DE68908184T2

DE68908184T2 - Glasartige metallegierung für mechanisch resonierende sicherungsmarkierungssysteme.

Info

Publication number: DE68908184T2
Application number: DE89909913T
Authority: DE
Inventors: V Ramanan
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPH04500985A; DK48791D0; DE68908184D1; WO1990003652A1; EP0435885A1; CA1341071C; EP0435885B1; DK48791A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf metallische Glaslegierungen; und insbesondere auf metallische Glaslegierungen, die für die Verwendung in mechanisch resonierenden Auftreffflächen von Gegenstandsüberwachungssystemen geeignet sind.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Heute sind am Markte zahlreiche Gegenstandsüberwachungssysteme erhältlich, um bei der Identifizierung und/oder Sicherung verschiedener belebter und unbelebter Objekte zu helfen. Die Identifizierung des Personals zur Überwachung des Zugangs zu Sperrbereichen sowie die Sicherung von Handelsgegenständen gegen Diebstahl sind Beispiele von Zwecken, für die solche Systeme angewendet werden.
Eine wesentliche Komponente aller Überwachungssysteme ist eine Sensoreinheit bzw. eine "Auftrefffläche", die am festzustellenden Objekt angebracht ist. Weitere Komponenten des Systems umfassen einen Sender und einen Empfänger, die zweckmäßig in einer "Abfragezone" angeordnet sind. Wenn das die Auftrefffläche tragende Objekt in die Abfragezone eintritt, spricht der Funktionsteil der Auftrefffläche auf ein Signal des Senders an, wobei das Antwortsignal vom Empfänger festgestellt wird. Die im Antwortsignal enthaltene Information wird dann für der Anwendung entsprechende Aktionen verarbeitet: Zutrittsverweigerung, Auslösen eines Alarms u.dgl.
Überwachungssysteme, welche Feststellbetriebsarten benutzen, bei denen die grundlegende mechanische Resonanzfrequenz des Materiales der Auftrefffläche eingearbeitet ist, sind insofern besonders vorteilhafte Systeme, als sie eine Kombination hoher Feststellempfindlichkeit, hoher Betriebssicherheit und geringer Betriebskosten bieten. Beispiele solcher Systeme sind in den US-Patenten Nr. 4,510,489 und 4,510,490 geoffenbart (die nachstehend als die '489- und '490-Patente bezeichnet werden).
Die Auftrefffläche in solchen Systemen ist ein Streifen oder eine Mehrzahl von Streifen aus einem ferromagnetischen Material bekannter Länge, das in einem härteren Ferromagneten (einem Material mit höherer Koerzitivkraft) verpackt ist, welcher zum Erzielen einer magnetomechanischen Spitzenkopplung ein Vormagnetisierungsfeld liefert. Das ferromagnetische Material ist vorzugsweise ein metallisches Glaslegierungsband, da die Wirksamkeit der magnetomechanischen Kopplung bei diesen Legierungen sehr hoch ist. Die mechanische Resonanzfrequenz des Materiales der Auftrefffläche wird im wesentlichen durch die Länge des Legierungsbandes und die Stärke des Vormagnetisierungsfeldes diktiert. Wenn ein auf diese Resonanzfrequenz abgestimmtes Abfragesignal auftritt, spricht das Material der Auftrefffläche mit einem breiten Signalfeld an, das vom Empfänger festgestellt wird. Das breite Signalfeld ist einer erhöhten magnetischen Permeabilität des Materiales der Auftrefffläche an der Resonanzfrequenz zuzuschreiben. In den '489- und '490- Patenten sind verschiedene Konfigurationen der Auftrefffläche und Systeme für die Abfrage und die Feststellung gelehrt worden, die das obige Prinzip anwenden.
Bei einem besonders zweckmäßigen System wird das Material der Auftrefffläche durch vom Sender erzeugte Signalimpulse oder -entladungsstöße an ihrer Resonanzfrequenz zu Schwingungen erregt. Wenn der Erregungsimpuls vorbei ist, wird das Material der Auftrefffläche gedämpfte Schwingungen an ihrer Resonanzfrequenz durchmachen, d.h. das Material der Auftrefffläche "klingt" nach Beendigung des Erregungsimpulses aus. Der Empfänger "horcht" während dieser Ausklingperiode auf das Antwortsignal. Mit dieser Anordnung ist das Überwachungssystem gegenüber Störungen aus verschiedenen strahlenden oder energieleitenden Quellen relativ immun, weshalb die Möglichkeit für Falschalarme im wesentlichen ausgeschaltet ist.
In den '489- und '490-Patenten ist ein breiter Bereich von Legierungen unter Schutz gestellt worden, die als Material für die Auftrefffläche für die verschiedenen geoffenbarten Feststellsysteme geeignet sind. Weitere metallische Glaslegierungen mit hohen Permeabilitäten sind im US-Patent Nr. 4,152,144 geoffenbart; die Zusammensetzungen der beanspruchten Legierungen in diesem Patent fallen in den breiten Bereich, auf den oben Bezug genommen wurde.
Für das unmittelbar oben beschriebene spezielle Feststellsystem sind jedoch metallische Glaslegierungen mit langen Ausklingzeiten höchst wünschenswert, so daß die Wirksamkeit der Detektion in dem System verbessert werden kann. Unter diesen würden glasartige Metallegierungen einen zusätzlichen Vorteil bieten, die wirtschaftlich herstellbar sind.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft magnetische Legierungen, die zu wenigstens etwa 70% glasartig sind und sich bei Anwendungen für Resonanzauftreffflächen durch lange Ausklingzeiten auszeichnen. Solche Legierungen erweisen eine geringe Dämpfungsgeschwindigkeit für die Resonanzschwingungen im Anschlusse an das Ende eines Erregungsimpulses. Allgemein festgestellt, besitzen die glasartigen Metallegierungen der Erfindung eine durch die Formel FeaNibMcBdSieCf beschriebene Zusammensetzung, worin M entweder Molybdän oder Chrom ist, "a" - "f" in Atomprozent angegeben sind und "a" von etwa 39 bis ungefähr 41 reicht, "b" von etwa 37 bis ungefähr 39, "c" reicht von 0 bis etwa 3, "d" von etwa 17 bis ungefähr 19, und "e" und "f" reichen von 0 bis etwa 2 unter der Voraussetzung, daß (i) nur eine Ziffer von "c", "e" und "f" Null sein kann, (ii) "e" nicht Null sein kann, wenn nicht auch "f" Null ist, und (iii) "f" nur dann Null sein kann, wenn M gleich Cr ist. Bänder dieser Legierungen erweisen Ausklingzeiten von zumindest etwa 3 ms, wenn sie mechanisch auf von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz reichende Frequenzen resonieren. Alternativ erweisen Bänder dieser Legierungen Ausklingzeiten von zumindest etwa 7 ms, wenn sie mechanisch auf von etwa 21 kHz bis ungefähr 25 kHz reichende Frequenzen resonieren.
Die metallischen Gläser dieser Erfindung sind besonders für die Verwendung als aktive Elemente an Auftreffflächen geeignet, die Überwachungssystemen zugehörig sind, welche Erregungs- und Detektierbetriebsarten für die Resonanzfrequenz anwenden. Andere Anwendungen können bei speziellen magnetischen Verstärkern, Relaiskernen, Erdschlußunterbrechern u.dgl. gefunden werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird vollständiger verständlich, und weitere Vorteile werden hervorgehen, wenn auf die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird, die eine schematische Darstellung des Erregungssignalimpulses und des sich ergebenden Antwortsignales des Materiales der Auftrefffläche ist, wobei die Hüllkurven dieser Signale jeweils durch die dicke strichlierte und die dicke durchlaufende Linie gezeigt sind, und wobei die Definitionen der Spitzenantwortspannung Vr und der Ausklingzeit tr des Materiales der Auftrefffläche ebenfalls vorgesehen sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind magnetische, metallische Glaslegierungen vorgesehen, die sich bei Anwendungen für Resonanz-Auftreffflächen durch lange Ausklingzeiten auszeichnen. Diese Legierungen erweisen im Anschluß an die Beendigung eines Erregungsimpulses eine niedrige Dämpfungsgeschwindigkeit für die Resonanzschwingungen. Allgemein festgestellt, besitzen die glasartigen Metallegierungen der Erfindung eine durch die Formel FeaNibMcBdSieCf beschriebene Zusammensetzung, worin M entweder Molybdän oder Chrom ist, "a" - "f" in Atomprozent angegeben sind und "a" von etwa 39 bis ungefähr 41 reicht, "b" von etwa 37 bis ungefähr 39, "c" reicht von 0 bis etwa 3, "d" von etwa 17 bis ungefähr 19, und "e" und "f" reichen von 0 bis etwa 2 unter der Voraussetzung, daß (i) nur eine Ziffer von "c", "e" und "f" Null sein kann, (ii) "e" nicht Null sein kann, wenn nicht auch "f" Null ist, und (iii) "f" nur dann Null sein kann, wenn M gleich Cr ist. Die Reinheit der obigen Zusammensetzungen ist jene, wie sie in der normalen, handelsüblichen Praxis gefunden wird. Bänder dieser Legierungen zeigen bei von etwa 35 mm bis ungefähr 40 mm reichenden Längen eine mechanische Resonanz im Frequenzbereiche von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz. Wenn sie sich so in Resonanz befinden, erweisen solche Bänder Ausklingzeiten von wenigstens etwa 3 ms. Alternativ zeigen Bänder dieser Legierungen bei von etwa 85 mm bis ungefähr 100 mm reichenden Längen eine mechanische Resonanz im Frequenzbereich von etwa 21 kHz bis ungefähr 25 kHz; und wenn sie sich so in Resonanz befinden, erweisen sie Ausklingzeiten von zumindest etwa 7 ms.
Bänder mit mechanischer Resonanz im Bereiche von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz sind bevorzugt. Solche Bänder sind kurz genug, um als Wegwerf-Materialien für Auftreffflächen verendet zu werden. Überdies sind die Resonanzsignale solcher Bänder von den Hör- und den kommerziellen Radiofrequenzbereichen gut getrennt.
Die meisten metallischen Glaslegierungen, die außerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegen, klingen typischerweise nach Erregung einer Resonanz im Frequenzbereich von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz innerhalb kürzerer Zeit als etwa 2 ms aus. Diese Ausklingzeiten sind wegen der erhöhten, mit der Feststellung eines Antwortsignales vernünftiger Stärke innerhalb so kurzer Zeitabstände verbundenen Schwierigkeiten inakzeptabel.
Es gibt wenige metallische Glaslegierungen außerhalb des Rahmens dieser Erfindung, die mit jenen der Legierungen dieser Erfindung vergleichbare Ausklingzeiten zeigen. Diese Legierungen enthalten jedoch unweigerlich hohe Anteile an Molybdän. Abgesehen von den mit Mo verbundenen erhöhten Rohmaterialkosten, neigt die Ausbeute guter, für die Verwendung in Resonanzauftreffflächen geeigneter Magnetbänder aus einem Guß aus Legierungen mit hohem Molybdängehalt dazu, im allgemeinen gering zu sein. Die Legierungen der vorliegenden Erfindung bieten die vorteilhafte Kombination von langen Ausklingzeiten und einer wirtschaftlichen Herstellung verwendbarer Bänder.
Abgesehen von der bequemen, durch die längeren Ausklingzeiten in den Legierungen dieser Erfindung erleichterten Detektierung, bringen solche längeren Zeitabstände insofern ein zusätzliches, und vorteilhaftes, Merkmal für das Detektionssystem, als der Empfänger zu Bestätigungszwecken während ein und desselben Ausklingzyklus öfter als ein Mal auf die Probenantwort "horchen" kann.
Beispiele für metallische Gläser nach der Erfindung schließen Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub2;B&sub1;&sub8;Si&sub1;C&sub1;, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub3;B&sub1;&sub8;Si0,5C0,5, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub1;B&sub1;&sub8;Si1,5C1,5, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo2,5B17,5Si&sub1;C&sub1;, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo1,5B18,5Si&sub1;C&sub1;, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub3;B&sub1;&sub7;Si&sub1;C&sub1;, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Cr&sub2;B&sub1;&sub8;Si&sub2; und Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;B&sub1;&sub8;Si&sub2;C&sub2; ein, wobei alle Ziffern in Atomprozenten angegeben sind.
Die Definition der Ausklingzeit, wie sie im Zusammenhange mit der Beschreibung dieser Erfindung gebraucht wird, ist in der Figur vorgesehen. Diese Figur veranschaulicht auch schematisch die Abfrage- und Feststell-Betriebsarten eines Überwachungssystemes, bei dem die Legierungen dieser Erfindung in vorteilhafter Weise angewendet werden.
Das Material der Auftrefffläche wird einem Entladungsstoß eines, als Erregungsimpuls bezeichneten Erregungssignales konstanter Amplitude ausgesetzt, das auf die Frequenz der mechanischen Resonanz des Materiales der Auftrefffläche abgestimmt ist. Der Erregungsimpuls ist in der Figur mit dicken strichlierten Linien skizziert, und die Amplitude von Spitze zu Spitze des Impulses ist als die Größe V&sub0; bezeichnet. Obwohl das Prinzip des Betriebes des Überwachungssystemes nicht von der Form der den Erregungsimpuls umfassenden Wellen abhängt, ist die Wellenform dieses Signales für gewöhnlich sinusförmig. Das Material der Auftrefffläche beginnt unter dieser Erregung in Resonanz zu geraten.
Das physikalische, diese Resonanz beherrschende Prinzip kann, wie folgt, zusammengefaßt werden: Wenn ein ferromagnetisches Material einem magnetisierenden Magnetfeld ausgesetzt wird, erfährt es eine Längenveränderung. Die anteilige Längenveränderung gegenüber der ursprünglichen Länge des Materiales wird als Magnetostriktion und mit dem Symbol bezeichnet. Ein positives Zeichen wird dann zugeordnet, wenn die Verlängerung parallel zum magnetisierenden Magnetfeld erfolgt.
Wenn ein Band eines Materiales mit einer positiven Magnetostriktion einem sinusförmig variierenden, entlang seiner Länge aufgebrachten äußeren Feld ausgesetzt wird, wird das Band periodische Längenveränderungen durchmachen, d.h. das Band wird zu Schwingungen angetrieben. Das äußere Feld kann beispielsweise durch ein Solenoid erzeugt werden, das von einem sinusförmig variierenden Strom durchlaufen wird. Die Frequenz der Bandschwingungen wird doppelt so groß wie die des treibenden Feldes sein, da die Magnetostriktion für die Richtung des treibenden Feldes zu einem beliebigen gegebenen Augenblicke unempfindlich ist. Mit anderen Worten: So lange die absolute Größe des treibenden Feldes nicht Null ist, wird eine Veränderung der Bandlänge vorliegen. Eine magnetomechanische Resonanz erfolgt dann, wenn die Frequenz des treibenden Feldes die Hälfte von fr, der mechanischen Resonanzfrequenz des Bandes ist. Die Frequenz fr ist durch die Beziehung
fr = (½L)(E/D)0,5
gegeben, worin L die Bandlänge, E der Young-Modul des Bandes und D die Dichte des Bandes ist.
Würde jedoch ein magnetisches, als Vormagnetisierungsfeld bezeichnetes Gleichstromfeld entsprechender Stärke gleichzeitig mit dem Wechselstromfeld dem Material aufgeprägt, wäre die Frequenz der Bandschwingungen die des treibenden Wechselstromfeldes. Der Grund dafür liegt darin, daß das Material magnetostriktiv auf das momentane, auf es wirkende Nettomagnetfeld anspricht, und so lange dieses Nettofeld von Null abweichend bleibt, wird das Material um die Lage schwingen, in die es das konstante Gleichstromfeld gebracht hat. Abgesehen davon eine Empfindlichkeit in Richtung des momentanen Wechselstromfeldes zu schaffen, dient das Vormagnetisierungsfeld auch anderen Zwecken.
