Curie temperature of alloys, its measurement and technical importance

Abstract

The basic relations between magnetic saturation and Curie temperature versus the composition is discussed for ferromagnetic metals and alloys of technical importance. There exist a number of methods for the determination of the transition from ferromagnetic to paramagnetic behaviour, i.e. thermogravimetry (thermomagnetometry), inductice methods and calorimetric methods.

As most nonmagnetic solute elements lower the Curie temperature of ferromagnetic metals the Curie temperature can be used to determine the concentration of the solute element in binary systems up to the solubility limit.

In ternary and higher systems there is a combined effect of different element on the change of Curie temperature. Thus it is not generally possible to use the Curie temperature as a measure of the solute element concentration in such alloys. Under certain circumstances e.g. when the composition of a multiphase material is close to the equilibrium composition, it is still possible to use the Curie temperature to characterize the composition of the ferromagnetic phase. Such a system is exemplified by normal cobalt-based cemented carbide.

The Curie temperature can also be used as a means for temperature calibration, e.g. of thermobalances. Certified Reference Materials have been selected for this purpose by the ICTA Committee on Standardization.

Zusammenfassung

Die grundlegenden Beziehungen zwischen der magnetischen Sättigung und der Curie-Temperatur von technisch wichtigen ferromagnetischen Metallen und Legierungen einerseits und der Zusammensetzung anderseits werden diskutiert. Eine Reihe von Methoden zur Bestimmung des Übergangs vom ferromagnetisehen zum paramagnetischen Verhalten sind bekannt, nämlich Thermogravimetrie (Thermomagnetometrie) sowie induktive und kalorimetrische Verfahren.

Da die meisten nichtmagnetischen Legierungselemente die Curie-Temperatur des ferromagnetischen Metalls herabsetzen, kann die Curie-Temperatur zur Bestimmung der Konzentration des gelösten Elements in binären Systemen bis zur Löslichkeitsgrenze herangezogen werden.

In ternären und komplexeren Systemen kommt es zu einer kombinierten Wirkung der verschiedenen Elemente auf die Veränderung der Curie-Temperatur. Es ist somit nicht generell möglich, die Curie-Temperatur zur Messung der Konzentrationen der in solchen Legierungen gelösten Elemente heranzuziehen. Unter bestimmten Umständen, z.B. wenn die Zusammensetzung des Multiphasen-Materials nahe der Gleichgewichtszusammensetzung liegt, ist es noch möglich, die Curie-Temperatur zur Charakterisierung der Zusammensetzung der ferromagnetischen Phase zu benutzen. Ein Beispiel für ein solches System ist normales, auf Kobalt-Basis zementiertes Karbid.

Die Curie-Temperatur kann auch zu Temperaturkalibrationen von z.B. Thermowaagen herangezogen werden, wofür vom ICTA-Komitee für Standardisierung Standard-Referenzsubstanzen gesammelt wurden.

Резюме

Для технически важны х ферромагнитных металлов и сплавов обсуждены главные за висимости магнитног о насыщения, температуры Кюри от состава. Сущес твует ряд методов опр еделения переходов из ферромагнитного с остояния в парамагни тное: термогра виметрический /термо магнетометрия/, индук ционные и калориметрические методы. Поскольку бол ьшинство немагнитны х элементов, растворенных в ферро магнитных металлах, п онижают температуру ферромагнетиков, то т емпература Кюри може т быть использована для определения в дво йных системах концен трации растворенного элемента вплоть до пр едела его растворимо сти. В тройных и более сложного состава сис темах наблюдается сл ожное влияние различных элементов на изменен ие температуры Кюри. П оэтому в таких сплавах невозможно в общем использовать т емпературу Кюри, как меру концентраци и растворенного элем ента. При определенных обстоятельствах, ког да, например, состав многофазового матвр иа ла близок к равновесн ому составу, все еще во зможно использовать температуру Кюри для характеристики сост ава ферромагнитной фазы. Примером такой с истемы служили цемен тированные карбиды с кобальтом. Кроме тог о температура Кюри мо жет быть использована для температурной ка либровки термовесов. Для этой цели были взяты “пров еренные реперные мат ериалы”, согласно стандартизационном у комитету ICTA.