專利名稱：用于物品監(jiān)視系統(tǒng)標(biāo)記物的玻璃態(tài)金屬合金的熱處理的制作方法
背景技術(shù)：
相互參考的相關(guān)申請本申請要求保護(hù)于1995年10月5日申請的美國臨時申請No.60/004,814的利益。
1.本發(fā)明的領(lǐng)域本專利涉及用于電子物品監(jiān)視系統(tǒng)的磁性玻璃態(tài)金屬合金，更具體地，本專利涉及熱處理該合金的方法以改進(jìn)其電磁性能。
2.現(xiàn)有技術(shù)的描述物品監(jiān)視系統(tǒng)可以在工業(yè)或零售市場上購得，以用于監(jiān)視人或物品。這種系統(tǒng)的一個基本部件是一個傳感元件或“標(biāo)記物”，它被附著在被監(jiān)測的物品上。該系統(tǒng)的另外的部件包括一個詢問信號發(fā)射器和一個接受該標(biāo)記物應(yīng)答信號的接受器。然后將該應(yīng)答信號中所含的信息加工成適宜于使用者的反應(yīng)，例如拒絕進(jìn)入、啟動報警、揀出物品、等等。
已知并且已使用幾種不同類型的標(biāo)記物-探測系統(tǒng)。每一種標(biāo)記物必須與一種合適的探測系統(tǒng)相適應(yīng)。目前通用三種利用電磁現(xiàn)象的三種標(biāo)記物-探測系統(tǒng)，它們是基于使用簡單的天線-電容-二極管電路的射頻諧振(下面稱作“rf標(biāo)記物”)、基于探測來自磁性高穿透性標(biāo)記物的較高諧波(下面稱作“諧波標(biāo)記物”)以及基于探測來自磁-機(jī)械激勵標(biāo)記物的應(yīng)答信號(下面稱作“磁機(jī)式諧振器”)。前兩種標(biāo)記物的一個非常麻煩的問題是其探測可靠性差。這一問題主要是因為rf標(biāo)記物簡單諧振電路固有的寬頻帶性質(zhì)，以及當(dāng)標(biāo)記物與信號接受器之間的距離增大時由諧波標(biāo)記物產(chǎn)生的應(yīng)答信號迅速衰減。磁機(jī)式諧振器是一種半活激勵式元件并具有高探測敏感性、高操作可靠性以及低操作成本這些綜合優(yōu)點。這種系統(tǒng)的例子公開在US 4510489和SU 4510490中(下面稱作“489”和“490”專利)。
在機(jī)械諧振器基的系統(tǒng)中的標(biāo)記物是具有已知長度的帶或多條帶。每條帶均由磁性軟鐵磁材料組成，并且被具有較高矯頑力的磁性硬鐵磁材料所封裝。硬鐵磁材料提供了能形成峰值磁-機(jī)械耦合的附加磁場。該軟鐵磁標(biāo)記物材料優(yōu)選是金屬玻璃態(tài)合金帶，因為磁-機(jī)械耦合效率在玻璃態(tài)合金中非常高。該標(biāo)記物材料的機(jī)械諧振頻率基本上由玻璃態(tài)合金帶的長度和附加磁場強(qiáng)度來決定。當(dāng)遇到轉(zhuǎn)變成諧振頻率的詢問信號時，該標(biāo)記物材料應(yīng)答以被接受器所探測到的大信號場。這種大信號部分地是由標(biāo)記物的磁穿透性在諧振頻率上增大而造成的。在′489和′490專利中已經(jīng)公開了各種利用上述原理的詢問和探測用的標(biāo)記物構(gòu)型和系統(tǒng)。
在一個特別有用的系統(tǒng)中，標(biāo)記物材料由發(fā)射器產(chǎn)生的以諧振頻率的信號脈沖或短脈沖群激勵成振蕩。當(dāng)激勵脈沖停止后，該標(biāo)記物材料以其諧振頻率進(jìn)行阻尼振蕩。也就是說，該標(biāo)記物材料隨著激勵脈沖的結(jié)束而進(jìn)行減幅振蕩。接受器接受在該減幅振蕩過程中產(chǎn)生的應(yīng)答信號。對于這種結(jié)構(gòu)來說，該監(jiān)視系統(tǒng)對于各種發(fā)射源或電源產(chǎn)生的干擾相對地不會產(chǎn)生響應(yīng)，因而降低了錯誤報警的可能性。
大范圍的合金已公開在′489和′490專利中，它們適用于磁-機(jī)械探測系統(tǒng)用標(biāo)記物材料。在US 4,152,144中公開了其它的具有高穿透性的金屬玻璃態(tài)合金。
