RU2187573C2 - Cobalt-base magnetic alloy - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invention relates to cobalt-base magnetically soft alloys with low residual magnetic induction. Cobalt-base alloy of an amorphous structure comprises components in the following ratio, at.-%: iron, 1.65-5; manganese, 2-6; silicon, 2-8; boron, 10-20; cobalt, the balance. The sum of iron and manganese is 4-8 at.-% and the sum of silicon and boron is 16-24 at.-%. Alloy shows the low residual induction, high linearity degree of magnetization curve and magnetic induction value B₈₀₀ above 0.9 Tl. Alloy can be used with the enhanced effectiveness for thermomagnetic treatment in transverse magnetic field. EFFECT: improved properties of alloy. 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к магнитным сплавам на основе кобальта, которые способны иметь низкую остаточную магнитную индукцию. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to magnetic alloys based on cobalt, which are able to have low residual magnetic induction.

Одним из условий применения магнитного сплава в качестве магнитомягкого материала является низкая величина магнитострикции насыщения. Низкую магнитострикцию можно получить в сплаве на основе кобальта, содержащего железо, марганец, кремний и бор [1]. При использовании этого сплава для изготовления записывающих магнитных головок необходимо дополнительно к низкой магнитострикции иметь высокую магнитную индукцию насыщения и высокую магнитную проницаемость. Для этой цели предлагается сплав с аморфной структурой [2], имеющий формулу (Co_aFe_1-a)_100-(b+c)Mn_bB_c-dSi_d, где а=0,96-0,99, b=3-5, с= 16-18, d=2-6, c-d≥10. Сплав указанного выше состава имеет магнитную индукцию насыщения более 1,09 Тл и магнитную проницаемость 5000.One of the conditions for using a magnetic alloy as a soft magnetic material is a low saturation magnetostriction. Low magnetostriction can be obtained in an alloy based on cobalt containing iron, manganese, silicon, and boron [1]. When using this alloy for the manufacture of recording magnetic heads, it is necessary, in addition to low magnetostriction, to have high saturation magnetic induction and high magnetic permeability. For this purpose, an alloy with an amorphous structure [2] is proposed having the formula (Co _a Fe _1-a ) _{100- (b + c)} Mn _b B _cd Si _d , where a = 0.96-0.99, b = 3 -5, s = 16-18, d = 2-6, cd≥10. The alloy of the above composition has a saturation magnetic induction of more than 1.09 T and a magnetic permeability of 5000.

В качестве прототипа сплава с аморфной структурой, способного иметь низкую остаточную магнитную индукцию, выбран сплав [3], состав которого в атомных % можно представить в виде формулы (CO_aNi_bT_cMn_bFe_е)_100-t(Si_xB_yM_z)_t,
где а=0,39-0,99, b=0-0,4, с=0-0,08, d=0,01-0,13, е=0-0,02, d+c=0,01-0,13, a+b+c+d+e= 1, t= 18-35, xt=8-24, yt=4-24, zt=0-8, x+y+z=1, причем группу Т представляют Cr, No, W, V, Nb, Та, Ti, Zr, Hf, а группу М представляют Р, С, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Be. Из анализа формулы сплава-прототипа следует, что нижняя граница содержания никеля, железа и элементов из групп Т и М равны нулю, то есть эти элементы могут отсутствовать в сплаве. Кроме того, минимальное содержание марганца составляет 0,65 ат.%, минимальное содержание кремния - 8 ат.%, а максимальное содержание железа - 1,64 ат.%.As a prototype of an alloy with an amorphous structure that can have a low residual magnetic induction, an alloy [3] was chosen, the composition of which in atomic% can be represented as the formula (CO _a Ni _b T _c Mn _b Fe _e ) _100-t (Si _x B _y M _z ) _t ,
where a = 0.39-0.99, b = 0-0.4, c = 0-0.08, d = 0.01-0.13, e = 0-0.02, d + c = 0 , 01-0,13, a + b + c + d + e = 1, t = 18-35, xt = 8-24, yt = 4-24, zt = 0-8, x + y + z = 1 moreover, the group T is Cr, No, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, and the group M is P, C, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Be . From the analysis of the formula of the prototype alloy, it follows that the lower limit of the content of Nickel, iron and elements from groups T and M are equal to zero, that is, these elements may be absent in the alloy. In addition, the minimum manganese content is 0.65 at.%, The minimum silicon content is 8 at.%, And the maximum iron content is 1.64 at.%.

Сплавы с низкой остаточной магнитной индукцией В_r имеют величину коэффициента прямоугольности петли магнитного гистерезиса К_п=Br/B_s меньше 0,1, причем В_r - остаточная магнитная индукция, В_s - магнитная индукция насыщения. Кривая намагничивания такого сплава имеет линейный характер. При высокой линейности кривой намагничивания отношение максимальной магнитной проницаемости μ_max к начальной магнитной проницаемости μ_н приближается к единице.Alloys with a low residual magnetic induction B _r have a magnitude of the squareness coefficient of the magnetic hysteresis loop K _p = Br / B _s less than 0.1, where B _r is the residual magnetic induction, B _s is the saturation magnetic induction. The magnetization curve of such an alloy is linear. With a high linearity of the magnetization curve, the ratio of the maximum magnetic permeability μ _max to the initial magnetic permeability μ _n approaches unity.

Степень линейности кривой намагничивания также тесно связана с величиной константы магнитной анизотропии К_u, наведенной в процессе термомагнитной обработки в поперечном магнитном поле. При этом, чем выше величина К_u, тем меньше величина начальной магнитной проницаемости μ_н, а величина отношения μ_max/μ_н приближается к единице. Отметим также, что сплавы, способные иметь низкую остаточную магнитную индукцию имеют также высокий коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса К_п>0,9 после отжига в продольном магнитном поле.The degree of linearity of the magnetization curve is also closely related to the magnitude of the magnetic anisotropy constant K _u induced during thermomagnetic processing in a transverse magnetic field. Moreover, the higher the value of K _u , the smaller the value of the initial magnetic permeability μ _n , and the ratio μ _max / μ _n approaches unity. We also note that alloys capable of having a low residual magnetic induction also have a high coefficient of rectangularity of the magnetic hysteresis loop K _n > 0.9 after annealing in a longitudinal magnetic field.

Для получения магнитного сплава с аморфной структурой, который после отжига в поперечном магнитном поле имеет линейную кривую намагничивания, предлагается содержание железа в сплаве иметь в интервале 1,65-5 ат.%. Это позволяет поддерживать на высоком уровне магнитную индукцию насыщения. Железо и марганец в сумме должны составлять 4-8 ат.%, чтобы магнитостриция насыщения была близка к нулю. Для увеличения константы наведенной магнитной анизотропии содержание кремния должно находиться в интервале 2-8 ат.%. Кремний и бор в сумме должны составлять 16-24 ат.%, чтобы сохранить достаточно высокую магнитную индукцию насыщения. Таким образом, предлагается магнитный сплав с аморфной структурой, способный иметь низкую остаточную магнитную индукцию, содержащий кобальт, железо, марганец, кремний и бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%: железо 1,65-5, марганец 2-6, кремний 2-8, бор 10-20, кобальт остальное, причем сумма железа и марганца составляет 4-8 ат.%, а сумма кремния и бора составляет 16-24 ат.%. To obtain a magnetic alloy with an amorphous structure, which after annealing in a transverse magnetic field has a linear magnetization curve, it is proposed that the iron content in the alloy be in the range of 1.65-5 at.%. This allows you to maintain a high level of magnetic induction of saturation. The total amount of iron and manganese should be 4-8 at.%, So that the saturation magnetostriction is close to zero. To increase the induced magnetic anisotropy constant, the silicon content should be in the range of 2-8 at.%. Silicon and boron in total should be 16-24 at.% In order to maintain a sufficiently high saturation magnetic induction. Thus, we propose a magnetic alloy with an amorphous structure, capable of having a low residual magnetic induction containing cobalt, iron, manganese, silicon and boron, characterized in that the alloy contains components in the following ratio, at.%: Iron 1.65-5, manganese 2–6, silicon 2–8, boron 10–20, cobalt is the rest, and the sum of iron and manganese is 4–8 at.%, and the sum of silicon and boron is 16–24 at.%.

Примеры. В индукционной вакуумной печи выплавляли сплавы на основе кобальта, содержащие железо, марганец, кремний и бор. Разливку расплава производили на установке "Сириус 150/0.02М". Толщина полученной аморфной ленты составляла 25 - 30 мкм. Ленту сматывали в тороидальные магнитопроводы с наружным диаметром - 32 мм, внутренним диаметром - 20 мм и высотой - 10 мм. Затем магнитопроводы отжигали при оптимальной температуре. В процессе отжига и охлаждения магнитопроводы находились в поперечном магнитном поле, направленном перпендикулярно торцевой поверхности магнитопровода. В таблице представлены результаты измерения коэффициента прямоугольности петли магнитного гистерезиса К_п= В_r/B₈₀₀, величины магнитной индукции B₈₀₀ при напряженности магнитного поля 800 А/м и отношения μ_max/μ_н. Из таблицы следует, что предложенные сплавы обладают низкой остаточной магнитной индукцией, высокой степенью линейности кривой намагничивания и достаточно высокой магнитной индукцией B₈₀₀ более 0,9 Тл. Во всех сплавах начальная относительная магнитная проницаемость находилась в интервале 1000-2000, что ниже, чем в сплаве-прототипе (более 2000). Это указывает на большую эффективность термомагнитной обработки в поперечном магнитном поле и достижению более высокой наведенной магнитной анизотропии.Examples. In an induction vacuum furnace, cobalt-based alloys containing iron, manganese, silicon and boron were smelted. The melt was cast on the Sirius 150 / 0.02M installation. The thickness of the obtained amorphous tape was 25–30 μm. The tape was wound into toroidal magnetic cores with an outer diameter of 32 mm, an inner diameter of 20 mm and a height of 10 mm. Then the magnetic cores were annealed at the optimum temperature. During annealing and cooling, the magnetic cores were in a transverse magnetic field directed perpendicular to the end surface of the magnetic circuit. The table shows the results of measuring the coefficient of rectangularity of the magnetic hysteresis loop K _p = B _r / B ₈₀₀ , the magnitude of the magnetic induction B ₈₀₀ at a magnetic field of 800 A / m and the ratio μ _max / μ _n . From the table it follows that the proposed alloys have a low residual magnetic induction, a high degree of linearity of the magnetization curve and a sufficiently high magnetic induction B ₈₀₀ more than 0.9 T. In all alloys, the initial relative magnetic permeability was in the range of 1000-2000, which is lower than in the prototype alloy (more than 2000). This indicates a greater efficiency of thermomagnetic treatment in a transverse magnetic field and the achievement of a higher induced magnetic anisotropy.

Источники информации
1. Патент ФРГ 3021536, H 01 F 1/14, С 22 С 19/07, 1980.Sources of information
1. The patent of Germany 3021536, H 01 F 1/14, C 22 C 19/07, 1980.

2. Патент ЕПВ 0088244, С 22 С 1/00, H 01 F 1/14, 1986. 2. Patent EPO 0088244, C 22 C 1/00, H 01 F 1/14, 1986.

3. Патент США 5200002, С 22 С 19/07, H 01 F 1/047, 1993. 3. US patent 5200002, C 22 C 19/07, H 01 F 1/047, 1993.

Claims (1)

Магнитный сплав на основе кобальта с аморфной структурой, способный иметь низкую остаточную магнитную индукцию, содержащий железо, марганец, кремний и бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:
Железо - 1,65-5
Марганец - 2-6
Кремний - 2-8
Бор - 10-20
Кобальт - Остальное
причем сумма железа и марганца составляет 4-8 ат.%, а сумма кремния и бора - 16-24 ат.%.A cobalt-based magnetic alloy with an amorphous structure, capable of having a low residual magnetic induction containing iron, manganese, silicon and boron, characterized in that the alloy contains components in the following ratio, at.%:
Iron - 1.65-5
Manganese - 2-6
Silicon - 2-8
Boron - 10-20
Cobalt - Else
moreover, the sum of iron and manganese is 4-8 at.%, and the sum of silicon and boron is 16-24 at.%.

Images