DE69725497T2

DE69725497T2 - Verfahren zum Herstellen von magnetischen Bändern

Info

Publication number: DE69725497T2
Application number: DE69725497T
Authority: DE
Inventors: Neil R. Marengo Manning; Richard L. Marengo Anderson
Original assignee: Arnold Engineering Co
Current assignee: Arnold Engineering Co
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: EP0806486B1; DE69725497D1; ATE252161T1; EP0806486A1; US5716460A; CA2204315A1; CA2204315C

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Permanentmagnetstreifen. Die Erfindung betrifft insbesondere relativ dünne Magnetstreifen, solche mit einer Dicke von unter etwa 0,005 Zoll (0,127 mm). Die Streifen werden vorteilhafterweise als Komponenten in Markierungen oder Etiketten für die Verwendung in elektronischen Artikelüberwachungssystemen (EAS) eingesetzt, und somit betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte magnetische Markierungen sowie Verfahren, Vorrichtungen und Systeme für die Verwendung solcher Markierungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bestimmte Metalllegierungszusammensetzungen sind aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften bekannt. Es existieren verschiedene Anwendungen für den Einsatz solcher Legierungen in der Industrie. Die rasche Verbreitung solcher Legierungen hat nun auch Märkte wie elektronische Artikelüberwachungssysteme (EAS) erfasst. Viele dieser neueren Märkte erfordern Legierungen mit überlegenen magnetischen Eigenschaften zu reduzierten Kosten, so dass die Gegenstände, in denen sie eingesetzt werden, nach dem Gebrauch weggeworfen werden können.
EAS-Systeme können mit Markierungen wie solchen betrieben werden, die u. a. in den US-Patenten Nr. 4,510,489, 4,623,877, 5,146,204, 5,225,807, 5,313,192 und 5,351,033 beschrieben sind. Diese Markierungen enthalten allgemein, als das funktionelle Steuermittel in der Markierung selbst, ein halbhartes Magnetelement und ein weiches Magnetelement. Das halbharte Magnetelement gemäß Beschreibung in der vorliegenden Erfindung ist eine Komponente mit einer Koerzivität im Bereich von 10–200 Oersted und einer Remanenz, die ermittelt wird, nachdem das Element einem DC-Magnetisierungsfeld ausgesetzt wurde, das das Element im Wesentlichen bis zur Sättigung von 7–13 Kilogauß magnetisiert.
Im Etikett des Patentes 4,510,489 wird ein halbhartes Magnetelement neben ein magnetostriktives amorphes Element gelegt. Durch Magnetisieren des halbharten Magnetelementes im Wesentlichen bis zur Sättigung aktiviert der resultierende Magnetfluss des Magnetelementes das magnetostriktive Element oder macht es scharf, so dass es als Reaktion auf ein abfragendes Magnetfeld bei einer bestimmten Frequenz mechanisch resonieren oder vibrieren kann.
Die mechanische Vibration führt dazu, dass das magnetostriktive Element ein elektromagnetisches Signal mit einer bestimmten Frequenz erzeugt. Das erzeugte Signal kann erfasst werden, um die Anwesenheit des Etiketts zu erkennen. Durch Entmagnetisieren des halbharten Magnetelementes wird das magnetostriktive Element entschärft oder deaktiviert, so dass es nicht mehr mit einer definierten Frequenz mechanisch resonieren kann.
Die Metalllegierungszusammensetzungen, die Permanentmagnete bilden können, sind durch verschiedene Leistungseigenschaften wie Koerzitivkraft H_c sowie Restinduktion B_r gekennzeichnet. Die Koerzitivkraft ist ein Maß für den Widerstand des Magneten gegenüber Entmagnetisierung, und die Restinduktion ist ein Maß für den Induktionsgrad, den ein Magnet nach der Sättigung und der Wegnahme des Magnetfelds besitzt. Überlegene magnetische Eigenschaften können durch Verwenden einer Chrom und Cobalt enthaltenden Eisenlegierung erhalten werden. Die Anwesenheit von Cobalt macht solche Legierungen jedoch zu teuer und somit in verschiedenen Endverwendungszwecken wie beispielsweise als Elemente in Markierungen, die in EAS-Systemen verwendet werden, unpraktisch.
Bestimmte der neueren magnetischen Markierungen erfordern ferner das Ausbilden der Legierung zu einem relativ dünnen Materialstreifen, so dass die Magneteigenschaften auf wirtschaftliche Weise bereitgestellt werden. Mit steigendem Bedarf nach immer dünneren Magnetstreifen wird die Auswahl von Metalllegierungen, die die benötigten Magneteigenschaften und gleichzeitig die notwendige Bearbeitbarkeit und Formbarkeit besitzen, um die jeweilige gewünschte Gestalt zu erzielen, immer schwieriger. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass Eisenlegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 1 Gew.-% und einem Chromgehalt von 3–5 Gew.-% vorteilhafte Magneteigenschaften haben. Diese Legierungen sind jedoch mechanisch hart und können entweder aufgrund ihrer Anfangshärte oder aufgrund der hohen Niveaus an Bearbeitungshärtung während der Verarbeitung nicht leicht auf die benötigte Dicke gewalzt werden.
Es wurden praktische Lösungen für die oben umrissenen Probleme entwickelt, beispielsweise wie im US-Patent Nr. 5,431,746 beschrieben. Dieses Patent beschreibt Verfahren zur Herstellung von dünnen Magnetstreifen, bei denen eine auf Eisen basierende kohlenstoffarme Legierung auf die richtige Dicke gewalzt und der Streifen anschließend einem Aufkohlungsprozess unterzogen wird, um die endgültigen Magneteigenschaften zu erzielen. Eine weitere Lösung ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 96102848.7 (EP-A-728845) offenbart, wo solche dünnen Magnetstreifen mit einer Legierung hergestellt werden, die einen bestimmten Kohlenstoffgehalt aufweist, und wobei der Kohlenstoff in der Form von sphäroidalen Carbiden in der auf Eisen basierenden Matrix vorliegt. Diese erfinderischen Verfahren bieten zwar praktische Lösungen für das Problem der Herstellung solcher dünner Magnetstreifen, aber die Vereinfachung der Verarbeitung ist weiterhin Gegenstand fortlaufender Forschungsarbeiten.
Es wurden Fe-Mn-Magnetlegierungen ähnlich der vorliegeden Erfindung für drahtförmige Elemente mit hohem Remanenz-Rechtwinkligkeits-Verhältnis und anderen verbesserten Magneteigenschaften angewendet, und zwar gemäß GB-A-2070061 oder gemäß IEEE Transactions on Magnetics, Bd. MAG-16 (1980), Sep. Nr. 5, NY, USA, S. 1062–1064).
Es besteht somit im Bereich Permanentmagnete und insbesondere im Bereich EAS-Systeme Bedarf an Verarbeitungstechniken zur Herstellung von dünnen Magnetstreifen mit überlegenen Magneteigenschaften ohne Notwendigkeit für Cobalt und andere kostspielige Komponenten in den den Magnetstreifen bildenden Legierungszusammensetzungen. Bevorzugte Legierungszusammensetzungen sollten auch eine relativ geringe Kohlenstoffkonzentration besitzen, da sich herausgestellt hat, dass Kohlenstoff die Dickenreduzierung des Streifenmaterials erschwert. Somit sollten die Magnetstreifen aus Legierungszusammensetzungen hergestellt werden, die sich zu den dünnen Streifen verarbeiten lassen, die in vielen industriellen Anwendungsbereichen benötigt werden, insbesondere solche unter einer Dicke von etwa 0,005 Zoll (0,1270 mm).
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetstreifens sowie Magnetstreifen bereit, die mit dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt wurden. Die Erfindung stellt ferner eine Markierung für die Verwendung in einem EAS-System gemäß Anspruch 9 bereit. Die Magnetstreifen können mit einer Dicke von weniger als etwa 0,005 Zoll (0,1270 mm), vorzugsweise von weniger als etwa 0,003 Zoll (0,0762 mm) hergestellt werden, noch stärker bevorzugt weniger als etwa 0,002 Zoll (0,0508 mm). Die Magnetstreifen können auch ohne Notwendigkeit für Cobalt oder Kohlenstoff in der Legierung hergestellt werden und bieten dabei doch überlegene Magneteigenschaften, so dass wirtschaftliche Produkte erhalten werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem eine Legierung auf Eisenbasis, die hauptsächlich Eisen und Mangan enthält, zu einem dünnen Magnetstreifen mit einer Dicke von unter etwa 0,005 Zoll (0,1270 mm) verarbeitet wird. Die Legierung auf Eisenbasis enthält zwischen 8 und 18 Gew.-% Mangan als Hauptlegierungselement. Eisen bildet im Wesentlichen den Rest der auf Eisen basierenden Legierung und liegt in einer Menge von wenigstens 80 Gew.-% vor. In Kombination bilden Eisen und Mangan wenigstens etwa 90 Gew.-% der auf Eisen basierenden Legierung.
