專利名稱：耐磨的高磁導(dǎo)率合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨的高磁導(dǎo)率合金，該合金組成為Ni、Nb、N、O和Fe作為主要成分，以及作為次要成分的選自下列物組中的至少一種元素，它們是Cr、Mo、Ge、Au、Co、V、W、Cu、Ta、Mn、Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素、鉑族元素、Be、Ag、Sr、Ba、B、P和S，另外還涉及制造該合金以及錄放磁頭的方法。本發(fā)明的目的是要提供一種優(yōu)良的耐磨高磁導(dǎo)率合金，該合金具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織，同時具有容易鍛造的加工性能、大的有效磁導(dǎo)率以及超過4000G的飽和磁通密度。
用于磁帶錄音機(jī)和磁帶錄象機(jī)的錄放磁頭都是以交流電磁場進(jìn)行工作，因此用于這些磁頭的磁性合金都要求能在高頻磁場下具有大的有效磁導(dǎo)率并要求具有耐磨性能，因?yàn)檫@些磁頭由于與磁帶接觸是滑動的?，F(xiàn)在，作為具有優(yōu)良耐磨性能，用于錄放磁頭的磁性合金，已有Sendust(鐵硅鋁磁合金)(Fe-Si-Al合金)和鐵氧體(MnO-ZnO-Fe2O3)，但它們都十分硬而脆，因此它們都不能進(jìn)行鍛造和磨光加工，所以在制造這些合金的磁頭芯時都要使用一個拋光工序。其結(jié)果使該產(chǎn)品變得很昂貴。況且，Sendust(商品名)雖然具有大的飽和磁通密度，但是它不能加工成薄片，所以它在高頻磁場中具有相當(dāng)小的有效磁導(dǎo)率。此外，鐵氧體雖然具有大的有效磁導(dǎo)率，但它的飽和磁通密度都很小，例如只約有4000G。另一方面，坡莫合金(Permalloy，商品名)(Ni-Fe-合金)雖然具有大的飽和磁通密度，但它的有效磁導(dǎo)率較小，另外它雖然易于鍛造、磨光和沖孔并適合大規(guī)模生產(chǎn)，但它卻易于磨損，因此人們強(qiáng)烈地希望對耐腐性能作出改進(jìn)。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，Ni-Fe-Nb-N合金和Ni-Fe-Nb-O合金易于鍛造并且有高的硬度和高的磁導(dǎo)率并且它適合作為用于錄放磁頭的磁性合金并因此提交了專利申請(日特開昭62-5972和日特開昭62-12296)。因此，本發(fā)明人已系統(tǒng)地繼續(xù)對Ni-Fe-Nb-N合金和Ni-Fe-Nb-O合金的耐腐性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，耐磨性能并不是無條件地由硬度來決定，而是與合金的再結(jié)晶組織密切相關(guān)。
總的說來，已知的是，磨損現(xiàn)象根據(jù)合金的結(jié)晶組織而有很大差異并且存在晶體的各向異性，并且還發(fā)現(xiàn)，在Ni-Fe-Nb合金中，｛100｝＜001＞的再結(jié)晶組織易于磨損，而｛110｝＜112＞和繞著該＜112＞的方向稍微旋轉(zhuǎn)的｛311｝＜112＞這兩種的再結(jié)晶組織則有很優(yōu)良的耐磨性能。也就是說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織，即可顯著地提高耐磨性能。
本發(fā)明人在此知識的基礎(chǔ)上完成了很多有關(guān)使Ni-Fe-Nb合金形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入總量為0.0003～0.3%的N和O時，即可抑制｛110｝＜001＞再結(jié)晶組織的形成并且大大地加快｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的形成。這就是說，已經(jīng)知道，當(dāng)將Ni-Fe二元合金冷軋時，產(chǎn)生一種｛110｝＜112＞+｛112｝＜111＞的結(jié)晶組織，而如果將它在高溫下加熱則會使｛110｝＜001＞的再結(jié)晶組織形成。然而，當(dāng)向其中加入Nb時，會使層錯能降低，但當(dāng)往其中再加入總量為0.0003～0.3%的氮(N)和氧(O)時，在晶界處就析出氮化物和氧化物，降低晶界能，于是在再結(jié)晶時，就強(qiáng)烈地抑制了｛110｝＜001＞再結(jié)晶組織的形成，并有利地促進(jìn)了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的生長，形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織并使耐磨性能顯著提高。另外還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向Ni-Fe-Nb合金中加入氮(N)和氧(O)時，在基體內(nèi)分離出堅(jiān)硬的氮化物和氧化物，因此提高了其耐磨性能，并且由于這些鐵磁性的、弱磁性的和非磁性的細(xì)微氮化物和氧化物的彌散和分離而使磁疇分細(xì)，使得在交流電場中的渦流損失減小，從而使有效磁導(dǎo)率得以提高。簡單地說，通過鈮(Nb)、氮(N)和氧(O)這幾種元素的協(xié)同作用，形成了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織，提高了有效磁導(dǎo)率并獲得了一種具有優(yōu)良耐磨性能的高磁導(dǎo)率合金。
本發(fā)明的目的如下。
本發(fā)明的一個目的是提供一種耐磨的高磁導(dǎo)率合金，該合金組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)、其余是Fe和少量的雜質(zhì)，該合金在1KHz的條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率和超過4000G的飽和磁通密度，并具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種耐磨的高磁導(dǎo)率合金，該合金組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)作為主要成分，而作為次要成分的是總量為0.001-30%選自下列物組中的至少一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，該合金在1KHz條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率、超過4000G的飽和磁通密度和一種｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括對具有下列成分的合金在超過900℃至低于該合金熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5%-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，其余為Fe和少量雜質(zhì)，接著進(jìn)行冷卻，然后按壓下量超過50%的條件進(jìn)行冷加工，再將其在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度加熱，然后根據(jù)合金的成分按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率將其從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，從而制得一種在1KHz條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率、超過4000G的飽和磁通密度和一種｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括對具有下列成分的合金在超過900℃至低于該合金熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，其余為Fe和少量雜質(zhì)，接著進(jìn)行冷卻，然后按壓下量超過50%的條件進(jìn)行冷加工，再將其在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度加熱，然后根據(jù)合金的成分按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率將其從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，再根據(jù)該合金的成分將其在低于有序-無序轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下加熱1分鐘以上至100小時以下的預(yù)定時間，然后冷卻，從而制得一種在1KHz條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率、超過4000G的飽和磁通密度和一種｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
本發(fā)明的第五個目的是提供一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括對具有下列成分的合金在超過900℃至低于該合金熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，以及作為次要成分的其總量為0.001-30%選自下列物組中的一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，接著進(jìn)行冷卻，然后按超過50%的壓下量進(jìn)行冷加工，再將其在900℃以上至熔點(diǎn)以下加熱，然后根據(jù)合金的成分按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率將其從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，從而制得一種在1KHz條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率、超過4000G的飽和磁通密度和一種｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
本發(fā)明的第六個目的是提供一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括對具有下列成分的合金在超過900℃至低于該合金熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，以及作為次要成分的其總量為0.001-30%選自下列物組中的一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，接著進(jìn)行冷卻，然后按超過50%的壓下量進(jìn)行冷加工，之后再在超過900℃和低于熔點(diǎn)的溫度下加熱1分鐘以上至100小時以下，然后根據(jù)合金的成分按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率將其從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，從而制得一種在1KHz條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率、超過4000G的飽和磁通密度和一種｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
