DE516696C - Ein Nickel und Eisen enthaltendes, magnetischen Zwecken dienendes Material, in welchem der Nickelgehalt 75 bis 83% der Gesamtlegierung betraegt, und in welchem durch Waermebehandlung eine erhoehte Anfangspermeadbilitaet hervorgerufen ist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Nickel und Eisen enthaltendes, magnetischen Zwekken dienendes Material, in welchem der Nickelgehalt 75 bis 83°/₀ der Gesamtlegierung beträgt, und in welchem durch Wärmebehandlung an sich bekannter Art eine erhöhte Anfangspermeabilität hervorgerufen ist, und bezweckt, ein verbessertes Material dieser Art zu schaffen, welches eine noch weiter erhöhte Anfangspermeabilität besitzt. Mit Anfangspermeabilität ist diejenige Permeabilität gemeint, die sich für Null-Magnetisierungskräfte zeigen würde, wenn man eine Reihe von durch magnetische Messung des Materials bei außerordentlich schwach magnetisierenden Kräften erhaltenen Permeabilitätswerten, beispielsweise von der Größenordnung H = 0,01 bis 0,05 cgs-Einheiten, aufträgt, durch diese aufgetragenen Punkte eine Kurve zieht und sie so verlängert, daß sie die H = O-Achse des Diagramms schneidet. " -

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zu einem Nickel und Eisen enthaltenden magnetischen Material Chrom hinzuzufügen, um den spezifischen Widerstand der Legierung zu erhöhen. Bei diesen bekannten Materialien wurde jedoch infolge ungünstiger gegenseitiger Bemessung der einzelnen Bestandteile, vor allem durch zu niedrigen Nickelgehalt, bei der Hinzufügung von Chrom die Permeabilität des Materials herabgesetzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun einem Nickel und Eisen enthaltenden, magnetischen Zwecken dienenden Material der eingangs genannten Art ein die Anfangspermeabilität erhöhender Zusatz von höchstens 7°/₀ Chrom, Molybdän oder Silicium hinzugefügt. Die durch diese prozentuale Bemessung der genannten Bestandteile erzielte Erhöhung der Anfangspermeabilität ist überraschend groß.

Eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung des Materials enthält annähernd /S¹J₂ ⁰J₀ Nickel, 1 bis 4⁰J₀ Chrom oder Molybdän und im übrigen Eisen; besonders günstige Eigenschaften ergeben sich hierbei, wenn annähernd 2°/₀ Chrom oder Molybdän verwendet werden.

Ein Material gemäß der Erfindung eignet sich besonders für die Belastung von Tiefseekabeln, wobei das Material in an sich bekannter Weise in einer ununterbrochenen Lage um das Kabel gelegt wird.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die in der Zeichnung enthaltenen Diagramme.

Abb. ι enthält Kurven, welche die Veränderungen in der Anfangspermeabilität einer Nickel-Eisen-Zusammensetzung von annähernd /8¹J₂ ⁰I₀ Nickel und 21¹J₂ ⁰J₀ Eisen zei-

gen, wenn verschiedene Beträge des Eisengehaltes durch gleiche Beträge Chrom ersetzt werden.

Abb. 2 ist eine Kurve, welche die Veränderungen in der Anfangspermeabilität eines magnetischen Materials bei Veränderungen in den Verhältnissen des Nickels und Eisens veranschaulicht, wenn der Chromgehalt auf einem konstanten Prozentsatz gehalten wird. ίο Abb. 3 veranschaulicht die Veränderung in der Permeabilität einer bestimmten Zusammensetzung des Materials im Vergleich mit sehr reinem magnetischen Eisen und einem Material hoher Permeabilität aus Nickel-Eisen, und zwar für ein bestimmtes magnetisierendes Wechselfeld, dem eine variierte Gleichstrommagnetisierungskraft überlagert ist.

Abb. 4 enthält Magnetisierungskurven für verschiedene Zusammensetzungen des magnetischen Materials im Vergleich mit ähnlichen Kurven für ein Material hoher Permeabilität aus Nickel-Eisen und für ein sehr reines magnetisches Eisen.

