Amorphe Legierung für streifenförmige Sensorelemente

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine amorphe Legierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein streifenförmiges Sensorelement.

[0002] Für Sicherungsetiketten werden schmale und dünne Streifen aus einem gut weichmagnetischen Material benötigt. Es werden bisher handelsübliche Streifen sowohl aus kristallinem als auch amorphem Material verwendet. Die gängigen Abmessungen sind hierbei Bandbreiten kleiner als 3 mm, Banddicken kleiner als 40 µm und Etikettenlängen von 50 bis 100 mm, in Einzelfällen auch darunter. Wichtig für die Funktionsweise solcher Streifen ist es, daß das Material mit möglichst kleinen erregenden Magnetfeldern völlig auf- bzw. ummagnetisiert werden kann. Aufgrund der Nichtlinearität der Magnetisierungskurve des Streifens beim Erreichen der magnetischen Sättigung werden beim Ummagnetisieren in einer entsprechenden Empfängerspule einer Diebstahlsicherungsanlage dann z. B. Oberwellen der Erregerfrequenz erzeugt, welche zur Detektierung des Streifens und damit eines möglichen Diebes dienen.

[0003] Diejenige Feldstärke H_s, welche zum vollständigen Aufmagnetisieren des Streifens nötig ist, wird im wesentlichen durch die Geometrie des Streifens (magnetischer Scherungseffekt) und die magnetische Anisotropieenergie quer zur Streifenrichtung bestimmt. Hierbei gilt in Streifenrichtung


wobei w die Breite, t die Dicke, 1 die Länge des Streifens, B_s die Sättigungsinduktion und H_A das magnetische Anisotropiefeld bedeuten. Der Faktor α hängt ebenfalls, allerdings nur sehr schwach, von der Streifengeometrie ab und darf im wesentlichen als konstant angesehen werden.

[0004] Um zu einem detektierbaren, signifikanten Signal zu gelangen, muß die magnetische Erregerfeldstärke bei den gängigen Systemen, möglichst etwa in der Größenordnung oder größer als die Sättigungsfeldstärke H_s sein. Andererseits darf z. B. zur Vermeidung von Fehlalarmen durch andere ferromagnetische Gegenstände oder aus Gründen des Leistungsbedarfs für die Erregerfeldstärke, zur Verminderung von unnötigen Verlusten oder Erwärmung die Erregerfeldstärke nicht zu groß sein.

[0005] Ähnliche Verhältnisse liegen häufig auch bei Magnetfeldsensoren zur Erfassung von magnetischen Feldern vor. Die Empfindlichkeit dieser Sensoren steigt im allgemeinen mit zunehmender Streifenlänge, wobei eine Gesetzmäßigkeit der oben genannten Gleichung ebenfalls maßgebend ist.

[0006] Durch die spezielle Wahl der Streifengeometrie, d. h. kleine Breite und Dicke und relativ große Etikettenlänge, wird das entmagnetisierende Feld in Streifenrichtung gemäß der Gleichung deutlich vermindert. Dies hat den gewünschten Effekt, daß der Magnetstreifen in relativ kleinen Erregerfeldern ummagnetisiert werden kann und somit das gewünschte Signal liefert.

[0007] Ferner kann die Sättigungsfeldstärke H_s weiter herabgesetzt werden, indem durch spezielle Wärmebehandlungen das Anisotropiefeld H_A nahezu zum Verschwinden gebracht wird. Dies ist z. B. der Fall für Magnetmaterial mit einer intrinsisch rechteckigen Magnetisierungsschleife, weshalb sich ein derartiges Material in vielen Fällen als besonders geeignet herausstellte.

[0008] Die Optimierung der Magnetstreifen für Diebstahlsicherungsetiketten erfolgte somit bislang durch Abstimmung von Geometrie und teilweise Wärmebehandlung an handelsüblichem Magnetmaterial, wobei die Wärmebehandlung im Magnetfeld parallel zur Längsachse des Bandes erfolgt.

[0009] Probleme entstehen jedoch, wenn aus räumlichen Gründen (z. B. Miniaturisierung) der zur Verfügung stehende Platz und damit die Streifenlänge 1 begrenzt ist. Um in solchen Fällen dennoch ein kleines Scherungsfeld zu erreichen, muß w · t · B_s (vgl. Gleichung) entsprechend reduziert werden. Dies kann in gewissem Umfang durch Reduzierung von Breite w und Dicke t erfolgen. Bei sehr kleinen Breiten und Dicken entstehen jedoch zunehmend Probleme der Fertigung und Handhabung von Band (oder auch Draht) mit solch geringem Querschnitt.

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine amorphe Legierung zu finden, mit der im Bedarfsfalle auch die Länge der streifenförmigen Sensorelemente im Sinne einer Miniaturisierung vermindert werden kann, wobei sichergestellt sein muß, daß die gewünschte Funktion auch erfüllt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine amorphe Legierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst sowie durch das Sensorelement entsprechend Anspruch 5.

[0011] Der vorliegenden Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, daß für solche speziellen Anwendungen die Sättigungsfeldstärke H_s nicht nur durch Herabsetzen des Querschnittes sondern auch durch Herabsetzung der Sättigungsmagnetisierung erreicht werden kann. Die bekannten, handelsüblichen Legierungen auf dem erfindungsgemäßen Anwendungsgebiet weisen alle eine Sättigungsmagnetisierung B_s von größer als 0,5 T auf. Beispielsweise wird auf die EP-OS 0 121 694 verwiesen, aus der hervorgeht, daß die Sättigungsmagnetisierung weit größer als 0,5 T ist, wobei bemerkt wird, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn die Sättigungsmagnetisierung einen Wert gleich oder größer als 1 T besitzt.

[0012] Eine Erniedrigung der Sättigungsinduktion kann immer erreicht werden durch Verdünnung im Prinzip bekannter Zusammensetzungen durch magnetisch nicht wirksame Atome. Hierbei stellt man im allgemeinen jedoch fest, daß Legierungen mit niedrigem B_s auf eine Wärmebehandlung im Magnetfeld oft nicht mehr in der gewünschten Art und Weise ansprechen. Man benötigt aber eine gute Ansprechbarkeit auf eine Wärmebehandlung im Längsfeld, um eine Z-förmige Schleife mit einem benötigten Remanenzverhältnis von

zu erreichen.

[0013] Es hat sich nun gezeigt daß diese Ansprechbarkeit besonders gut bei magnetostriktionsarmen amorphen Legierungen auf Co-Basis gegeben ist. Als besonders begünstigte Legierungselemente zur Erniedrigung von B_s , ohne dabei das geforderte Ansprechen auf die Wärmebehandlung aufzugeben, haben sich Nickel und teilweise auch Niob herausgestellt. Zur Einstellung von kleinen Magnetostriktionswerten in Kobalt-Legierungen kann üblicherweise Eisen oder Mangan verwendet werden. Es hat sich nun zusätzlich gezeigt, daß Eisen wesentlich bessere Ergebnisse, d. h. gute Ansprechbarkeit auf Magnetfeldbehandlungen ergibt als Mangan.

[0014] Die erfindungsgemäßen Bedingungen bezüglich Sättigungsinduktion und Remanenzverhältnis können mit einer amorphen Legierung gemäß der Erfindung erzielt werden, die gekennzeichnet ist durch die Summenformel



        Co_{100 - u - x - y - z} Fe_u Ni_x T_y (Si B)_z ,

wobei

u =

4 - 10 At.-%

x =

20 - 50 At.-%

y =

0 - 18 At.-%

z =

5 - 30 At.-%

betragen und die Bedingung


erfüllt ist, wobei

und

wobei das Element

ist und dieses fallweise bis zu 3 At.-% (bezogen auf die Gesamtlegierung) durch Mo, Cr, V, Zr, Ti, W ersetzbar ist.

[0015] Besonders vorteilhaft ist eine amorhe Legierung, aus u = 4 bis 10 At.-%, x = 20 bis 45 At.-%, y = 0 bis 4 At.-%, z = 20 bis 30 At.-%, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist:

[0016] Eine vorteilhafte Abwandlung dessen besteht darin, daß
u = 4 bis 10 At.-%, x = 20 bis 30 At.-%,
y = 12 bis 18 At.-%, Z = 5 bis 12 At.-% und die Bedingung

erfüllt ist.

[0017] Eine andere vorteilhafte Variante besteht darin, daß u = 4 bis 10 At.-%, x = 35 bis 45 At.-%, y = 0 bis 1 und z = 21 bis 23 At.-% betragen.

[0018] Die angefügte Tabelle gibt die Ergebnisse einer Reihe von Legierungen wieder, welche einer Wärmebehandlung im Längsfeld unterworfen wurden. Aus wirtschaftlichen Gründen sollte eine solche Wärmebehandlung nicht zu lange dauern, d. h. kürzer als etwa 1 Tag sein und dennoch ein Remanenzverhältnis



erzielen.

[0019] Die Tabelle zeigt, daß die Legierungen 1 bis 6 zwar eine Sättigungsinduktion in dem gewünschten Bereich aufweisen, jedoch bei allen hier verwendeten Temperaturen nicht ausreichend auf eine Wärmebehandlung ansprechen (d. h., es konnte kein gewünschtes Remanenzverhältnis

erreicht werden). Andererseits sind eine Reihe von Legierungen wie z. B.


bekannt, welche zwar gut auf eine Wärmebehandlung ansprechen (

erreichbar), welche jedoch alle

haben und für diese gewünschten Anwendungen nicht in Frage kommen. Geeignet sind jedoch die Legierungen 7 bis 11, welche sowoh

und

erreichen.

Ansprüche

1. Amorphe Legierung für streifenförmige Sensorelemente mit niedriger Sättigungsinduktion für die Anwendung in Diebstahlsicherungsetiketten oder Magnetfelddetektoren dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine magnetostriktionsfreie Legierung mit einer Sättigungsinduktion von

und einer guten Ansprechbarkeit bei einer Anlaßbehandlung im magnetischen Feld zur Erzielung eines Remanenzverhältnisses von

handelt und daß die Legierung die Summenformel



        Co_{100 - u - x - y - z} Fe_u Ni_x T_y (SiB)_z



aufweist, wobei

u =   4 bis 10 At.-%

x =   20 bis 50 At.-%

y =   0 bis 18 At.-%

z =   5 bis 30 At.-%

und die Bedingung


erfüllt ist, wobei z + y > 20 At.-% und Nb + B > 6 At.-%, wobei das Element T = Nb ist und dieses fallweise bis zu 3 At.-% (bezogen auf die Gesamtlegierung) durch Mo, Cr, V, Zr, Ti, W ersetzbar ist.

2. Amorphe Legierung nach Anspruch 1 wobei
u = 4 bis 10 At.-%, x = 20 bis 45 At.-%,
y = 0 bis 4 At.-%, z = 20 bis 30 At.-% betragen und die Bedingung



erfüllt ist.

3. Amorphe Legierung nach Anspruch 1, wobei
u = 4 bis 10 At.-%, x = 20 bis 30 At.-%, y = 12 bis 18 At.-%, Z = 5 bis 12 At.-% betragen und die Bedingung

erfüllt ist.

4. Amorphe Legierung nach Anspruch 2, wobei
u = 4 bis 10 At.-%, x = 35 bis 45 At.-%, y = 0 bis 1, Z = 21 bis 23 At.-% betragen.

5. Streifenförmiges Sensorelement aus einer Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Anwendung in Diebstahlsicherungsetiketten oder Magnetfelddetektoren.

Claims

1. An amorphous alloy for strip-shaped sensor elements with a low saturation induction for use in anti-theft security labels or magnetic field detectors, characterised in that the amorphous alloy is a magnetostriction-free alloy with a saturation induction of

and with a good capability of response in the case of a tempering treatment in the magnetic field to achieve a remanence ratio of



, and that the alloy has the total formula



        Co_{100 - u - x - y - z} Fe_u Ni_x T_y (SiB)_z



wherein

u =   4 to 10 At.-%

x =   20 to 50 At.-%

y =   0 to 18 At.-%

z =   5 to 30 At.-%

and the condition


is fulfilled, where z + y > 20 At.-% and Nb + B > 6 At.-%, where the element T = Nb and the latter can from case to case be replaced by up to 3 At.-% (relative to the total alloy) with Mo, Cr, V, Zr, Ti, W.

2. An amorphous alloy as claimed in Claim 1, wherein
u = 4 to 10 At.-%, x = 20 to 45 At.=96, y = 0 to 4 At.-%,
z = 20 to 30 At.-%, and the condition


is fulfilled.

3. An amorphous alloy as claimed in Claim 1, wherein
u = 4 to 10 At.=%, x = 20 to 30 At.-%, y = 12 to 18 At.-%,
Z = 5 to 12 At.-%, and the condition


is fulfilled.

4. An amorphous alloy as claimed in Claim 2, wherein





.

5. A strip-shaped sensor element composed of an alloy as claimed in one of the preceding clams for use in anti-theft security labels or magnetic field detectors.

Revendications

1. Alliage amorphe pour éléments détecteurs en forme de bandes, à faible induction de saturation, pour utilisation dans des étiquettes antivol ou des détecteurs de champ magnétiuqe, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un alliage exempt de magnétostriction ayant une induction de saturation

et une bonne capacité de réponse à un traitement de revenu dans un champ magnétique, pour l'obtention d'un rapport de rémanence B_r/B_s > 0,6, et en ce que l'alliage présente la formule brute



        Co_{100 - u - x - y - z} Fe_u Ni_x T_y (S_iB)_z



u allant de 4 à 10 % en atomes
x allant de 20 à 50 % en atomes
y allant de o à 18 % en atomes
z allant de 5 à 30 % en atomes
et la condition


étant remplie, x + Y étant > 20 % en atomes et Nb + B étant > 6 % en atomes, l'élément T étant Nb et celui-ci étant éventuellement remplaçable, à raison de jusqu'à 3 % en atomes (par rapport à l'alliage total) par Mo, Cr, V, Zr, Ti, W.

2. Alliage amorphe selon la revendication 1, dans lequel u = 4 à 10 % en atomes, x = 20 à 45 % en atomes, Y = 0 à 4 % en atomes, Z = 20 à 30 % en atomes, et la condition



est remplie.

3. Alliage amorphe selon la revendication 1, dans lequel u = 4 à 10 % en atomes, x = 20 à 30 % en atomes, y = 12 à 18 % en atomes, z = 5 à 12 % en atomes, et la condition



est remplie.

4. Alliage amorphe selon la revendication 1, dans lequel u = 4 à 10 % en atomes, x = 35 à 45 % en atomes, y = 0 à 1, z = 21 à 23 % en atomes.

5. Elément détecteur en forme de bande, à base d'un alliage selon l'une quelconque des revendications précédents, pour utilisation dans des étiquettes antivol ou des détecteurs de champ magnétique.