專利名稱：高磁導(dǎo)率耐磨合金及其生產(chǎn)方法
本申請(qǐng)是中國(guó)專利申請(qǐng)85106170的分案申請(qǐng)本發(fā)明涉及主要由Ni(鎳)、Nb(鈮)、和Fe(鐵)組成的一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，一種以Ni(鎳)、Nb(鈮)和Fe(鐵)為主要成分并含有至少一種次要成分的合金，該次要成分從下列一組元素中選擇Cr(鉻)、Mo(鉬)、Ge(鍺)、Au(金)、Co(鈷)、V(釩)、W(鎢)、Ta(鉭)、Cu(銅)、Mn(錳)、Al(鋁)、Si(硅)、Ti(鈦)、Zr(鋯)、Hf(鉿)、Sn(錫)、Sb(銻)、Ga(鎵)、In(銦)、Tl(鉈)、Zn(鋅)、Cd(鎘)、稀土元素、鉑系金屬、Be(鈹)、Ag(銀)、Sr(鍶)、Ba(鋇)、B(硼)、P(磷)和S(硫)，以及它們的制造方法。
迄今為此，磁帶錄音機(jī)的錄放磁頭等都工作在交流磁場(chǎng)中，因此要求所使用的磁合金在高頻磁場(chǎng)中具有高有效磁導(dǎo)率和良好的耐磨性，因?yàn)樗鼈兣c滑動(dòng)著的磁帶接觸。近來，用作磁頭的耐磨磁合金有Fe-Si-Al系合金的Sendust(鐵硅鋁磁合金)和MnO-ZnO-Fe2O3合金的Mn-Zn鐵氧體。然而，這些合金的缺點(diǎn)是，它們又硬又脆以致無法鍛造和軋制，而必須采用既費(fèi)力又耗時(shí)的切削和研磨加工方法將其制成磁頭芯，因此這種產(chǎn)品非常昂貴。盡管鐵硅鋁磁合金(Sendust)具有高磁通量密度，但無法將其加工成薄片，因此在高頻磁場(chǎng)中，它存在著有效磁導(dǎo)率較低的缺點(diǎn)。鐵氧體有效磁導(dǎo)率高，但存在飽和磁通量密度(約4，000高斯)低的缺點(diǎn)。另一方面，Ni-Fe系合金的坡莫合金飽和磁通量密度高，然而，它存在著有效磁導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。盡管通過鍛造、軋制或沖壓能夠容易地大量加工坡莫合金，但它也存在著耐磨性低的很大缺點(diǎn)。
本發(fā)明者曾發(fā)現(xiàn)，通過鍛造很容易加工和處理Ni-Fe-Nb系合金和Ni-Fe-Ta系合金，并且它們的硬度和磁導(dǎo)率高，因此很適于用作磁頭的磁合金，并提出專利申請(qǐng)，因而成為美國(guó)專利3，743，550和3，785，880號(hào)。
以后，本發(fā)明者生產(chǎn)了用作磁頭磁合金的Ni-Fe-Nb系和Ni-Fe-Ta系合金薄片。結(jié)果，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大問題，也就是，由于磁帶滑動(dòng)接觸，用薄片制的磁頭的耐磨性顯著地隨生產(chǎn)薄片工藝中的加工和熱處理方式而變化，而薄片的耐磨性有時(shí)顯得十分差，這也取決于加工和熱處理方式。
本發(fā)明的目的是，消除或減輕上述先有技術(shù)的缺點(diǎn)、缺陷和問題。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種不同于先有合金的高磁導(dǎo)率耐磨合金。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這些目的。
為了仔細(xì)研究Ni-Fe-Nb系和Ni-Fe-Ta系合金上述問題的原因，本發(fā)明者對(duì)這些合金的磨損或磨蝕現(xiàn)象進(jìn)行了一系列的系統(tǒng)研究。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這些合金的磨損并不首先決定于它們的硬度，而是與取決于這些合金薄片生產(chǎn)方式的再結(jié)晶織構(gòu)密切有關(guān)。
盡管眾所周知，一種合金的磨損現(xiàn)象取決于合金的晶體取向，并且在合金內(nèi)存在著晶體的各向異性特性，本發(fā)明者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在Ni-Fe-Nb系和Ni-Fe-Ta系合金中，合金易于沿｛110｝<001>晶向磨損，而由于<112>取向的某種旋轉(zhuǎn)引起的｛110｝<112>和｛311｝<112>晶向能提供極好的耐磨性。換言之，本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過形成｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，能夠明顯地提高Ni-Fe-Nb系和Ni-Fe-Ta系合金的耐磨性。
為了得到Ni-Fe-Nb系和Ni-Fe-Ta系合金的｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，本發(fā)明者進(jìn)行了許多基于上述發(fā)現(xiàn)的研究。
盡管已經(jīng)知道，在冷軋以后，在Ni-Fe系二元合金中將形成｛110｝<112>+｛112｝<111>加工聚集(worked aggregated)晶體織構(gòu)，該晶體織構(gòu)的高溫?zé)崽幚硎梗?00｝<001>再結(jié)晶織構(gòu)得以發(fā)展，本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將Nb和(或)Ta加入Ni-Fe系二元合金，[借此降低堆垛層錯(cuò)能(stacking fault energy)]，以至少約50%的加工率冷加工該合金，以及在不低于約900℃的高溫下加熱冷加工了的合金，能夠有效地形成｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，從而顯著地提高耐磨性。
通過將Nb和(或)Ta加入Ni-Fe系二元合金可改進(jìn)合金的電阻率，并且合金的晶粒變細(xì)，因而交流磁場(chǎng)中的渦流損失減少，使合金的有效磁導(dǎo)率增加。
總而言之，通過將Nb和(或)Ta加入Ni-Fe系合金可很好地發(fā)展合金的｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，極大地增加合金的有效磁導(dǎo)率，從而能夠得到極好的高磁導(dǎo)率耐磨合金。