本發(fā)明的第七個目的是提供一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括對具有下列成分的合金在超過900℃至低于該合金熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，以及作為次要成分的其總量為0.001-30%選自下列物組中的一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于3%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，接著進(jìn)行冷卻，然后按超過50%的壓下量進(jìn)行冷加工，之后再在超過900℃至低于熔點(diǎn)的溫度下加熱，然后根據(jù)合金的成分按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率將其從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，再根據(jù)該合金的成分將其在低于有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下加熱1分鐘以上至100小時以下的預(yù)定時間，然后冷卻，從而制得一種具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織，在1KHz條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率以及超過4000G的飽和磁通密度的合金。
本發(fā)明的第八個目的是提供一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括對具有下列成分的合金在超過900℃至低于該合金熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，以及作為次要成分的其總量為0.001-30%選自下列物組中的一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P，少于0.3%的C和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，接著進(jìn)行冷卻，然后按超過50%的壓下量進(jìn)行冷加工，之后再在超過900℃至低于熔點(diǎn)的溫度下加熱，然后根據(jù)合金的成分按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率將其從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，從而制得一種具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織，在1KHz條件下具有超過3000的有效磁導(dǎo)率以及超過4000G的飽和磁通密度的合金。
為了制備本發(fā)明的合金，將合適量的60-90%(重量)的Ni、0.5-14%(重量)的Nb和百分?jǐn)?shù)余量的鐵，用一個合適的熔煉爐，在空氣中或在由氮和氧組成的合適混合氣氛中或者在真空中熔煉，然后，就是這些元素，或者再加入作為次要成分的其總量為0.001-30%選自下列物組中的一種元素少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，少于10%的Co和V，少于15%的W，少于25%的Cu、Ta和Mn，少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑元素，少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P，少于0.3%的C和少于0.1%的S，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢枰灾频靡环N組分完全均勻的熔融合金。然后向熔煉爐中通入N2、N3H和O2氣以控制壓力，或者加入適當(dāng)量合金成分的氮化物和氧化物以便向熔融合金中加入適當(dāng)量的氮和氧。
然后將合金液澆鑄入一個具有合適形狀和體積的鑄模中以獲得一種優(yōu)質(zhì)錠，再將此合金錠在超過900℃至低于熔點(diǎn)，較佳為超過1000℃至低于熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行鍛造和熱加工，以制成一種厚度適宜的薄板，如有需要，可將其退火。然后將此薄板用例如冷軋等方法按超過50%的壓下量進(jìn)行冷加工，從而制得一種具有所需形狀，例如厚0.1mm的薄片。然后從此薄片上沖制一種外徑為45mm，內(nèi)徑為33mm的環(huán)狀片，將此環(huán)狀片在氫氣、其他合適的非氧化性氣氛(氫、氬、氮等)中或在真空中，在超過900℃至低于熔點(diǎn)，較佳為超過1000℃至低于熔點(diǎn)的溫度下加熱適當(dāng)?shù)臅r間，然后根據(jù)合金的成分按100℃/秒至1℃/小時的合適冷卻速率將其從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)(約600℃)以上的溫度冷卻，或者再將其在有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)(約600℃)以下的溫度下加熱適當(dāng)?shù)臅r間然后再冷卻。這樣就獲得了一種耐腐的高磁導(dǎo)率合金，這種合金具有超過3000的有效磁導(dǎo)率、超過4000G的飽和磁通密度和｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織。
為了更好地理解本發(fā)明，請參看附圖，其中

圖1是一個表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-N-O合金的各種性能與N和O含量(但是，N∶O＝1∶1)之間關(guān)系的曲線圖。
圖2是一個表示79.5%Ni-Fe-0.022%N-0.022%O合金的各種性能與熱加工溫度之間關(guān)系的曲線圖。
圖3是一個表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的各種性能與冷軋壓下量之間關(guān)系的曲線圖。
圖4是一個表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的各種性能與加熱溫度之間關(guān)系的曲線圖。
圖5是一個表示79.0%Ni-Fe-2.5%Nb-0.1505%N-0.0072%O合金(合金No.6)、79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-O合金(合金No.12)和80.5%Ni-Fe-5.0%Nb-0.0136%N-0.024%O-4%Mo合金(合金No.30)的有效磁導(dǎo)率與冷卻速率、再加熱溫度和再加熱時間之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是一個表示在向79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金添加Cr、Mo、Ge、Au或Co的情況下，合金的各種性能與每種元素的添加量之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是一個表示在向79.5%Ni-Fe-5.5Nb-0.022%N-0.022%O合金添加V、W、Cu、Ta或Mn的情況下，合金的各種性能與每種元素的添加量之間關(guān)系的曲線圖。
圖8是一個表示在向79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022O合金添加Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In或Tl的情況下，合金的各種性能與每種元素的添加量之間關(guān)系的曲線圖。
圖9是一個表示在向79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%O合金添加Zr、Cd、La、Pt、Be、Ag、Sr、Ba、B、P或S的情況下，合金的各種性能與每種元素的添加量之間關(guān)系的曲線圖。
現(xiàn)在參考附圖進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的解釋。
圖1是一個曲線圖，它表示在對一種79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-N-O合金(其中N∶O＝1∶1)按90%的壓下量進(jìn)行冷軋，在1150℃下加熱，然后按600℃/小時的冷卻速率進(jìn)行冷卻的情況下，合金的再結(jié)晶組織和各種性能與N和O含量的關(guān)系。當(dāng)對Ni-Fe-Nb合金進(jìn)行冷軋時，產(chǎn)生一種｛110｝＜112＞+｛112｝＜111＞的工作再結(jié)晶組織，但如果將該合金在超過900℃的高溫下加熱，就會產(chǎn)生｛100｝＜001＞和｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織。然而，當(dāng)向其中添加N和O時，｛100｝＜001＞的再結(jié)晶組織的生成就受到抑制，而｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織被形成，伴隨所說組織的產(chǎn)生而使磨損量得以減小。而且，由于N和O的加入而提高了有效磁通密度，但N和O的添加量超過0.3%是不好的，因?yàn)檫@樣會使鍛造變得困難。
圖2是一個表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的熱加工溫度、再結(jié)晶組織與磨損量之間關(guān)系的曲線圖。當(dāng)熱加工溫度提高到900℃以上時，｛112｝＜111＞的再結(jié)晶組織減少而｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織增多，因此大大地減少了磨損量。
圖3是一個曲線圖，它表明當(dāng)在1150℃下加熱79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的情況下，合金的再結(jié)晶組織、各種性能與冷軋壓下量之間的關(guān)系，它還表明冷軋壓下量的增加促進(jìn)了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織的形成，從而改善了耐磨性能并提高了有效磁導(dǎo)率。
圖4是一個曲線圖，它表示在對79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金按90%的冷軋壓下量進(jìn)行冷軋之后，加熱溫度、合金的再結(jié)晶組織和各種性能之間的關(guān)系，該圖還表明，隨著加熱溫度的提高，再結(jié)晶組織中的｛112｝＜111＞組分減少，而再結(jié)晶組織中的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞組分形成，因此改善了耐磨性能和提高了有效磁導(dǎo)率。
