DE1931664B2 - Ferromagnetische teilchen - Google Patents
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Description
Die USA.-Patentschrift 3 206 338 beschreibt ferromagnetische Legierungen von Eisen mit Bor und
wahlweise Kobalt und/oder Nickel in Form von feinen nadeiförmigen Teilchen. Trotz der geringen
Teilchengröße dieser Legierungen sind sie nicht pyrophor. Gemäß der Erfindung wurde nun gefunden,
daß Legierungen, die metallisches Chrom in wesentlichen Anteilen enthalten und verbesserte Oxydationsbeständigkeit (gegenüber den Legierungen des USA.-Patents
3 206 338) und gute magnetische Eigenschäften aufweisen, erhalten werden, wenn Chromsalze
in gewisse Reaktionsgemische, die Eisen enthalten, einbezogen werden und die Legierungen einer
Reduktion mit einem Borhydrid unterworfen werden. Diese Feststellung ist besonders überraschend, da
Chrom als schwer zugängliches Material eingestuft wird, das nicht durch nasse chemische Reduktion
seiner Salze hergestellt werden kann.
Die neuen ferromagnetischen Teilchen gemäß der Erfindung haben Querschnittsabmessungen von 0,01
bis 0,3 μ, eine Länge von 0,01 bis 4 μ und vorzugsweise ein Axialverhältnis von wenigstens 3:1. Sie
bestehen im wesentlichen aus wenigstens 30 Gewichtsprozent Eisen mit bis zu 35 Gewichtsprozent Kobalt
und bis zu 35 Gewichtsprozent Nickel und sind dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem 0,4 bis
20%, vorzugsweise 8 bis 20% Chrom und 1,0 bis 7,5% Bor in Lösung sowie Sauerstoff entweder als
Metalloxyd, Metallhydroxyd oder Feuchtigkeit enthalten.
Besonders bevorzugt sind Eisenlegierungen, die 8 bis 12 Gewichtsprozent Chrom, 1,0 bis 7,5 Gewichtsprozent
Bor und etwa 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent wenigstens
eines der Metalle Kobalt und Nickel enthalten.
Die Legierungen gemäß der Erfindung werden hergestellt, indem ein Gemisch der entsprechenden Metallsalze
mit einem Alkaliborhydrid oder Erdalkaliborhydrid und, wenn langgestreckte Teilchen gewünscht
werden, vorzugsweise in Gegenwart eines Magnetfeldes von wenigstens 100 Oe, vorzugsweise von
wenigstens 1000 Oe, in Lösung reduziert wird.
Die magnetischen Teilchen gemäß der Erfindung, vorzugsweise in langgestreckter Form oder Nadelform,
können zu magnetischen Formteilen verarbeitet werden. Beispielsweise können sie zu vorteilhaften
Dauermagneten oder anderen magnetischen Gegenständen mit oder ohne Bindemittel verdichtet werden.
Geeignet sind hitzehärtbare oder thermoplastische organische polymere Bindemittel oder lufttrocknende,
filmbildende Bindemittel.
Das feinteilige Material gemäß der Erfindung kann auch in magnetischen Aufzeichnungsmaterialien, z. B.
magnetischen Aufzeichnungsbändern, verwendet werden.
Das Reduktionsverfahren, nach dem die neuen magnetischen Materialien gemäß der Erfindung hergestellt
werden, wird im allgemeinen in wäßriger Lösung durchgeführt, jedoch können auch Alkohole,
Tetrahydrofuran oder ähnliche organische Lösungsmittel als Reaktionsmedium verwendet werden.
Die verschiedensten Metallsalze einschließlich der Halogenide, Sulfate und Nitrate können verwendet
werden. Salze von organischen Säuren, wie Essigsäure oder Stearinsäure, sind ebenfalls geeignet. Vorzugsweise
werden die Metalle in einer niedrigen Wertigkeitsstufe (die mit dem Erfordernis der Löslichkeit
vereinbar ist) verwendet, um die für die Reduktion erforderliche Menge der Borhydridverbindungen
zu verringern.
Bevorzugt als ionische Borhydridverbindungen für das Verfahren gemäß der Erfindung werden Natrium-
und Kaliumborhydride. Auch andere Alkali- und Erdalkaliborhydride, z. B. Lithiumborhydrid, Magnesiumborhydrid
und Calciumborhydrid, sind geeignet, jedoch weniger leicht verfügbar. Der Anteil des Metallborhydrids
und der Metallsalze kann in sehr weiten Grenzen variiert werden, jedoch wird vorzugsweise
etwa 1 Mol Metallborhydrid pro 2 Mol Metallsalze verwendet.
Die Reaktion wird normalerweise bei Normaldruck durchgeführt, jedoch kann gegebenenfalls auch
bei höheren oder niedrigeren Drücken gearbeitet werden.
Die Temperatur hat einen deutlichen Einfluß auf den Prozeß. Das Verfahren kann bei Umgebungstemperatur
durchgeführt werden, jedoch wurde gefunden, daß der Wirkungsgrad, mit dem Chrommetall
in die Legierungen gemäß der Erfindung eingearbeitet wird, mit der Erhöhung der Temperatur bis auf etwa
40° C zunimmt. Oberhalb von 40° C ist der Wirkungsgrad im wesentlichen mit der Temperatur konstant.