Magnetostriktive Effekte werden in einem ferromagnetischen Material nur dann beobachtet, wenn die Magnetisierung des Materiales durch Domänenrotation fortschreitet. Es wird keine Magnetostriktion beobachtet, wenn eine Bewegung der planparallelen Blockwände der Mechanismus für die Magnetisierung ist. Das Vormagnetisierungsfeld bringt das Material auf das "Knie" der Magnetisierungsschleife des Materiales bzw. jenseits desselben, in welchem magnetischen Zustand die Bewegung planparalleler Wände verbraucht ist, und eine weitere Magnetisierung des Musters hauptsächlich durch Domänenrotation erfolgt. Die Wirksamkeit des magnetomechanischen Ansprechens aus dem Material wurde so verbessert. Es ist in der Technik auch wohlverständlich, daß ein Vormagnetisierungsfeld dazu dient, in einem ferromagnetischen Material den wirksamen Wert für E so zu verändern, daß die mechanische Resonanzfrequenz des Materiales durch geeignete Wahl der Stärke des Vormagnetisierungsfeldes modifiziert wird.
Wenn man das Obige zusammenfaßt, wird ein Band eines positiv magnetostriktiven ferromagnetischen Materiales mit der Frequenz des treibenden magnetischen Wechselstromfeldes schwingen, wenn es einem solchen treibenden Wechselstromfeld in Gegenwart eines Gleichstrom-Vormagnetisierungsfeldes ausgesetzt wird, und wenn diese Frequenz mit der mechanischen Resonanzfrequenz fr des Materiales übereinstimmt, wird das Band in Resonanz geraten und vergrößerte Amplituden des Antwortsignales liefern. In der Praxis wird das Vormagnetisierungsfeld durch einen Ferromagneten mit einer größeren Koerzitivkraft geliefert als das im "Target-Packet" vorhandene Material der Auftrefffläche.
Die Amplitude des Antwortsignales bzw. der Antwortspannung aus dem Material der Auftrefffläche steigt über die Dauer des Erregungsimpulses (was durch die Massenträgheit diktiert ist), und erreicht schließlich einen stabilen, konstanten Wert, falls der Erregungsimpuls eine Zeitspanne dauert, die lang genug ist. Die Höhe dieser stabilen Amplitude von Spitze zu Spitze wird in der Figur als Vr dargestellt. Sobald einmal der Erregungsimpuls abgeschaltet wird, "klingt" das Material der Auftrefffläche aus, d.h. die Amplitude der mechanischen Schwingungen im Material, und damit die Amplitude der Anwortspannung reduziert sich über eine gewisse Zeitspanne zu Null. Mit anderen Worten wird die Bewegung des erregten Materiales der Auftrefffläche bei Fehlen einer Erregung gedämpft. Das Profil der Amplitude der Antwortspannung der Auftrefffläche ist in der Figur mit dicken durchlaufenden Linien skizziert.
Der Augenblick, in dem der Erregungsimpuls abgeschaltet wird, wird als Zeit t = 0 definiert, und die Überwachung des Antwortsignales des Musters beginnt einige Zeit nach t = 0 während der Ausklingzeitspanne. Die Ausklingzeit tr des Materiales der Auftrefffläche wird in der Darstellung der Figur als der Augenblick definiert, wenn die Antwortspannung der Auftrefffläche von Spitze zu Spitze 10% von Vr beträgt. Der Begriff "Ausklingzeit", wie er hier verwendet wird, bedeutet die Zeitspanne, während welcher die Antwortamplitude aus dem Bande auf etwa 10% jener Amplitude vermindert wird, die noch vorhanden ist, wenn ein auf das Band aufgebrachter Erregungsimpuls beendet wird, welche Zeitspanne in dem Augenblicke der Beendigung des Erregungsimpulses beginnt.
Die Ausklingzeit tr ist annähernd eine lineare Funktion der Bandlänge L; je länger das Band, desto länger ist die Ausklingzeit. Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß das Ansteigen von tr mit sich vergrößernder L mit der Verminderung der mechanischen Resonanzfrequenz in längeren Bändern verbunden ist. Derselbe Energiebetrag braucht bei niedrigeren Frequenzen länger, um aufgebraucht zu werden.
Die Größe der von einem Empfänger abgefühlten Antwortspannung hängt davon ab, wie der Empfänger innerhalb des Systems angeordnet ist. Beispielsweise wird ein Empfänger in einem das Einführen einer Identifikationskarte in einen Schlitz erfordernden System eine Größe für Vr wahrnehmen, die von jener verschieden ist, die von einem Empfänger in einem System wahrgenommen wird, das für die Verwendung an den Ausgangstüren eines Warenhauses ausgelegt ist, selbst wenn bei beiden Systemen identische Materialien für die Auftrefffläche verwendet werden.
Es gibt keinerlei Anforderungen an die Größe von Vr, so weit es die Wahl des Materiales der Auftrefffläche betrifft. Es ist jedoch verständlich, daß der Wert für Vr derart bemessen sein sollte, daß die Antwortspannung von ausreichender Stärke ist, um vom Empfänger in dem Augenblicke während der Ausklingzeit festgestellt zu werden, wenn der Empfänger dem Material der Auftrefffläche "zuhört". Künftig wird aus den unmittelbar oben im einzelnen ausgeführten Gründen in der Beschreibung dieser Erfindung keine weitere Bezugnahme auf Vr erfolgen.
Die Tabelle I listet die Werte für tr auf, die von verschiedenen glasartigen Metallegierungen außerhalb des Rahmens dieser Erfindung erhalten wurden, die jedoch gerade innerhalb des Rahmens der in den '489- und '490-Patenten beanspruchten Zusammensetzungen liegen. Mit Ausnahme der zuletzt genannten Legierung sind die Ausklingzeiten für die Legierungen in dieser Tabelle kurz. Diese zuletzt genannte Legierung neigt zu den mit dem Gießen von Legierungen mit hohem Molybdängehalt verbundenen Schwierigkeiten.

TABELLE I

Ausklingzeiten tr, die von verschiedenen glasartigen Metallegierungen außerhalb des Rahmens dieser Erfindung erhalten wurden. Repräsentative Zusammensetzungen von verschiedenen metallischen Glassystemen sind aufgelistet worden. Außer wie angemerkt, besitzen diese Bänder mechanische Resonanzfrequenzen fr im Bereiche von etwa 55 kHz bis 60 kHz. Zusammensetzung (Atom-%) (*) Band mit fr von etwa 22 kHz.
Es wurde gefunden, daß die Kombination der spezifischen Elemente in den Legierungen dieser Erfindung für den Erhalt langer Ausklingzeiten notwendig ist. Kurze Ausklingzeiten ergeben sich aus glasartigen Metallegierungen, denen irgendeines dieser Elemente in ihrer Zusammensetzung fehlt. Die Tabelle II listet die von repräsentativen glasartigen Metallegierungen, bei denen sowohl Si als auch C fehlen, erhaltenen Ausklingzeiten auf, und Tabelle III enthält eine ähnliche Liste, die von Legierungen ohne C abgeleitet ist. Die Legierungen in diesen Tabellen liegen außerhalb des Rahmens dieser Erfindung, und die von diesen Legierungen erhaltenen unerwünschten Ausklingzeiten sind aus diesen Tabellen offensichtlich.
Es versteht sich aus den Tabellen II und III, daß die Legierung Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub4;B&sub1;&sub8; hinsichtlich ihrer langen Ausklingzeit einzigartig ist. Eine Absenkung des Molybdängehaltes, um die Herstellung der Legierung wirtschaftlicher zu machen, ergibt jedoch unweigerlich einen Kompromiß bei der Ausklingzeit. Es wird ferner aus den Tabellen I bis III verständlich sein, daß die langen, bei den Legierungen dieser Erfindung mit der angegebenen Kombination spezifischer Elemente erhaltenen Ausklingzeiten noch länger sind als die Ausklingzeiten bisheriger Materialien von Auftreffflächen.

TABELLE II

Ausklingzeiten tr, die von Bändern von glasartigen Metallegierungen erhalten wurden, die Fe, Ni, Mo und B, aber kein Si oder C enthalten. Außer wie angemerkt, besitzen diese Bänder mechanische Resonanzfrequenzen fr im Bereiche von etwa 21 kHz bis ungefähr 23 kHz. Zusammensetzung (Atom-%) (*) Band mit fr von etwa 58 kHz.

TABELLE III

Ausklingzeiten tr, die von Bändern von glasartigen Metallegierungen erhalten wurden, die Fe, Ni, Mo, B, und Si aber kein C enthalten. Diese Bänder besitzen mechanische Resonanzen fr im Bereiche von etwa 21 kHz bis ungefähr 23 kHz. Zusammensetzung (Atom-%)
Die folgenden Beispiele werden präsentiert, um ein vollständigeres Verständnis der Erfindung zu liefern. Die speziellen Verfahren, Bedingungen und die berichteten Daten, welche dargelegt werden, um die Prinzipien und die Ausübung der Erfindung zu veranschaulichen sind exemplarisch und sollen nicht als Einschränkung des Rahmens der Erfindung ausgelegt werden. Alle in den Beispielen beschriebenen Legierungszusammensetzungen sind nominelle Zusammensetzungen.

BEISPIELE

Beispiel 1: metallische Gläser aus Fe-Ni-Mo-B-Si-C

1. Musterherstellung

Als Muster Nr. 1 bis 13 in Tabelle IV bezeichnete glasartige Metallegierungen aus der Fe-Ni-Mo-B-Si-C-Familie wurden aus der Schmelze entsprechend den von Narasimhan im US-Patent Nr. 4,142,571 gelehrten Verfahren, dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, rasch abgeschreckt. Alle Gießversuche wurden in einer Vakuumkammer unter Verwendung von 25 bis 100 g Schmelze durchgeführt. Die sich ergebenden Bänder, die typischerweise 25 bis 30 um dick und etwa 6 mm breit waren, wurden durch Röntgenstrahl-Diffraktometrie unter Verwendung von Cu-Kα-Strahlung und dynamische Differential-Kalorimetrie daraufhin überprüft, daß sie frei von wesentlicher Kristallbildung waren. Jede der Legierungen war zumindest zu 70% glasartig, und in vielen Fällen waren die Legierungen zu mehr als 90% glasartig. Die Bänder dieser glasartigen Metallegierungen waren stark, glänzend, hart und duktil.

2. Antwortcharakterisierung als Resonanz-Auftreffflächen

Auf etwa 38 mm Länge geschnittene Bandmuster wurden für die Charakterisierung der Ausklingzeiten in den verschiedenen Legierungen verwendet. Diese Bandlänge ist für eine mechanische Resonanzfrequenz geeignet, die von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz in diesen Legierungen reicht. Das Vormagnetisierungs- Gleichstromfeld und das treibende Wechselstromfeld wurden aus zwei Solenoiden erhalten, die koaxial angeordnet waren. Das Vormagnetisierungssolenoid von etwa 0,38 m Länge hatte eine Wicklungsdichte von etwa 3400 Wicklungen/m, und das treibende Solenoid war etwa 0,3 m lang, bei einer Wicklungsdichte von etwa 1440 Wicklungen/m. Das Muster wurde an der Achse dieser Solenoide, etwa in der Mitte von deren Länge angeordnet. Die Probenantwort wurde durch eine Aufnahmespule mit zwischen etwa 100 und 120 Drahtwicklungen abgefühlt, die eng rund um das Muster gewickelt waren und die ganze Bandlänge bedeckten. Die Probenantwort (Aufnahmesignal) und das treibende Wechselstromsignal wurden gleichzeitig an einem Oszillographenschirm überwacht.
Eine anfängliche Schätzung der Resonanzfrequenzen dieser Bandmuster, wie sie gegossen waren, wurde durch Fixierung des Gleichstrom-Vormagnetisierungsfeldes auf etwa 440 A/m durchgeführt und durch Abtasten der Frequenz eines treibenden Wechselstromfeldes mit einer konstanten Amplitude von etwa 8 A/m. Spitzen in den jeweiligen Antwortsignalen identifizierten die Resonanzfrequenzen, von denen gefunden wurde, daß sie von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz reichten.
Im Anschluß an dieses Verfahren wurde für jedes vorhandene Muster ein Impuls durch das erregende Solenoid gesandt, welcher Impuls eine abgezählte Anzahl von Wellen an der zuvor als für das Muster entsprechend festgestellten Resonanzfrequenz enthielt. Die Anzahl der Wellen, oder in äquivalenter Weise die Dauer des Impulses, wurde so eingestellt, daß sie ausreichte, um zu sichern, daß die Probenantwort einen stabilen Wert erreicht hatte. Auch wurden nötigenfalls Einstellungen der treibenden Frequenz und der Stärke des Vormagnetisierungsfeldes vorgenommen, um ein maximales Antwortsignal des Musters zu erhalten. Spitzen der Probenantworten wurden bei einem Vormagnetisierungsfeld erhalten, das von etwa 400 A/m bis ungefähr 600 A/m reichte, wobei die treibende Frequenz von etwa 56 kHz bis ungefähr 58 kHz reichte und der erregende Impuls zwischen etwa 80 und 100 Wellen aufwies.
Die Kurven am Oszillographenschirm waren so, wie in der Figur schematisch dargestellt ist. Wie oben beschrieben, wurde die Ausklingzeit als diejenige Zeit bestimmt, die benötigt wird, damit die Antwortamplitude des Musters sich auf 10% der Amplitude in jenem Momente vermindert, in dem der erregende Impuls abgeschaltet wurde. Die Tabelle IV listet unten die von diesen 38 mm langen metallischen Glasbändern, wie sie gegossen waren, erhaltenen Ausklingzeiten auf.

TABELLE IV

Ausklingzeiten tr, die von verschiedenen zur Erfindung gehörigen metallischen Gläsern aus Fe-Ni-Mo-B-Si-C erhalten wurden. Die mechanischen Resonanzfrequenzen reichen von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz. Zusammensetzung Atom-%
Jede von den in der Tabelle IV aufgelisteten Legierungen zeigte eine gute Gießbarkeit und besaß eine Ausklingzeit von wenigstens etwa 4,2 ms, was im Vergleiche mit Legierungen außerhalb des Rahmens der Erfindung relativ lang ist. Von den in der Tabelle IV dargestellten Legierungen sind die aus der aus den Mustern Nr. 2, 4, 6, 7 und 10 gewählten Gruppe mit einer Ausklingzeit von zumindest etwa 5 ms bevorzugt.
Ein Anlassen der metallischen Gläser verbessert ihre weichen ferromagnetischen Eigenschaften. Daher werden die Ausklingzeiten der metallischen Gläser dieser Erfindung verbessert, wenn diese glasartigen Legierungen angelassen werden.
Bänder ausgewählter Legierungen der obigen Tabelle wurden einem einfachen Anlassen im entspannten Zustande unterworfen, d.h. einem Anlassen bei niedrigen Temperaturen bei Fehlen von von außen angelegten magnetischen Feldern. Die Anlaßtemperatur reichte zwischen etwa 473 K und 573 K, und die Anlaßzeit reichte zwischen etwa 15 min. und 60 min. Von den Ausklingzeiten aus diesen angelassenen Bändern wurde gefunden, daß sie länger waren als von den entsprechenden Bändern, wie sie eben gegossen waren. Das Ausmaß der Verlängerung hing von der chemischen Zusammensetzung des metallischen Glases und den Anlaßbedingungen für eine gegebene Legierung ab. Andere Anlaßbedingungen, die die in einem Bande aus einer glasartigen Metallegierung verfügbaren magnetomechanischen Kopplungseffekte optimieren können, wie jene, die die Gegenwart von äußeren, entlang der Bandbreite aufgebrachten Feldern umfassen, können dazu verwendet werden, um die Resonanzantwort der jeweiligen Auftrefffläche aus den Legierungen dieser Erfindung zu verbessern.

Beispiel 2: metallische Gläser aus Fe-Ni-Cr-B-Si-C

Es wurden glasartige Metallegierungen im Fe-Ni-Cr-B-Si-C- System hergestellt und, wie im Beispiel 1 im einzelnen angeführt, charakterisiert. Die von repräsentativen Legierungen dieser Familie von metallischen Gläsern erhaltenen Ausklingzeiten sind in Tabelle V aufgelistet.