圖5是一個曲線圖，它表示合金No.6(79.0%Ni-Fe-2.5%Nb-0.1505%N-0.0072%O合金)、合金No.12(79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金)和合金No.30(80.5%Ni-Fe-5.0%-Nb-0.0136%N-0.024%O-4%Mo合金)的有效磁導(dǎo)率與冷卻速率之間的關(guān)系以及表示出在對這些合金進(jìn)一步進(jìn)行再加熱處理時它們的有效磁導(dǎo)率(符號X)的數(shù)值。從圖5可以看出，當(dāng)在380℃下對合金No.30的樣品進(jìn)行再加熱處理3小時，它的有效磁導(dǎo)率明顯地提高，例如達(dá)到3.5×104。另外，當(dāng)在400℃下對合金No.12的樣品進(jìn)行再加熱處理1小時，它的有效磁導(dǎo)率也提高，例如達(dá)到2.5×104?？梢岳斫獾?，根據(jù)一種合金的成分，存在一個最佳的冷卻速率、最佳的再加熱溫度和再加熱時間。
圖6是一個曲線圖，它表示在向79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O-合金添加Cr、Mo、Ge、Au或Co時，磁頭的磨損量與有效磁導(dǎo)率的關(guān)系，該圖還表明，當(dāng)添加Cr、Mo、Ge、Au或Co時，有效磁導(dǎo)率提高而磨損量降低，但當(dāng)Cr、Mo、Ge或Au的添加量超過7%時，會導(dǎo)致飽和磁通密度低于4000G，因此是不好的。另外，當(dāng)Co的添加量超過10%時，會形成較大的剩余磁化強(qiáng)度并因此會導(dǎo)致磁化噪音不利地提高。
圖7是一個曲線圖，它表示在向同樣的79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金中添加V、W、Cu、Ta或Mn的情況下，磁頭的磨損量與有效磁導(dǎo)率之間的關(guān)系，該圖還表明，當(dāng)添加V、W、Cu、Ta或Mn時，有效磁導(dǎo)率變高而磨損量降低，但當(dāng)向其中添加超過10%的V，超過15%的W和超過25%的Cu、Ta或Mn時，飽和磁通密度不利地變成低于4000G。
圖8是一個曲線圖，它表示在向同樣的79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金添加Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In或Tl時發(fā)生的情況，該圖還示出，當(dāng)加入Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In或Tl時，有效磁導(dǎo)率增高而磨損率降低，但當(dāng)添加超過5%的Si、Ti、Zr、Hf、Ga、In或Tl時，飽和磁通密度會變得低于4000G，而當(dāng)加入的Al、Sn或Sb超過5%時，鍛造變得非常困難。
圖9是一個曲線圖，它表示在向同樣的79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金添加Zn、Cd、La、Pt、Be、Ag、Sr、Ba、B、P或S時發(fā)生的情況，該圖還表明，當(dāng)加入Zn、Cd、La、Pt、Be、Ag、Sr、Ba、B、P或S時，有效磁通率增高而磨損量降低，但當(dāng)向其中加入5%的Zn、Cd、La和Pt以及超過3%的Be、Sr和Ba時，飽和磁通密度不利地變得小于4000G，而當(dāng)向其中加入超過3%的Ag，超過1%的B，超過0.7%的P，超過0.3%的C，或者超過0.1%的S時，鍛造變得非常困難。
在本發(fā)明中，必須在超過900℃的溫度下進(jìn)行熱加工，以促進(jìn)｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的形成，而為了形成｛110｝＜112＞+｛112｝＜111＞的組織和為了使基于此的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織形成，必須進(jìn)行冷加工，并且正如圖1、2和3所示，加入總量超過0.0003%，最好超過0.0005%的N和O，在超過900℃的溫度下進(jìn)行熱加工，然后按超過50%的壓下量進(jìn)行冷加工，這樣就可使｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織的形成變得明顯，并且可以明顯地改善耐磨性能以及使它的有效磁導(dǎo)率提高。另外，在上述的冷加工之后還需要一個加熱步驟，以形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織并同時使該組織均勻化，以及消除加工應(yīng)力和獲得高的有效磁導(dǎo)率和優(yōu)良的耐磨性能，正如圖4所示，通過在超過900℃的溫度下進(jìn)行特定的加熱步驟，可以明顯地提高有效磁導(dǎo)率和耐磨性能。
另外，重復(fù)上述的冷加工和接著在超過900℃至低于熔點(diǎn)的溫度下加熱可以有效地增加｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的聚集。在此情況下，即使最終冷加工的壓下量少于50%，也可獲得｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的結(jié)晶組織，但是這也屬于本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的范疇。因此，本發(fā)明中所說的壓下量是指在整個工藝步驟中冷加工的總壓下量而不是指僅僅在最終冷加工時的壓下量。
從超過900℃至熔點(diǎn)之間的溫度冷卻到有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)(約600℃)以上的溫度不會對磁性產(chǎn)生特別的影響，這種磁性甚至可以通過淬火或緩冷來獲得，但正如圖5所示，冷卻到低于該轉(zhuǎn)變點(diǎn)時的冷卻速率對磁性有很大的影響。也就是說，根據(jù)合金的成分，以100℃/秒至1℃/小時的合適冷卻速率將溫度從轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上冷卻至室溫，有序度相當(dāng)有規(guī)則，從而獲得了優(yōu)良的磁性。在上述冷卻速率內(nèi)，如果淬火按接近于100℃/秒的冷卻速率來進(jìn)行，則有序度變小，而如果淬火按更快的速度來進(jìn)行，那么有序化就不進(jìn)行，其數(shù)值也更小直至破壞其磁性。然而，當(dāng)根據(jù)成分將這種具有小有序度的合金在轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下200℃-600℃的溫度范圍內(nèi)再加熱和冷卻處理超過1分鐘至少于100小時時，則有序化可以進(jìn)行并變成一種合適的有序度，從而提高了磁性。另一方面，如果以緩冷速率，例如小于1℃/小時由上述轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上溫度緩冷，那么有序化就按不利的方式進(jìn)行，從而使磁性降低。
另外，如果上述加熱處理在含氫的氣氛中進(jìn)行，則能特別有效地提高有效磁導(dǎo)率。
下面解釋本發(fā)明的各實(shí)施例。
實(shí)施例1制造合金No.12(成分Ni＝79.5%、Nb＝5.5%、N＝0.022%、O＝0.022%，F(xiàn)e＝余量)。
作為原料，使用99.9%純度的電解鎳和電解鐵以及99.8%純度的鈮。為了制備一個樣品，將總重為800g的原料裝入一個氧化鋁坩堝中，在高頻感應(yīng)電爐內(nèi)和在真空中熔煉，而后充分?jǐn)嚢枰允蛊涑蔀榫鶆虻娜廴诤辖?。然后將此合金在氮和氧的混合氣?N2∶O2＝1∶1)中，在3×10-1的總壓力下保持13分鐘，然后將其澆入一個具有25mm直徑和170mm深的孔的鑄模中，將這樣獲得的合金錠在1150℃下鍛成一種厚度為7mm的薄板。接著再將此薄板在1000℃以上至1300℃之間的溫度熱軋到合適的厚度，然后再在室溫下按不同的壓下量將其冷加工成0.1mm厚的薄板，將此薄板沖制成一種外徑45mm，內(nèi)徑33mm的環(huán)形片。然后，在對它進(jìn)行了不同的熱處理后，用它作為磁頭的芯體，再用Tarrsurf表面粗糙度檢測儀測定在85%濕度和45℃的條件下工作了300小時的磁帶的磁性能和磨損量，將所獲的性能示于表1中。

實(shí)施例2制備合金No.42(成分Ni＝76.0%、Nb＝3.0%、N＝0.026%、O＝0.0158%、Ta＝10.0%、Fe＝余量)作為原料，使用具有如實(shí)施例1相同純度的電解鎳和電解鐵以及99.8%純度的鉭。
為了制備一個樣品，將總重800g的原料裝入一個氧化鋁坩堝中，用一個高頻感應(yīng)電爐和在總壓力為6×10-1的氮和氧(N2∶O2＝6∶4)的混合氣氛中進(jìn)行熔煉，然后充分地?cái)嚢枰孕纬梢环N均質(zhì)的熔融合金。然后將此合金液澆入一個具有25mm直徑和170mm深度的孔的鑄模中，將這樣獲得的合金錠在約1250℃的溫度下鍛造成一塊厚約7mm的薄板。然后將此薄板在1000℃以上至1400℃之間的溫度下熱軋成合適的厚度，然后再按不同的壓下量在室溫下冷軋成0.1mm厚的薄板，最后將它沖制成一種外徑45mm，內(nèi)徑33mm的環(huán)形片。
然后在對它進(jìn)行各種不同的熱處理后用它作為磁頭的芯體，再用Tarrysurf表面粗糙度檢測儀測定在85%濕度和45℃的條件下工作了300小時的磁帶的磁性能和磨損量，所獲結(jié)果示于表2中。
另外，將典型合金的性能示于表3和4中。



如上所述，本發(fā)明的合金易于加工，耐磨性能優(yōu)良并具有超過4000G的飽和磁通密度和超過3000的高有效磁導(dǎo)率以及低的矯頑磁力，它不僅適合作為錄放磁頭芯體和殼體的磁性合金，同時也適合作為要求具有耐磨性能和高磁導(dǎo)率的一般的電磁裝置中的磁性材料。
在本發(fā)明中，為什么要對合金成分作出如下限定，即60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O都不能為0%)，余量為Fe，以及作為次要成分添加的元素限定為總量為0.001-30%，選自下列物組中的至少一種元素，即少于7%的Cr、Mo、Ge或Au，少于10%的Co或V，少于15%的W，少于25%的Cu、Ta或Mn，少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素或鉑族元素，少于3%的Be、Ag、Sr或Ba，少于1%的B，少于0.7%的P，少于0.3%的C和少于0.1%的S，其理由可從每個實(shí)施例、表3和表4以及附圖看出，因?yàn)樵诖顺煞纸M成范圍內(nèi)，合金的有效磁導(dǎo)率超過3000，飽和磁通密度超過4000G，并且存在｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織和優(yōu)良的耐磨性能，而在此成分組成的范圍之外則使合金的磁性能或耐磨性能受到損害。
也就是說，如果Nb少于0.5%以及N和O的總量少于0.0003%，則｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織不能充分形成，結(jié)果損害了耐磨能力，而如果Nb超過14%以及N和O的總量超過0.3%，則鍛造變得困難，并且有效磁導(dǎo)率降低至3000以下和飽和磁通密度降低至4000G以下。
如果一種合金的成分范圍是60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O以及余量為Fe，則該合金的耐磨性能優(yōu)良，加工性能良好并且具有3000以上的有效磁導(dǎo)率和4000G以上的飽和磁通密度，但如果往該合金中加入選自下列物組中的至少一種元素，即Cr、Mo、Ge、Au、W、V、Cu、Ta、Mn、Al、Zr、Si、Ti、Hf、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素、鉑族元素、Be、Ag、Sr、Ba、B、P和S，一般可使它的有效磁導(dǎo)率提高，如果向其中加入Co，則可使飽和磁通密度有明顯的提高，而如果加入Au、Mn、Ti、Co、稀土元素、Be、Sr、Ba和B中的任一種元素，則可使鍛造和加工變得非常順利，而如果加入Al、Sn、Sb、Au、Ag、Ti、Zn、Cd、Be、Ta、V、P和S中任一種元素以及這些次要成分的任一種元素的氮化物和氧化物，則可形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織并提高耐磨性能。
稀土元素由Sc、Y和鑭系元素組成，但它們的作用是等同的，而鉑族元素由Pt、Ir、Ru、Rh、Pd和Os組成，但它們的作用也是等同的，可以將它們視為具有等同作用的成分。
簡單地說，本發(fā)明的合金由于形成了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織而易于鍛造，具有優(yōu)良的耐磨性能、超過4000G的飽和磁通密度以及高的有效磁導(dǎo)率，所以它不僅適合用作磁錄放磁頭，同時也適合用作那些在普通電磁設(shè)備中要求具有耐磨性能和高磁導(dǎo)率的磁性材料。
權(quán)利要求
1.一種耐磨的高磁導(dǎo)率合金，其組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，并具有一種在1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000和飽和磁通密度超過4000G的{110}<112>+{311}<112>的再結(jié)晶組織。
2.一種耐磨的高磁導(dǎo)率合金，其組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，以及作為次要成分的總量為0.001-30%，選自下列物組中的至少一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，并具有一種在1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000和飽和磁通密度超過4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐磨高磁導(dǎo)率合金，其中，該合金還含有少于0.3%的C。
4.一種制備耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括將一種組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，其余為Fe和少量雜質(zhì)的合金在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行熱加工，接著冷卻，然后按50%以上的壓下量冷加工，在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度加熱，然后根據(jù)合金的成分組成按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，從而制得一種具有1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000和飽和磁通密度超過4000G的｛110｝＜112＞+｛113｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
5.一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括將一種組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，其余為Fe和少量雜質(zhì)的合金在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行熱加工，接著冷卻，然后按50%以上的壓下量冷加工，再在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度加熱，然后根據(jù)合金的成分組成按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，然后再根據(jù)合金的成分組成在低于有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下加熱1分鐘以上至100小時以下的一段預(yù)定時間然后冷卻，從而制得一種具有在1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000和飽和磁通密度超過4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
6.一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括將一種組成為下列成分的合金在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)以及作為次要成分的總量為0.001-30%，選自下列物組中的至少一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，接著冷卻，然后按50%以上的壓下量冷加工，再在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度加熱，然后根據(jù)合金的成分組成按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，從而制得一種具有在1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000以及飽和磁通密度超過4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
7.一種制造耐磨的高磁導(dǎo)率合金的方法，該方法包括將一種組成為下列成分的合金在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行熱加工，所說成分是(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)以及作為次要成分的總量為0.001-30%，選自下列物組中的至少一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，接著冷卻，然后按50%以上的壓下量冷加工，再在900℃以上至熔點(diǎn)以下的溫度加熱，然后根據(jù)合金的成分組成按照100℃/秒至1℃/小時的預(yù)定冷卻速率從有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度冷卻至室溫，然后再根據(jù)合金的成分組成在低于有序-無序晶格轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下加熱1分鐘以上至100小時以下的一段預(yù)定時間然后冷卻，從而制得一種具有在1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000以及飽和磁通密度超過4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再結(jié)晶組織的合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐磨高磁導(dǎo)率合金，其中，該合金還含有少于0.3%的C。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耐磨高磁導(dǎo)率合金，其中，該合金還含有少于0.3%的C。
10.一種由具有下列組成的耐磨高磁導(dǎo)率合金制成的錄放磁頭，所述組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，并具有一種在1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000和飽和磁通密度超過4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織。
11.一種由具有下列組成的耐磨高磁導(dǎo)率合金制成的錄放磁頭，所述組成為(重量百分?jǐn)?shù))60-90%Ni、0.5-14%Nb、總量為0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能為0%)，以及作為次要成分的總量為0.001-30%，選自下列物組中的至少一種元素分別少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分別少于10%的Co和V，少于15%的W，分別少于25%的Cu、Ta和Mn，分別少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和鉑族元素，分別少于3%的Be、Ag、Sr和Ba，少于1%的B，少于0.7%的P和少于0.1%的S，其余為Fe和少量的雜質(zhì)，并具有一種在1KHz時的有效磁導(dǎo)率超過3000和飽和磁通密度超過4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再結(jié)晶組織。
全文摘要
本發(fā)明提供一種組成為Ni、Nb、N、O和Fe的耐磨高磁導(dǎo)率合金以及一種組成為Ni、Nb、N、O和Fe作為主要成分和從以下物組中選出的至少一種元素作為次要成分的耐磨高磁導(dǎo)率合金，所說物組包括Cr、Mo、Ge、Au、Co、V、W、Cu、Ta、Mn、Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素、鉑族元素、Be、Ag、Sr、Ba、B、P、C和S。另外提供了一種制造該合金的方法，其目的是要獲得一種具有優(yōu)良耐磨性、容易加工性、大的有效磁導(dǎo)率、4000G以上的飽和磁通密度和{110}<112>+{311}<112>再結(jié)晶組織的磁性合金。
文檔編號C22C19/03GK1105710SQ94106550
公開日1995年7月26日 申請日期1994年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月30日
發(fā)明者村上雄悅, 增本剛 申請人:財(cái)團(tuán)法人電氣材料研究所