专利名称：耐磨的高磁导率合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨的高磁导率合金，该合金组成为Ni、Nb、N、O和Fe作为主要成分，以及作为次要成分的选自下列物组中的至少一种元素，它们是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、铂族元素、Be、Ag、Sr、Ba、B、P和S，另外还涉及制造该合金以及录放磁头的方法。本发明的目的是要提供一种优良的耐磨高磁导率合金，该合金具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织，同时具有容易锻造的加工性能、大的有效磁导率以及超过4000G的饱和磁通密度。
用于磁带录音机和磁带录象机的录放磁头都是以交流电磁场进行工作，因此用于这些磁头的磁性合金都要求能在高频磁场下具有大的有效磁导率并要求具有耐磨性能，因为这些磁头由于与磁带接触是滑动的。现在，作为具有优良耐磨性能，用于录放磁头的磁性合金，已有Sendust(铁硅铝磁合金)(Fe-Si-Al合金)和铁氧体(MnO-ZnO-Fe2O3)，但它们都十分硬而脆，因此它们都不能进行锻造和磨光加工，所以在制造这些合金的磁头芯时都要使用一个抛光工序。其结果使该产品变得很昂贵。况且，Sendust(商品名)虽然具有大的饱和磁通密度，但是它不能加工成薄片，所以它在高频磁场中具有相当小的有效磁导率。此外，铁氧体虽然具有大的有效磁导率，但它的饱和磁通密度都很小，例如只约有4000G。另一方面，坡莫合金(Permalloy，商品名)(Ni-Fe-合金)虽然具有大的饱和磁通密度，但它的有效磁导率较小，另外它虽然易于锻造、磨光和冲孔并适合大规模生产，但它却易于磨损，因此人们强烈地希望对耐腐性能作出改进。
本发明人已发现，Ni-Fe-Nb-N合金和Ni-Fe-Nb-O合金易于锻造并且有高的硬度和高的磁导率并且它适合作为用于录放磁头的磁性合金并因此提交了专利申请(日特开昭62-5972和日特开昭62-12296)。因此，本发明人已系统地继续对Ni-Fe-Nb-N合金和Ni-Fe-Nb-O合金的耐腐性能进行研究，结果表明，耐磨性能并不是无条件地由硬度来决定，而是与合金的再结晶组织密切相关。
总的说来，已知的是，磨损现象根据合金的结晶组织而有很大差异并且存在晶体的各向异性，并且还发现，在Ni-Fe-Nb合金中，｛100｝＜001＞的再结晶组织易于磨损，而｛110｝＜112＞和绕着该＜112＞的方向稍微旋转的｛311｝＜112＞这两种的再结晶组织则有很优良的耐磨性能。也就是说，已经发现，通过形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织，即可显著地提高耐磨性能。
本发明人在此知识的基础上完成了很多有关使Ni-Fe-Nb合金形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的研究，结果发现，当加入总量为0.0003～0.3%的N和O时，即可抑制｛110｝＜001＞再结晶组织的形成并且大大地加快｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的形成。这就是说，已经知道，当将Ni-Fe二元合金冷轧时，产生一种｛110｝＜112＞+｛112｝＜111＞的结晶组织，而如果将它在高温下加热则会使｛110｝＜001＞的再结晶组织形成。然而，当向其中加入Nb时，会使层错能降低，但当往其中再加入总量为0.0003～0.3%的氮(N)和氧(O)时，在晶界处就析出氮化物和氧化物，降低晶界能，于是在再结晶时，就强烈地抑制了｛110｝＜001＞再结晶组织的形成，并有利地促进了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的生长，形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织并使耐磨性能显著提高。另外还发现，当向Ni-Fe-Nb合金中加入氮(N)和氧(O)时，在基体内分离出坚硬的氮化物和氧化物，因此提高了其耐磨性能，并且由于这些铁磁性的、弱磁性的和非磁性的细微氮化物和氧化物的弥散和分离而使磁畴分细，使得在交流电场中的涡流损失减小，从而使有效磁导率得以提高。简单地说，通过铌(Nb)、氮(N)和氧(O)这几种元素的协同作用，形成了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织，提高了有效磁导率并获得了一种具有优良耐磨性能的高磁导率合金。
本发明的目的如下。
本发明的一个目的是提供一种耐磨的高磁导率合金，该合金组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)、其余是Fe和少量的杂质，该合金在1KHz的条件下具有超过3000的有效磁导率和超过4000G的饱和磁通密度，并具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织。
