SE447035B - Sett att framstella en amorf, magnetisk legering - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 35 4-47 035 2 magnetisk registrering med hög packningsgrad varvid ett s k metallmagnetband med hög koersitivkraft användes. I 'detta fall måste en magnetisk legering, som används som kärnor i ett magnetiskt omvandlarhuvud, ha en magnetisk induktion med hög mättnadsgrad, t ex mer än 8000 gauss. I den amorfa, magnetiska legeringen är det nödvändigt att öka sammansättningsförhållandet av övergångsmetallelement, t ex järn, kobolt och nickel, för âstadkommande av magne- tisk induktion med hög mättnadsgrad. Emellertid finns det en allmän tendens att en magnetisk Curietemperatur TC hos legeringen ökar och kristallationstemperaturen hos lege- ringen minskar vid ökning av övergångsmetallelementen.' När den totala mängden Co och Fe är mer än 78 atom% i en amorf, magnetisk Co-Fe-Si-B-legering, blir kristalla- tionstemperaturen Tcry lägre än den magnetiska Curietem- peraturen TC. Det ovan nämnda sättet för kylning av lege- ringen från temperaturen T under satisfiering av förhål- landet 0,95xTc5T geringar, som innehåller mer än 78 atom% Co och Fe, för ökning av den magnetiska mättnadsinduktionen.

I Speciellt för amorfa Co-Fe-legeringar gäller att lege ringarna har hög inducerad, magnetisk anisotropi på grund av närvaron av Co, och även om legeringarna har magnetisk mättnadsinduktion, blir legeringens permeabilitet ganska låg, varför legeringen inte kan användas praktiskt.

Ett första ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat sätt för framställning av en amorf, magnetisk legering.

Ett andra ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt att framställa en amorf, magnetisk legering med hög permeabilitet. _ Ett tredje ändamål med uppfinningen är att åstadkomma sätt att framställa en amorf, magnetisk legering med permeabilitet och hög magnetisk mättnadsinduktion.

Ett fjärde ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett hög en ny värmehehandling för en amorf, magnetisk legering med en magnetisk Curietemperatur som är högre än kristal- lationstemperaturen. ment! nïïïäfr'”“'fl“:ï 10 l5 20 25 30 35 447 055 3 Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningen med ett sätt för framställning av en amorf, magnetisk legering, vilket kännetecknas av att ett band av en amorf, magnetisk lege- ring framställes och att legeringsbandet hålles vid en förhöjd temperatur, som är lägre än legeringens kristalla- tionstemperatur, varvid legeringsbandet och en magnet- fältsriktning förflyttas relativt varandra.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hjälp av utföringsexempel under hänvisning till medföl- jande ritningar. Fig 1, 3 och 5 visar diagram över per- meabiliteten som funktion av frekvensen hos amorfa lege- ringsprover, som utsatts för olika värmebehandlingar. Fig 2A-2D, 4A-4C och 6A-6E visar B-H-hysteresslingor hos de amorfa legeringsprover, som utsatts för olika värmebe-' handling enligt fig 1, 3 resp 5. Fig 7 visar en B-H-hys- teresslinga för en ringformad, amorf legering, som ut- satts för en magnetisk glödgning.

Enligt föreliggande uppfinning framställs en amorf, magnetisk legering genom kylning av en smälta, som inne- håller metallelement och s k glasbildare på vilket som helst känt sätt, tlex genom ett centrifugalkylningsför- farande, ett kylningsförfarande med en enda vals, ett kylningsförfarande med dubbla valser osv. Den amorfa, mag- netiska legerihgen, som âstadkommits, glödgas därefter vid en-förhöjd temperatur, som är lägre än legeringens kristal- lationstemperatur, under applicering av ett yttre magnet- fält, som roterar relativt den amorfa, magnetiska lege- ringen. Genom glödgningen i det roterande magnetfältet är det möjligt att i hög grad öka permeabiliteten hos den amorfa legeringen genom eliminering av en inducerad, mag- netisk anisotropi hos den amorfa legeringen. Detta för- farande kan appliceras på olika amorfa, magnetiska lege- ringar, eftersom förfarandet inte är begränsat av förhål- landet mellan den magnetiska Curíetemperaturen TC och cry hos legeringen. I själva verket kan sättet enligt föreliggande uppfinning appli- ceras på alla legeringar, som reagerar för magnetisk kristallationstemperaturen T glödgning. Föreliggande uppfinning är speciellt effektiv ko: un, QLÅÃÄLITY 10 15 20 25 30 35 4.47 055 4 vid en amorf legering, vilken trots låg permeabilitet har en hög magnetisk_mättnadsinduktion och för vilken något effektivt sätt att förbättra permeabiliteten inte har varit känt. Ett exempel på en sådan legering är en Co-Fe-Si-B-legering, som innehåller mer än 78 atom% övergångsmetallelement. "Relativrörelse mellan det amorfa legeringsprovet och det yttre magnetfältet" be- tyder i samband med uppfinningen vilken som helst sådan relativrörelse hos en magnetfältsriktning, som uteslu- ter uppkomst av en magnetfältsresultant, vilken är rik- tad i en speciell riktning. Med andra ord är relativ vridning av magnetfältet i förhållande till de amorfa legeringsproverna verksam så länge som magnetfältet und- viket inställning eller koordinering av atomer i speci- ell ordning i den amorfa legeringen. Följaktligen inne- fattar uttrycket "relativ rotation" rotation i ett plan, vilket visas i ett senare exempel) summering av rota- tion i olika plan samt slumpvis omkoppling av det yttre magnetfältet i fler än tre riktningar. I dessa fall kan det yttre fältet, legeringsprovet eller både fältet och provet roteras. ~ ' ' I likhet med ett kristallint, magnetiskt material har amorfa, magnetiska legeringar, speciellt amorfa Co- legeringar, en inducerad, magnetisk anisotropi. Denna be- dömning kan göras utifrån det faktum, att en amorf lege- ring, som i framställda tillståndet har kompositionen Fe4'7Co75,3Si4Bl6 (atomförhållande)och en magnetostrik- tionskonstant väsentligen lika med noll, har låg permea- bilitet ¿u=l000). Existensen av den inducerade, magne- tiska anisotropin tyder på att en närordning eller par- ordning av atomer induceras magnetiskt även i en sådan amorf legering, ehuru de är mycket små. Enligt det förut gheskrivna förfarandet för kylning av den amorfa legering- en från en temperatur, som är högre än den magnetiska Curietemperaturen, kommer den ovan nämnda ordningen eller koordineringen av atomer att störas, så att det bildas ett oordnat tillstånd, när legeringen upphettas till en högre temperatur än den magnetiska Curietemperaturen, ygšn.. ATT lO 15 20 25 30 35 447 035 5 varefter det oordnade tillståndet fryses genom kylning.

Enligt föreliggande uppfinning störs ordningen eller koordineringen av atomer för att bilda ett oordnat till- stånd genom värmebehandling i ett yttre magnetfält, som roterar relativt legeringsprovet. T ex kan det oordnade tillståndet åstadkommas genom att magnetfältets förflytt- ningshastighet är högre än atomernas termiska diffusions- hastighet vid en förhöjd temperatur. Därefter fryses det oordnade tillståndet genom kylning av legeringen i mag- netfältet, som kontinuerligt roterar relativt legeringen.

Enligt föreliggande uppfinning är det föredraget att rotera det yttre magnetfältet så fort relativt legeringen, att legeringens atomer inte kan hinna fatt magnetfältets rörelse genom termisk diffusion. Eftersom riktningen på det yttre magnetfältet alltid ändras, har atomerna svårt att uppnå ordning eller koordinering och legeringen be- finner sig nästan i oordnat tillstånd även om ordningen eller koordineringen skulle uppträda. Därför kan det oord- nade tillståndet frysas genom kylning eller svalning av legeringen i magnetfältet, som roterar relativt legering- en. Den undre gränsen för rotationshastigheten hos det yttre magnetfältet är beroende av legeringens samman- sättning, magnetfältsstyrkan och glödgningstemperaturen.

Glödgningstemperaturen måste enligt föreliggande uppfin- ning vara lägre än den amorfa legeringens kristallations temperatur. Emellertid är det tillräckligt om temperatu- ' ren är högre än den temperatur, vid vilken legeringens l atomer kan diffundera. Temperaturen är beroende av lege- ringens sammansättning, styrkan hos det yttre magnetfäl- tet och glödgningstiden. Det är föredraget att hålla glödgningstemperaturen högre än 200°C, ehuru det finns ' en tendens, att högre temperatur är mer verksam och för- kortar glödgningstiden.

Det är vidare föredraget att välja det yttre magnet- fältet så starkt, att legeringen mättas magnetiskt vid glödgningstemperaturen.

JÄMFÖRELSEEXEMPEL l Fe, Co, Si och B vägdes för att bilda kompositionen PGOR QUALITY 447 035 10 15 20 25 30 '35 6 Fe4'7Co75'3Si4Bl6 (i atomförhållande) och smältes genom induktionsvärmning för bildande av en moderlegering. Ett amorft, magnetiskt legeringsband bildades genom kylning av en smälta av moderlegeringen genom utnyttjande av en anordning, som framgår av den amerikanska patentansök- ningen 936 102 av den 23 augusti-1978, Den amorfa legeringen hade en mättnadsmagnetinduk- _tion Bs av ll000 gauss, en kristallationstemperatur av 420°C och en Curietemperatur, som var högre än kristalla- tionstemperaturen. Legeringsbandets amorfa egenskap fast- ställdes genom röntgendiffraktion. Ett ringformat prov med 10 mm ytterdiameter och 6 mm innerdiameter skars ut ur legeringsbandet genom ultraljudsstansning. Permeabi- litet och A, C, B~H-hysteresslingan hos det utstansade provet i framställda tillståndet utan någon värmebehand- ling uppmättes. Permeabiliteten visas med linjen lA i fig l och B-H-hysteresslingan visas i fig 2A. Permeabi- liteten mättes med hjälp av en Maxwellbrygga vid magnet- fältet 10 mOe. ' JÄMFÖRELSEEXEMQÉLLE Ett amorft band med samma komposition som i exempel l framställdes. Ett skivformat prov med en diameter av 12 mm skars ut ur bandet. Provet glödgades vid 400°C under 5 min utan applicering av ett yttre magnetfält, varefter provet kyldes. Ur det värmebehandlade provet skars därefter ett ringformigt prov med samma dimensioner som provet i det jämförande exemplet 1. Det ringformade provet utsattes för mätning av permeabiliteten och A, C, B-H-hysteres- slingan. Uppnådda resultat visas med linjen lB i fig l resp fig 2B.

EXEMPEL l . Ett amorft band med samma komposition som bandet i jämförelseexemplet 1 framställdes. Ett skivformat prov med en diameter av 12 mm skars ut ur bandet. Det skiv- gformade provet hölls mellan hållarplattor gjorda av kop-' par. Provet glödgades vid temperaturen 30000, som är läg- re än legeringens kristallationstemperatur, under 60 min i ett DC-magnetfält av 5 kOe, medan provet roterades me- 10 20 25 30 35 447 035 7 delst en motor vid en hastighet av 20 varv/s. Därefter kyldes provet, medan det roterades kontinuerligt i mag- netfältet. Under rotationen var provet så inställt, att legeringsprovets huvudyta och magnetfältets riktning var parallella med varandra. Efter denna värmebehandling skars ett ringformat prov med samma dimension som pro- vet i jämförelseexemplet 2 ut ur bandet för mätning av karakteristikor. Permeabiliteten hos provet visas med linjen lC i fig l och B-H-hysteresslingan visas i fig 2C. Provets temperatur under glödgningen mättes medelst ett termoelement, som placerades intill det roterande provet. Med hänsyn till temperaturgradienten i ugnen och friktionsvärmet till följd av friktionen mellan pro- vet och termoelementet uppskattades den exakta tempera- turen hos provet till ungefär 40°C lägre än det medelst termoelementet_ bestämda värdet.

EXEMPEL 2 ' i Exempel l upprepades men legeringsprovet glödgades under 40 min i ett DC~magnetfält av 5 kOe vid tempera- turen 400°C, som är lägre än kristallisationstemperatu- ren för legeringen. Under glödgningen roterades provet medelst en motor vid en hastighet av 20 varv/s. Mätning av karakteristikorna utfördes för det värmebehandlade provet. Permeabiliteten visas med linjen lD i fig l och A, C, B-H-hysteresslingan visas i fig 2D.

JÄMFÖRELSEEXEMPEL 3 Ett amorft, magnetiskt legeringsprov med komposi- tionen Fe4Co76Si4Bl6 (i atomförhållande) framställdes.

Legeringen hade en magnetisk mättnadsinduktion av l0500 gauss, en kristallationstemperatur av ungefär 420oC och en Curie-temperatur, som var högre än kristalla- tionstemperaturen. Ett ringformat prov med samma dimen- sion skars ut och detta prov utsattes för den mätning, som utfördes i jämförelseexemplet l. Permeabiliteten hos detta prov visas med linjen 3A i fig 3 och B-H-hys- teresslingan visas i fig 4A.

EXEMPEL 3 och 4 Av det amorfa bandet med en komposition av PooR QUALITY 447-035 l0 20, 25 30 35 FelONilOCo6Osi4Bl6 , 8 Fe4Co76Si4Bl6 (i atomförhållande) framställdes skivfor- made prov med samma dimension som i exempel 2. Varje _prov utsattes för en värmebehandling i ett magnetfält enligt exemplen 1 resp 2. Permeabiliteten hos proverna, som glödgades på motsvarande sätt som i exemplen l och 2, visas med kurvorna 3B resp 3C, och B-H-Hysteressling- orna visas i fig 4B resp 4C. _ JÄMFÖRELSEBXEMPEL 4-5 samt EXEMPEL 5-7 Amorfa, magnetiska legeringsband med kompositionen (i atomförhållande) framställdes. Av det amorfa bandet framställdes ett legeringsprov som liknande provet i jämförelseexemplet l, och det fram- ställda provet utsattes för mätproceduren enligt_ jämförelseexemplet l. Permeabiliteten visas med kurvan 5A i fig 5 och B-H-hysteresslingan visas i fig 6A.

Från det amorfa bandet skars ett skivformat prov, och detta utsattes för värmebehandlingen enligt jämfö- relseexemplet 2. Permeabiliteten och B-H-hysteressling- an mättes, och resultaten visas med kurvan 5B i fig 5 resp slingan i fig 6B. Från de amorfa legeringsbanden skars skivformade prov med samma dimension som i exemp- let l. Proverna utsattes för värmebehandling i ett ro- terande magnetfält av 5 kOe vid 400°C under 5 min (exem- pel s) , via 4oo°c under :Ls min (exempel e) och via 4oo°c under 40 min (exempel 7). Permeabiliteten i exemplen 5-7 visas med kurvorna SC-SE i fig 5. B-H-slingorna för exemp- len 5-7 åskådliggöres i fig 6C-6E. Såsom framgår av jämfö- relseexemplen l, 3 och 4, hade legeringsproverna i sitt framställda tillstånd inte hög permeabilitet (t ex hade provet i jämförelseexemplet 4 en permeabilitet av endast l,5xl03 exemplen 2 och 5, vilka prover glödgades utan applice- vid l kHz). Legeringsproverna enligt jämförelse- ring av ett magnetfält, uppvisade ytterligare försämrad. permeabilitet (t ex 7xl02 vid l kHz i jämförelseexemplet 2). Mätresultaten tyder på att den inducerade, magnetiska anisotropin ökas genom glödgningen. Som framgår av resul- taten i exemplen 1-7, ger uppfinningen en kraftig ökning av permeabiliteten hos den amorfa legeringen. Vidare kan lO 447 035 9 man utläsa att ju högre glödgningstemperatur och längre glödgningstid man har, desto mer förbättrar man permea- biliteten. Om man studerar hysteresslingorna för prover- na visar det sig även att den magnetiska mättnadsinduk- tionen har ökat hos prover, som utsatts för värmebehand- ling enligt uppfinningen.

Amorfa magnetiska legeringar, som används i exemplen, reagerar för magnetisk glödgning. Detta fastställdes med den rektangulära hysteresslingan i fig 7, när de ring- formade, amorfa legeringsproverna utsattes för kylning från en förhöjd temperatur, medan ett magnetfält på- trycktes ringen. ,1 'av-fw- 2, _:\__ u _ '~__¿ 'DÉJÄÄ

Claims (7)

10 15 20 30 447 oss I 10 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa en amorf, magnetisk legering, vid vilket A) ett band av en amorf, magnetisk legering ~ framställes, B) detta band glödgas i ett magnetfält vid en förhöjd glödgningstemperatur och C) det glödgade bandet kyles, k ä n n e t e c k n a t därav, att glödg- ningen utföres vid en glödgningstemperatur, som är lägre än den_amorfa legeringens kristallisationstemperatur, och att en relativändring mellan det amorfa bandet och en magnetfältsriktning genomföres kontinuerligt under glödgningen. '

2. Sätt enligt krav 1, därav, att glödgningen utföres vid över 200°C.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att bandet roteras i magnetfältet.

4. Sätt enligt krav l eller 2, n a t därav, att magnetfältsriktningen roteras runt bandet.

5. I 5. Sätt enligt något av kraven l-4, t e c kjn a t därav, att relativändringen av det amorfa k ä n n e t e c k n a t k ä n n e t e c k - k ä n n e - bandet och magnetfältsriktningen utföres så snabbt, att den amorfa legeringens atomer inte kan hinna fatt förändringen genom termisk diffusion.

6. Sätt enligt krav l för framställning av en amorf,? magnetisk legering med hög permeabilitet och hög magne- tisk mättnadsinduktion, k ä n n e t e c k n a t därav, att bandet bildas av en amorf, magnetisk legering, som innehåller övergångsmetallelement och glasbildare.

7. Sätt enligt något av kraven 1-6, t etc k n a t därav, att det amorfa bandet utsättes k ä n n e - för kylningen, medan det befinner sig i magnetfältet. 8; Sätt enligt något av kraven 1-7, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det amorfa bandet kyles från glödgningstemperaturen. çggß