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Legierung hoher Permeabilität für Magnetköpfe und
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Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine Magnetlegierung
für Aufnahme-/Wiedergabe-Magnetköpfe, insbesondere eine leicht schmiedbare Legierung
hoher Permeabilität mit ausgezeichneter Abriebbeständigkeit, die sich in besonderem
Masse für Aufnahme-/Wiedergabe-Magnetköpfe eignet.
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Magnetlegierungen für Kerne und Gehäuse von Magnetköpfen von Magnet-Tonband-
und Magnet-Viedeoband-Geräten (VTR) müssen eine hohe magnetische Permeabilität und
eine grosse Abriebbeständigkeit aufweisen, weil Magnetbänder unter Aufrechterhaltung
nahen Kontakts an den Oberflächen solcher Köpfe entlanggleiten.
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Nickel-Eisen-Magnetlegierungen, die ungefähr 80 % Nickel enthalten
und leicht zu verarbeiten sind, sind das Hauptmaterial zur Herstellung von Magnetköpfen
gewesen. Der vergleichsweise grosse Gehalt an teurem Nickel führt jedoch zu hohen
Kosten der Endprodukte.
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Demgemäss ist ein steigender Bedarf an preiswerten Legierungen des
Nickel-Eisen-Systems mit einer hohen Permeabilität eingetreten. Im Falle ternärer
Nickel-Eisen-Kupfer-Legierungen ist bekannt gewesen, dass deren Permeabilität mit
dem Kupfergehalt ansteigt, d.h. mit dem Absinken des teuren Nickels. Die Legierungen
des ternären Nickel-Ei sen-Kupfer-Systems haben aber Nachteile dahingehend, dass
deren Anfangspermeabilität vergleichsweise niedrig ist, d.h. höchstens 15.000, und
sie leicht Verschleisserscheinungen unterliegen, wegen deren vergleichsweise niedriger
Abriebbeständigkeit, die durch deren niedrige Vickershärte von 110 dargestellt ist.
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Als Ergebnis einer Reihe von Untersuchungen an zahlreichen Legierungen
des Nickel-Ei sen-Kupfer-Systems mit verschiedenen, zusätzlich zugefügten Elementen,
haben die Erfinder eine leicht schmiedbare Legierung hoher Permeabilität mit einer
hohen Abriebbeständigkeit, die sich besonders für Aufnahme-/Wiedergabe-Magnetköpfe
eignet, erfolgreich hergestellt.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile der konventionellen
Legierungen für Magnetköpfe zu umgehen, indem eine entsprechend verbesserte Legierung
bereitgestellt wird.
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Auf diese Weise liefert die Erfindung eine Legierung hoher Permeabilität
für Aufnahme-/Wiedergabe-Magnetköpfe, die eine hohe Abriebbeständigkeit aufweist,
eine Sättigungsmagnetflussdichte von mehr als 4.000 G aufnehmen kann und im wesentlichen
aus 35 bis 75 Gew.% Nickel, 5 bis 35 Gew. Kupfer und dem Rest aus Eisen mit einer
kleinen Menge Verunreinigungen als Hauptbestandteile; aus 0,01 bis 30 Gew.% Nebenbestandteilen,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus weniger als 20 Gew.%Tantal; weniger als
15 Gew. Chrom, Molybdän und/oder Wolfram; weniger als 10 Gew.% Niob, Vanadin, Mangan,
Kobalt und/oder Germanium; weniger als 5 Gew.% Seltenen Erden, Titan, Gallium, Indium,
Thallium, Aluminium, Silizium, Zirkon, Hafnium und/oder Platin-Gruppenelementen;
weniger als 3 Gew.% Beryllium, Zinn und/oder Antimon; weniger als 1 Gew.% Bor und/oder
Phosphor, besteht.
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Der Einfachheit halber wird im Vorstehenden auf Nickel, Kupfer und
Eisen als die Hauptbestandteile Bezug genommen. Falls jedoch die Konzentrationen
gewisser anderer Elemente, wie Tantal, Niob, Vanadin, Indium und ein Aluminium,
gross sind, kann auch auf solche andere Elemente als die Hauptbestandteile der Legierung
der Erfindung Bezug genommen werden.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Aufnahme-/ Wiedergabe-Magnetkopf
zu liefern, dessen Gehäuse und Kern aus der Legierung hoher Permeabilität hergestellt
werden, die in dem unmittelbar vorhergehenden Abschnitt beschrieben ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
der oben genannten Legierung hoher Permeabilität zu liefern. In dem erfindungsgemässen
Verfahren wird als erstes eine passende Menge Nickel in einer nicht-oxidierenden
Atmosphäre, z.B. im Vakuum, unter Anwendung eines dafür geeigneten Ofens geschmolzen,
dann wird eine kleine Menge geeignetes Desoxidierungs- und/oder Desulfurierungsmittel
zugefügt, um Verunreinigungen soweit wie möglich zu entfernen. Eine vorbestimmte
Menge, im Bereich von 0,01 bis 30 Gew.%, eines oder mehrerer Nebenbestandteile wird
den auf diese Weise geschmolzenen Hauptbestandteilen zugegeben, und die Mischung
der Haupt- und Nebenbestandteile wird gründlich durchgerührt, um eine homogene,
geschmolzene Legierung herzustellen. Der zuletzt genannte eine Nebenbestandteil
oder die mehreren Nebenbestandteile mit einem Anteil von 0,01 bis 30 Gew.% werden
aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus weniger als 20 Gew.% Tantal; weniger als
15 Gew.% Chrom, Molybdän und/ oder Wolfram; weniger als 10 Gew.% Niob, Vanadin,
Mangan, Kobalt und/oder Germanium; weniger als 5 Gew.% Seltenen Erden, Titan, Gallium,
Indium, Thallium, Aluminium, Silizium, Zirkon, Hafnium und/oder Platin-Gruppenelementen;
weniger als 3 Gew.% Beryllium, Zinn und/oder Antimon; und weniger als 1 Gew.% Bor
und/oder Phosphor.
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Die auf diese Weise hergestellte geschmolzene Legierung wird in eine
Form geeigneter Ausführung und Grösse gegossen, um einen fehlerfreien Ingot zu formen,
und der Ingot wird zu einer gewünschten Form verarbeitet,
wie einem
0,1 mm dicken Legierungsblech durch ein geeignetes Verfahren, z.B. Heissschmieden
oder Heiss-oder Kaltwalzen. Ein Artikel gewünschter Form und Grösse wird aus dem
Legierungsblech geprägt. Der Artikel wird in einer geeigneten nicht-oxidierenden
Atmosphäre, z.B. im Vakuum, bei einer Temperatur, die höher als dessen Rekristallisationstemperatur,
d.h. höher als ungefähr 6000C, vorzugsweise höher als 8000C, aber niedriger als
dessen Schmelzpunkt liegt, mehr als 1 Minute lang erhitzt und dann mit einer passenden
Geschwindigkeit abgekühlt, abhängig von der chemischen Zusammensetzung der Legierung,
z.B. mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von 1000C/Sekunde bis 1OC/Stunde.
Für gewisse Legierungszusammensetzungen ist es bevorzugt, den auf diese Weise einer
Hitzebehandlung unterzogenen Artikel wiederzuerhitzen, indem er bei einer Temperatur
unterhalb ungefähr 6000C (bei einer Temperatur unterhalb seines Ordnungs-Unordnungs-Transofrmationspunktes),
vorzugsweise bei 200 bis 600°C, 1 Minute bis 100 Stunden lang erhitzt wird, wonach
er abgekühlt wird. Dabei wird eine erfindungsgemässe Legierung hoher Permeabilität
hergestellt, die eine hohe Abriebbeständigkeit besitzt und eine Sättigungsmagnetflussdichte
von mehr als 4.000 G aufnehmen kann.
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Bei der oben genannte Hitzebehandlung der Legierung der Erfindung
verursacht die Abkühlungsgeschwindigkeit von der Temperatur der Lösungsbehandlung
zu einer Temperatur oberhalb des Ordnungs-Unordnungs-Transformationspunktes (ungefähr
6000C) keinen wesentlichen
Unterschied bezüglich der magnetischen
Eigenschaften der Legierung, unbeschadet ob schnell oder langsam abgekühlt wird.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit bei Temperaturen unterhalb des Ordnungs-Unordnungs-Transformationspunktes
beeinflusst jedoch die physikalischen Eigenschaften der Legierung in beträchtlichem
Masse. Insbesondere wird der Ordnungsgrad der Legierung -zur Erzeugung der ausgezeichneten
magnetischen Eigenschaften nur dann sauber gesteuert, wenn die Legierung von einer
Temperatur, die höher als ihr Ordnungs-Unordnungs-Transformationspunkt liegt, auf
Raumtemperatur mit einer korrekten Geschwindigkeit in einem Bereich von 100°C/Sekunde
bis 1°C/Stunde, abhängig von der chemischen Zusammensetzung der Legierung, abgekühlt
wird. Falls hinsichtlich der oben genannten Abkühlungsgeschwindigkeit schnelles
Abkühlen bei einer Geschwindigkeit von annähernd 1000C/Sekunde durchgeführt wird,
wird der Ordnungsgrad klein, und falls eine Geschwindigkeit schneller als 1000C/Sekunde
angewandt wird, setzt der Vorgang, die geordnete Legierung zu erzeugen, aus und
der Ordnungsgrad wird weiter herabgesetzt, was zu minderwertigen magnetischen Eigenschaften
führt. Es wird jedoch festgestellt, dass, falls die Legierung mit einem niedrigem
Ordnungsgrad bei 200 bis 6000C oder bei einer Temperatur unterhalb ihres Ordnungs-Unordnungs-Transformationspunktes
wiedererhitzt und dann abgekühlt wird, der Ordnungsgrad zur Erzeugung der ausgezeichneten
magnetischen Eigenschaften auf ein korrektes Niveau verbessert wird.
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Falls andererseits die oben genannte Abkühlungsgeschwindigkeit von
der Temperatur, die höher als der
Ordnungs-Unordnungs-Transformationspunkt
liegt, langsamer als 1°C/Stunde ist, wird der Ordnungsgrad zu gross und die magnetischen
Eigenschaften der Legierung verschlechtern sich.
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Die Erfindung wird nun unter Bezug auf Beispiele im weiteren Detail
beschrieben.
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Beispiel 1 Legierung Nr. 23 (Zusammensetzung: Ni 61,5 %, Cu 21,0 %,
Nb 5,0 % und Rest Fe).
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Es wurde eine Mischung der Ausgangsmaterialien mit einem Gesamtgewicht
von 800 g, die 61,5 Gew.% Nickel, 21,0 Gew.% Kupfer, 5,0 Gew.% Niob und den Rest
aus Eisen enthielt, in einen Aluminiumoxid-Schmelztiegel gegeben und im Vakuum unter
Verwendung eines Hochfrequenz-Induktionsofens geschmolzen. Als ein Desoxidierungsmittel
wurden 0,3 Gew.% Mangan zugegeben und die Schmelze gründlich durchgerührt, um eine
homogene, geschmolzene Legierung zu erzeugen. Ein Ingot der Legierung wurde durch
Giessen der Schmelze in eine Form mit einer Kavität von 25 mm im Durchmesser und
170 mm Höhe gebildet und der Ingot bei ungefähr 1.100°C zu einem Blech mit einer
Dicke von ungefähr 7 mm geschmiedet. Die Blechdicke wurde durch Heisswalzen bei
ca.
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600 bis 9000C auf 1 mm reduziert und das Blech bei Raumtemperatur
zu einem Blech mit einer Dicke von 0,1 mm
kaltgewalzt. Aus dem
auf diese Weise hergestellten dünnen Legierungsblech wurden ein Magnetkern und ein
ringförmiger Ring mit einem äusseren Durchmesser von 45 mm undeinen inneren Durchmesser
von 33 mm gestanzt.
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Nach einer 3-stündigen Hitzebehandlung bei 1.0500C in einer Wasserstoffatmosphäre
wurden die magnetischen Eigenschaften und die Härte der Legierung unter Verwendung
des ringförmigen Rings gemessen. Um den Verschleiss oder Abrieb des Magnetkopfes
zu überprüfen, wurde ein Magnetkopf unter Verwendung des oben genannten Kerns gebildet
und man liess ein Magnetband an der Oberfläche des Magnetkopfes 100 Stunden lang
unter Kontakthaltung des Bandes mit dem Magnetkopf entlanggleiten. Der Magnetkopfverschleiss
wurde mittels einer Vorrichtung, die die Rauhigkeit der Magnetkopfoberfläche mass,
als dessen Abriebverlust in ßm bestimmt.
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Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Tabelle 1
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach Erhitzen bei 700°C in |
| Wasserstoff 10 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 27.000 61.400 2.410 0,038 6.440
220 6 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 200°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 33.400 72.000 2.460 0,030 6.460 225
6 |
| dererhitzt bei 450°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 900°C in |
| Wasserstoff 5 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 43.500 85.000 2.480 0,021 6.460
190 7 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 56.000 112.000 2.500 0,015 6.470 198
8 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1050°C in |
| Wasserstoff 3 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 52.400 104.500 2.520 0,017 6.480
175 11 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 800°C/Stunde |
Fortsetzung Tabelle 1
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 68.000 134.000 2.530 0,012 6.500 180
10 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1150°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 60.100 127.000 2.480 0,014 6.510
176 11 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 62.000 141.000 2.500 0,018 6.510 182
10 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1250°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 61.000 132.000 2.470 0,014 6.520
180 10 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 63.500 136.000 2.430 0,013 6.500 175
11 |
| dererhitzt bei 420°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
Beispiel 2 Legierung Nr. 5 (Zusammensetzung: Ni 68,5 %, Cu 16,0
%, Ta 10,0 % und Rest Eisen).
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Ein Prüfkörper der Legierung Nr. 5 wurde in einer dem vorstehenden
Beispiel 1 ähnlichen Weise hergestellt, um damit entsprechende Bestimmungen durchzuführen.
Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften der auf diese Weise getesteten Legierung Nr. 5.
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Beispiel 3 Legierung Nr. 47 (Zusammensetzung: Ni 64,5 %, Cu 20,5 %,
V 3,0 % und Rest Eisen).
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Ein Prüfkörper der Legierung Nr. 47 wurde in einer dem vorstehenden
Beispiel 1 ähnlichen Weise hergestellt, um damit entsprechende Bestimmungen durchzuführen.
Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften der auf diese Weise getesteten Legierung Nr. 47.
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Beispiel 4 Legierung Nr. 101 (Zusammensetzung: Ni. 63,5 %, Cu 15,0
%, In 2,3 % und Rest Eisen).
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Ein Prüfkörper der Legierung Nr. 101 wurde in einer dem vorstehenden
Beispiel 1 ähnlichen Weise hergestellt, um damit entsprechende Bestimmungen durchzuführen.
Tabelle 4 zeigt die Eigenschaften der auf diese Weise getesteten Legierung Nr. 101.
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Beispiel 5 Legierung Nr. 130 (Zusammensetzung: Ni 59,0 %, Cu 20,0
%, Al 5,0 % und Rest Eisen).
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Ein Prüfkörper der Legierung Nr. 130 wurde in einer dem vorstehenden
Beispiel 1 ähnlichen Weise hergestellt, um damit entsprechende Bestimmungen durchzuführen.
Tabelle 5 zeigt die Eigenschaften der auf diese Weise getesteten Legierung Nr. 130.
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Tabelle 2
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach Erhitzen bei 700°C in |
| Wasserstoff 10 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 29.000 ------- 2.830 0,026 7.140
222 5 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 200°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 31.700 ------- 2.800 0,022 7.150 227
5 |
| dererhitzt bei 450°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 900°C in |
| Wasserstoff 5 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 45.600 ------- 2.790 0,018 7.150
215 6 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 48.000 ------- 2.820 0,018 7.170 217
6 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1050°C in |
| Wasserstoff 3 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 50.500 112.000 2.800 0,017 7.180
206 -- |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 800°C/Stunde |
Fortsetzung Tabelle 2
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 54.500 126.000 2.840 0,015 7.200 210
6 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1150°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 66.000 154.200 2.780 0,014 7.210
205 6 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 67.000 158.000 2.760 0,013 7.220 207
6 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 5 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1250°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 73.400 164.500 2.720 0,012 7.240
203 7 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 75.000 168.000 2.710 0,011 7.240 207
7 |
| dererhitzt bei 420°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
Tabelle 3
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach Erhitzen bei 700°C in |
| Wasserstoff 10 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 28.500 72.000 2.700 0,027 7.160
188 12 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 200°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 36.000 74.300 2.700 0,020 7.160 193
16 |
| dererhitzt bei 450°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 900°C in |
| Wasserstoff 5 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 42.400 104.000 2.730 0,018 7.180
172 13 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 45.200 109.600 2.720 0,017 7.190 176
13 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1050°C in |
| Wasserstoff 3 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 57.500 120.700 2.740 0,016 7.200
160 16 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 800°C/Stunde |
Fortsetzung Tabelle 3
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 62.000 126.000 2.730 ----- 7.200 ---
-- |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1150°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 74.000 152.000 2.720 0,012 7.210
158 16 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 76.300 154.700 2.700 0,011 7.200 162
15 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 5 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1250°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 81.000 169.400 2.720 0,010 7.220
156 17 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 82.500 173.000 2.700 0,010 7.210 159
17 |
| dererhitzt bei 420°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
Tabelle 4
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach Erhitzen bei 700°C in |
| Wasserstoff 10 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 27.800 84.000 3.010 0,029 7.230
198 8 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 200°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- |
| dererhitzt bei 450°C im 31.000 86.300 3.000 0,025 7.240 206
9 |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 900°C in |
| Wasserstoff 5 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 37.500 103.000 2.980 0,020 7.250
178 12 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 39.600 107.200 2.960 0,017 7.250 180
11 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1050°C in |
| Wasserstoff 3 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 54.200 135.000 2.940 0,015 7.270
185 10 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 800°C/Stunde |
Fortsetzung Tabelle 4
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 59.400 148.000 2.920 0,014 7.260 175
13 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1150°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 63.400 152.000 2.920 0,013 7.270
179 11 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 64.700 157.400 2.900 0,012 7.270 178
11 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 5 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1250°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 68.000 163.000 2.850 0,012 7.280
175 11 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 68.700 168.400 2.840 0,012 7.280 179
10 |
| dererhitzt bei 420°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
Tabelle 5
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach Erhitzen bei 700°C in |
| Wasserstoff 10 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 24.800 72.000 2.500 0,028 7.160
212 6 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 200°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 28.500 74.600 2.520 0,023 7.180 218
7 |
| dererhitzt bei 450°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 900°C in |
| Wasserstoff 5 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 36.500 94.000 2.530 0,021 7.160
195 9 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 38.800 94.700 2.550 0,020 7.180 203
8 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 3 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1050°C in |
| Wasserstoff 3 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 45.700 139.000 2.560 0,018 7.200
187 10 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 800°C/Stunde |
Fortsetzung Tabelle 5
| magneti- magneti- Rest- Koerzi- Sättigungs- Vickers- Abrieb- |
| Hitzbehandlung sche An- sche Maxi- magnet- tivkraft magnet-
Härte ver- |
| fangsper- mumper- fluss- (Oe) flussdichte (Hv) lust |
| meabili- meabili- dichte (G) (µm) |
| tät µo tät µm (G) |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 42.900 142.000 2.550 0,015 7.210 195
8 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1150°C in |
| Wasserstoff 10 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 57.000 146.200 2.540 0,011 7.220
184 10 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 61.000 149.500 2.550 0,010 7.210 190
9 |
| dererhitzt bei 400°C im |
| Vakuum 5 Stunden lang |
| Nach Erhitzen bei 1250°C in |
| Wasserstoff 2 Stunden lang, |
| abgekühlt auf 600°C im Ofen 60.500 151.600 2.530 0,009 7.240
182 10 |
| und auf Raumtemperatur mit |
| 400°C/Stunde |
| Nach der oben beschriebe- |
| nen Hitzbehandlung wie- 61.200 154.000 2.520 0,009 7.230 186
10 |
| dererhitzt bei 420°C im |
| Vakuum 2 Stunden lang |
Chemische Zusammensetzungen anderer Prüfkörper der Legierung der
Erfindung werden in Tabellen 6A und 7A, deren physikalische Eigenschaften in Tabellen
6B und 7B gezeigt. Zum Vergleich zeigen Tabellen 6A und 6B auch die chemische Zusammensetzung
und physikalischen Eigenschaften einer Referenzlegierung.
-
Tabelle 6A
| Legierung Zusammensetzung (Gew.%), Rest Eisen (Fe) |
| Nr. |
| Nickel Kupfer Nebenbestandteilelemente |
| Ni Cu |
| Ta Cr |
| 5 68,5 16,0 10,0 |
| 10 62,5 22,0 3,0 2,0 |
| Nb W Mo |
| 23 61,5 21,0 5,0 |
| 30 67,0 17,0 3,0 3,0 |
| 38 67,5 17,0 4,0 - 1,0 |
| V Mn In |
| 47 64,5 20,5 3,0 - |
| 55 69)0 15,5 3,0 2,0 1,0 |
| Ge Ga Pt |
| 65 65,2 19,0 3,5 - |
| 73 67,0 16,0 3,0 1,0 1,0 |
| Mo Al Sb |
| 85 64,0 17,5 2,0 0,7 |
| 97 61,0 23,0 1,5 0,5 1,0 |
| B Tl |
| 110 65X0 21,0 2,0 0,4 1,0 |
| Cr Zr Co |
| 127 63,5 21,0 3,0 1,0 3,0 |
| Hf P |
| 140 63,0 21,0 2,0 1,0 0,2 |
| W Be Sn |
| 152 66,0 17,4 3,0 0,3 0,7 |
| Y Si |
| 165 60,5 24,0 2,0 0,7 0,7 |
| Ti Mo Ce |
| 175 63,0 20,5 2,5 1,0 |
| 190 62,0 22,5 1,0 1,5 0,8 |
| Referenz 63,0 25,0 - - |
Tabelle 6B
| Legierung abkühl- Wiedererhit- magnetische magnetische Rest-
Koerzi- Sätti- Vickers- Abrieb- |
| Nz, (siehe geschwin- zungstempe- Anfengsper- Maximumper- machet-
tiv- gungsmag- Härte verlust |
| Tabelle digkeit ratur und meabilität meabilität fluss- kraft
netfluss- (Hv) (um) |
| 6A) (°C/h) -dauer uo um dichte (Oe) dichte |
| (°C) (h) (G) (G) |
| 5 400 420 2 54,500 126,000 2,840 0,015 7.200 210 6 |
| 10 50 - - 63,000 141,000 2.900 0,013 7.400 160 15 |
| 23 800 400 2 68,000 134,000 2,530 0,012 6,500 180 10 |
| 30 50 - - 62,000 129,000 2,580 0,014 6,700 165 14 |
| 38 100 380 5 75,000 157,000 2,570 0,011 6,750 172 11 |
| 47 800 - - 57,500 120,700 2,740 0,016 7,200 160 16 |
| 55 400 420 1 52.000 114,000 2.800 0,017 7,400 175 13 |
| 65 1.200 400 3 58,500 126,000 2.910 0,015 7,800 160 13 |
| 73 400 - - 53,000 115,300 2,830 0.017 7,350 180 8 |
| 85 200 420 2 60,500 126,600 2,710 0,013 7,700 185 7 |
| 97 50 - - 47,000 102,000 2,320 0,020 6,600 190 6 |
| 110 400 400 10 45,000 103,500 2,500 0,021 7,250 165 12 |
| 127 20 - - 52,000 123,000 2,420 0,016 7,030 170 10 |
| 140 800 450 3 44,700 102,000 2,350 0,022 6,950 160 14 |
| 152 200 - - 48,200 108,000 2,640 0,020 7,250 165 13 |
| 165 100 380 5 51,000 114,000 2,170 0,017 5,850 160 15 |
| 175 200 - - 43,200 107,500 2,400 0,021 6,200 170 11 |
| 190 200 400 2 47,000 109,000 2,220 0,020 6,100 160 14 |
| Referenz 200 - - 15,000 30,000 3,500 0,065 8,000 110 65 |
Tabelle 7A
| Legierung Zusammensetzung (Gew.%), Rest Eisen (Fe) |
| Nr. |
| Nickel Kupfer Nebenbestandteilelemente |
| Ni Cu |
| Ta Al Si |
| 2 63,0 17,0 2,5 - - |
| 4 67,0 10,0 6,0 - - |
| 13 62,5 6,0 14,5 - - |
| - 15 68,0 12,0 '4,5 0,7 - |
| 17 65,0 15,0 3,5 - 0,7 |
| Nb Zr Be |
| 21 62,0 19,0 2,0 - - |
| 25 64,0 15,0 7,0 - - |
| 40 64,5 15,0 3,0 0,6 - |
| 42 67,5 10,0 4,0 - 0,5 |
| V Sn Ti |
| 45 59,5 20,0 2,0 - - |
| 49 64,0 14,0 5,0 - - |
| 50 67,5 10,0 7,0 - - |
| 52 66,5 12,0 3,0 1,0 - |
| 54 64,0 15,0 3,0 - 1,0 |
| In Ge Co |
| 99 62,0 18,0 1,5 - - |
| 101 63,5 15,0 2,3 - - |
| 103 67,5 10,0 4,5 - - |
| 106 64,0 15,0 2,0 1,0 - |
| 108 65,5 13,0 2,0 - 1,5 |
| Al Sb Ce |
| 130 59,0 20,0 1,0 - - |
| 132 63,0 17,0 2,0 - - |
| 134 66,0 10,0 3,5 - - |
| 137 65,5 15,0 1,5 0,5 - |
| 138 66,5 12,0 2,0 - 0,5 |
Tabelle 7B
| Legierung Abkühl- Wiedererhit- megnetische magnetische Rest-
Koerzi- Sätti- Vickers- Abrieb- |
| Nr. (siehe geschwin- zungstampe- Anfangsper- Maximumper- megnat-
tiv- gungsmag- Härte verlust |
| Tabelle digkeit ratur und meabilität meabilität fluss- kraft
netfluss- (Hv) (um) |
| 7A) (°C/h) -dauer uo um dichte (Oe) dichte |
| (°C) (h) (G) (G) |
| 2 1,200 - - 34.000 117,000 3,400 0,022 7,950 152 18 |
| 4 800 - - 47.300 131,500 3,150 0,019 7,830 185 10 |
| 13 800 400 5 38.600 128,700 2,300 0,020 7,610 280 3 |
| 15 800 - - 35,000 124,000 2,870 0,021 6,050 230 4 |
| 17 800 380 5 37,000 129,500 2,910 0,020 6,580 222 5 |
| 21 1,200 - - 31,800 123,000 3,230 0,022 7,700 153 16 |
| 25 800 400 3 57,000 144,000 2,600 0,015 6,340 202 6 |
| 40 800 - - 46,200 138,000 2,710 0,016 6,820 195 7 |
| 42 400 - - 51,300 152,000 2,670 0,015 6,780 210 5 |
| 45 800 - - 63,000 156,400 2,930 0,012 7,270 155 17 |
| 49 200 450 1 42,200 146,000 2,720 0,017 7,130 182 11 |
| 50 50 - - 32,000 137,000 2,860 0,021 7,060 195 8 |
| 52 400 400 5 37,000 139,500 2,920 0,020 6,850 205 6 |
| 54 400 - - 46,200 142,000 2,760 0,016 6,600 200 7 |
| 99 800 - - 48,200 139,000 3,100 0,016 7,300 154 16 |
| 101 800 350 10 59,400 148,000 2,920 0,014 7,260 175 13 |
| 103 200 - - 20,600 116,000 2,860 0,023 7,310 190 11 |
| 106 200 400 2 63,000 153,600 2,730 0,014 6,830 198 10 |
| 108 100 - - 52,600 146,000 2,800 0,017 7,450 170 13 |
| Legierung Abkühl- Wiederhit- magnetische magnetische Rest-
Koerzi- Sätti- Vickers- Abrieb- |
| Nr. (siehe geschwin- zungstempe- Anfangsper- Maximumper- magnet-
tiv- gungsmag- Härte verlust |
| Tabelle digkeit ratur und meabilität meabilität fluss- kraft
netfluss- (Hv) (µm) |
| 7A) (°C/h) -dauer µo µm dichte (Oe) dichte |
| (°C) (h) (G) (G) |
| 130 800 - - 45.700 139.000 2.560 0,018 7,200 187 10 |
| 132 800 400 3 38.000 133.000 2.330 0,019 6,750 245 4 |
| 134 400 380 5 27.500 121.000 2.200 0,021 6,100 270 3 |
| 137 200 - - 46.400 148.000 2.470 0,016 6,360 227 5 |
| 138 100 - - 50.500 151.000 2.450 0,015 6,100 233 4 |
wie aus den vorstehend genannten Tabellen 6A, 6B, 7A und 7B gesehen
werden kann, besitzt die Nickel-Eisen-Kupfer-Referenzlegierung eine Anfangspermeabilität
von 15.000, eine Maximumpermeabilität von 30.000 und eine Vickers-Härte von 110,
so dass die magnetischen Eigenschaften und die Abriebbeständigkeit der Referenzlegierung
vergleichsweise niedrig sind. Demgegenüber weist die Legierung der Erfindung ausgezeichnete
-magnetische Eigenschaften und eine hohe Abriebbeständigkeit auf, z.B. zeigt die
Legierung Nr. 38 der Tabellen 6A und 6B eine Anfangspermeabilität von 75.000, eine
Maximumpermeabilität von 157.000 und eine Vickers-Härte von 172, wodurch bewiesen
ist, dass sich die Legierung., der Erfindung für Magnetköpfe eignet.
-
Kurz gesagt, besitzt die Legierung der Erfindung ausgezeichnete magnetische
Eigenschaften und eine hohe Abriebbeständigkeit und ist dennoch leicht zu schmieden
und zu bearbeiten, so dass die Legierung der Erfindung ein herausragendes Material
nicht nur für Aufnahme-/Wiedergabe-Magnetköpfe, sondern auch für Magnetteile anderen
elektromagnetischen Geräts darstellt.
-
Es werden nun die Gründe für die Eingrenzungen der Legierung der Erfindung
beschrieben. Bei der Untersuchung der Auswirkungen der Nebenbestandteilelemente,
die der ternären Basis-Legierungszusammensetzung zugegeben werden, die aus 35 bis
75 Gew.% Nickel, 5 bis 35 Gew.% Kupfer und dem Rest aus Eisen besteht, haben die
Erfinder herausgefunden, dass die Zugabe eines oder mehrerer Bestandteile, nämlich
von Tantal, Chrom,
Molybdän, Wolfram, Niob, Vanadin, Mangan, Germanium,
Seltenen Erden, Titan, Aluminium, Silizium und Platin-Gruppenelementen, Auswirkungen
auf eine deutliche Verbesserung der Permeabilität, die Zugabe eines oder mehrerer
Bestandteile, nämlich von Tantal, Niob, Vanadin, Germanium, Titan, Gallium, Indium,
Thallium, Aluminium, Silizium, Zirkon, Hafnium, Beryllium, Zinn, Antimon, Bor und
Phosphor, Auswirkungen auf eine Verbesserung der Härte, die Zugabe von Kobalt Auswirkungen
auf eine Steigerung der Sättigungsmagnetflussedichte und die Zugabe eines oder beider
Bestandteile, nämlich von Mangan und Titan, Auswirkungen auf eine Verbesserung der
Schmied- und Formbarkeit zeigen. Bezüglich der Konzentrationen der Nebenbestandteile
sind mehr als 20 Gew.% Tantal, mehr als 15 Gew.% Chrom, Molybdän und/oder Wolfram
und mehr als 10 Gew.% Niob, Vanadin und/oder Germanium nicht erwünscht, da sie zur
Verminderung der Sättigungsmagnetflussdichte auf einen Stand unterhalb 4.000 G neigen.
Mehr als 10 Gew.% Mangan und/oder Kobalt und mehr als 5 Gew. Seltene Erden, Titan,
Gallium, Indium, Thallium und/oder Platin-Gruppenelemente sind nicht erwünscht,
da sie zur Verminderung der Permeabilität neigen. Mehr als 5 Gew.
-
Aluminium, Silizium, Zirkon und/oder Hafnium, mehr als 3 Gew.% Beryllium,
Zinn und/oder Antimon und mehr als 1 Gew.% Bor und/oder Phosphor sind nicht erwünscht,
da sie zur Hemmung der Schmied- und Formbarkeit neigen. Auf diese Weise sind die
Obergrenzen der der ternären Basis-Legierung zuzufügenden individuellen Nebenbestandteilelemente
festgelegt. Was die Gesamtmenge der Nebenbestandteilelemente betrifft, kann die
gewünschte
Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und der Abriebbeständigkeit nicht erbracht
werden, falls die Summe der Konzentrationen der der ternären Basis-Legierung zugefügten
individuellen Nebenbestandteilelemente weniger als 0,01 Gew.% beträgt. Andererseits
wird die Sättigungsmagnetflussdichte auf einen Stand unterhalb 4.000 G reduziert
und die sich ergebende Legierung eignet sich nicht mehr für Magnetköpfe, falls die
oben genannte Summe 30 Gew.% überschreitet, so dass eine solche überschusszugabe
nicht erwünscht ist.
-
In Tabellen 1 bis 5 und Tabellen 6A, 6B, 7A und 7B wird festgestellt,
dass die Zugabe eines jeden Nebenbestandteilelementes zur ternären Basis-Legierung
des Nickel-Eisen-Kupfer-Systems einen Anstieg der Permeabilität, eine Vergrösserung
der Härte und eine Verbesserung der Abriebbeständigkeit verursacht. Demgemäss kann
bei jedem der im vorstehenden aufgelisteten Nebenbestandteilelemente von ähnlichen
Auswirkungen auf die magnetischen Eigenschaften und die Abriebbeständigkeit der
Legierung ausgegangen werden. Die Seltenen Erden sind z.B. Scandium, Yttrium und
Lanthan und haben im wesentlichen dieselben Auswirkungen. Die Platin-Gruppenelemente
sind Platin, Iridium, Ruthenium, Rhodium, Palladium und Osmium und haben im wesentlichen
auch dieselben Auswirkungen.
-
Die Legierung der Erfindung kann Verunreinigungen enthalten, wie Kohlenstoff,
Sauerstoff, Stickstoff und
Schwefel. Das Vorhandensein einer Uberschussmenge
solcher Verunreinigungen verschlechtert die Bearbeitbarkeit der Legierung. Es ist
jedoch gefunden worden, dass eine kleine Menge Verunreinigungen Auswirkungen auf
eine Steigerung der Härte, eine Verbesserung der Abriebbeständigkeit und der effektiven
Permeabilität haben kann, indem sie als intermetallische Verbindungen niedergeschlagen
werden. Dementsprechend kann die Legierung der Erfindung bis zu 0,1 Gew.% an den
Verunreinigungen enthalten.