Abb. 5 enthält Kurven, welche die Veränderungen der Permeabilität bei schwankender magnetischer Induktion bei bestimmter Zusammensetzung im Vergleich mit den Materialien der Abb. 4 zeigen. Abb. 6 veranschaulicht die Hälfte einer Hystereseschleife des magnetischen Materials gemäß der Erfindung im Vergleich mit Hystereseschleifen für ein Material hoher Permeabilität aus Nickel-Eisen und für ein sehr reines magnetisches Eisen, und zwar unter ähnlichen Bedingungen.

Abb. ι zeigt die Ergebnisse, die man bei einem Material erzielt hat, das 78¹Z₂ ⁰Z₀ Nickel und 21¹I₂ ⁰J₀ bis herab zu 13¹Z₂ ⁰Z₀ Eisen und von o°/₀ bis 8°/₀ Chrom enthält. Die Ordinaten stellen Werte der Anfangspermeabilität und die Abszissen den Prozentsatz des für gleiche Beträge Eisen eingesetzten Chroms dar.

Bei Ersatz eines kleinen Betrages von Eisen durch Chrom wird die Anfangspermeabilität gesteigert, unabhängig von der bei der Herstellung des Materials im übrigen angewendete^ an sich bekannten Hitzebehandlung. Je nach der angewendeten Art der Hitzebehandlung erreicht jedoch die Anfangspermeabilität ein Maximum bei etwa 2°/₀ Chromzusatz (Kurve A) oder bei 4% (Kurve £?). Bei der einen Art der Hitzebehandlung (Kurve B) fällt sodann die Anfangspermeabilität mit zunehmendem Chromgehalt; weniger rasch ab als bei der anderen Art (Kurve A),

Abb. 2, in der die Ordinaten die Anfangspermeabilität und die Abszissen den Prozentsatz an Nickel darstellen, gibt die Ergebnisse einer Untersuchung an einem Material, das 1,9 % Clirom enthält, wieder, und zwar in den Grenzen zwischen etwa 64°/₀ und 84°/_Q Nickel und etwa 34,1 °/_D und I4,i°/_O Eisen. Hierbei werden die höchsten Werte der Anfangspermeabilität bei etwa 78¹I₂ ⁰J_n Nickel und I9,6°/_O Eisen gefunden. Ähnliche Versuche sind an Nickel-Eisen-Chrom-Materialien mit Chromgehalten bis zu 8% vorgenommen worden, und in jedem Falle wurde die höchste Anfangspermeabilität erzielt, wenn das Material etwa 78¹Z₂ ⁰/',, Nickel enthielt. Ähnliche Versuche wurden ebenso mit anderen Substanzen als Chrom durchgeführt, und zwar mit kleinen Beträgen von Silicium und Molybdän; auch hierbei wurden, wenn der Nikkelgehalt annähernd 7S¹J₂ ⁰I₀ des Ganzen "betrug, in der Regel höhere Permeabilitäten erzielt, als wenn ein anderer Prozentsatz benutzt wurde. Bei Kupfer jedoch tritt die Spitze in der Kurve nicht an dieser Stelle, sondern an einer Stelle auf, wo der Nickelgehalt 7S¹J₂ ⁰I₀ nur des Nickel- und Eisengehaltes beträgt.