Der Anteil des eingearbeiteten Bors nimmt mit steigender Temperatur stetig ab, jedoch in geringerem
Maße als die Änderung der Einarbeitung des Chroms mit steigender Temperatur. Beim Reduktionsprozeß
wird Wärme frei, so daß es schwierig ist, die Verfahrenstemperatur konstant zu halten, besonders
wenn große Chargen zu verarbeiten sind. Demgemäß wird der Reduktionsprozeß vorzugsweise mit einer
möglichst niedrigen Anfangstemperatur von etwa 400C durchgeführt. Höhere Temperaturen können
angewendet werden, jedoch erhöht sich mit steigender Temperatur der Verlust an wertvollem Borhydrid
durch die katalytische Wirkung der gebildeten feinen Metallteilchen. Demgemäß wird vorzugsweise bei
Temperaturen unter 100° C gearbeitet.
Die Metallsalze werden in Wasser oder in einem anderen Lösungsmittel unter Bildung einer starken,
vorzugsweise gesättigten Lösung gelöst. Das Borhydrid wird ebenfalls zu einer starken Lösung gelöst,
die dann der Lösung der Metallsalze zugesetzt wird.
Die Lösungen der Reaktionsteilnehmer werden in verhältnismäßig kurzer Zeit, die zweckmäßig 2 Sekunden
bis 30 Minuten beträgt, gemischt. Die relativ längeren Zeiten in diesem Bereich kommen für die
Herstellung in größerem Maßstab in Frage. 10 Minuten sind im allgemeinen eine geeignete Zeit für die
Zumischung der Borhydridlösung zur Lösung der Metallsalze. Das Reaktionsgemisch sollte während
der Zugabe der Reagenzien zur Vermischung gerührt werden, jedoch hindert zu starkes Rühren die Bildung
von nadeiförmigen Teilchen. Wenn diese gewünscht werden, ist übermäßig starkes Rühren zu vermeiden.
Ein rotierender Magnet kann verwendet werden, um die Vermischung zu beschleunigen und ein Magnetfeld
anzulegen.
Wie bereits erwähnt, kann die Reaktion in Gegenwart eines Magnetfeldes von wenigstens 100 Oe, vorzugsweise
von wenigstens 1000 Oe, durchgeführt werden, um die Bildung von nadeiförmigen Teilchen zu
begünstigen. Geeignet zur Durchführung der Reaktion ist ein Verfahren, bei dem ein nichtmagnetisches
Reaktionsgefäß, das aus Glas, Keramik oder nichtrostendem Stahl bestehen kann, für die Reaktions-
teilnehmer verwendet und in das Feld eines Dauermagneten oder Elektromagneten gestellt wird.
Nach der Reduktion werden die Teilchen unmittelbar mit Wasser, Aceton od. dgl. gewaschen und dann
getrocknet.
Die Strukturanalyse durch Röntgenstrahlenbeugung und Elektronenbeugung des Fe-Cr-B-Pulvers,
das in den Beispielen 2, 4 und 5 beschrieben ist, zeigt, daß die hauptsächliche vorhandene Phase die kubisch
raumzentrierte Struktur von α-Eisen ist, dessen Reflexion etwas diffus ist. Eine Extrareflexion, die
einem Borid oder Boroxyd zugeschrieben werden könnte, ist nicht vorhanden. Da Bor in Eisen bei
Raumtemperatur zu weniger als 0,01 Gewichtsprozent löslich ist (M. Hansen, Constitution of
Binary Alloys, McGraw Hill, S. 251, 1958), sind die Produkte gemäß der Erfindung mit Bor übersättigte
feste Lösungen von metallischem Chrom in α-Eisen.
Die Elementaranalyse zeigt, daß das Produkt gemäß der Erfindung eine geringfügige Sauerstoffmenge
enthält, die im Hinblick auf die obige Überlegung und das sehr hohe Oberfläche/Volumenverhältnis
der Teilchen teilweise der Oxydation der Oberfläche und teilweise der Absorption von Wasser
oder eines anderen sauerstoffhaltigen Lösungsmittels an der Oberfläche der Teilchen zuzuschreiben ist.
Die Querabmessungen der Teilchen variieren von etwa 0,01 bis 0,3 μ, und die Länge beträgt etwa 0,01
bis 4 μ. Das Axialverhältnis des überwiegenden Anteils der langgestreckten Teilchen beträgt wenigstens
3 :1 und kann bis zu 100:1 oder mehr betragen.
Wenn die Produkte in Abwesenheit eines Magnetfeldes hergestellt werden, enthalten sie einen hohen
Anteil an gleichachsigen Teilchen, deren Größe von der jeweiligen Zusammensetzung abhängt. Bei Fe-Cr-B-Legierungen
liegt die Größe der Teilchen im allgemeinen im Bereich von 0,05 bis 0,08 μ. Geringe
Kobalt- und/oder Nickelmengen verringern die Teilchengröße und steigern die Koerzitivkraft. Der Kobalt-
oder Nickelanteil, mit dem ein vorteilhafter Effekt erzielt wird, hängt von der Konzentration der
anderen Bestandteile ab. Mit 8 bis 12 Gewichtsprozent Cr und 1 bis 7 Gewichtsprozent B sollten die
Legierungen etwa 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gewichtsprozent wenigstens eines 45 ■
der Metalle Nickel und Kobalt enthalten, um verbesserte magnetische Eigenschaften zu erzielen.
In Gegenwart eines Magnetfeldes werden langgestreckte Teilchen erhalten, die Ketten von gleichachsigen
Teilchen zu sein scheinen. Diese langgestreckten Teilchen können als nadeiförmig bezeichnet
werden, obwohl ihre Oberflächen bei der elektronenmikroskopischen Beobachtung gewellt und
nicht glatt sind.
Die Teilchen zeigen eine wesentlich höhere Oxydationsbeständigkeit
als Eisen- oder Eisenlegierungsteilchen, die kein Chrom enthalten. Zur Erzielung
optimaler Stabilität sollte der Chromgehalt wenigstens 5 Gewichtsprozent betragen. Die bevorzugten
Legierungen gemäß der Erfindung enthalten etwa 8 bis 20 Gewichtsprozent Chrom.
Die Teilchen können nach bekannten Verfahren der Metallkeramik zu hochwertigen Dauermagneten
verdichtet werden. Wahlweise können geringe Mengen eines organischen oder anorganischen Bindemittels
vorhanden sein. Im allgemeinen werden etwa 2 bis 30 Gewichtsprozent Bindemittel, bezogen auf
die Gesamtmasse, verwendet. Höhere Bindemittelmengen können verwendet werden, sind jedoch im
allgemeinen unerwünscht, da das Bindemittel gewöhnlich magnetisch inert ist.
In der Pulverform können die Teilchen mit einem filmbildenden Bindemittel gemischt und zur Herstellung
von magnetischen Aufzeichnungsmaterialien auf einen geeigneten Schichtträger aufgebracht werden.
In F i g. 1 und 2 ist ein Magnetband als eine gebräuchliche Form eines magnetischen Aufzeichnungsmaterials
dargestellt.
F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Magnetband und F i g. 2 einen Querschnitt durch das
Band längs der Linie A-A. Als Schichtträger 1 dient im allgemeinen eine flexible Polymerfolie mit geeigneten
mechanischen Eigenschaften. Wie bereits erwähnt, muß diese Folie flexibel und mit der Zeit
und unter Beanspruchung formbeständig sein. Als Trägerfolien eignen sich beispielsweise Folien von
Polyäthylenterephthalat, die durch Recken biaxial orientiert worden sind, Celluloseacetat und ähnlichen
Materialien. Ein überzug aus ferromagnetischen Teilchen in einem Bindemittel 2 wird auf die Oberfläche
der Trägerfolie aufgebracht und zu einer glatten, gleichmäßigen Schicht kalandriert. Außer üblichen
Magnetbändern, die für die magnetische Aufzeichnung verwendet werden, können andere Aufzeichnungsmaterialien,
z. B. die für das thermomagnetische Reflexkopieren verwendeten Aufzeichnungsmaterialien unter Verwendung der ferromagnetischen
Teilchen gemäß der Erfindung hergestellt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht. In diesen Beispielen beziehen
sich die Mengenangaben auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben. Die Hufeisenmagnete, die bei den
in den Beispielen beschriebenen Versuchen verwendet wurden, hatten Feldstärken von 1500 bis 1700 Oe.
Die magnetischen Eigenschaften wurden bestimmt, indem das Pulver in Rohre gepackt und die Rohre in
ein Extraktionsmagnetometer mit einem angelegten Feld von etwa 4400 Oe gestellt wurden. Die Werte
der Sättigungsmagnetisierung as und der remanenten
Magnetisierung ar sind in den Beispielen in elektromagnetischen
Einheiten/g angegeben.
Eine Lösung von 43,5 g FeSO4 ■ 7H2O und 20 g
Cr2(SOJ3 ■ xH2O (30 bis 35 Gewichtsprozent H2O)
in 500 ml destilliertem Wasser wurde hergestellt. Ferner wurden 7,6 g NaBH4 in 250 ml destilliertem
Wasser gelöst. Die NaBH4-Lösung wurde langsam zur Metallsalzlösung gegeben. Eine heftige exotherme
Reaktion fand statt, bei der sich ein schwarzer magnetischer Feststoff abschied. Dieser Feststoff wurde mit
Wasser und dann mit Aceton gut gewaschen. Er wurde an der Luft trocknen gelassen. Das Produkt
wog 6 g. Es enthielt 59,85% Fe, 16,95% Cr, 5,32% B, Rest Sauerstoff und Wasser. Das Produkt hatte eine
Koerzitivkraft ;//c von 253 Oe, eine Sättigungsmagnetisierung
as von 41,8 elektromagnetischen Einheiten/g
und ein Remanenzverhältnis (ar/as) von 0,258.
Eine Lösung von 27,8 g FeSO4 · 7H2O und 2,5 g
K2Cr2(SOJ4 ■ 24H2O in 200 ml destilliertem Wasser
wurde in ein 2-1-Becherglas gegeben, das auf den Polen eines Hufeisenmagneten mit einem Feld von
1500 Oe stand. Eine Lösung von 3,8 g NaBH4 in
100 ml kaltem destilliertem Wasser wurde langsam
innerhalb von 10 Minuten zugesetzt. Die schwarze Fällung wurde abfiltriert und mit Wasser und dann
mit Aceton gewaschen. Sie wurde in 125 ml Aceton 16 Stunden suspendiert, abfiltriert und an der Luft
getrocknet. Das Produkt wog 4 g und enthielt 66,86% Fe, 6,82% Cr, 3,06% B, Rest Sauerstoff und Wasser.