為了按照本發(fā)明生產(chǎn)合金，在真空、空氣、或最好是在非氧化氣氛(例如氫、氬、氮等)中，用合適的熔化爐熔化適量的混合物或合金，該混合物或合金包含約60-90%(按重量)的Ni、約0.5-14%(按重量)的Nb和余量的Fe。另一方案是，還給上述熔體加入至少一種次要成分，該次要成分從下列各組元素中選擇各自不超過約7%(按重量)的Cr、Mo、Ge和Au，各自不超過約10%(按重量)的Co和V，不超過約15%(按重量)的W，不超過約20%(按重量)的Ta，各自不超過25%的Cu和Mn，各自不超過約5%(按重量)的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl(鉈)、Zn、Cd、稀土元素和鉑系元素，各自不超過約3%(按重量)的Be、Ag、Sr和Ba，各自不超過約1%的B和P以及不超過約0.1%(按重量)的S。次要成分的總和約為0.01-30%(按熔體總重量)。如果需要，將適量的C、Mg和(或)Ca[各自為0.3%(按重量)或更少]加入熔體，以增進(jìn)冷卻熔體或鑄塊的可鍛性和加工性。將所得混合物的熔體充分?jǐn)嚢?，以得到均勻成分的熔融合金?br> 然后將熔融合金澆注到適當(dāng)形狀和大小的鑄模內(nèi)，以得到有用的鑄塊。在高溫將鑄塊熱軋或鍛造成適當(dāng)?shù)男螤?例如棒或片)，如果需要，進(jìn)行退火。然后通過例如冷軋(加工率至少約50%)，將適當(dāng)形狀的鑄塊冷加工成所希望的形狀，例如厚度為0.1毫米的薄片。將薄片沖孔加工成外徑為45毫米、內(nèi)徑為33毫米的環(huán)狀片。在真空、空氣、或非氧化氣氛中(例如氫、氬、氮等)和至少約900℃和低于環(huán)狀片熔點(diǎn)溫度下，將環(huán)狀片形狀的合金加熱適當(dāng)時(shí)間，然后從等于或高于合金的有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)(約600℃)的溫度，以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)的適當(dāng)冷卻速率，將其冷卻到室溫。另一種方法是，將冷卻了的合金再加熱到等于或低于合金轉(zhuǎn)變的溫度約1分-100小時(shí)(取決于合金成分)，然后冷卻到室溫。
用這種方法，得到了｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的高磁導(dǎo)率的極其耐磨的合金，它具有至少約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率和不低于約4，000高斯的磁通量密度。
為了更好地理解本發(fā)明，請(qǐng)參考附圖，其中

圖1是表示79.5%Ni-Fe-Nb系合金的Nb量和合金特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖2是表示79.5%Ni-Fe-7%Nb系合金的冷加工率和包括合金再結(jié)晶織構(gòu)特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖3是表示79.5%Ni-Fe-7%Nb系合金的加熱溫度和包括合金再結(jié)晶織構(gòu)特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖4是表示79%Ni-Fe-3.5%Nb系合金(No.15合金)、79.5%Ni-Fe-7%Nb系合金(No.23合金)和82.5%Ni-Fe-5%Nb系合金(No.38合金)的冷卻速率和合金有效磁導(dǎo)率(具有再加熱時(shí)間及溫度參量)之間關(guān)系的特征曲線;
圖5是表示79%Ni-Fe-Nb-Ta系合金的Nb+Ta量和包括合金再結(jié)晶織構(gòu)特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖6是表示79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta系合金的冷加工率和包括合金再結(jié)晶織構(gòu)特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖7是表示79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta系合金的加熱溫度和包括合金再結(jié)晶織構(gòu)特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖8是表示80.3%Ni-Fe-2%Nb-2%Ta-3%Ge系合金(No.263合金)、79.5%Ni-Fe-5%Nb-3%Ta-2%Mo系合金(No.257合金)和79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta系合金(No.227合金)的冷卻速率和合金的有效磁導(dǎo)率(具有再加熱溫度、時(shí)間參量)之間關(guān)系的特征曲線;
圖9是表示添加了Cr、Mo、Ge、Au或Co的79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta系合金的各元素量和合金特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖10是表示添加了V、W、Cu或Mn的79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta系合金的各元素量和合金特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖11是表示添加了Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In或Tl的79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta系合金的各元素量和合金特性之間關(guān)系的特征曲線;
圖12是表示添加了Zn、Cd、La、Pt、Be、Ag、Sr、Ba、P、S或B的79%Ni-Fe-5%Nb-5%Ta系合金的各元素量和合金特性之間關(guān)系的特征曲線。
更詳細(xì)地參看圖1，特征曲線表示79.5%(按重量)Ni-Fe-Nb系合金的Nb量和有效磁導(dǎo)率μe、磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]和再結(jié)晶織構(gòu)堆垛度(stacking degree)(用任意標(biāo)尺表示)特性之間的關(guān)系，上述合金是經(jīng)冷軋(加工率為98%)、加熱(在1150℃)和冷卻(冷卻速率為1000℃/小時(shí))而得到的。
如果進(jìn)行冷軋加工，在Ni-Fe-Nb系合金中將產(chǎn)生｛110｝<112>+｛311｝<112>加工聚集(worked aggregated)晶體織構(gòu)。如果將冷加工過的合金加熱到高溫，將產(chǎn)生｛100｝<001>和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)。如果將Nb加入Ni-Fe系合金以形成Ni-Fe-Nb系合金，冷加工和熱處理合金中將難于形成｛100｝<001>再結(jié)晶織構(gòu)，然而在合金中卻發(fā)展了｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)而且合金的磨損下降。由于添加Nb，增加了合金的有效磁導(dǎo)率。如果Nb量小于0.5%(按重量)，添加Nb的影響小，如果Nb量超過14%(按重量)，合金的可鍛性和加工性將變壞，因此約0.5-14%(按重量)的Nb量范圍是可取的。
更詳細(xì)地參看圖2，特征曲線表示79.5%(按重量)Ni-Fe-7%(按重量)Nb合金的冷加工率(用%表示)和有效磁導(dǎo)率μe、磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]或再結(jié)晶織構(gòu)堆垛度(用任意標(biāo)尺表示)之間的關(guān)系，上述合金是經(jīng)加熱(在1150℃溫度)和冷卻而得到的。合金冷加工率的增加引起合金中｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)發(fā)展，提高或改進(jìn)合金的有效磁導(dǎo)率。當(dāng)冷加工率至少約50%時(shí)，這種現(xiàn)象特別顯著。
更詳細(xì)地參看圖3，特征曲線表示79.5%(按重量)Ni-Fe-7%(按重量)Nb合金的加熱溫度和有效磁導(dǎo)率μe、磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]或再結(jié)晶織構(gòu)堆垛度(用任意標(biāo)尺表示)之間的關(guān)系，上述合金是經(jīng)冷軋(加工率為98%)和加熱而得到的。通過提高加熱溫度，｛112｝<111>成份下降，并發(fā)展｛110｝<112>+｛311｝<112>織構(gòu)，從而提高了合金的耐磨性和有效磁導(dǎo)率。在加熱溫度為約900℃或更高溫度時(shí)，這種現(xiàn)象特別顯著。
更詳細(xì)地參看圖4，特征曲線表示79%(按重量)Ni-Fe-3.5%(按重量)Nb合金(No.15合金)、79.5%(按重量)Ni-Fe-7%(按重量)Nb合金(No.23合金)和82.5%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-3%(按重量)Cr合金(No.38合金)的冷卻速率和有效磁導(dǎo)率之間的關(guān)系。上述合金是經(jīng)冷加工、加熱和冷卻而得到的。在附圖中，有效磁導(dǎo)率值(用符號(hào)“X”表示)代表那些經(jīng)再加熱和冷卻的合金的值。從附圖可見，最佳冷卻速率、最佳再加熱溫度和最佳再加熱時(shí)間取決于合金成分。
更詳細(xì)地參看圖5，特征曲線表示79%(按重量)Ni-Fe-Nb-Ta系合金(其中重量比Nb∶Ta＝1∶1)的等重量的Nb和Ta之和與有效磁導(dǎo)率μe、磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]和再結(jié)晶織構(gòu)堆垛度(用任意標(biāo)尺表示)之間的關(guān)系。上述合金是經(jīng)冷軋(加工率為90%)、再加熱(1100℃)和冷卻(冷卻速率為800℃/小時(shí))而得到的。雖然，當(dāng)進(jìn)行了冷軋加工時(shí)，在Ni-Fe-Nb-Ta系合金中將產(chǎn)生｛110｝<112>+｛112｝<111>加工聚集晶體織構(gòu)，當(dāng)進(jìn)行了高溫加工時(shí)，在合金中將產(chǎn)生｛100｝<001>和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，如果添加Nb和Ta生產(chǎn)合金，將妨礙形成｛100｝<001>再結(jié)晶織構(gòu)，而使｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)得以發(fā)展，同時(shí)磨損量減少。通過增加Nb和Ta，增加合金的有效磁導(dǎo)率。如果Nb和Ta的總和小于0.5%(按重量)，添加Nb+Ta的影響小，如果Nb+Ta總和超過約20%(按重量)，合金的可鍛性和加工性將變壞，因此Nb+Ta總和范圍約0.5-20%(按重量)是可取的。
更詳細(xì)地參考圖6，特征曲線表示79%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-5%(按重量)Ta合金的冷加工率(用%表示)和磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]和再結(jié)晶織構(gòu)堆垛度(用任意標(biāo)尺表示)之間的關(guān)系。上述合金是經(jīng)冷加工和加熱(在1100℃)而得到的。冷加工率的增加促進(jìn)｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的發(fā)展，改善合金的耐磨性和提高有效磁導(dǎo)率。在至少約50%的加工率時(shí)，這種現(xiàn)象特別顯著。
更詳細(xì)地參看圖7，特征曲線表示79%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-5%(按重量)Ta合金的加熱溫度和有效磁導(dǎo)率μe、磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]和再結(jié)晶織構(gòu)堆垛度(用任意標(biāo)尺表示)之間的關(guān)系。上述合金是經(jīng)冷軋(冷加工率為85%)和加熱(各種溫度)而得到的。通過提高加熱溫度，｛112｝<111>織構(gòu)減少，｛110｝<112>+｛311｝<112>織構(gòu)得以發(fā)展，以增加合金的耐磨性和提高有效磁導(dǎo)率。在加熱溫度大約900℃或更高時(shí)，這種現(xiàn)象特別顯著。
更詳細(xì)地參看圖8，特征曲線表示80.3%(按重量)Ni-Fe-2%(按重量)Nb-2%(按重量)Ta-3%(按重量)Ge合金(No.263合金)、79.5%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-3%(按重量)Ta-2%(按重量)Mo合金(No.257合金)和79%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-5%(按重量)Ta合金(No.227合金)的有效磁導(dǎo)率μe和冷卻速率之間的關(guān)系，上述合金是經(jīng)冷加工和加熱(在相應(yīng)的溫度和時(shí)間)而得到的。在附圖中，符號(hào)“X”表示合金的有效磁導(dǎo)率值，該合金經(jīng)過附圖所示再加熱溫度和時(shí)間的處理?？梢钥闯?，存在著最佳冷卻速率、最佳再加熱溫度和最佳再加熱時(shí)間。
更詳細(xì)地參看圖9，特征曲線表示加入了次要成分的79%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-5%(按重量)Ta合金的Cr、Mo、Ge、Au或Co次要成分添加量和磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]或有效磁導(dǎo)率μe之間的關(guān)系。通過添加次要成分，所有合金的有效磁導(dǎo)率都增加了，并降低了合金的磨損量。然而，如果Cr、Mo、Ge或Au的量大于約7%(按重量)，飽和磁通量密度將小于約4，000高斯，因此該成分大于約7%(按重量)是不可取的。Co的添加量大于約10%(按重量)也是不可取的，因?yàn)轭B磁被增加將使由于磁頭磁化而引起的噪聲增加。
更詳細(xì)地參看圖10，特征曲線表示添加了次要成分的79%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-5%(按重量)Ta合金的V、W、Cu或Mn次要成分添加量和有效磁導(dǎo)率μe或磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]之間的關(guān)系。通過添加V、W、Cu或Mn，增加了合金的有效磁導(dǎo)率，同時(shí)降低了合金的磨損量。然而，V的添加量大于約10%(按重量)、W的添加量大于約15%(按重量)、Cu或Mn的添加量大于約25%(按重量)是不可取的，因?yàn)轱柡痛磐棵芏葘⑿∮诩s4，000高斯。
更詳細(xì)地參看圖11，特征曲線表示Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In或Tl次要成分量和有效磁導(dǎo)率μe或磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]之間的關(guān)系。通過添加Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In或Tl，增加了合金的有效磁導(dǎo)率，同時(shí)降低了合金的磨損量。然而，如果Si、Ti、Zr、Hf、Ga、In或Tl的添加量大于約5%(按重量)，飽和磁通量密度將小于約4，000高斯，因此是不可取的。Al、Sn或Sb的添加量大于約5%(按重量)也是不可取的，因?yàn)楹辖饘⒆兊秒y于鍛造。
更詳細(xì)地參看圖12，特征曲線表示添加了次要成分的79%(按重量)Ni-Fe-5%(按重量)Nb-5%(按重量)Ta合金的Zn、Cd、La、Pt、Be、Ag、Sr、Ba、P、S或B次要成分量和有效磁導(dǎo)率μe或磁頭磨損量A[用μm(微米)表示]之間的關(guān)系。通過添加次要成分，增加了合金的有效磁導(dǎo)率，同時(shí)降低了合金的磨損量。然而，添加大于約5%(按重量)的Zn、Cd、La和Pt，或者添加大于約3%(按重量)的Be、Sr或Ba是不可取的，因?yàn)轱柡痛磐繉⑿∮诩s4，000高斯，添加大于約3%(按重量)的Ag、大于約1%(按重量)的P或B或者大于約0.1%(按重量)的S也是不可取的，因?yàn)殄懺旒庸ず辖饘⒆兊美щy。
在本發(fā)明中，為了形成｛110｝<112>+｛112｝<111>冷加工聚集(cold worked aggregated)晶體織構(gòu)和發(fā)展基于｛110｝<112>+｛112｝<111>織構(gòu)的｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，合金的冷加工是必需的或必不可少的。從圖1、2、5和6看出，當(dāng)Nb或Nb+Ta之和大于約0.5%(按重量)時(shí)，特別是合金經(jīng)冷加工(冷加工率至少約50%)后，｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的發(fā)展是顯著的，并大大提高了合金的耐磨性和有效磁導(dǎo)率。
在本發(fā)明中，為了均勻合金晶體織構(gòu)，消除冷加工引起的應(yīng)力和發(fā)展｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，以便得到高有效磁導(dǎo)率和極好的耐磨性，在冷加工后進(jìn)行加熱是必需的。特別從圖3和7看出，將冷加工過的合金加熱到至少約900℃(最好在合金熔點(diǎn)以下)溫度，顯著地提高了合金的有效磁導(dǎo)率和耐磨性。
如果重復(fù)上述冷加工和隨后的將合金加熱到至少約900℃(在合金熔點(diǎn)以下)溫度，可有效地增加｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的堆垛度和合金的耐磨性。通過重復(fù)加熱和冷卻，即令最終冷加工的加工率低于50%，也能獲得｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，因此這種重復(fù)情況也屬于本發(fā)明的技術(shù)原理范圍之內(nèi)。本發(fā)明的冷加工率系指整個(gè)生產(chǎn)過程中一次或兩次冷加工的總計(jì)，不是僅僅指在最終冷卻步驟中的冷加工率。
雖然合金從約900℃或更高(在合金熔點(diǎn)以下)溫度冷卻到合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)(約600℃)以上溫度的冷卻對(duì)合金的磁性并沒有很大影響(不管冷卻是淬火還是退火)，從圖4和8可見，轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下的冷卻速率對(duì)合金的磁性卻有很大影響。也就是說，通過約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)范圍的冷卻速率，將合金從低于轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度冷卻到室溫，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)合金基體中的有序度，以提供極好的合金磁性。如果以稍大于約100℃/秒上述冷卻速率范圍內(nèi)的冷卻速率迅速冷卻合金，合金內(nèi)的有序度變小。如果以大于上述的冷卻速率更快地冷卻合金，有序度并不增加，并且晶體的規(guī)律性將更差，使合金的磁性變壞。然而，如果在等于或低于合金轉(zhuǎn)變點(diǎn)的約200-600℃溫度將這種低有序度的合金再加熱約1分-100小時(shí)(取決于合金的成分)，將促使合金中的有序度達(dá)到適當(dāng)規(guī)律性，以改善合金的磁性。另一方面，如果從等于或高于轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度，以緩慢的小于約1℃/小時(shí)的冷卻速率使合金退火，將促使合金中的有序度過量，以致合金的磁性變壞。
最好在含氫的氣氛中進(jìn)行上述加熱和再加熱，因?yàn)檫@對(duì)增加合金的有效磁導(dǎo)率特別有效。
本發(fā)明合金成分限制為含約60-90%(按重量)Ni、約0.5-14%(按重量)Nb或約0.5-20%(按重量)Nb+Ta[按Nb約≤14%(按重量)理解]和余量的Fe;并將次要成分限制為約0.01-30%(按重量)，至少一種從下列各組元素中選擇的次要成份各自約7%(按重量)或更少的Cr、Mo、Ge和Au，各自約10%(按重量)或更少的Co和V，約15%(按重量)或更少的W，約20%(按重量)或更少的Ta，各自約25%(按重量)或更少的Cu和Mn，各自約5%(按重量)或更少的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑系元素，各自約3%(按重量)或更少的Be、Ag、Sr和Ba，各自約1%(按重量)或更少的B和P和約0.1%(按重量)或更少的S，限制的原因在于，在上述成分范圍以外的合金的磁性或耐磨性很差，但是，如同以后將敘述的一些實(shí)例、附圖和表4、5中表示的那樣，在上述成分范圍以內(nèi)的合金具有至少約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率、至少約4，000高斯的飽和磁通量密度、｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)和極好的耐磨性。
如果Nb或Nb+Ta之和小于約0.5%(按重量)，｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)發(fā)展不充分，以致合金的耐磨性很差。如果Nb大于約14%(按重量)或Nb+Ta之和大于約20%(按重量)，合金鍛造將變得困難。并且飽和磁通量密度將小于約4，000高斯。
本發(fā)明合金具有至少約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率、至少約4，000高斯的良好飽和磁通量密度、極好的耐磨性和極好的加工性，上述本發(fā)明合金有以下成分約60-90%(按重量)Ni、約0.5-14%(按重量)Nb或約0.5-20%(按重量)Nb+Ta之和[按Nb約為14%(按重量)或更少理解]和余量的Fe。如果給合金還添加以下至少一種次要成分Cr、Mo、Ge、Au、W、Ta、V、Cu、Mn、Al、Zr、Si、Ti、Hf、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素、鉑系元素、Be、Ag、Sr、Ba、B、P和S等等，通常將顯著增加合金的有效磁導(dǎo)率。如果給合金添加Co，將提高合金的飽和磁通量密度。如果給合金添加至少一種Au、Mn、Ti、Co、稀土元素、鉑系元素、Be、Sr、Ba和B，將改善合金的可鍛性和加工性。如果給合金添加至少一種Al、Sn、Sb、Au、Ag、Ti、Zn、Cd、Be、P、S和V，將發(fā)展｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，大大地改進(jìn)合金的耐磨性。
本發(fā)明合金易于鍛造和熱加工。此外，它還有｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)，因此它具有極好的耐磨性、至少約4，000高斯的優(yōu)良飽和磁通量密度和至少約3，000(在1千赫)的高有效磁導(dǎo)率。因此，該合金很適于作為要求耐磨性和高磁導(dǎo)率的磁錄放設(shè)備的磁頭和一般電磁設(shè)備和裝置的磁性材料。
最佳實(shí)例說明下文將參照一些實(shí)例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，然而，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)例。在以下一些實(shí)例中，合金成分的全部%都以重量表示，另有說明者除外。
實(shí)例1制備一種組成為Ni＝79.5%、Nb＝7%和Fe＝其余部分的合金(No.23合金)。
使用純度為99.8%的電解鎳、純度為99.9%的電解鐵和純度為99.8%的鈮金屬作為原材料。為制備試樣，將總重量為800克的原材料投入氧化鋁坩堝，在高頻感應(yīng)電爐內(nèi)進(jìn)行真空熔化，攪拌以得到均勻的熔融合金。將熔體澆注到模槽直徑為25毫米、高為170毫米的鑄模內(nèi)。在約1100℃溫度鍛壓所得之合金鑄塊，以得到厚度為7毫米的薄板。在約900-1200℃溫度熱軋上述薄板，以得到適當(dāng)?shù)暮穸?，隨后在環(huán)境溫度以不同加工率，將其冷軋成0.1毫米厚的薄片。然后，將薄片沖孔加工成外徑為45毫米、內(nèi)徑為33毫米的環(huán)狀片。
此后，用不同的熱處理方法處理環(huán)狀片，以生產(chǎn)磁頭芯。測(cè)量熱處理過的薄片磁性，同時(shí)在80%濕度和40℃溫度，用CrO2磁帶在其上運(yùn)行200小時(shí)，用Talisurf表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量磁頭芯的磨損量。結(jié)果示于表1。
表1冷加工和熱處理 有效磁 飽和磁通量 矯頑磁力 磨損量導(dǎo)率μe 密度Bs(G) Hc(Oe) A(μm)(高斯) (奧斯特)冷軋(加工率25%)加熱(在氫氣中，1150℃，2小時(shí)) 10，000 6，750 0.0320 135冷卻(速率1000℃/小時(shí))冷軋(加工率70%)加熱(在氫氣中，1150℃，2小時(shí)) 16，700 6，780 0.0195 42冷卻(速率1000℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，700℃，3小時(shí)) 1，500 6，730 0.3300 130冷卻(速率1000℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，
1000℃，2小時(shí)) 13，100 6，770 0.0210 45冷卻(速率1000℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，1150℃，2小時(shí)) 18，000 6，800 0.0180 31冷卻(速率1000℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，1250℃，1小時(shí)) 17，500 6，790 0.0190 25冷卻(速率1000℃/小時(shí))冷軋(加工率99%)加熱(在氫氣中，1150℃，1小時(shí)) 18，300 6，800 0.0170 31冷卻(速率1000℃/小時(shí))
實(shí)例2制備一種組成為Ni＝79%、Nb＝5%、Ta＝5%和Fe＝其余部分的合金(No.227合金)。
使用與實(shí)例1相同純度的鎳、鐵和鈮以及純度為99.8%的鉭作為原材料。從原材料，通過實(shí)例1類似的方法制備環(huán)狀片試樣，用不同的熱處理方法處理冷加工(使用不同冷加工率)過的環(huán)狀片試樣，以生產(chǎn)磁頭芯。測(cè)量熱處理過的薄片磁性，同時(shí)在80%濕度和40℃溫度，用CrO2磁帶在其上運(yùn)行200小時(shí)，測(cè)量磁頭芯的磨損量。結(jié)果示于表2。
表2冷加工和熱處理 有效磁 飽和磁通量 矯頑磁力 磨損量導(dǎo)率μe 密度Bs(G) Hc(Oe) A(μm)冷軋(加工率30%)加熱(在氫氣中，1150℃，2小時(shí)) 28，000 6，030 0.0124 110冷卻(速率20℃/小時(shí))冷軋(加工率70%)加熱(在氫氣中，1150℃，2小時(shí)) 30，900 6，040 0.0081 25冷卻(速率20℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，800℃，3小時(shí)) 24，500 6，030 0.0142 105冷卻(速率20℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，1000℃，3小時(shí)) 32，600 6，040 0.0050 15
冷卻(速率20℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，1150℃，2小時(shí)) 38，400 6，050 0.0032 13冷卻(速率20℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，1250℃，1小時(shí)) 37，500 6，050 0.0044 12冷卻(速率20℃/小時(shí))冷軋(加工率98%)加熱(在氫氣中，1350℃，2小時(shí)) 36，200 6，040 0.0063 10冷卻(速率20℃/小時(shí))
實(shí)例3制備一種組成為Ni＝80.1%、Nb＝7%、P＝0.2%、S＝0.05%、Mo＝2%和Fe＝其余部分的合金(No.182合金)。
使用與實(shí)例1相同純度的鎳、鐵和鈮以及純度為99.8%的鉬、磷含量為25%的磷鐵合金和硫含量為25%的硫化鐵作原材料，從原材料，通過實(shí)例1類似的方法制備環(huán)狀片試樣。用不同的熱處理方法處理冷加工(使用不同冷加工率)過的環(huán)狀片試樣，以生產(chǎn)磁頭芯。測(cè)量熱處理過的薄片磁性，同時(shí)在80%濕度和40℃溫度，用CrO2磁帶在其上運(yùn)行200小時(shí)，測(cè)量磁頭芯的磨損量。結(jié)果示于表3。
典型合金的特性示于以下表4和表5。
表3冷加工和熱處理 有效磁 飽和磁通量 矯頑磁力 磨損量導(dǎo)率μe 密度Bs(G) Hc(Oe) A(μm)冷軋(加工率30%)加熱(在氫氣中，1100℃，2小時(shí)) 21，200 5，900 0.0152 115冷卻(速率50℃/小時(shí))冷軋(加工率70%)加熱(在氫氣中，1100℃，2小時(shí)) 23，700 5，910 0.0124 23冷卻(速率50℃/小時(shí))冷軋(加工率95%)加熱(在氫氣中，800℃，3小時(shí)) 13，600 5，890 0.0530 125冷卻(速率50℃/小時(shí))冷軋(加工率95%)加熱(在氫氣中，1000℃，3小時(shí)) 25，100 5，910 0.0100 17
冷卻(速率50℃/小時(shí))冷軋(加工率95%)加熱(在氫氣中，1100℃，2小時(shí)) 26，800 5，930 0.0095 15冷卻(速率50℃/小時(shí))冷軋(加工率95%)加熱(在氫氣中，1250℃，1小時(shí)) 26，500 5，930 0.0098 12冷卻(速率50℃/小時(shí))冷軋(加工率95%)加熱(在氫氣中，1350℃，2小時(shí)) 25，200 5，920 0.0110 11冷卻(速率50℃/小時(shí))
從上述詳細(xì)說明已清楚表明，本發(fā)明合金具有極好的耐磨性、至少約4，000高斯的良好飽和磁通量密度、至少約3，000(在1千赫)的高有效磁導(dǎo)率和低矯頑磁力，因此它不僅很適于用作要求極好耐磨性和極好高磁導(dǎo)率的磁錄放設(shè)備磁頭的殼體和芯體的磁合金，還很適于用作一般電磁設(shè)備和裝置的磁性材料。此外，本發(fā)明合金易于鍛造或熱加工。因此，本發(fā)明在工業(yè)上極為有用。
盡管已用一些數(shù)據(jù)和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，那些精通本行技術(shù)的人員當(dāng)然很清楚，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)例。在不違反附加權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的主要方面和范圍的條件下，許多變化和修正是可能做到的。
權(quán)利要求
1.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，該合金的基本組成如下(按重量)約60-90%Ni、約0.5-14%Nb，余量為Fe，其特征在于該合金是用下述方法制造的以至少約50%的加工率冷加工該合金，在不低于約900℃并低于合金熔點(diǎn)的溫度條件下加熱冷加工了的合金，隨后以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金的成分)的冷卻速率將加熱了的合金從高于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度冷卻到室溫，借此獲得具有不低于約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率、不低于約于4，000高斯的飽和磁通量密度和{110}<112>+{311}<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金。
2.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，該合金的基本組成(按重量)為約60-90%Ni、約0.5-14%Nb和余量的Fe，其特征在于該合金是用下述方法制造的以至少約50%的加工率冷加工該合金，在不低于約900℃并低于合金熔點(diǎn)的溫度加熱該冷加工了的合金，隨后以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金的成分)的合適冷卻速率從高于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度冷卻加熱了的合金，將冷卻了的合金再加熱到低于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，加熱時(shí)間為1分-100小時(shí)(取決于合金成分)，冷卻再加熱了的制品，借此獲得具有不低于約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率、不低于約4，000高斯的飽和磁通量密度和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金。
3.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，該合金的基本組成(按重量)為約60-90%Ni和約0.5-14%Nb的主要成分，約0.01-30%至少一種次要成分，該次要成分從下列各組元素中選擇各自不超過約7%的Cr、Mo、Ge和Au，各自不超過約10%的Co和V，不超過約15%的W，不超過約20%的Ta，各自不超過約25%的Cu和Mn，各自不超過約5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑系元素，各自不超過約3%的Be、Ag、Sr和Ba，各自不超過約1%的B和P，和不超過約0.1%的S;以及作為主要成分的余量的Fe;其特征在于該合金是用下述方法制造的，以至少約50%的加工率冷加工該合金，在不低于900℃但低于合金熔點(diǎn)溫度加熱冷加工了的合金，隨后以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)的適當(dāng)冷卻速率，將加熱了的合金從高于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度冷卻到室溫，借此獲得具有不低于約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率，不低于約4，000高斯的飽和磁通量密度和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金。
4.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，該合金的基本組成(按重量)為約60-90%Ni和約0.5-14%Nb的主要成分，約0.01-30%至少一種次要成分，該次要成分從下列各組元素中選擇各自不超過約7%的Cr、Mo、Ge和Au，各自不超過約10%的Co和V，不超過約15%的W，不超過約20%的Ta，各自不超過約25%的Cu和Mn，各自不超過約5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑系元素，各自不超過約3%的Be、Ag、Sr和Ba，各自不超過約1%的B和P，不超過約0.1%的S，以及作為主要成分的(帶有微量不可避免雜質(zhì))余量的Fe;其特征在于該合金是用下述方法制造的以至少50%的加工率冷加工該合金，然后在不低于900℃但低于合金熔點(diǎn)溫度加熱冷加工了的合金，隨后以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)的適當(dāng)冷卻速率從高于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度，冷卻加熱了的合金，在不超過合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度將冷卻了的合金再加熱約1分-100小時(shí)(取決于合金成分)適當(dāng)時(shí)間，再使此經(jīng)再加熱的合金冷卻，借此獲得具有至少約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率，至少約4，000高斯的飽和磁通量密度和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金。
5.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，該合金的基本組成如下(按重量)約60-90%Ni、約0.5-20%Nb+Ta(Nb不超過約14%)和余量的Fe;其特征在于該合金是用下述方法制造的以至少50%的加工率冷加工該合金，在合金熔點(diǎn)以下且不低于約900℃溫度加熱冷加工了的合金，隨后以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)的適當(dāng)冷卻速率，將加熱了的合金從高于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度冷卻到室溫，借此獲得具有大于約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率，至少約4，000高斯的飽和磁通量密度和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金。
6.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，該合金的基本組成如下(按重量)約60-90%Ni、約0.5-20%Nb+Ta(Nb不超過14%)和余量的Fe，其特征在于該合金是用下述方法制造的以至少50%的加工率冷加工該合金，在合金熔點(diǎn)以下和不低于約900℃溫度，加熱冷加工了的合金，以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)的適當(dāng)冷卻速率，從高于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度冷卻加熱了的合金，在不超過合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度將冷卻了的合金再加熱約1分-100小時(shí)(取決于合金成分)適當(dāng)時(shí)間，并冷卻再加熱過的合金，借此獲得具有大于約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率，大于約4，000高斯的飽和磁通量密度和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金。
7.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，其中合金的基本組成如下(按重量)約60-90%Ni和約0.5-20%Nb+Ta(之和)(Nb不超過14%)的主要成分;約0.01-30%的至少一種次要成分，該次要成分從下列各組元素中選擇各自不超過約7%的Cr、Mo、Ge和Au，各自不超過約10%Co和V，不超過約15%的W，各自不超過約25%的Cu和Mn，各自不超過約5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑系元素，各自不超過約3%的Be、Ag、Sr和Ba，各自不超過約1%的B和P，以及作為主要成分的(帶有微量不可避免雜質(zhì))余量的Fe;其特征在于該合金是用下述方法制造的，以至少50%的加工率冷加工該合金，在合金熔點(diǎn)以下和不低于約900℃的溫度加熱冷加工了的合金，隨后以約100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)的適當(dāng)冷卻速率將加熱了的制品從高于合金有序-無序轉(zhuǎn)變溫度冷卻到室溫，借此獲得具有至少約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率，至少約4，000高斯的飽和磁通量密度和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金制品。
8.一種高磁導(dǎo)率耐磨合金，其中合金的基本組成如下(按重量)約60-90%Ni和約0.5-20%Nb+Ta(Nb不超過14%)的主要成分，約0.01-30%的至少一種次要成分，該次要成分從下列各組元素中選擇各自不超過約7%的Cr、Mo、Ge和Au，各自不超過約10%的Co和V，不超過約15%的W，各自不超過約25%的Cu和Mn，各自不超過約5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑系元素，各自不超過3%的Be、Ag、Sr和Ba，各自不超過約1%的B和P，不超過約0.1%的S，以及作為主要成分的(帶有微量不可避免雜質(zhì))余量的Fe，其特征在于該合金是用下述方法制造的以至少50%的加工率冷加工該合金，在合金熔點(diǎn)以下和不低于約900℃的溫度加熱冷加工了的合金，隨后以100℃/秒-1℃/小時(shí)(取決于合金成分)的適當(dāng)冷卻速率從合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度冷卻加熱了的合金，在不超過合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度，將冷卻了的合金再加熱約1分-100小時(shí)(取決于合金成分)適當(dāng)時(shí)間，并冷卻再加熱過的制品，借此獲得具有至少約3，000(在1千赫)的有效磁導(dǎo)率，至少約4，000高斯的飽和磁通量密度和｛110｝<112>+｛311｝<112>再結(jié)晶織構(gòu)的合金。
全文摘要
本文介紹了一種具有至少約3,000(在1千赫)有效磁導(dǎo)率、至少約4,000高斯飽和磁通量密度和{110}<112>+{311}<112>再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的高磁導(dǎo)率耐磨合金。這種合金是用下述方法制造的以至少約50％的加工率，冷加工已鍛造過或熱加工過的理想成分的合金錠，在合金熔點(diǎn)以下和不低于900℃溫度加熱冷加工過的合金，以及從不低于合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)(約600℃)溫度冷卻加熱了的合金。另一種方法是，將冷卻了的合金再加熱到不超過合金有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)并冷卻。
文檔編號(hào)C22C19/03GK1048567SQ9010654
公開日1991年1月16日 申請(qǐng)日期1985年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1985年1月30日
發(fā)明者增本量, 村上雄悅 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人電氣磁氣材料研究所