In Abb. 3 sind Kurven wiedergegeben, welche die Veränderungen an Wechselstrompermeabilität verschiedener magnetischer Materialien zeigen, wenn sie einem magnetisierenden 2ooperiodigen Wechselstromfluß von 0,001 cgs-Einheit ausgesetzt werden, dem eine sich ändernde Gleichstrommagnetisierungskraft H überlagert ist. Die Ordinaten stellen Permeabilitätswerte und die Abszissen Werte stetig magnetisierender Kräfte dar. Kurve ι zeigt die Ergebnisse, die man mit einem Material erzielt hat, das 7S¹J₂ ⁰I₀ Nickel und 21¹I₂ ⁰I₀ Eisen enthält, Kurve 2 diejenigen bei einem Material, das 7S¹J₂ ⁰I₀ Nickel, i,9°/o Chrom und den Rest an Eisen enthält, und Kurve 3 diejenigen bei einem sehr reinen magnetischen Eisen. Diese Kurven zeigen, daß das etwa 2°/₀ Chrom enthaltende Material, wenn es einer überlagerten Gleichstrommagnetisierungskraft innerhalb der in dieser Abbildung benutzten Grenzen unterworfen wird, eine beträchtlich höhere Wechselstrompermeabilität aufweist als ein Material, das ¹I₂ ⁰I₀ Nickel und 21¹Z₂ ⁰Z₀ Eisen enthält, und eine entschieden höhere Wechselstrompermeabilität als das beste magnetische Eisen, Die Bedeutung dieser Eigenschaft des Materials ist augenfällig, da belastete Leitungen und verschiedene Arten von Geräten, beispielsweise Relais, Fernsprechübertrager und Ubertragungsspulen, beständig einer kleinen Gleichstromrnagnetisierungskräft unterworfen sind, der eine schwankende magnetische Kraft überlagert ist, die sich aus dem Sprech- und Signalstrom ergibt.

Die in Abb.. 4 dargestellten Kurven, in denen die Ordinaten Werte magnetischer In-

duktion B oder Kraftlinien je cm² und die Abszissen Werte magnetisierender Kraft H bedeuten, enthalten eine Reihe von Magnetisierungskurven für ein Material von Nickel-Eisen-Chrom mit verschiedenen Prozentsätzen von Chrom im Vergleich mit einem Material von Nickel-Eisen, das 78¹I₂ ⁰I₀ Nickel und 2I¹I₂ ⁰I₀ Eisen enthält, und einem sehr reinen magnetischen Eisen. Das Nickel-Eisen, die verschiedenen Nickel-Eisen-Chrom-Materialien und die Eisenprobe wurden in an sich bekannter Weise einer derartigen Wärmebehandlung unterzogen, daß sie die besten erzielbaren magnetischen Eigenschaften erlangt hatten. Kurve 1 ist die Magnetisierungskurve für das Material aus 78¹I₂ ⁰I₀ Nickel und 21¹J₂ ⁰I₀ Eisen. Kurve 2, welche die Magnetisierungskurve für das Material mit 78¹I₂ ⁰Io Nickel, annähernd 2% Chrom

ao und dem Rest Eisen ist, steigt weniger schnell als die Kurve 1, ausgenommen an einer Stelle in Nähe des Koordinatenanfangs, und zeigt einen Sättigungspunkt bei einem beträchtlich niedrigeren Werte. Beide jedoch liegen weit über der Kurve für die Eisenprobe, die, wie durch Kurve 3 dargestellt, bei sehr schwach magnetisierenden Kräften noch nicht ansteigt. Kurve 4 ist eine Magnetisierungskurve für ein Material, das annähernd 78¹I₂ ⁰I₀ Nickel, 0,98 0/0 Chrom und den Rest Eisen enthält. Die Kurven 5, 6 und 7 gelten für ähnliche Materialien, die 2,37%, 3,86°/₀ bzw. 6,85% Chrom enthalten. Diese Kurven zeigen, daß für eine gegebene magnetisierende Kraft oberhalb etwa 0,025 cgs-Einheiten die Permeabilität mit einer Zunahme des Chromgehaltes abnimmt. Die zur Entfaltung maximaler Permeabilität nötige magnetisierende Kraft nimmt offensichtlich mit einer Zunahme des Chromgehaltes zu. Mit den gleichen Proben angestellte Versuche zeigen praktisch die umgekehrten Ergebnisse, wenn eine andersgeartete Wärmebehandlung angewendet wird; die Permeabilität für eine gegebene magnetisierende Kraft wächst dann mit der Zunahme des Chromgehaltes, und der Punkt der maximalen Permeabilität sinkt mit einem Steigen des Chromgehaltes. Diese Versuche zeigen ferner, daß Materialien, die 3% oder mehr Chrom enthalten, weniger empfindlich für die Art der Wärmebehandlung sind als diejenigen, die weniger Chrom enthalten. Durch Verwendung größerer Beträge Chrom ist es deshalb möglich, unter den gewöhnlichen Verfahren der Praxis ein gleichmäßiges Erzeugnis zu erhalten, wenn diese Gleichmäßigkeit auch mit einem Opfer an Permeabilität erkauft wird.

Die Kurven der Abb. 5 erhält man, indem man als Abszissen die Permeabilitätswerte der Materialien der Abb. 4 gegenüber den Werten der magnetischen Induktion!? als Ordinaten aufträgt. Kurve 1 gilt für 78¹I₂ ⁰J₀ Nickel und 21¹I₂ ⁰I₀ Eisen, Kurve 2 für das Material, in dem annähernd 2°/₀ Eisen durch Chrom ersetzt ist, und Kurve 3 gilt für die Eisenprobe unter gleichen Bedingungen.

Die Hysteresekurven der drei Materialien der Abb. 5 sind in Abb. 6 dargestellt, und zwar nur die oberen Hälften der Kurven, um alle Kurven im gleichen Maßstabe ausziehen zu können; diese Kurven sind aufgenommen für eine Maximalinduktion von 5 000 cgs-Einheiten. Kurve ι ist die Hälfte der Hystereseschleife des 78¹I₂ ⁰I₀ Nickel und 21¹I₂ ⁰I₀ Eisen enthaltenden Materials, Kurve 2 ist eine ähnliche Kurve für dasselbe Material, wenn annähernd 2°/o des Eisens durch Chrom ersetzt sind, und Kurve 3 ist eine ähnliche Kurve für die Eisenprobe. Die Hystereseschleife für das Chrom enthaltende Material ist in diesem besonderen Falle nur unwesentlich kleinflächiger als diejenige für das Nikkei-Eisen-Material lohne Chrom; beide haben aber eine viel engere Fläche, etwa ¹Z₁₀, als die Schleife der Kurve 3 für die Eisenprobe.

Die Kurven der Abb. 6 zeigen, daß die Koerzitivkraft für das Material mit Chrom, obgleich wenig geringer, von der gleichen Größenordnung wie die Koerzitivkraft des 787//,, Nickel und 21¹I₂ ⁰I₀ Eisen enthaltenden Materials ist und viel geringer als die Koerzitivkraft für das beste magnetische Eisen. Bei einer magnetisierenden Kraft von 100 cgs-Einheiten ist die Koerzitivkraft sowohl des Nickel-Eisen-Materials, das 78¹Zs₁ ⁰Jo Nickel enthält, als auch des nahezu 2 o/_o Chrom enthaltenden Materials von der Größenordnung von 0,05 cgs-Einheiten, während die Koerzitivkraft für die Eisenprobe annähernd 0,86 cgs-Einheiten beträgt. Um bei der Herstellung des magnetischen Materials zu verhindern, daß übermäßige Beträge des Chroms in die Schlacke abgehen, ist es vorteilhaft, zuerst eine Zusammensetzung aus Chrom und Nickel herzustellen und sie dann einem Nickel-Eisen in derart bemessener Zusammensetzung zuzusetzen, daß ein magnetisches Material gewünschter Zusammensetzung entsteht. Wenn man z. B. ein Material aus Nickel-Eisen-Chrom herstellen will, das nahezu 2°/₀ Chrom enthält, wird zunächst eine Zusammensetzung von 7S⁰I₀ Nickel und 25°/₀ Chrom etwa zubereitet, und diese Zusammensetzung wird geschmolzenem Nickel-Eisen zugesetzt. Hier- us nach wird die Legierung in der bekannten Weise in eine Form gegossen und zur Bildung einer dicken Stange oder eines Stabes abgekühlt, der dann gewalzt, gestreckt oder sonst in die Form gearbeitet wird, in der das Material verwendet werden soll.

