KR101835139B1

KR101835139B1 - 오스테나이트계 철/니켈/크롬/구리 합금

Info

Publication number: KR101835139B1
Application number: KR1020097022683A
Authority: KR
Inventors: 띠에리 와케르; 올레나 다니로바
Original assignee: 아뻬람 알로이스 엥피
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2018-04-13
Also published as: WO2008142229A2; ES2672020T3; CN101680070A; CA2682233A1; US20100102910A1; BRPI0809850A2; WO2008142229A3; JP2010534277A; EP1975269A1; KR20100016053A; CN101680070B; EP2129808B1; JP5840361B2; JP2015007287A; EP2129808A2; CA2682233C; RU2456366C2; MX2009010504A; RU2009140089A

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 철/니켈/크롬/구리 합금에 관한 것이고, 이 합금의 조성은 24 % ≤ Ni ≤ 36 %; Cr ≥ 0.02 %; Cu ≥ 0.1 %; Cu + Co ≤ 15 %; 0.01 ≤ Mn ≤ 6 %; 0.02 ≤ Si ≤ 2 %; 0 ≤ Al + Ti ≤ 3 %; 0 ≤ C ≤ 2 %; 0 ≤ V + W ≤ 6 %; 0 ≤ Nb + Zr ≤ 0.5 %; 0 ≤ Mo ≤ 8; Sn ≤ 1; 0 ≤ B ≤ 0.006 %; 0 ≤ S + Se + Sb ≤ 0.008 %; 0 ≤ Ca + Mg ≤ 0.020 % 를 포함하고, 잔부는 철 및 제련시에 생긴 불순물이고, 니켈, 크롬, 구리 및 코발트의 백분율은 합금이 이하의 조건을 더 만족하도록 되고: Co < Cu; Cr > 7.5 % 라면 Co < 4 %; Eq1 > 28 %, Eq1 = Ni + 1.2 Cr + (Cu/5), Ni > 32.5 % 라면 Cr < 7.5 % 이고, 망간 함량은 이하의 조건을 더 만족한다: Eq3 ≥ 205 라면, Mn ≤ Ni - 27.5 + Cu - Cr; 180.5 ≤ Eq3 ≤ 205 라면, Mn ≤ 4 %; Eq3 ≤ 180.5 라면, Mn ≤ 2 % 이고, 이때 Eq3 = 6Ni - 2.5 X + 4(Cu + Co) 이고 X = Cr + Mo + V + W + Si + Al.

Description

오스테나이트계 철/니켈/크롬/구리 합금 {AUSTENITIC IRON/NICKEL/CHROMIUM/COPPER ALLOY}

본 발명은 보다 상세히 전자기 장치의 제조를 위한 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금에 관한 것이다.

니켈이 풍부한 철-니켈 및 철-니켈-크롬 합금은 오랫동안 알려져 왔고 이들의 신규하고 다양한 물리적 특성으로 인해 전기 (전자 및 전기기술) 공학, 디스플레이, 에너지 전달, 열 조절 또는 전기 안전 장치 등 많은 경우에 이용되어 왔다.

따라서, 니켈이 풍부한 철-니켈 및 철-니켈-크롬 합금은 그 조성에 따라 20 ~ 100 ℃ 에서 2 ~ 13×10^-6/℃ 의 열팽창 계수를 갖고, 이 열팽창 계수는 연성 재료의 예외적인 특성이고 몇몇 희귀한 재료에 있어서는 본질적인 특성이다.

니켈이 풍부한 철-니켈 및 철-니켈-크롬 합금은 매우 우수한 수성 내식성도 갖고, 이는 니켈 또는 크롬의 함량이 높을수록 우수해진다.

단상 오스테나이트 구조로 인해 매우 높은 성형성 (formability) 도 관찰되는데, 이로 인해 매우 얇은 두께로의 압하 (rolling down) 및 고속 절삭, 펀칭, 스탬핑 또는 인발이 용이해진다.

퀴리점 (T_c;강자성이 사라질 때의 온도) 의 존재를 특징으로 하는, 니켈이 풍부한 철-니켈 및 철-니켈-크롬 합금의 강자성화 거동은 그들의 자기 특성 (상대 투자율 (μ_r), 보자력 (H_c) 및 자기 손실 (P)) 에 따라서도 현저해진다.

자기 손실은 매우 양호해서, 이들 합금을 자기화하기 위한 에너지 소비를 낮춰준다. 따라서, 이들 철-니켈 및 철-니켈-크롬 합금은, 휠 모터 또는 고감쇄 수동 자기 권선에서 큰 다이나믹 레인지를 갖는 특정 자기 액츄에이터 요크 (예컨대 전자기 휘발유 인젝터) 에서와 같이 자속선에 가장 우선적인 경로를 제공하거나, 자기 센서 (변류기, DC 센서, 리졸버 및 싱크로-리졸버) 로부터 측정시의 분산 (dispersion) 또는 자기 이력 손실 (측정 트랜스포머, 모뎀 트랜스포머 등) 을 상당히 제한하도록 매우 작은 이력을 갖거나, 그렇지 않으면 에너지 (시계 또는 손목 시계 전기 모터, 고감도 잔여-전류 회로 차단기 릴레이) 를 절약하는 것이 필수적인 전자기 분야에서 오랫동안 이용되어 왔다.

보자력이 일반적으로 125 mOe 미만인 철-니켈 합금은 종래에 사용되던 철-규소 재료에 비해서 전기 시스템에서 에너지 소비를 실제적으로 감소시킬 수 있는데, 왜냐하면 종래에 사용되던 철-규소 재료는 몇몇 경우에만 오직 한 방향을 따라 약 190 mOe 의 보자력을 달성하고, 다시 말해서 자속이 재료 (모터, 발전기 등 용도) 에서 다양한 방향으로 이동하도록 요구하는 경우에 보다 일반적으로 500 ~ 1250 mOe 범위의 보자력을 달성하기 때문이다.

그러나, 수성 산 내식성 (aqueous acid corrosion resistance) 및 염무 내식 성 (salt-fog corrosion resistance) 의 향상 등과 같은, 이들 철-니켈 합금의 특정 특성을 향상시킬 필요가 있고, 이들은 특정 공격적인 환경에서 언제나 충분한 것은 아니다.

또한, 이들 합금의 시트의 제조는 보다 광범위한 산화로부터 기본 금속을 보호하는 산화 표면층을 형성하도록, 대개 아주 순수하지는 않은 분위기 중에서의 공업용 열처리를 포함한다. 그러나, 이 표면층은 밀착성이 강하지 않고 기계적으로 매우 취약해서, 보호 작용이 매우 효과적이지는 않다.

본 발명의 목적은, 많은 경우에 적용될 수 있고 저렴하며, 접착성이 강한 표면 산화층의 형성에 적합한, 수성 산 내식성 및 염무 내식성이 향상된 합금 조성물을 제공함으로써 이들 단점을 개선하는 것이다.

이를 위해서, 본 발명의 제 1 주제는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금이고, 이 합금의 조성은 중량 % 로:

24 % ≤ Ni ≤ 36 %

Cr ≥ 0.02 %

Cu ≥ 0.1 %

Cu + Co ≤ 15 %

0.01 ≤ Mn ≤ 6 %

0.02 ≤ Si ≤ 2 %

0 ≤ Al + Ti ≤ 3 %

0 ≤ C ≤ 2 %

0 ≤ V + W ≤ 6 %

0 ≤ Nb + Zr ≤ 0.5 %

0 ≤ Mo ≤ 8

Sn ≤ 1

0 ≤ B ≤ 0.006 %

0 ≤ S + Se + Sb ≤ 0.008 %

0 ≤ Ca + Mg ≤ 0.020 % 를 포함하고,

잔부는 철 및 제련시에 생긴 불순물이고, 니켈, 크롬, 구리 및 코발트의 백분율은 함금이 이하의 조건을 더 만족하도록 되고:

Co < Cu

Cr > 7.5 % 라면, Co < 4 %

Eq1 > 28 %, Eq1 = Ni + 1.2 Cr + (Cu/5)

Ni > 32.5 % 라면, Cr < 7.5 %.

또한 망간 함량은 이하의 조건을 더 만족한다:

- Eq3 ≥ 205 라면, Mn ≤ Ni - 27.5 + Cu - Cr

- 180.5 ≤ Eq3 ≤ 205 라면, Mn ≤ 4 %

- Eq3 ≤ 180.5 라면, Mn ≤ 2 % 이고,

이때 Eq3 = 6Ni - 2.5 X + 4(Cu + Co) 이고 X = Cr + Mo + V + W + Si + Al.

제안된 해법은 아크로 또는 유도로를 이용하는 비용이 많이 들지 않는 공업용 제련에 제공되는 강자성 오스테나이트계 Fe-Ni-Cr-Cu 합금의 군이고, 상기 합금의 군은 고가의 원소는 거의 포함하지 않고 이하에서 상세하게 설명될 몇몇 적용 분야를 위한 높거나 신규한 성능의 레벨을 제공한다. 지금까지는, 합금군이 이들 모든 특성을 보일 수 있다는 것이 밝혀진 적이 없었다. 또한, 매우 상이한 경우에 동일한 합금 (예컨대 저팽창, 내식성, 자성 및 퀴리점 요건을 동시에 만족시키는 합금) 을 사용함으로써, 공업용 제조시에 매우 큰 톤수로 제조하고, 더 큰 경험을 얻어서 합금 특성의 재현성의 관점에서 보다 신뢰성이 있는 합금을 만들 수 있다.

또한, 본 발명자는 산화 보호 표면층을 기계적 및 화학적으로 강화하고 밀착성을 높이기 위해서 규소, 크롬 및 구리의 특성을 관찰하였다. 그래서, 산화층이 산화 대기 분위기에서의 사용 또는 열처리로부터 시간이 지날수록 매우 안정해지고, 외부 화학물질에 대해 화학적으로 매우 안정해지고 공업용 제조 사이클 동안에 금속으로 된 부분들 사이에서의 러빙 (rubbing) 및 충격에 대해 기계적으로 매우 안정해진다.

또한, 매우 안정적인 이 산화물은 일반적으로, 사용되는 열처리 사이클에 따라 수 마이크론의 작은 두께를 갖는다. 산화물 두께가 작은 것은 시계 제작 (watchwork) 시에 특히 유리한데, 왜냐하면 각각 손목 시계의 배터리에 의해 소모되는 에너지를 제한하고, 또한 한계 및 공업용으로 제조된 손목시계 또는 시계 모터의 변화를 감소시키도록 스테이터와 자기 코일 코어 사이의 갭을 한정함과 동시에 조정하기 때문이다.

이제, 본 발명이 보다 상세하게 설명되고, 실시예에 의해 도시될 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 합금은 이하에 규정되는 중량% 의 함량을 갖는다.

니켈 함량은 36 중량%, 바람직하게는 35 중량%, 보다 특히 바람직하게는 34 중량% 및 또한 29 중량% 로 제한된다. 이러한 제한으로 그레이드 (grade) 의 비용을 상당히 제한할 수 있다. 또한 니켈 함량이 34 % 미만이라면 적어도 70 μΩ.㎝ 또는 적어도 80 μΩ.㎝ 의 전기 비저항을 가질 수 있고, 이것은 우수한 동적 자기화 성능의 요인 중 하나이다 (다른 두 요인은 얇은 금속 두께와 낮은 보자력이다). 이금속 (bimetallic) 스트립의 제조 등의 특정 경우에 대해서는, 높은 퀴리점을 보장하도록 니켈 함량을 30 % 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 전체 조성 범위 내에서 오스테나이트화 구조를 얻는 것을 보장하도록 최소 니켈 함량은 24 % 이다.

크롬 함량은, 요구되는 내식 특성을 갖기 위해서 최소 크롬 함량이 필수적이기 때문에 0.02 % 이상이다. 또한, 니켈 함량이 32.5 % ~ 36 % 일 때, 철 및 규소 이외의 모든 원소의 비용을 제한하도록 크롬 함량은 7.5 % 로 제한된다.

이들 특징은 그레이드의 수성 산 내식성, 대기 내식성 및 열산화 내식성을 향상시킬 수 있는데, 왜냐하면 화학적으로 매우 안정한 표면 산화물의 형성이 관찰되고, 이것은 금속에 대한 밀착성이 한결 더 높기 때문이다. 또한, 이들 원소의 배치 (position) 가 퀴리점 또는 포화 자화 등의, 합금의 다른 이용 특성을 크게 열화시키지는 않는다.

구리 함량은 0.1 % 이상이고 15 % 의 함량 및 바람직하게는 10 % 의 함량으로 제한되며 (철 및 규소 외외의 모든 원소들의 비용을 제한하도록), 코발트로 대체될 수 있다. 그레이드의 내식성에 대한 영향과는 별개로, 구리는 뜨거울 때 합금의 표면에 형성하는 산화층의 밀착을 실질적으로 향상시킨다.

코발트의 비용때문에 그레이드는 코발트를 함유하지 않는 것이 바람직하고, 동일한 이유로 코발트가 존재한다면 코발트의 함량은 구리 함량보다 낮아야 한다. 또한, 크롬이 7.5 % 를 초과하는 양으로 존재할 때, 코발트는 최대 4 %, 바람직하게는 2 % 로 제한되어야만 하는데, 왜냐하면 철 및 규소 외의 모든 원소의 비용을 제한하는 것이 바람직하기 때문이다.

적어도 0.02 % 의 규소를 첨가하는 것은 표면 산화물층의 기계적 내마모성을 상당히 향상시킨다. 또한, 합금의 다른 특성을 약화시키지 않으면서 아크로에서의 합금의 환원에 관여하기 위해서 본 발명에 따른 합금에 규소가 2 % 까지 추가될 수도 있다.

또한, 본 발명자는 니켈, 크롬 및 구리 함량이 이하의 관계를 만족시켜야 한다는 것을 발견하였다:

Eq1 > 28 %, Eq1 = Ni + 1.2 Cr + (Cu/5).

왜냐하면 이 조건을 만족시킴으로써 합금의 이용 특성이 원하는 목적에 부합하고 우수한 성형성이 달성되면서, 합금의 오스테나이트화 특징을 보장할 수 있기 때문이다.