TABELLE V

Ausklingzeiten tr, die von verschiedenen zur Erfindung gehörigen metallischen Gläsern aus Fe-Ni-Cr-B-Si-C erhalten wurden. Die mechanischen Resonanzfrequenzen reichen von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz. Zusammensetzung Atom-%

Beispiel 3

Es wurden zahlreiche Gießversuche mit der der Erfindung angehörenden Legierung Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub2;B&sub1;&sub8;Si&sub1;C&sub1; sowie mit der Legierung Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub4;B&sub1;&sub8; durchgeführt, die außerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegt, wobei die unter Beispiel 1 im einzelnen beschriebene Verfahren befolgt wurden. Die Gleichförmigkeit der Breite und das Fehlen von Poren und Knicken wurden als das Kriterium für die Auswahl von "guten", 38 mm langen Bändern benutzt, die als Material für die Auftrefffläche verwendbar waren. Von einem typischen Gießversuch der der Erfindung angehörenden Legierung konnten etwa 10 bis 15 solcher Bänder hergeleitet werden, wogegen die Legierung außerhalb des Rahmens dieser Erfindung eine Ausbeute von nur 4 bis 8 solcher Bänder von einem typischen Gießversuch lieferte.
Die oben genannten Kriterien sind gute Indikatoren für die potentielle Ausbeute bei einem Gießversuch in großem Maßstabe für metallische Glasbänder. Knickungen entwickeln sich in in einer Vakuumkammer gegossenen Bändern, wenn das noch heiße Band die Wände der Vakuumkammer berührt. Unter sonst ähnlichen Gießbedingungen wird eine Legierung, die wirksamer zu einem Band abgeschreckt wird, weniger Knicke über die Länge des Bandes zeigen. In ähnlicher Weise versteht es sich, daß ein Mangel an Gleichförmigkeit der Breite sowie das Vorhandensein von Poren im gegossenen Bande offensichtlich die Gießbarkeit der Legierung vermindert.

Claims

1. Magnetische, glasartige Metallegierung, die zumindest etwa zu 70% glasartig ist, mit einer Zusammensetzung, die durch die Formel FeaNibMcBdSieCf beschrieben ist, worin M entweder Molybdän oder Chrom ist, "a" - "f" in Atomprozent angegeben sind und "a" von etwa 39 bis ungefähr 41 reicht, "b" von etwa 37 bis ungefähr 39, "c" reicht von 0 bis etwa 3, "d" von etwa 17 bis ungefähr 19, und "e" und "f" reichen von 0 bis etwa 2 unter der Voraussetzung, daß (i) nur eine Ziffer von "c", "e" und "f" Null sein kann, (ii) "e" nicht Null sein kann, wenn nicht auch "f" Null ist, und (iii) "f" nur dann Null sein kann, wenn M gleich Cr ist.

2. Legierung nach Anspruch 1, die die Form eines Streifens aufweist, der eine mechanische Resonanz in einem Frequenzbereich von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz zeigt und eine Ausklingzeit von zumindest etwa 3 ms besitzt.

3. Magnetische Legierung nach Anspruch 2, bei der die Ausklingzeit größer als etwa 5 ms ist.

4. Magnetische Legierung nach Anspruch 2, bei der "e" oder "f" zwischen etwa 0,5 und ungefähr 2 liegen.

5. Magnetische Legierung nach Anspruch 2, bei der sowohl "e" als auch "f" zwischen etwa 0,5 und ungefähr 1 liegen.

6. Gegenstandsüberwachungssystem zum Feststellen eines durch mechanische Resonanz einer Auftrefffläche wenigstens einen Streifen aus ferromagnetischem Material aufweist, das zumindest etwa zu 70% glasartig ist und eine Zusammensetzung besitzt, die durch die Formel FeaNibMcBdSieCf beschrieben ist, worin M entweder Molybdän oder Chrom ist, "a" - "f" in Atomprozent angegeben sind und "a" von etwa 39 bis ungefähr 41 reicht, "b" von etwa 37 bis ungefähr 39, "c" reicht von 0 bis etwa 3, "d" von etwa 17 bis ungefähr 19, und "e" und "f" reichen von 0 bis etwa 2 unter der Voraussetzung, daß (i) nur eine Ziffer von "c", "e" und "f" Null sein kann, (ii) "e" nicht Null sein kann, wenn nicht auch "f" Null ist, und (iii) "f" nur dann Null sein kann, wenn M gleich Cr ist.

7. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 6, bei dem der Streifen aus der aus einem Bande, einem Draht und einer Folie bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

8. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 6, bei dem der Streifen eine mechanische Resonanz in einem Frequenzbereich von etwa 55 kHz bis ungefähr 60 kHz zeigt und eine Ausklingzeit von zumindest etwa 3 ms besitzt.

9. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 8, bei dem "e" und "f" zwischen etwa 0,5 und ungefähr 1 liegen.

10. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 6, bei dem der Streifen eine aus der aus Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub2;B&sub1;&sub8;Si&sub1;C&sub1;, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo1,5B18,5Si&sub1;C&sub1;, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub2;B18,5Si&sub1;C0,5, Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub2;B18,5Si0,5C&sub1; und Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub3;B&sub1;&sub7;Si&sub1;C&sub1; bestehenden Gruppe gewählte Zusammensetzung besitzt.