Das Produkt hatte eine Koerzitivkraft tHc von 417 Oe,
eine Sättigungsmagnetisierung as von 96 elektromagnetischen
Einheiten/g und ein Remanenzverhältnis (ar/as) von 0,302. Die Teilchen hatten einen mittleren
Durchmesser von etwa 0,06 μ und eine mittlere Länge von etwa 1 μ.
Beispiele 3 bis 15
Die Beispiele 3 bis 6 veranschaulichen die Herstellung von Produkten, die Eisen und Chrom in
unterschiedlichen Anteilen enthielten. Das im Beispiel 2 beschriebene allgemeine Verfahren wurde
angewendet. In allen Fällen wurde eine Lösung von 3,8 g NaBH4 in 100 ml kaltem destilliertem Wasser
verwendet.
ίο Die Mengen der Eisen- und Chromsalze und
die Analysen werte der Produkte sind nachstehend in Tabelle I zusammengestellt.
FeSO4 -7H2O | K2Cr(SO4U- 24H2O | Fe | Cr | B | Ungefähr | : mittlere | Länge | |
Beispiel | g | g | % | % | % | Größe in μ | 2 | |
55,6 | 20 | 66,72 | 10,31 | 1,53 | Durchmesser | 1,5 | ||
3 | 55,6 | 5 | 74,90 | 3,67 | 2,45 | 0,06 | 1,5 | |
4 | 55,6 | 15 | 71,29 | 7,07 | 1,91 | 0,05 | 1 | |
5 | 55,6 | 1 | 77,91 | 2,31 | 2,18 | 0,05 | ||
6 | 0,06 | |||||||
Die magnetischen Eigenschaften der obengenannten Produkte sind nachstehend in Tabelle II zusammengestellt.
Beispiel | A | σ, | te- | "J". |
3 | 438 | 98 | 33 | 0,337 |
4 | 490 | 109 | 41 | 0,375 |
5 | 440 | 93 | 31 | 0,334 |
6 | 530 | 115 | 41 | 0,356 |
Wie bereits in der allgemeinen Beschreibung der Produkte erwähnt, kann der in den Teilchen gemäß
der Erfindung vorhandene Sauerstoff in Form von Metalloxyden und/oder -hydroxyden oder als Feuchtigkeit
vorliegen. In einem gemäß Beispiel 3 hergestellten Produkt wurden 3,02% Feuchtigkeit gefunden.
Dieser Feuchtigkeitsgehalt wurde wie folgt bestimmt: Der Gewichtsverlust einer Probe, die unter
einem Vakuum von 0,1 μ Hg erhitzt wurde, wurde mit einer thermogravimetrischen Analysenapparatur
»Du Pont 950« gemessen. Die Probe wurde mit einer Geschwindigkeit von 10°/Minute von Raumtemperatur
auf 4000C erhitzt. Zwischen Raumtemperatur und 175° C verlor die Probe 3,02% ihres ursprünglichen
Gewichts, während bis 4000C kein weiterer Gewichtsverlust
eintrat.
Die Beispiele 7 bis 15 veranschaulichen den Einfluß der Temperatur auf das Produkt bei Verwendung
der gleichen Materialmengen und bei Anwendung des gleichen allgemeinen Verfahrens, außer daß das Reaktionsgefäß
in einem temperaturkonstanten Bad bei den angegebenen Temperaturen und in einem Feld
von 1700 Oe gehalten wurde. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle III genannt.
Bei | Tem | Cr | B | 435 | 90 | 34 | σΓ/σ5 |
spiel | peratur 0C |
% | % | 520 | 94 | 35 | 0,377 |
7 | 10 | 9,16 | 2,14 | 508 | 96 | 35 | 0,371 |
8 | 25 | 10,64 | 2,74 | 540 | 93 | 35 | 0,365 |
9 | 30 | 11,00 | 2,00 | 595 | 95 | 37 | 0,382 |
10 | 35 | 11,36 | 1,71 | 690 | 98 | 39 | 0,394 |
11 | 40 | 12,39 | 1,66 | 697 | 106 | 43 | 0,398 |
12 | 45 | 11,56 | 1,91 | 667 | 94 | 37 | 0,406 |
13 | 50 | 11,47 | 1,48 | 751 | 97 | 40 | 0,394 |
14 | 55 | 12,53 | 1,94 | 0,412 | |||
15 | 60 | 12,38 | 1,69 | ||||
Die Morphologie der Pulver wurde mit einem Elektronenmikroskop bei 20000facher Vergrößerung
bestimmt. Die unterhalb von 400C synthetisierten Teilchen waren zu etwa 50% nadeiförmig mit durchschnittlichen
Abmessungen von etwa 1,0 χ 0,08 μ. Die bei 400C oder darüber synthetisierten Teilchen
waren zu etwa 80% nadeiförmig mit typischen Abmessungen von 1,6 χ 0,05 μ.
Beispiele 16 bis 19
Diese Beispiele veranschaulichen die Herstellung von Fe-Co-B-Produkten, die unterschiedliche Chromanteile
enthalten. Die Herstellung erfolgte nach dem im Beispiel 2 beschriebenen allgemeinen Verfahren.
In allen Fällen wurde eine Lösung von 3,8 g NaBH4 in 100 ml kaltem destilliertem Wasser verwendet. Als
Eisensalz wurden 33,4 g FeSO4 · 7H2O und als Ko-
&5 baltsalz 22,4 g CoSO4 · 7H2O verwendet. Die verwendeten
Mengen des Kaliumchromsulfats und die Analysenwerte der Produkte sind nachstehend in
Tabelle IV zusammengestellt.
K2Cr2(SO4I4 -24H2O | Fe | Co | Cr | B | Ungefähre | mittlere | |
Beispiel | g | % | % | % | % | Größe | in μ |
O | 48,72 | 32,36 | 0 | 4,68 | Durchmesser | Länge | |
Kontrolle | 5 | 32,07 | 20,72 | 1,94 | 3,01 | 0,04 | 0,5 |
16 | 10 | 37,30 | 16,46 | 7,42 | 3,32 | 0,05 | 0,2 |
17 | 15 | 37,58 | 18,36 | 9,95 | 3,56 | 0,05 | 0,5 |
18 | 25 | 26,52 | 14,73 | 15,73 | 2,37 | 0,06 | 0,3 |
19 | 0,06 | 0,1 | |||||
Die magnetischen Eigenschaften dieser Produkte sind nachstehend in Tabelle V zusammengestellt.
Beispiel | 950 | °s | 45 | njas |
Kontrolle | 685 | 104 | 20 | 0,433 |
16 | 570 | 50 | 25 | 0,400 |
17 | 440 | 62 | 22 | 0,403 |
18 | 295 | 60 | 11 | 0,377 |
19 | 34 | 0,323 | ||
Beispiele 20 bis 24
Diese Beispiele veranschaulichen die Herstellung von Fe-Cr-B-Produkten, die unterschiedliche Kobaltanteile
enthalten. Die Herstellung erfolgte nach dem im Beispiel 2 beschriebenen allgemeinen Verfahren.
In allen Fällen wurde eine Lösung von 3,8 g NaBH4 in 100 ml kaltem destilliertem Wasser verwendet. Als
Eisensalz wurden 44,6 g FeSO4 · 7H2O und als
Chromsalz 20 g K2Cr2(SO4J4 · 24H2O verwendet. Die
verwendete Kobaltsulfatmenge und die Analysenwerte der Produkte sind nachstehend in Tabelle VI
zusammengestellt.
Beispiel | CoSO4-7H2O | Fe | Co | Cr | B | Ungefähre Größi |
mittlere ; in μ |
g | % | % | % | % | Durchmesser | Länge | |
20 | 0 | 67,50 | 0 | 11,48 | 2,05 | 0,06 | 1 |
21 | 2,8 | 59,34 | 3,31 | 13,53 | 2,24 | 0,05 | 0,6 |
22 | 5,6 | — | — | — | — | 0,05 | 0,5 |
23 | 8,4 | 54,24 | 8,53 | 13,27 | 2,76 | 0,06 | 0,3 |
24 | 11,2 | 49,20 | 10,47 | 12,18 | 2,78 | 0,06 | 0,3 |
Die magnetischen Eigenschaften der chemisch hergestellten Produkte sind nachstehend in Tabelle VII
angegeben.
Beispiel | A | 82 | te- | 0,330 |
20 | 445 | 52 | 29 | 0,289 |
21 | 305 | 54 | 15 | 0,314 |
22 | 300 | 57 | 17 | 0,351 |
23 | 325 | 60 | 20 | 0,333 |
24 | 345 | 20 | ||
Eine Lösung von 44,6 g FeSO4 · 7H2O, 10,5 g
NiSO4-6H2O und Ig K2Cr2(SOJ4 · 24H2O in
200 ml destilliertem Wasser wurde in ein 2-1-Becherglas
gegeben, das auf den Polen eines Hufeisenmagneten einer Feldstärke von 1500 Oe stand. Eine
Lösung von 3,8 g NaBH4 in 100 ml kaltem destilliertem Wasser wurde langsam innerhalb von 10 Minuten
zugesetzt. Die schwarze Fällung wurde abfiltriert und mit Wasser und dann mit Aceton gewaschen. Sie
wurde in 125 ml Aceton 16 Stunden suspendiert, abfiltriert und an der Luft getrocknet. Das Produkt
wog 4,1 g. Es enthielt 48,57% Fe, 18,11% Ni, 1,75% Cr, 3,48% B, Rest Sauerstoff und Wasser. Das Produkt
hatte eine Koerzitivkraft ,//c von 1040 Oe, eine
Sättigungsmagnetisierung as von 66 elektromagnetischen
Einheiten/g und ein Remanenzverhältnis ar/as
von 0,425.
Beispiel 26 '
Ein Eisen - Nickel - Chrom - Bor - Legierungspulver wurde in Gegenwart eines Magnetfeldes von etwa
1700 Oe synthetisiert. In ein 2-1-Becherglas, das auf
den Polen eines Hufeisenmagneten stand, wurde eine Lösung von 52,8 g FeSO4 · 7H20,2,6 g NiSO4 · 6H2O
und 1 g K2Cr2(SOJ4 · 24H2O in 200 ml destilliertem
Wasser gegeben. Eine Lösung von 3,8 g NaBH4 in
100 ml destilliertem WasseF wurde langsam innerhalb von 10 Minuten in das Becherglas gegeben. Während
der Zugabe der NaBH4-Lösung fand eine heftige exotherme Reaktion statt, bei der ein schwarzes
magnetisches Pulver gebildet wurde. Das Pulver wurde abfiltriert und mit Wasser und dann mit Aceton
gewaschen. Nach dem Waschen wurde das Produkt etwa 16 Stunden in Aceton suspendiert, abfiltriert
und an der Luft getrocknet.
Das Pulver hatte die folgende chemische Zusammensetzung: 73,78% Fe, 1,27% Ni, 4,10% Cr und
109516/333
2,14% B. Es hatte einen <rs-Wert von 106 elektromagnetischen
Einheiten/g, einen ,//C-Wert von
1155 Oe und ein <7r/crs-Verhältnis von 0,47. Das Pulver
bestand im wesentlichen aus nadeiförmigen Teilchen mit einer mittleren Breite von etwa 0,04 μ und
einer mittleren Länge von etwa 0,6 μ. Wenn ein Pulverprodukt auf die gleiche Weise, jedoch in Abwesenheit
eines äußeren Magnetfeldes hergestellt wird, werden gleichachsige Teilchen von etwa 0,03 μ Durchmesser
gebildet.
Ein Eisen-Kobalt-Nickel-Chrom-Bor-Legierungspulver wurde in Gegenwart eines Magnetfeldes von
etwa 1700 Oe synthetisiert. In ein 2-1-Becherglas, das
auf den Polen eines Hufeisenmagneten stand, wurde eine Lösung von 50,0 g FeSO4 7H2O, 2,8 g CoSO4 ·
7H2O, 2,6 g NiSO4 · 6H2O und 1 g K2Cr2(SOJ4 ·
24H2O in 200 ml destilliertem Wasser gegeben. Eine
Lösung von 3,8 g NaBH4 in 400 ml destilliertem Wasser wurde langsam innerhalb von 10 Minuten in
das Becherglas gegeben. Während der Zugabe der NaBH4-Lösung fand eine heftige exotherme Reaktion
statt, bei der ein schwarzes magnetisches Pulver gebildet wurde. Das Produkt wurde abfiltriert und mit
Wasser und dann mit Aceton gewaschen. Nach dem Waschen wurde das Produkt etwa 16 Stunden in
Aceton suspendiert, abfiltriert und an der Luft getrocknet.
Das Pulver hatte die folgende chemische Zusammensetzung:
66,56% Fe, 3,47% Co, 1,22% Ni, 5,04% Cr und 2,11% B. Es hatte einen as-Wert von 92 elektromagnetischen
Einheiten/g, einen ^H1.-Wert von
1190 Oe und ein ar/as-Verhältnis von 0,48. Das Pulver
bestand im wesentlichen aus nadeiförmigen Teilchen mit einer mittleren Breite von etwa 0,04 μ und
einer mittleren Länge von etwa 1 μ. Wenn ein Pulver in der gleichen Weise, wie in diesem Beispiel beschrieben,
in Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes hergestellt wird, werden gleichachsige Teilchen von etwa
0,03 μ Durchmesser gebildet.
und Wasser. Das Produkt hatte eine Koerzitivkraft iHc von 520 Oe, eine Sättigungsmagnetisierung <rs von
109 elektromagnetischen Einheiten/g, eine Remanenzmagnetisierung ar von 41 elektromagnetischen Einheiten/g
und ein Remanenzverhältnis ar/as von 0,376.
Es bestand zu etwa 75% aus nadeiförmigen Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,05 μ und
einer mittleren Länge von 0,7 μ.
Das im Beispiel 28 beschriebene allgemeine Verfahren
wurde angewendet. Eine Lösung von 278 g FeSO4 · 7H2O, 50 g K2Cr2(SO4J4 · 24H2O und 12,5 g
CoSO4 · 7H2O in 1 1 destilliertem Wasser wurde hergestellt
und langsam mit einer Lösung von 19 g NaBH4 in 500 ml kaltem destilliertem Wasser versetzt.
Die gebildete Fällung wurde abgetrennt und in der bereits beschriebenen Weise gewaschen. Das
Produkt enthielt 71,0% Fe, 8,4% Cr, 3,1% Co und 2,29% B, Rest Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser.
Die Teilchen hatten eine mittlere Breite von 0,04 μ und die folgenden magnetischen Eigenschaften:
,Hc = 710 Oe; as = 114 elektromagnetische Einhek
ten/g; ar = 43 elektromagnetische Einheiten/g; orjas
= 0,377. Ein Vergleich der Ergebnisse dieses Versuchs mit den Ergebnissen im Beispiel 5 zeigt, daß
durch Zusatz einer geringen Kobaltmenge zu einer Eisen-Chrom-Bor-Legierung die Koerzitivkraft der
Teilchen erhöht wird.
Beispiele 30 bis 35
Das gleiche allgemeine Verfahren, das im Beispiel 2 beschrieben ist, wurde bei diesen Beispielen angewendet.
In allen Fällen wurde eine Lösung von 3,8 g NaBH4 in 100 ml kaltem Wasser verwendet. Die
Mengen der anderen Reaktionsteilnehmer sind in Tabelle VIII genannt. Die Analysenwerte der Produkte
sind in Tabelle IX und die magnetischen Eigenschaften der Produkte in Tabelle X angegeben.
45
278 g FeSO4-7H2O, 50 g K2Cr2(SO4)4 · 24H2O
und 2 g CoSO4 · 7H2O wurden in destilliertem Wasser
gelöst. Die Lösung wurde auf 1 1 aufgefüllt und in ein auf 35° C eingestelltes temperaturkonstantes
Bad gestellt. Ein drehbarer Hufeisenmagnet von I7OO Oe wurde unter der Anordnung angebracht.
Während der Hufeisenmagnet mit etwa 15 UpM gedreht wurde, wurden 500 ml einer Lösung von
19 g NaBH4 in destilliertem Wasser in einer Geschwindigkeit
von 25 ml/Minute aus einer Bürette mit biegsamer Spitze der Lösung der Metallsalze zugesetzt.
Ein kleiner, mit Kunststoff überzogener magnetischer Rührstab war an der Spitze der Bürette
so befestigt, daß er sich in Phase mit dem rotierenden Hufeisenmagneten drehte. Mit fortschreitendem Zusatz
schied sich ein schwarzer Feststoff ab. Gelegent-Hch mußte von außen gerührt werden, um das voluminöse
feste Produkt zu dispergieren. Nach erfolgtem Zusatz wurde das Gemisch filtriert und das feste Produkt
mit 2 1 destilliertem Wasser und 1 1 Aceton gewaschen und 16 Stunden in Aceton gehalten. Es
wurde abfiltriert und an der Luft getrocknet. Die Ausbeute betrug 13,0 g. Das Produkt enthielt 76,82%
Fe, 0,15% Co und 7,77% Cr, Rest Bor, Sauerstoff
FeSO4 | Tabelle | VIII | NiSO4 ■ | Aus | |
Bei | 7H2O | K2Cr2(SO4U | CoSO4 | 6H2O | beute |
spiel | g | 24H2O | 7H2O | g | |
55,6 | g | _ | 2,5 | ||
30 | 55,6 | 15 | _ | 2,5 | 3,2 |
31 | 55,6 | 10 | 2,5 | 1,0 | 2,7 |
32 | 55,6 | 10 | 2,1 | 1 | 3,1 |
33 | 55,6 | 10 | 1 | 2,5 | 2,8 |
34 | 55,6 | 10 | 1 | 2,5 | 3,0 |
35 | 15 | 2,5 | |||
Bei | Fe | Cr | Co | Ni | Breite |
spiel | o | o | |||
/O | /ο | /0 | /o | μ | |
30 | 69,6 | 11,47 | 0,07 | ||
31 | 62,3 | 7,2 | 3,0 | 2,0 | 0,05 |
32 | 66,0 | 8,6 | 2,7 | 1,6 | 0,05 |
33 | 70,3 | 5,7 | 0,9 | 2,1 | 0,04 |
34 | 67,7 | 6,1 | 1,2 | 2,6 | 0,03 |
35 | 66,5 | 12,9 | <0,5 | <0,5 | 0,03 |
Bei | Oe | os, elektromagn. | a„ elektromagn. | (7r/(7s |
spiel | 540 | Einheiten/g | Einheiten/g | |
30 | 810 | 97 | 39 | 0,402 |
31 | 765 | 93 | 39 | 0,419 |
32 | 775 | 88 | 37 | 0,420 |
33 | 790 | 96 | 43 | 0,447 |
34 | 810 | 88 | 42 | 0,477 |
35 | 88 | 42 | 0,480 | |
Wie bereits erwähnt, sind die chromhaltigen Legierungen gemäß der Erfindung beständiger gegen Oxydation
als gleiche Legierungen, die kein Chrom enthalten. Die erhöhte Oxydationsbeständigkeit wird
wie folgt veranschaulicht: Ein Fe-B-Pulver und Fe-Cr-B-Pulver
mit 2,3, 3,7, 5,7, 7,1 und 11,0% Cr wurden auf die im Beispiel 2 beschriebene Weise hergestellt.
Eine Probe jedes Produkts wurde 3 Minuten in 30%iger Salpetersäure bei 25° C gehalten. Eine weitere
Probe jedes Produkts wurde 10 Minuten eingetaucht. Jedes Gemisch wurde abfiltriert und der
Feststoff mit Wasser gewaschen und in einem Vakuum-Wärmeschrank bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Der Anteil jedes Pulvers, der sich gelöst hatte, wurde in Gewichtsprozent berechnet. Die Ergebnisse sind
nachstehend in Tabelle XI genannt. Sie zeigen deutlich die vorteilhafte Wirkung der Erhöhung des
Chromgehalts. Die Fe-B-Pulver reagierten heftig und vollständig mit der Salpetersäure, während das Pulver
mit 11,0% Cr 3 Minuten keine sichtbare Reaktion mit der Säure zeigte.
Cr, % | Eintauchen in 30%ige HNO3, | 10 Minuten | |
Cr | Fe, % + Cr, % | gelöster Anteil | 100 |
in Gewichtsprozent | — | ||
% | 0 | 3 Minuten | — |
0 | 2,9 | 100 | 89,96 |
2,3 | 4,7 | 97 | 78 |
3,7 | 7,2 | 77 | 33 |
5,7 | 9,0 | 66 | |
7,1 | 13,5 | 15 | |
11,0 | 0 | ||
unter einem Druck von 5600 kg/cm2 bei Raumtemperatur gepreßt. Der erhaltene Stab wurde magnetisiert,
indem er in ein Magnetfeld gebracht wurde. Der Stab hatte eine Koerzitivkraft flc von 335 Oe,
eine Sättigungsmagnetisierung von 74,2 elektromagnetischen Einheiten/g und ein Remanenzverhältnis
von 0,414.
Ein Gemisch von mehreren Chargen eines Fe-Cr-B-Pulvers,
das auf die im Beispiel 2 beschriebene Weise hergestellt worden war, wurde zu magnetischen
Aufzeichnungsbändern verarbeitet. Das Pulvergemisch wurde 5 Stunden mit Kugeln aus Polytetrafluoräthylen
in einem rotierenden Kunststoffkanister gemahlen, um sein Schüttgewicht von etwa 0,1 auf
1,0 g/cm3 zu erhöhen. Das Pulvergemisch hatte einen ,■Hc-Wert von 459 Oe, einen as-Wert von 98 elektromagnetischen
Einheiten/g und einen σ,,-Wert von 36 elektromagnetischen Einheiten/g. Das Pulver hatte
die folgende durchschnittliche chemische Zusammensetzung: 71,6% Fe, 9,6% Cr, 1,5% B und 14,2% O.
Nach dem Mahlen wurde das Pulver mit Sand einer Korngröße von 0,59 bis 0,84 mm in einer Aufschlämmung
von Sojalecithin in Tetrahydrofuran 1 Stunde gemahlen und dann in der Sandmühle mit
einem Bindemittel gemischt, das aus 50 Gewichtsprozent eines löslichen, aus Diisocyanatdiphenylmethan,
Adipinsäure und Butandiol hergestellten Polyesterurethanharzes und 50% eines Copolymeren
von Vinylidenchlorid und Acrylnitril (80 : 20) bestand. Das System aus Bindemittel und Pulver enthielt
etwa 30 Volumprozent Pulver. Nach dem Mischen wurde die Aufschlämmung aus Bindemittel und PuI-ver
unter Druck durch ein 2^-Sieb filtriert, um den Sand zu entfernen, überzüge der filtrierten Aufschlämmung
wurden dann auf eine 38 μ dicke Folie aus Polyäthylenterephthalat aufgetragen. Die beschichteten
Folien, die eine Breite von etwa 7,6 cm und eine Länge von etwa 76 cm hatten, wurden
zwischen den Polen von zwei Plattenmagneten durchgeführt, die ein Feld von etwa 800 Oe parallel zur
Längsrichtung des Bandes erzeugten. Das Band wurde dann 24 Stunden an der Luft und anschließend
etwa 16 Stunden in einem Vakuum-Exsikkator getrocknet. Die gemessenen Eigenschaften des Fe-Cr-B-Magnetbandes
sind nachstehend in Tabelle XII genannt.
50
Die Beständigkeit gegen Oxydation durch 30%ige Salpetersäure steht zur Stabilität der Metalle in
feuchter Luft in Beziehung (The Corrosion Handbook, Ed. Uhlig, John Wiley & Sons, New York,
N. Y., 1948, S. 28).
Wie bereits erwähnt, sind die Legierungen gemäß der Erfindung vorteilhaft für magnetische Anwendungen,
z. B. als Magnete und in Magnetbändern. Diese Anwendungen werden durch die folgenden
Beispiele A und B veranschaulicht.
Aus einem auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellten Eisen-Chrom-Bor-Pulver wurde
ein Dauermagnet wie folgt hergestellt: Eine 1-g-Probe des Pulvers wurde in einer Form von 38,1 χ 2,54 mm
Tabelle XII
Eigenschaften von Fe-Cr-B-Magnetband
Eigenschaften von Fe-Cr-B-Magnetband
a, 1/2" mx. |
Schichtdicke μ |
B,
■ G. |
B,/Bs | Oe |
1,285 | 6,6 | 1530 | 0,70 | 440 |
Claims (9)
1. Ferromagnetische für magnetische Gegenstände verwendete Teilchen mit Querschnittsabmessungen von 0,01 bis 0,3 μ und einer Länge
von 0,01 bis 4 μ, die im wesentlichen mindestens 30 Gewichtsprozent Eisen, bis 35% Kobalt und
bis zu 35% Nickel enthalten, dadurch gekennzeichnet,
daß sie außerdem 0,4 bis 20%, vorzugsweise 8 bis 20% Chrom und 1,0
bis 7,5% Bor gelöst sowie Sauerstoff entweder als Metalloxyd, Metallhydroxyd oder als Feuchtigkeit
enthalten.
2. Ferromagnetische Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Axialverhältnis
von mindestens 3 :1 aufweisen.
3. Ferromagnetische Teilchen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Chrom
in Anteilen von 8 bis 12 Gewichtsprozent neben 0,1 bis 5% mindestens eines der Metalle Nickel
oder Kobalt enthalten.
4. Ferromagnetische Teilchen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Nickel
und/oder Kobalt in Mengen von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent enthalten.
5. Verfahren zur Herstellung der ferromagnetischen Teilchen nach Anspruch 1 bis 4, bei welchem
man Lösungen einer Mischung von Eisen, Nickel und Kobalt umsetzt, dadurch gekenn-
zeichnet, daß man bei gleichzeitiger Gegenwart von Chromsalzen die Reaktion mit einer Lösung
eines Borhydridsalzes eines Metalls der Gruppe IA oder IIA des Periodischen Systems durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in wäßriger
Lösung durchführt.
7. Magnet, dadurch gekennzeichnet, daß er aus den ferromagnetischen Teilchen nach Anspruch 1
bis 4 besteht.
8. Magnetisches Aufzeichnungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Substanz
aus den ferromagnetischen Teilchen nach Anspruch 1 bis 4 besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart
eines magnetischen Feldes von mindestens 100 Oe, vorzugsweise mindestens 1000 Oe, ausführt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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