專利名稱：用于機(jī)械共振標(biāo)識器監(jiān)視系統(tǒng)的玻璃態(tài)金屬合金的制作方法
相關(guān)申請參照本發(fā)明是下述發(fā)明部分的繼續(xù)申請，即1995年4月13日提交，美國申請序列號No.08/421,094，題目為用于機(jī)械共振標(biāo)識器監(jiān)視系統(tǒng)的玻璃態(tài)金屬合金。
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及玻璃態(tài)金屬合金；并具體涉及適用于物品監(jiān)視系統(tǒng)中機(jī)械共振標(biāo)識器的玻璃態(tài)金屬合金。
2、現(xiàn)有技術(shù)描述現(xiàn)在有許多物品監(jiān)視系統(tǒng)可在市場上買到，它們可幫助識別不同的生物和非生物并/或保證它們的安全。使用這種系統(tǒng)的目的在于，例如可對人員進(jìn)行識別以控制其進(jìn)入禁區(qū)以及保證商品不被偷竊。
所有監(jiān)視系統(tǒng)的一個基本部件是傳感器或稱“標(biāo)識器”，它被附著在被檢測物體上。系統(tǒng)的其它部件包括一個發(fā)送器和一個接收器，它們被適當(dāng)?shù)夭贾迷谝粋€“詢問”區(qū)。當(dāng)物體帶著標(biāo)識器進(jìn)入詢問區(qū)時，標(biāo)識器的功能部件響應(yīng)發(fā)送器發(fā)出的一個信號，這一響應(yīng)由接收器檢測到。響應(yīng)信號中所包含的信號隨后被處理為適合于應(yīng)用的動作拒絕進(jìn)入、起動報警等等。
幾種不同類型的標(biāo)識器已被發(fā)明并應(yīng)用。其中一種類型的功能部分包括一個天線和一個二極管或一個天線和幾個電容器以形成一個共振回路。將天線-二極管標(biāo)識器放置在由詢問器件發(fā)射的電磁場中時，它會在接收天線中產(chǎn)生具有詢問頻率的諧波。在檢測到諧波或信號強(qiáng)度的變化時，說明標(biāo)識器存在。然而這種標(biāo)識器識別系統(tǒng)可靠性較低，因為簡單的共振回路的頻帶寬度較寬。此外，因為這種標(biāo)識器在識別后必須被取下來，因此它不是防盜系統(tǒng)所想要的。
另一種類型的標(biāo)識器包括一個第一細(xì)長元件，它由高磁導(dǎo)率的鐵磁材料做成，并與至少一個第二元件相鄰，第二元件的材料為具有比第一元件材料更高矯頑磁性的鐵磁材料。當(dāng)這種標(biāo)識器經(jīng)受詢問頻率的電磁輻射時，它根據(jù)標(biāo)識器的非線性特征產(chǎn)生具有詢問頻率的諧振波。接收線圈中檢測到的這種諧振波說明標(biāo)識器存在。標(biāo)識器的鈍化可通過改變第二元件磁化狀態(tài)來完成，這很容易實現(xiàn)，如可讓標(biāo)識器穿過一個直流磁場。諧波標(biāo)識器系統(tǒng)優(yōu)于前述的射頻共振系統(tǒng)，因為它提高了標(biāo)識器識別的可靠性并簡化了鈍化方法。然而這種類型的系統(tǒng)存在兩個主要問題一是在遠(yuǎn)距離難檢測到標(biāo)識器信號。由標(biāo)識器產(chǎn)生的諧波振幅遠(yuǎn)小于詢問信號的振幅，使檢測通道的寬度被限制在約3英尺以內(nèi)。另一問題是難于從其它鐵磁物體，如帶接頭、記錄頭、鋼夾等所產(chǎn)生的偽信號中辨別標(biāo)識器信號。
帶有檢測狀態(tài)并結(jié)合了標(biāo)識器材料的基本機(jī)械共振頻率的監(jiān)視系統(tǒng)是一種非常優(yōu)秀的系統(tǒng)，因為這種系統(tǒng)結(jié)合了高檢測靈敏性、高操作可靠性及低花費。這種系統(tǒng)的例子在美國專利Nos.4,510,489和4,510,490(以下稱‘480和‘490專利)中被公開。
這種系統(tǒng)的標(biāo)識器是已知長度的鐵磁材料的一條帶或多條帶，它與一個磁性更強(qiáng)的鐵磁體(具有更高矯頑磁性的材料)封裝在一起，該鐵磁體可提供一個偏壓場以形成磁與機(jī)械的最大耦合。鐵磁性標(biāo)識器材料優(yōu)選地采用玻璃態(tài)金屬合金帶，因為在這種合金中磁與機(jī)械耦合的效率很高。標(biāo)識器材料的機(jī)械共振頻率基本上由合金帶長度及偏壓場強(qiáng)度確定。當(dāng)標(biāo)識器接收到調(diào)到共振頻率的詢問信號時，標(biāo)識器材料響應(yīng)一個大的信號場，該信號場被接收器檢測到。這個大信號場部分歸因于標(biāo)識器材料在共振頻率時磁導(dǎo)率增強(qiáng)。應(yīng)用上述原理的詢問和檢測中所用的不同的標(biāo)識器構(gòu)造和系統(tǒng)，已在‘ 489和‘490專利中講述了。
在一個特別有用的系統(tǒng)中，標(biāo)識器材料被由發(fā)送器產(chǎn)生的具有其共振頻率的信號的脈沖群或短脈沖群激勵而振蕩。當(dāng)激勵脈沖結(jié)束時，標(biāo)識器材料將經(jīng)歷具有共振頻率的衰減振蕩，即隨著激勵脈沖的結(jié)束，標(biāo)識器材料“逐漸結(jié)束”。接收器在逐漸結(jié)束期“聽到”這一響應(yīng)信號。在這種設(shè)計中，監(jiān)視系統(tǒng)不受其它不同的發(fā)射信號或輸電線干擾源的影響，從而可基本消除潛在的錯誤報警。
適用于不同檢測系統(tǒng)標(biāo)識器材料的合金范圍很廣，這些合金已在‘480和‘490專利中申請專利。其它具有高導(dǎo)磁率的玻璃態(tài)金屬合金在美國專利4,152,144中被公開。
使用電子產(chǎn)品監(jiān)視系統(tǒng)的一個主要問題是，基于機(jī)械共振方式的監(jiān)視系統(tǒng)標(biāo)識器有偶然地觸發(fā)采用交替技術(shù)的監(jiān)視系統(tǒng)的趨勢，例如上述的諧振標(biāo)識器系統(tǒng)標(biāo)識器的非線性磁響應(yīng)足夠強(qiáng)，可以在交替系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振，從而意外地產(chǎn)生一個偽響應(yīng)，或“錯誤”報警。避免不同監(jiān)視系統(tǒng)間的干涉或“污染”的重要性已很明顯。所以，本領(lǐng)域中需要一種共振標(biāo)識器，它可以高度可靠的方式被檢測到，而不污染基于諸如諧波再輻射一類的交替技術(shù)的系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了磁性合金，其中至少70％為玻璃態(tài)，通過退火增強(qiáng)其磁性能，其特征在于它們對諧波標(biāo)識器磁場作用時的頻率范圍做出相對線性的磁性響應(yīng)。這種合金可以通過快速凝固技術(shù)鑄成帶狀，或用其他方法制成標(biāo)識器，其磁性能和機(jī)械性能特別適用于基于標(biāo)識器的磁-機(jī)械作用的監(jiān)視系統(tǒng)。一般說來，本發(fā)明中的玻璃態(tài)金屬合金的成份基本上包括分子式FeaCobNicMdBeSifCg，其中M從鉬、鉻和錳中選擇，“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”和“g”為原子百分比，“a”約為30到45，“b”約為4到40，“c”約為5到45，“d”約為0到3，“e”約為10到25，“f”約為0到15，“g”約為0到2。當(dāng)機(jī)械共振頻率范圍在約48至約66KHz時，這些合金帶不但表現(xiàn)出了傳統(tǒng)機(jī)械共振標(biāo)識器表現(xiàn)出的共振頻率與偏磁場關(guān)系曲線的斜率接近或超過約400Hz/Oe，而且相對線性磁化行為可持續(xù)至外加場達(dá)到8Oe或更高。此外，用本發(fā)明的合金做的標(biāo)識器，在一個典型的共振標(biāo)識器系統(tǒng)中，被接收線圈檢測到的電壓振幅相當(dāng)于或高于現(xiàn)有的共振標(biāo)識器電壓振幅。這些特點保證避免基于機(jī)械共振和諧波再輻射的系統(tǒng)間的相互干涉。
本發(fā)明的玻璃態(tài)金屬特別適用于作為上述利用磁-機(jī)械共振激勵并檢測的物品監(jiān)視系統(tǒng)標(biāo)識器的活性元素。其他用途有用于利用磁-機(jī)械作用及其相關(guān)效果的傳感器中以及用于需要高磁導(dǎo)率的磁性元件中。
附圖簡述通過以下的本發(fā)明優(yōu)選實施方案和附圖詳述，本發(fā)明將會被更完整地理解，且其他優(yōu)點會更明顯，附圖中

圖1(a)為傳統(tǒng)共振標(biāo)識器沿長度方向磁化曲線的示意圖，其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，H為外加磁場；圖1(b)為本發(fā)明的標(biāo)識器沿長度方向磁化曲線的示意圖，Ha為B飽和時的磁場；圖2為在接收線圈處測得的描繪機(jī)械共振激勵的信號波形示意圖，在時間to激勵終止，接下來為逐漸結(jié)束期，其中Vo和V1分別為t＝to和t＝t1(to后1毫秒)時接收線圈中的信號振幅；圖3為接收線圈在激勵交流場結(jié)束后1毫秒時檢測到的機(jī)械共振頻率fr和響應(yīng)信號V1與偏磁場Hb的函數(shù)關(guān)系示意圖，其中Hb1和Hb2分別為V1最大時和fr最小時的偏磁場。
優(yōu)選實施方案詳述根據(jù)本發(fā)明，提供了磁性玻璃態(tài)金屬合金，其特征在于它對諧波標(biāo)識器系統(tǒng)磁場作用時的頻率范圍作出相對線性的磁性響應(yīng)。這種合金表現(xiàn)出的所有特點都適于基于磁-機(jī)械作用的監(jiān)視系統(tǒng)的標(biāo)識器的需要。一般說來，本發(fā)明中的玻璃態(tài)金屬合金的成份基本包括分子式FeaCobNicMdBeSifCg，其中M從鉬、鉻和錳中選擇，“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”和“g”為原子百分比，“a”約為30到45，“b”約為4到40，“c”約為5到45，“d”約為0到3，“e”約為10到25，“f”約為0到15，“g”約為0到2。上述組元的純度為普通商業(yè)慣例中應(yīng)用的純度。這些合金帶在穿過帶寬度方向的磁場下，進(jìn)行一給定時間的高溫退火。帶的溫度要低于其結(jié)晶溫度，而且經(jīng)熱處理后需有足夠的切斷塑性。退火中的場強(qiáng)應(yīng)使帶沿場方向磁化飽和。退火時間根據(jù)退火溫度確定，典型范圍為幾分鐘至幾小時。對于商業(yè)產(chǎn)品，優(yōu)選采用連續(xù)盤式退火爐。在這種情況下，帶的傳送速度可被設(shè)置為約0.5～12米每分。退火后的帶長約38mm，它可對平行于標(biāo)識器長度方向的8Oe或更高的外加磁場表現(xiàn)出相對線性的磁性響應(yīng)，它還可在頻率為48KHz至66KHz間表現(xiàn)出機(jī)械共振。線性磁性響應(yīng)區(qū)擴(kuò)大至8Oe，足以避免起動一些諧波標(biāo)識器系統(tǒng)。在一些更嚴(yán)格的情況下，通過改變本發(fā)明合金的成份可使線性磁性響應(yīng)區(qū)擴(kuò)大至超過8Oe。退火后，帶長低于或高于38mm的帶表現(xiàn)出高于或低于48～6KHz范圍的機(jī)械共振頻率。
機(jī)械共振頻率在48～66KHz的帶是優(yōu)選的。這種帶足夠短，以用于可任意處理的標(biāo)識器材料。另外，這種帶的共振信號可被很好地與音頻和商用射頻區(qū)分開。
大多數(shù)本發(fā)明范圍之外的玻璃態(tài)金屬合金，一般在8Oe水平以下表現(xiàn)出非線性磁性響應(yīng)，或Ha水平接近于使用諧波標(biāo)識器的物品檢測系統(tǒng)的工作磁場激勵強(qiáng)度。包含這種材料的共振標(biāo)識器會意外起動并污染許多諧波再輻射類物品檢測系統(tǒng)。
有一些在本發(fā)明范圍之外的玻璃態(tài)金屬合金，它們在可接受的磁場范圍內(nèi)確實顯示出線性磁性響應(yīng)。然而這些合金含有太多的鈷或鉬或鉻，導(dǎo)致原材料費用增加并/或因為鉬或鉻等元素的高熔點而降低帶的鑄造性能。本發(fā)明的合金是優(yōu)秀的，它們綜合了以下優(yōu)點線性磁性響應(yīng)擴(kuò)大，機(jī)械共振性能提高，好的帶鑄造性及可用帶的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。
用本發(fā)明合金做成的標(biāo)識器除了可避免不同系統(tǒng)間的干涉外，還可在接收線圈中產(chǎn)生比傳統(tǒng)機(jī)械共振標(biāo)識器大的信號振幅。這使得降低標(biāo)識器尺寸或提高檢測通道寬度成為可能，而這兩者正是物品監(jiān)視系統(tǒng)所需要的。
本發(fā)明的玻璃態(tài)金屬合金實例包括Fe40Co34Ni8B13Si5，F(xiàn)e40Co30Ni12B13Si5，F(xiàn)e40Co26Ni16B13Si5，F(xiàn)e40Co22Ni20B13Si5，F(xiàn)e40Co20Ni22B13Si5，F(xiàn)e40Co18Ni24B13Si5，F(xiàn)e35Co18Ni29B13Si5，F(xiàn)e32Co18Ni32B13Si5，F(xiàn)e40Co16Ni26B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni28B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni28B16Si2，F(xiàn)e40Co14Ni28B11Si7，F(xiàn)e40Co14Ni28B13Si3C2，F(xiàn)e38Co14Ni30B13Si5，F(xiàn)e36Co14Ni32B13Si5，F(xiàn)e34Co14Ni34B13Si5，F(xiàn)e30Co14Ni38B13Si5，F(xiàn)e42Co14Ni26B13Si5，F(xiàn)e44Co14Ni24B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni27Mo1B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Mo3B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni27Cr1B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Cr3B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Mo1B13Si5C2，F(xiàn)e40Co12Ni30B13Si5，F(xiàn)e38Co12Ni32B13Si5，F(xiàn)e42Co12Ni30B13Si5，F(xiàn)e40Co12Ni26B17Si5，F(xiàn)e40Co12Ni28B15Si5，F(xiàn)e40Co10Ni32B13Si5，F(xiàn)e42Co10Ni30B13Si5，F(xiàn)e44Co10Ni28B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Mo1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Cr1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Mn1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni29Mn3B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni30B13Si5C2，F(xiàn)e40Co8Ni38B13Si5，F(xiàn)e40Co6Ni36B13Si5，andFe40Co4Ni38B13Si5，其中下標(biāo)為原子百分比。
圖1(a)所示為一個傳統(tǒng)機(jī)械共振標(biāo)識器的磁化行為，其特征在于B-H曲線，其中B是磁感應(yīng)強(qiáng)度，H是外加磁場。整個B-H曲線在低磁場區(qū)被非線性磁滯回線切開。標(biāo)識器的這一非線性特征導(dǎo)致較高次的諧波產(chǎn)生，它可起動一些諧波標(biāo)識器系統(tǒng)，造成不同物品監(jiān)視系統(tǒng)間的干涉。
線性磁性響應(yīng)的說明如圖1(b)。當(dāng)標(biāo)識器沿長度方向被一個外加磁場H磁化時，在標(biāo)識器中產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度B。這種磁響應(yīng)可保持相對線性直到Ha，超過Ha后標(biāo)識器磁飽和。Ha的值取決于標(biāo)識器實際尺寸及其磁各向異性場。為了防止共振標(biāo)識器意外起動一個基于諧波再輻射的監(jiān)視系統(tǒng)，Ha應(yīng)高于諧波標(biāo)識器系統(tǒng)工作場強(qiáng)度區(qū)。
標(biāo)識器材料受到具有恒定振幅的激勵信號短脈沖群的作用，該脈沖群被稱為激勵脈沖，其頻率被調(diào)整為標(biāo)識器材料的機(jī)械共振頻率。在圖2中隨著曲線達(dá)到Vo，標(biāo)識器材料響應(yīng)激勵脈沖并在接收線圈中產(chǎn)生輸出信號。在時間to時，激勵結(jié)束，標(biāo)識器開始逐漸結(jié)束，反映在輸出信號中即為在一定時間內(nèi)從Vo降到零。在時間t1時，即激勵結(jié)束后1毫秒，輸出信號被測量并用V1表示。這樣V1/Vo即為對逐漸結(jié)束的衡量。雖然監(jiān)視系統(tǒng)的工作原理不是依賴于包括激勵脈沖的波的形狀，但這一信號的波形通常為正弦波。標(biāo)識器材料在這一激勵下產(chǎn)生共振。
這一共振的物理原理可被概括如下當(dāng)一種鐵磁材料被放置在一個激勵磁場中時，它的長度會改變。材料這一相對于原始長度的變化被稱為磁致伸縮，并由符號λ表示。如果材料平行于激勵磁場伸長，則λ符號為正。
當(dāng)一個具有正磁致伸縮性能的帶狀材料被放置在一個沿其長度方向的正弦外加磁場中時，帶的長度將經(jīng)受周期性的改變，即帶將被迫振蕩。這一外加磁場可由帶有正弦變化電流的螺線管產(chǎn)生。當(dāng)帶的振蕩波半波長與帶的長度匹配時，就會導(dǎo)致機(jī)械共振。共振頻率fr由以下關(guān)系式給出fr＝(1/2L)(E/D)0.5其中L為帶長度，E為帶的楊氏模量，D為帶的密度。
鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)只有當(dāng)材料的磁化在旋轉(zhuǎn)磁化中進(jìn)行時才可觀察到。而當(dāng)磁化過程是在磁疇壁運動過程中進(jìn)行時，磁致伸縮效慶就觀察不到。由于本發(fā)明合金制成的標(biāo)識器的磁性各向異性在橫穿標(biāo)識器寬度方向的磁場退火中被激勵，所以一個被稱為偏磁場的直流磁場被加在標(biāo)識器長度方向，以增強(qiáng)標(biāo)識器材料的磁-機(jī)械響應(yīng)效應(yīng)。在本領(lǐng)域中也可很好地理解，使用偏磁場可改變一種鐵磁材料的楊氏模量E的有效值，所以適當(dāng)選擇偏磁場強(qiáng)度可使材料的機(jī)械共振頻率改變。示意圖3可更進(jìn)一步解釋這一情況共振頻率fr隨著偏磁場Hb而降低，在Hb2處達(dá)最低值(fr)min。t＝t1時在接收線圈中檢測到的信號響應(yīng)值V1隨Hb而增加，在Hb1達(dá)最大值Vm。在作用偏磁場附近的斜率dfr/dHb是一個重要量，因為它關(guān)系到監(jiān)視系統(tǒng)的敏感性。
綜上所述，當(dāng)一個具有正磁致伸縮性能的鐵磁材料帶處在一個有直流偏磁場的激勵交流磁場中時，將以激勵交流場的頻率振蕩，且當(dāng)這一頻率與材料機(jī)械共振頻率fr相符時，帶將共振并產(chǎn)生增強(qiáng)的響應(yīng)信號振幅。實際中，偏磁場由一個鐵磁體提供，該鐵磁體的矯頑力高于“標(biāo)識器組件”中的標(biāo)識器材料。
表I列出由玻璃態(tài)Fe40Ni38Mo4B18制成的傳統(tǒng)機(jī)械共振標(biāo)識器的典型Vm、Hb1、(fr)min和Hb2值。低Hb2值及在Hb2值以下B-H行為的非線性，使由這種合金制成的標(biāo)識器易于意外地起動一些諧波標(biāo)識器系統(tǒng)，導(dǎo)致基于機(jī)械共振和諧波再輻射的物品監(jiān)視系統(tǒng)間相互干涉。
表I由玻璃態(tài)Fe40Ni38Mo4B18制成的傳統(tǒng)機(jī)械共振標(biāo)識器的典型Vm、Hb1、(fr)min和Hb2值。此帶長38.1mm，機(jī)械共振頻率范圍約在57～60KHz之間。
Vm(mV)Hb1(Oe) (fr)min(KHz) Hh2(Oe)150-250 4-6 57-58 5-7表II列出本專利范圍以外合金的典型Ha、Vm、Hb1、(fr)min、Hb2和dfr/dHb值。場退火在連續(xù)盤式爐中完成，帶寬12.7mm，帶速從約0.6m/min至約1.2m/min。
表II本專利范圍以外合金的Ha、Vm、Hb1、(fr)min、Hb2和Hb＝6Oe時的dfr/dhb值。場退火在連續(xù)盤式爐中進(jìn)行，帶速從約0.6m/min至約1.2m/min，1.4KOe的磁場垂直于帶的長度方向。
成份 Ha(Oe) Vm(mV)Hb1(Oe)(fr)min(KHz)Hb2(Oe) df，dHb(HzOe)A.Co42Fe40B13Si5224007.0 49.7 15.2 700B.Co38Fe40Ni4B13Si5204209.3 53.8 16.4 500C.Co2Fe40Ni40B13Si5104003.0 50.2 6.8 2.080D.Co10Fe40Ni27Mn5B13Si57.5 4002.7 50.5 6.8 2.300雖然合金A和B對可接受的磁場范圍表現(xiàn)出線性磁性響應(yīng)，但它們含有大量鈷，導(dǎo)致原材料價格升高。合金C和D具有低Hb1值和高dfr/dHb值，從共振標(biāo)識器系統(tǒng)操作的立場看，這兩者是不希望得到的。
實施例例1Fe-Co-Ni-B-Si玻璃態(tài)金屬1.試樣制備表III和表IV中所示的1至29號試樣為Fe-Co-Ni-B-Si系列玻璃態(tài)金屬合金，試樣從熔化狀態(tài)快速淬火，這是根據(jù)Narasimhan的美國專利No.4,142,571的做法，其內(nèi)容在此處引做參考。所有鑄造在惰性氣體中進(jìn)行，用100g熔料。所得到的帶的典型尺寸為25μm厚、約12.7mm寬，用Cu-Kα輻射X射線衍射法和微分掃描量熱法確定帶中無明顯結(jié)晶度。每一種合金至少70％為玻璃態(tài)，在許多實例中，合金超過90％為玻璃態(tài)。這些玻璃態(tài)金屬合金帶強(qiáng)度高、光澤度好、硬度高且塑性好。
帶被切成小片以進(jìn)行磁化、磁致伸縮、居里點和結(jié)晶溫度及密度的測量。為了表征磁-機(jī)械共振，帶被切成長約38.1mm，并被放置在穿過帶寬度方向的磁場中進(jìn)行熱處理。磁場強(qiáng)度為1.1KOe或1.4KOe，且其方向與帶長度方向夾角在75°和90°間變化。有些帶在沿帶方向施加應(yīng)力的情況下進(jìn)行熱處理，應(yīng)力在0～7.2Kg/mm2之間。帶在連續(xù)盤式退火爐中的速度變化范圍在0.5米每分鐘至12米每分鐘之間。
2.磁和熱性能特性表III列出合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs)，飽和磁致伸縮(λs)，及結(jié)晶溫度(Tc)。磁化強(qiáng)度由振動試樣磁力計測量，給出以emu/g為單位的飽和磁化強(qiáng)度值，可用密度數(shù)據(jù)將其轉(zhuǎn)換為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。飽和磁致伸縮可由應(yīng)變儀方法測量，單位為10-6或ppm。居里點和結(jié)晶溫度分別由電感應(yīng)方法和一個微分掃描量熱儀測量。
表IIIFe-Co-Ni-B-Si玻璃態(tài)合金的磁性能和熱性能。合金中，No.22(θf＝447℃)，No.27(θf＝430℃)，No.28(θf＝400℃)和No.29(θf＝417℃)的居里溫度可被確定，因為它們的居里點低于一次結(jié)晶溫度(Tc)。
No. 成份 Bs(Tesla)λs(ppm) Tc(℃)Fe Co Ni B Si1 40 34 8 13 5 1.46 23 4562 40 30 12 13 5 1.42 22 4553 40 26 16 13 5 1.38 22 4504 40 22 20 13 5 1.32 20 4585 40 20 22 13 5 1.28 19 4526 40 18 24 13 5 1.25 20 4497 35 18 29 13 5 1.17 17 4418 32 18 32 13 5 1.07 13 4359 40 16 26 13 5 1.21 18 44810 40 14 28 13 5 1.22 19 44411 40 14 28 16 2 1.25 19 44112 40 14 28 11 7 1.20 15 44413 38 14 30 13 5 1.19 18 44114 36 14 32 13 5 1.14 17 43715 34 14 34 13 5 1.09 17 43416 30 14 38 13 5 1.00 10 42617 42 14 26 13 5 1.27 21 44818 44 14 24 13 5 1.31 21 45319 40 12 30 13 5 1.20 18 44220 38 12 32 13 5 1.14 18 44021 42 12 30 13 3 1.29 21 41522 40 12 26 17 5 1.12 17 49823 40 12 28 15 5 1.20 19 48024 40 10 32 13 5 1.16 17 43925 42 10 30 13 5 1.15 19 44326 44 10 28 13 5 1.25 20 44627 40 8 34 13 5 1.11 17 43728 40 6 36 13 5 1.12 17 43329 40 4 38 13 5 1.09 17 430
每一標(biāo)識器材料尺寸約為38.1mm×12.7mm×20μm，用傳統(tǒng)的B-H磁滯回路指示器測定了它們的Ha值，然后它們被放置在一個221匝的傳感線圈中。沿每一個合金標(biāo)識器的縱向方向施加一個交流磁場，同時有一個直流偏磁場，其強(qiáng)度從0到約20Oe。傳感線圈檢測到合金標(biāo)識器對交流激勵的磁-機(jī)械響應(yīng)。這些標(biāo)識器材料機(jī)械共振頻率在約48～66KHz之間。表III中所列合金的磁-機(jī)械響應(yīng)值被測量并列于表IV。
表IV表III中合金的Ha、Vm、Hb1、(fr)min、Hb2及Hb＝6Oe時的dfr/dHb值，合金熱處理在連續(xù)盤式退火爐中進(jìn)行，溫度380℃，帶速約1.2m/min，并在415℃加熱30分鐘(如星號*所示)。退火磁場約為1.4KOe，垂直于帶長度方向。
合金號 Hn(Oe) Vm(mV) Hb1(Oe) (fr)mm(kHz) Hb2(Oe) dfr/dHb(Hz/Oe)121415 10.3 54.216.5 460220370 10.7 54.216.0 560320370 10.0 53.816.5 4304*20250 10.5 49.817.7 450418330 8.0 53.614.2 590517270 9.0 52.014.5 710617340 7.8 53.414.2 620716300 8.6 53.514.3 550815380 8.0 54.113.0 5809 164507.851.314.288010*173908.949.315.955010163907.052.313.481011153508.052.313.975012143507.052.512.483013144007.352.513.178014133306.554.212.667015132706.253.011.582016102305.056.09.3 143017154157.251.214.374018153507.750.412.9108019144406.550.611.696020143306.652.911.390021193259.353.914.8490229 2603.555.88.0 170023113105.452.210.5138024*152208.248.513.774024144107.551.813.580025134206.249.512.2127026144006.050.212.8105027102504.051.98.5 149028124404.049.79.0 179029113805.251.59.8 1220表IV中所列所有合金的Ha值均超過8Oe，使它們可以避免上面提到的干涉問題。好的敏感性(dfr/dHb)和大信號響應(yīng)(Vm)導(dǎo)致共振標(biāo)識器系統(tǒng)的標(biāo)識器更小。
表III所列標(biāo)識器材料在不同退火條件下的磁-機(jī)械響應(yīng)值歸納于表V、VI、VII、VIII和IX。
表V表III中8號合金在盤式退火爐中不同條件熱處理后的Vm、Hb1、(fr)min和Hb＝6Oe時的dfr/dHb值。標(biāo)出的外加磁場方向是指帶的長度方向與磁場方向的夾角。
退火溫度 440℃ 外加磁場/方向1.1KOe/90°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2)(mV) (Oe) (kHz) (Oe) (Hz/Oe)9.01.4 360 3.955.38.559010.5 1.4 340 3.855.48.554010.5 6.0 225 5.055.89.8690退火溫度 400℃ 外加磁場/方向1.1KOe/90°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2)(mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)9.00 300 4.1 53.7 8.3 11709.07.2 250 5.2 55.9 9.7退火溫度340℃ 外加磁場/方向1.1KOe/75°帶速 應(yīng)力VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2)(mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.60 315 7.9 55.7 13.44202.10 225 8.0 56.1 12.8470表VI表III中17號合金在盤式退火爐中不同條件熱處理后的Vm、Hb1、(fr)min、Hb＝6Oe時的dfr/dHb值。標(biāo)出的外加磁場方向是指帶的長度方向與磁場方向的夾角。
退火溫度320℃外加磁場/方向1.4KOe/90°
帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz) (Oe) (Hz/Oe)0.60250 6.0 55.313.0 6700.61.4 320 6.0 54.014.1 6200.63.6 370 7 0 52.214.0 630退火溫度280℃ 外加磁場/方向1.1KOe/90°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.6 7.2 390 7.0 53.2 13.9 6152.1 7.2 240 5.0 53.6 11.5 760退火溫度280℃ 外加磁場/方向1.1KOe/75°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.6 7.2 360 6.3 52.913.2 6302.1 7.2 270 5.2 53.211.2 860表VII表III中24號合金在盤式退火爐中不同條件下熱處理后的Vm、Hb1、(fr)min、Hb＝6Oe時的dfr/dHb值。標(biāo)出的外加磁場方向是指帶的長度方向與磁場方向的夾角。
退火溫度320℃ 外加磁場/方向1.1KOe/90°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz) (Oe) (Hz/Oe)0.60 280 8.0 54.7 13.1 4502.10 310 7.6 54.7 12.0 5002.17.2 275 8.0 55.1 14.5 450退火溫度320℃ 外加磁場/方向1.1KOe/75°
帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute)(kg/mm2)(mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.6 0 310 8.254.7 13.0 5300.6 7.2 275 8.255.2 15.0 4302.1 0 290 7.254.8 12.0 5502.1 7.2 270 7.055.6 13.5 480退火溫度300℃外加磁場/方向1.1KOe/82.5°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.62.1 3008.3 54.913.7 4102.12.1 3007.0 54.411.8 480退火溫度280℃外加磁場/方向1.1KOe/90°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.6 0 265 8.455.212.6 4302.1 7.2 255 6.855.912.0 490表VIII表III中27號合金在盤式退火爐中不同條件下熱處理后的Vm、Hb1、(fr)min、Hb＝6Oe時的dfr/dHb值.標(biāo)出的外加磁場方向是指帶的長度方向與磁場方向的夾角。
退火溫度300℃外加磁場/方向1.1KOe/82.5°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute) (kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.62.1 270 6.2 53.8 11.9 6902.12.1 270 5.2 52.9 10.5 870退火溫度280℃ 外加磁場/方向1.1KOe/90°
帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute)(kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz)(Oe) (Hz/Oe)0.6 7.2 290 5.8 53.812.06702.1 0230 6.0 54.311.0720表IX表III中29號合金在盤式退火爐中不同條件下熱處理后的Vm、Hb1、(fr)min、Hb＝6Oe時的dfr/dHb值.標(biāo)出的外加磁場方向是指帶的長度方向與磁場方向的夾角。
退火溫度320℃ 外加磁場/方向1.1KOe/90°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute)(kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz) (Oe) (Hz/Oe)2.1 7.2 225 4.7 55.2 10.0570退火溫度280℃ 外加磁場/方向1.1KOe/75°帶速 應(yīng)力 VmHm(fr)minHb2dfr/dHb(m/minute)(kg/mm2) (mV) (Oe) (kHz) (Oe) (Hz/Oe)0.6 0 230 5.8 54.2 11.07200.6 7.2 245 5.2 54.7 11.2620以上表格指出，正確組合合金的化學(xué)和熱處理條件即可獲得所需要的磁-機(jī)械共振標(biāo)識器性能。
例2Fe-Co-Ni-Mo/Cr/Mn-B-Si-C玻璃態(tài)金屬Fe-Co-Ni-Mo/Cr/Mn-B-C-Si系玻璃態(tài)金屬合金按例1所述被制備并表征。表X列出其化學(xué)成份、磁性能和熱性能，表XI列出表X中合金的機(jī)械共振響應(yīng)值。
表X低鈷含量的玻璃態(tài)合金的磁性能和熱性能。Tc是一次結(jié)晶溫度。
合金號 成份 BrλrTcFe Co Ni Mo Cr Mn B Si C (Tesla) (ppm)(℃)1 40 14 28 - - - 13 3 2 1.22194412 40 14 27 1 - - 13 5 - 1.18184513 40 14 25 3 - - 13 5 - 1.07134624 40 14 27 - 1 - 13 5 - 1.18204625 40 14 25 - 3 - 13 5 - 1.07154516 40 14 25 1 - - 13 5 2 1.15154807 40 10 31 1 - - 13 5 - 1.12184478 40 10 31 - 1 - 13 5 - 1.13184419 40 10 31 - - 1 13 5 - 1.16184451040 10 29 - - 3 13 5 - 1.19174541140 10 30 - - - 13 5 2 1.1316465表XI表X所列合金的Ha、Vm、Hb1、(fr)min、Hb2及Hb＝6Oe時的dfr/dHb值，合金熱處理在連續(xù)盤式退火爐中進(jìn)行，退火溫度為380℃，帶速約為0.6m/min，外加磁場1.4KOe，方向為穿過帶寬度方向。
合金號 Hr(Oe) Vm(mV) Hb1(Oe) (fr)min(kHz) Hb2(Oe) dfr/dHb(Hz/Oe)114 310 8.3 52.5 13.1 870213 350 4.4 51.7 10.0 1640312 250 3.0 51.7 6.41790411 320 6.2 51.8 9.8950510 480 3.7 51.5 8.2178069 390 4.1 52.0 8.51820710 460 4.2 50.3 8.91730810 480 5.2 51.6 9.81560912 250 6.5 51.2 10.6 100010 10 380 3.5 51.0 7.8188011 9 310 4.0 51.5 8.01880表XI中所有合金的Ha值均超過8Oe，使它們可以避免上面提到的干涉問題。敏感性(dfr/dHb)好和信號響應(yīng)(Vm)大導(dǎo)致共振標(biāo)識器系統(tǒng)的標(biāo)識器更小。
在描述發(fā)明的全部細(xì)節(jié)之后，可以理解這些細(xì)節(jié)不必嚴(yán)格地遵照執(zhí)行，而且本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解進(jìn)一步的改進(jìn)和調(diào)整，所有發(fā)明范圍以內(nèi)的細(xì)節(jié)均在附加的權(quán)利要求中確定。
權(quán)利要求
1.一種磁性玻璃態(tài)金屬合金至少約70％為玻璃態(tài)，并通過退火以增強(qiáng)其磁性能，其成份基本包括分子式FeaCobNicMdBeSifCg，其中M至少為鉬、鉻和錳中之一，“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”和“g”為原子百分比，“a”約為30到45，“b”約為4到40，“c”約為5到45，“d”約為0到3，“e”約為10到25，“f”約為0到15，“g”約為0到2。
2.權(quán)利要求1中的合金，熱處理后形狀為帶狀，在頻率范圍從約48KHz至約66KHz間表現(xiàn)出機(jī)械共振，且具有相對線性磁化行為直到最低偏磁場為約8Oe。
3.權(quán)利要求2中的合金，其中機(jī)械共振頻率對偏磁場的曲線斜率在偏磁場約為6Oe時接近或超過約400Hz/Oe。
4.權(quán)利要求2中的合金，其中偏磁場在機(jī)械共振頻率最小時接近或超過8Oe。
5.權(quán)利要求2中的合金，其M為鉬。
6.權(quán)利要求2中的合金，其M為鉻。
7.權(quán)利要求2中的合金，其M為錳。
8.權(quán)利要求2中的合金，其中“a”約從30到40，“b”加“c”之和約從32到47，“e”加“f”加“g”之和約從16到22。
9.權(quán)利要求8中的磁性合金，其成分選自Fe40Co34Ni8B13Si5，F(xiàn)e40Co30Ni12B13Si5，F(xiàn)e40Co26Ni16B13Si5，F(xiàn)e40Co22Ni20B13Si5，F(xiàn)e40Co20Ni22B13Si5，F(xiàn)e40Co18Ni24B13Si5，F(xiàn)e35Co18Ni29B13Si5，F(xiàn)e32Co18Ni32B13Si5，F(xiàn)e40Co16Ni26B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni28B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni28B16Si2，F(xiàn)e40Co14Ni28B11Si7，F(xiàn)e40Co14Ni28B13Si3C2，F(xiàn)e38Co14Ni30B13Si5，F(xiàn)e36Co14Ni32B13Si5，F(xiàn)e34Co14Ni34B13Si5，F(xiàn)e30Co14Ni38B13Si5，F(xiàn)e42Co14Ni26B13Si5，F(xiàn)e44Co14Ni24B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni27Mo1B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Mo3B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni27Cr1B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Cr3B13Si5Fe40Co14Ni25Mo1B13Si5C2，F(xiàn)e40Co12Ni30B13Si5，F(xiàn)e38Co12Ni32B13Si5，F(xiàn)e42Co12Ni30B13Si5，F(xiàn)e40Co12Ni26B17Si5，F(xiàn)e40Co12Ni28B15Si5，F(xiàn)e40Co10Ni32B13Si5，F(xiàn)e42Co10Ni30B13Si5，F(xiàn)e44Co10Ni28B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Mo1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Cr1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Mn1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni29Mn3B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni30B13Si5C2，F(xiàn)e40Co8Ni38B13Si5，F(xiàn)e40Co6Ni36B13Si5，andFe40Co4Ni38B13Si5，其中下標(biāo)為原子百分比。
10.在一個適于檢測由處于外加磁場中的標(biāo)識器機(jī)械共振產(chǎn)生的信號的物品監(jiān)視系統(tǒng)中，所述標(biāo)識器的改進(jìn)包括至少一條鐵磁材料帶狀物，該鐵磁材料至少約70％為玻璃態(tài)，通過退火增強(qiáng)磁性能且其成份基本包含分子式FeaCobNicMdBeSifCg，其中M至少選自鉬、鉻和錳中的一種，“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”和“g”為原子百分比，“a”約從30到45，“b”約從4到40，“c”約從5到45，“d”約從0到3，“e”約從10到25，“f”約從0到15，“g”約從0到2。
11.權(quán)利要求10中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述帶狀物選自帶、線和片。
12.權(quán)利要求11中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述帶狀物為帶。
13.權(quán)利要求10中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述帶狀物在約48KHz至約66KHz頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出機(jī)械共振，且具有相對線性磁化行為直到最低偏磁場為8Oe。
14.權(quán)利要求13中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述帶狀物機(jī)械共振頻率相對于偏磁場曲線的斜率在偏磁場約為6Oe時接近或超過約400Hz/Oe。
15.權(quán)利要求13中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，所述帶狀物機(jī)械共振頻率最小時，其偏磁場接近或超過約8Oe。
16.權(quán)利要求13中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中M為鉬。
17.權(quán)利要求13中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中M為鉻。
18.權(quán)利要求15中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中M為錳。
19.權(quán)利要求13中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其“a”約從30到45，“b”加“c”之和約從32到47，“e”加“f”加“g”之和約從16到22。
20.權(quán)利要求13中的物品監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述帶狀物成份選自Fe40Co34Ni8B13Si5，F(xiàn)e40Co30Ni12B13Si5，F(xiàn)e40Co26Ni16B13Si5，F(xiàn)e40Co22Ni20B13Si5，F(xiàn)e40Co20Ni22B13Si5，F(xiàn)e40Co18Ni24B13Si5，F(xiàn)e35Co18Ni39B13Si5，F(xiàn)e32Co18Ni32B13Si5，F(xiàn)e40Co16Ni26B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni28B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni28B16Si2，F(xiàn)e40Co14Ni28B11Si7，F(xiàn)e40Co14Ni28B13Si3C2，F(xiàn)e38Co14Ni30B13Si5，F(xiàn)e36Co14Ni32B13Si5，F(xiàn)e34Co14Ni34B13Si5，F(xiàn)e30Co14Ni38B13Si5，F(xiàn)e42Co14Ni26B13Si5，F(xiàn)e44Co14Ni24B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni27Mo1B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Mo3B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni27Cr1B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Cr3B13Si5，F(xiàn)e40Co14Ni25Mo1B13Si5C2，F(xiàn)e40Co12Ni30B13Si5，F(xiàn)e38Co12Ni32B13Si5，F(xiàn)e42Co12Ni30B13Si5，F(xiàn)e40Co12Ni26B17Si5，F(xiàn)e40Co12Ni28B15Si5，F(xiàn)e40Co10Ni32B13Si5，F(xiàn)e42Co10Ni30B13Si5，F(xiàn)e44Co10Ni28B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Mo1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Cr1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni31Mn1B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni29Mn3B13Si5，F(xiàn)e40Co10Ni30B13Si5C2，F(xiàn)e40Co8Ni38B13Si5，F(xiàn)e40Co6Ni36B13Si5，andFe40Co4Ni38B13Si5，其中下標(biāo)為原子百分比。
21.權(quán)利要求2中的合金，在一個磁場中進(jìn)行熱處理。
22.權(quán)利要求21中的合金，其中所述外加磁場的場強(qiáng)可使所述帶狀物在磁場方向磁飽和。
23.權(quán)利要求22中的合金，其中所述帶狀物有一個長度方向，而且所述外加磁場穿過該帶狀物的寬度方向，該磁場方向相對于帶的長度方向約成75°至90°夾角。
24.權(quán)利要求23中的合金，其中所述磁場的強(qiáng)度約在1到1.5KOe范圍內(nèi)。
25.權(quán)利要求23中的合金，其中所述熱處理步驟的時間在幾分鐘至幾小時范圍內(nèi)，溫度低于合金的結(jié)晶溫度。
26.權(quán)利要求2中的合金，其中所述熱處理在一個連續(xù)盤式爐中進(jìn)行，所述磁場的強(qiáng)度在約1至1.5KOe范圍內(nèi)，方向穿過帶的寬度方向并與帶的長度方向約成75°至90°的夾角，所述帶的寬度約在1mm至15mm之間，帶速度約在0.5m/min至12m/min之間，并受到一個約0至7.2Kg/mm2的應(yīng)力，所述熱處理溫度的確定使得所述帶的溫度低于該帶的結(jié)晶溫度，而且該帶在熱處理后具有足夠的斷裂塑性。
全文摘要
一種玻璃態(tài)金屬合金基本包括分子式Fe
文檔編號C22C45/02GK1190442SQ9619437
公開日1998年8月12日 申請日期1996年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月13日
發(fā)明者R·哈澤賈瓦, R·馬蒂斯 申請人:聯(lián)合訊號公司