專利名稱:磁性標(biāo)度裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種包括有磁性標(biāo)度裝置的測量系統(tǒng)，更具體涉及與所述磁性標(biāo)度裝置一起使用的一種磁性介質(zhì)的改進(jìn)措施。
眾所周知，利用磁性標(biāo)度裝置來測量長度或角度的測量系統(tǒng)(該系統(tǒng)可適用于數(shù)字顯示裝置)，其特征在于測量的高精度和在不同工業(yè)領(lǐng)域中的適用性。近來，磁性標(biāo)度裝置型的測量系統(tǒng)也在自動控制領(lǐng)域中被廣泛采用。一種帶有上述類型磁性標(biāo)度裝置的測量系統(tǒng)包括有一個(gè)磁性標(biāo)度裝置，其中以規(guī)定間距排列著多個(gè)交流磁化的模塊，還包括一個(gè)可活動的磁頭，該磁頭面對所述多個(gè)交流磁化的模塊中的任何所需的一個(gè)。具有了上述測量系統(tǒng)，不論磁性標(biāo)度裝置或者磁頭固定均可，固定了這個(gè)，則另一個(gè)就連到一個(gè)可動物件上。當(dāng)所述可動物件被移動時(shí)，以磁頭產(chǎn)生的信號便被電處理，由此來測量所述可動物件移動的距離。
與上述磁性標(biāo)度裝置一起使用的磁性介質(zhì)需具有磁性，例如高于300奧斯特的矯頑力(Hc)，以排除外磁場效應(yīng)的影響;還要具有高于1，000高斯的剩磁通密度(Br)，產(chǎn)生較大功率的信號。迄今為止，一種滿足上述磁性要求且具有良好可加工性的磁性介質(zhì)已經(jīng)由以銅、鎳和鐵為基礎(chǔ)的合金制備而成。這種合金材料已經(jīng)按例如以下成分來生產(chǎn)銅占65-75%的重量，鎳占17-30%的重量，鐵占大于5%或更高百分比的重量。
當(dāng)上述合金在約600℃的溫度下承受老化處理時(shí)，其矯頑力增加，而這有助于老化處理之后的冷加工。因此，所述合金提供了易于制成作磁性標(biāo)度裝置用的板材或園桿。盡管如此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述合金仍然具有許多弊端。
本發(fā)明已用實(shí)驗(yàn)的方法發(fā)現(xiàn)以下事實(shí)首先，銅-鎳-鐵合金以鎳作為公共成分的同時(shí)，具有含富銅鎳及鐵鎳的結(jié)構(gòu)。顯然所述銅-鎳結(jié)構(gòu)的銅部份要受到偏析。所述偏析導(dǎo)致已在這種偏析區(qū)穩(wěn)定下來的粒子數(shù)的變化，也就不能保證均勻的磁性，而且導(dǎo)致磁性標(biāo)度裝置的精度下降。結(jié)果，整個(gè)來說所述銅-鎳-鐵合金不能具有均勻的磁性。這一事實(shí)已被本發(fā)明人用實(shí)驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)。所以，消除上述偏析對于上述類型的磁性介質(zhì)非常重要。
其次，銅-鎳-鐵合金具有13.5×10-6-14.0×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。另一方面，為固定上述銅-鎳-鐵合金制的磁性標(biāo)度裝置的支架，通常用的是鐵，鐵具有比所述合金更小的熱膨脹系數(shù)(10.0×10-6-11.0×10-6/℃)。所以，當(dāng)由上述合金組成的磁性標(biāo)度裝置在其兩頭被所述鐵支架固定時(shí)，磁性標(biāo)度裝置會因溫度變化發(fā)生馳垂，或受到張力，由此導(dǎo)致測試儀器誤差。
本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)證明在用具有13.5×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)的銅-鎳-鐵合金制備好一根長度為一米，直徑為2毫米的磁性標(biāo)度裝置的情況下，當(dāng)溫度出現(xiàn)10℃的變化時(shí)，在所述磁性標(biāo)度裝置與具有10.0×10-6/℃熱膨脹系數(shù)的鐵支架間其長度差會有35微米。
第三，銅-鎳-鐵合金具有例如13.000-14，000公斤/毫米2的小楊氏模量。因此，當(dāng)上述磁性標(biāo)度裝置(直徑為2毫米，長度為1米)，由上述銅-鎳-鐵合金制備而成且其兩端由鐵支架固定時(shí)，發(fā)生在磁性標(biāo)度裝置中部的馳垂就變得十分明顯，以致不可忽視。也就是說，在磁頭移動方向上，磁性標(biāo)度裝置嚴(yán)重傾斜。這一弊端也引起測試儀器誤差。
考慮到上述事實(shí)本發(fā)明已被完成，本發(fā)明還用來提供一種不太可能引起上述偏析現(xiàn)象的作磁性標(biāo)度裝置用的磁性介質(zhì)，這種磁性介質(zhì)有助于提高磁性標(biāo)度裝置的測試儀器精度，並可將部件熱膨脹系數(shù)引起的測試儀器誤差減至最小，而且具有高抗磨力。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種用于磁性標(biāo)度裝置的磁性介質(zhì)，所述磁性介質(zhì)由一種以鉻-鈷-鐵為基礎(chǔ)的合金制備而成，該合金的成分是鉻的重量百分比占15-40%，鈷的重量百分比占5-35%，鈦、釩、鋯、鈮、鉬、鎢、錳、鎳、硅、銅、鋅、鍺及鉭其中之一或它們的混合物的重量百分比占0.1-5%，剩余物為鐵。
所述磁性介質(zhì)具有300-1000奧斯特矯頑力Hc、700-1500高斯的剩磁通密度Br，350-600的硬度Hv，9.5-11.5×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)，以及20，000-23，000公斤/毫米2的楊氏模量。
已經(jīng)穩(wěn)定下來的粒子數(shù)在5.4×1014/毫米3與5.1×109/毫米3間的范圍內(nèi)，介入的粒子數(shù)限定為589/毫米2或更少。
本發(fā)明的上述合金(構(gòu)成一種用于磁性標(biāo)度裝置的磁性介質(zhì))具有例如300-1000奧斯特矯頑力Hc和7，000-15，000高斯的剩磁通密度Br的良好磁性。盡管如此，對于被處理的合金來說，應(yīng)注意以下事實(shí)。如果主要成分(鉻、鈷和鐵)中鈷成分重量百分比低于5%，則剩磁通密度Br就要降低;如果鈷成分重量百分比高于35%，則矯頑力減小太多。如果鉻成分重量百分比超過40%，所述合金的剩磁通密度Br則下降;而如果鉻成分重量百分比降到低于15%，所述合金的矯頑力Hc則減小太多。
應(yīng)用上面列出的添加物鈦、釩、鋯、鈮、鉬、鎢、錳、鎳、硅、銅、鋅、鍺及鉭用來提高合金的可加工性。盡管如此，添加非混合形式的鉬會使制得的合金的可加工性變差，所以必須要添加與上述其它添加物混和在一起的鉬。因此，用上述處理方式制備的合金具有適于制作磁性標(biāo)度裝置的磁性(例如矯頑力、磁通密度)。
本發(fā)明的以鉻-鈷-鐵基合金(象上所述那樣制備)具有300-1，000奧斯特矯頑力和7，000-15，000高斯的剩磁通密度，並構(gòu)成與磁性標(biāo)度裝置一起使用的良好磁性介質(zhì)，處理過的合金易于塑性加工和切割，在這點(diǎn)上，作為磁性標(biāo)度裝置用的磁性介質(zhì)，這也是所希望的。
要用作為磁性標(biāo)度裝置的磁性介質(zhì)，被處理過的合金要具有以下特性(1)熱膨脹系數(shù)如前所述，如果磁性標(biāo)度裝置材料和支撐部件(在兩端固定磁性標(biāo)度裝置)材料的熱膨脹系數(shù)有差別，溫度的變化就可能引起磁性標(biāo)度裝置的馳垂，或可能在所述標(biāo)度裝置上施加一個(gè)不必要的張力，由此導(dǎo)致測試儀器誤差。常規(guī)銅-鎳-鐵合金具有13.5×10-6-14.0×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)，該熱膨脹系數(shù)與作為支撐部件的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用鐵的10.0×10-6-11.0×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)差別很大，由此導(dǎo)致明顯的測試儀器誤差。
相反，上述本發(fā)明的鉻-鈷-鐵合金具有范圍在9.0×10-6與13.5×10-6/℃之間的熱膨脹系數(shù)，這使得選擇熱膨脹系數(shù)正好落在所述范圍的鉻-鈷-鐵合金成為可能。也就是說，有可能提供出一種其膨脹系數(shù)與用作磁性標(biāo)度裝置支架的鐵材料的膨脹系數(shù)相適應(yīng)的合金，由此避免了由于磁性標(biāo)度裝置及其鐵支架的熱膨脹系數(shù)的不同所引起的誤差。
在這方面，要注意隨著所述合金熔解后的處理?xiàng)l件，亦即，起始或最終溫度、冷卻速率或老化效應(yīng)，被處理過的合金的熱膨脹系數(shù)會改變。例如，用水從1，000℃的溫度冷卻30分鐘，被處理過的合金顯出13.2×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)，進(jìn)一步冷卻至500℃再承受最后老化處理，被處理過的合金則顯出9.1×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)以每小時(shí)降低13℃的速率從635℃冷卻到500℃時(shí)，被處理過的合金具有10.2×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。所以，合適地選擇上述處理?xiàng)l件，有可能生產(chǎn)一種具有所需熱膨脹系數(shù)的合金。
(2)穩(wěn)定粒子數(shù)本發(fā)明人已用實(shí)驗(yàn)方法證明，由于老化處理而穩(wěn)定下來的粒子數(shù)與磁性標(biāo)度裝置測量誤差的出現(xiàn)密切相關(guān)。已經(jīng)說明不管磁性標(biāo)度裝置包含的穩(wěn)定粒子數(shù)過多或過少，磁性標(biāo)度裝置記錄部分的記錄性能都會受到有害影響。這一事實(shí)清楚地表明，出現(xiàn)在磁性標(biāo)度裝置表面的能量值隨已經(jīng)穩(wěn)定下來的粒子數(shù)而變化，這導(dǎo)致測量誤差?，F(xiàn)在，假設(shè)把測量誤差限定到對每1米磁性標(biāo)度低于±1.0微米，在這種情況下，就需要把可穩(wěn)定下來的粒子數(shù)限定在5.4×1014/毫米3與5.1×109/毫米3間的范圍內(nèi)。盡管如此，可穩(wěn)定下來的粒子數(shù)最好限定在1.4×1014/毫米3與6.2×1010毫米3間的范圍內(nèi)。以上所述鉻-鈷-鐵合金具有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)因?yàn)槔萌诮夂笏M(jìn)行的老化處理限定了可穩(wěn)定的粒子數(shù)，所以有可能利用適當(dāng)選擇所述老化處理?xiàng)l件的辦法控制所述粒子數(shù)。
(3)非金屬雜質(zhì)粒子數(shù)本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)粒子數(shù)(例如與穩(wěn)定粒子共存的非金屬混合物(主要是氧化物))也有改變通量值的作用，而且會降低磁性標(biāo)度裝置記錄部分的記錄性能，由此，有必要盡可能地減少所述雜質(zhì)粒子數(shù)。如果要將磁性標(biāo)度裝置測量誤差在每1米的所述標(biāo)度限定小于±1.0微米，就有必要將雜質(zhì)粒子數(shù)減少至小于589/毫米2，或最好減少至小于152/毫米2;也就是說，盡可能將所述雜質(zhì)粒子數(shù)減小至最低程度。此外，如果要將測量誤差在每1米的磁性標(biāo)度限定小于±1.0微米，則需要把起著會改變通量值作用的雜質(zhì)粒子的尺寸減小到0.1微米-10微米的范圍內(nèi)。
如前所述，當(dāng)構(gòu)成磁性標(biāo)度的一種材料偏析時(shí)，所述材料的磁性質(zhì)就會發(fā)生變化，在所述磁性標(biāo)度裝置單元的偏析部分中會導(dǎo)致產(chǎn)生測試儀器誤差。常規(guī)銅-鎳-鐵合金是富銅鎳和鐵鎳的。銅鎳結(jié)構(gòu)的銅部分常趨向于偏析，由此，也就不能提供一種具有均勻磁性質(zhì)的合金。
相反，已經(jīng)說明，本發(fā)明的鉻-鈷-鐵合金可經(jīng)過充分仔細(xì)的處理，來避免任何結(jié)構(gòu)的偏析。如果要生產(chǎn)一種例如具有長度為1米的磁性標(biāo)度裝置，而且假如需要使由偏析而引起的測試儀器誤差在允許范圍內(nèi)，則需要將偏析程度減小到在10微米以內(nèi)。
(4)楊氏模量當(dāng)一個(gè)長的磁性標(biāo)度裝置在其兩端被固定時(shí)，標(biāo)度裝置的中部便如前所示的那樣受到馳垂，由此，導(dǎo)致測試儀器誤差。所述馳垂的最大程度δ可表達(dá)為δ＝Kl/E
這里，K為一個(gè)常數(shù)l為磁性標(biāo)度裝置的長度E為楊氏模量從以上公式可看出，隨著楊氏模量的增大，最大馳垂度可逐漸減小。另一方面，隨著磁性標(biāo)度裝置長度l的增加，也須增大材料的楊氏模量。
本發(fā)明所述鉻-鈷-鐵合金具有20，000-23，000公斤/毫米2的楊氏模量，所以完全符合上述要求。相反，常規(guī)銅-鎳-鐵合金具有13，000-14，000公斤/毫米2這樣小的楊氏模量，所以不能完全滿足上述要求。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用本發(fā)明的由重量百分比11.5%鈷，重量百分比33%的鉻，重量百分比為0.5%鈦，其余均為鐵組成的本發(fā)明的合金，做成長750毫米，直徑2毫米φ的磁性標(biāo)度裝置，所述的磁性標(biāo)度裝置兩端被固定位時(shí)，所述標(biāo)度裝置中部的最大馳垂度δ為0.55毫米。相反，對由22%鎳，8%鐵，其余為銅(重量百分比)組成的合金以上述相同尺寸作成常規(guī)磁性標(biāo)度裝置，當(dāng)所述常規(guī)磁性標(biāo)度裝置的兩端被固定位時(shí)，此磁性標(biāo)度裝置在中部顯示出的最大馳垂度δ為1.0mm。
如上所述，就矯頑力Hc、剩磁通密度Br、可加工性、熱膨脹系數(shù)、偏析以及楊氏模量而言，已經(jīng)證實(shí)本發(fā)明磁性介質(zhì)適合用于制作作磁性標(biāo)度裝置。此外，被處理過的磁性介質(zhì)具有的優(yōu)點(diǎn)是，鉻-鈷-鐵基合金具有350-600的硬度Hv，此水平高于常規(guī)銅-鎳-鐵基合金的硬度(240-260);而且本處理過的磁性介質(zhì)具有顯著增高的耐磨力，由此，避免了由磨損導(dǎo)致的磁性標(biāo)度裝置與磁頭之間的空隙。
常規(guī)銅-鎳-鐵合金具有480℃的居里點(diǎn)，而且隨著溫度的上升，矯頑力Hc、剩余磁通密度Br下降。相反，本發(fā)明的鉻-鈷-鐵基合金的特征在于具有高于650℃的居里點(diǎn)，而且不會改變磁性(例如溫度高達(dá)450℃，矯頑力Hc、剩磁通密度不變)，于是，由本發(fā)明以鉻-鈷-鐵基合金構(gòu)成的磁性標(biāo)度裝置在提高溫度時(shí)，仍可保持正確測量。
本發(fā)明的鉻-鈷-鐵基合金還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)由于老化處理的結(jié)果可穩(wěn)定的粒子數(shù)和雜質(zhì)粒子數(shù)被限定在預(yù)定范圍內(nèi)，由此把在磁性標(biāo)度裝置材料表面上的通量值的變化減小到最低程度，因而將測量誤差減小到不出現(xiàn)實(shí)際問題的程度。
所附的表1示出6種本發(fā)明的鉻-鈷-鐵基合金的實(shí)例(其中主要成分的含量是可變的)，以及一種參照合金。
表1
參照以上表1，樣品1-4代表本發(fā)明合金。樣品5具有落在本發(fā)明范圍內(nèi)的組份，但熱膨脹系數(shù)卻落在所述范圍之外。樣品6具有略落在所述范圍之外的組份。樣品7或參照合金代表常規(guī)的銅-鎳-鐵基合金。以上表1中所示的7種樣品的特性在以下特性表1和特性表2中示出。
特性表1
特性表2
注意就是當(dāng)一種添加物(例如鈦)變換成另一種添加物時(shí)，所得合金的特性也不會有顯著的差別，因此，基本上提供出同特性表1和表2給出的數(shù)據(jù)一樣。
穩(wěn)定粒子數(shù)(已由大量本發(fā)明進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)確定)與測量精度之間的關(guān)系，放在前面特性表3示出。雜質(zhì)粒子數(shù)與測量精度之間的關(guān)系在特性表4中示出。
特性表權(quán)利要求
1.一種磁性標(biāo)度裝置的磁性介質(zhì)，它包括一種由鉻占重量百分比15-40%，鈷占重量百分比5-35%，鈦、釩、鋯、鈮、鉬、鎢、錳、鎳、硅、銅、鋅、鍺及鉭其中之一或它們的混合物占重量百分比0.1-5%，其它成分為鐵而制備的鉻-鈷-鐵基合金，所述磁性介質(zhì)具有300-1000奧斯特的矯頑力Hc，7000-15000高斯的剩磁通密度Br、350-600的硬度Hv、9.5-11.5×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)，20，000-23，000公斤/毫米2的楊氏模量和范圍在5.4×1014/毫米3與5.1×109/毫米3之內(nèi)的穩(wěn)定粒子數(shù)；尺寸范圍在0.1微米-10微米之間的雜質(zhì)粒子數(shù)是589/毫米2。
2.按照權(quán)利要求
1的磁性介質(zhì)，其特征在于，穩(wěn)定粒子數(shù)范圍在1.4×1014/毫米3和6.2×1010/毫米3之間。
3.按照權(quán)利要求
1的磁性介質(zhì)，其特征在于雜質(zhì)粒子數(shù)是152/毫米2或更少。
4.按照權(quán)利要求
2的磁性介質(zhì)，其特征在于，雜質(zhì)粒子是152/毫米2或更少。
專利摘要
一種測量系統(tǒng)中的磁性標(biāo)度裝置的改進(jìn)介質(zhì)材料由重量百分比為鉻15-40％，鈷5-35％，鈦、釩、鋯、鈮、鉬、鎢、錳、鎳、硅、銅、鋅、鍺及鉭其中之一或它們的混合物0.1-5％，鐵為剩余成分的鉻-鈷-鐵基合金制成；且具有預(yù)定的矯頑力、剩磁通密度、硬度、熱膨脹系數(shù)、楊氏彈性模量、范圍在5.4×10
文檔編號C22C38/30GK86104497SQ86104497
公開日1986年12月31日 申請日期1986年7月4日
發(fā)明者印藤健二, 山河仁 申請人:株式會社測機(jī)舍導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan