DE2915737A1

DE2915737A1 - Amorphe metallegierung und baender daraus

Info

Publication number: DE2915737A1
Application number: DE19792915737
Authority: DE
Inventors: Fred Everett Luborsky; John Lee Walter
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1979-11-08
Also published as: GB2023173A; JPH03264654A; FR2423547B1; GB2023173B; ES8202371A1; JPH0143828B2; PH14433A; JPS54148122A; BR7902477A; IT1113381B; DE2915737C2; FR2423547A1; IT7922007A0; ES479803A0

Description

Amorphe Metallegierung und Bänder daraus

Die Erfindung bezieht sich auf Metallegierungen und insbesondere neue amorphe Metallegierungen, die eine einzigartige Kombination magnetischer und physikalischer Eigenschaften aufweisen, und sie betrifft weiter Bänder und andere brauchbare Gegenstände daraus.

Amorphe Metalle mit einer hohen Sattigungsmagnetisierung können vorteilhaft in elektrischen Apparaten eingesetzt werden, wie Speise- und Leistungstransformatoren, doch ermangeln solche Legierungen der erforderlichen Duktilität und Stabilität für diesen Zweck. So hat z. B. die eisenreiche Legierung Fe₈₀B_3n eine 4 ν Μ von 15.700 bis 16.100 Gauss, beginnt jedoch innerhalb von 2 Stunden bei etwa 340 C zu kristallisieren und ist recht schwierig in Form eines duktilen Bandes für elektrische Apparaturen herzustellen. Andere bekannte amorphe Legierungen haben eine etwas größere Stabilität und angemessene Duktilität für diesen Zweck, doch ist ihre Sattigungsmagnetisierung zu gering.

Durch die vorliegende Erfindung besteht nicht mehr die Notwendigkeit, zwischen der erwünschten Magnetisierung und den physikalischen Eigenschaften in amorphen Metallen zu wählen. Durch die vorliegende Erfindung wird eine amorphe Metallegierung in Form eines Bandes geschaffen, das ausreichend duktil ist, um leicht in elektrischen Apparaturen eingesetzt zu werden und das gute magnetische Eigenschaften aufweist und Stabilität bei erhöhter Temperatur. Diese einzigartige Kombination von Eigenschaften für die Anwendung der amorphen Metalle auf dem Gebiete der Energieerzeugung, Übertragung und Benutzung kann ohne Nachteile erhalten werden.

Es wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die Sattigungsmagnetisierung einer amorphen Metallegierung durch die Zahl

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-A-

glasbildenden von Elektronen beeinflußt wird, die aus V Bestandteilen der Legierung zur Verfügung gestellt werden. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Stabilität solcher Legierungen verbessert wird, wenn eine größere Varietät von glasbildenden Atomen darin Anwendung findet. Obwohl daher die binäre Legierung ^Feg_oB₂o ^{schwer als} hochduktiles amorphes Band herzustellen ist, haben sich geringe Zusätze eines zweiten glasbildenden Elementes als vorteilhaft bei der Herstellung sehr duktiler Bänder unter den dafür üblichen Bedingungen erwiesen.

Es wurde weiter festgestellt, daß die Zugabe von Silizium zu Fe₈₀B₃₀ die 4T"M reduziert, weil Silizium mehr verfügbare Elektronen hat als Bor, die Verbesserung hinsichtlich der Duktilität aber groß ist und die Sättigungsmagnetisierung nur am Rande vermindert wird. Darüberhinaus wird die Stabilität gegen Kristallisation bei erhöhter Temperatur in jedem Falle beträchtlich verbessert, bei dem Bor teilweise durch Silizium ersetzt ist und dies in Legierungen, die 80 bis 84 Atom-% Eisen enthalten. In solchen Legierungen variiert Silizium von 1 bis 8 Atom-%, während Bor im Bereich von 12 bis 16 Atom-% vorhanden ist. Gemäß dem allgemeinen Konzept der vorliegenden Erfindung können unter gewissen Umständen Phosphor, Aluminium, Kohlenstoff und sogar Schwefel entweder in Kombination oder einzeln zusammen mit Silizium eingesetzt werden, wobei die obengenannten neuen Ergebnisse und Vorteile erhalten werden.

