PL248671B1 - Nanokrystaliczny półtwardy magnetycznie stop żelaza - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest nanokrystaliczny półtwardy magnetycznie stop żelaza, który charakteryzuje się tym, że ma skład Fe61Co10Y3W1Pt5B20 oraz nieuniknione zanieczyszczenia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest masywny nanokrystaliczny półtwardy magnetycznie stop żelaza, mający zastosowanie zwłaszcza w elektronice i elektrotechnice.

Stopy o właściwościach ferromagnetycznych są jedną z najważniejszych grup materiałów funkcjonalnych. W zależności od parametrów, ferromagnetyki znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Głównymi parametrami magnetycznymi są: wartość pola koercji, magnetyzacja nasycenia i przenikalność magnetyczna. Materiały o wysokiej przenikalności i magnetyzacji nasycenia oraz niskiej wartości pola koercji znajdują zastosowanie przy budowie rdzeni transformatorowych. Ferromagnetyki o wysokiej wartości pola koercji i magnetyzacji nasycenia wykorzystywane są jako magnesy trwałe. Natomiast materiały o wysokiej wartości magnetyzacji i niskiej wartości pola koercji (właściwości magnetyczne półtwarde) stosowane są jako pamięci magnetyczne czy różnego rodzaju czujniki. Półtwarde właściwości magnetyczne polegają na stosunkowo łatwym namagnesowaniu stopu przy użyciu silnego zewnętrznego pola magnetycznego. Jednocześnie, odpowiednio wysoka wartość pola koercji uniemożliwia przypadkowe rozmagnesowanie materiału. Ciekawym zastosowaniem półtwardych magnetyków są urządzenia sprzężone magnetycznie jak: hamulce, sprzęgła czy napinacze.

Przedstawicielem materiałów wykazujących właściwości magnetycznie pół twarde są stopy nanokrystaliczne. Stopy te zawdzięczają swoje właściwości pierwiastkom ferromagnetycznym jak kobalt czy żelazo. Zazwyczaj stopy nanokrystaliczne wytwarzane są w kilku etapach. Możliwe jest na przykład otrzymanie drobnoziarnistej struktury poprzez mielenie amorficznego bądź krystalicznego stopu. Innym sposobem nanokrystalizacji stopu jest obróbka termiczna amorficznych prekursorów. Odpowiednio zaprojektowany proces wygrzewania bądź obróbki laserem umożliwia uzyskanie pożądanych faz krystalicznych. Ich ilość (w stosunku do matrycy amorficznej) oraz wielkość ziaren decydują o właściwościach magnetycznych stopu. Zaplanowanie i przeprowadzenie prawidłowej obróbki cieplnej jest dość trudne a sam proces produkcyjny - czasochłonny.

Przy zastosowaniu odpowiedniej technologii produkcyjnej możliwe jest jednoetapowe wytworzenie stopu nanokrystalicznego o właściwościach magnetycznie półtwardych. Odpowiedni dobór pierwiastków oraz szybkości chłodzenia zapewnia uzyskanie stopu o pożądanych właściwościach. W celu otrzymania nanokrystalicznej struktury konieczne jest dobranie składników stopowych, które występują w fazach magnetycznie twardych lub półtwardych. Przykładem takich pierwiastków są platyna czy itr. Pierwiastki te wraz z pierwiastkami ferromagnetycznymi tworzą fazy magnetycznie twarde i półtwarde jak: Co5Y, czy Fe3Pt.

Z polskiego opisu patentowego nr 154378 znany jest amorficzny stop metali, magnetycznie miękki, przeznaczony w szczególności na rdzenie magnetyczne pracujące w zmiennych polach magnetycznych o podwyższonej częstotliwości i polach impulsowych będący na osnowie Fe i zawierający wagowo 18-21%Co, 4-8%B i Si łącznie oraz 0,05-1,0% Ta, a resztę składu stanowi Fe.

Innym znanym z polskiego opisu patentowego nr 131127 jest metalowy stop żelaza, boru i krzemu zawierający wagowo: (77:80%) żelaza, (12%: 16%) krzemu, (5:10%) boru oraz ślady zanieczyszczeń wytwarzany w postaci bardzo cienkich taśm.

Celem wynalazku jest otrzymanie stopu o strukturze nanokrystalicznej, którego właściwości będą charakteryzowały się wartością pola koercji z przedziału 1000-10000 A/m oraz wysoką indukcją nasycenia powyżej 1 T.

Istotą wynalazku jest nanokrystaliczny półtwardy magnetycznie stop żelaza charakteryzujący się tym, że ma skład Fe61Co™Y3W1Pt5B20, oraz nieuniknione zanieczyszczenia. Nieuniknione zanieczyszczenia są w ilości nie większej 0,09%.

Stop Fe61Co10Y3W1Pt5B20 wytworzono przy użyciu metody wtłaczania ciekłego stopu do miedzianej formy. Zastosowana metoda charakteryzuje się szybkością chłodzenia rzędu 10² K/s. Stop wytworzono w postaci płytki o wymiarach 10 mm x 10 mm x 0,5 mm. Proces produkcji przeprowadzono w komorze próżniowej w atmosferze ochronnej argonu. Materiał ze stopu Fe61Co™Y3W1Pt5B20 według wynalazku zawiera odpowiednio (atomowo): Fe - 61%; B - 20%; Y - 3%; Co - 10%, W - 1%, Pt - 5% przy dopuszczalnym zanieczyszczeniu max 0,09%.

Zaletą proponowanego stopu według wynalazku w stosunku do konwencjonalnych stopów nanokrystalicznych jest to, że masywny stop można wytworzyć w jednym etapie produkcji.

P rz y kła d I

Stop zawiera atomowo Fe - 61%; B - 20%; Y - 3%; Co - 10%, Pt - 5%; W - 1%, przy zanieczyszczeniu 0,05%.

PL 248671 Β1

Strukturę stopu FeeiCoioYsWiPtsE^o wytworzonego przy użyciu znanej metody wtłaczania ciekłego stopu do miedzianej formy badano przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej. Na rysunku zamieszczono zarejestrowany dyfraktogram.

1800012000da

6000b cl o.

a - a-(Fe,Co) b - Fe₂B c-L1₀Fe₃Pt d-PtY

30 40 50 60 70 80 90 100 110

Θ [deg]

Na zarejestrowanym dyfraktogramie widoczne jest szerokie maksimum w zakresie 43-47° kąta 2 theta związane z promieniowaniem rentgenowskim rozpraszanym na chaotycznie rozmieszczonych atomach w objętości stopu. Występujące wąskie piki związane są z obecnością uporządkowanych faz. Na podstawie położeń kątowych tych pików zidentyfikowano następujące fazy krystaliczne: aFe, Fe2B, Fe₃Pt, Pt₃Y.

Właściwości magnetyczne wytworzonego stopu badano przy użyciu magnetometru wibracyjnego VSM.

Wytworzony stop wykazuje właściwości magnetyczne: wartość pola koercji Hc = 10000 A/m oraz wartość magnetyzacji nasycenia Ms = 1,76 T.

Claims (1)

1. Nanokrystaliczny półtwardy magnetycznie stop żelaza znamienny tym, że ma skład Fe6iCoioY3WiPtsB2o oraz nieuniknione zanieczyszczenia.