3 bis 6°/o
Molybdän, Rest im wesentlichen Eisen, durch Heiß- und Kaltwalzen unter Zwischenglühen zwischen den
Kaltwalzschritten auf eine Dicke von weniger als 25 μ gebracht wird, worauf das so bearbeitete Material
in trockener Wasserstoffatmosphäre abschließend geglüht wird.
Es ist bekannt, daß Eisen-Nickel-Molybdänlegierungen der angegebenen Zusammensetzung magnetische
Eigenschaften aufweisen, die für bestimmte Anwendungsfälle sehr vorteilhaft sind. So ist es bekannt,
daß durch dünnes Auswalzen und anschließende Glühbehandlung eine annähernd rechteckige Form der
Hysteresisschleife erhalten werden kann, wobei die Koerzitivkraft kleiner als bei Ferriten und gesinterten
Metallen ist.
Magnetische Materialien mit rechteckigen Hysteresisschleifen
haben sich auf verschiedenen Gebieten als wertvoll herausgestellt, beispielsweise bei der
mechanischen Gleichrichtung von Wechselströmen oder auf dem Gebiet der magnetischen Verstärkung.
Verfahren zur Untersuchung der Hysteresisschleife unter Verwendung von Gleichstrommeßgeräten sind
in der Technik bekannt. Definitionsgemäß hat ein Material dann eine rechteckige Hysteresisschleife,
wenn bei diesen Messungen ein hohes Verhältnis der remanenten Induktion (B1.) zur maximalen Induktion
(Bm) festgestellt wird. Das Verhältnis BTIBm hat für
ein bestimmtes Material nicht einen einzigen Wert, sondern es ändert sich in Abhängigkeit von dem
Spitzenwert der magnetischen Erregung und geht durch ein Maximum, wenn man sich der Sättigung
nähert. Obgleich der Begriff der »Rechteckigkeit« in Anwendung auf Hysteresisschleifen in verschiedenen
Richtungen gedeutet werden kann, sind doch die Stoffe, auf welche sich diese Erfindung bezieht, um
so brauchbarer, je höher das höchste Verhältnis BrfBm
wird. Im allgemeinen gilt eine Hysteresisschleife als rechteckig, wenn das Verhältnis BT\Bm größer als
0,90 ist.
Ein besonderes Anwendungsgebiet finden Magnetkerne mit rechteckiger Hysteresisschleife bei elektronischen
Ziffernrechengeräten zur Speicherung binärer Informationen.
Für diesen Anwendungsfall sind nur Stoffe mit sehr guter Rechteckigkeit der Hysteresisschleife geeignet.
Bisher wurden mit gutem Erfolg Speicherzellen unter Verwendung eines Eisenmaterials mit
48% Nickelgehalt gebaut, das eine Dicke von nicht mehr als 12,7 μ besaß.
Die neuesten Entwicklungen sowohl auf dem Ge-Verfahren
zur Herstellung
dünnen magnetischen Materials
hoher Permeabilität aus Eisen-Nickel-Molybdänlegierungen
dünnen magnetischen Materials
hoher Permeabilität aus Eisen-Nickel-Molybdänlegierungen
Anmelder:
The Armco International Corporation,
Middletown, Ohio (V. St. A.)
Middletown, Ohio (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a
Martin Fredrick Littmann, West Middletown, Ohio
(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
biet der Ziffernrechengeräte als auch bei anderen elektronischen Anlagen machen höhere Ummagnetisierungsgeschwindigkeiten
bzw. kürzere Umschaltzeiten innerhalb der Kerne erforderlich, als es mit den bisher erhältlichen Kernen aus Magnetbändern mit
einer Dicke von 25 μ möglich war. Da die Erhöhung der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit von der Verringerung
der Wirbelströme abhängt, erscheint ein Auswalzen des magnetischen Bandes zu geringerer
Stärke angebracht. Die Schwierigkeit liegt hierbei jedoch darin, daß bei den bisher bekannten Stoffen,
bei welchen eine für diesen Zweck geeignete rechteckige Hysteresisschleife erzielt werden konnte, beispielsweise
bei 3°/oigem Silizium-Eisen und bei. 48°/oigem Nickel-Eisen mit gerichtetem Korn, die
Koerzitivkraft mit abnehmender Stärke schnell ansteigt und bei den erforderlichen ultradünnen Stärken
außerordentlich hoch wird. Jedes Anwachsen der Koerzitivkraft ist jedoch unerwünscht, da dadurch
ein größerer Magnetisierungsstrom bedingt wird, welcher dann eventuell die zur Verfügung stehende
Größe überschreitet.
Andrerseits haben die eingangs angegebenen Eisen-Nickel-Molybdänlegierungen
beim Auswalzen auf entsprechende Dicken zwar eine geringere Koerzitivkraft, doch ist die bei den üblichen Herstellungsverfahren
erzielte Reckteckigkeit für den zuvor geschilderten Anwendungsfall nicht ausreichend.
009 628/350
Das Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren, durch das ein außerordentlich dünnes Material mit
hoher Permeabilität, guter Rechteckigkeit der Hysteresisschleife und verhältnismäßig niedriger Koerzitivkraft
hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Material zur Erzielung einer niedrigen Koerzitivkraft
und einer rechteckigen Hysteresisschleife von einer durch Heißwalzen erzielten Zwischenstärke in
einer Folge von Stufen mit dazwischen eingeschobenen Glühstufen auf die endgültige Stärke verringert wird,
wobei die letzte Stufe bei einer Stärke stattfindet, bei welcher eine 70- bis 85°/oige Streckung zur Erzielung
der endgültigen Stärke erforderlich ist, und daß das abschließende Glühen in einer Atmosphäre, die vorwiegend
aus Wasserstoff besteht und einen Taupunkt unter —40° C besitzt, bei einer Temperatur zwischen
750 und 1050° C vorgenommen wird.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Material ermöglicht es, bei sehr guter Rechteckigkeit
der Hysteresisschleife und geringer Koerzitivkraft sehr viel höhere Magnetisierungsgeschwindigkeiten
und kürzere Umschaltzeiten zu erzielen.
Die Erfindung wird nachstehend beispielshalber erläutert.
Als Ausgangsmaterial wird eine Legierung verwendet, die zwischen 75 und 85% Nickel und zwischen
3 und 6 % Molybdän enthält, während der Rest hauptsächlich Eisen ist.
Mangan kann zur Desoxydation und zur Erzielung einer verbesserten Warmbearbeitbarkeit mit einem
Anteil zwischen etwa 0,3 und 1%, vorzugsweise etwa 0,6%, zugesetzt werden. Silizium kann gleichfalls
zur Desoxydation Verwendung finden; der Siliziumgehalt soll 0,3% in der Legierung nicht übersteigen.
Der Schwefelgehalt soll so niedrig wie möglich sein, vorzugsweise unter 0,005%, und der Bleigehalt
unter 0,002%. Der Gehalt an Kohlenstoff soll gering sein, möglichst nicht mehr als etwa 0,1%. Der Aluminiumgehalt
soll so gering wie möglich, zweckmäßigerweise unter 0,01% sein, worin sämtliche vorkommende
B'ormen eingeschlossen sind. Diese und weitere Elemente, welche gewöhnlich als Verunreinigungen
im Eisen, Molybdän oder Nickel enthalten sind, scheinen die interessierenden Eigenschaften
nicht sehr stark zu beeinflussen, solange ihr Gehalt gering ist.
Die vorzugsweise verwendete Legierung enthält 80±2% Nickel und 4,0±0,3% Molybdän.
Die Legierungen können im elektrischen Ofen erzeugt werden (falls erwünscht, unter Verwendung
eines Induktionsofens und in Vakuumschmelze, obwohl dies nicht immer notwendig ist). Es werden
Barren gegossen, zu geeigneten Zwischenstärken heiß ausgewalzt und zum Kaltwalzen vorbereitet. Die
Stoffe können an sich mit sehr starker Streckung ohne Zwischenglühen kaltgewalzt werden. Es ist jedoch bei
der Herstellung von sehr dünnen Erzeugnissen gewöhnlich leichter, die beim Kaltwalzen erzielte
Streckung in mehreren Stufen durchzuführen. Diese Stufen können in weiten Grenzen verändert werden.
Es ergibt sich dann folgendes Verfahren, mit dem das gewünschte Ergebnis zuverlässig erhalten wird:
Heißwalzen des Materials auf eine passende Dicke, beispielsweise 3 mm; Ausglühen im Glühtopf bei einer
Temperatur von 870° C in einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise in trockenem Wasserstoff oder
dissoziiertem Ammoniak; Kaltwalzen zu einer Dicke von 0,6 mm; offenes Glühen in einer reduzierten
Atmosphäre bei 8700C; Kaltwalzen zu einer Dicke
von 30 μ; nochmals offenes Glühen bei 870° C in einer reduzierenden Atmosphäre; Kaltwalzen zur endgültigen
Dicke von 6 μ. Das Material ist dann für die abschließende Wärmebehandlung bereit.
Zur Erzeugung eines Materials von 3 μ Dicke wird das gleiche Verfahren durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das Zwischenglühen bei einer Dicke von 12 μ stattfindet, wonach das Material direkt auf die Dicke von 3 μ vor der abschließenden Wärmebehandlung ausgewalzt wird.
Zur Erzeugung eines Materials von 3 μ Dicke wird das gleiche Verfahren durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das Zwischenglühen bei einer Dicke von 12 μ stattfindet, wonach das Material direkt auf die Dicke von 3 μ vor der abschließenden Wärmebehandlung ausgewalzt wird.
Die Vorbehandlungsstufen sind nicht zwingend, sondern können in gewissen Grenzen verändert werden.
Dagegen sind die abschließenden Behandlungsstufen für die Erzielung einer rechteckigen Hyste-
resisschleife wesentlich. Deshalb wird vorzugsweise das Material bei einer Stärke zwischengeglüht, bei
welcher eine 70- bis 85%ige Streckung in der letzten Walzstufe zu vollziehen ist. Die Anwendung der
Zwischenglühstufen trägt auch wesentlich dazu bei, das Material zum leichteren Walzen weich zu machen.
Das in der beschriebenen Weise behandelte Material ist nun in dem Zustand, in welchem es durch eine
abschließende Wärmebehandlung seine endgültige magnetische Charakteristik erhält. Das Material selbst
ist sehr empfindlich und schwierig zu handhaben. Es kann zwar zur Erzielung der endgültigen magnetischen
Eigenschaften im Rohzustand behandelt werden, doch ist dieses Verfahren gewöhnlich nicht erwünscht, da
die folgenden Bearbeitungsgänge, beispielsweise das Schlitzen, Aufwickeln zu Kernen usw., diese magnetischen
Eigenschaften sehr nachteilig beeinflussen. Daher werden vorzugsweise zunächst die fertigen
Kerne aus dem in der bisher beschriebenen Weise behandelten Material hergestellt, bevor die endgültige
Wärmebehandlung vorgenommen wird. Aus diesem Grund und auch, weil die Kerne selbst gewöhnlich
sehr klein sind und besonders zur Verwendung als Speicherzellen bei Ziffernrechenmaschinen in sehr
großer Anzahl hergestellt werden müssen, werden die Verarbeitung des Materials, die Herstellung der
Kerne und die endgültige Wärmebehandlung meistens nicht von dem Erzeuger des Materials oder vom Walzwerk
selbst vorgenommen, sondern von dem Käufer. Daher ist das in der obigen Weise behandelte, zu
Rollen aufgewickelte oder auf andere Weise in Massen verpackte Material ein im Handel erhältlicher
Artikel, obgleich es seine endgültige Brauchbarkeit erst dann erhält, wenn es der abschließenden
Wärmebehandlung unterzogen worden ist.
Wie bereits angegeben wurde, werden die Kerne gewöhnlich sehr klein gemacht; zur Verwendung bei
Ziffernrechenmaschinen haben die Kerne meist einen Durchmesser unter etwa 6 mm. Vorzugsweise wird
das Material in Streifen mit einer Breite von etwa 5 cm auf die richtige Dicke ausgewalzt, wobei Bearbeitungswalzen
von sehr kleinem Durchmesser verwendet werden. Nach dem Walzen wird das Material
zu Streifen von 3 mm bis 6 mm Breite geschlitzt, die zu Ringkernen aufgewickelt werden können. Wegen
der großen Empfindlichkeit sowohl des Materials selbst als auch der kleinen Kerne, die oft nur aus
einigen wenigen Windungeen des Streifens bestehen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Kerne
auf winzige keramische Spulenkörper, beispielsweise
aus Steatit, aufzuwickeln. Diese Spulenkörper besitzen seitliche Flansche und dienen zur Stützung des
Bandes bei der abschließenden Wärmebehandlung. Sie dienen ferner auch als Träger für die bei der Prüfung
und in vielen Fällen auch bei der späteren Verwendung der Kerne erforderlichen elektrischen Wick-
lungen. Die Windungen aus dem Metallband werden
vor der Wärmebehandlung sorgfältig mit einem Magnesiaüberzug gegenseitig isoliert.
Die Wärmebehandlung geschieht in einem geeigneten Glühtopf in einer Atmosphäre, die hauptsächlich
aus Wasserstoff besteht und im wesentlichen frei von karbonisierenden, schwefelnden und nitrierenden Verunreinigungen
ist. Der Wasserdampfgehalt sollte so gering wie möglich sein, und zwar so, daß der Taupunkt
unter —40° C, vorzugsweise sogar unter -50° C liegt.
Die Glühtemperatur soll zwischen 750 und 1050° C, vorzugsweise zwischen 850 und 975° C liegen, wobei
die Einwirkungszeit etwa 2 Stunden beträgt. Obwohl reiner Wasserstoff bevorzugt wird, können auch andere
inerte Gase in beträchtlicher Menge vorhanden sein. Beispielsweise kann dissoziiertes Ammoniak verwendet
werden. Der im dissoziierten Ammoniak vorhandene Stickstoff ist nicht schädlich, doch sollte jede
größere Menge von undissoziiertem Ammoniak wegen seiner nitrierenden Wirkung vermieden werden.
Die angegebene Glühtemperatur ergibt den optimalen Kompromiß zwischen der Rechteckigkeit der
Hysteresisschleife und einer möglichst geringen Koerzitivkraft, so daß die kürzestmögliche Umschaltzeit
mit einem brauchbaren Nutz- zu Störsignalverhältnis bei Impulserregung erzielt wird. Höhere
Temperaturen wurden zwar die Koerzitivkraft verringern, aber gleichzeitig die Rechteckigkeit verschlechtern.
Das Material braucht nur so lange auf der Glühtemperatur gehalten zu werden, wie notwendig ist,
damit alle Teile der Beschickung auf eine gleichförmige Temperatur kommen. Im allgemeinen genügt
für die zuvor beschriebenen kleinen Kerne 1 Stunde. Eine verhältnismäßig kurze Einwirkungszeit bei
voller Temperatur kann zugelassen werden, beispielsweise 1 bis 2 Stunden, doch sollte eine noch längere
Einwirkungszeit vermieden werden.
Das Material kann im Ofen gekühlt werden, so daß eine langsame Abkühlung über den gesamten Bereich
bis etwa zur Zimmertemperatur erfolgt, oder es kann von einer Temperatur nicht wesentlich unter
540° C abgeschreckt werden, vorausgesetzt, daß die Abkühlung so durchgeführt wird, daß eine für die
magnetischen Eigenschaften nachteilige Oxydation vermieden wird. Dies kann beispielsweise dadurch
geschehen, daß das Material in einer Wasserstoffatmosphäre gehalten wird.
Der Glühtemperaturbereich und der Feuchtigkeitsgehalt der Glühatmosphäre sind kritisch, und zur Erzielung
bester Ergebnisse darf nicht wesentlich davon abgegangen werden.