Gemäß dem Erfindungskonzept muß dieser Zusatz jedoch in jedem Falle damit verbunden sein, daß der Eisengehalt der Legierung nicht unterhalb von 80 Atom-% verringert wird. Auch beträgt der Minimalgehalt an Silizium in den erfindungsgemäßen Legierungen etwa 1 Atom-%. Der Maximalgehalt an Phosphor und Schwefel sowohl einzeln als auch in Kombination sollte 0,5 Atom-% nicht überschreiten. Geht man über diese angegebenen Grenzen hinaus, dann verliert man eine oder mehrere der erwünschten magnetischen oder physikalischen Eigenschaften.

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Hinsichtlich ihres Zusammensetzungsaspektes besteht die vorliegende Erfindung aus einer amorphen Metallegierung aus Eisen, Bor und Silizium mit einer einzigartigen Kombination aus erwünschten physikalischen und magnetischen Eigenschaften einschließlich Duktilität, Stabilität bei erhöhter Temperatur und Sättigungsflußdichte aufgrund der Tatsache, daß die Legierung 80 bis 84 Atom-% Eisen, 12 bis 15 Atom-% Bor und 1 bis 8 Atom-% Silizium enthält.

Hinsichtlich ihres Gegenstandaspektes liegt die neue Legierung in Form eines Bandes vor, das brauchbar ist z. B. bei der Konstruktion magnetoelektrischer Komponenten von Motoren, Generatoren, Transformatoren und anderen elektrischen Apparaten.

Bei der Ausführung der Erfindung werden die neuen Legierung einfach durch Vermischen der Legierungsbestandteile in den erforderlichen Mengen in Form von Pulvern und Schmelzen der Mischung zum Gießen von Band mit den erwünschten Abmessungen hergestellt. Das Kühlen nach dem Gießen erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die zur Herstellung amorphen Materials geeignet ist.

Während Variationen hinsichtlich der Schmelztemperaturen der einzelnen Legierungen nach der vorliegenden Erfindung bestimmte Anforderungen auferlegen können, die hinsichtlich des Schmelzens und Gießens der Legierung variieren, kann doch die Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäßen Legierungen mit gleichmäßig zufriedenstellenden Ergebnissen ausgeführt werden, wenn man die obige Prozedur einhält und die beschriebene Ausrüstung benutzt. Die erfindungsgemäßen Ergebnisse sind somit routinemäßig reproduzierbar, so lange die angegebenen Grenzen hinsichtlich der Zusammensetzung bei der Herstellung der Legierungen streng eingehalten werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

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- 6 Beispiel I

Ein Band mit einer ungefähren Dicke von 0,0025 cm und einer Breite von 0,13 cm aus einer Fe₈₀B₃ -Legierung wurde hergestellt, indem man einen Strom aus dieser Legierung auf die Oberfläche einer sich rasch drehenden Kühltrommel richtete.

Die amorphe Natur des erhaltenen Bandes wurde durch Röntgenstrahl-Diffraktion, Differentialabtastkalorimetrie und Messungen magnetischer und physikalischer Eigenschaften bestätigt. Der Grad der Duktilität wurde bestimmt durch Messen des Krümmungsradius, bei dem ein Bruch auftrat in einem einfachen Biegetest zwischen zwei parallelen Platten. Bandsegmente wurden in gereinigtem Stickstoff zwei Stunden lang bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 400 C geglüht. Als Kristallisationstemperatur wurde die Temperatur genommen, bei der für das zweistündige Glühen die Koerzitivkraft abrupt zunahm. Sättigungsmagnetisierung und Curietemperatur wurden mit konventionellen Induktionstechniken erhalten, wie sie in "Applied Physics", Band 29, Seite 330, 1976, und in "Scripta Met.", Band 11, Seite 367, 1977, beschrieben sind. Die Ergebnisse dieser Tests und der an Bändern ausgeführten, die gemäß den folgenden Beispielen II bis VII hergestellt wurden, sind in der nach Beispiel VIII folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Beispiel II

Es wurde ein Band aus der Legierung Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B, hergestellt und getestet, wie in Beispiel I beschrieben. Die Ergebnisse finden sich in der unten folgenden Tabelle.

Beispiel III

Aus der anderen amorphen Metallegierung Fe₄₀Ni₄₀B₂₀ wurde ein Band, wie in Beispiel I beschrieben, hergestellt und getestet, wobei die Ergebnisse in der genannten Tabelle zu finden sind.

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Beispiel IV

Es wurde ein Band aus der Legierung Fe₈₄ VB₁₁-P __f wie in Beispiel I beschrieben, hergestellt und getestet, wobei die Ergeb nisse in der genannten Tabelle zu finden sind.

Beispiel V

Es wurde ein Band aus der Legierung FeQ₄B₁₅Si₁, wie in Beispiel I beschrieben, hergestellt und getestet, wobei die Ergebnisse in der genannten Tabelle zu finden sind.

Beispiel VI

Es wurde ein Band aus der Legierung Fe₈^B₁ ,-Si₄ nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren hergestellt und getestet, und die Ergebnisse sind in der genannten Tabelle enthalten.

Beispiel VII

Ein weiteres Band wurde aus der Legierung Fe₈₄B₁₆, wie in Beispiel I beschrieben, hergestellt und getestet, und die Ergebnisse sind in der Tabelle enthalten.

Beispiel VIII

Schließlich wurde noch ein Band aus der Legierung Fe₈₀B₁₃SXg wie in Beispiel I hergestellt und geteätet, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle enthalten.

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TABELLE

Legierung

Streckgrenze

^Ffe40^Ni40^P14^B6 °'⁰¹⁸

T B

⁰C

³⁵²

^Τχ β R. T.

⁰C kG

⁷'⁹

^Fe40^Ni40^B20

0,018 240+5

358

10,4

^Fe84^B16

300

15,6

^Fee4,5^B15^P0.5 °'⁰²²

245+5 303 15,4

312

0,022

295+5 304 15,4

373

^Fe80^B20

0,021

273+5 343 16,1

382

^Fe80^B16^Si4

15,3

390

^Fe80^B12^Si8

14,9

400

^Tx ^{= Tem}P^{eratur zur} Einleitung der Kristallisation bei zweistündigem Glühen

M_e = Sättigungäflußdichte

T = Curie-Temperatur

Xf - t/(2r_f-t); X ist die Streckgrenze, die von dem Wert von r

erhalten wird, bei dem die plastische Deformation zuerst beobachtet wurde.

T_ß = die Temperatur zum Einleiten der Versprödung beim zweistündigen Glühen

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Wie die in der Tabelle zusammengefaßten Daten zeigen, ist die Temperatur T_, bei der die Versprödung stattfindet, am höchsten für die ternäre Zusammensetzung FeO₄B₁₁-Si₁, und die Zugabe einer geringen Menge Phosphor verringert diese Versprödungstemperatur stark. Die Duktilität der Legierungen, die nur ein Nichtmetall enthalten, ist größer als die der Legierungen, die zwei Nichtmetalle enthalten, und die Duktilität der Legierungen FeQ₄B₁₅Si₁ und Fe_g4 ^B₁₅P_{0 5} ist für die getestete Gruppe von Legierungen am größten. Die Stabilität im Hinblick auf Versprödung und Kristallisation der Legierungen ist maximal in den Legierungen, die zwei Nichtmetalle enthalten, und minimal in den Legierungen, die nur ein Nichtmetall enthalten, von den getesteten Legierungen. Die Sättigungsmagnetisierung in den Legierungen mit zwei Nichtmetallen ist vorteilhaft, verglichen mit dem Maximalwert von Fe_8oB„ . Eine hervorragende Stabilität haben die Legierungen ^Fe8O^B16^Si4 ^{und Fe}8O^B12^Si8·

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Claims

Patentansprüche

1. Amorphe Metallegierung aus Eisen, Bor und Silizium mit einer einzigartigen Kombination aus physikalischen und magnetischen Eigenschaften einschließlich Duktilität, sowie Stabilität und Sättigungsflußdichte bei erhöhter Temperatur, gekennzeichnet durch 80 bis 84 Atom-% Eisen, 12 bis 15 Atom-% Bor und 1 bis 8 Atom-% Silizium.

2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Formel Fe₈₀B₁₆Si..

3. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch die Formel Fe₀^B₁₀Si₀.

ÖO Iz ο

4. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch die Formel Fe₀-B_1nSi₁.

o4 1 b ι

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5. Band aus einer amorphen Metallegierung, gekennzeich net durch die Zusammensetzung nach Anspruch 1.

6. Band aus einer amorphen Metallegierung, gekennzeich net durch die Zusammensetzung nach Anspruch 4.

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