Die auf Eisen basierende Legierung wird vorzugsweise mit herkömmlichen Techniken wie z. B. Heißschmieden, Warmwalzen, Beizen und/oder Schleifen sowie Kaltwalzen verarbeitet, um einen Streifen mit einer Dicke im Bereich von 0,03 Zoll (0,762 mm) bis 0,06 Zoll (1,5240 mm) zu bilden. Dieser auf Eisen basierende Legierungsstreifen wird dann durch Erhitzen des Streifens auf eine Temperatur von wenigstens etwa 800°C und vorzugsweise für eine Zeitdauer geglüht, die ausreicht, um das Mangan über die auf Eisen basierende Legierung zu verteilen.
Der geglühte Streifen wird dann kaltgewalzt, um seine Dicke um wenigstens 50 Prozent zu reduzieren. Dieses Streifenmaterial wird dann einem Zersetzungswärmebehandlungsschritt unterzogen, bei dem das Streifenmaterial auf eine Temperatur von wenigstens etwa 400°C und unter der Austenitisierungstemperatur der Legierung erhitzt wird. Das Streifenmaterial wird wenigstens etwa 30 Minuten lang, vorzugsweise zwischen 8 und 24 Stunden lang auf diese Temperatur erhitzt. Das Streifenmaterial wird dann einem zweiten Kaltwalzschritt unterzogen, um seine Dicke um wenigstens 75 Prozent zu reduzieren, so dass sich ein Streifenmaterial mit einer Enddicke unter etwa 0,005 Zoll (0,127 mm) ergibt.
Das so erzeugte Streifenmaterial besitzt an dieser Stelle der Verarbeitung nicht die nötigen Magneteigenschaften, die für die meisten halbharten Magnetverwendungszwecke gewünscht werden. Die vorliegende Erfindung stellt überlegene Verarbeitungstechniken bereit, um die Endmagneteigenschaften zu erzielen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Streifenmaterial bei einer Temperatur von wenigstens 525°C für eine Zeitperiode von weniger als 3 Minuten wärmebehandelt. Die Geschwindigkeit, bei der sich dieser letzte Verarbeitungsschritt als effektiv herausgestellt hat, führt zu verringerten Verarbeitungskosten. Dieser letzte Wärmebehandlungsschritt wird vorzugsweise durch Transportieren des Streifenmaterials durch eine heiße Zone in einem Bandstahlofen durchgeführt. Die heiße Zone wird vorzugsweise auf einer Temperatur zwischen 525°C und 600°C gehalten, und die Aufenthaltszeit des Streifenmaterials bei seiner Passage durch die heiße Zone liegt zwischen etwa 0,1 und etwa 3 Minuten.
Das endgültige, dünne Streifenmaterial hat solche Magneteigenschaften entwickelt, dass seine Koerzivität H_c wenigstens etwa 20 Oersted und seine Remanenz B_r wenigstens 8000 Gauß beträgt. Das Streifenmaterial entwickelt auch ein hohes Maß an Rechtwinkligkeit (Br/Bs), die in elektronischen Artikelüberwachungssystemen (EAS) wünschenswert ist, weil solche Materialien einen konstanten Fluss erzeugen und das EAS-Ziel definitiver aktiviert und deaktiviert werden kann.
1 ist eine Darstellung eines EAS-Systems unter Verwendung einer Markierung mit einem halbharten Magnetelement gemäß Beschreibung in der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zur Herstellung relativ dünner Magnetstreifen aus Eisenlegierungsmaterialien bereit. Die Magnetstreifen haben eine Dicke von weniger als etwa 0,005 Zoll (0,1270 mm), vorzugsweise weniger als etwa 0,003 Zoll (0,0762 mm), stärker bevorzugt weniger als etwa 0,002 Zoll (0,0508 mm). Die dünnen Magnetstreifen sind für Anwendungszwecke wie Artikelsicherungsvorrichtungen im Einzelhandel nützlich. Somit bietet die geringe Dicke der Streifen deutliche Kostenvorteile gegenüber dickeren Streifenmaterialien. Es ist jedoch notwendig, dass die dünnen Streifen der vorliegenden Erfindung ohne zu brechen in einzelne Endprodukte geschnitten werden können, und daher darf das endgültige Streifenmaterial nicht zu brüchig sein.
Die in den Verfahren der vorliegenden Erfindung zu verwendende Grundlegierung ist eine auf Eisen basierende Legierung. Diese Legierung enthält Mangan als primäres Legierungsmetall. Der Mangangehalt der Legierung liegt zwischen 8 und 18. Das Eisen bildet vorzugsweise den Rest der Legierung, mit Ausnahme von Verunreinigungsniveaus aus anderen Metallen. Im Allgemeinen beträgt der Eisengehalt der Legierung wenigstens etwa 80, vorzugsweise wenigstens etwa 85, am meisten bevorzugt 85 bis 90 Gew.-% der Legierung. Die auf Eisen basierende Legierung wird vorzugsweise von Eisen und Mangan gebildet, und diese Metalle machen gemeinsam wenigstens 90, vorzugsweise wenigstens 95, noch stärker bevorzugterweise wenigstens 98 Gew.-% der Legierung aus.
Die auf Eisen basierende Legierung kann auch andere Metalle als Legierungselemente enthalten. So kann die Legierung beispielsweise Titan in Mengen von bis zu 5 Gew.-%, Molybdän in Mengen von bis zu 2 Gew.-%, Chrom in Mengen von etwa 3 Gew.-%, Vanadium in Mengen von bis zu etwa 2 Gew.-% und Cobalt in Mengen von bis zu etwa 2 Gew.-% enthalten. Weitere Elementarmetalle können in Verunreinigungsniveaus von vorzugsweise weniger als insgesamt etwa 1 Gew.-% vorliegen, und zu diesen Metallen gehören Cu, Zn, Al, Ni, Si, Hf, W und Zr. Der Kohlenstoffgehalt der zur Herstellung der Streifen der vorliegenden Erfindung verwendeten Legierung sollte unter etwa 0,1 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,07 Gew.-% liegen, stärker bevorzugt weniger als 0,05 Gew.-%. Es ist verständlich, dass die gesamten magnetischen und physikalischen Eigenschaften des endgültigen Streifenmaterials durch Minimieren des Verunreinigungsniveaus verbessert werden können. Es wird somit bevorzugt, dass der Block zum Formen der auf Eisen basierenden Legierung mit Hilfe eines Vakuumschmelzprozesses oder durch Schmelzen der Legierung unter einer Schutzschlackenabdeckung hergestellt wird.
Es hat sich herausgestellt, dass die Magneteigenschaften der dünnen Magnetstreifen von der Verarbeitungstechnik abhängig ist, die zum Reduzieren der Dicke der auf Eisen basierenden Legierung von ihrer Dicke beim endgültigen vollen austenitischen Glühen bis hinunter auf den Bereich von 0,001–0,005 Zoll (0,0254–0,1270 mm) angewendet wird. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung ergeben eine wirtschaftliche Verarbeitung der Legierung, so dass die Produktionskosten gesenkt werden.
Die auf Eisen basierende Legierung kann typischerweise als geschmiedete Platte mit einer Dicke von mehr als etwa 0,1 Zoll (2,54 mm) produziert werden. Diese Platte kann auf eine Dicke von etwa 0,03 Zoll (0,7620 mm) bis etwa 0,06 Zoll (1,5240 mm) mit herkömmlichen Techniken wie Kaltwalzen usw. reduziert werden. Die Verarbeitungsschritte in Verbindung mit der Reduzierung der auf Eisen basierenden Legierung auf diese Dicke werden nicht als Teil der vorliegenden Erfindung angesehen.
Die auf Eisen basierende Legierung mit einer Dicke von 0,03 Zoll (0,7620 mm) bis 0,06 Zoll (1,5240 mm) wird bei einer Temperatur im austenitischen Bereich, gewöhnlich von wenigstens etwa 800°C, vorzugsweise von wenigstens etwa 850°C und bevorzugter im Bereich von 900°C bis 1025°C, völlig geglüht. Das Legierungsmaterial wird gewöhnlich 0,5 –2 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Dieser Schritt erlaubt eine völlige Homogenisierung der Legierung. Die Legierung wird dann mit einem beliebigen Mittel auf Raumtemperatur abgekühlt, z. B. indem sie Umgebungsbedingungen ausgesetzt oder in einem Heliumgas abgeschreckt wird. In einer Ausgestaltung wird die Legierung rasch auf 1280°F (693,3°C) und dann mit 50°F/hr (27,7°C/hr) bis auf eine Temperatur von etwa 750°F (398,8°C) abgekühlt, danach erfolgt eine Kühlung mit einer beliebigen Geschwindigkeit und einem beliebigen Mittel.
Diese geglühte, auf Eisen basierende Legierung wird dann zum Reduzieren der Dicke des Materials kaltgewalzt. Die Dicke wird bei diesem Walzschritt um wenigstens 40%, vorzugsweise um wenigstens 45%, bevorzugter um wenigstens 50% reduziert. Dieser Walzschritt führt zu einer Korndehnung. Die Körner in der Mikrostruktur der Legierung dehnen sich während des Walzschrittes, so dass sich das Verhältnis von Oberflächenbereich zu Volumen der Körner erhöht.
Das zunächst reduzierte Legierungsmaterial wird dann bei einer Temperatur über etwa 400°C und unter der Austenitisierungstemperatur der auf Eisen basierenden Legierung wärmebehandelt. Verarbeitungstemperaturen liegen vorzugsweise von 400°C bis 600°C, und das Material wird im Allgemeinen wenigstens etwa 1 Stunde, vorzugsweise 8 bis 24 Stunden, stärker bevorzugt 12 bis 18 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Dieser Wärmezersetzungsschritt wird durchgeführt, um eine Phasenzersetzung der Legierung zu erzielen.
Das wärmebehandelte Streifenmaterial wird dann einem weiteren Kaltwalzverarbeitungsschritt unterzogen. Die Dicke des Streifenmaterials wird bei diesem Walzschritt um wenigstens 75%, bevorzugterweise um wenigstens 80%, stärker bevorzugt um wenigstens 85% und noch stärker bevorzugt um wenigstens 90% reduziert. Der resultierende Streifen hat eine Dicke unter etwa 0,005 Zoll (0,1270 mm), vorzugsweise unter etwa 0,003 Zoll (0,0762 mm), stärker bevorzugterweise unter etwa 0,002 Zoll (0,0508 mm). Im Allgemeinen liegt die Dicke der meisten für übliche halbharte Magnetanwendungen eingesetzten Streifen zwischen etwa 0,001 Zoll (0,0254 mm) und 0,005 Zoll (0,1270 mm). Durch diesen Walzschritt entwickelt sich die Struktur der auf Eisen basierenden Legierung für die Verbesserung des Magnetismus der Legierung, indem die Körner nochmals gedehnt werden. Der zweite Kaltwalzschritt bewirkt wiederum eine Anhäufung von Versetzungen in der Struktur des Streifenmaterials. Diese Versetzungen haben zur Folge, dass das Streifenmaterial brüchig und für die meisten Verwendungszwecke unakzeptabel wird.
Dann erfolgt eine endgültige Wärmebehandlung an dem Streifenmaterial, um die Struktur des Materials zu entspannen und um die Magneteigenschaften des Streifenmaterials zu erhöhen. Die Rechteckigkeit, d. h. das Verhältnis zwischen Remanenz B_r und Sättigungsinduktion B_s, nimmt während dieser letzten Wärmebehandlung zu. Die Rechteckigkeit des Streifenmaterials beträgt wenigstens etwa 0,8 und liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,8 bis 0,97, bevorzugter zwischen 0,85 und 0,95. Es wurde gefunden, dass Koerzivität und Rechtwinkligkeit des Materials mit einer Zunahme der endgültigen Wärmebehandlungstemperatur für einen bestimmten Mangangehalt zunehmen, während die Remanenz bis zu einem Koerzivitätsgrad von etwa 55 Oersted relativ konstant bleibt, danach fällt die Remanenz geringfügig ab.
Die endgültige Wärmebehandlung wird weniger als 3 Minuten lang, vorzugsweise 0,1 bis 3 Minuten lang, stärker bevorzugt 0,25 bis 2 Minuten lang bei einer Temperatur von wenigstens 525°C bis 625°C, bevorzugter von 535°C bis 600°C durchgeführt. In der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der letzte Wärmebehandlungsschritt in einem Banddurchlauf-Wärmebehandlungsofen durchgeführt. Der Bandstahlofen hat eine erhitzte oder heiße Zone, die auf der Behandlungstemperatur von 525°C–625°C gehalten wird. Das dünne Streifenmaterial wird durch den Ofen transportiert, und das Streifenmaterial wird mit einer solchen Geschwindigkeit durch die heiße Zone geführt, dass die Aufenthaltszeit in der heißen Zone 0,1 bis 3 Minuten beträgt.
Die dünnen Magnetstreifen der vorliegenden Erfindung werden auf eine solche Weise verarbeitet, dass das endgültige Streifenmaterial überlegene halbharte Magneteigenschaften besitzt. Das endgültige Streifenmaterial kann entweder als ein Material mit niedriger Koerzivität oder ein Material mit hoher Koerzivität beschrieben werden. Das Material mit niedriger Koerzivität hat eine Koerzivität H_c von unter etwa 40 Oersted, sie liegt im Allgemeinen im Bereich von 20 bis 40, üblicher zwischen 20 und 30 Oersted; das Material niedriger Koerzivität hat gewöhnlich einen niedrigeren Mangangehalt von 8 bis 12, bevorzugter von 10 bis 12 Gew.-%. Das Material hoher Koerzvität hat eine Koerzivität von wenigstens etwa 40 Oersted, sie liegt im Allgemeinen im Bereich von 45 bis 80, bevorzugter von 50 bis 70 Oersted; das Material hoher Koerzivität hat gewöhnlich einen höheren Mangangehalt von 12 bis 15, bevorzugter von 12 bis 14 Gew.-%.
Für Materialien mit niedriger und hoher Koerzivität haben die dünnen Magnetstreifen eine Remanenz B_r von wenigstens etwa 8000 Gauß, gewöhnlich im Bereich von 8000 bis 14000 Gauß. Die Remanenz liegt im Allgemeinen bei wenigstens 9000, vorzugsweise bei wenigstens etwa 10.000, bevorzugter bei wenigstens etwa 10.500 Gauß.
Die Magnetstreifen der vorliegenden Erfindung sind in Anwendungen wie Artikelsicherungsvorrichtungen im Einzelhandel nützlich. Dabei bietet die geringe Dicke der Streifen deutliche Kostenvorteile gegenüber dickeren Streifenmaterialien. Es ist jedoch notwendig, dass die dünnen Streifen der vorliegenden Erfindung ohne zu brechen in einzelne Endprodukte geschnitten werden, daher darf das endgültige Streifenmaterial nicht zu brüchig sein.
Die Magnetstreifen der vorliegenden Erfindung sind besonders für die Verwendung als Steuerelemente für Markierungen oder Etiketten in magnetischen elektronischen Artikelüberwachungssystemen (EAS) geeignet. Die Herstellung solcher magnetischer Markierungen und deren Einsatz in EAS-Steuersystemen sind in der Technik hinlänglich bekannt und sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4,510,489, 5,313,192 und 5,351,033 dargestellt. Das EAS-System arbeitet im Allgemeinen wie in 1 gezeigt, wo ein EAS-System 10 so konfiguriert ist, dass es einen Artikel 12 in einer Erfassungszone 20 hat. Eine Markierung 14 ist an dem Artikel 12 angebracht. Die Markierung 14 hat für ihren Betrieb wenigstens zwei Elemente – ein halbhartes Magnetelement 16 und ein weiches Magnetelement 18. Das halbharte Magnetelement 16 wird von dem dünnen Magnetstreifen der vorliegenden Erfindung gebildet. Das weiche Magnetelement 18 ist ein beliebiges der verschiedenen weichen Magnetmaterialien, die in der Fachwelt als in EAS-Markierungen nützlich bekannt sind, wie z. B. aus Materialien gemäß den US-Patenten Nr. 4,510,489 und 5,351,033. Das weiche Magnetmaterial hat im Allgemeinen eine Koerzivität von weniger als etwa 5 Oersted, gewöhnlich von weniger als etwa 2 Oersted, vorteilhafterweise von weniger als etwa 1 Oersted. Geeignete Materialien sind unter anderem Eisen- oder Cobaltlegierungen, die verschiedene Mengen an Nickel, Chrom, Molybdän, Bor, Phosphor, Silicium, Kohlenstoff und Mischungen davon enthalten; diese Legierungen sind gewöhnlich amorph. Das halbharte Magnetelement 16 wird gewöhnlich zum Aktivieren und Deaktivieren der Markierung 14 verwendet.
Das EAS-System 10 beinhaltet im Allgemeinen ferner einen Sender 22, der ein AC-Magnetfeld in die Erfassungszone 20 sendet. Die Anwesenheit des Artikels 12, einschließlich der Markierung 14, in der Zone 20 wird vom Empfänger 24 erfasst, der ein Signal erfasst, das durch die Interaktion zwischen dem weichen Magnetelement 18 der Markierung 14 mit dem gesendeten Magnetfeld erzeugt wird.
Indem das halbharte Magnetelement 16 in einen magnetisierten Zustand gebracht wird, kann das weiche Magnetelement 18 der Markierung 14 scharf gemacht und in einen aktivierten Zustand gebracht werden, so dass es mit dem anliegenden Feld interagiert und ein Signal erzeugt. Durch Ändern des magnetisierten Zustands des halbharten Magnetelementes 16 in einen entmagnetisierten Zustand wird das weiche Magnetelement 18 wieder unscharf gemacht und in einen deaktivierten Zustand gebracht, so dass die Markierung 14 nicht mit einem anliegenden Magnetfeld interagiert und ein Signal erzeugt. Auf diese Weise kann die Markierung 14 nach Bedarf innerhalb eines herkömmlichen Aktivierungs-/Deaktivierungssystems (nicht dargestellt) aktiviert und deaktiviert werden, wie in der Technik bekannt ist.
Beispiel 1
Es wurden verschiedene dünne Streifen mit überlegenen Magneteigenschaften gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt, wobei mit einer auf Eisen basierenden Legierung gearbeitet wurde, die etwa 12,9 Gew.-% Mn, etwa 0,01 Gew.-% Cr, ansonsten Fe enthielt. Diese auf Eisen basierende Legierung wurde durch Kombinieren von elektrolytischem Eisen und elektrolytischem Mangan in einem Vakuuminduktionsofen mit herkömmlichen Techniken geschmolzen. Ein Block mit einem Gewicht von 5,4432 Kilo (ca. 12 lbs) wurde hergestellt, und dieser Block wurde nachfolgend offen gesenkgeschmiedet, beginnend bei etwa 2150°F (1176,6°C). Die endgültige Form des Blocks war eine Platte mit einer Dicke von etwa 0,5 Zoll (12,7 mm), einer Breite von 5 Zoll (127 mm) und einer Länge von 24 Zoll (609,6 mm). Diese Platte wurde auf beiden Seiten und an den Rändern in Vorbereitung für ein nachfolgendes Kaltwalzen flach geschliffen. Die Plattendicke nach dem Schleifen betrug 0,275 Zoll (6,985 mm). Die Platte wurde bei 1725°F (940,5°C) eine Stunde lang geglüht und dann in Heliumgas abgeschreckt. Diese Platte wurde dann auf einem Duokaltwalzwerk auf 0,04 Zoll (1,0160 mm) kaltgewalzt. Die gewalzte Platte wurde dann bei 1725°F (940,5°C) eine Stunde lang geglüht und dann in Heliumgas abgeschreckt. Das Material wurde dann auf einem Vierwalzenkaltwalzwerk auf 0,020 Zoll (0,508 mm) gewalzt, was einer Flächenreduzierung von 50 Prozent entsprach. Dieses Material wurde aufgewickelt und 16 Stunden lang bei 842°F (450°C) in einem Stapelofen wärmebehandelt. Der Coil wurde nachfolgend auf dem Vierwalzenkaltwalzwerk auf 0,008 Zoll (0,2032 mm) gewalzt und dann auf ein Vielrollenfolienwalzwerk übertragen und auf 0,002 Zoll (0,0508 mm) gewalzt, was einer Flächenreduzierung von 90 Prozent entsprach. Zwischen den Walzvorgängen wurden die Ränder des Materials beschnitten, um Randreißen zu verhüten.
Das so hergestellte Streifenmaterial wurde dann verschiedenen endgültigen Wärmebehandlungen in einem Bandstahlglühofen unterzogen. Die verschiedenen Temperaturen der heißen Zone in dem Bandstahlglühofen für die verschiedenen Durchläufe sind in Tabelle 1.1 zusammen mit der Aufenthaltszeit (Minuten) des Materials in der heißen Zone aufgeführt. Die endgültige Dicke des Streifens sowie die endgültigen Magneteigenschaften des Streifens, Koerzivität und Remanenz, sind in Tabelle 1.1 aufgeführt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dünnen Magnetstreifens, der sich leicht zerschneiden lässt und überlegene Magneteigenschaften aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer auf Eisen basierenden Legierung, umfassend wenigstens etwa 80 Gew.-% Eisen und 8 bis 18 Gew.-% Mangan, wobei der Eisen- und Mangangehalt wenigstens etwa 90 Gew.-% der genannten auf Eisen basierenden Legierung beträgt; (b) Glühen der genannten auf Eisen basierenden Legierung durch Erhitzen der genannten auf Eisen basierenden Legierung auf eine Temperatur von wenigstens etwa 800°C; (c) Kaltwalzen der genannten auf Eisen basierenden Legierung zum Reduzieren ihrer Dicke um wenigstens 40 Prozent und zum Bilden eines ersten Streifens; (d) Wärmebehandeln des genannten ersten Streifens bei einer Temperatur über etwa 400°C und unter der Austenitisierungstemperatur der auf Eisen basierenden Legierung für wenigstens etwa 30 Minuten; (e) Kaltwalzen des genannten ersten Streifens zum Reduzieren seiner Dicke um wenigstens 75 Prozent und zum Bilden eines zweiten Streifens; und (f) Wärmebehandeln des genannten zweiten Streifens bei einer Temperatur von wenigstens etwa 525°C für eine Dauer von weniger als etwa 3 Minuten, wobei nach der genannten Wärmebehandlung die Koerzivität des genannten zweiten Streifens wenigstens etwa 20 Oersted und die Remanenz des genannten zweiten Streifens wenigstens etwa 8000 Gauß beträgt, wobei der genannte zweite Streifen eine Dicke unter 0,005 Zoll (0,1270 mm) hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: der Eisen- und Mangangehalt wenigstens 95 Gew.-% der genannten auf Eisen basierenden Legierung beträgt; die genannte auf Eisen basierende Legierung in der Form eines Streifens eine Dicke von weniger als etwa 0,05 Zoll (1,27 mm) hat; die genannte auf Eisen basierende Legierung durch Erhitzen der genannten auf Eisen basierenden Legierung auf eine Temperatur von wenigstens etwa 850°C geglüht wird; der genannte erste Streifen kaltgewalzt wird, um seine Dicke um wenigstens 85 Prozent zu reduzieren; der genannte zweite Streifen in einem Bandstahlofen durch Transportieren des genannten zweiten Streifens durch eine heiße Zone in dem genannten Bandstahlofen wärmebehandelt wird, wobei die genannte heiße Zone auf einer Temperatur von wenigstens etwa 525°C gehalten wird, wobei die Aufenthaltszeit des zweiten Streifens in der heißen Zone weniger als etwa 3 Minuten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die heiße Zone des genannten Bandstahlofens auf einer Temperatur zwischen 525°C und 600°C gehalten wird und die Aufenthaltszeit des zweiten Streifens in der heißen Zone 0,1 Minuten bis 3 Minuten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Koerzivität des genannten zweiten Streifens wenigstens 40 Oersted und die Remanenz des genannten zweiten Streifens wenigstens etwa 10.000 Gauß beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die auf Eisen basierende Legierung einen Mangangehalt von etwa 12 bis 15 Gew.-% hat.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Koerzivität des genannten zweiten Streifens zwischen 20 und 40 Oersted liegt und die Remanenz des genannten zweiten Streifens wenigstens etwa 10.000 Gauß beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die auf Eisen basierende Legierung einen Mangangehalt von 8 bis 12 Gew.-% hat.
Dünner Magnetstreifen, hergestellt mit dem Verfahren nach Anspruch 3, 5 oder 7.
Markierung zur Verwendung in einem elektronischen Artikelüberwachungssystem zum Erkennen der Anwesenheit eines Etiketts, das die Markierung in einer Erfassungszone enthält, umfassend: (a) ein halbhartes Magnetmaterial, das mit den Schritten von Anspruch 1 erzeugt wurde; und (b) ein weiches Magnetmaterial, das neben dem genannten halbharten Magnetelement angebracht ist.
Markierung nach Anspruch 9, bei dem: der Eisen- und Mangangehalt wenigstens etwa 95 Gew.-% der genannten auf Eisen basierenden Legierung beträgt; die genannte auf Eisen basierende Legierung weniger als 0,1 Gew.-% Kohlenstoff enthält; die genannte auf Eisen basierende Legierung in der Form einer Platte mit einer Dicke von weniger als etwa 0,05 Zoll (1,27 mm) vorliegt; die genannte auf Eisen basierende Legierung durch Erhitzen der genannten auf Eisen basierenden Legierung auf eine Temperatur von wenigstens etwa 850°C geglüht wird; der genannte erste Streifen kaltgewalzt wird, um seine Dicke um wenigstens 85 Prozent zu reduzieren; und der genannte zweite Streifen in einem Bandstahlofen durch Transportieren des genannten zweiten Streifens durch eine heiße Zone in dem genannten Bandstahlofen wärmebehandelt wird, wobei die genannte heiße Zone auf einer Temperatur von wenigstens etwa 525°C gehalten wird, wobei die Auftenthaltszeit des zweiten Streifens in der heißen Zone weniger als etwa 3 Minuten beträgt.