망간 함량은 0.01 ~ 6 중량%, 바람직하게는 0.02 ~ 6 중량% 이고, 이것은 퀴리점 및 포화 자화 등의, 합금의 이용 특성을 열화시키지 않으면서 황화물의 형성으로 인해 정확한 고온 변형을 받으면서 합금을 얻을 수 있도록 해준다. 포화 인덕션 (B_s) 의 값을 4000 G 초과로 유지하기 위해서는, 망간 함량을 5 % 미만으로 유지하는 것이 바람직하다. 보다 특히 바람직하게는, 망간 함량은 0.1 ~ 1 중량% 이다. 또한, 크롬의 존재시에, 포화 인덕션에 대한 크롬의 영향이 심해져서, 다음과 같이 제한한 필요가 있다:

Eq3 = 6Ni - 2.5X + 4(Cu + Co) 이고 X = Cr + Mo + V + W + Si + Al 일 때

Eq3 ≥ 205 라면 Mn ≤ Ni - 27.5 + Cu - Cr

180.5 ≤ Eq3 ≤ 205 라면 Mn ≤ 4 %

Eq3 ≤ 180.5 라면 Mn ≤ 2 %.

합금은 탄소, 티타늄, 알루미늄, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 니오븀, 지르코늄, 주석, 붕소, 황, 셀레늄, 안티모니, 칼슘 및 망간 등의 추가적인 원소를 함유할 수도 있다.

탄화물의 변형으로 합금을 경화시키기 위해서 탄소가 2 %, 바람직하게는 1 % 양으로 합금에 첨가될 수도 있다. 그러나, 합금의 이용시에 125 mOe 미만의 보자력 (H_c) 을 요구할 때는, 탄소의 존재가 합금의 특성을 현저하게 열화시키기 때문에, 잉곳 또는 슬래브로의 제련-고화 (smelting-solidification) 후에 탄소의 함량이 0.1 % 미만으로 유지될 것이다. 또한, 이 특성 (H_c) 을 달성하고 시간이 흘러도 이를 유지하기 위해서는, 탄소 함량을 100 ppm 미만, 바람직하게는 50 ppm 미만으로 현저하게 감소시키도록 최종 단계에서 박판에 탈탄 열처리가 적용될 수도 있다.

Ni₃(Ti, Al) 화합물의 침전에 의해 그레이드를 경화시키도록 티타늄과 알루미늄이 3 % 의 결합량 (combined amount) 으로 합금에 첨가될 수도 있다. 알루미늄의 첨가는 유리에 대한 합금의 용접성 (weldability) 을 향상시킬 수도 있다. 그러나, 환원 가스에서의 열처리 동안에, 열분해된 암모니아 (cracked ammonia) 또는 이전의 질소/수소 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이제, 질소는 저온 어닐링 동안에 AlN 또는 TiN 유형의 화합물로 결합되므로, 질소-함유 가스에서 높은 자기 성능과 열처리 사이의 양립성을 보장하도록 Al 과 Ti 잔여물의 함량을 가능한 한 낮게 감소시킬 필요가 있다. 이 특징은 특히, 높은 자기 성능을 필요로 하고 질소-함유 분위기에서의 어닐링 작업을 포함하는 임의의 경우에 적용된다. 이 상황에서, 티타늄과 알루미늄의 결합 함량은 30 ppm, 바람직하게는 20 ppm 으로 제한된다.

합금의 기계적 강도 및 내열산화성 모두를 향상시키기 위해서 몰리브덴이 8 % 양으로 첨가될 수도 있다. 바람직하게는, Fe 및 Si 이외의 원소의 비용을 제한하도록 몰리브덴 함량은 4 % 로 제한된다.

합금의 인성을 향상시키도록 바나듐과 텅스텐이 6 % 의 결합량으로 합금에 첨가될 수도 있고, 철과 규소 외의 모든 원소의 비용을 제한하도록 3 % 미만의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.

합금의 기계적 강도를 향상시키도록 니오븀과 지르코늄이 0.5 % 의 결합량으로 합금에 첨가될 수도 있다.

크롬의 부분적인 대체로서 주석이 1 % 의 양으로 합금에 첨가될 수도 있다.

붕소 질화물의 형성을 통해 합금의 절삭성을 향상시키도록, 본 발명에 따른 합금에 붕소가 2 ~ 60 ppm, 바람직하게는 5 ~ 10 ppm 의 양으로 첨가될 수도 있다. 이 범위 미만에서는, 그 효과가 더 이상 관찰되지 않는 반면, 60 ppm 를 초과하면 그 효과가 포화상태가 된다.

황은 합금을 제련하는데 사용되는 고철에 불순물로서 존재하지만, 망간 황화물의 형성을 통해 합금의 가공성 (machinability) 뿐만 아니라 절삭성도 향상시키기 위해서 5 ~ 80 ppm, 바람직하게는 10 ~ 30 ppm 의 범위의 양으로 첨가될 수도 있다. 황의 전부 또는 일부는 셀레늄 및/또는 안티몬의 첨가로 대체될 수도 있다.

황 및 붕소가 절삭성 첨가물로서 첨가될 때, 이들의 결합 함량은 5 ~ 60 ppm 이지만, 바람직하게는 이들 두 원소는 원소의 바람직한 각각의 범위를 고려하여 결합된다.

마찬가지로, MgO 또는 CaO 유형의 화합물의 형성을 통해 절삭성을 향상시키기 위해서 본 발명에 따른 합금에 칼슘 및 망간이 4 ~ 200 ppm 의 결합량으로 첨가될 수도 있고, 넓은 Ca + Mg 범위는 절삭성과 자기 성능 사이의 절충 (compromise) 이 조정되도록 할 수 있는데, 왜냐하면 특정 황화물 (MnS 등) 및 질화물 (AlN 등) 과 달리 고온 환원 어닐 (high-temperature reducing anneal) 이 제조의 종료시에 상기 화합물을 용해할 수 없을 것이기 때문이다.

나머지 조성은 철 및 제련으로부터 발생하는 불가피한 불순물로 구성된다. 이들 중에서, 최대 500 ppm 의 양으로 함유되는 인, 질소 및 산소에 관해 보다 특히 언급될 수도 있다. 특정 경우에, 원하는 제한 범위 내에서 보자력을 유지하도록 산소와 질소의 결합 함량을 100 ppm 까지 제한할 필요가 있다.

일반적으로, 본 발명에 따른 합금은 제련되어 열간 압연 스트립의 형태로 제조될 수도 있고, 이 열간 압연 스트립은 어닐링되기 전에 냉간 압연된 후에 선택적으로 가공 경화된다. 또한 열간 압연 스트립 상태로 정지시키는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 합금은 단조되거나 단조되지 않을 수도 있는 벌크 제품의 형태, 또는 열간 압연으로부터 얻어지고 선택적으로 와이어 인발 작업에 의해 완료되는 바 스톡 또는 로드 스톡 형태로 사용될 수도 있다.

합금 스트립 또는 합금 부품은 당업자가 실행 방법을 알 수 있도록 임의의 절적한 공정으로 얻어질 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따른 합금은 진공 유도로에서 용융되고 잉곳으로 주조되는 것이 바람직할 것이다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연될 수도 있다. 그 다음에 열간 압연 스트립은 원하는 두께로 냉간 압연되기 전에 화학적으로 산세척 (pickled) 될 수도 있다.

{100}<001> 유형의 특정 결정학적 구조를 발달시키고 싶을 때에는, 각각의 패스 (pass) 사이에 중간 어닐링 없이 몇몇 패스에서 90 ~ 99 % 의 전체 압하율로 냉간 압연 작업이 실행된다.

냉간 압연 후에, 합금 스트립을 연화시켜서 합금 스트립을 절삭하거나 이어서 성형하는 것을 더 쉽게 하기 위해서 800 ~ 1100 ℃ 에서 한 시간 동안 어닐이 실행되는 것이 바람직하다. 그러나, 특히, 상기에 언급된 B, S, Ca, Mg, Se 등의 원소들에 의한 처리에 대해 금속이 최적화된다면, 냉간 압연의 종료시에 가공 경화된 상태에서 고속 스탬핑 또는 펀칭에 의해 절삭이 발생하는 것이 보다 특히 유리할 수도 있다.

절삭 또는 성형 후에, 특히 합금의 자기 특성을 최적화하기 위해서, 얻어진 부품은 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 3 시간 동안 1100 ℃ 에서 어닐링되는 것이 유리할 수도 있다. 그러나, 팽창 또는 퀴리점 또는 내식 특성이 특히 추구된다면 이 어닐링은 완전히 불필요할 수도 있다.

상기에서 보여진 바와 같이, 본 발명에 따른 합금은 임의의 유형의 가스에서 공업용 어닐링으로 제조될 수도 있다.

본 발명에 따른 합금은 다양한 분야에서 잠재적인 이용성을 찾을 수 있다. 따라서, 합금은 주어진 용도에 보다 특히 적합하게 하면서, 바람직한 조성 범위가 규정될 수도 있고, 이들은 이하에서 상세하게 설명될 것이다.

온도자율조절 기능을 갖는 전자기 장치

바람직한 제 1 실시형태에서, 니켈, 크롬, 구리, 코발트, 몰리브덴, 망간, 바나듐, 텅스텐, 규소 및 알루미늄 함량의 백분율은 이하의 조건을 더 만족하도록 된다:

0.02 ≤ Mn

Eq2 ≥ 0.95, Eq2 = (Ni - 24)[0.18 + 0.08(Cu + Co)] 이고

Eq3 ≥ 161 이고

Eq4 ≤ 10, Eq4 = Cr - 1.125(Cu + Co) 이고

Eq5 ≤ 13.6, Eq5 = Cr - 0.227(Cu + Co) 이고

Eq6 ≤ 150, Eq6 = 6Ni - 2.5X + 1.3(Co + Cu) 이고

Eq7 ≥ 150, Eq7 = 6Ni - 5Cr + 4Cu.

이 조성은 온도자율조절 기능을 갖는 전자기 장치의 제조에 특히 적합하다.

연성 강자성 재료는 자유 공간의 투자율보다 훨씬 더 큰 투자율 (μ) 을 갖는다. 이 재료가 시간에 따라 변화하는 자기적 여기를 받을 때, 재료는 퀴리점 (T_c) 이라 불리는 특성값에 도달하기 전에 퀴리점 (T_c) 을 초과할 때보다 훨씬 더 높은 자기 손실을 발생시키고, 퀴리점을 초과하면 재료는 더 이상 강자성을 띄지 않는다. 또한, 재료의 포화 자기, 자기 손실 및 열동력 발생이 온도가 T_c 에 접근함에 따라 점진적으로 감소한다.

이에 따라 각각의 비자성 컨덕터 고유의 잔여 자기 손실이 방산된다면 온도자율조절 기능은 합금의 퀴리점 부근에서 성립되고, 즉 합금을 떠나는 열 플럭스가 자기 손실에 의해 발생되는 열 플럭스보다 더 크다. 이를 행하기 위해서, 알루미늄 또는 구리 등의 열전도성이 훨씬 우수한 재료와 본 발명에 따른 합금을 병치시는 것이 때때로 필요하고, 상기 재료는 상자성 손실을 방산시킬 책임이 있고, 특히 조리 분야의 온도자율조절 기능이, 용기가 비어있을 때 우연히 가열된 용기로부터의 열이 자연 대류에 의해서만 방산될 수 있는 유도 가열을 적용하도록 해준다.

이 기술은 특히 특허 EP 1 455 622 에 개시되어 있고, 온도자율조절 기능은 30 ~ 350 ℃ 의 낮은 T_c 를 가지며 적어도 32.5 % 의 니켈을 함유하는 합금을, T_c 에 도달할 때 Fe-Ni-Cr 합금의 자기 손실이 방산되도록 해주는 알루미늄 열 싱크와 결합시킴으로써 달성된다.

이에 따라 주요 이용 특성은, 따뜻한 음료, 음식, 의료 제품, 혈액 및 구성 요소, 연질 또는 유기 재료 등을 위한 예컨대 인젝터 및 복합-몰드 노즐용의 유도 가열, 또는 공업용 유도 가열에 의해 조리하기 위해서 30 ℃ ~ 400 ℃ 인 것이 바람직한 기능적 (functional) 퀴리점을 유지한다.

또한 최소 내식성/내산화성이 바람직한데 왜냐하면 합금은 공업 환경에서 다양한 매체 및/또는 구성 성분과 주로 접촉하기 때문이다. 따라서, 합금의 우수한 화학적 안정성이 요구되고, 이는 열산화 분위기에서 산화 표면층의 우수한 수성 내식성 및 우수한 염무 내식성, 및 우수한 기계적 안정성 (밀착성 + 내마모성) 에 의해 증명된다.

또한, 20 ~ 100 ℃ 에서 4 ×10^-6/℃ 초과 또는 7 ×10^-6/℃ 초과의 팽창 계수를 갖는 합금을 구하는 것이 바람직하다. 이 특징은 특히 클래딩, 그리핑, 용접, 플라즈마 증착 등에 의해, 합금과, 합금과 밀접하게 연관되어 있는 전도층 사이에 존재할 수도 있는 임의의 이금속 효과를 감소시킬 수 있다.

한편, 자기 특성에 대해서는 특별한 요구사항이 없고 보자력이 많이 열화될 수도 있다. 이에 따라 최대 약 2 %, 바람직하게는 1 % 미만의 다량의 탄소를 첨가할 수 있다. 왜냐하면, 다량의 탄소는 결정 격자를 크게 변형시켜서 자기 모멘트 사이의 교환 상호작용을 증가시켜서 퀴리점을 증가시킨다고 오랫동안 알려져왔기 때문이다. 이는, 동일한 퀴리점 레벨을 유지하여서 동일한 자율조절 온도를 유지하기 위해서 니켈의 % 함량이 더 감소되도록 할 수 있다.

그러나, 온도자율조절 기능의 적용은 유도 가열에 의한 액체 및 고체 음식물의 조리로 한정되지 않고, 전자기 인덕터를 이용하는 임의의 가정용 또는 공업용 시스템 및 특정 임계 온도를 초과하지 않으면서 순간적으로 가열되어야만 하는 천이 요소의 적어도 하나의 열활성 부분에도 적합하다.

언급될 수도 있는 일례로는, 음식과 관련이 있든 없든, 맛을 위해 미리 가열되는 재료의 일부의 제조 속도를 증가시키기 위해서, 또는 열적으로 활성화된 접착, 또는 플라스틱 및 복합물의 경화 등의, 다른 공업용 작업 전의 필수 조건으로서, 비교적 점성이 있는 유체의 분사가 있다.