Für die fortlaufende Belastung eines Si-

gnalleiters ist es von Bedeutung, nicht nur hohe Permeabilität des Belastungsmaterials zu gewährleisten, sondern es ist ebenso wichtig, die Verluste niederzuhalten, damit die Wirksamkeit der Übermittlung so hoch als möglich ist. Bei einem Belastungsmaterial aus dem annähernd 2ⁿ/₀ Chrom enthaltenden Material sind die Verluste niedrig, da das Material nicht nur einen niedrigen Hysterese-

ίο faktor hat, sondern auch wegen seines hohen Widerstandes ein Minimum an Wirbelstromverlusten aufweist.

Das Material nach der Erfindung ist auch für andere Zwecke als für die fortlaufende Belastung von Signalleitern verwendbar.

Es kann z. B. mit Vorteil in den magnetischen Kreisen von Fernsprechhörern, Wekkern und elektromagnetischen Vorrichtungen verschiedener Arten Verwendung finden.

ao Wegen seiner niedrigen Koerzitivkraft ist es von besonderer Wichtigkeit in den magnetischen Kreisen von Induktionszählern, abgestimmten Relais, phasenempfindlichen Relais und ähnlichen Vorrichtungen, bei denen die Empfindlichkeit der Betriebsweise zu einem beträchtlichen Grade durch die magnetische Vorgeschichte des magnetischen Materials beeinflußt wird. Der niedrige Sättigungspunkt und die Gestaltung der Magnetisie-

rungskurven macht dieses Material zur Verwendung in Kernen von Frequenzwandlern und magnetischen Modulatoren außerordentlich gut geeignet. Ferner sind seine Eigenschaften derart, daß man in ihm ein sehr geeignetes Material für die Kerne verschiedener Arten von Transformatoren hat, beispielsweise solcher, die zur Übertragung von Strömen mit einem weiten Frequenzbereich verwendet werden, wie sie bei der Übermittlung von Musik und Sprache auftreten. Wegen seines geringen Hystereseverlustes ist das Material besonders vorteilhaft, wenn es den Kernen von Äbzweigtransformato-

ren benutzt wird, die beständig an die Leitung angeschlossen sind. Eine weitere Verwendung, für die sich das Material besonders eignet, ist als magnetischer Schirm zum Abschirmen von Geräten gegen äußere magnetische Felder. Es ist ebenso brauchbar für Spulenbelastung wie für fortlaufende Belastung. Drosselspulen sehr hoher Induktanz und niedrigen Widerstandes können in bemerkenswert kleinem Volumen und folglich mit Materialersparnis und niedrigen Herstellungskosten hergestellt werden. Spulen mit Kernen dieses Materials haben sich als besonders wertvoll zur Verwendung als magnetische Nebenschlüsse in Unterseetelegraphenempfangsvorrichtungen erwiesen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι . Ein Nickel und Eisen enthaltendes, magnetischen Zwecken dienendes Material, in welchem der Nickelgehalt 75 bis 83 0/0 der Gesamtlegierung beträgt, und in welchem durch Wärmebehandlung eine erhöhte Anfangspermeabilität hervorgerufen ist, gekennzeichnet durch einen die Anfangspermeabilität erhöhenden Zusatz von höchstens 7°/₀ Chrom, Molybdän oder Silicium.
2. 2. Magnetisches Material nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Material annähernd 78V₂ o/_o Nickel, 1 o/_o bis 4°/₀ Chrom oder Molybdän und im übrigen Eisen enthält.
3. 3. Magnetisches Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material annähernd 78¹J₂ ⁰I₀ Nickel, annähernd 2°/₀ Chrom oder Molybdän und im übrigen Eisen enthält.
4. 4. Tiefseekabel, dadurch gekennzeichnet, daß sein Stromleiter ununterbrochen mit einer Lage des in den vorhergehenden Ansprüchen gekennzeichneten Materials belastet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen