PL248673B1 - Nanokrystaliczny stop żelaza - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest nanokrystaliczny stop żelaza, który charakteryzuje się tym, że ma skład Fe60Co10Y9Ni1B20, oraz nieuniknione zanieczyszczenia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest nanokrystaliczny stop żelaza mający zastosowanie zwłaszcza w elektronice, elektrotechnice i energetyce.

Materiały wykazujące tak zwane właściwości magnetycznie półtwarde są wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu. Jednym z najbardziej znanych zastosowań tych materiałów są pamięci magnetyczne czyli na przykład twarde dyski. Materiał magnetycznie półtwardy jest stosunkowo łatwo namagnesować i rozmagnesować. Dodatnie namagnesowanie tego materiału oznacza logiczną jedynkę, przeciwne - logiczne zero. Jednakże wartość pola koercji powyżej 1000 A/m uniemożliwia przypadkową utratę danych przez rozmagnesowanie materiału.

Jednym z przedstawicieli magnetyków półtwardych są nanokrystaliczne stopy na osnowie żelaza. Istnieje wiele metod wytwarzania stopów nanokrystalicznych. Materiały tego typu można uzyskać poprzez mechaniczne mielenie krystalicznych bądź amorficznych stopów aż do uzyskania ziaren o odpowiednim wymiarze gwarantującym właściwości magnetycznie półtwarde. Innym sposobem otrzymywania stopów nanokrystalicznych jest obróbka termiczna stopów amorficznych. Obróbka taka może zostać przeprowadzona na różne sposoby, między innymi poprzez wygrzewanie stopu w pobliżu lub nieco poniżej temperatury jego krystalizacji. Jednakże obróbka taka jest trudna do zaplanowania oraz energo i czasochłonna. Istnieje możliwość wytworzenia nanokrystalicznych stopów w jednoetapowym procesie produkcyjnym. Można to wykonać poprzez odlewanie ciekłego stopu do miedzianej formy z odpowiednią szybkością chłodzenia. Odpowiednie zaprojektowanie składu chemicznego i zaplanowanie procesu produkcyjnego umożliwia wytworzenie stopu w objętości którego występują nanokrystaliczne ziarna pożądanych faz.

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

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

Celem wynalazku jest otrzymanie w jednoetapowym procesie masywnego szybkochłodzonego stopu o strukturze nanokrystalicznej, którego właściwości będą charakteryzowały się wartością pola koercji z przedziału 1000 - 10000 A/m, wysoką indukcją nasycenia i dobrą stabilnością temperaturową.

Istotą wynalazku jest nanokrystaliczny stop żelaza charakteryzujący się tym, że ma skład Fe60Co10Y9NhB20, oraz nieuniknione zanieczyszczenia. Nieuniknione zanieczyszczenia są w ilości nie większej 0,09%.

Stop wytworzony został w jednym etapie produkcji. Nie poddano go dodatkowej obróbce umożliwiającej jego nanokrystalizację. Podczas procesu odlewania stop został schłodzony z prędkością około 10² K/s, co przy takiej prędkości powoduje znaczne odprężenie struktury i nadanie stopowi oczekiwanych właściwości. Materiał ze stopu Fe60Co10Y9NhB20 według wynalazku zawiera odpowiednio (atomowo): Fe - 60%; B - 20%; Y - 9%; Co - 10%, Ni - 1% przy dopuszczalnym zanieczyszczeniu max 0,09%.

Zaletą proponowanego stopu według wynalazku w stosunku do wytwarzanych materiałów nanokrystalicznych jest to, że stop o grubości 0,5 mm można wytworzyć w jednym etapie produkcji.

P rz y kła d I

Stop zawiera atomowo Fe - 60%; B - 20%; Y - 9%; Co - 10%, Ni - 1% przy zanieczyszczeniu 0,05%.

Z polikrystalicznych wlewków wytworzonych znanymi sposobami w piecu łukowym w atmosferze ochronnej argonu wykonuje się porcje wsadowe do finalnego wytopu. Próbki nanokrystaliczne o kształtach płytek (0,5 mm grubość) wytwarzane są przy użyciu metody wtłaczania ciekłego stopu do miedzianej formy. Forma jest odpowiednio wydrążona i jest chłodzona wodą. Polikrystaliczny stop jest umieszczany w kwarcowym tyglu o otworze o średnicy 1 mm. Materiał zostaje przetopiony przy użyciu prądów wirowych i zostaje wtłaczany pod ciśnieniem argonu do miedzianej formy. Cały proces odlewania odbywa się w komorze próżniowej w atmosferze ochronnej argonu.

Strukturę stopu badano przy użyciu dyfraktometru rentgenowskiego. Na rysunku zamieszczono zarejestrowany dyfraktogram.

PL 248673 Β1 □ aFe

Fe.Y

eo

100 theta [dog]

Otrzymany stop charakteryzuje się dwufazową strukturą. Stop składa się z matrycy amorficznej o czym świadczy występowanie szerokiego maksimum w zakresie 40 - 50° kąta 2 theta. Ponadto na dyfraktogramie widoczne są refleksy pochodzące od faz krystalicznych: magnetycznie miękkiej aFe oraz magnetyczne półtwardej FesY. Właściwości magnetyczne stopu określono na podstawie analizy statycznej pętli histerezy magnetycznej.

ΠΊ

Wytworzony nanokrystaliczny stop charakteryzuje się wartością pola koercji Hc = 5000 A/m oraz magnetyzacją nasycenia Ms = 1,14 T.

Claims (1)

1. Nanokrystaliczny stop żelaza, znamienny tym, że ma skład FeeoCoioY9NiiB2o, oraz nieuniknione zanieczyszczenia.