BR112012004045B1 - Composição de liga a base de ferro, método para formar liga nanocristalina baseada em ferro, liga nanocristalina baseada em ferro e componente magnético - Google Patents
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Abstract
composição de liga a base de ferro, método para formar liga nanocristalina baseada em ferro, liga nanocristalina baseada em ferro e componente magnético uma composição de liga fe(100-x-z)bxpycuz, onde os índices x, y, z respectivamente satisfazem as seguintes condições: 4% (menor igual) x (menor igual) 14% atômico; 0 (menor igual) y% (menor igual) 10% atômico; e 0,5 (menor igual) z (menor igual) 2% atômico. esta composição de liga tem uma fase arnorfa como fase principal e é usada como material de início e é submetida a tratamento térmico, de modo que nanocristaís compreendendo não mais que 25 nm de bccfe sejam cristalizados. assim, obtendo uma liga nanocristalina baseada em fe com melhores propriedades rnagnéticas.
Description
[0001] A presente invenção se relaciona a uma liga magnética macia e ao método de obtê-la, sendo que mesma é adequada para uso em transformadores, indutores, e núcleos magnéticos incluídos em motores, etc.
[0002] Um tipo de liga amorfa magnética macia está descrito no Documento de Patente 1, que descreve uma liga amorfa magnética macia baseada em Fe-B-P-M (M sendo Nb, Mo, Cr). Esta liga amorfa magnética macia tem melhores propriedades magnéticas macias. A liga amorfa magnética macia tem uma temperatura de fusão mais baixa em relação a uma liga amorfa baseada em Fe, de modo que é possível formar facilmente uma fase amorfa. Ademais, a liga amorfa magnética macia é adequada como material de pó.
[0003] Documento de Patente 1: JP-A-2007-231415.
[0004] No entanto, para a liga amorfa magnética macia da Patente JP-A-2007-231415, o uso de um elemento metálico não- magnético, tal como Nb, Mo, ou Cr causa o problema de reduzir a densidade de fluxo magnético de saturação Bs. Também cria o problema de a liga amorfa magnética macia da Patente JP-A- 2007-231415 ter uma magnetostricção de saturação de 17*10-5, que é maior que outros materiais magnéticos macia, tal como Fe, Fe-Si, Fe-Al, ou Fe-Ni.
[0005] Portanto, trata-se de um objetivo da presente invenção prover uma composição de liga amorfa magnética macia de alta densidade de fluxo magnético de saturação e baixa magnetostricção de saturação, e método para formá-la.
[0006] A partir de um estudo diligente, os inventores da presente invenção descobriram que uma composição de liga específica Fe-B-P com adição de Cu, tendo uma fase amorfa como fase principal, pode ser usada como material de início para obter uma liga nanocristalina baseada em Fe.
[0007] Especialmente, usando os elementos P e B, onde uma composição eutética de Fe-P ou Fe-B com alto conteúdo de Fe, como elemento essencial, é possível reduzir a temperatura de fusão, a despeito do alto conteúdo de Fe. Em detalhes, a composição de liga específica é representada por uma pré- determinada composição, e tem uma fase amorfa como fase principal. Esta composição de liga específica sofre um tratamento térmico, de modo que nanocristais, com não mais que 25 nm de bccFe, podem ser cristalizados. Assim, é possível aumentar a densidade de fluxo magnético de saturação e magnetostricção de liga nanocristalina baseada em Fe.
[0008] Um aspecto da presente invenção provê uma composição de liga Fe(100-X-Z)BXPYCuZ, onde os índices X, Y, Z devem satisfazer as condições: 4< X < 14% atômico, 0< Y< 10% atômico, e 0,5< Z< 2% atômico.
[0009] Um material industrial geral, tal como Fe-Nb, é caro. Ademais, este material contém uma grande quantidade de impurezas, tal como Al e Ti. Se uma certa quantidade de impurezas for misturada ao material industrial, a capacidade de formar a fase amorfa e propriedades magnéticas macias se degrada consideravelmente.
[0010] Por conseguinte, constata-se a necessidade de uma liga magnética macia formada de modo estável, mesmo sendo usado um material industrial com uma grande quantidade de impurezas, adequado para industrialização.
[0011] Em conseqüência do estudo da necessidade acima, os inventores da presente invenção descobriram ainda que, mesmo se um material industrial mais caro for usado, será possível formar facilmente a composição de liga, desde que as quantidades Al, Ti, Mn, S, O, N na composição de liga estiverem nas respectivas faixas pré-determinadas.
[0012] Em outro aspecto, a composição de liga Fe(100- ApósZ)BXPYCuZ, cujos índices X, Y, Z devem satisfazer as condições: 4< X< 14% atômico, 0< Y< 10% atômico, e 0,5< Z< 2% atômico, e onde a composição de liga contém Al de 0,5% em peso ou menos (incluindo zero), Ti de 0,3% em peso ou menos (incluindo zero), Mn de 1,0% em peso ou menos (incluindo zero), S de 0,5% em peso ou menos (incluindo zero), O de 0,3% em peso ou menos (incluindo zero), e N de 0,1% em peso ou menos (incluindo zero).
[0013] A liga nanocristalina baseada em Fe, que é formada usando a composição de liga, de acordo com a presente invenção, como material de início, tem uma alta densidade de fluxo magnético de saturação e baixa magnetostricção de saturação, sendo adequada para miniaturização de componentes magnéticos e para aumentar o desempenho dos componentes magnéticos.
[0014] Ademais, a composição de liga, de acordo com a presente invenção, tem apenas quatro elementos como elementos essenciais, que torna fácil sua produção em massa com respeito ao controle da composição dos elementos essenciais e impurezas.
[0015] Ademais, a composição de liga de acordo com a presente invenção, tem uma baixa temperatura de fusão (inicial), portanto, sendo fácil formar a composição com um equipamento existente, ao mesmo tempo em que reduz a carga do aparelho existente.
[0016] Ademais, a composição de liga de acordo com a presente invenção, também tem baixa viscosidade no estado fundido. Portanto, quando a composição de liga é provida na condição de pó, fica fácil formar pós-finos esféricos e amorfos.
[0017] Ademais, quando as quantidades de Al, Ti, Mn, S, O, e N na composição de liga estiverem nas respectivas faixas providas pela presente invenção, é possível formar facilmente a composição de liga, mesmo usando um material industrial mais caro.
[0018] A figura 1 é uma vista mostrando a relação entre a coercividade Hc e a temperatura de tratamento térmico para os exemplos e exemplos comparativos da presente invenção;
[0019] A figura 2 é uma fotografia ASEM de pós de uma composição de liga compreendendo uma composição de Fe83,4B10P6Cu0,6, onde os pós foram formados pelo método de atomização; e
[0020] A figura 3 é uma vista mostrando perfis XRD dos respectivos pós da composição de liga, compreendendo composição de Fe83,4B10P6Cu0,6 no estado pré-tratado ou pós- tratado termicamente, onde os pós são formados pelo método de atomização.
[0021] Uma composição de liga, de acordo com uma configuração da presente invenção é adequada como material de início de uma liga nanocristalina baseada em Fe. A composição de liga tem a composição Fe(100-ApósZ)BXPYCu, onde os índices X, Y, Z devem satisfazer as seguintes condições: 4< X< 14% atômico, 0< Y< 10% atômico, e 0,5< Z< 2% atômico.
[0022] Preferivelmente, as seguintes condições deverão ser atendidas para 100-X-Y-Z e X, Y, Z: 79< 100-X-Y-Z< 88% atômico; 4< X< 13% atômico; 1< Y< 10% atômico, e 0,5< Z<1,5% atômico. Preferivelmente, as seguintes condições deverão ser atendidas para 100-X-Y-Z e X, Y, Z: 82< 100-X-Y-Z< 88% atômico, 6< X< 12% atômico; 2< Y< 8% atômico, e 0,5< Z<1,5% atômico. Em adição, preferivelmente, a razão entre Cu e P deve atender a condição 0,1< Z/Y< 1,2.
[0023] A parte do Fe nesta composição de liga pode ser substituída por pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de Co e Ni. Neste caso, o total combinado dos elementos Co e Ni é 40% atômico ou menos em relação à composição inteira da composição de liga, e o total combinado dos elementos Fe, Co, Ni, é 100-X-Y-Z% atômico em relação à composição inteira da composição de liga. Ademais, a parte do Fe pode ser substituída por pelo menos um elemento do grupo consistindo de Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Cr, Ag, Zn, Sn, Bi, Y e elementos de terras raras. Neste caso, o total combinado de Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Cr, Ag, Zn, Sn, Bi, Y e elementos de terras raras é 3% atômico ou menos em relação à composição inteira da condição, e o total combinado de Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Cr, Ag, Zn, Sn, Bi, Y e elementos de terras raras é 100-X-Y-Z% atômico em relação à composição inteira da composição de liga. Ademais, uma parte do elemento B e uma parte do elemento P podem ser substituídos pelo elemento C. Neste caso, a quantidade do elemento C é 10% atômico ou menos em relação à composição inteira da composição de liga, e os elementos B e P ainda atendem as respectivas condições de 4< X< 14% atômico e 0< Y< 10% atômico e o total combinado dos elementos C, B, P deve ficar entre 4% e 24% atômico, ambos inclusive, em relação à composição inteira da composição de liga.
[0024] É preferível que as seguintes condições sejam atendidas com respeito às quantidades de Al, Ti, Mn, S, O, N nesta composição de liga, respectivamente: Al de 0,5% em peso ou menos (incluindo zero), Ti de 0,3% em peso ou menos (incluindo zero), Mn de 0,05% em peso ou menos (incluindo zero), S de 0,5% em peso ou menos (incluindo zero), O de 0,3% em peso ou menos (incluindo zero), e N de 0,1% em peso ou menos (incluindo zero). É preferível que as seguintes condições sejam atendidas: Al de 0,1% em peso ou menos (excluindo zero), Ti de 0,1% em peso ou menos (excluindo zero), Mn de 0,5% em peso ou menos (excluindo zero), S de 0,1% em peso ou menos (excluindo zero), O de 0,001% em peso a 0,1% em peso (incluindo 0,001% em peso e 0,1% em peso), e N de 0,01% em peso ou menos (excluindo zero). É mais preferível que as seguintes condições sejam atendidas: Al de 0,0003% em peso a 0,05% em peso (incluindo 0,0003% em peso e 0,05% em peso), Ti de 0,0002% em peso a 0,05% em peso (incluindo 0,0002% em peso e 0,05% em peso), Mn de 0,001% em peso a 0,5% em peso (incluindo 0,001% em peso e 0,5% em peso), S de 0,0002% em peso a 0,1% em peso (incluindo 0,0002% em peso e 0,1% em peso), O de 0,01% em peso a 0,1% em peso (incluindo 0,01% em peso a 0,1% em peso), N de 0,0002% em peso a 0,01% em peso (incluindo 0,0002% em peso e 0,01% em peso).
[0025] Na composição de liga acima, o elemento Fe é o componente principal e essencial para prover magnetismo. Basicamente e preferivelmente, o conteúdo de Fe deve ser alto para aumentar a densidade de fluxo magnético de saturação e reduzir o custo do material. Se o conteúdo de Fe for menor que 79% atômico, o ΔT será reduzido, e as estruturas nanocristalinas homogêneas não serão obtidas e a densidade de fluxo magnético de saturação poderá ser obtida. Se o conteúdo de Fe for maior que 86% atômico, será difícil formar uma fase amorfa em uma condição de rápido resfriamento. Partículas cristalinas têm vários diâmetros ou resultam grosseiras, degradando as propriedades magnéticas macias da composição de liga. Portanto, é desejável que o conteúdo de Fe fique na faixa de 79 a 86% atômico. Em particular, se for requerida uma densidade de fluxo magnético de saturação de 1,7 T ou mais, é preferível que o conteúdo de Fe seja 82% atômico ou mais.
[0026] Na composição de liga acima, o elemento B é um elemento essencial para formar a fase amorfa. Se o conteúdo de B for menor que 4% atômico será difícil formar a fase amorfa na condição de rápido resfriamento. Se, contudo, o conteúdo de B for maior que 14% atômico, as estruturas nanocristalinas homogêneas não serão obtidas e os compostos de Fe-B se depositarão, degradando as propriedades magnéticas macias da composição de liga. Portanto, é desejável que o conteúdo de B fique entre 4% e 14% atômico. Ademais, a temperatura de fusão é alta e o conteúdo de B é alto, sendo preferível que o conteúdo seja 13% atômico ou menos. Em particular, se o conteúdo de B estiver entre 6% e 12% atômico, a composição de liga tem uma coercividade mais baixa, por conseguinte, sendo possível formar uma tira contínua de modo estável.
[0027] Na composição de liga acima, o elemento P é um elemento essencial para formar o amorfo. O elemento P contribui para estabilização de nanocristais por meio de nano-cristalização. Se o conteúdo do elemento P for 0% atômico, as estruturas nanocristalinas homogêneas não serão obtidas, degradando as propriedades magnéticas macias da composição de liga. Portanto, o conteúdo de P deve ser maior que 0% atômico. Em adição, se o conteúdo de P for baixo, a temperatura de fusão será alta. Por conseguinte, é preferível que o conteúdo de P seja 1% atômico ou mais. Por outro lado, se o conteúdo de P for alto, se torna difícil formar a fase amorfa, de modo que as estruturas nano-homogêneas sejam obtidas e a densidade de fluxo magnético de saturação reduzida. Portanto, é preferível que o conteúdo de P seja 10% atômico ou menos. Especialmente, se o conteúdo de P estiver entre 2% e 6% atômico, a composição de liga terá baixa coercividade, permitindo formar a tira contínua de modo estável.
[0028] Na composição de liga acima, o elemento C é um elemento para formar o amorfo. De acordo com a presente invenção, o elemento C é usado junto com os elementos B e P para ajudar a formação do amorfo e melhorar a estabilidade dos nanocristais, em comparação com o caso onde ser usado utiliza apenas o elemento C. Em adição, em razão de o elemento C ser mais barato, se o conteúdo dos outros metalóides for reduzido com a adição do elemento C, o custo total do material resultará reduzido. No entanto, se o conteúdo de C for maior que 10% atômico, a composição de liga se torna frágil e a composição de liga degrada as propriedades magnéticas macias. Portanto, é desejável que o conteúdo de C seja 10% atômico ou menos.
[0029] Na composição de liga acima, o elemento Cu é um elemento essencial para ajudar na nanocristalização. Se o conteúdo de Cu for menor que 0,5% atômico, as partículas cristalinas se tornam grosseiras no tratamento térmico, dificultando a nanocristalização. Mas, se o conteúdo do elemento Cu for maior que 2% atômico, se torna difícil formar a fase amorfa. Assim, é desejável que o conteúdo do elemento Cu esteja entre 0,5% a 2% atômico. Em particular, se o conteúdo do elemento Cu for 1,5% atômico ou menos, a composição terá baixa coercividade, permitindo formar a tira contínua de modo estável.
[0030] O elemento Cu tem uma entalpia positiva de mistura com o elemento Fe ou B e negativa com o elemento P. Em outras palavras, há uma forte correlação entre os átomos P e Cu. Portanto, quando estes dois elementos são adicionados um ao outro para serem compostos, é possível formar uma fase amorfa homogênea. Especificamente, se a razão específica (Z/Y) do conteúdo de Cu (Z), em relação o conteúdo do elemento P (Y), estiver na faixa de 0,1 a 1,2, a cristalização e crescimento dos grãos de cristal serão suprimidos, quando da formação da fase amorfa em uma condição de resfriamento rápida, formando grupos de 10 nm ou menos. Estes grupos nano fazem os cristais bccFe formarem uma nano-estrutura quando se forma uma liga nanocristalina baseada em Fe. Mais especificamente, a liga nanocristalina baseada em Fe, de acordo com a presente invenção, inclui bccFe - cristais com diâmetro de partícula médio de 25 nm ou menos. A composição de liga apresenta alta tenacidade em razão desta estrutura de grupo (cluster), que a torna capaz de ser dobrada no teste de dobramento de 180o. O dobramento de 180o é um teste para medir tenacidade, no qual a amostra é curvada em um ângulo de 180o e raio de dobramento zero. Em razão do teste de dobramento de 180o, a amostra é dobrada. Por outro lado, com a razão específica Z/Y fora da faixa pretendida, as estruturas nanocristalinas homogêneas não serão obtidas, impedindo que a composição de liga apresente melhores propriedades magnéticas macias.
[0031] Na composição de liga acima, o elemento Al é uma impureza misturada, usando um material industrial. Se o conteúdo do elemento Al for maior que 0,5% em peso se torna difícil formar a fase amorfa na condição de rápido resfriamento em uma atmosfera. Cristais grosseiros se depositam depois do tratamento térmico, degradando grandemente as propriedades magnéticas macias. Portanto, é desejável que o conteúdo do elemento Al seja 0,5% em peso ou menos. Em particular, se o conteúdo do elemento Al for 0,10% em peso ou menos, é possível suprimir o aumento de viscosidade de liga fundida na condição de rápido resfriamento, formando, em uma atmosfera, uma tira com superfície lisa sem descoloração. Ademais, o elemento Al permite evitar que os cristais se tornem grosseiros, permitindo a obtenção de nanoestruturas homogêneas. Assim, as propriedades magnéticas macias podem ser melhoradas. Com respeito ao limite inferior, embora seja possível suprimir a mistura do elemento Al, para obter uma tira constante e propriedades magnéticas macias estáveis, quando se utiliza um reagente de alta pureza como material industrial, encarecendo o custo do material. Entrementes, quando se permite que o conteúdo do elemento Al seja 0,0003% em peso ou mais, é possível usar materiais industriais mais baratos, sem afetar as propriedades magnéticas. Especialmente, para a presente composição, é possível melhorar a viscosidade da liga fundida para formar a tira com superfície lisa, de modo estável, pelo fato de conter uma quantidade muito pequena de Al.
[0032] Na composição de liga acima, o elemento Ti é uma impureza misturada usando o material industrial. Se o conteúdo de Ti for maior que 0,33% em peso, fica difícil formar a fase amorfa em uma condição de rápido resfriamento em uma atmosfera. Cristais grosseiros se depositam após tratamento térmico, degradando grandemente as propriedades magnéticas macias. Portanto, é desejável que o conteúdo do elemento Ti seja 0,3% em peso ou menos. Em particular, se o conteúdo do elemento Ti for 0,05% em peso, é possível suprimir o aumento de viscosidade da liga fundida em uma condição de resfriamento rápido, formando, de modo estável, uma tira de superfície lisa sem descoloração, em uma atmosfera. Ademais, o elemento Ti tem a condição de evitar a formação de cristais mesmo em uma atmosfera. Ademais, o elemento Ti tem a condição de evitar que os cristais se tornem grosseiros permitindo obter as nanoestruturas homogêneas. Assim, melhorando as propriedades magnéticas macias. Com respeito ao limite inferior, embora seja possível suprimir a mistura de Ti para obter a tira constante e propriedades magnéticas macias estáveis, quando se utiliza um reagente de alta pureza como material industrial, encarece o custo do material. Entrementes, quando o conteúdo do elemento Ti for 0,0002% em peso ou mais, é possível usar materiais industriais mais baratos, sem afetar suas propriedades magnéticas. Especialmente para esta composição, é possível melhorar a viscosidade de uma liga fundida de superfície lisa, pelo fato de conter uma quantidade muito pequena de Ti.
[0033] Na composição de liga acima, o elemento Mn é uma impureza inevitável misturada usando o material industrial. Se o conteúdo do elemento Mn for maior que 0,1% em peso, a densidade de fluxo magnético de saturação é reduzida. Portanto, é desejável que o conteúdo do elemento Mn seja 1,0% em peso ou menos. Especialmente, é preferível que o conteúdo do elemento Mn seja 0,5% em peso ou menos para obter a densidade de fluxo magnético de saturação de 1,7 T ou mais. Com respeito ao limite inferior, embora seja possível suprimir a mistura de Mn para obter a tira constante e propriedades magnéticas estáveis quando se utiliza um reagente de alta pureza com material industrial, o custo do material fica alto. Entrementes, quando se permite que o conteúdo de Mn seja 0,001% em peso ou mais, é possível usar um material industrial mais barato, e quando se permite que o conteúdo do elemento Mn seja 0,0001% em peso ou mais, é possível usar um material industrial mais barato, sem afetar suas propriedades magnéticas. Ademais, o elemento Mn serve para melhorar a capacidade de formar o amorfo, de modo que o conteúdo do elemento Mn seja 0,01% em peso ou mais. Em adição, é possível evitar que os cristais fiquem grosseiros, e obter nanoestruturas homogêneas. Assim, as propriedades magnéticas macias podem ser melhoradas.
[0034] Na composição de liga acima, o elemento S é uma impureza misturada usando material industrial. Se o conteúdo do elemento S for maior que 0,5% em peso, a tenacidade pode se reduzir. Em adição, a estabilidade térmica se degrada, e conseqüentemente degradando as propriedades magnéticas macias depois da nanocristalização. Portanto, é desejável que o conteúdo de S seja 0,5% em peso ou menos. Especialmente, se o conteúdo de S for 0,1% em peso ou menos, é possível obter a tira com melhores propriedades magnéticas macias, e uma variação mais estreita para as propriedades magnéticas. Com respeito ao limite inferior, embora seja possível suprimir a mistura do elemento S para obter a tira constante e propriedades magnéticas macias estável quando se utiliza um reagente de alta pureza como material industrial, o custo do material fica alto. Contudo, quando se permite que o conteúdo de S seja o conteúdo (% em peso) acima mencionado ou menor, é possível usar materiais industriais mais baratos, sem afetar as propriedades magnéticas. Em particular, o fato de conter o elemento S de 0,0002% em peso ou mais se mostra efetivo para promover a esferoidização do pó, quando os pós são formados por atomização. Portanto, é preferível conter 0,0002% em peso ou mais, quando os pós são formados por atomização.
[0035] Na composição de liga acima, O é uma impureza misturada quando da fusão por tratamento térmico, ou usando material industrial. Quando a tira é formada por um método de resfriamento líquido de rolo único (sigle-roll) ou similar, é possível suprimir a oxidação e descoloração e alisar a superfície da tira formando a mesma em uma câmara de atmosfera controlada. No entanto, o custo de fabricação fica alto. De acordo com a presente invenção, um gás inerte ou gás redutor, tal como nitrogênio, argônio, ou gás carbônico é controlado de modo a fluir na atmosfera e para uma porção de rápido resfriamento. Portanto, é possível formar continuamente uma tira com uma condição de superfície lisa, mesmo em um método que leve o conteúdo do elemento O a 0,0001% em peso ou mais. Ademais, é possível obter propriedades magnéticas estáveis. Portanto, sendo possível reduzir drasticamente os custos de fabricação, e, da mesma forma, quando os pós forem formados pelo método de atomização de água, método de atomização de gás, ou similar. Mesmo para um processo de formação que leve o conteúdo do elemento O a 0,001% em peso ou mais é possível formar, de modo excelente, uma condição de superfície superior e forma esférica, obtendo propriedades magnéticas macias estáveis. Por conseguinte, é possível reduzir os custos de fabricação drasticamente. Em outras palavras, o conteúdo do elemento O pode ser 0,001% em peso ou mais, quando a composição de liga é formada em um fluxo de gás reduzido. Caso contrário, o conteúdo de O pode ser 0,01% em peso ou mais. Ademais, é possível realizar um tratamento térmico em atmosfera oxidante, para formar uma camada de óxido na superfície, para melhorar propriedades isolantes e características de freqüência. De acordo com a presente configuração, se o conteúdo do elemento O for maior que 0,3% em peso, a superfície resulta descolorada, degradando as propriedades magnéticas, reduzindo o fator de laminação, e degradando formabilidade. Portanto, é desejável que o conteúdo do elemento O seja 0,3% em peso ou menos. Especialmente, em razão de o elemento O afetar grandemente as propriedades magnéticas da composição de liga com forma de tira, é preferível que o conteúdo do elemento O seja 1% em peso ou menos.
[0036] Na composição de liga acima, o elemento N é uma impureza de fusão sob tratamento térmico ou usando um material industrial. Quando a tira é formada pelo método de resfriamento de rolo único, o gás inerte ou gás redutor, tal como nitrogênio argônio, ou gás de ácido carbônico, é controlado para fluir na atmosfera, ou para a porção de resfriamento rápido. Portanto, é possível formar continuamente a tira com uma condição de superfície lisa, mesmo em um método de formação que leve o conteúdo de N a 0,0002% em peso ou mais. Ademais, com o tratamento térmico de nano-cristalização, é possível obter propriedades magnéticas macias, mesmo se o tratamento térmico for realizado não em vácuo, mas em um fluxo de gás N, assim sendo possível reduzir o custo de fabricação drasticamente. De acordo com esta configuração, as propriedades magnéticas macias podem se degradar, se o conteúdo do elemento N for maior que 0,1% em peso. Assim, é desejável que o conteúdo de N seja 0,1% em peso ou menos.
[0037] A composição de liga, de acordo com a configuração, pode assumir várias formas. Por exemplo, a composição de liga pode assumir a forma de uma tira contínua ou pó. A composição de liga em forma de tira contínua pode ser formada usando um aparelho de formação existente, tal como, um aparelho de formação de rolo único ou rolo duplo, que é usado com uma tira amorfa baseada em Fe ou similar. A composição de liga em forma de pó pode ser formada pelo método de atomização em água ou atomização de gás, ou ainda moendo a composição de liga em forma de tira.
[0038] Uma alta tenacidade é requerida para formar um núcleo enrolado ou núcleo laminado ou para estampagem. Com respeito ao requisito de alta tenacidade, é preferível que a composição de liga em forma de tira contínua seja capaz de ser dobrada quando submetida a um teste de dobramento de 180o na condição pré-tratada termicamente. O teste de dobramento de 180o é o teste usado para determinar a tenacidade, onde a amostra é curvada em um ângulo de dobramento de 180o e raio do dobramento zero. Em razão do dobramento de 180o, a amostra é dobrada (Q) ou quebrada (X). Em uma avaliação descrita a seguir, uma amostra de tira de 3 cm de comprimento foi curvada pelo centro, e verificando-se se a amostra se dobrou (O) ou quebrou (X).
[0039] A composição de liga, de acordo com a configuração, é formada em um núcleo magnético, tal como, núcleo enrolado, núcleo laminado, ou núcleo de pó. O uso de núcleo magnético, formado desta forma, pode prover um componente, tal como transformador, indutor, ou gerador.
[0040] A composição de liga, de acordo com a presente configuração, tem baixa temperatura de fusão. A composição de liga se funde ao ser aquecida em atmosfera inerte, tal como em uma atmosfera de gás Argônio, em uma reação endotérmica. A temperatura na qual a reação endotérmica inicia é definida como sendo a temperatura de fusão (Tm). A temperatura de fusão (Tm) pode ser determinada por análise térmica, por exemplo, com um aparelho analisador térmico diferencial (DTA), a uma taxa de aumento de temperatura de cerca de 10oC PER minuto.
[0041] A composição de liga, de acordo com a presente configuração, inclui os elementos Fe, B e P como elementos essenciais, onde as composições eutéticas dos elementos Fe com B e P são Fe83B17 com elevado conteúdo de Fe, e Fe83P17 de elevado conteúdo de Fe, respectivamente. Portanto, é possível baixar a temperatura de fusão, com a composição de liga tendo um elevado conteúdo de Fe. Similarmente, a composição eutética de Fe com C é Fe83C17 de elevado conteúdo de Fe. Por conseguinte, também se mostra efetivo adicionar C para baixar a temperatura de fusão. A carga para o aparelho de formação pode ser reduzida baixando a temperatura de fusão. Em adição, se a temperatura de fusão for baixa, é possível resfriar a carga rapidamente a partir de uma temperatura baixa quando se forma o amorfo, de modo que a taxa de resfriamento se torne mais rápida, tornando fácil a formação da tira amorfa. Ademais, é possível obter estruturas nanocristalinas homogêneas para melhorar as propriedades magnéticas macias. Especialmente, é preferível que a temperatura de fusão (Tm) seja menor que 1150oC que é a temperatura de fusão de um amorfo de Fe comercial.
[0042] A composição de liga, de acordo com a presente invenção, tem a fase amorfa como fase principal. Por conseguinte, quando a composição de liga sofre tratamento térmico em atmosfera inerte, tal como uma atmosfera de gás argônio, a composição de liga é cristalizada duas vezes ou mais. Uma temperatura na qual ocorre a primeira cristalização é definida como a primeira temperatura de início de cristalização TX1 e a outra temperatura na qual ocorre a o início da segunda cristalização é chamada segunda temperatura de início de cristalização TX2. Em adição, a diferença de temperaturas ΔT= TX2-TX1 fica entre a primeira temperatura de cristalização TX1 e a segunda temperatura de cristalização TX2. O termo “temperatura de início de cristalização” se refere à primeira temperatura de início de cristalização TX1.As temperaturas de cristalização podem ser determinadas por análise térmica com um aparelho de calorimetria de escaneamento diferencial (DSC) em uma taxa de aumento de temperatura de cerca de 40oC per minuto.
[0043] A composição de liga, de acordo com a presente configuração, sofre tratamento térmico em uma temperatura de processo não menor que a temperatura de início de cristalização (i.e. primeira temperatura de início decristalização) -50oC, para obter a liga nanocristalinabaseada em Fe, de acordo com a presente configuração. Paraobter as estruturas nanocristalinas na formação da ligananocristalina baseada em Fe, é preferível que a diferença ΔT entre as primeira e segunda temperaturas de início de cristalização TX1 e TX2 da composição de liga fique entre 70oC e 200oC.
[0044] A liga nanocristalina baseada em Fe obtida desta forma, de acordo com esta configuração, tem baixa coercividade - 20 A/m ou menos - e alta densidade de fluxo magnético de saturação de 1,60 T ou mais. Especialmente, seleções de conteúdo de Fe 100-X-Y-Z, conteúdo de P (X), conteúdo de Cu (Z), e razão específica (Z/Y), e condições de tratamento térmico, podem controlar a quantidade de nanocristais para reduzir a magnetostricção de saturação. Para evitar deterioração das propriedades magnéticas macias é desejável que a magnetostricção de saturação seja 10x10-5 ou menos.
[0045] Usando a liga nanocristalina baseada em Fe, de acordo com a presente configuração, um núcleo, tal como, núcleo enrolado, núcleo laminado, ou núcleo de pó, pode ser formado. O uso de um núcleo magnético formado desta forma, pode prover um componente, tal como transformador, indutor, motor ou gerador.
[0046] Uma configuração da invenção será descrita a seguir em mais detalhes com referência a diversos exemplos.
[0047] Os materiais foram cuidadosamente pesados para prover as composições de liga dos Exemplos 1 a 15 e Exemplos Comparativos 1 a 3 constantes na Tabela 1 que foram fundidas por um aparelho de alta freqüência. As composições de liga fundidas foram processadas por um método de resfriamento líquido de rolo único (single roll) em uma atmosfera para produzir tiras contínuas com espessura de 20 a 25 μm, largura de 15 mm, e comprimento de cerca de 10 mm. Preparou-se uma tira Fe-Si-B de espessura de 25 μm para o Exemplo Comparativo 4. Para cada tira contínua das composições de liga, a identificação de fase foi realizada por um método de difração de Raio-X. As primeira e segunda temperaturas de início de cristalização foram determinadas com um aparelho de calorimetria de escaneamento diferencial (DSC). As temperaturas de fusão foram determinadas com analisador térmico diferencial (DTA), então, as composições de liga dos Exemplos 1-15 e Exemplos Comparativos 1 a 4, sofreram tratamento térmico, como na Tabela 1. As densidades de fluxo magnético de saturação Bs das composições de liga tratadastermicamente constam na Tabela 1. A densidade de fluxo magnético de saturação Bs das composições de liga tratadastermicamente foi medida com magnetômetro de amostravibratória (VMS) em campo magnético de 800 kA/m. A coercividade Hc das composições de liga foi medida com traçador de corrente contínua BH em um campo magnético de 2 a 4 kA/m. Os resultados das medições constam nas Tabelas 1 e 2. Tabela 1
Ex Exemplo/ EC Exemplo ComparativoDobrando no teste de dobramento de 180o Amo Amorfo, Cris Cristal. Tabela 2
Ex ExemploEC Exemplo ComparativoTTC Tratamento térmico.
[0048] Como deve ser entendido a partir da Tabela 1, as composições de liga dos Exemplos 1 a 15 têm a fase amorfa como fase principal, depois de um rápido resfriamento, são capazes de se dobrar totalmente no teste de dobramento de 180o.
[0049] Como deve ser entendido a partir da Tabela 1, as composições de liga tratadas termicamente dos Exemplos 1 a 15 têm estruturas nanocristalizadas superiores apresentando elevada densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,6 T ou mais, e baixa coercividade de 20 A/m ou menos. De outro lado, cada composição de liga dos Exemplos Comparativos 1 a 4 não é adicionado com um de elemento P e Cu, de modo que os cristais fiquem grosseiros e a coercividade se degrade depois do tratamento térmico. Na figura 1, o gráfico do Exemplo Comparativo 1 mostra que a coercividade Hc se degrada rapidamente, à medida que cresce a temperatura do processo. De outro lado, os gráficos dos Exemplos 4 a 6 mostram que as coercividades Hc não se degradam, mesmo quando a temperatura do tratamento térmico passa a temperatura de cristalização. Este efeito é causado pela nanocristalização. Ademais, também pode ser visto que a densidade de fluxo magnético de saturação Bs aumenta depois do tratamento térmico mostrado na Tabela 1.
[0050] Como deve ser entendido a partir da Tabela 1, as composições de liga dos Exemplos 1 a 15 apresentam uma diferença de temperatura de início de cristalização ΔT= Tx2- Tx1 de 70oC ou mais. As composições de liga são submetidas a um tratamento térmico na condição de a máxima temperatura de tratamento térmico instantâneo se encontrar na faixa entre a primeira temperatura de início de cristalização TX1 -50oC e a segunda temperatura de início de cristalização TX2, obtendo propriedades magnéticas macias e coercividade Hc, como na Tabela 2.
[0051] Como deve ser entendido a partir dos Exemplos Comparativos 2 e Exemplos 7 a 13 constantes na Tabela 1. Quando o conteúdo do elemento B fica alto e o conteúdo do elemento P baixo, a temperatura de fusão aumenta. Especialmente, o efeito acima mencionado pode ser visto claramente quando o conteúdo do elemento B fica acima de 13% atômico e do elemento P menor que 1% atômico. Por conseguinte, o elemento P também é indispensável para formar a tira. É preferível que o conteúdo do elemento P seja 1% atômico ou mais e o conteúdo do elemento B 13% atômico ou menos. Como deve ser entendido a partir da Tabela 2, levando em conta as propriedades magnéticas, é preferível que o conteúdo de B fique na faixa de 6 a 12% atômico e o conteúdo de P na faixa de 2 a 8% atômico, para obter, de modo estável, baixa coercividade Hc de 10 A/m ou menos. Especialmente, para uma composição de liga em forma de tira, N exerce uma grande influência sobre as propriedades magnéticas. Portanto, é preferível que o torque de N seja 0,1% em peso ou menos.
[0052] Como deve ser entendido a partir do Exemplo 4 constante nas Tabelas 1 e 2, mesmo se com a adição do elemento C, é possível obter ambas - elevada densidade de fluxo magnético de saturação Bs e baixa coercividade Hc - a despeito de uma baixa temperatura de fusão.
[0053] Como deve ser entendido a partir do Exemplo 15 constante na Tabela 2, é possível obter uma alta densidade de fluxo magnético de saturação - acima de 1,9 T - com adição do elemento Co.
[0054] Como descrito acima, quando a composição de liga, de acordo com a presente invenção, for usada como material de início, é possível obter a liga nanocristalina baseada em Fe apresentando propriedades magnéticas macias e baixa temperatura de fusão.
[0055] Materiais foram respectivamente pesados para prover as composições de liga dos Exemplos 6 a 59 da presente invenção e Exemplos Comparativos 5-9 e 11-13 constantes nas Tabelas 3 a 5 e foram fundidos com um aparelho de aquecimento de alta freqüência. As composições de liga fundidas foram processadas por um método de resfriamento líquido de rolo único em uma atmosfera; para produzir tiras contínuas de 20 a 25 μm, com largura de cerca de 15 mm, e comprimento de cerca de 10 metros. Uma tira amorfa de Fe-Si-B com espessura de 26 μm foi preparada como no Exemplo Comparativo 10. Para cada tira contínua das composições de liga, a identificação de fase foi feita pelo método de difração de Raio X. As primeira e segunda temperaturas de início de cristalização foram determinadas usando o aparelho de calorimetria de escaneamento diferencial (DSC). A temperatura de fusão foi determinada usando o analisador de térmico diferencial (DTA). Então, as composições de liga dos Exemplos 5 a 13 foram submetidas a um processo de tratamento térmico nas condições constantes nas Tabelas 6 a 8. A densidade de fluxo magnético de saturação Bs das composições de liga foi medida com magnetômetro de amostra vibratória (VMS) em um campo magnético de 800 kA/m. As coercividades Hc das composições de liga foram determinadas com um traçador de corrente contínua BD em corrente contínua de 2 a 4 kA/m. Os resultados das medições estão mostrados nas Tabela 6 a 8. Tabela 3
Ex ExemploEc Exemplo Comparativo. Tabela 4
Ex ExemploEc Exemplo Comparativo.Tabela 5
Tabela 6
Ex ExemploEC Exemplo ComparativoTTC* Tratamento Térmico (em oC por 10 minutos). Tabela 7
*1 Dobrado no teste de dobramento de 180oTTC* Tratamento térmico (em oC por 10 minutos)EC Exemplo Comparativo.Tabela 8
EC Exemplo ComparativoTTC* Tratamento Térmico (em oC por 10 minutos).
[0056] Como deve ser entendido a partir das figuras 6 a 8, se confirma que as composições de liga dos Exemplos 16-59 têm a fase amorfa como fase principal, depois do processo de resfriamento rápido. Ademais, as composições de liga dos Exemplos 16-59 após tratamento térmico têm estruturas nanocristalinas superiores, obtendo uma alta densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,6 T ou mais e baixa coercividade Hc de 20 A/m ou menos. Por outro lado, em razão de a composição de liga do Exemplo Comparativo 6 conter um excesso de Fe ou B, a composição de liga não tem capacidade para formar o amorfo. Depois do processo de resfriamento rápido, a composição de liga do Exemplo Comparativo 6a tem a fase cristalina como fase principal e pouca tenacidade, que impede a obtenção da tira contínua. Para a composição de liga do Exemplo Comparativo 5, não se adicionam os elementos P e Cu das respectivas faixas de composição. Em conseqüência, depois do tratamento térmico, a composição de liga de Exemplo Comparativo 5 tem cristais e coercividade Hc degradada.
[0057] As composições de liga de Exemplos 16-22 constantes na Tabela 6 correspondem a casos onde o conteúdo do elemento Fe varia de 80,8% a 86% atômico. As composições de liga dos Exemplos 16 a 22 constantes na Tabela 6 têm uma densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,6 T ou mais e coercividade Hc de 20 A/m ou menos. Portanto, uma faixa de 80,8 a 86% atômico determina a faixa de condições para o conteúdo do elemento Fe. É possível obter a densidade de fluxo magnético de saturação do elemento B de 1,7 T ou mais, quando o conteúdo do elemento Fe for 82% atômico ou mais. Por conseguinte, para um certo propósito, tal como transformador ou motor, onde se requer alta densidade de fluxo magnético de saturação Bs, é preferível que o conteúdo de Fe seja 82% atômico ou mais.
[0058] As composições de liga dos Exemplos 23-31 e Exemplos Comparativos 5 e 6 constantes na Tabela 5 correspondem a casos onde o conteúdo do elemento B varia de 4 a 16% atômico e o conteúdo do elemento P varia de 0 a 10% atômico. As composições de liga dos Exemplos 23 a 31 constantes na Tabela 6 têm uma densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,60 T ou mais e coercividade Hc de 20 A/m ou menos. Portanto, uma faixa de 0 a 10% atômico (excluindo zero% atômico) define uma faixa de condições para o conteúdo do elemento P. Pode ser visto que a temperatura de fusão Tm aumenta drasticamente com o conteúdo do elemento B acima de 13% atômico e o conteúdo do elemento P menor que 1% atômico. Ademais, com respeito à formação da tira, o elemento P é essencial, e contribui para reduzir a temperatura de fusão. Portanto, é preferível que o conteúdo do elemento B seja 13% atômico ou menos e o conteúdo do elemento P 1% atômico ou mais. É preferível que o conteúdo do elemento B fique entre 6% e 12% atômico, e o conteúdo do elemento P entre 2% e 8% atômico, para obter ambos - baixo Hc de 10 A/m ou menos e alto Bs de 1,7 T ou mais.
[0059] As composições de liga dos Exemplos 32 a 37 de Exemplos comparativos 7 e 8 na Tabela 6 correspondem aos casos onde o conteúdo de Cu varia de 0 a 2% atômico. As composições de liga dos Exemplos 32 a 37 na Tabela 6 têm uma densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,7 T e coercividade Hc de 20 A/m ou menos. Portanto, uma faixa de 0,5% a 1,2% atômico define uma faixa de condições para o conteúdo do elemento Cu, e se o mesmo estiver acima de 1,5% atômico, a tira começa a se fragilizar, impedindo dobramento de 180o. Por conseguinte, é preferível que o conteúdo do elemento Cu seja 1,5% atômico ou menos.
[0060] Como pode ser visto a partir dos Exemplos constantes na Tabela 7, mesmo com a adição do elemento C, a temperatura de fusão da composição de liga ainda se mantém baixa enquanto ambas - densidade de fluxo magnético de saturação Bs e coercividade Hc - podem ser determinadas para a liga nanocristalina baseada em Fe obtida após tratamento térmico. Como pode ser visto a partir dos Exemplos constantes na Tabela 7, o elemento Fe pode ser substituído por elementos metálicos, tal como, Cr ou Nb, em uma faixa onde a densidade de fluxo magnético de saturação não se reduziu drasticamente.
[0061] Como deve ser entendido a partir das Tabelas 6 a 8, para as composições de liga, de acordo com a presente configuração, é possível obter uma elevada densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,6 T ou mais e baixa coercividade Hc de 20 A/m ou menos, quando as impurezas incluírem Al de 0,5% em peso ou menos, Ti de 0,3% em peso ou menos, Mn de 1,0% em peso ou menos, S de 0,5% em peso ou menos, O de 0,3% em peso ou menos, e N de 0,1% em peso ou menos. Ademais, os elementos Al e Ti contribuem para evitar que grãos de cristal se tornem grosseiros, quando da formação de nanocristais. Portanto, como pode ser visto nos exemplos 33-37, é preferível uma faixa consistindo de Al de 0,1% em peso ou menos e Ti de 0,1% em peso ou menos, na qual a coercividade Hc pode ser reduzida. A densidade de fluxo magnético de saturação é reduzida quando da adição do elemento Mn. Portanto, como pode ser visto nos Exemplos 4042, é preferível que o conteúdo do elemento Mn seja 0,5% em peso ou menos, com a densidade de fluxo magnético de saturação Bs sendo igual a 1,7 T ou mais. As propriedades magnéticas serão excelentes, quando cada um dos conteúdos de elementos S e O forem 0,1% em peso ou menos. Portanto, é preferível que cada um dos conteúdos dos elementos S e O seja 0,1% em peso ou menos. Como pode ser visto a partir dos Exemplos 34-44, é preferível usar um material industrial mais barato em uma faixa consistindo de Al de 0,0004% ou mais, Ti de 0,0003% em peso ou mais, Mn de 0,0001% ou mais, S de 0,0002% em peso ou mais, O de 0,01% em peso ou mais, e N de 0,0002% em peso ou mais, em razão de ser possível reduzir o Hc para obter uma tira homogênea em regime contínuo, e reduzir os custos.
[0062] Como para cada liga nanocristalina baseada em Fe q foi obtida submetendo as composições de liga dos exemplos 16, 17, 19, 21 a tratamento térmico, sua magnetostricção foi determinada pelo método de strain-gage. Em conseqüência, as ligas nanocristalinas baseadas em Fe dos exemplos 16, 17, 19, 21, respectivamente têm uma magnetostricção de saturação de 1,5*10-5, 12*10-6, 14*10-5, e 88*10-6. Por outro lado, a magnetostricção de saturação da liga Fe78P8B10Nb4 do Exemplo Comparativo 3 é 17*10-5 e a magnetostricção de saturação de FeSiB amorfo do Exemplo Comparativo 4 26*10-5. Em comparação, as ligas nanocristalinas baseadas em Fe dos Exemplos 16, 17, 19, 21 têm a magnetostricção de saturação muito pequena. Por conseguinte, as ligas nanocristalinas baseadas em Fe dos Exemplos 16, 17, 19, 21 têm coercividade pequena e baixa perda de núcleo. Assim, a magnetostricção de saturação reduzida contribui para melhorar as propriedades magnéticas macias e suprimir ruído ou vibrações. Por conseguinte, é desejável que a magnetostricção de saturação seja 15*10-6 ou menos.
[0063] Como as ligas nanocristalinas baseadas em Fe são obtidas submetendo as composições de liga dos Exemplos 16, 17, 19, 21 a tratamento térmico, o diâmetro médio de grão de cristal foi calculado por fotografia TEM, que mostrou que as ligas nanocristalinas baseadas em Fe dos Exemplos 16, 17, 19, 21 têm um diâmetro médio de grão de cristal de 22 nm, 17 nm, 18 nm, e 13 nm, respectivamente. Por outro lado, o diâmetro de grão de cristal médio do Exemplo Comparativo 2 é cerca de 50 nm. Em comparação, cada liga nanocristalina baseada em Fe dos Exemplos 16, 17, 19, 21 tem um diâmetro de grão de cristal muito pequeno, de modo que cada uma das ligas nanocristalinas dos Exemplos 16, 17, 19, 21 tenha uma baixa coercividade. Por conseguinte, é desejável um diâmetro médio de grão de cristal de 25 nm ou menos.
[0064] Como deve ser entendido a partir das Tabelas 6 a 8, as composições de liga dos Exemplos 16-59 têm uma diferença de temperatura de inicio de cristalização ΔT= TX2 - TX1 de 70oC ou mais. A composição de liga é submetida a tratamento térmico com uma temperatura de tratamento térmico instantânea máxima na faixa entre a primeira temperatura de início de cristalização TX1 -50oC e segunda temperatura de início de cristalização TX2, de modo que ambas - alta densidade de fluxo magnético de saturação e baixa coercividade - possam ser obtidas, como mostrado nas Tabelas 4 a 6.
[0065] As composições de liga dos Exemplos 43 a 47 constantes na Tabela 7 correspondem a casos onde o conteúdo de Fe (entre 0% e 3% atômico) seja substituído por Cr ou Nb. As composições de liga dos Exemplos 43 a 47 constantes na Tabela 7 têm uma densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,6 T ou mais e coercividade Hc de 20 A/m ou menos. Assim, na faixa, é evitável, que a densidade de fluxo magnético de saturação seja muito reduzida. Um conteúdo de 3% atômico ou menos de Fe pode ser substituído por pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de Ti, Zr, Nb, Ta, Mo, W, Cr, Mn, Ag, Zn, Sn, Bi, Y, Ni, O e elementos de terras raras, para aumentar a resistência à corrosão e ajustar a resistência elétrica.
[0066] Os materiais foram pesados de modo a prover composições de liga de Fe83,8B8Si4P4Cu0,7, e processados pelo método de atomização. Então, como mostrado na figura 2, obteve-se pós esféricos com diâmetro médio de 44 μ. Ademais, os pós obtidos foram classificados na classe de 32 μm ou menos e classe de 20 μm ou menos usando um classificador ultrasonico, se obtendo os pós dos Exemplos 60 e 61 com diâmetro médio de 25 e 16 μm, respectivamente. Os pós dos Exemplos 80 ou 61 foram misturados com resina epóxi, resultando um conteúdo de resina de 4,0% em peso. A mistura passou por de uma peneira de malha de 500 μm, daí, obtendo um pó granulado com diâmetro de 500 μ ou menos. Então, usando uma matriz com diâmetro interno 8 mm e diâmetro externo 13 mm, o pó granulado foi moído em uma condição de pressão superficial de 10.000 kgf/cm2. O corpo moldado, produzido desta forma, foi curado em uma atmosfera de Nitrogênio a 150oC por 2 horas. Ademais, o corpo moldado e o pó foram submetidos um tratamento térmico em uma a atmosfera de Argônio a uma temperatura de 375oC por 20 minutos.
[0067] A liga amorfa Fe-Si-B-Cr e a liga Fe-Si-Cr foram processadas pelo método de atomização, obtendo o pó dos Exemplos Comparativos 14 e 15, respectivamente. O pó de dos Exemplos Comparativos 14 e 15 tinham um diâmetro médio de 20 μm. Estes pós, em seguida, foram processados para serem moldados e endurecidos, como indicado nos Exemplos 60, 61. Os pós e o corpo moldado do Exemplo Comparativo 14 foram submetidos a tratamento térmico em uma atmosfera de Argônio a uma temperatura de 400oC por 30 minutos, sem cristalização. O Exemplo Comparativo 15 foi avaliado sem tratamento térmico.
[0068] As primeira e segunda temperaturas de início de cristalização dos pós destas composições de liga foram determinadas com o aparelho de calorimetria de escaneamento diferencial (DSC). Para os pós da liga antes/ depois de tratamento térmico, a identificação de fase foi determinada pelo método de difração de raio X. As densidades de fluxo magnético de saturação Bs dos pós da liga antes/depois do tratamento térmico foram determinadas com magnetômetro de amostra vibratória (VMS) em um campo magnético de 1000 kA/m. A perda de núcleo de cada corpo moldado que foi submetido um tratamento térmico foi determinada com um analisador de corrente alternada BH com excitação de 30 kHz e 50 mT. Os resultados da medição estão mostrados nas Tabelas 9 e 10. Tabela 9
Ex ExemploEC Exemplo Comparativo. Tabela 10
Ex ExemploEC Exemplo ComparativoTTC tratamento térmico (oC em 10 minutos).
[0069] Como deve ser entendido a partir da figura 3, a composição de liga em pó do Exemplo 60 tem a fase amorfa como fase principal após atomização. Uma fotografia TEM mostra que a composição de liga em pó do Exemplo 61 tem estrutura nano- hetero, que compreende de nanocristais iniciais com diâmetro médio de 5 nm, enquanto a composição de liga tem uma fase amorfa como fase principal. De outro lado, como deve ser entendido a partir da figura 3, a composição de liga em pó dos Exemplos 60 e 61 apresenta fases cristalinas compreendendo estruturas bcc após tratamento térmico. Os diagramas médios dos cristais são 15 e 17 nm, respectivamente. Cada um deles tem nanocristais tendo um diâmetro médio de 25 nm ou menos. Como deve ser entendido a partir das Tabelas 9 e 10, as composições de liga em pó dos Exemplos 60 e 61 apresentam densidade de fluxo magnético de saturação Bs de 1,6 T ou mais. As composições de liga dos Exemplos 60 e 61 têm elevada densidade de fluxo magnético de saturação Bs em comparação com o Exemplo Comparativo 14 (Fe- Si-B-Cr Amorfo) e Exemplo Comparativo 15 (Fe-Si-Cr). Os núcleos de pó formados com os pós dos Exemplos 60 e 61 também têm baixa perda de núcleo em comparação com os Exemplos Comparativos 14 (Fe-Si-B-Cr Amorfo) e 15 (Fe-Si-Cr). Assim, seu uso provê um pequeno componente magnético ou dispositivo de alta eficiência.
[0070] Como descrito, usando material de início, é possível obter uma liga nanocristalina baseada em Fe com melhores propriedades magnéticas macias, e, ao mesmo tempo, permite um processamento mais fácil em razão da baixa temperatura de fusão da composição de liga.
Claims (12)
1. Composição de liga a base de ferro, compreendendo a composição Fe(100-x-z)BxPyCuz, caracterizada pelo fato de ter uma fase amorfa como uma fase principal, sendo que são satisfeitas as seguintes condições 82% < 100-X-Y-Z < 86% atômico, 6% < X < 12% atômico, 2% < Y < 8% atômico e 0,5% < Z < 1,5% atômico,sendo que uma parte do Fe é opcionalmente substituída com pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Cr, Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, Y, N, O e elementos de terras raras;- o total combinado de Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Cr, Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, Y, N, O e elementos de terras raras constituir 3% atômico ou menos em relação à composição inteira; e- o total combinado de Fe, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Cr, Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, Y, N, O e elementos de terras raras constituir 100-X-Y-Z % atômico em relação à composição inteira;sendo que a composição de liga tem uma primeira temperatura de inicio de cristalização (TX1) e uma segunda temperatura de início de cristalização (TX2), a qual tem uma diferença (ΔT= Tx2-Tx1) de 70oC a 200oC.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a razão Z/Y satisfazer a seguinte condição 0,1 < Z/Y < 1,2.
3. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de a composição de liga ter uma forma de tira contínua.
4. Composição, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de a composição de liga ser capaz de ser plana sobre si quando submetida a um teste de dobramento de 180o.
5. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 ou 2, caracterizada pelo fato de a composição de liga ser formada em uma forma de pó.
6. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fato de a composição de liga ter uma temperatura de fusão (Tm) de 1150oC ou menos.
7. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fato de a composição de liga ter uma estrutura nano-hetero a qual compreende nanocristais amorfos e de início existentes no amorfo, sendo que os nanocristais de início têm um diâmetro médio de 0,3 a 10 nm.
8. Método para formar liga nanocristalina baseada em ferro, caracterizado pelo fato de compreender as etapas:- preparar a composição de liga a base de ferro, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, a composição de liga tendo uma primeira temperatura de inicio de cristalização (TX1) e uma segunda temperatura de inicio de cristalização (TX2); e- expor a composição de liga a um tratamento térmico em uma faixa de temperatura de TX1 - 50o C a TX2.
9. Liga nanocristalina baseada em ferro, formada pelo método para formar liga nanocristalina baseada em ferro, conforme definido na reivindicação 8, caracterizada pelo fato de a liga nanocristalina baseada em Fe ter um diâmetro médio de 5 a 25 nm.
10. Liga, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de a liga nanocristalina baseada em ferro ter coercividade de 20 A/m ou menos e densidade de fluxo magnético de saturação de 1,7 T ou mais.
11. Liga, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 e 10, caracterizada pelo fato de a liga nanocristalina baseada em Ferro ter magnetostricção de saturação de 15 x 10-6 ou menos.
12. Componente magnético, caracterizado pelo fato de ser formado a partir da liga nanocristalina baseada em ferro, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 9 a 11.
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