盡管已經(jīng)公開了很多適用于磁-機(jī)械型物品監(jiān)視系統(tǒng)用標(biāo)記物的玻璃態(tài)合金，這種類型的商業(yè)系統(tǒng)一般使用由鑄態(tài)鐵-鎳基玻璃態(tài)合金組成的標(biāo)記物。如果這些標(biāo)記物的尺寸和重量減小并且其信號振幅增大，這將是特別希望的。然而，得到這種改進(jìn)的各種努力現(xiàn)在遠(yuǎn)未成功。在該技術(shù)領(lǐng)域仍需改進(jìn)機(jī)械諧振標(biāo)記物，以使其更小更輕并且在遭受機(jī)械變形時能防止其性能降低。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提供了一種小型輕型磁-機(jī)械式標(biāo)記物，它具有高的信號振幅并且在遭受機(jī)械變形時能防止其性能降低。在切割或截斷該標(biāo)記物材料的制造該標(biāo)記物的過程中會發(fā)生這種機(jī)械變形。
一般說來，該標(biāo)記物包括由磁性玻璃態(tài)金屬合金組成的帶。該合金帶在爐中于一系列溫度下進(jìn)行退火。第一溫度要高至足以使激冷和后加工產(chǎn)生的應(yīng)力釋放，第二退火溫度應(yīng)接近于該帶的居里溫度。退火在垂直該帶長度并加在該帶平面上的外部磁場中進(jìn)行。第二溫度在第一溫度之后施加并產(chǎn)生沿磁場方向的各向異性的磁性。該退火工藝是連續(xù)的，并且退火時間由帶穿過該退火爐的速度來確定。由如此制得的玻璃態(tài)合金帶組成的標(biāo)記物具有高的信號振幅，并為該帶固有的機(jī)械諧振頻率的高度諧振波。事實上消除了錯誤報警，并且可以以高可靠方法探測到該小且輕的標(biāo)記物。
優(yōu)選實施方案的說明按金屬玻璃技術(shù)中已知的急冷技術(shù)，例如見US 3,856,513，通過將所需成分的熔體以至少約105℃/秒的速度冷卻，制得組成本發(fā)明帶的玻璃態(tài)金屬合金。將組成該帶的金屬玻璃基本完全玻璃化，即至少90％玻璃態(tài)，因而具有低矯頑力，并且比較低玻璃態(tài)的合金更有塑性。
制備連續(xù)帶、線、板等的各種技術(shù)均可得到。一般地，選擇特定的成分，按所需比例將所需元素的粉或顆粒熔化并均勻，在激冷表面如快速旋轉(zhuǎn)的滾筒上將該熔融合金快速激冷。
通過參照本發(fā)明優(yōu)選實施方案和所包括的實施例的詳細(xì)說明，可以更完整地理解本發(fā)明以認(rèn)識其優(yōu)點。在實施例中所列出的特定技術(shù)條件以及所給的數(shù)據(jù)用以說明本發(fā)明的原理和應(yīng)用，它們僅是例舉性的，并不限定本發(fā)明的范圍。在實施例中所給出的所有合金成分均是標(biāo)稱成分。
為了比較目的，制備了標(biāo)記物并進(jìn)行試驗。在下面表I中給出了具體值。該標(biāo)記物由尺寸約為0.030×1.5×11mm的鐵-鎳基玻璃態(tài)金屬帶的切割的小片組成。在約100kA/m的外部磁場中將該標(biāo)記物在300℃熱處理約30分鐘，該磁場是垂直于該帶的長度方向并施加于帶面上。通過以約200kHz頻率施加交流電場，該帶的小片于以該頻率產(chǎn)生機(jī)械諧振，并且其第四諧波可由繞在該帶的小片周圍的常規(guī)接受線圈探測到。該振幅可以為任意單位，但與本說明書中給出的其它值成比例。σf和σa值分別是第四諧波頻率及其振幅的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
表 I第四諧波頻率σf第四諧波振幅σa794kHz5kHz 4 1.5從實用觀點來看，這些性能是不能接受的，這是因為標(biāo)準(zhǔn)偏差的值(即σf和σa)相當(dāng)大，并且其諧波振幅低。另外，對于經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)標(biāo)記物來說，這種批量地生產(chǎn)大量帶小片的工藝實在是太慢了。
本發(fā)明制造的標(biāo)記物克服了表I所述標(biāo)記物的缺點，本發(fā)明的標(biāo)記物是通過下述方法制造的，即在連續(xù)退火爐中熱處理該帶材，其中帶材以預(yù)定速度在控溫室中傳送，同于垂直于該帶的方向施加外部磁場?？梢杂行У馗倪M(jìn)或改變帶的磁-機(jī)械性能的外加磁場的強(qiáng)度取決于相對于居里溫度或順磁至鐵磁的轉(zhuǎn)變溫度的熱處理溫度。但是，對于所選用的退火溫度來說，使用約88kA/m的磁場強(qiáng)度即可充以有效地使帶材磁性退火。如表I標(biāo)記物的情況，比較了在變化條件下進(jìn)行熱處理的帶的固有磁-機(jī)械諧振頻率的第四諧波，在變化條件下退火的帶的第四諧波性質(zhì)的結(jié)果列于下面的表II中。
表 II退火條件 第四諧波頻率 σf第四諧波振幅σa溫度/帶速 (kHz) (kHz)(任意單位)320℃/0.3m/分790 3 4 1320℃/0.6m/分795 2 5 1.5340℃/0.3m/分800 2 5 1.5340℃/0.6m/分795 2 5 1.5360-340℃/0.3m/分796 3 5.5 1360-340℃/0.6m/分790 3 6 1360-330℃/0.6m/分797 2.5 5.5 1表II中后三個實施例的兩個溫度是按照本發(fā)明在連續(xù)退火爐中的兩個溫度區(qū)，每個區(qū)約為0.9米長。應(yīng)注意到這些退火條件導(dǎo)致了具有小變化率的高振幅。對于表II所列所有情況，諧振頻率的變化率減少了約1/2，并且振幅明顯大于表I中所述批量退火工藝所得的振幅。通過對比，為鑄態(tài)和切割態(tài)條件的帶的振幅約為批量退火狀態(tài)的1/10。另一優(yōu)點是明顯減少了退火時間，這使本發(fā)明更為經(jīng)濟(jì)。熱處理溫度接近于帶材的居里溫度是很重要的。上述表中所用的材料的居里溫度約為350℃。該溫度也能有效地消除在金屬鑄態(tài)和切割過程中引起的各種應(yīng)力。在本發(fā)明中，或者可以同時進(jìn)行或者可以順序地進(jìn)行消除應(yīng)力和磁場退火工藝。
已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地說明了本發(fā)明，應(yīng)理解地是，這種詳細(xì)內(nèi)容并不是嚴(yán)格遵循的，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以進(jìn)一步給出變化或改變的建議，但這些均落入由權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械式諧振標(biāo)記物，包括磁性玻璃態(tài)金屬合金帶，所述帶已在爐中于一系列溫度下退火預(yù)定時間，第一溫度高至足以使激冷和后加工產(chǎn)生的應(yīng)力釋放。第二溫度接近于該帶的居里溫度，所述退火在垂直該帶長度并加在該帶平面上的外部磁場中進(jìn)行，第二溫度在第一溫度之后施加并產(chǎn)生沿磁場方向的各向異性的磁性。所述退火工藝是連續(xù)的，并且退火時間由帶穿過該退火爐的速度來確定。
2.權(quán)利要求1的機(jī)械式諧振標(biāo)記物，其中所述玻璃態(tài)金屬合金是鐵-鎳基合金，它可以任選地含有鈷。
3.權(quán)利要求1的機(jī)械式諧振標(biāo)記物，其中所述玻璃態(tài)金屬合金基本上由Fe40Ni38Mo4B18組成。
4.權(quán)利要求1的機(jī)械式諧振標(biāo)記物，其中所述的第一退火溫度在約350-400℃范圍。
5.權(quán)利要求1的機(jī)械式諧振標(biāo)記物，其中所述的第二退火溫度在約310-350℃范圍。
6.權(quán)利要求1的機(jī)械式諧振標(biāo)記物，其中所述的爐子長1.8米，并且所述的帶以約0.3-10米/分的恒速傳送。
7.權(quán)利要求1的機(jī)械式諧振標(biāo)記物，其中所述的爐子長1.8米，并且所述的帶以約0.3米/分的恒速傳送。
8.權(quán)利要求1的機(jī)械式諧振標(biāo)記物，其中所述的爐子長1.8米，并且所述的帶以約0.6米/分的恒速傳送。
全文摘要
一種機(jī)械式諧振標(biāo)記物,包括磁性玻璃態(tài)金屬合金帶,該帶已經(jīng)在爐中于一系列溫度下退火預(yù)定時間。第一溫度高至足以使激冷和后加工產(chǎn)生的應(yīng)力釋放。第二溫度接近于該帶的居里溫度。退火在垂直該帶長度并加在該帶平面上的外部磁場中進(jìn)行。第二溫度在第一溫度之后施加并產(chǎn)生沿磁場方向的各向異性的磁性。退火工藝是連續(xù)的,并且退火時間由帶穿過該退火爐的速度來確定。
文檔編號H01F1/153GK1203691SQ9619868
公開日1998年12月30日 申請日期1996年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月5日
發(fā)明者R·哈瑟嘉瓦 申請人:聯(lián)合訊號公司