열경화성 복합물 (복합물의 유형에 따라 200 ~ 350 ℃ 에서 온도가 조절될 것이 요구됨) 또는 열가소성 복합물 (복합물의 유형에 따라 150 ~ 250 ℃ 로 온도를 조절할 것이 요구됨) 을 위한 형성 몰드의 신속한 자율조절 표면 가열 또한 언급될 수도 있다.

언급될 수도 있는 다른 예로는, 악성 종양 (악성 종양의 세포는 정상 세포보다 열에 더 민감하다) 의 중심에서, 코팅에 의해 생물학적으로 양립가능하게 만들어진 낮은 T_c 합금으로 만들어진 인서트 또는 니들의 자율조절 히팅이 있다.

언급될 수도 있는 마지막 예로는, 다이 또는 방사구금 (spinneret) 을 통해 처리되는 일부에서 열구배를 제한하여서, 내부 응력, 표면 취화, 특성 구배 (property gradients), 구조적 불균성 등을 제한할 수 있는, 압출 다이, 용융 방사 등을 위한 방사구금의 자율조절 히팅이 있다.

상기에 언급된 바와 같은 본 발명에 따른 합금은 요구되는 모든 특성들이 달성되도록 할 수 있다.

특히, 본 발명자는 식 2 ~ 7 에서의 한계값이 만족될 때, 자기 손실을 통해 열 방출을 가능하게 하는, 0 초과, 심지어 1000 G 초과의 20 ℃ 에서의 포화 인덕션의 레벨뿐만 아니라, 30 ℃ 이상의 퀴리점 (Tc) 을 보장하는 것도 가능하다는 것을 밝혀냈다.

보다 일반적으로, 또한 본 발명에 따른 경우에 상관없이, 합금의 조성을 변경함으로써 특정 경우에 부과된 한계값을 만족시켜서 당해 합금의 T_c 값 및 인덕션의 레벨을 조절하도록 각각의 식 2 ~ 7 의 값을 변경할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

자속 자율 조절 기능이 있는 장치

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 합금은 이하와 같도록 될 수도 있다:

Ni ≤ 29 %

Co ≤ 2 %

0.02 ≤ Mn ≤ 2 %

Eq2 ≥ 0.95, Eq2 = (Ni - 24)[0.18 + 0.08(Cu + Co)] 이고

Eq3 ≥ 161 이고

Eq4 ≤ 10, Eq4 = Cr - 1.125(Cu + Co) 이고

Eq5 ≤ 13.6, Eq5 = Cr - 0.227(Cu + Co) 이고

Eq6 ≥ 150, Eq6 = 6Ni - 2.5X + 1.3(Co + Cu) 이고

Eq7 ≥ 160.

이 조성은 자속 자율 조절 기능이 있는 장치의 제조에 특히 적합하다.

대기 온도의 함수로서의 장치의 자속 조절은, 온도가 퀴리점에 가깝고, 실질적으로 일정하고 감소율이 꽤 높은 포화 자화의 감소에 의존한다. 자속 전환 시스템은 자석과 보상 합금 (compensation alloy) 사이의 자속 단면을 변경함으로써 자석의 자기화를 감소시키기 위한 정확한 보상을 제공하여서 주어진 온도 범위 내에서 언제나 동일한 자속을 제공한다.

이 자속 자율 조절 기능은 일반적으로 대기 온도 근방, 및 특히 30 ℃ ~ +100 ℃ 에서 달성된다. 이에 따라 이 온도 범위 내에서 퀴리점 (T_c) 을 갖는 다양한 합금에 대한 요구가 있다.

그러나, 자기 특성에 대한 특별한 요구사항은 없고, 이 상황에서 본 발명에 따른 신규한 합금의 성적 포텐셜 (performance potential) 에 대응하는 10 A/m 한계에 관하여 보자력이 많이 열화될 수도 있다. 상기에서와 같이, 탄소 함량은 2 % 까지, 바람직하게는 1 % 까지 조정될 수도 있다.

제어형 팽창 장치

다른 바람직한 실시형태에서, 합금은 다음과 같도록 될 수도 있다:

Ni ≤ 35 %

0.02 ≤ Mn

C ≤ 0.5 %

Eq2 ≥ 1

Eq3 ≥ 170

Eq4 ≤ 10, Eq4 = Cr - 1.125(Cu + Co) 이고

Eq5 ≤ 13.6, Eq5 = Cr - 0.227(Cu + Co) 이고

Eq6 ≥ 159

Eq7 ≥ 160, Eq7 = 6Ni - 5Cr + 4Cu.

이 조성은 제어형 팽창 장치의 제조에 특히 적합하다.

"제어형 팽창 합금" 이라는 용어는 다른 금속 합금 (α_20-100 > 10 × 10 ^-6/℃) 보다 더 낮은 팽창 계수를 갖는 합금을 의미하는 것으로 이해되고, 즉 통상적으로 α_20-100 < 10 × 10 ^-6/℃ 또는 α_20-300 < 13 × 10 ^-6/℃ 이다.

이들 합금은 이들 구성 성분의 특정 기하학적 구조 및 치수가 온도의 함수로서 정확하게 유지될 것을 요구하고, 또는 다른 기능 (예컨대 전류 전도 또는 기계적 지지 기능) 을 제공하는, 이들 활성 물질 중 하나와 제어형 팽창 합금 사이의 열적 팽창성의 측면에서 양립성이 높을 것을 요구하는 경우에 사용된다. 이들 경우는 구성 성분이 20 ~ 450 ℃ 의 범위 내에서 온도가 변화한다는 사실을 공통적으로 갖는다.

따라서 몇몇 경우에, 적용시에 다른 활성 물질들 (규소, 게르마늄, GaAs, SiC, 소다 유리, 다른 유리, 저팽창 스테인리스 강, 세라믹 등) 과의 열팽창의 관점에서 정밀한 (close) 양립성일 필요가 있다. 다른 재료와 합금 사이의 이 정밀한 (close) 양립성은 클래딩, 용접, 접착, 브레이싱 (braising), 그리핑 등에 의해 함께 연결된 이들 두 재료 모두가 그 형상의 변경없이 함께 팽창할 수 있도록 하고, 일반적인 열팽창 법칙의 결과로서 예측가능한 방식으로 치수만이 변화한다. 이 정밀한 양립성의 다른 이점은 두 재료 사이에 열적으로 유도된 내부 응력의 레벨이 매우 낮다는 것이다. 이는, 두 재료 장치의 작업 동안에 열적 피로를 무시할 수 있을 정도로 만들어서, 장치의 사용기간을 현저하게 연장시킨다.

이들 경우 중 하나는, 전기 전류를 공급하기 위해서 합금이 반도체에 근접하여 (closely) 결합되는 집적 회로 연결 분야 (리드프레임) 이다. 따라서 열적 피로 및 인터페이스의 이른 열화 (premature deterioration) 를 상당히 제한하기 위해서 제어형 팽창 합금을 적용할 필요가 있다.

다른 경우는, 미리 결정된 온도 범위 내에서 저팽창 기계적 지지부의 경우이다. 예를 들어, 비디오 프로젝터는 다수의 소형 거울을 사용하고, 이들의 위치는 장치가 가열될 때 가능한 한 작게 이동해야만 하고, 이로써 거울의 지지부는 국소적으로 400 ~ 450 ℃ 의 온도에 있을 수도 있다.

다른 경우는, 트랜지스터용 지지부 및 패키지, 광전자 장치 (예컨대, GaAs 로 만들어짐) 의 회로 반도체, X-선관, 유리용 밀봉식 관통부의 제작의 경우이다.

이들 모든 경우에 있어서, 제어형 팽창 합금은 반도체 또는 유리 또는 세라믹에 근접하여 (closely) 접착되고, 팽창 계수의 관점에서의 요구 사항은 4 ~ 5 × 10^-6/℃ ~ 11 × 10^-6/℃ 의 범위일 수도 있다. 언급될 수도 있는 일례로는, 두 개의 차량 선루프 (열려있던지 아닌지) 의 지지/휨에 관한 것이고, 이때 합금은 유리 패널과 동일한 방식으로 이들을 접착시키는 밀착력을 가지며 필수적으로 팽창해야만 한다. 자동 연료 분사 액츄에이터로서 사용되는 PZTs 등의 압전 세라믹을 위한, 변형이 적은 지지부로 만들어질 수도 있다고 언급될 수도 있다.

제어형 팽창 합금은 휨, 인발, 스탬핑, 유동 선회, 기계적 가공, 화학적 밀링 (에칭), 용접 등에 의해 여전히 정확하게 형성될 수 있으면서, 적용시에 오직 이 단일 기능만을 제공할 수도 있다. 이 경우에, 제어형 팽창 합금에서 제조된 정확한 치수를 갖는 기계 부품은 넓은 온도 범위 내에서 미리 결정된 저팽창부를 갖는다는 이점이 있다. 따라서, 전자총의 부품들은 전자의 효과를 통해 가열되고, 전자를 통과할 수 있는 (전자 빔의 사이징) 오직 특정 홀만을 제공하며, 이는 이들 일부의 기능이다: 이에 따라 전체 작업 온도 범위 내에서 가능한 한 조금 팽창하여서 우수한 성형성을 갖는 합금이 필요하다.

팽창성과 별개로, 산화층의 우수한 수성 산 내식성, 우수한 염무 내식성 및 우수한 기계적 내마모성이 바람직한 특성이다. 이들 특성은 저가의 공업용 어닐링 (낮거나 열화된 이슬점) 으로 또는 추가적인 보호가 필요없는 거친 환경에서 얻어진다.

이에 따라 이들 합금은 종래의 FeNi 합금보다 니켈을 적게 함유하면서 우수한 대용품이다.

전류 센서, 측정 트랜스포머 및 마그네토 - 고조파 센서

다른 바람직한 실시형태에서, 합금은 이하가 되도록 될 수도 있다:

Cu ≤ 10 %

0.02 ≤ Mn

C ≤ 0.1

Eq2 ≥ 1

Eq3 ≥ 170

Eq4 ≤ 10, Eq4 = Cr - 1.125(Cu + Co)

Eq5 ≤ 13.6, Eq5 = Cr - 0.227(Cu + Co)

Eq6 ≥ 159

Eq7 ≥ 160, Eq7 = 6Ni - 5Cr + 4Cu.

이 조성은 전류 센서 또는 측정 트랜스포머의 제조에 보다 특히 적합하다.

바람직하게는, 원하는 목표는, 불활성 가스, He, H₂, N₂, NH₃ 등의, 임의의 유형의 공업용 비산화 분위기에서 우수한 자기 성능을 얻어서, 티타늄 함량을 가능한 한, 바람직하게는 30 ppm Ti 미만, 더 바람직하게는 20 ppm Ti 미만으로 감소시킬 수 있는 능력이다.

"전류 센서 또는 측정 트랜스포머" 라는 표현은 임계 위배 (threshold violation; 전자 잔여-전류 회로 차단기) 또는 전류 측정 또는 필드 (변류계 또는 변압계, 에너지 카운터, DC 센서) 의 경고를 목표로 전류 또는 자기장을 검출하기 위한 장치를 의미하는 것으로 이해된다.

이 유형의 경우가 가장 특히 낮은 보자력을 요구하는 반면, 포화 자화는 예를 들어 다수의 폐쇄형 루프 전류 센서 케이스에서와 같이 낮을 수도 있고 (20 ℃ 에서 4000 ~ 8000 G), 또는 개방형-루프 전류 센서의 경우에서와 같이 높을 수도 있다 (10000 G 초과).

상기 경우의 메인 파라미터는 사용되는 합금의 보자력에 크게 의존하는 측정 정확도이고, 자화 곡선 또는 이력 사이클의 B-H 선형성의 많은 경우에, H_c 가 낮을수록 측정 정확도가 좋아진다.

넓은 주파수 대역을 갖는 트랜스포머/전류 센서 등의 몇몇 경우에, 우수한 측정 정확도를 보장하고 주파수를 변화시키기 위해서 매우 낮은 동적 이력이 요구되고, 이는 낮은 인덕션에서 폐쇄형-루프 구조물을 작동시키는 것뿐만 아니라 낮은 H_c 와 높은 전기 비저항을 갖는 재료를 선택함으로써 달성될 수도 있다.

요약하자면, 이들 경우에 적합한 재료는 이하의 특징을 가져야만 한다:

- 경우에 따라 20 ℃ 에서 4000 G ~ 13000 G 초과의 인덕션 (B_s);

- H_c < 75 mOe (바람직하게는 < 37 mOe); 및

- 전기 비저항 (ρ_el) > 60 μΩ.㎝ (바람직하게는 ρ_el > 70 μΩ.㎝).

특정 경우에, 자화 곡선의 브레이크까지의 B-H 자화 곡선의 선형성 또한 바람직하다. 이 선형성은 포화 접근 구역에서, B_r/B_m 비, 즉 측정된 인덕션에 대한 잔여 인덕션의 비로 특징지어진다. B_r/B_m < 0.3 이라면, 선형성은 국부적인 갭 없이 자기 코어를 갖는 이들 특정 경우에 활용가능해진다.

본 발명에 따른 합금은 이들 모든 특성이 달성되도록 한다.

이들 경우에 적합한 조성은 마그네토-고조파 센서의 제조에도 적합하다.

이 경우에, 높은 투자율 및 낮은 보자력을 갖는 재료는 반-잔여 자성 재료의 비교적 높은 자기 분극화를 받고- 이 재료의 자기화 상태 (자기화, 감자기화 또는 부분적인 자기화) 는 재료의 분극화를 통해 연성 재료에 전달되는 경고 또는 정보에 대응한다. 연성 재료는 적절한 주파수에서 외부 자계에 의해 여기되어, 연성 재료가 각각 감자기화, 부분적인 자기화를 받거나 또는 자기화 반-잔여 상태인지 아닌지에 따라, 고조파를 생성하지 않거나, 거의 생성하지 않거나 또는 기본적으로 방사되는 많은 고조파를 생성한다. 따라서, 고조파의 검출된 진폭은 반-잔여 상태의 분극화의 레벨의 이미지이다.