Die Koerzitivkraft bei einem nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Material von 6 μ Dicke
beträgt etwa 0,10 Oersted, wenn der Spitzenwert der magnetischen Erregung Hm etwa 0,25 Oersted beträgt.
Die entsprechende Hysteresisschleife ist in der Zeichnung dargestellt.
Gleichstrommessungen an einem gemäß der Erfindung hergestellten Material ergaben die folgenden
Werte:
Hm Oersted |
Kilogauß | Kilogauß | BrIBn | Hc Oersted |
0,25 1 |
7,35 7,85 |
6,8 6,9 |
0,93 0,88 |
0,093 0,093 |
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung eines außerordentlich dünnen magnetischen Materials mit hoher Permeabilität, wobei eine Legierung aus 75 bis 85% Nickel und 3 bis 6% Molybdän, Rest im wesentlichen Eisen, durch Heiß- und Kaltwalzen unter Zwischenglühen zwischen den Kaltwalzschritten auf eine Dicke von weniger als 25 μ gebracht wird, worauf das so bearbeitete Material in trockener Wasserstoffatmosphäre abschließend geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zur Erzielung einer niedrigen Koerzitivkraft und einer rechteckigen Hysteresisschleife von einer durch Heißwalzen erzielten Zwischenstärke in einer Folge von Stufen mit dazwischen eingeschobenen Glühstufen auf die endgültige Stärke verringert wird, wobei die letzte Stufe bei einer Stärke stattfindet, bei welcher eine 70- bis 85%ige Streckung zur Erzielung der endgültigen Stärke erforderlich ist, und daß das abschließende Glühen in einer Atmosphäre, die vorwiegend aus Wasserstoff besteht und einen Taupunkt unter —40° C besitzt, bei einer Temperatur zwischen 750 und 1050° C vorgenommen wird.In Betracht gezogene Druckschriften:
Bozorth: Ferromagnetism, 1955, S. 140 bis 144.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen009 628/350 10.60
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA25531A DE1091343B (de) | 1956-08-23 | 1956-08-23 | Verfahren zur Herstellung duennen magnetischen Materials hoher Permeabilitaet aus Eisen-Nickel-Molybdaenlegierungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA25531A DE1091343B (de) | 1956-08-23 | 1956-08-23 | Verfahren zur Herstellung duennen magnetischen Materials hoher Permeabilitaet aus Eisen-Nickel-Molybdaenlegierungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1091343B true DE1091343B (de) | 1960-10-20 |
Family
ID=6925933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEA25531A Pending DE1091343B (de) | 1956-08-23 | 1956-08-23 | Verfahren zur Herstellung duennen magnetischen Materials hoher Permeabilitaet aus Eisen-Nickel-Molybdaenlegierungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1091343B (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2689300A1 (fr) * | 1992-03-30 | 1993-10-01 | Mecagis | Procédé d'élaboration de tores en matériau magnétique doux comportant un cycle d'hystérésis couche. |
EP0581647A1 (de) * | 1992-07-30 | 1994-02-02 | Imphy S.A. | Verfahren zur Herstellung von weich-magnetischen Legierungen hoher permeabilität und Legierungen |
-
1956
- 1956-08-23 DE DEA25531A patent/DE1091343B/de active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
None * |
Cited By (4)
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FR2689300A1 (fr) * | 1992-03-30 | 1993-10-01 | Mecagis | Procédé d'élaboration de tores en matériau magnétique doux comportant un cycle d'hystérésis couche. |
EP0581647A1 (de) * | 1992-07-30 | 1994-02-02 | Imphy S.A. | Verfahren zur Herstellung von weich-magnetischen Legierungen hoher permeabilität und Legierungen |
FR2694303A1 (fr) * | 1992-07-30 | 1994-02-04 | Metalimphy | Procédé d'élaboration d'alliages magnétiques doux à très haute perméabilité et alliages en résultant. |
US5441578A (en) * | 1992-07-30 | 1995-08-15 | Imphy S. A. | Method for producing soft magnetic alloys with very high permeability and alloys resulting therefrom |
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