DE3001889C2

DE3001889C2 - Verfahren zur Herstellung einer magnetischen glasartigen Legierungsfolie

Info

Publication number: DE3001889C2
Application number: DE3001889A
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Bedford Hills N.Y. O'Handley; Michael Oluf Bloomfield N.J. Sullivan
Original assignee: Allied Corp
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1980-01-19
Publication date: 1984-09-27
Also published as: JPS6130649A; JPH0127125B2; JPH0525946B2; JPS55122864A; DE3001889A1; US4268325A

Description

Glasartige Metallegierungen besitzen für verschiedene Anwendungsbereiche attraktive weiche ferromagneti-

sehe Eigenschaften. Sie können z. B. für Relais, Wechselstromgeneratoren, Transformatoren, Motoren, magnetische Verstärker, mechanische Gleichrichter, Lagerbehälter, Schaltkerne, aktive und passive Transducer, magnetostriktive Vibratoren, Telefonmembranen, elektromagnetische Polschuhe, Ma^netbandaufzeichnerköfpe, magnetostatische Abschirmungen, als ein Pulver für Massenkerne, für Modulatoren und für Sender verwendet werden.

Gemäß der US-PS 41 16 728 wird eine magnetische glasartige Legicrungsfolie zunächst auf eine ausreichende Temperatur erV.zt, um Spannungen zu beseitigen, worauf dann gesteuert in Gegenwart eines Magnetfeldes abgekühlt wird. Das Magnetfeld wird dabei in der Richtung der Folienoberfläche angelegt.

Die US-PS 4! 26 494 hat zur Aufgabe, Melallbeschichtungen für magnetooptische Magnetbänder mit gutem Kontrast der Bildbereiche zu bekommen. Hierzu wird eine gegebenenfalls amorphe Legierungsschicht aus

einem seltenen Erdmetall und einem Übergangsmetall durch Vakuumbedampfen als dünne Schicht auf einem Träger aufgedruckt und mit einem Magnetfeld senkrecht zur Trägeroberfläche magnetisiert. Die US-PS 41 26 287 betrifft flexible elektromagnetische Abschirmeinrichtungen aus miteinander verflochtenen Fäden einer glasartigen Legierung, die während eines Tempems gegebenenfalls einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Beide Patente betreffen eine andere Aufgabenstellung als die Erfindung.

F. E. Lubrosky et al beschreiben in IEEE Transactions on Magnetics. Band Mag. 11, Seile 1644 (1975), die schlechte Reaktion von Gleichstromeigenschaften von Ringspulen auf magnetisches Tempern.

F. E. Luborsky et al beschreiben in Rapidly Quenched Metals, Herausgeber N. J. Grant und B. C. Giessen (MIT Press. Cambridge, Mass. 1976), Seite 467, daß Spannungsentlastung und bestimmte magnetische Temperungen die magnetischen Gleichstromeigenschaften glasartiger Fe^Ni-ioPuBb-Lcgierungsbänder verändern.

Die US-PS 40 33 795 beschreibt ein Verfahren zum Induzieren magnetischer Anisotropie in einer amorphen ferromagnetischen Legierung, wie dem amorphen ferromagnetischcn Material FC75P11C10. Die Veränderung im Young-Plastizitätsmodul mit angelegtem Magnetfeld wird verbessert, indem man in einem Magnetfeld in der Querrichtung tempert, und wird vermindert, indem man in der Längsrichtung tempert. In »Journal of Magnetism and Magnetic Materials«, 6, Seiten 80 bis 83 (1977), ist beschrieben, daß das magnetische Tempern von glasarti-

v> ger FcAoNunPHBb-Lcgierung zu hohen statischen Permeabilitäten führen kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand nun darin, Metallfolien mit einer hohen relativen Permeabilität von wenigstens 1000 und gleichzeitig einer gerngen Induktion von 10-' bis 10~² Tesla zu bekommen. Solche Metallfolicn sind beispielsweise besonders fürTransformatorkerne geeignet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer magnetischen glasartigen Legierungsfolie mit einer

relativen Permeabilität von wenigstens 1000 bei einer Induktion von 10~' bis 10" ² Tcsla durch Erhitzen der Folie au/ eine Temperatur zwischen 225°C und der Glasübergangstemperatur der Legierung in einem Magnetfeld von wenigstens 79 600 A/m unter Beibehaltung des glasartigen Charakters ist dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Folienoberfläche angelegt wird.

Die erhaltenen Legierungsfolien haben eine relative Permeabilität (Verhältnis der Induktion in dem Medium

w) zu der Induktion im Vakuum) von wenigstens 1000. Sie haben geringe Hystereseverluste und sind äußerst geeignet als Transformatorkernc. Der Koeffizient des Beitrages der Ebene parallel zu dem Bogen an der Dichte der freien magnetischen Energie der Legicrungsbögen ist vorzugsweise etwa gleich dem Koeffizienten des senkrechten Anteils an der Dichte der freien magnetischen Energie. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die leicht magnetische Achse im wesentlichen senkrecht zu der Bogcncbenc.

ni In der Zeichnung zeigt

I" i g. I ein Diagramm statischer ß-W-Kurven für einen getemperten Kern aus einer aufgewickelten Folie von 5.4 cm Breite einer glasartigen Legierung der Zusammensetzung FeHiNi₄(IPi₄Bb (punktierte Kurve: Werte vor dem Erhitzen).

Fi g. 2 ein Diagramm statischer J3-W-Kurvcn für gestanzte Kerne aus glasartiger Legierung der Zusammensetzung FewNiioBjti in einem Feld getempert (Kurve a: Abkühlen von 360" C in gekreuzten Feldern, Kurven b-d: Abkühlen von 270"C nur im Umfangsfeld),

Fig.3 ein Diagramm des Kernverlustes bei 10⁴ Hz und 0,1 Tcsla der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform und '

Fig.4 ein Diagramm der Impedan/.pcrmcabilität bei IO--Tesla gemessen an dem ringlaminierten Kern, getempert zum Zustand C vcn F i g. 3 mit der Zusammensetzung FchiNuuBju.

Die magnetische glasartige Legicrungsfolie wird in einem Magnetfeld crhit/i. das siMikrecht zu der Folienobcrfläehe ausgerichtet ist und so stark ist, daß es eine Magnetisierung im Inneren der Folie im wesentlichen in dieser Richtung induziert Es ist bevorzugt, daß ein solches Feld die magnetische Legierung sättigt.

Vorzugsweise wird gleichzeitig ein schwächeres Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Feld entweder zusammen mit diesem ersten Feld bei der Temperatur zwischen 225°C und der Glasübergangstemperatur der Legierung oder aber nachfolgend bei Temperaturen zwischen 25 und 100° C unterhalb der ersteren Temperatur angelegt. Das zweite Feld kann zusätzlich noch einmal oder mehrmals angelegt werden.

Der Ausdruck »glasartig«, wie er hier verwendet wird, meint einen Zustand, in welchem die Atome der Komponenten ungeordnet sind, d. h. es gibt keine Ordnung über einen längeren Bereich. Ein solches glasartiges Material ergibt breite, diffuse Beugungsbilder, wenn es elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im Röntgenstrahlenbereich (etwa 0,01 bis 50 ■ 10-'° m Wellenlänge) ausgesetzt wird. Die glasartigen Legierungen können auch eine kleinere Menge kristallinen Materials enthalten. Bevorzugt sind sie aber praktisch vollständig glasartig, um die Gefahr eines Wachstums von Kristalliten bei hohen. Temperaturen (oberhalb 200^CC) auf ein Minimum herabzusetzen, was zu einem wesentlichen Verlust an weichen magnetischen Eigen..-; iiaften führen würde.

Es können auch mehrere Folien der glasartigen Legierung übereinander angeordnet sein. Dabei können die Folien beispielsweise Bögen, Bänder, Streifen·, Filme, Platten oder Schichten bilden. Die Folien können gem§ß den US-PS 38 62 658,38 81 540 und 40 77 462 und gemäß der BE-PS 8 59 694 erhalten werden.

Die glasartige Legierungsfolie hat allgemein eine Dicke zwischen 3,02 und 0,1 mm und vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,06 mm.

Um kompakte ferromagnetische Körper zu erhalten, kann eine Anzahl von Folien miteinander laminiert werden. Die resultierenden laminierten Körper sind beispielsweise Stäbe, zylindrische oder hufeisenförmige Kerne.

Vorzugsweise besteht die glasartige Metallegierung, abgesehen von üblichen Verunreinigungen, aus 70 bis 90 Atom-% Eisen und/oder Kobalt, von denen bis zu drei Viertel durch Nickel und bis zu ein Viertel durch eines oder mehrere der Metalle Vanadin, Chrom, Mangan, Molybdän, Niob, Tantal und/oder Wolfram ersetzt sein können, und der Rest aus wenigstens einem Metalloid aus der Gruppe Bor, Kohlenstoff und Phosphor, von denen bis zu drei Fünftel durch Silicium ersetzt sein können und bis zu einem Drittel durch Aluminium ersetzt js sein kann.

Die Metalloide können die Bildung des glasartigen Fadens während des Gießens aus dem geschmolzenen Zustand und/oder dessen Eigenschaften einschließlich der magnetischen Eigenschaften verbessern.

Der Austausch von mehr als drei Vierteln der Gesamtmenge an Eisen und/oder Kobalt durch Nickel netgt dazu, die Restinduktion zu vermindern und somit die Flußkapazität auf unannehmbar niedrige Werte zu vermindern. Ein bevorzugter maximaler Austausch durch Nickel beträgt drei Fünftel der Gesamtmenge an Eisen und/oder Kobalt, um eine hohe Flußkapazität zu erhalten.

Beispiele der glasartigen Legierungen sind FeaoBjo, FeBhBn, 0074Fc₆Bj₀. Fe₁VtCoIhB₂O und FeMCossBu. Bei maximalem Austausch durch Nickel und Metalloide enthalten die Legierungen 19 bis 22 Atom-% wenigstens eines der Metalle Eisen und Kobalt, 56 bis 65 Aiom-% Nickel, 9 bis 17 Atom-% wenigstens eines der Elemente Bor, Kohlenstoff und Phosphor unH 4 bis 8 Atom-% wenigstens eines der Elemente Silicium und Aluminium bestehen. Zusammensetzungen zwischen den Bereichen mit geringstem und größtem Austausch, wie Fe4oNi4oPi4B₆, NiioFejnBjnund Ni₄^Fe₂ItPHBhSi₂, sind ebenfalls eingeschlossen.

Bis zu 10 Atom-% Eisen und/oder Kobalt können auch durch andere Übergangsmetallelemente ersetzt werden, die üblicherweise mit Eisen und Kobalt legiert werden, ohne die erwünschten magnetischen und mechanischen Eigenschaften der bei der Erfindung verwendeten glasartigen Metallegierungen nachteilig zu beeinflussen. Ein solcher Austausch kann vorgenommen werden, um eine Verbesserung spezieller Eigenschaften, wie der Härte, der Korrosionsbeständigkeit und des elektrischen Widerstandes zu erhalten. Beispiele solcher glasartiger Legierungen, die zweckmäßig verwendet werden, sind FebjConMoiB^ Fe₄₀NiJsMo₄BIe. Fe₇]MOqCi₈B₂, Fei/Nii7Cr4B22.Feb7NiioCr]B2«, Fe₇IiMo₂B₂I) und Fe_4nNi _wMo₄Bix. Brauchbare kobalthaltige glasar· tige Legierungen sind beispielsweise jene der Formel Co„Fe,,NiuM,., worin M Bor, Kohlenstoff Silicium oder Phosphor bedeutet, u etwa 40 bis 80, ν etwa 5 bis 15, w etwa 10 bis 50 und ζ etwa 15 bis 20, alle in Atomprozenten, sind, wobei die Summe von u+v+w+z= \0Q ist. Die Reinheil aller dieser Zusammensetzungen ist jene, die man in der normalen industriellen Praxis findet.

Glasartige Metallegierungen, wie Fe₄₁)Ni₄OPuBh und FeKoB₂₀, haben den Vorteil, daß sie ausnehmend hohe to Permeabilität entwickeln, wenn sie während ihrer Verarbeitung abgeschreckt werden. Einzelheiten zur Herstellung glasartiger Legierungen finden sich in den US-PS 38 56 513 und 38 45 805.

Die erfindungsgemäß angelegten Magnetfelder können statische Magnetfelder, alternierende elektromagnetische Felder bei Frequenzen bis zu etwa 100 kHz oder auch intermittierende, d.h. pulsierende Magnetfelder sein. _h5

Das Magnetfeld senkrecht zu Folienoberfläche sollte ausreichen, um eine Flußdichte bzw. magnetische Kraftliniendichte von wenigstens einem Viertel der Sättigungsindiiktion der glasartigen magnetischen Legierung zu induzieren. Vorzugsweise ist dieses Magnetfeld wenigstens das 1,1 fache der Sättigungsinduktion der

magnetischen glasartigen Legierung bei der erhöhten Temperatur des Erhitzcns in diesem Magnetfeld. Das Anlegen dieses Magnetfeldes bei der erhöhten Temperatur und das Hcrabkühlen in dem Feld führt zu einer Folie mit einer leichten magnetischen Achse senkrecht zu der Folienobcrfläehe.
Alternativ sollte im Hinblick auf die Beziehung Hi = ί/·4,τΜ, worin ///' das innere Magnetfeld, H das angelegte Magnetfeld und M die magnetische Induktion bedeuten, das innere Feld /// wenigstens 79,6 A/m haben.

Das weitere Magnetfeld sollte ausreichen, um die Folie in einer Richtung ihrer Oberfläche zu sättigen. Vorzugsweise ist die Richtung dieses zweiten Magnetfeldes die Richtung der Kraftlinien der magnetischen Felder, die bei den Anwendungen der Folien auftreten. Im allgemeinen kann das zweite Magnetfeld 79,6 bis

ίο 796 A/m erreichen und kann gleichzeitig mit dem ersten Feld bei erhöhter Temperatur oder anschließend bei niedrigerer Temperatur angelegt werden.

In der Ausführungsform, bei der das erste und zweite Magnetfeld nacheinander angelegt werden, sollte dies vorzugsweise im wesentlichen zu einer Sättigung in der jeweiligen Richtung führen. Anlegen der beiden Felder nacheinander kann erreicht werden, indem man zeitlich gestaffelte Magnetfelder pulsieren läßt. Solche Impulse

Ii können von etwa 1 Millisekunde bis zu I Stunde dauern und liegen vorzugsweise bei 1 Sekunde bis I Minute.

Die Glasübergangstemperatur T_f ist die Temperatur, unterhalb welcher die Viskosität des Glases t0^IJ Pa · s übersteigt. Die magnetische glasartige Legierung wird in dem Magnetfeld senkrecht zur Folienoberfläche während 10 Minuten bis 10 Stunden und vorzugsweise zwischen I und 2 Stunden erhitzt. Wenn die Temperatur sehr nahe bei der CJIasübcrgangstcmpcralur 7_y liegt, können kürzere trhitzungszciten angewendet werden.

>o Sodann wird die magnetische glasartige Legierung in Gegenwart eines ähnlichen Magnetfeldes mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa O.PC/Min. und IOO°C/Min. und vorzugsweise zwischen 0,5°C/Min. und 5°C/ Min. gekühlt. Während des Kühlcns steigt die Sättigungsinduktion der glasartigen Legierung allgemein, doch ist es nicht erforderlich, die Magnetfelder beim Kühlen zu verändern. Die angegebene Erhitzungsstufc kann unterbrochen werden, wenn eine Temperatur zwischen 100 und 25O"C und vorzugsweise zwischen 150 und

'j 200°C erreicht wurde.

Vorzugsweise wird das zweite zum ersten senkrechte Magnetfeld anschließend an das erste Feld angelegt. Die Folie wird dabei bis zu 10 Stunden und vorzugsweise bis zu I Stunde auf eine Temperatur zwischen 25 und 100°C weniger als die Temperatur während des ersten Erhitzen?» gebracht. Sodann wird die Folie mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,l"C/Min. und IOO"C7Min. und vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit zwischen

so 0.5^eC/Min. und 5° C/Min. gekühlt. Diese Stufe kann auch unterbrochen werden, wenn eine Temperatur zwischen 100 und 225° C und vorzugsweise zwischen 150 und 200°C erreicht ist.

Die zweite Erhitzungsstufe kann dann einmal oder mehrmals unter den oben genannten Bedingungen wiederholt werden. Vorzugsweise wird die zweite Erhitzungsstufc bei der Herstellung von Transformatorenkernen wiederholt, bis ein Minimum des Kernvcrlustes erreicht ist. Im allgemeinen wird ein solches Minimum mit weniger als lOsekündigen Erhitzungen und gewöhnlich bei weniger als 3sckündigen Erhitzungen erreicht.

Breite Bänder von glasartigen Legierungsfolien auf der Basis von Fe-Ni, die nach der Erfindung behandelt wurdcii, zeigen niägriciisChc EigciiSChäucfi in niedrigem Feld, die vergleichbar Sind mit jenen herkömmlicher schmaler glasartiger Metallegierungsbänder ähnlicher Zusammensetzung. Außerdem zeigen ringlaminierte Kerne, wenn sie nach der Erfindung im Magnetfeld behandelt wurden. Eigenschaften vergleichbar jenen gewerblicher Permalloy-Werkstoffe und Ferrite. Die Folien, die nach der Erfindung erhalten wurden, können verwendet werden, wo niedrige Magnetisierungsverluslc gefordert werden, wie für Transformatorenkerne. Solche Kerne bestehen aus einem aufgewickelten Streifen, der im wesentlichen zylindrische Symmetrie hat. wobei die zweidimensionalen Tangentenebenen der Streifenoberflächc parallel zu Ebenen liegen, die durch die Zylinderachse gehen.

4ϊ Ein ringlaminierter Kern ist ein Stapel ebener Kreisringe, der im wesentlichen Zylindersymmetric hat, wobei die zweidimensionalen Tangenienebenen der Ringe senkrecht zur der Zylinderachse liegen.

Hp (parallel) für einen Kern aus einem aufgewickelten Streifen ist in einer Richtung in einer tangentialcn Ebene ausgerichtet, und diese Ebene ist an jedem Punkt entlang dem Streifen senkrecht zu der Richtung der Zylinderachse.

5n Nh (senkrecht) für einen Kern aus einem aufgewickelten Streifen ist in einer Richtung senkrecht zu ^ϊγ Tangentialebene ausgerichtet.

Hp (parallel) für einen ringlaminierten Kern ist in der Tangentialebene ausgerichtet.

Hn (senkrecht) für einen ringlaminierten Kern ist parallel zu der Zylinderachse ausgerichtet.

Ein Koordinatensystem wird für jeden Punkt eines ringlaminienen Kernes folgendermaßen eingeführt: Die x-Achse liegt in dem Tangentenabstand zum Ring in einer Richtung senkrecht zu der kürzesten Verbindungsstelle zwischen dem Punkt und der Zylinderachse. Hp fluchtet mit der A'-Achse. Die y-Achse liegt in dem Tangentenabstand zu dem Ring in der Richtung von der Zylinderachse zu dem Punkt. Die z-Achse liegt in einer senkrechten Richtung zu der Tangenteneben und bildet zusammen mit der x-Achse und der y-Achse ein rechtsgängiges Koordinatensystem. Hn fluchtet mit der z-Achse. In diesem Abstand werden Kugelkoordinaten

wi eingeführt, indem die Koordinaten eines Vektors einer Einheitslänge folgendermaßen definiert werden:

χ = sin (theta) cos (phi!)
y = sin (theta) sin (phi)
7 — cos (theta)

In dem ringiaminierten Kern kann eine magnetische freie Energiedichte Fv/ in J/cm^J definiert werden.
K,/ist als der isotrope Beitrag zu Fin J/cm' bezeichnet. Kp wird als der Koeffizient des parallelen Beitrages zu Fu bezeichnet.

K_n wird als Koeffizient des senkrechten Beitrages zu Fm bezeichnet.
Die folgende Gleichung gilt:

P_n, = Κ» + /C;'[cos-'(thclii) + sin'(phi)] + AT,,sin'(thctii) + Keos-'rV.

Der Ausdruck Kp cos- θ bedeutet die Dcmagnclisicrung und l'onminisotiopie.

Der optimale Keinverlust und die optimale Permeabilität in einem Material liegen vor. wenn K/>et\\;i gleich AC₁, iri. In diesem Fall braucht F_n, - K,ι + KV sin- Θ bei Vernachlässigung des Ausdruckes /C/>und die Spins eine potentielle Barriere nicht zu überschreiten, um aus der Ebene wie in einer Blochwand auszuschwingcn. Eine direkte Messung von AT/-und K_n ist jedoch schwierig. to

Ein Erhitzen in dem Magnetfeld senkrecht zu der Folienoberfläche führt zu K_n > Kr. und die fi-H-Kurve ist überschnitten. Wiederholtes aufeinanderfolgendes Erhitzen in dem zweiten Feld steigert das Verhältnis Ki-IK_n. An einem Punkt in einer solchen Folge wird ein Kernvcrlustminimum beobachtet, und dann ist KpIK_n etwa I. Das Tempern magnetischer glasartiger Legierungen, um Κι·ΙΚ_η etwa gleich 1 zu erhalten, hängt von zahlreichen Variablen, wie der Curie-Temperatur T₁-, derSättigungsmagnetisicrung4 Ms. der Probenform.der Empfänglichkeit für Feldtemperung, den Erhitzungs- und Kühlgcschwindigkciten, der Erhitzungstemperatur 7",i,der Kristallisationstemperatur Γ,, der Glasübergangstemperatur T₁₁ und dem angelegten Feld, ab.

Die Magnetisierungsverluste und Permeabilitäten metallischer Gläser werden verbessert durch Einführung von mehr ßlochwandcn. Die Abwesenheit vufi KüMigfcM/cM iii diesen iiichi krisiitinnen Materialien macht die Steuerung der Größe der Weiss'schen Bezirke durch die Korngröße unmöglich. Eine Verminderung der Ener- :o giedichte der Blochwändc in einer bestimmten Probe führt jedoch zu einer Gleichgewichtskonfiguration, die mehr Blochwände enthält. Ein Weg zur Verminderung der Blochwand-Energiedichte ist die, eine leichte Achse einem Feld in der Richtung zu induzieren, daß die Magnetisierung im Zentrum der Blochwand, d. h. senkrecht zu der Ebene der Probe, stattfindet. Dies ist nicht leicht durchführbar für einen Kern aus einem aufgewickelten Streifen, doch ist dies leicht durchführbar in einem ringlaminierten Kern unter Verwendung von Permanenlma- .'5 gnetcn für die Erzeugung von /-/„zusätzlich zudem Umfangsfcld /·//·.

Durch Variieren der relativen Größe der beiden induzierten Anisotropien (K_n bzw. Kr) bekommt man eine Bedingung, die die Eigenschaften in niedrigem Feld optimiert.

Praktisch sollte das Tempern in einem starken Feld stattfinden, das senkrecht zu der Folienebene ausgerichtet ist (H größer oder etwa gleich AsrM [T,\]), und dann sollte Stufe für Stufe Kr erhöht werden. Die Probe sollte dur„n optimale Kernverlustwcrte gehen, wenn anfangs Ki<IK„ > 1 und am Ende ΚιΊΚ,, > 1 ist.

Beispiel 1
Probenherstelluiig j5

Mehrere Ringspulen aus einem aufgewickelten Streifen wurden aus Streifen von glasartiger Legierung Fe4oNi₄oP!4B(, in einer Breite von 5.4 cm hergestellt. Sie wurden 2 Stunden auf 325"G erhitzt, sodann mit einer Geschwindigkeit von etwa l°C/Min. in einem Umfangs-Magnetfcld von 796 A/m abgekühlt.

Die Ergebnisse für einen solchen Kern mit einem Außendurchmesser von 3,2 cm und einem Gewicht von 12.5 g sind nachfolgend beschrieben. Kerne aus aufgewickeltem Streifen wurden auch aus breiten Streifen einer glasartigen Legierung Fe₄₀Ni₄OB₂O hergestellt. Sie wurden auf Temperaturen von 350 bis 380"C im Magnetfeld erhitzt.

Mehrere ringlaminierte Ringspulenkerne wurden aus ringförmigen ausgestanzten Teilen aus einem 2 cm breiten Streifen einer glasartigen Legierung Fe₄I₁Ni₄(IBj₁₁ zusammengesetzt. Diese Kerne wurden verschiedenen Erhitzungsbedingungen im Magnetfeld ausgesetzt. Die Ergebnisse für einen solchen ringlaminierten Kern mit einem Innendurchmesser von 1 cm und einem Außendurchmesser von !,7 cm und einem Gewicht von 3,6 g werden beschrieben.

Die glasartigen Metallegierungen Fc₄ONi₄IiPi₄Bh und Fe₄IiNi^Bai zeigen die folgenden Eigenschaften: Spezifische Magnetisierung (emu/g): 84,103; Dichte (g/cm¹): 7.5, 7,7; Sättigungsmagnetisicrung 4.τΛΥ (Tesla): 0,79,1,00: Curie-Temperatur T₁ (⁰C):247.395; Kristallisationstcmpcratur T(⁰C):380,389.

Zusätzlich zu der einfachen Umfangsfeldicmpcrung wurden einige der ringlaminierien Kerne einem magnetischen Feld senkrecht zu den Folienebenen ausgesetzt.

B e i s ρ i e I 2

Standardmagnetfelderhitzung von Fe4i>Ni₄iiPi4Bb-Legierung

Eine B-H-Kurve ist eine Aufzeichnung der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von dem angelegten Magnetfeld H für ein Material, das magnetische Effekte zeigt. Die fl-W-Kurve des im Magnetfeld erhitzten Kernes aus aufgewickeltem Streifen von 5,4 cm Breite aus einer glasartigen Legierung Fe4_UNi4oPi4Bb ist in der ausgezogenen Kurve in F i g. 1 gezeigt. Das Parallelfeld H_P in Umfangsrichtung ist als H_b bezeichnet. Hier ist Hnux 47,8 A/m, und H₁. ist 1,11 A/m. Wenn H_nax 15,9 A/m ist, dann ist H₁- 1,0 A/m. Eine starke Verbesserung bezüglich der Eigenschaften des Körpers, wie er gegossen ist (gestrichelte Linie in Fig. 1), wird durch Tempern im Magnetfeld realisiert Die Anfangsrnagnctisierungskurve (im Magnetfeld erhitzt) zeigt Gieichsirompermeabilitäten bei 0,002,0,004 und 0,01 Tesla von 7500,10 000 bzw. 16 000.

Der Kernverlust für die Probe Fe₄ONi₄OPnBh beim Tempern ist für die Frequenzbereiche 10' kleiner oder etwa gleich /, kleiner oder etwa gleich 10⁵ Hz und 5 - 10² kleiner oder gleich B_1n, kleiner oder etwa gleich 03 Tesla

durch die Beziehung A = AfB,„(2) beschrieben.

A ist eine Konstante gleich 1,05 · 10" "' für den Verlust in Wall/kg, f'n' die Frequenz, R_n, ist die maximale Induktion, a = 1,43 und b = 1,59. So waren bei B_n, = 10- 'Tcsla und F= 10 und bei 10 Hz die Kernverluste L 0,12 bzw. 3,2 Watt/kg. Diese Kernvcrluste sind vergleichbar mit den besten Ergebnissen für schmale Streifen dieser glasartigen Legierung und liegen gerade oberhalb des Bereiches der Werte, die für handelsübliche 80%ige Nickcl-Permalloy-Werkstoffe und für handelsübliche Ferrite angegeben werden.

Beispiel 3
ίο Erhitzen von Fe4oNi_JnB2o-Lcgierung im Magnetfeld

Im Magnetfeld erhitzte Kerne aus aufgewickelten breiten Streifen einer glasartigen Legierung Fe4oNi4oB2i> zeigten attraktive Eigenschaften in niedrigem Magnetfeld, typischerweise //,· = 0,8 A/m, B, = 0,54Tesla. Ringlaminierte Kerne von glasartiger Metallegierung Fe4i>Ni4oB2uZcigtcn attraktive magnetische Gleichstromeigen-

ii schäften, wie ein Koerzitivfeld Hp kleiner oder etwa gleich 1,6 Λ/m und 0,6 Tesla kleiner oder etwa gleich der remanenten Induktion B, (kleiner oder gleich 0,9 Tcsla) nach dem Kühlen von 350 bis 380"C in einem Umfangsfeld. Eine Aufeinanderfolge von Erhitzungen in gekreuztem Feld mit einem Magnetfeld H_n ergab einen Anstieg der S-/-/-Kurven,die in Fig. 2 gezeigt sind. Die Kurve (α)wurde durch Kühlen von 360"C mit etwa TC/Min. in gekreuzten Feldern Hp etwa gleich 79.6 A/m. N₁, etwa gleich 159 200 Λ/m. erhallen. Die Kurven Ib) bis Id) wurden nach einer bis drei zusätzlichen Hitzebchandlungen (Kühlen von 270"C) nur in Anwesenheit des Umfangsfeldcs beobachtet.

Der Kernverlust bei 10⁴ Hz, 0.1 Tesla für diese Aufeinanderfolge von magnetischen Zuständen ist in F i g. 3 als eine Funktion der Remanenz nach jeder Erhitzung gezeigt. Der Quadratbezugspunkt j_si f_{ur e}j_ne j_n gekreuztem Feld getemperte Stanzringprobe in einer Stufe Hr = 79,6 A/m. H_n = 159 200 A/m.

j5 Für B_r = 0,35 Tesla ist der Kcrnverlust \0* H/. ein Minimum, was eine vorteilhafte Beziehung zwischen Kpund /·£· K_n zeigt. Bei niedrigeren (höheren) Frequenzen tritt das Minimuni bei höheren (niedrigeren) Werten von B_r auf.

Der Kernverlust für die getemperten Proben, um B, — 0,35 Tesla zu haben, ist etwa durch die Gleichung 2 mit A = 9 · 10-'-, a = 1.5 und b = 1,75 beschrieben. Der bei 10⁴ Hz, 0,1 Tesla, L=I, 6 Watt/kg beobachtete Verlust ist der niedrigste Wert, der für dieses Metallglas beschrieben ist. Er fällt in den Bereich von Werten für

jo verschiedene handelsübliche Permalloy-Werkstoffe und Ferrite. Weder Kerne aus einem aufgewickelten Band noch ringlaminiertc Kerne dieser nur in einem Umfangsfeld Hp getemperten Zusammensetzung (ßrim Bereich von 0,34 bis 0,85 Tesla) zeigten Kernverluste bei 10⁴ Hz und 0,1 Tesla kleiner als 4 Walt/kg.

Die Impedanzpermeabilität bei 0,01 Tesla der Probe (c) in den F i g. 2 und 3 liegt bei 9800 bei 10 Hz (mehr als das 2fache derjenigen von MN 30 Mn-Zn-Ferrit) und nimmt mit steigender Frequenz geringer ab als dies in

J5 einem Standardkern von 4 — 79 Mo-Pcrmalloy-Wcrkstoff gemessen wurde. Oberhalb 50 kHz zeigt das Metallglas höhere Permeabilität als der Permalloykern, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

30 Οί 889 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen glasartigen Legicrungsfolie mit einer relativen Permeabilität von wenigstens 1000 bei einer Induktion von 10~^J bis 10-* Tcsla durch Erhitzen der Folie auf eine Temperatur zwischen 225°C und der Gfasübergangstempcratur der Legierung in einem Magnetfeld von wenigstens 79 600 A/m unter Beibehaltung des glasartigen Charakters, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Folicnobcrflächc angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Magnetfeld senkrecht zur Folienoberfläche ein weiteres Magnetfeld, das schwächer als ersteres ist. in einer Richtung senkrecht zu

ίο diesem angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Magnetfeld wenigstens 7,96 A/m hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf eine Temperatur oberhalb der Curie-Temperatur der verwendeten Legierung erhitzt.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis<?■ auf Folien aus 70 bis 90 Atom-% Eisen und/oder Kobalt, von denen bis zu drei Viertel durch Nickel und bis zu einem Viertel durch wenigstens eines der Metalle Vanadin, Chrom, Mangan, Kupfer, Molybdän, Niob, Tantal und/oder Wolfram ersetzt sein können, und dem Rest aus wenigstens einem Metalloid aus der Gruppe Bor, Kohlenstoff und Phosphor, von denen bis zu drei Fünftel durch Silicium und bis zu einem Drittel durch Aluminium ersetzt sein können.