本发明的第二个目的是提供一种耐磨的高磁导率合金，该合金组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)作为主要成分，而作为次要成分的是总量为0.001-30%选自下列物组中的至少一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，该合金在1KHz条件下具有超过3000的有效磁导率、超过4000G的饱和磁通密度和一种｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织。
本发明的第三个目的是提供一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括对具有下列成分的合金在超过900℃至低于该合金熔点的温度下进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5%-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，其余为Fe和少量杂质，接着进行冷却，然后按压下量超过50%的条件进行冷加工，再将其在900℃以上至熔点以下的温度加热，然后根据合金的成分按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率将其从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，从而制得一种在1KHz条件下具有超过3000的有效磁导率、超过4000G的饱和磁通密度和一种｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的合金。
本发明的第四个目的是提供一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括对具有下列成分的合金在超过900℃至低于该合金熔点的温度下进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，其余为Fe和少量杂质，接着进行冷却，然后按压下量超过50%的条件进行冷加工，再将其在900℃以上至熔点以下的温度加热，然后根据合金的成分按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率将其从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，再根据该合金的成分将其在低于有序-无序转变点的温度下加热1分钟以上至100小时以下的预定时间，然后冷却，从而制得一种在1KHz条件下具有超过3000的有效磁导率、超过4000G的饱和磁通密度和一种｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的合金。
本发明的第五个目的是提供一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括对具有下列成分的合金在超过900℃至低于该合金熔点的温度下进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，以及作为次要成分的其总量为0.001-30%选自下列物组中的一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，接着进行冷却，然后按超过50%的压下量进行冷加工，再将其在900℃以上至熔点以下加热，然后根据合金的成分按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率将其从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，从而制得一种在1KHz条件下具有超过3000的有效磁导率、超过4000G的饱和磁通密度和一种｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的合金。
本发明的第六个目的是提供一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括对具有下列成分的合金在超过900℃至低于该合金熔点的温度下进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，以及作为次要成分的其总量为0.001-30%选自下列物组中的一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，接着进行冷却，然后按超过50%的压下量进行冷加工，之后再在超过900℃和低于熔点的温度下加热1分钟以上至100小时以下，然后根据合金的成分按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率将其从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，从而制得一种在1KHz条件下具有超过3000的有效磁导率、超过4000G的饱和磁通密度和一种｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的合金。
本发明的第七个目的是提供一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括对具有下列成分的合金在超过900℃至低于该合金熔点的温度下进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，以及作为次要成分的其总量为0.001-30%选自下列物组中的一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于3%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，接着进行冷却，然后按超过50%的压下量进行冷加工，之后再在超过900℃至低于熔点的温度下加热，然后根据合金的成分按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率将其从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，再根据该合金的成分将其在低于有序-无序晶格转变点的温度下加热1分钟以上至100小时以下的预定时间，然后冷却，从而制得一种具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织，在1KHz条件下具有超过3000的有效磁导率以及超过4000G的饱和磁通密度的合金。
本发明的第八个目的是提供一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括对具有下列成分的合金在超过900℃至低于该合金熔点的温度下进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，以及作为次要成分的其总量为0.001-30%选自下列物组中的一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，接着进行冷却，然后按超过50%的压下量进行冷加工，之后再在超过900℃至低于熔点的温度下加热，然后根据合金的成分按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率将其从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，从而制得一种具有｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织，在1KHz条件下具有超过3000的有效磁导率以及超过4000G的饱和磁通密度的合金。
为了制备本发明的合金，将合适量的60-90%(重量)的Ni、0.5-14%(重量)的Nb和百分数余量的铁，用一个合适的熔炼炉，在空气中或在由氮和氧组成的合适混合气氛中或者在真空中熔炼，然后，就是这些元素，或者再加入作为次要成分的其总量为0.001-30%选自下列物组中的一种元素少于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、稀土元素和铂元素，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，并进行充分搅拌以制得一种组分完全均匀的熔融合金。然后向熔炼炉中通入N2、N3H和O2气以控制压力，或者加入适当量合金成分的氮化物和氧化物以便向熔融合金中加入适当量的氮和氧。
然后将合金液浇铸入一个具有合适形状和体积的铸模中以获得一种优质锭，再将此合金锭在超过900℃至低于熔点，较佳为超过1000℃至低于熔点的温度下进行锻造和热加工，以制成一种厚度适宜的薄板，如有需要，可将其退火。然后将此薄板用例如冷轧等方法按超过50%的压下量进行冷加工，从而制得一种具有所需形状，例如厚0.1mm的薄片。然后从此薄片上冲制一种外径为45mm，内径为33mm的环状片，将此环状片在氢气、其他合适的非氧化性气氛(氢、氩、氮等)中或在真空中，在超过900℃至低于熔点，较佳为超过1000℃至低于熔点的温度下加热适当的时间，然后根据合金的成分按100℃/秒至1℃/小时的合适冷却速率将其从有序-无序晶格转变点(约600℃)以上的温度冷却，或者再将其在有序-无序晶格转变点(约600℃)以下的温度下加热适当的时间然后再冷却。这样就获得了一种耐腐的高磁导率合金，这种合金具有超过3000的有效磁导率、超过4000G的饱和磁通密度和｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织。
为了更好地理解本发明，请参看附图，其中
图1是一个表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-N-O合金的各种性能与N和O含量(但是，N∶O＝1∶1)之间关系的曲线图。
图2是一个表示79.5%Ni-Fe-0.022%N-0.022%O合金的各种性能与热加工温度之间关系的曲线图。
图3是一个表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的各种性能与冷轧压下量之间关系的曲线图。
图4是一个表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的各种性能与加热温度之间关系的曲线图。
图5是一个表示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)的有效磁导率与冷却速率、再加热温度和再加热时间之间关系的曲线图。
图6是一个表示在向79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金添加Cr、Mo、Ge、Au或Co的情况下，合金的各种性能与每种元素的添加量之间关系的曲线图。
图7是一个表示在向79.5%Ni-Fe-5.5Nb-0.022%N-0.022%O合金添加V、W、Cu、Ta或Mn的情况下，合金的各种性能与每种元素的添加量之间关系的曲线图。
图8是一个表示在向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的情况下，合金的各种性能与每种元素的添加量之间关系的曲线图。
图9是一个表示在向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的情况下，合金的各种性能与每种元素的添加量之间关系的曲线图。
现在参考附图进一步对本发明进行详细的解释。
图1是一个曲线图，它表示在对一种79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-N-O合金(其中N∶O＝1∶1)按90%的压下量进行冷轧，在1150℃下加热，然后按600℃/小时的冷却速率进行冷却的情况下，合金的再结晶组织和各种性能与N和O含量的关系。当对Ni-Fe-Nb合金进行冷轧时，产生一种｛110｝＜112＞+｛112｝＜111＞的工作再结晶组织，但如果将该合金在超过900℃的高温下加热，就会产生｛100｝＜001＞和｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织。然而，当向其中添加N和O时，｛100｝＜001＞的再结晶组织的生成就受到抑制，而｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织被形成，伴随所说组织的产生而使磨损量得以减小。而且，由于N和O的加入而提高了有效磁通密度，但N和O的添加量超过0.3%是不好的，因为这样会使锻造变得困难。
图2是一个表示79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的热加工温度、再结晶组织与磨损量之间关系的曲线图。当热加工温度提高到900℃以上时，｛112｝＜111＞的再结晶组织减少而｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织增多，因此大大地减少了磨损量。
图3是一个曲线图，它表明当在1150℃下加热79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金的情况下，合金的再结晶组织、各种性能与冷轧压下量之间的关系，它还表明冷轧压下量的增加促进了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织的形成，从而改善了耐磨性能并提高了有效磁导率。
图4是一个曲线图，它表示在对79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金按90%的冷轧压下量进行冷轧之后，加热温度、合金的再结晶组织和各种性能之间的关系，该图还表明，随着加热温度的提高，再结晶组织中的｛112｝＜111＞组分减少，而再结晶组织中的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞组分形成，因此改善了耐磨性能和提高了有效磁导率。
图5是一个曲线图，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)的有效磁导率与冷却速率之间的关系以及表示出在对这些合金进一步进行再加热处理时它们的有效磁导率(符号X)的数值。从图5可以看出，当在380℃下对合金No.30的样品进行再加热处理3小时，它的有效磁导率明显地提高，例如达到3.5×104。另外，当在400℃下对合金No.12的样品进行再加热处理1小时，它的有效磁导率也提高，例如达到2.5×104。可以理解到，根据一种合金的成分，存在一个最佳的冷却速率、最佳的再加热温度和再加热时间。
图6是一个曲线图，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时，磁头的磨损量与有效磁导率的关系，该图还表明，当添加Cr、Mo、Ge、Au或Co时，有效磁导率提高而磨损量降低，但当Cr、Mo、Ge或Au的添加量超过7%时，会导致饱和磁通密度低于4000G，因此是不好的。另外，当Co的添加量超过10%时，会形成较大的剩余磁化强度并因此会导致磁化噪音不利地提高。
图7是一个曲线图，它表示在向同样的79.5%Ni-Fe-5.5%Nb-0.022%N-0.022%O合金中添加V、W、Cu、Ta或Mn的情况下，磁头的磨损量与有效磁导率之间的关系，该图还表明，当添加V、W、Cu、Ta或Mn时，有效磁导率变高而磨损量降低，但当向其中添加超过10%的V，超过15%的W和超过25%的Cu、Ta或Mn时，饱和磁通密度不利地变成低于4000G。
图8是一个曲线图，它表示在向同样的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时发生的情况，该图还示出，当加入Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In或Tl时，有效磁导率增高而磨损率降低，但当添加超过5%的Si、Ti、Zr、Hf、Ga、In或Tl时，饱和磁通密度会变得低于4000G，而当加入的Al、Sn或Sb超过5%时，锻造变得非常困难。
图9是一个曲线图，它表示在向同样的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时发生的情况，该图还表明，当加入Zn、Cd、La、Pt、Be、Ag、Sr、Ba、B、P或S时，有效磁通率增高而磨损量降低，但当向其中加入5%的Zn、Cd、La和Pt以及超过3%的Be、Sr和Ba时，饱和磁通密度不利地变得小于4000G，而当向其中加入超过3%的Ag，超过1%的B，超过0.7%的P，超过0.3%的C，或者超过0.1%的S时，锻造变得非常困难。
在本发明中，必须在超过900℃的温度下进行热加工，以促进｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的形成，而为了形成｛110｝＜112＞+｛112｝＜111＞的组织和为了使基于此的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织形成，必须进行冷加工，并且正如图1、2和3所示，加入总量超过0.0003%，最好超过0.0005%的N和O，在超过900℃的温度下进行热加工，然后按超过50%的压下量进行冷加工，这样就可使｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织的形成变得明显，并且可以明显地改善耐磨性能以及使它的有效磁导率提高。另外，在上述的冷加工之后还需要一个加热步骤，以形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织并同时使该组织均匀化，以及消除加工应力和获得高的有效磁导率和优良的耐磨性能，正如图4所示，通过在超过900℃的温度下进行特定的加热步骤，可以明显地提高有效磁导率和耐磨性能。
另外，重复上述的冷加工和接着在超过900℃至低于熔点的温度下加热可以有效地增加｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的聚集。在此情况下，即使最终冷加工的压下量少于50%，也可获得｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的结晶组织，但是这也属于本发明技术构思的范畴。因此，本发明中所说的压下量是指在整个工艺步骤中冷加工的总压下量而不是指仅仅在最终冷加工时的压下量。
从超过900℃至熔点之间的温度冷却到有序-无序晶格转变点(约600℃)以上的温度不会对磁性产生特别的影响，这种磁性甚至可以通过淬火或缓冷来获得，但正如图5所示，冷却到低于该转变点时的冷却速率对磁性有很大的影响。也就是说，根据合金的成分，以100℃/秒至1℃/小时的合适冷却速率将温度从转变点以上冷却至室温，有序度相当有规则，从而获得了优良的磁性。在上述冷却速率内，如果淬火按接近于100℃/秒的冷却速率来进行，则有序度变小，而如果淬火按更快的速度来进行，那么有序化就不进行，其数值也更小直至破坏其磁性。然而，当根据成分将这种具有小有序度的合金在转变点以下200℃-600℃的温度范围内再加热和冷却处理超过1分钟至少于100小时时，则有序化可以进行并变成一种合适的有序度，从而提高了磁性。另一方面，如果以缓冷速率，例如小于1℃/小时由上述转变点以上温度缓冷，那么有序化就按不利的方式进行，从而使磁性降低。
另外，如果上述加热处理在含氢的气氛中进行，则能特别有效地提高有效磁导率。
下面解释本发明的各实施例。
实施例1制造合金No.12(成分Ni＝79.5%、Nb＝5.5%、N＝0.022%、O＝0.022%，Fe＝余量)。
作为原料，使用99.9%纯度的电解镍和电解铁以及99.8%纯度的铌。为了制备一个样品，将总重为800g的原料装入一个氧化铝坩埚中，在高频感应电炉内和在真空中熔炼，而后充分搅拌以使其成为均匀的熔融合金。然后将此合金在氮和氧的混合气氛(N2∶O2＝1∶1)中，在3×10-1的总压力下保持13分钟，然后将其浇入一个具有25mm直径和170mm深的孔的铸模中，将这样获得的合金锭在1150℃下锻成一种厚度为7mm的薄板。接着再将此薄板在1000℃以上至1300℃之间的温度热轧到合适的厚度，然后再在室温下按不同的压下量将其冷加工成0.1mm厚的薄板，将此薄板冲制成一种外径45mm，内径33mm的环形片。然后，在对它进行了不同的热处理后，用它作为磁头的芯体，再用Tarrsurf表面粗糙度检测仪测定在85%湿度和45℃的条件下工作了300小时的磁带的磁性能和磨损量，将所获的性能示于表1中。
实施例2制备合金No.42(成分Ni＝76.0%、Nb＝3.0%、N＝0.026%、O＝0.0158%、Ta＝10.0%、Fe＝余量)作为原料，使用具有如实施例1相同纯度的电解镍和电解铁以及99.8%纯度的钽。
为了制备一个样品，将总重800g的原料装入一个氧化铝坩埚中，用一个高频感应电炉和在总压力为6×10-1的氮和氧(N2∶O2＝6∶4)的混合气氛中进行熔炼，然后充分地搅拌以形成一种均质的熔融合金。然后将此合金液浇入一个具有25mm直径和170mm深度的孔的铸模中，将这样获得的合金锭在约1250℃的温度下锻造成一块厚约7mm的薄板。然后将此薄板在1000℃以上至1400℃之间的温度下热轧成合适的厚度，然后再按不同的压下量在室温下冷轧成0.1mm厚的薄板，最后将它冲制成一种外径45mm，内径33mm的环形片。
然后在对它进行各种不同的热处理后用它作为磁头的芯体，再用Tarrysurf表面粗糙度检测仪测定在85%湿度和45℃的条件下工作了300小时的磁带的磁性能和磨损量，所获结果示于表2中。
另外，将典型合金的性能示于表3和4中。
如上所述，本发明的合金易于加工，耐磨性能优良并具有超过4000G的饱和磁通密度和超过3000的高有效磁导率以及低的矫顽磁力，它不仅适合作为录放磁头芯体和壳体的磁性合金，同时也适合作为要求具有耐磨性能和高磁导率的一般的电磁装置中的磁性材料。
在本发明中，为什么要对合金成分作出如下限定，即60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O都不能为0%)，余量为Fe，以及作为次要成分添加的元素限定为总量为0.001-30%，选自下列物组中的至少一种元素，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、稀土元素或铂族元素，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，其理由可从每个实施例、表3和表4以及附图看出，因为在此成分组成范围内，合金的有效磁导率超过3000，饱和磁通密度超过4000G，并且存在｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织和优良的耐磨性能，而在此成分组成的范围之外则使合金的磁性能或耐磨性能受到损害。
也就是说，如果Nb少于0.5%以及N和O的总量少于0.0003%，则｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织不能充分形成，结果损害了耐磨能力，而如果Nb超过14%以及N和O的总量超过0.3%，则锻造变得困难，并且有效磁导率降低至3000以下和饱和磁通密度降低至4000G以下。
如果一种合金的成分范围是60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O以及余量为Fe，则该合金的耐磨性能优良，加工性能良好并且具有3000以上的有效磁导率和4000G以上的饱和磁通密度，但如果往该合金中加入选自下列物组中的至少一种元素，即Cr、Mo、Ge、Au、W、V、Cu、Ta、Mn、Al、Zr、Si、Ti、Hf、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素、铂族元素、Be、Ag、Sr、Ba、B、P和S，一般可使它的有效磁导率提高，如果向其中加入Co，则可使饱和磁通密度有明显的提高，而如果加入Au、Mn、Ti、Co、稀土元素、Be、Sr、Ba和B中的任一种元素，则可使锻造和加工变得非常顺利，而如果加入Al、Sn、Sb、Au、Ag、Ti、Zn、Cd、Be、Ta、V、P和S中任一种元素以及这些次要成分的任一种元素的氮化物和氧化物，则可形成｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织并提高耐磨性能。
稀土元素由Sc、Y和镧系元素组成，但它们的作用是等同的，而铂族元素由Pt、Ir、Ru、Rh、Pd和Os组成，但它们的作用也是等同的，可以将它们视为具有等同作用的成分。
简单地说，本发明的合金由于形成了｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织而易于锻造，具有优良的耐磨性能、超过4000G的饱和磁通密度以及高的有效磁导率，所以它不仅适合用作磁录放磁头，同时也适合用作那些在普通电磁设备中要求具有耐磨性能和高磁导率的磁性材料。
权利要求
1.一种耐磨的高磁导率合金，其组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，其余为Fe和少量的杂质，并具有一种在1KHz时的有效磁导率超过3000和饱和磁通密度超过4000G的{110}<112>+{311}<112>的再结晶组织。
2.一种耐磨的高磁导率合金，其组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，以及作为次要成分的总量为0.001-30%，选自下列物组中的至少一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，并具有一种在1KHz时的有效磁导率超过3000和饱和磁通密度超过4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织。
3.根据权利要求2所述的耐磨高磁导率合金，其中，该合金还含有少于0.3%的C。
4.一种制备耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括将一种组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，其余为Fe和少量杂质的合金在900℃以上至熔点以下的温度进行热加工，接着冷却，然后按50%以上的压下量冷加工，在900℃以上至熔点以下的温度加热，然后根据合金的成分组成按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，从而制得一种具有1KHz时的有效磁导率超过3000和饱和磁通密度超过4000G的｛110｝＜112＞+｛113｝＜112＞再结晶组织的合金。
5.一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括将一种组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，其余为Fe和少量杂质的合金在900℃以上至熔点以下的温度进行热加工，接着冷却，然后按50%以上的压下量冷加工，再在900℃以上至熔点以下的温度加热，然后根据合金的成分组成按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，然后再根据合金的成分组成在低于有序-无序晶格转变点的温度下加热1分钟以上至100小时以下的一段预定时间然后冷却，从而制得一种具有在1KHz时的有效磁导率超过3000和饱和磁通密度超过4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的合金。
6.一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括将一种组成为下列成分的合金在900℃以上至熔点以下的温度进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)以及作为次要成分的总量为0.001-30%，选自下列物组中的至少一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，接着冷却，然后按50%以上的压下量冷加工，再在900℃以上至熔点以下的温度加热，然后根据合金的成分组成按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，从而制得一种具有在1KHz时的有效磁导率超过3000以及饱和磁通密度超过4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的合金。
7.一种制造耐磨的高磁导率合金的方法，该方法包括将一种组成为下列成分的合金在900℃以上至熔点以下的温度进行热加工，所说成分是(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)以及作为次要成分的总量为0.001-30%，选自下列物组中的至少一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，接着冷却，然后按50%以上的压下量冷加工，再在900℃以上至熔点以下的温度加热，然后根据合金的成分组成按照100℃/秒至1℃/小时的预定冷却速率从有序-无序晶格转变点以上的温度冷却至室温，然后再根据合金的成分组成在低于有序-无序晶格转变点的温度下加热1分钟以上至100小时以下的一段预定时间然后冷却，从而制得一种具有在1KHz时的有效磁导率超过3000以及饱和磁通密度超过4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞再结晶组织的合金。
8.根据权利要求6所述的耐磨高磁导率合金，其中，该合金还含有少于0.3%的C。
9.根据权利要求7所述的耐磨高磁导率合金，其中，该合金还含有少于0.3%的C。
10.一种由具有下列组成的耐磨高磁导率合金制成的录放磁头，所述组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，其余为Fe和少量的杂质，并具有一种在1KHz时的有效磁导率超过3000和饱和磁通密度超过4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织。
11.一种由具有下列组成的耐磨高磁导率合金制成的录放磁头，所述组成为(重量百分数)60-90%Ni、0.5-14%Nb、总量为0.0003-0.3%的N和O(但N和O皆不能为0%)，以及作为次要成分的总量为0.001-30%，选自下列物组中的至少一种元素分别少于7%的Cr、Mo、Ge和Au，分别少于10%的Co和V，少于15%的W，分别少于25%的Cu、Ta和Mn，分别少于5%的Al、Si、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb、Ga、In、Tl、Zn、Cd、稀土元素和铂族元素，分别少于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，其余为Fe和少量的杂质，并具有一种在1KHz时的有效磁导率超过3000和饱和磁通密度超过4000G的｛110｝＜112＞+｛311｝＜112＞的再结晶组织。
全文摘要
本发明提供一种组成为Ni、Nb、N、O和Fe的耐磨高磁导率合金以及一种组成为Ni、Nb、N、O和Fe作为主要成分和从以下物组中选出的至少一种元素作为次要成分的耐磨高磁导率合金，所说物组包括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、铂族元素、Be、Ag、Sr、Ba、B、P、C和S。另外提供了一种制造该合金的方法，其目的是要获得一种具有优良耐磨性、容易加工性、大的有效磁导率、4000G以上的饱和磁通密度和{110}<112>+{311}<112>再结晶组织的磁性合金。
文档编号C22C19/03GK1105710SQ94106550
公开日1995年7月26日 申请日期1994年6月8日 优先权日1993年7月30日
发明者村上雄悦, 增本刚 申请人:财团法人电气材料研究所