DE1558527C

DE1558527C - Weichmagnetische Legierung

Info

Publication number: DE1558527C
Authority: DE
Inventors: Hozumi Neyagawa Osaka Hirota (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp

Description

Die Erfindung betrifft ein ferromagnetisches Material, das durch große mechanische Härte, hohe Permeabilität und beträchtliche Sättigungsmagnetisierung ausgezeichnet ist.

Bekanntes weichmagnetisches Material in Oxydform enthält im allgemeinen aus Eisenoxyd, zweiwertigen Metalloxyden und anderen Zusatzoxyden bestehendes Ferrit. Ausgezeichnete Eisenlegierungen, die als weiche ferromagnetische Materialien bekannt sind, sind Legierungen aus Eisen-Nickel, Eisen-Aluminium und Eisen-Aluminium-Silicium, die im Handel unter den Bezeichnungen »Permalloy ®«, »Alperm« bzw. »Sendust« erhältlich sind. Diese weichmagnetischen. Materialien sind jedoch im Hinblick auf ihre mechanische Härte nicht vollständig befriedigend. Die neue Entwicklung in der Elektronikindustrie erfordert weichmagnetisches Material mit großer mechanischer Härte. Ein solches Material ist besonders zur Verwendung im Magnetkopf eines Video-Bandaufzeichnungsgeräts erwünscht. Im praktischen Gebrauch ist es für ein solches weichmagnetisches Material auch erforderlich, daß es eine hohe Curie-Temperatur hat. Eine Curie-Temperatur bei oder unterhalb der Raumtemperatur (ungefähr 20 bis 3O⁰C) beschränkt die praktische Anwendbarkeit sehr.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines magnetischen Materials mit großer mechanischer Härte, hoher magnetischer Permeabilität, hoher Curie-Temperatur und beträchtlicher Sättigungsmagnetisierung zugrunde.

Die Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung ist aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen ist

F i g. 1 eine graphische Darstellung der statischen Hystereseschleife einer typischen Legierung nach der Erfindung (Kurve A) im Vergleich mit einer Kurve B von Materialien ohne Mo-Zusätze und

F i g. 2 eine graphische Darstellung von Begrenzungslinien für die effektive Permeabilität der neuen Legierungen nach der Erfindung, wobei diese Permeabilität bei einer Frequenz von 100 Hertz gemessen worden ist.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die Legierung entsprechend der chemischen Formel

ein ferromagnetischer Kristall vom Cr₂₃C₆-Strukturtyp ist und eine hohe magnetische Permeabilität bei X = etwa 4 hat. Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß aus der Legierung der Formel

Die Kobaltatome besetzen die Stellungen »f«und »h« von Fm3m, die Aluminiumatome besetzen die Stellungen »a« und »c« von Fm3m, und die Boratome besetzen die Stellung »e« von Fm3m (Stadel maier und Mitarbeiter, Metall, 1962, Vol. 16, S. 773 und 1229).

Die neue Legierung

besteht aus einer einzigen Phase des C₂₃C₆-Strukturtyps, wenn (x + y) geringer als 10 ist. Wenn der substituierte Anteil (x + y) größer als 10 ist, besteht die Legierung aus zwei Phasen, d. h. einer vom Cr₂₃C₆-TyP und einer anderen Phase. Das Vorhandensein der letzteren Phase verschlechtert die magnetische Permeabilität der neuen Legierung.

Aus F i g. 1, die eine magnetische Hystereseschleife von

Co₁₅,₇₂Fe_4/20Mo_0j08Al₃B_G

darstellt, ist zu ersehen, daß durch Zusatz kleiner Anteile Mo die Koerzitivkraft sehr vermindert und die Permeabilität gesteigert wird. Diese Verminderung der Koerzitivkraft ist wahrscheinlich der Verminderung der Magnetostriktion in dieser Phase zuzuschreiben. Die effektive Permeabilität der Legierung

ist als eine Funktion der Atomprozente von Co und Mo aufgezeichnet, während die Atomprozente von Al und B konstante Werte von 10,35 bzw. 20,7 Atomprozent haben und die Atomprozente von Fe den Rest bilden. Für die Messung werden Proben durch Schmelzen in der nachfolgend beschriebenen Weise hergestellt. Die effektive Permeabilität wird bei einer Frequenz von 100 Hertz nach einer bekannten Methode gemessen und wird in der F i g. 2 und der Tabelle 1 dargestellt. F i g. 2 zeigt die Begrenzungslinien der effektiven Permeabilität der auf das ternäre Co-Fe-Mo-System zurückgeführten Legierung nach der Erfindung. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die bevorzugten Legierungen mit hoher Permeabilität Zusammensetzungen zwischen χ = 2,9 bis χ — 5,2 und y = 0,005 bis y = 0,30 haben. Die Vickershärte der neuen Legierungen wird nach üblicher Methode gemessen. Die Härte von 1100 kp/mm² der neuen Legierung ist viel größer als diejenige der bekannten weichmagnetischen Legierungen wie »Permalloy®«, »Alperm« und »Sendust«, die bei etwa 500 kp/mm² oder darunter liegt. Die neue Legierung

durch teilweisen Ersatz des Kobalts durch Fe und Mo 55 C

eine neue Legierung

hat eine Curie-Temperatur im Bereich von 260 bis

^3^B6 400°C und eine spezifische Sättigungsmagnetisierung

erhalten werden kann, wobei die ursprüngliche von 63 bis 86 el.-mg.-cgs-Einheiten pro Gramm, kubische Struktur erhalten bleibt. Das so erhaltene 6o wenn χ + 2,9 bis 5,2 ist und y = 0,005 bis 0,30 ist. Material -

hat eine kubisch flächenzentrierte Struktur, die zur Raumgruppe Oj Fm3m gehört, d. h. vom Cr₂₃C₆-Strukturtyp ist.

Die Atomanordnung in dem Kristall des Co₂₀Al₃B₆ ist folgendermaßen:

Probe Nr.	Co (Atom- prozent)	Mo (Atom prozent)	Fe (Atom prozent)	Effektive Permeabilität
1 2 3	51,3 52,0 56,2	0,69 0,30 0,60	16,96 16,65 12,15	690 710 690

	Co	Mo	Fe	Effektive Permeabilität
Probe Nr.	(Atom prozent)	(Atom- prozent)	(Atom- prozent)	720
4	58,6	0,10	10,25	1030
5	53,4	0,31	15,24	930
6	54,5	0,48	13,97	913
7	56,6	0,35	12,00	2120
8	57,0	0,04	11,91	2180
9	55,0	0,14	13,81	2340
10	53,8	0,38	14,77	2270
11	55,4	0,38	13,17	1890
12	56,7	0,18	12,07	3200
13	54,3	0,28	14,37	2930
14	54,8	0,34	13,81	3420
15	55,4	0,18	13,37

Die neue Legierung

liegt in einem CrasQ-Strukturtyp vor und erleidet, selbst wenn die Anteile der Aluminiumatome und/oder der Boratome etwas von den stöchiometrischen Verhältnissen abweichen, keine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften. Eine große Abweichung der Anteile von sowohl Aluminium- als auch Boratomen hat jedoch eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften zur Folge. Geeignete Atomprozent sind 6,5 bis 11,2 Atomprozente Aluminium und 17,0 bis 25,9 Atomprozent Bor.

Unter Berücksichtigung der Ergebnisse nach F i g. 2 und der zulässigen Abweichungen in bezug auf die Atommenge an Bor und Aluminium sind

51 bis 59 Atomprozent Kobalt,
0,02 bis 0,8 Atomprozent Molybdän,
6,5 bis 11,2 Atomprozent Aluminium,

17,0 bis 25,9 Atomprozent Bor,

Rest Eisen

brauchbare Zusammensetzungen für die Legierungen gemäß der Erfindung.
Bevorzugte Zusammensetzungen sind

53,0 bis 57,5 Atomprozent Kobalt,
0,1 bis 0,5 Atomprozent Molybdän,
6,5 bis 11,2 Atomprozent Aluminium,

17,0 bis 25,9 Atomprozent Bor,

Rest Eisen.

Induktionsofen auf annähernd 1600⁰C erhitzt. Dann läßt man die Schmelze auf Raumtemperatur abkühlen. Der erhaltene Block besteht aus einer in einer einzigen Phase vorliegenden fünfgliedrigen Verbindung mit der oben angegebenen Kristallstruktur. Der Schmelzpunkt der Verbindung liegt annähernd bei 1400 bis 1500⁰C. Ein besonderes Abkühlungsverfahren zur Herstellung befriedigender magnetischer Eigenschaften ist nicht erforderlich. Dieses ist ebenfalls ein großer

ίο Vorteil der neuen Legierung im Vergleich zu einer bekannten magnetischen Legierung, wie »Sendust« oder »Permalloy®«, die ein spezielles Abkühlungsverfahren erfordern. Sowohl schnelle als auch langsame Abkühlungsgeschwindigkeiten führen gemäß der Erfindung in gleicher Weise zu Legierungen mit befriedigenden magnetischen Eigenschaften.

Das Sinterverfahren kann folgendermaßen ausgeführt werden: Innige Pulvergemische von den Bestandteilen werden unter einem Druck von mehr als 500 kp/cm² zu Formkörpern der gewünschten Gestalt verpreßt. Der höhere Druck ist zur Erzielung einer größeren Härte des gepreßten Produktes vorteilhaft. Das gepreßte Produkt wird dann bei 800 bis 1000⁰C 1 bis 200 Stunden lang in einer Atmosphäre (Luft) unter vermindertem Druck von 10~² bis 10~⁶ Torr oder in einer nichtoxydierenden Atmosphäre, wie Argon, gesintert. Die Porosität des gesinterten Materials kann durch ,Einstellen des Preßdruckes, der Sintertemperatur, der Sinterzeit oder einer Kombination dieser Variablen in ähnlicher Weise wie bei den bekannten Pulvermetallurgieverfahren geregelt werden.

Das Messen der magnetischen Permeabilität wird mit einem Ring aus einer gewünschten Legierung durchgeführt, der aus dem nach dem vorhergehend beschriebenen Verfahren hergestellten Block herausgeschnitten worden ist. Der Ring mit einem Außendurchmesser von 14,5 mm, einem Innendurchmesser von 5,0 mm und einer Dicke von ungefähr 2 mm wird mit 50 Umwicklungen zum Messen der magnetischen Permeabilität in an sich üblicher Weise versehen.

Die neuen Legierungen nach der Erfindung sind unter anderem sehr gut zur Verwendung im Magnetkopf eines Video-Bandaufzeichnungsgerätes geeignet.

Die folgenden Beispiele, in denen spezielle Zusammensetzungen angegeben werden, dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Im Hinblick auf die magnetische Permeabilität noch bevorzugtere Legierungen weisen die folgende Zusammensetzung auf:

54,0 bis 56,0 Atomprozent Kobalt,
0,2 bis 0,4 Atomprozent Molybdän,
6,5 bis 11,2 Atomprozent Aluminium,

17,0 bis 25,9 Atomprozent Bor,

Rest Eisen.

Die neue Legierung nach der Erfindung kann nach an sich bekannten metallurgischen Verfahren unter Anwendung entweder der Sintermethode oder der Schmelzmethode hergestellt werden. Ausgangsstoffe sind hochreines Kobalt, Aluminium, Bor, Eisen und Molybdän, alle in Körnerform. Im Handel erhältliche Körnchen können verwendet werden. Stückchen von jedem Bestandteil, annähernd in einer Größe von ¹I₁ Zentimeter, werden in einem gewünschten Verhältnis gemischt, in einen Aluminiumoxyd-Schmelztiegel gebracht und in einer Argonatmosphäre in einem Ein aus

Beispiel 1

54,48 Atomprozent Kobalt,

14,58 Atomprozent Eisen, 0,28 Atomprozent Molybdän, 9,73 Atomprozent Aluminium und

20,83 Atomprozent Bor

bestehendes Gemisch wird nach dem oben beschriebenen Verfahren geschmolzen, Röntgenstrahlenbeugungslinien von dem Pulver der Probe zeigen genau an, daß sie ein kubisch flächenzentriertes Gitter vom Cr₂₃C₆-TyP besitzt. Die Probe weist ein Atomverhältnis auf, das durch die Formel wiedergegeben werden kann:

Co_15i72Fe_4>20Mo_0j08Al_2>8B₆

Die Legierung besitzt eine effektive Permeabilität von 3200 bei 100 Hertz, eine Vickershärte von 1100 kp/ mm², eine Curie-Temperatur von 352⁰C und eine

spezifische Sättigungsmagnetisierung von 87 el.-mg.-cgs-Einheiten pro Gramm.

Beispiel 2

Als weiteres Beispiel wird eine Probe mit dem Atomverhältnis

Co₁₅,₇₂Fe₄,₂₀Mo₀,₀₈Al₃B₆,₇

10

durch Schmelzen eines aus

52,93 Atomprozent Kobalt, 14,14 Atomprozent Eisen, 0,27 Atomprozent Molybdän, 10,10 Atomprozent Aluminium und ¹⁵

22,56 Atomprozent Bor

bestehenden Gemisches nach dem oben beschriebenen Verfahren erhalten. Diese Probe liegt klar in einer einzigen Phase des Cr₂₃C₆-Typs vor, und die effektive 20 Permeabilität beträgt 3480 bei 100 Hertz.

Beispiel 3

Proben von

Co₁₅,72Fe₄,₂₀Mo₀,₀₈ A1₃,₂B₆,₄

werden nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Es wird dabei festgestellt, daß eine Legierung 30 der Formel

Coi5,₇₂Fe₄,₂₀Mo₀,₈₀Al₃,₂B₆,₄

praktisch die gleichen magnetischen Eigenschaften 35 zeigt wie eine Legierung der Formel

Co_15i72Fe₄,₂₀Mo₀,₀₈Al₃B₆.

Claims

Patentansprüche:

1. Weichmagnetische Legierung hoher mechanischer Härte mit einer Kristallstruktur vom Cr₂₃C₆-Typ, bestehend aus 51,0 bis 59,0 Atomprozent Kobalt, 0,02 bis 0,8 Atomprozent Molybdän, 6,5 bis 11,2 Atomprozent Aluminium, 17,0 bis 25,9 Atomprozent Bor, Rest Eisen.

2. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus

17,0 bis 25,9 Atomprozent Bor,

Rest Eisen.

3. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus

17,0 bis 25,9 Atomprozent Bor,

Rest Eisen.

4. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1 mit einer Zusammensetzung entsprechend der chemischen Summenformel

Co

Ί5.7

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5. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1 mit einer Zusammensetzung entsprechend der chemischen Summenformel

oj _5>
72Fe₄,₂₀

Mo₀,₀₈Al₃B₆,₇.

6. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1 mit einer Zusammensetzung entsprechend der chemischen Summenformel

Co₁₅,72Fe₄₂₀Mo₀, Q₈Al₃,₂B₈,₄.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen