DE2431874C - Verfahren zur Herstellung eines Magnetmaterials und dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines in Glas einschmelzbaren Magnetmaterials mit einer Koerzitivfeldstärke von 20 bis 80 A/cm, einem Remanonzverhältnis von mindestens 0,80 und einer Remanenzflußdichte von mindestens 1,2 T aus einer Legierung, deren Zusammensetzung innerhalb eines Bereiches im Mehrstoffsystem Kobalt - (Nickel + Aluminium + Titan) - Eisen liegt, der - wie in F i g. 1 dargestellt - begrenzt ist von dem Polygonzug
A (10% Co; 25% (Ni+ Al+ Ti); 65% Fe) B (10% Co; 45% (Ni + Al + Ti); 45% Fe) C (45% Co; 30% (Ni + Al + Ti): 25% Fe) D (45% Co: 15% (Ni + Al + Ti): 40% Fe) - A,
wobei der Aluminium-Gehalt 1 bis 4% und der Titan-Gehalt 0,5 bis 4% beträgt und die Summe des Aluminium- und Titan-Gehaltes 2 bis 5% ergibt.

Zur Herstellung von Speichereinrichtungen und Schaltelementen, wie beispielsweise bistabiler Haftreedrelais, sind Werkstoffe erforderlich, die eine Koerzitivfeldstärke H₁ von 20 bis 80 A/cm, ein Remanenzverhältnis J_r/J_s von mindestens 0,80 sowie eine Remanenzflußdichte B_r=J_r von mindestens 1,2 T besitzen und sich außerdem durch ihre gute Einschmolzbarkeit

ίο in geeignete Gläser auszeichnen; diese Werkstoffe sollen sich ferner im harten Zustand noch hinreichend verformen lassen und im magnetisch günstigen Zustand eine hohe Elastizität aufweisen. Zusätzlich ist eine relativ kleine Sättigungsmagnetostriktion X_s erwünscht.

■ 5 Um diesen magnetischen, mechanisch-thermischen urd technologischen Anforderungen zu entsprechen, ist es bereits aus der DE-AS 22 44 925 bekanntgeworden, eine Kobalt-Eisen-Nickel-Niob-Legierung zu verwenden, die zusätzlich noch wenigstens ein Metall aus der Gruppe Tantal, Titan, Vanadium, Zirkonium, Molybdän, Chrom und Wolfram enthalten kann. Bei dieser Legierung liegt das Gewichtsverhältnis von Kobalt zu Eisen im Bereich von 3:2 bis 1:2 und das von Nickel zu Eisen im Bereich von 1:1 bis 1:3, und der Anteil an Niob bzw. Niob und Zusatzmetall beträgt 1 bis 5 Gew.-%. Für die vorgesehene Verwendung wird diese Legierung bei 600 bis 900 C ausgehärtet und dana;h mit Zwischcnglühungen bei Temperaturen von mindestens 600 C um mindestens 75% kaltverformt.

Als nachteilig hat sich indessen erwiesen, daß die vorbekannte Kobalt-Eisen-Nickel-Niob-Legierung der Forderung nach einer hohen Metall-Glas-Haftfestigkeit, einer wesentlichen Voraussetzung guter Einschmclzbarkeit, nur unzureichend entspricht. Es ist ferner als Nachteil anzusehen, daß diese Legierung mit Niob ein - relativ teures - Metall als Mußkomponente enthält, dessen Schmelzpunkt um nahezu 1000 C über dem der übrigen Komponenten liegt.

Ferner ist aus der CH-PS I 55 83C eine Legierung bekannt, die aus 0 bis 34% Kobalt, 20 bis 54% Nickel und 46 bis 70% Eisen besteht und rußerdem Zusätze aus einer Reihe von Metallen, darunter auch Titan und Aluminium, enthalten kann, deren Summe höchstens 2% betragen soll. Diese Legierung zeichnet sich durch einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aus. Über magnetische Eigenschaften der Legierung läßt sich der CH-PS 1 55 830 nichts entnehmen.

Weiterhin ist aus der CH-PS ! 77 314 eine Legierung bekannt, die aus 3 bis 50% Nickel, I bis 50% Titan, Rest Eisen besteht und zusätzlich 0 bis 60% Kobalt bzw. 0 bis 20% Aluminium enthalten kann. Aus den entsprechenden Angaben über die Koerzitivfeldstärke (250 bis 830 Oe a 200 bis 664 A/cm) und die Remanenzflußdichte auf Seite 2, Absätze 3 und 4 der CH-PS 1 77 314 geht jedoch eindeutig hervor, daß es sich bei der bekannten Legierung um einen Dauermagnetwerkstoff handelt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine niobfreie Legie-

fto rung zur Verfugung zu stellen, welche die eingangs genannten Anforderungen an Werkstoffe für Speichereinrichtungen und Schaltelemente sowohl in magnetischer als auch in mechanisch-technologischer Hinsicht erfüllt.

(15 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, daß ein Rohling der entsprechenden Zusammensetzung zunächst bei 700 bis 900C zwischengeglüht, dann um

mindestens 70% kaltverfornit und schließlich einer 0,5- bis 4stündigen Schlußglühung bei 500 bis 700 C unterworfen wird.

Entgegen der Vorstellung, daß in Kobalt-Eisen-Nickel-Legierungen ein Mindestgehalt an Niob unerläßlich sei, um eine befriedigend hohe Koerzitivfeldstärke zu erlangen (DE-AS 2? 44 925, Spalte 3, Zeilen 1 bis 23), hat sich überraschenderweise gezeigt, daß auch niobfreie Kobalt-Nickel-Eisen-Legierungen die geforderten magnetischen Kennwerte erreichen, wenn ihnen die Elemente Aluminium und Titan in einem bestimmten Verhältnis zugesetzt und eine hohe Kaltverformung sowie eine geeignete Wärmeschlußbehandlung vorgenommen werden. Im Vergleich zur vorbekannten niobhaltigen Legierung zeichnet sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Legierung zusätzlich durch ihre beträchtlich erhöhte Metallglas-Haftfestigkeit aus.

Als besonders vorteilhaft hat e.s sich herausgestellt, die Schlußglühung 1 bis 3 Stunden vorzunehmen.

Vorteilhaft wird ferner die Zusammensetzung der Legierung innerhalb eines Bereiches im Mehrsioffsystem Kobalt - (Nickel + Aluminium + Titan; - Eisen gewählt, der - wie in der Figur dargestellt - begrenzt ist von dem Polygonzug

E (15% Co; 30% (Ni+ AI+ Ti); 55% Fe) F (15% Co; 35% (Ni+ Al+ Ti); 50% Fe) G (42% Co; 24% (Ni+ Al+ Ti); 34% Fe) H (42% Co; 19% (Ni+ Al+ Ti): 39% Fe) - E.

Vorzugsweise sollte der Aluminium-Gehalt I bis 3% und der Titan-Gehalt 1 bis 3% und die Summe des Aluminium- und Titan-Gehaltes 3 bis 4% betragen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Legierungen eignen sich als in Glas einschmelzbarer Magnetwerkstoff.

Die Erfindung wird im folgenden an Hund von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert.

In einem Vakuumofen wurden fünf erfindungsgemäße Legierungen (Nr. I bis 5) und eine zum Stand der Technik gehörende Legierung (Nr. 6) auf Kobalt-Nickel-Eisen-Basis hergestellt; ihre chemische Zusammensetzung ist in der ! libelle 1 angegeben:

Tabelle I

Legierungen auf Kobalt-Nickel-Eisen-Basis

Zusammensetzung in Gewichtsprozent

|0 Legierung Nummer	I 5	4	Co	Fe*)	Ni	Al	Ti	Nb
1	5	14,70	Rest	28,60	2,88	1,08	-
2	LO 6	23,40	Rest	25,00	3,10	1,20	-
38,85	Rest	18,75	2,80	1,10	-
40,00	Rest	16,20	3,12	1,19	-
40,00	Rest	16,25	1,01	3,28	-
40,05	Rest	16,15	_	_	3.75

*) Einschließlich üblicher erschmelzungsbedingter Verunreinigungen. Der Gesamtanteii an Desoxidation*- und Entschwefelungselementcn beträgt weniger als 1 Gew -",;,.

2s Nach dem Ausschmieden wurden die einzelnen Schmelzblöcke auf 5,4 mm Dicke heißgeualzt, im Temperaturbereich von 700 bis 900 C geglüht, danach gebeizt und dann durch Ziehen um 67, 70, 87, 90, 95 bzw. 97% kaltverformi. Aus dem so gefertigten Draht

}o wurden 100 mm lange Proben hergestellt, um den Einfluß der Wärmeschlußbehandlung auf die magnetischen und mechanisch-technologischen Kenngrößen zu ermitteln.
An zwei erfindungsgemäßen Legierungen (Nr. 4 und 5) und an der zum Stand der Technik gehörenden Legierung (Nr. 6) wurde außerdem die Glashaftfestigkeit nach dem in der Zeitschrift »Glastechnische Berichte«. 46 (1973), Seiten 153 bis 155, beschriebenen Verfahren bestimmt.

Tabelle 2

Magnetische und mechanisch-technologische Kennwerte von Legierungen Kobalt-Nickel-Eisen-Basis in Abhängigkeit von deren Kaltverformung und

Wärmeschlußbehandlung

auf

Legie rung Nr	Kaltver formung	Schlußglühung Tem- Zeit pera- tur	(Std.)	Koerzitiv- feldstiirke	Rema nenz verhältnis J,IJS	iema- nenz- flußdichte	Süttigungs- riußdichte	Vickers- härte (HV) (im harten Zustand)
	("'»)	( C)	2	(A/cm)		T)	(T)
1	95	550	2	65	0.88	1.32	1.50	440
2	70	600	2	70	0.84	!,30	1.55	380
2	90	600	2	80	0,85	.32	1,55	460
3	95	550	2	50	0.92	,58	1,70	545
3	95	650	2	42	0.86	.45	1.68	545
4	97	550	2	40	0.^0	.48	',66	480
4	97	650	2	36	0,89	.46	1,64	480
4	87	650	2	28	0.80	.31	1,64
4	67	650	2	30	0.76	.22	1,60
4	97	750	2	10	0.74	.18	1,64	480
5	"5	500	2	57	0.86	.42	1,65	485
6	^7	600	19	0.80	.25	1.56	490

Aus den in der Tabelle 2 wiedergegebenen magnetischen und mechanisch-technologischen Kennwerten ergibt sich, daß hei den Legierungen Nr. I bis 5 einerseits eine zu niedrige Kaltverformung (weniger als 70%) und andererseits eine zu hohe SchIußglühtemperatur (750 C) /u einem Remanenzverhältnis führen, das unterhalb des angestrebten Sollwertes von mindestens 0.80 liegt. Line zu hohe Schlußglühtemperatur (750 C) hat außerdem eine unzureichende Koerzitivfeldstärke (10 A/cm) und ein zu niedriges Rcmanenzverhiilmis (0.74) zur Folge. Werden hingegen die Verfahren-^chritte zur Finstellung dos .ingestrebten magnetischen /us-tandes vrfindungsgemali \orücn<immen. so liegen die charakteristischen magnetischen Kenngrößen der Koball-Nickel-I isen-Aluminium-1 i-

Tabelle 3

tan-Legierungen in den erforderlichen Wertebereichen, und sie übertreffen die entsprechenden Kenngroßen der zum Stand der Technik gehörenden Kobalt-FJsen-Nickel-Niob-Legicrung (Nr. 6). insbesondere bezüglich der Koerzitivfeldstärke.

Die Untersuchungsergebnisse zeigen lerner, daß unter gleichen llerstellungsbedingungen die kobaltärmeren Legierungen (Nr. 1 und 2) einerseits eine höhere Koerzitivfeldstärke erreichen als die kobaltreicheren Legierungen (Nr. 3. 4 und 5), andererseits aber kleinere Remanenzflußdichten aufweisen. Für den insgesamt erwünschten Wcrtchcreich liefern somit die erhaltenen Daten auch eine Arbeitsregel zur speziellen Auswahl erfindungsgemäß her/uMellender I egierimgen.

(ilaslial'tungskennwerle \on Legierungen aul Kohalt-Niiki'l-I'isi'ii-Ii;isi, in AhhiiniHtrkfit \un der Oxidationshehandlung

I eine- Uvul.itKinsruiie heh.tndlunu
Nr '

I oiiipe- /eil

r.iliir

iMin

4	9(Kl
4	9(Kl
ς	9(κι
fl	9IKI

91KI

Anmerkung

ι ina/cnv ι
(O

Oxidschicht
blättrig

Oxidschicht
bliittrie

DaK sich die nach der Lrfindung /ur \'erfügung gestallten Legierungen auch durch ihre ausgeprägte Gla-haftung auszeichnen, folgt unmittelbar aus den in der Tabelle 3 wiedergesehenen Meßzahlen.

Infolge ihrer sehr günstigen magnetischen und mci-hanisch-iejhnijlogjschen Ligenschaften. ins-H-jMind,-ihrer großen Koer?iti\feldstärke, ihres hohen Remanenzverhältnisses und ihrer hervorragenden Glashaftung eignen sich die anmeldungsgemäß ausgewählten und hergestellten Legierungen vornehmlich als Werkstoffe für Speichereinrichtungen und Schaltelemente. Sie ermöglichen einen vereinfachten Aufbau derartiger Vorrichtungen sowie eine hohe Funl.tionssicherheit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

24 3i 874 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines in Glas einschmelzbaren Magnetmaterials mit einer Koerzitivfeldstärke von 20 bis 80 A/cm, einem Remanenzverhältnis von mindestens 0,80 und einer Remanenzflußdicnte von mindestens 1,2 T aus einer Legierung, deren Zusammensetzung innerhalb eines Bereiches im Mehrstoffsystem Kobalt - (Nickel + Aluminium + Titan) — Eisen liegt, der begrenzt ist von dem Polygonzug

A (10% Co; 25% (Ni + AI +Ti); 65% Fe) B (10% Co; 45% (Ni +Al+ Ti); 45% Fe) C (45% Co; 30% (Ni +Al+ Ti); 25% Fe) D (45% Co; 15% (Ni +AI+Ti); 40% Fe) - A,

wobei der Aluminium-Gehalt 1 bis 4% und der Titan-Gehalt 0,5 bis 4% beträgt und die Summe des Aluminium- und Titan-Gehaltes 2 bis 5% ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling der entsprechenden Zusammensetzung zunächst bei 700 bis 900 C zwischengeglüht, dann um mindestens 70% kaltverformt und schließlich einer 0,5- bis 4stündigen Schlußglühung bei 500 bis 700 C unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Schlußglühung 1 bis 3 Stunden dauert.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf eine Legierung, deren Zusammensetzung innerhalb eines Bereiches im Mehrstoffsystem Kobalt - (Nickel +Aluminium+ Titan) - Eisen liegt, der begrenzt ist vo?i dem ,-olygonzug

E (15% Co; 30% (Ni + Al + Ti): 55% Fe) F (15% Co; 35% (Ni +Al+ Ti); 50% Fe) G (42% Co; 24% (Ni+ Al+ Ti); 34% Fe) H (42% Co; 19% (Ni+ Al+ Ti); 39% Fe) - E.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf eine Legierung der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 3, deren Aluminium-Gehalt 1 bis 3% und deren Titan-Gehalt 1 bis 3% beträgt und wobei die Summe des Aluminium- und Titan-Gehaltes 3 bis 4% ergibt.

5. Verwendung einer nach den Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Legierung als in Glas einschmelzbaren Magnetwerkstoff.