예를 들어 도서관에서, 이 장치는 저장된 각각의 책의 재킷 안으로 자기화 상태로 끼워진다. 책이 대여될 때, 보안 출입구를 방해없이 (unencunbered) 통과할 수 있도록 기록됨과 동시에 감자기화된다 (고조파 방출 없음). 책이 특정 장치에 의해 감자기화되지 않는다면, 책이 검출 관문 아래의 출구쪽으로 통과함에 따라 고레벨의 고조파 방출이 경고 신호음을 낸다.

이러한 펄스에 대해 동적으로 반응하기 위해서는 매우 동적인 자기화 성능, 즉 높은 전기 비저항, 통상적으로 50 ㎛ 미만이고 바람직하게는 30 ㎛ 미만인 매우 얇은 스트립 두께, 및 통상적으로 63 mOe 미만이고 바람직하게는 25 mOe 미만인 낮은 보자력 (H_c) 이 요구된다. 또한 보자력은 마그네토-고조파 센서의 민감도를 1 차수로 제어하고 더 낮은 H_c 를 여기 안테나로부터 더 멀리 방사하도록 할 수 있다. 보자력은 조성의 범위에 관하여는 가장 제한적인 특성이고, 이 때문에 구리에 관하여 제한되어야만 한다.

- 적절한 주파수에서 여기장에 대해 센서의 우수한 민감도를 갖고 동적 이력을 제한하기 위해서 (이에 따라 동적 자기화 성능을 강화할 수 있음) H_c < 63 mOe (바람직하게는 < 25 mOe),

- 적절한 주파수에서 외부 여기에 대한 우수한 동적 응답성을 갖기 위해서 전기 비저항 (r_el) > 60 μΩ.㎝ (바람직하게는 r_el > 80 μΩ.㎝).

본 발명에 따른 합금은 이들 모든 특성을 달성할 수 있도록 해준다.

모터 및 전자기 액츄에이터

다른 바람직한 실시형태에서, 합금은 이하와 같도록 될 수도 있다:

0.05 % ≤ Mn ≤ 2 %

C ≤ 0.1

Eq2 ≥ 1.5

Eq3 ≥ 175

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 7, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 10

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 10.6, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 13.6

Eq6 ≥ 164

Eq7 ≥ 160, Eq7 = 6Ni - 5Cr + 4Cu.

이 조성은 모터 및 전자기 액츄에이터의 제조에 보다 특히 적합하다.

본 발명에 따라 제조될 수 있는 모터 및 전자기 액츄에이터는 높은 볼륨 파워, 높은 이동 정확도, 낮은 소실 (dissipation) 및 저렴한 비용에 적절하다.

이 경우에는, 높은 전기 비저항 및 낮은 자기 손실을 갖는 연성 자성 재료로 만들어지는 이동부 (모터, 얼터네이터, 싱크로-리졸버, 저항성 (reluctant) 토크 센서, 휠 모터 등의 로터리 시스템용 로터, 또는 선형 모터, 솔레노이드 밸브, 인젝터, 캠이 없는 유형의 충격성 선형 액츄에이터 등의 병진 이동 시스템을 위한 전기자 또는 코어), 및 자기화된 자성 재료를 포함하는 고정부를 포함하는 모든 비분극화 전자기 장치가 포함된다.

본 발명에 따른 장치는 특히 이하의 특징을 갖는다:

- 상기 경우에 전달된 동력에 따라 매우 작은 초소형 크기로서, 액츄에이터 또는 센서 또는 모터의 동력이 클수록, 포화상태가 높은 재료를 갖는 것이 더 중요해진다. 이는 5000 G 초과의 포화 인덕션을 수반한다;

- 높은 전기 비저항 (> 70 μΩ.㎝), 낮은 H_c (< 125 mOe) 및 꽤 높은 DC 투과도 (> 5000 μ₀) 로 인한 저에너지 소실 (또는 우수한 에너지 효율); 및

- 일방향 또는 회전 동적 이력 효과 ( H_c < 125 mOe, 바람직하게는 < 75 mOe 로 얻어짐) 를 크게 감소시키는 것에 의한 이동부의 위치지정의 우수한 정확도. 이 특성은 리졸버 및 싱크로-리졸버 및 보다 일반적으로 낮은 갭 자기저항을 갖는 모든 로터리 시스템에 있어서 가변성-자기저항 토크 센서의 경우에 가장 특히 중요하다.

이 유형의 경우에, 자기 요크는 절삭부를 적층함으로써 만들어질 수도 있고, 그 두께는 매우 얇아서 (> 0.1 ㎜, 바람직하게는 0.15 ㎜) 거시적인 유도 전류, 자기 손실 및 동적 이력효과를 최소화시킬 수 있고; 일방향성 자기 액츄에이션을 갖는 시스템에서 (예컨대 솔레노이드 밸브, 일렉트로-인젝션, 캠이 없는 액츄에이터, 가스 안전 작동), 최종 어닐 전에, 인발/성형/프레싱/기계가공 등에 의해 최종 요크의 형태로 만들어진 와이어 또는 두꺼운 시트가 더 사용된다.

회전 자기장으로 작동하는 장치 (예컨대 로터리 시스템) 의 경우에, 합금은 자기 성능의 최대로 가능한 등방성을 갖는 것이 바람직하고, 그렇지 않으면 회전 단계에 따라 토크 진동부를 도입하고 (모터의 경우), 이동부의 위치에 따라 자기 전기저항 변동부 (magnetic reluctance flunctuations) 를 도입한다 (싱크로-리졸버, 저항성 토크 센서 등의 경우). 결정학적 텍스처를 발달시키지 않는 압연/어닐링 순서를 이용하거나, 또는 예컨대 {100}<0vw> 또는 {111}<uvw> 의 "평면" 형 텍스처를 발달시킴으로써 문제점이 해결된다.

가스 가열 시스템 (예컨대 온수기) 에서 가정용 가스의 누출을 방지하는데 사용되는 등의, 비분극화 전자기 안전 액츄에이터 장치의 경우에, 상기 장치는 낮은 트립 전류 및 낮은 릴리스 전류 (및 이들 전류 사이의 낮은 차이) 를 가져야만 하고, 트립 전류와 릴리스 전류 사이의 차이를 감소시키고 장치의 실행시에 제조 편차를 감소시키기 위해서 이것은 낮은 보자력 (상기 참조) 및 액츄에이터의 이동 코어와 자기 요크 사이에 작은 갭을 포함하는 것뿐만 아니라, 갭이 매우 작더라도 릴리스를 보장하기 위한 낮은 전류 자기도 포함한다. 특히, 이 경우에 있어서, B_r/B_max < 0.5, 바람직하게는 < 0.3 인 것이 바람직하다 (자기장에 대한 인덕션 (B_max) 은 적어도 3H_c 와 동일하다).

손목시계 모터용 스테이터

다른 바람직한 실시형태에서, 합금은 이하와 같도록 될 수도 있고:

0.05 % ≤ Mn ≤ 2 %

C ≤ 0.1

Co ≤ 1.8 %

O + N ≤ 0.01 %

Eq2 ≥ 1.5

Eq3 ≥ 175

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 7, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 10

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 10.6, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 13.6

Eq6 ≥ 164

Eq7 ≥ 160, Eq7 = 6Ni - 5Cr + 4Cu,

합금은 이하의 관계 중 적어도 하나를 더 만족시킨다:

0.0002 ≤ B ≤ 0.002 %

0.0008 ≤ S + Se + Sb ≤ 0.004 %

0.001 ≤ Ca + Mg ≤ 0.015 %.

이 조성은 특히 스테퍼 유형의 시계 또는 손목시계 모터용 스테이터의 제조에 보다 특히 적합하다.

이 유형의 경우에 있어서는, 특정 수의 특성을 여전히 만족시키면서 비용이 저렴한 합금을 제공하는 것이 목적이다.

제 1 목적은 공구 마모를 적게 하고 절삭 속도를 높여주는, 펀칭, 스탬핑 또는 임의의 다른 적절한 공정에 의해 합금 스트립의 양호한 절삭성을 갖는 것이다. 구체적으로, 금속은 스탬핑에 의해 고속 절삭에 알맞은 금속의 충분한 기계적 경도를 유지하도록 금속은 가공 경화 또는 연화된 상태에서 제조기에 의해 운반된다. 그러나, 이 경도는 심각한 버 (burr) 를 발생시키지 않고 다시 날카로워지거나 교체되어야 할 정도로 절삭 다이, 및 특히 절삭 펀치를 마모시키지 않으면서 수십만의 스테이터부를 절삭하기에는 충분하지 않다. 이를 달성하기 위해서, 절삭 공정 동안에 펀치와 다이 사이에서 "점선을 따라 절삭" 의 기능을 하는 특정한 미세 개재물 (inclusions) 에 삽입할 필요가 있다. 또한, 미세한 개재물은 자기 특성을 최적화하기 위해서 그 다음의 고온 어닐링 동안에 제거될 수 있어야만 한다. 왜냐하면 이 경우를 위한 본 발명에 따른 합금은 8 ~ 40 ppm 의 S, Se, Sb 및/또는 2 ~ 20 ppm 및/또는 10 ~ 150 ppm 의 Ca, Mg 을 혼합하기 때문이다.

다음 목적은 60 ℃ 에서 4000 G 초과, 바람직하게는 7000 G 미만의 포화 인덕션 (B_s) 을 갖는 것이다.

상기 목적은, 손목시계가 공칭 전력 (nominal power) 에서 사용될 때, 즉 스테이터의 자성 합금이 재료의 B-H 자기화의 킹크 (kink) 에 근접하여 작동 (work) 할 때 손목시계 모터의 전력 소비를 최소화시키는 것이다.

이를 행하기 위해서, 최소 0.4 ㎜ 로 제한된 스테이터의 두께에 있어서 (0.4 ㎜ 미만이면 기계적 강도가 불충분할 수도 있다), 합금은 손목시계에 장착되기 전에 70 μΩ.㎝ 초과, 바람직하게는 80 μΩ.㎝ 초과의 전기 비저항을 갖고, 125 mOe 미만, 바람직하게는 75 mOe 미만의 낮은 보자력 (H_c) 을 가져야만 한다.

또한, 손목시계의 전력 소비는 대기 온도가 상승할 때 현저하게 증가해서는 안된다. 왜냐하면 온도가 증가할 때 작동 자기화 (work magnetization) 가 상당히 감소하여, 로터의 반회전 (half-turn) 의 회전에 최소 토크를 언제나 제공한다면, 스테이터의 자기화의 레벨 및 로터에 인가되는 구동 토크를 유지하기 위해서 에너지 발생기가 더 많은 에너지를 전달해야 하기 때문이다. 따라서, 고온 분위기에서 손목시계를 사용하는 경우, 전력 소비가 실질적으로 증가할 것이다.

그러므로, 대기 온도가 증가할 때 전력 소비를 제어하기 위해서는, 포화 자화 (J_s) 는 주로 -40 ℃ ~ +60 ℃ 에서 손목시계의 전위 작동 범위 내에서 안정하게 유지될 필요가 있고: 이러한 특징은 합금의 퀴리점 (T_c) 이 100 ℃ 이상일 때 자동적으로 얻어진다.

다른 목적은 우수한 내식성을 갖는 것이다. 왜냐하면 스테이터의 자성 부분은, 자기 성능을 최적화하기 위해서 일단 절삭된 후에 열처리를 받고, 저장되고, 운반된 후에 외기에서 손목시계 무브먼트 (movement) 안으로 장착되기 때문이다. 이들 장착 작업은 고레벨의 대기 부식이 존재하고, 특히 염 유형의 부식 또는 대기 오염 (황, 염소 등) 으로 인한 부식이 존재하는 지역에서 더욱 더 실행된다.

내산 부식성 (acid corrosion resistance) 에 대한 요구 사항은 손목시계의 원하는 수명 및 원하는 품질에 따라 달라질 것이다. 왜냐하면 손목시계의 수명은 대기 부식에 의한 스테이터 합금의 상당한 열화에 걸리는 시간을 초과하지 않을 것이기 때문이다. 시계 모터가 "스위스제" 또는 "일제" 라고 불리는 명성있는 제조 영역의 품질이라면, 손목시계는 몇 년간 유지되도록 만들어지고, 손목시계는 이 기간이 지나더라도 많이 부식되어서는 안된다. 가장 좋은 (top of the range) 시계 모터 또는 모터의 특정 부분이 눈에 보이는 투명한 손목시계라면, 투명한 손목시계는 이용자의 이용기간 동안에 어떠한 문제도 없이 원칙적으로 작동되어야만 한다.

내식성의 다양한 레벨은 이하와 같을 수 있다:

- 가장 나쁜 (bottom of the range) 손목시계 무브먼트: I^ox _max ≤ 5 ㎃ 인 최소 내식성,

- "스위스제" 또는 "일제" 유형의 품질의 손목시계 작동기구: I^ox _max ≤ 3 ㎃ 인 중간 내식성, 및

- 눈에 보이게 작동하는 손목시계 무브먼트 (투명한 손목시계) 또는 수명 보장: I^ox _max ≤ 1 ㎃ 인 고성능 내식성.

파워 일렉트로닉스용 인덕터 및 트랜스포머

Cu ≤ 10 %

0.02 ≤ Mn

C ≤ 0.1

Eq2 ≥ 1.5 %

Eq3 ≥ 189

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 7

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 7

Eq6 ≥ 173

Eq7 ≥ 185.

이 조성은 파워 일렉트로닉스용 인덕터 및 트랜스포머의 제조에 보다 특히 적합하다.

파워 일렉트로닉스 또는 임의의 다른 적절한 주파수의 에너지 전환 시스템 (수백 Hz ~ 수백 kHz 에서 작동) 에서 이용되는 수동 자기 부품의 자기 회로는 전원 장치의 벌크 부품 (bulky part) 을 주로 구성하는 매끄러운 인덕터 또는 트랜스포머의 사용을 요구한다.

이들 부품을 설계할 때, 자기 코어의 포화 자화뿐만 아니라 연성 자성 재료로 인한 체적 감소를 위해 달성가능한 전위를 설정하는 전체 부품에 의해 소실되고 전체 부품에서 발생되는 자기 손실 및 줄 열 (Joule heating) 을 통한 컨덕터 손실도 이용된다.

매끄러운 유형 또는 저장 인덕턴스의 수동 자기 부품의 우수한 자기 코어, 또는 변압기가 통상적으로 약 100 ~ 120 ℃ 인 작동 온도에서 높은 포화 인덕션을 우선 가져야 한다는 것을 따라야 한다. 따라서 목적은 4000 G 이상의 포화 인덕션 (B_s ¹⁰⁰ ^℃) 을 갖는 것이고, 이는 8000 G 를 초과하는 20 ℃ 에서의 포화 인덕션, 즉 B_s ²⁰ ^℃ 또는 150 ℃ 이상의 퀴리점 (T_c) 에서의 포화 인덕션에 대응한다.

또한 최대 50 ㎛ 의 금속 두께에 대해서, 100 ℃ 에서 60 μΩ.㎝ 초과, 바람직하게는 100 μΩ.㎝ 를 초과하는 전기 비저항에 대응하고, 100 ℃ 에서 75 mOe 미만, 바람직하게는 37.5 mOe 미만인 보자력 (H_c) 으로 특징지어지는 낮은 동적 이력에 대응하는 작업 온도에서 낮은 자기 손실을 가져야 한다. 이에 따라 요건은, 20 ℃ 에서의 보자력 (H_c) 이 75 mOe 이하, 바람직하게는 37.5 mOe 이하인 경우만에 대한 것이다. 왜냐하면 H_c 는 온도가 퀴리점에 접근할 때 연성 자성 재료에서 온도에 따라 감소하여서 20 ℃ 에서의 성능 (performance) 이 보장된다면 100 ℃ 에서의 성능이 더욱더 얻어진다는 것이 당업자에게 잘 알려져 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 합금의 잔여 손실은, 금속 합금의 높은 열전도 및 이들 고연성의 자기 요크의 매우 높은 성형성 및 가공성으로 인해 이들 손실을 소실시키고 냉각 회로의 내장 설치를 용이하게 하거나 복잡한 형상의 자기 회로를 가능하게 하는 더 나은 능력으로 인해 보상될 수도 있다.

이금속 스트립

Ni ≥ 30 %

0.02 ≤ Mn

C ≤ 1 %

Eq2 ≥ 1.5

Eq3 ≥ 189

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 7

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 7

Eq6 ≥ 173

Eq7 ≥ 185

Eq8 ≥ 33, Eq8 = Ni + Cu - 1.5Cr.

이 조성은 이금속 스트립의 제조에 보다 특히 적합하다.

이 경우에, 온도의 변화는, 상이한 팽창 계수를 갖는 간격이 좁은 스트립 형태의 두 재료를 가까이 접합시킴으로써, 이금속 스트립의 변형, 또는 이금속 스트립의 단부의 상승 (다른 단부는 원래 위치에서 유지된다), 또는 이금속 스트립의 자유 단부에 의해 생긴 힘 중 하나로 전환될 수도 있다.

이금속 스트립부는 또한 다층 재료의 전기 비저항 및 그 변형을 통한 초과전류 센서, 전기 회로를 차단하는 이금속 스트립의 편향을 통한 온도 센서, 또는 이금속 스트립의 다양한 구성요소의 불균형 팽창에 의해 발생되는 힘을 통한 열기계적 액츄에이터로서 기능할 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 이금속 스트립의 작용은 검출을 통해서 발생하는데, 이금속 스트립의 진폭은 이금속 스트립의 두 외부 구성요소 사이의 팽창 계수의 차에 비례한다. 이금속 스트립 액츄에이터의 민감도는 주어진 스트립 두께 및/또는 주어진 온도 차에 대한 팽창 계수의 차가 커질수록 더 높아질 것이다.

이에 따라 목적은, 넓은 온도 범위에 걸쳐 사용하기 위해, 20 ℃ ~ 100 ℃ 에서 7 × 10^-6/℃ 및 바람직하게는 5 × 10^-6/℃ 를 초과하지 않는 평균 팽창 계수 (α_20-100) 및, 이와 동시에, 10 × 10^-6/℃, 바람직하게는 8 × 10^-6/℃ 를 초과하지 않는 평균 팽창 계수 (α_20-300) 를 갖는 재료를 갖는 것이다.

이금속 스트립을 통과하여 흐르는 전류로부터 열원이 유발될 때의 다른 중요한 파라미터는 전기 비저항 (ρ_el) 이다. 따라서 평균 전기 비저항이 높은 이금속 스트립은 온도가 더 올라서 전기 비저항이 낮은 이금속 스트립보다 더 높은 온도로 상승할 것이다. 따라서 동일한 비율의 이금속 스트립의 편향 진폭, 또는 동일한 비율의 이금속 스트립 액츄에이터의 힘 중 하나를 야기할 것이다. 또한, 전기 비저항은 열 전도성에 반비례하여서, 온도 균일성 및 그에 따라 이금속 스트립의 동적 반응성을 보장하게 된다.

이에 따라 20 ℃ 에서 75 μΩ.㎝ 초과, 바람직하게는 80 μΩ.㎝ 를 초과하는 전기 비저항 (ρ_el) 을 갖는 재료가 요구된다.

또한, 구리 또는 니켈 등의 3 번째 금속층을 낮은 팽창 계수와 높은 팽창 계수를 갖는 층 사이에 추가하고, 팽창 계수를 변화시키지 않으면서 다양한 저항성/전도성 절충 (compromises) 을 조정할 수 있다.

또한, 팽창 성능의 우수한 온도 안정성을 유지하기 위해서 160 ℃ 이상, 바람직하게는 200 ℃ 이상의 퀴리점 (T_c) 을 갖는 재료를 가질 필요가 있다.

이 높은 퀴리점, 이 낮은 팽창 계수 및 이 높은 전기 비저항을 얻기 위해서는, 본 발명에 따른 합금은 30 % 초과의 니켈을 가지면서 식 8 을 만족시킬 필요가 있다:

Eq 8 = %Ni + %Cu - 1.5 %Cr ≥ 33.

손목시계 모터 코일 코어 및 고감도 전자기 릴레이

0.05 % ≤ Mn ≤ 2 %

C ≤ 0.1

Eq2 ≥ 2

Eq3 ≥ 195

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 2, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 6

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 2, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 6

Eq6 ≥ 180

Eq7 ≥ 190.

이 조성은 시계 또는 손목시계 모터의 코어 및 고감도 전자기 릴레이의 제조에 보다 특히 적합하다.

바람직하게는, 원하는 목표는 불활성 가스, He, H₂, N₂, NH₃ 등의, 임의의 유형의 공업용 비산화 분위기에서 우수한 자기 성능을 얻어서, 티타늄 함량을 가능한 한, 바람직하게는 30 ppm Ti 미만, 더 바람직하게는 20 ppm Ti 미만으로 감소시킬 수 있는 능력이다.

손목시계의 낮은 전력 소비라는 일반적인 목표로, 손목시계 자기 회로를 자기화시키기 위한 자기장이 최소 전류, 즉 여기 코일의 최대 회전수에 따라 생성되어야 하는데, 이는 코어의 단면적을 감소시키고 가능한 한 큰 코일을 코어에 위치시킬 수 있도록 자속이 높은 자기 코어 및 매우 얇은 와이어를 이용한다는 것을 의미한다.

이에 따라 코어의 자성 합금은, 자속이 자기력과 재료의 단면적의 곱이기 때문에, 높은 자기 포화를 필수적으로 작동시켜야 한다. 이에 따라 20 ℃ 에서 10000 G 를 초과하는 포화 인덕션 (B_s) 을 갖는 합금이 요구된다.

또한 합금은 자기 손실을 감소시켜서 손목시계의 전력 소비를 제한하기 위해서 낮은 보자력 (H_c) 및 높은 전기 비저항을 가져야만 한다. 이에 따라 20 ℃ 에서 125 mOe 미만, 바람직하게는 75 mOe 미만인 보자력 (H_c) 및 60 μΩ.㎝ 초과, 바람직하게는 80 μΩ.㎝ 초과인 전기 비저항 (ρ_el) 을 갖는 재료가 요구된다.

또한, 이 경우를 위한 본 발명에 따른 합금은 바람직하게는 우수한 절삭성을 가져서 8 ~ 40 ppm 의 S, Se, Sb 및/또는 2 ~ 20 ppm 및/또는 10 ~ 150 ppm 의 Ca, Mg 을 선택적으로 혼합할 수도 있다.

본 발명에 따른 합금은 이들 모든 특성을 가능하게 해준다.

바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 합금은 13000 G 를 초과하는 포화 인덕션 (B_s) 을 갖고 이에 따라 이들의 조성은 식 9 를 만족해야 한다:

Eq 9 ≥ 13000, Eq 9 = 1100 (Ni + Co/3 + Cu/3) - 1200 Cr - 26000.

손목시계 모터 코일 코어의 제조에 적합한 조성물은 고감도 전자기 릴레이의 제조에도 적합하다.

전자기 릴레이는, 일반적으로 제조/성형 비용이 저렴하고 용이한 솔리드 요크인 자기 요크가 일편 재료에 의해서 요크 레그의 일단부의 전환 위치에서 폐쇄되는, 전기적으로 제어되는 기계적 액츄에이터이다. "개방" 상태와 "폐쇄" 상태 사이에서의 전환에 있어서, 전환 위치는 스프링 (요크의 외부에 위치되고 가동 아마추어를 요크 레그에 대해 피봇회전하게 함으로써 자기 회로를 개방하는 경향이 있음) 의 기계적 복원력과 정지한 상태에서 전자기의 자석에 의해 자기화된 요크의 자기 인력으로 구성되는 전자기력 사이의 균형으로부터 생긴다. 정지한 상태에서, 전기자는 요크를 폐쇄한다.

외부 사건으로부터 발생하고 기계적 신호로 변환되어야 하는 전류가 요크의 레그를 통해 흐른다면, 요크에 대한 전기자의 밀어냄 (repulsion) 으로 인해 자기 척력이 추가되도록 요크의 하나의 레그 주위에 코일이 권취되어서, 자기 인력의 진폭을 감소시킨다. 따라서, 코일에서의 전류의 진폭에 따라, 릴레이를 개방하고 기계적 시스템을 작동시키는 스프링을 변위시키기 위해 스프링의 작용에 충분한 레벨의 척력이 얻어질 수도 있다. 이 원리로 특별한 전기 회로 차단기가 작동한다.

이 유형의 릴레이를 고감도로 작동시키기 위해서, 코일을 통해 전류 (I) 의 작은 변화가 척력에 큰 변화를 유발할 필요가 있고 또한 릴레이를 미리 적절하게 세팅할 수 있도록 이 거동이 충분히 집약적인 전류 범위에 걸쳐 비례할 필요가 있다. 이것은, 정지한 상태에서 릴레이의 작업 위치상의 중심의 상당한 선형 B-H 인덕션 범위 내에서 고투자율의 요구사항을 규정하게 되고, 이는 주어진 작동 주파수에 있어서, 자석에 의해 분극화된 릴레이의 자기화에 대응한다.

재료의 포화 인덕션 (B_s) 이 높을수록, 전류 (I) 의 영향 하에 요크의 인덕션의 변동이 커지고 릴레이의 민감도가 높아져서 주어진 동적 투자율에서 릴레이의 전력이 커지게 된다. 또한 20 ℃ 에서 10000 G 초과, 바람직하게는 13000 G 초과의 포화 인덕션 (B_s) 및 60 μΩ.㎝ 초과, 바람직하게는 70 μΩ.㎝ 초과의 더 높은 전기 비저항 (ρ_el) 에 의해 얻어진 우수한 자기화 동적 범위 및 125 mOe 미만, 바람직하게는 75 mOe 미만의 낮은 보자력 (H_c: 20 ℃ 에서) 을 가질 필요가 있다.

또한, 최소 내식성이 요구되는데 왜냐하면 릴레이는 밀봉되지 않은 패키지에 의해 주로 보호되어서 어쩌면 고온이거나 습하거나 산화 (Cl, S 등) 중일 수도 있는 주변 분위기에 두어지는 반면, 수년에 걸친 작업 동안의 금속의 비산화 상태는 금속의 자기 성능이 드리프트 되지 않음으로써 트리핑 상태의 재현성을 보장하는데 중요하기 때문이다. I^ox _max 는 5 ㎃ 미만, 바람직하게는 3 ㎃ 미만, 또는 1 ㎃ 미만으로 유지될 필요가 있다.

무접촉 온도 측정 및 온도-위배 검출을 위한 장치

Cu ≤ 10 %

0.02 ≤ Mn

C ≤1 %

Eq2 ≥ 0.4

Eq3 ≥ 140

Eq4 ≤ 10

Eq5 ≤ 13.6

Eq6 ≥ 140

Eq7 ≥ 125.

이 조성은 무접촉 온도 측정 또는 온도-위배 검출을 위한 장치의 제조에 보다 특히 적합하다.

무접촉 온도 측정 (가역 자기 형상을 이용하는 실시간 측정) 또는 무접촉 온도 위배 측정 (귀납적으로 비가역적 현상을 이용하지만, 모니터링 공정의 종료시에 라벨이 리셋되도록 할 수 있는 측정) 을 위한 라벨의 자기 부품은, 동시에, 온도 및 주변 자기장의 관점에서 안정적인 구성인 영구 자기화 (PM: Permanent Magnetization) 자성 재료와 자기적으로 연성인 재료 ("합금") 등의 매우 상이한 재료를 사용한다. 라벨의 바로 그 원칙을 통해, 이 온도 모니터링은 연성인 자성 합금의 퀴리점 바로 밑에서 또는 그 부근의 온도 범위에서 실행된다.

이 경우에, 예를 들어, 두 재료 사이에 작은 간격 (d) 을 둔 채, 얇은 FeNi 합금 또는 비정질 합금 등의, 단면적 S₂ 의 매우 높은 투자율의 재료로 된 플레이트에 접합된 단면적 S₁ 의 PM 재료로 된 플레이트를 이용할 수 있다. PM 재료는 인접한 연성 자성 재료의 자기 분극제로서 작용한다. 또한, 퀴리점 (T_c) 을 갖는 본 발명에 따른 합금으로 만들어진 제 3 플레이트는 PM 재료의 다른 쪽 또는 간격 (d) 을 둔 채 PM 재료와 고투자율 재료 사이 중 하나에 위치된다.

대기 온도가 본 발명에 따른 합금의 퀴리점 (T_c) 에 근접할 때, 합금은 덜 자기화되고 PM 재료의 자속은 T/T_c 비에 따라 자기화의 증가된 레벨까지 분극화되는 고투자율 재료에 대해 더 실질적으로 근접된다.

이에 따라 무선 안테나로부터의 적정-주파수로 고투자율 재료를 여기시킴으로써, 분극 자기화 (J₁) 부근에서 자기화의 변화 (ΔJ) 가 발생되고 재료는 고조파를 강하게 방사할 것이고, 이는 S₁, S₂ 및 d 를 선택함으로써 J₁ 이 이를 위해 미리 최적화되었기 때문이다.

기능적 퀴리점은, 냉장 시스템 등의 소모 제품의 온도, 와인 셀러 온도, 냉장 여부에 상관없이 폐기성 음식물 쓰레기의 저장 및 운반, 생선 및 육류 컨테이너, 혈액 생성물 및 혈액 유도체, 식물, 꽃, 이식 등을 위해 제거된 인간의 장기 등의 비소모성의 폐기성 유기 물질의 저장 및 적송, 세포 배양 및 세균 또는 박테리아 배양, 폴리머의 배치, 고대 분자 등을 모니터링하기 위한 다수의 경우에 -50 ℃ ~ 400 ℃, 특히 -30 ℃ ~ +100 ℃ 인 것이 바람직하다. 이 퀴리점은 최대 400 ℃ 까지 제한되고 바람직하게는 -30 ℃ ~ 100 ℃ 이다.

한편으로는 적절한 주파수에서 여기장에 대한 센서의 고감도를 얻고, 또 다른 한편으로는 높은 전기 비저항 (60 μΩ.㎝ 초과, 바람직하게는 80 μΩ.㎝ 초과) 과 작은 것이 바람직한 재료 두께와 결합시킴으로써 센서의 큰 동적 범위를 얻도록 충분히 낮은 보자력 (75 mOe 미만, 바람직하게는 32.5 mOe 미만) 이 요구된다. 보자력을 낮추기 위한 이 제한은 최대 니켈 함량을 34 % 로 하면서 구리 함량을 최대 10 %, 바람직하게는 6 % 미만으로 제한할 것을 요구한다.

또한 본 발명의 목적은 최소 내식성 및 내산화성을 갖는 것인데 왜냐하면 합금이 대개 공업용 분위기에서 다양한 매체 및/또는 구성성분과 접촉하기 때문이다. 이들 경우에, 열산화 분위기에서 산화된 표면층의 우수한 수성 내식성 (I_ox < 5 mA), 우수한 염무 내식성 및 우수한 기계적 안정성 (밀착성 + 내마모성) 에 의해 나타나는 합금의 우수한 화학적 안정성이 주로 요구된다.

본 발명에 따른 합금은 이들 모든 특성을 얻을 수 있도록 해준다.

에피택시를 위한 하이퍼텍스처된 기재

다른 바람직한 실시형태에서, 합금은 이하와 같을 수도 있고:

Mn ≤ 2 %

Si ≤ 1 %

Cu ≤ 10 %

Cr + Mo ≤ 18 %

C ≤ 0.1

Ti + Al ≤ 0.5 %,

합금은 이하의 관계 중 적어도 하나를 만족한다:

0.0003 ≤ B ≤ 0.004 %

0.0003 ≤ S + Se + Sb ≤ 0.008 %.

또한, 0.003 ~ 0.5 % 의 니오븀 및/또는 지르코늄을 추가하는 것이 바람직하다.

이들 조성은 에피택시를 위한 하이퍼텍스처된 기재의 제조에 보다 특히 적합하다.

많은 경우에 가능한 한 텍스처된 다결정 재료, 즉 가능한 한 가장 강조된 (accentuated) 단일-구성성분 텍스처를 갖는 재료의 박막의 성장이 요구된다.

"단일-구성성분 텍스처" 라는 용어는 다결정의 결정학적 배향이 이상적인 배향 (밀러 지수로 [hkl](uvw) 로 표시됨) 을 둘러싸는 입체각 (반원추각 (ω)) 내에 있도록 다결정의 결정학적 배향의 비랜덤 분포를 의미하는 것으로 이해된다. ω 은 평균 텍스처 오방위각으로 불리고 롤링 평면 또는 롤링 평면의 외부에서의 측정인지에 따라 다양한 값을 취할 수도 있다.

이들 증착된 재료는 예컨대 Y-Ba-Cu-O 유형의 산화물의 경우에 초전도성 등의 특정 물리적 특성을 갖는다.

이들 특성은, 동일한 텍스처 오방위각에 대한 결함의 체적 밀도를 감소시키기 위해서 수십 마이크론의 입자 크기 및 인접한 결정 (강조된 텍스처의 역할) 사이의 낮은 오방위각을 통해 발생하는, 입자 경계에서의 결함 밀도를 낮게 함으로써 매우 많이 향상된다.

고텍스처된 이들 다결정 코팅을 얻기 위해서, 매우 자주 사용되는 방법 중 하나는 증착된 생성물의 격자 상수에 상당히 근접한 격자 상수, 가능한 한 강조된 단일-성분 텍스처, 증착된 산화물의 형성에 의해 요구되는 가능한 산화 어닐링 작업 동안의 우수한 내산화성, 및 어닐링 동안에 변형되는 것을 방지하고 최종 제품의 처리 (코일링, 와인딩, 텐셔닝 등) 를 견딜 수 있도록 최고 기계적 강도를 가지며 하이퍼텍스처된 기재 상에서의 기상 에피택시 또는 액상 에피택시이다.

이에 따라 하이퍼텍스처된 기재의 요구되는 특별한 이용 특성은 본질적으로, 쌍정의 표면 분획물 (fraction) 의 존재 및 이상적인 [100](001)입방정 배향으로부터 15 °미만의 오방위각으로, 바람직하게는 10 % 미만, 더 바람직하게는 5 % 미만으로 중심맞춤된 배향과는 다르게 되는 다른 배향, 및 또한 {100}<001> 입방정 텍스처의 주요 구성성분으로부터의 10 °미만, 바람직하게는 7 °미만의 오방위각 (ω) 이다.

또한 최종 적용에 따라 변할 수 있는 20 ℃ ~ 100 ℃ 의 평균 팽창 계수 및 20 ℃ ~ 300 ℃ 의 평균 팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 고온에서 실행된 기재상의 증착 동안에, 증착된 막은 제품이 대기 온도로 복귀될 때 압축되도록 요구될 수도 있다. 이에 따라 증착된 재료의 팽창/수축에 따라 20 ℃ ~ 증착 온도에서 매우 다양한 레벨로 조정되는 팽창계수를 선택할 수 있을 것이 요구된다.

마지막으로, 퀴리점은 이 특성을 위해 제한되지 않으며, 특정 초전도체의 경우에는 특히 기재가 사용 온도, 즉 77 K 에서 가능한 한 작게 자성을 갖는 것이 더 바람직하다.

본 발명의 본문에 있어서, 이하의 약어가 사용된다:

ㆍInv.: 본 발명에 따른 실험;

ㆍComp.: 비교 실험;

ㆍNCO: 실험이 실행되지 않음;

ㆍSFC: 염무 부식에 대한 민감도;

ㆍMW: 공업용 산화 분위기에서 합금의 산화 표면층의 기계적 내마모성;

ㆍB_s ²⁰ ^℃: 20 ℃ 에서 측정된, 가우스로 표현된 포화 인덕션;

ㆍB_s ⁶⁰ ^℃(G): 60 ℃ 에서 측정된, 가우스로 표현된 포화 인덕션;

ㆍT_c: 재료의 퀴리점 (℃ 로 표현됨)

ㆍH_c: 20 ℃ 에서의 보자력 (mOe 로 측정됨)

ㆍI^ox: 최대로 전위가 부가된 전류 (㎃);

ㆍB_r/B_m: 포화 접근 구역에서 측정된 인덕션 (B_m) 에 대한 잔여 인덕션 (B_r) 의 비;

ㆍα_20-100: 재료의 평균 팽창 계수 ("팽창도" 라고도 불림, 20 ~ 100 ℃ 에서 측정되고 10^-6/℃ 로 표현됨), 및 α_20-300: 재료의 평균 팽창 계수 (20 ~ 300 ℃ 에서 측정되고 10^-6/℃ 로 표현됨), 및 α_20-77K: 재료의 평균 팽창 계수 (77 K ~ 20 ℃ 에서 측정되고 10^-6/℃ 로 표현됨);

ㆍρ_el 또는 ρ(elec): 20 ℃ 에서의 전기 비저항 (μΩ.㎝ 으로 측정됨);

ㆍμ_max ^DC: 최대 상대 DC 투자율 (무한하여 단위가 없는 자유 공간의 투자율 (μ₀ = 4π×10^-7) 과 비교하여 측정됨); 및

ㆍω: 평균 텍스처 오방위각 (°로 측정됨).

시험 및 측정

본 발명에 따른 합금을 시험하기 위해서, 원하는 조성을 갖는 50 ㎏ 의 잉곳의 형태로 진공 유도 용해에 의해 다양한 합금 조성물이 제조되었다. 그 다음에 재료는 1000 ~ 1200 ℃ 에서 단조되고, 1150 ~ 800 ℃ 에서 4.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연되고, 화학적으로 산세척된 후에 중간 어닐링 없이 0.6 ㎜ 로 냉간 압연되었다. 모든 합금들은 여러 표본으로 절삭된 후에 이 단계에서, 팽창 계수, T_c, I ^ox _max, 및 J_s 측정 및 직경이 25 × 36 ㎜ 인 워셔 등으로 적어도 특징지어졌다.

그 다음에 상이한 시험들이 실시되었다.

염무 내식성 또는 SFC

SFC 를 측정하기 위해서, 합금 시트는 95 % 의 상대 습도를 갖는 염무 환경 챔버에 침지되고 24 h 동안 염 (NaCl) 으로 포화되었다. 그 다음에 시트는 알코올로 세척되었고 임의의 공식 (corrosion pitting) 이 관찰된다. 그 다음에 3 개의 민감도 레벨의 관점에서 산세척의 밀도 및 규모가 매겨진다:

0 : 염무 부식에 대해 민감하지 않음;

- : 약간 민감함;

-- : 민감함; 및

---: 매우 민감함.

표면 산화물층의 기계적 마모 또는 MW

MW 를 측정하기 위해서, 이슬점이 -30 ℃ 가 되도록 순수 수소 및 수증기에서 0.6 ㎜ 두께의 습식-경화된 금속이 먼저 1100 ℃ 의 온도에서 3 시간 동안 어닐링된다 (공업용 어닐링의 시뮬레이션). 어닐링된 두 개의 시트는 10 ㎠ 의 면적에 걸쳐 1 ㎏ 의 등가 압력으로 균일하게 분배된 중량으로 적층된다. 그 다음에 하나의 시트의 중간 길이까지 서로에 대해 100 회의 전후 슬라이딩 운동이 실행된 후에, 금속의 표면 검사 후에 내마모성의 3 개의 레벨로 표면의 마모가 관찰된다:

- 0 : 낮은 내마모성;

- + : 평균 기계적 내마모성; 및

- ++: 매우 우수한 기계적 내마모성.

퀴리점 ( T _c )

T_c 는 Chevenard 열자력계를 이용하여 자기력을 측정함으로써 측정된다: 표본은 100 ℃/h 에서 800 ℃ 까지 가열된 후에 동일한 속도로 실온까지 냉각된다. 적용된 T_c 값은, T_c 값이 자기력 곡선 (f(T^re)) 의 굴곡의 접선으로부터 정점까지 x-축선 (편차 = 0) 에서 외삽되는 가열 모드에서 온도 기록도의 이용에 대응하는 값이다.

수성 산 내식성 ( I ^ox _max )

부식 분위기 또는 수성 산 매체에서의 합금의 내식성은 합금 플레이트 표본 이 0.01 M 의 황산욕에 침지될 때 얻어지는 최대 전류를 측정함으로써 결정될 수도 있고, 합금은 다양한 전압 (U) 을 적용함으로써 백금으로 만들어진 다른 플레이트 전극에 컨덕터를 통해 연결된다. 따라서 다양한 전류 (I) 가 두 전극을 연결하는 컨덕터에서 측정된 후에 I(U) 의 최대값 (I^ox _max) 이 결정된다.

플레이트 사이에 부여된 전위, 컨덕터의 전류의 변화 및 특히 전류의 최대 변화값을 갖는 이 시험을 통해, 표면에 안정한 산화물층을 형성하는 합금의 능력을 올바르게 결정할 수 있게 된다: I^ox _max 가 낮을수록, 합금의 내식성이 우수해진다.

팽창 계수

평균 열팽창 계수는 20 ℃ ~ 온도 T (<α_20→T> 또는 편의상 α_20- _T 로 표현됨) 이고, 표준 파이로스 표본 (Pyros specimen) (정확한 조성 및 정확한 팽창도를 갖는 Fe-Ni로 만들어짐) 과 비교하여 Chevenard 팽창계에서 측정된다: 초기 길이 (L₀) 를 갖는 표본의 온도 (T) 의 함수로서의 신장량의 변화 (Δl), 즉 Δl = f(T) 가 기록된다. 20℃ ~ 온도 T₁ 의 평균 팽창 계수는 이와 같이 주어지며, 이는 10^-6/℃ (a millionth of relative elongation per degree) 로 표현된다:

자기 특성 H _c , B _r 및 μ _max ^DC

이들 특성은 어닐링된 워셔에서 IEC 404-6 표준에 따른 자속계에 의해 측정된다: 이력 손실 사이클을 작성 (plotting) 함으로써 H_c, B_r 및 μ_max ^DC 의 값을 결정할 수 있다.

실시예 1- 온도 자율조절 기능을 갖는 자기 장치

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.6 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 열간 압연된 두께에서 0.6 ㎜ 로 냉간 압연된 후에, 800 ~ 1100 ℃ 에서 한 시간 동안 어닐링된 다음, 탈지되고, 측정을 위해 여러 조각 또는 워셔로 절삭된 후에, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되었다.

시험된 그레이드는 이하의 표에 언급된 원소들을 포함하고 있었고, 잔부는 철 및 불가피한 불순물들이다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 포화 인덕션, 퀴리점, 내산 부식성 및 20 ~ 100 ℃ 에서의 팽창 계수를 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 2 에 주어진다.

이는, 본 발명에 따른 몇몇 합금이 30 % 미만의 니켈을 함유하고 예컨대 SV302mod-1 (T_c = 199 ℃) 등의 Invar® (Fe-36 % Ni:Tc = 250 ℃) 의 퀴리점과 매우 근접한 퀴리점을 가질 수도 있다는 것을 보여준다. 이에 따라 합금의 비용은 니켈의 일부를 구리로 대체함으로써 실질적으로 감소된다. 또한, 수성 내식성, 염무 내식성 및 내산화성은 Cu, Si 및 Cr 을 추가적으로 혼합함으로써 향상된다.

비교하자면, 30 % Ni 합금에 구리가 들어가지 않는다면, 퀴리점은 40 ℃ 까지 낮아지고 매우 나쁜 내산 부식성이 얻어진다.

예 SV298-1 에서는, Ni, Cr 및 Cu 함량을 적절하게 조정하고 Ni 이 30 % 를 초과하지 않도록 함으로써 20 ~ 100 ℃ 에서 높은 팽창 계수 (예에서 11 × 10^-6/℃) 가 얻어질 수도 있다는 것을 볼 수도 있다. 조성의 선택은 동시에 퀴리점도 설정한다.

실시예 2 - 자속 자율 조절 기능을 갖는 장치

이들 시험의 결과가 표 4 에 주어진다.

본 발명에 따른 합금의 대부분이 원하는 내식성 및/또는 내산화성에 따라 25 ~ 28 % 의 Ni 만을 함유하는 합금에 대해 30 ℃ ~ 약 100 ℃ 의 범위의 퀴리점을 갖는 것을 볼 수도 있다. SV302mod-4 반대-예는, 2 % 초과의 망간을 함유하고 있고, 또한 규소가 존재함에도 불구하고 산화층의 내식성이 열화되기 때문에, 적절하지 않다.

반대예 SV297-1, NMHG-1 및 NMGH-2 는 식 2 를 만족시키지 못하므로 본 발명에 따르지 않는다. 본 발명에 따른 실시예와 달리, 이들의 퀴리 온도는 30 ℃ 한계값 미만이라는 것을 볼 수도 있다.

실시예 3-제어형 팽창 장치

-196 ℃ ~ 800 ℃ 에서 Chevenard 팽창계에서 팽창 계수 측정이 실시되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 퀴리점, 내산 부식성 및 20 ~ 100 ℃ 및 20 ~ 300 ℃ 에서의 팽창 계수를 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 6 에 주어진다.

첫 번째의 2 개의 실험은 매우 낮은 팽창 계수에 대응한다. 다음의 9 개의 실험은 Si, Ge, GaAs 및 SiC 등의 반도체와 근사한 팽창 계수를 갖는다. 다음 7 개의 실험은 유리의 팽창계수와 근사한 팽창 계수를 갖는다. 다음의 6 개의 실험은 LNG (액화 천연 가스) 탱커의 화물실에서 77K 의 액화된 가스를 운반하기 위한 기밀한 컨테이너로서의 용도로 양립가능하다.

예 36 에서는, Invar® 와 비교하여, 3.5 % 의 Ni 을 4 % 의 Cu 및 소량의 Si 및 Cr 로 대체하는 것은 20 ~ 100 ℃ 에서 팽창 계수를 3 × 10^-6/℃ 미만으로 유지할 수 있도록 해주고, 이는 고화질 음극선관 스크린의 쉐도우 마스크, 차량용 압전 연료 분사 액츄에이터 지지부, 탄소 섬유 등으로 만들어진 항공 부품용 벌크 몰드 등의, 비용 및 실온 근처의 팽창 모두가 제한될 것을 요구하고, 또한 재료가 매우 약한 환원 분위기 또는 산화 분위기에서 공업용 어닐링시에 거의 산화되지 않을 것을 요구하는 다수의 경우에 충분하고, 또한 보호 가스 분위기를 사용하지 않아서, 공업용 처리를 간단하게 할 수 있도록 해준다는 것이 명백하다.

N42 와 비교하여 예 SV318-6 에서는, 8 % Ni 을 6 % 의 Cu 및 2 % 의 Cr 및 소량의 Si 로 대체하는 것이 20 ~ 300 ℃ 에서 팽창 계수가 6 × 10^-6/℃ 를 초과하지 않고 20 ~ 100 ℃ 에서 등가 팽창 계수를 유지하게 해주고, 이는 통합된 회로 지지부 등의, 대기 온도를 초과하는 100 ~ 300 ℃ 의 한정된 온도 범위에서 반도체 재료와 접촉시에 비용 및 팽창 모두가 제한되도록 요구하는 대부분의 경우에 충분하다는 것이 명백하다.

납-소다 유리 (lead-soda glass) 유형의 유리와의 양립성이 있는 팽창에 사용되는 N426 과 비교하여 이 표의 예 SV304-4 및 TD561-3 에 있어서는, 14 % 의 Ni 을 7 ~ 10 % 의 Cu 및 소량의 Si 및 Cr 으로 대체하는 것은 팽창 계수를 20 ~ 100 ℃ 에서 약 7 × 10^-6/℃ 로 유지하고 20 ~ 300 ℃ 에서는 11.5 × 10^-6/℃ 로 유지하도록 해주고, 이는 특정 유리, 알루미나, 베릴륨 산화물, GaAs 등의 특정 반도체와 접촉시에 비용 및 팽창 모두가 실온을 초과하는 100 ~ 300 ℃ 의 한정된 온도 범위 내에서 제한되도록 요구하는 많은 경우에 충분하다는 것이 명백하다.

N485 와 비교하여 이 표의 예 TD521-4 에 있어서는, 20 % 의 Ni 을 6 % 의 Cu 및 2 % 미만의 Cr 및 소량의 Si 로 대체하는 것은 팽창 계수를 20 ~ 100 ℃ 에서는 약 9.5 × 10^-6/℃ 로 유지하고 20 ~ 300 ℃ 에서는 11.9 × 10^-6/℃ 로 유지하도록 해주고, 이는 이들 팽창성이 높은 유리, ZrO₂, 포스테라이트 등과 접촉시에 비용 및 팽창 모두가 실온을 초과하는 100 ~ 300 ℃ 의 한정된 온도 범위 내에서 제한되도록 요구하는 많은 경우에 충분하다는 것이 명백하다.

LNG 탱커에서, 거대한 액화 가스 컨테이너가 특히 컨테이너의 3 중 용접 지점에서 파괴 팽창력을 견딜 수 있도록 -196 ℃ (질소 가스 액화 온도) ~ 대기 온도에서 매우 낮은 팽창 계수를 가질 필요가 있다. 표의 마지막 예에서, 3 ~ 6 % 의 Ni 을 3 ~ 10 % 의 Cu 및 소량의 Si 및 Cr 로 대체하는 것이 -196 ℃ ~ 20 ℃ 에서 약 3 ~ 3.5 × 10^-6/℃ 의 팽창 계수를 유지하도록 해주고, 이는 일측에서의 -196 ℃ 의 액화 가스 온도 ~ 다른 측에서의 대기 온도에서 상부 구조물의 비용 및 팽창 모두가 제한되도록 요구하는 많은 경우에 충분하다는 것을 볼 수도 있다.

실시예 4- 전류 센서 및 측정 트랜스포머

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.6 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 중간 어닐링 없이 열간 압연된 두께에서 0.6 ㎜ 로 냉간 압연된 후에, 탈지되기 전에 측정을 위해 여러 조각 또는 워셔로 절삭된 후에, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 20 ℃ 에서의 포화 인덕션, 20 ℃ 에서의 이력 사이클의 방형성 (rectangularity), 20 ℃ 에서의 보자력, 20 ℃ 에서의 전기 비저항 및 내산 부식성을 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 8 에 주어진다.

이 표는 10 % 초과의 Cu 를 함유하는 합금은 측정 트랜스포머 유형의 경우와 양립할 수 없는 200 ~ 400 mOe 의 매우 높은 보자력 범위를 갖는다는 것을 보여준다.

합금 SV330-4 는 특히 저가인데, 이 합금은 28 % 의 Ni 및 3 % 의 Cu 를 함유하고 19 mOe 의 매우 낮은 H_c 를 가져서, 측정 트랜스포머의 정확도가 매우 높도록 해준다. 그러나, 합금의 낮은 포화도 (4430 G) 는 실온 정도의 경우로 용도를 제한한다.

본 발명의 다른 예에서, 합금 SV330-6 은 거의 비싸지 않고, 이 합금은 28 % 의 Ni 및 7 % 의 Cu 를 함유하고 있고, H_c = 33 mOe 로 인해 폐쇄형 루프 전류 센서의 정확성이 우수하도록 해준다. 또한, 더 높은 합금의 포화도 (6800 G) 는 온도를 현저히 더 안정하게 해주고 특정 트랜스포머가 70 ℃ 까지 작동되도록 해준다.

마지막 예에서, 높은 포화도 (11540 G) 및 낮은 보자력 (34 mOe) 을 갖는 합금 SV317-5 는 규소와 결합된 2 % 의 Cr 과 4 % 의 Cu 의 결합으로 인해 많은 매개물에서 우수한 내식성을 여전히 보장하면서 정확성이 높은 개방형 전류 센서가 저렴하게 (34 % 의 Ni 함유) 제조되도록 할 수 있다.

실시예 5 - 마그네토 - 고조파 센서

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.04 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 다음 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 열간 압연된 두께에서 0.6 ㎜ 로 냉간 압연된 후에, 800 ~ 1100 ℃ 에서 한 시간 동안 어닐링되고, 40 ㎛ 의 최종 두께로 압연된 다음, 탈지되고, 측정을 위해 여러 조각 또는 워셔로 절삭된 후에, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 20 ℃ 에서의 포화 인덕션, 20 ℃ 에서의 보자력, 20 ℃ 에서의 전기 비저항 및 내산 부식성을 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 10 에 주어진다.

본 발명에 따른 예 SV323-6 은 훨씬 향상된 수성 내식성을 갖고 센서의 민감도는 우수하다 (H_c = 15 mOe).

예 SV306-4 에서, 니켈 함량이 28 % 까지 낮아짐과 동시에, 내식성, 염무 내식성 및 열 산화 분위기에서의 내산화성이 모두 우수하고, 센서의 민감도도 우수하다 (H_c = 18 mOe). 이것은 상대적인 Ni, Cr, Cu, Mn 및 Si 조성의 최적화에 의해 가능한 것이다. 26.5 % 의 Ni 만을 함유하는 예 SV289-4 에서는, 센서의 비용은 우수한 내식성, 우수한 내산화성 및 우수한 센서의 민감도 (H_c = 31 mOe) 를 얻을 수 있게 해주는 높은 구리 함량 (5.6 %) 으로 인해서 실질적으로 더 낮아질 수도 있다.

실시예 6 - 모터 및 전자기 액츄에이터

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.6 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 중간 어닐링 없이 열간 압연된 두께에서 0.6 ㎜ 로 냉간 압연된 후에, 그리스를 제거하기 전에 측정을 위해 다양한 부분 또는 워셔로 절삭된 다음, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되었다.

이들 시험의 결과가 표 12 에 주어진다.

산화 표면층의 염무 내식성 및 기계적 내마모 특성은 Cr, Si 및 Cu 가 최소한으로 고려된다면 항상 우수하다.

28 ~ 34 % 의 니켈을 함유하는 다양한 조성을 갖는 많은 합금은, 경우에 따른 정확한 요구에 따라 낮은 보자력 및 다양한 내식성값을 유지하면서 5000 ~ 12000 G 범위의 자기 포화 및 80 ~ 90 μΩ.㎝ 범위의 전기 비저항을 얻을 수 있도록 해준다.

반대예에서, 합금 SV292-4mod 는 식 2 를 만족시키지 못하며, 그 결과 니켈 함량에 비해 불충분한 Cu % 함량으로 인해 포화도가 너무 낮아지게 된다 (4800 G). 다른 반대예에서, 합금 SV304-2mod 는 과도하게 높은 망간 함량으로 인해 합금의 포화도가 너무 낮기 때문에 (최소 5000 G 대신에 4080 G) 본 발명에 따를 수 없다.

합금 TD560-8 은 35 % 의 Ni 을 포함하고 높은 포화도를 갖는다. 압연 방향에 대한 0 °, 45 °및 90 °의 방향을 따르는 합금의 투과도 (μmax) 가 측정되었다. 얻어진 값은 각각 19000, 17200 및 17600 이었고, 이는 일련의 중압연 단계 (heavy rolling steps) 및 고온에서의 최종 어닐링으로 인해 합금이 거의 완벽하게 등방성이라는 것을 보여준다. 이 특성으로 인해, 순환하는 자속이 등방성이 되고 플레이트에서의 특정 방향이 차별성을 갖지는 않을 것이며, 이는 주로 전기 기계에서의 전자기 토크 변동의 원인이다. 이에 따라 본 발명에 따른 합금은, 적절한 냉간 압연 및 어닐링 단계를 통해, 필요하다면 자기 특성의 우수한 등방성을 가질 수 있는 특성을 가질 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 합금이 낮은 잔류 자기 (이력 사이클의 방형성, B_r/B_m < 0.3) 를 가져서, 여자 (excitation) 되지마자 대형 부품 (large part) 으로 자연스럽게 소자되거나 (자연 "디플럭싱 (defluxing)") 또는 방해하는 기생 전계 (parasitic fields; 중첩된 전계 또는 매우 짧은 시간에 재료를 포화시키는 매우 과도한 과전류) 에 대해 둔감할 수도 있게 만든다는 것도 밝혀졌다. 특히, B_r/B_m 방형성을 매우 낮은 값, 예컨대, 최소% 함량의 Cr, 28 ~ 32 % 의 Ni 및 10 % 의 Cu 를 갖는 합금 TD560-1, 3 및 5 의 경우에서와 같은 0.17 로 감소시키도록, 니켈의 %함량 및 크롬의 %함량을 낮추는 것이 유리하다는 것도 주목해야 한다.

실시예 7 - 손목시계 모터용 스테이터

800 ℃ 의 온도까지 올라갔다가 되돌아오는 열자력계의 라운트 팁에 의해 퀴리점이 결정되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 20 ℃ 에서의 전기 비저항, 퀴리점, 20 ℃ 에서의 보자력, 20 ℃에서의 포화 인덕션 및 60 ℃ 에서의 포화 인덕션을 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 14 에 주어진다.

실시예 8 - 파워 일렉트로닉스용 인덕터 및 트랜스포머

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.6 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 열간 압연된 두께에서 0.6 ㎜ 의 두께로 냉간 압연된 후에, 800 ~ 1100 ℃ 에서 한 시간 동안 어닐링되고, 탈지되고, 0.05 ㎜ 의 두께로 냉간 압연되고, 전단 변형되고, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되기 전에, 어닐링 및 30 × 20 ㎜ 의 직경과 20 ㎜ 의 높이를 갖는 토리로서 권취되는 동안 턴 (turn) 의 고착을 방지하도록, 광물 절연물질로 코팅되었다.

20 ℃ 에서의 포화 인덕션, 퀴리점, 20 ℃ 에서의 보자력, 20 ℃ 에서의 전기 비저항 및 내산 부식성을 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 16 에 주어진다.

본 발명에 따른 모든 합금이 20 ℃ 에서 적어도 80 μΩ.㎝ 의 전기 비저항 및 20 ℃ 에서 75 mOe 미만, 일반적으로 41 mOe 미만의 보자력을 갖는다는 것을 볼 수도 있다. 작은 두께와 우수한 인터-턴 절연 (inter-turn insulation) 이 결합된 이 성능은 낮은 자기 손실을 보장하는데, 이것은 이들의 우수한 열 전도에 의해 이들 자기 손실이 용이하게 방산되기 때문에 수동형 자기 부품의 이들 자기 코어에서 더욱더 용인될 수 있다.

반대 예인 SV301mod-1, SV292-1 및 TC768 에서는 포화가 충분하도록, 즉 자기 회로의 설계가 페라이트에 대해 충분하게 유용한 체적이 되도록, % Ni 과 % Cu 사이의 균형이 정확하게 보장되어야 한다는 것을 볼 수도 있다.

실시예 9 - 이금속 스트립

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.6 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 0.6 ㎜ 의 두께로 냉간 압연된 후에, 800 ~ 1100 ℃ 에서 한 시간 동안 어닐링된 다음, 탈지되고, 측정을 위해 여러 조각 또는 워셔로 절삭된 후에, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 퀴리점, 20 ℃ 에서의 전기 비저항, 20 ~ 200 ℃ 에서의 팽창 계수 및 20 ~ 300 ℃에서의 팽창 계수를 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 18 에 주어진다.

실시예 10 - 손목시계 모터 코일 코어 및 고감도 전자기 릴레이

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.6 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 중간 어닐링 없이 열간 압연된 두께에서 0.6 ㎜ 의 두께로 냉간 압연된 후에, 탈지되기 전에 측정을 위해 여러 조각 또는 워셔로 절삭된 후에, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 20 ℃ 에서의 전기 비저항, 퀴리점, 20 ℃ 에서의 포화 인덕션, 20 ℃ 에서의 보자력 및 내산 부식성을 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 20 에 주어진다.

오직 30 % 의 Ni 로 20 ℃ 에서 10000 G 의 포화도를 얻을 수 있고, 오직 34 % 의 Ni 로 20 ℃ 에서 13000 G 의 포화도를 얻을 수 있다는 것을 볼 수도 있다.

이 성능은 산화층의 우수한 내식성 및 기계적 내마모성과 별도로, 매우 유리하고 혁신적인 것이다.

실시예 11 - 무접촉 온도 측정 및 온도-위배 검출을 위한 장치

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.6 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 2.5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 열간 압연된 두께에서 0.6 ㎜ 의 두께로 냉간 압연된 후에, 800 ~ 1100 ℃ 에서 한 시간 동안 어닐링된 다음, 탈지되고, 측정 (이용된 다양한 유형의 특성에 대해서는 상기 참조) 을 위해 여러 조각 또는 워셔로 절삭된 후에, 1100 ℃ 에서 3 시간 동안 순수 H₂ (이슬점 < -70 ℃) 에서 어닐링되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 20 ℃ 에서의 포화 인덕션, 퀴리점, 20 ℃ 에서의 보자력 및 내산 부식성을 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 22 에 주어진다.

반대 예는 식 1 을 만족시키지 못한다는 것, 즉 합금이 완전한 오스테나이트계가 아니라는 것을 주목해야 한다. 합금의 비오스테나이트계 특징은 요구되는 보자력 값이 얻어지는 것을 방해한다.

실시예 12 - 에피택시용의 하이퍼텍스처된 기재

이용 특성을 특징짓도록 최종 두께가 0.1 ㎜ 인 몇몇 합금이 제조되어 얻어졌다. 합금은 99.9 % 의 순수 재료로 제조되었고, 진공 유도로에서 용융된 후에 50 ㎏ 잉곳으로 주조되었다. 잉곳은 1100 ~ 1300 ℃ 에서 단조된 후에, 1000 ~ 1200 ℃ 에서 5 ㎜ 의 두께로 열간 압연된 후에 화학적으로 산세척되었다. 그 후에 스트립은 중간 어닐링 없이 0.1 ㎜ 의 두께로 냉간 압연된 후에, 1 마이크론 정도의 매우 미세한 폴리싱 그리트 (grit) 로 연마 폴리싱 펠트에 의해 기계적으로 폴리싱되었다. 그 후에 금속은 800 ~ 1100 ℃ 에서 한 시간 동안 어닐링된 다음, 얻어진 텍스처의 유형 및 강도를 평가하기 위해서 X-선 극점도 측정을 위해 여러 부분으로 절삭되었다.

염무 내식성, 기계적 내마모성, 퀴리점, 내산 부식성, 20 ~ 300 ℃ 에서의 팽창 계수, 쌍정 함량 및 평균 텍스처 오방위각을 결정하기 위해 일련의 시험이 실시되었다.

이들 시험의 결과가 표 24 에 주어진다

본 발명에 따른 합금은 낮은 쌍정 함량 (< 10 %) 및 낮은 평균 텍스처 오방위각 (ω; < 10°) 및 열화된 작업 분위기 또는 어닐링 분위기에서 소량의 Cr, Si 및 Cu 의 첨가로 인한 산화층의 높은 기계적 내마모성, 및 광범위한 범위에 걸쳐 변화할 수 있는 팽창 계수를 가짐과 함께 {100}<001> 입방정 텍스처를 형성하는 강한 능력을 갖는다는 것을 볼 수도 있는데, 이 때문에, 에피택시용의 기재상의 코팅에 대한 팽창 요건의 대부분을 만족시키는 것이 가능해진다.

Claims

오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금에 있어서, 이 합금의 조성은 중량 % 로서:

24 % ≤ Ni ≤ 36 %

Cr ≥ 0.02 %

0.1% ≤ Cu ≤ 15%

0.1% ≤ Cu + Co ≤ 15%

0.02 % ≤ Mn ≤ 6 %

0.02 ≤ Si ≤ 2 %

0 ≤ Al + Ti ≤ 3 %

0 ≤ C ≤ 2 %

0 ≤ V + W ≤ 6 %

0 ≤ Nb + Zr ≤ 0.5 %

0 ≤ Mo ≤ 8

0 % ≤ Sn ≤ 1 %

0 ≤ B ≤ 0.006 %

0 ≤ S + Se + Sb ≤ 0.008 %

0 ≤ Ca + Mg ≤ 0.020 %

를 포함하고,

잔부는 철 및 제련시에 생긴 불순물이고, 니켈, 크롬, 구리 및 코발트 함량의 백분율은 합금이 이하의 조건을 더 만족하도록 되고:

Co < Cu

Cr > 7.5 % 라면, 0 % ≤ Co < 4 %

Eq1 > 28 %, Eq1 = Ni + 1.2 Cr + (Cu/5)

Ni > 32.5 % 라면, Cr < 7.5 %

망간 함량은 이하의 조건을 더 만족하고, 그리고

- Eq3 ≥ 205 라면, Mn ≤ Ni - 27.5 + Cu - Cr

- 180.5 ≤ Eq3 ≤ 205 라면, Mn ≤ 4 %

- Eq3 ≤ 180.5 라면, Mn ≤ 2 % 이고,

이때 Eq3 = 6Ni - 2.5 X + 4(Cu + Co) 이고 X = Cr + Mo + V + W + Si + Al

니켈, 크롬, 구리, 코발트, 몰리브덴, 망간, 바나듐, 텅스텐, 규소 및 알루미늄 함량의 백분율은 합금이 이하의 조건을 더 만족하도록 되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금:

Eq2 ≥ 0.95, Eq2 = (Ni - 24)[0.18 + 0.08(Cu + Co)]

Eq3 ≥ 161

Eq4 ≤ 10, Eq4 = Cr - 1.125(Cu + Co)

Eq5 ≤ 13.6, Eq5 = Cr - 0.227(Cu + Co)

Eq6 ≥ 150, Eq6 = 6Ni - 2.5X + 1.3(Co + Cu)

Eq7 ≥ 150, Eq7 = 6Ni - 5Cr + 4Cu.
삭제
온도 자율 조절 기능을 갖는 전자기 장치의 제조를 위한 제 1 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 1 항에 따른 합금을 포함하는 온도 자율 조절 기능을 갖는 전자기 장치.
제 1 항에 있어서, 추가로,

Ni ≤ 29 %

Co ≤ 2 %

Mn ≤ 2 %

인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
자속 자율 조절 기능을 갖는 장치의 제조를 위한 제 5 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 5 항에 따른 합금을 포함하는 자속 자율 조절 기능을 갖는 장치.
제 1 항에 있어서, 추가로,

Ni ≤ 35 %

C ≤ 0.5 %

Eq2 ≥ 1

Eq3 ≥ 170

Eq6 ≥ 159

Eq7 ≥ 160 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
제어형 팽창 장치의 제조를 위한 제 8 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 8 항에 따른 합금을 포함하는 제어형 팽창 장치.
제 1 항에 있어서, 추가로

Cu ≤ 10 %

C ≤ 0.1

Eq2 ≥ 1

Eq3 ≥ 170

Eq6 ≥ 159

Eq7 ≥ 160 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
전류 센서, 측정 트랜스포머 또는 마그네토-고조파 센서의 제조를 위한 제 11 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 11 항에 따른 합금을 포함하는 전류 센서, 측정 트랜스포머 또는 마그네토-고조파 센서.
제 1 항에 있어서, 추가로,

0.05 % ≤ Mn ≤ 2 %

C ≤ 0.1

Eq2 ≥ 1.5

Eq3 ≥ 175

Ni ≤ 32.5 라면, Eq4 ≤ 7

Ni ≤ 32.5 라면, Eq5 ≤ 10.6

Eq6 ≥ 164

Eq7 ≥ 160 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
모터 및 전자기 액츄에이터의 제조를 위한 제 14 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 14 항에 따른 합금을 포함하는 전자기 액츄에이터 및 모터.
제 14 항에 있어서, 추가로,

Co ≤ 1.8 %

O + N ≤ 0.01 % 이고, 또한

상기 합금은 이하의 관계 중 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금:

0.0002 ≤ B ≤ 0.002 %

0.0008 ≤ S + Se + Sb ≤ 0.004 %

0.001 ≤ Ca + Mg ≤ 0.015 %.
시계 또는 손목시계 모터용 스테이터의 제조를 위한 제 17 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 17 항에 따른 합금을 포함하는 시계 또는 손목시계 모터용 스테이터.
제 11 항에 있어서, 추가로,

Eq2 ≥ 1.5 %

Eq3 ≥ 189

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 7

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 7

Eq6 ≥ 173

Eq7 ≥ 185 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
파워 일렉트로닉스용 인덕터 및 트랜스포머의 제조를 위한 제 20 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 20 항에 따른 합금을 포함하는, 파워 일렉트로닉스용 인덕터 또는 트랜스포머.
제 1 항에 있어서, 추가로,

Ni ≥ 30 %

C ≤ 1 %

Eq2 ≥ 1.5

Eq3 ≥ 189

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 7

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 4, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 7

Eq6 ≥ 173

Eq7 ≥ 185

Eq8 ≥ 33, Eq8 = Ni + Cu - 1.5Cr 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
바이메탈릭 스트립의 제조를 위한 제 23 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 23 항에 따른 합금을 포함하는 바이메탈릭 스트립.
제 14 항에 있어서, 추가로,

Eq2 ≥ 2

Eq3 ≥ 195

Ni ≤ 32.5 라면 Eq4 ≤ 2, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq4 ≤ 6

Ni ≤ 32.5 라면 Eq5 ≤ 2, 또는 Ni > 32.5 라면 Eq5 ≤ 6

Eq6 ≥ 180

Eq7 ≥ 190 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
제 26 항에 있어서, 추가로

Eq 9 ≥ 13000, Eq 9 = 1100 (Ni + Co/3 + Cu/3) - 1200 Cr - 26000 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
시계 또는 손목시계 모터 코일의 코어 및 고감도 전자기 릴레이의 제조를 위한 제 26 또는 제 27 항 중 한 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 26 항 또는 제 27 항 중 한 항에 따른 합금을 포함하는 시계 또는 손목시계 모터 코일의 코어 또는 고감도 전자기 릴레이.
제 1 항에 있어서, 추가로,

Cu ≤ 10 %

C ≤1 %

인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
무접촉 온도 측정 또는 온도 위배 검출을 위한 장치의 제조를 위한 제 30 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 30 항에 따른 합금을 포함하는 무접촉 온도 측정 또는 온도 위배 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 추가로,

Mn ≤ 2 %

Si ≤ 1 %

Cu ≤ 10 %

Cr + Mo ≤ 18 %

C ≤ 0.1

Ti + Al ≤ 0.5 % 이고, 또한

상기 합금은 이하의 관계 중 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금:

0.0003 ≤ B ≤ 0.004 %

0.0003 ≤ S + Se + Sb ≤ 0.008 %.
제 33 항에 있어서, 추가로,

0.003 ≤ Nb + Zr ≤ 0.5 % 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 철-니켈-크롬-구리 합금.
에피택시를 위한 하이퍼텍스처된 기재의 제조를 위한 제 33 항 또는 제 34 항 중 한 항에 따른 합금의 사용 방법.
제 33 항 또는 제 34 항 중 한 항에 따른 합금을 포함하는 에피택시를 위한 하이퍼텍스처된 기재.