JPH02236259A - 恒透磁率性に優れた合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、高周波トランス、センサー、チョークコイル
等に用いられる恒透磁率性に優れた雇微結晶組織を有す
るＦｅ基合金及びその製法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、各種電子機器やスイッチング電源等のノイズ
除去に用いられるコモンモードチョークや高周波トラン
ス用合金には、磁気的飽和を防いだり、動作磁束密度を
大きくする観点から低角形比でＢ−Ｈ曲線の形がフラッ
トな恒透磁率性に優れた合金が好まれて使用されている
。

このような合金としては、磁路と垂直方向に磁場を印加
しながら磁場中熱処理したパーマロイや磁路と垂直方向
に磁場を印加しながら磁場中熱処理したアモルファス合
金、表面を酸化させたＦｅ基アモルファス合金等が知ら
れている。

このような例は、特開昭５７−２０２７０９号公報、特
公昭５９−３４７８１号公報等に開示されている。

しかしながら、上記合金には種々の問題点が存在してい
る． たとえば、表面を酸化させたＦｅ基アモルファス合金は
透磁率が５０００前後とフエライト並の値しか得られな
い。また、磁歪が大きく、含漫等により特性劣化する、
周波数によっては磁歪による共振が起るなどの問題があ
る。パーマロイは比抵抗が低いため高周波における透磁
率が低下しやすいという問題や、振動や変形等による特
性劣化の問題がある。

また、磁路と垂直方向に磁場を印加しながら磁場中熱処
理したアモルファス合金の場合は、経時変化が大きいと
いう問題がある。また、飽和磁束密度は一般にＣＯ系の
場合１０ＫＧ以下と低く、Ｆｅ系の場合は飽和磁束密度
は高いが磁歪が大きく含漫による特性劣化や磁歪共振の
問題がある。

このような問題点を解決するために我々は先に特願昭６
２−５８５７７号等で低角形比で恒透磁率性に優れた高
周波磁気特性を示す超微細な結晶粒組織を有するＦｅ基
磁性合金が得られることを示した。

このような特性は、磁場と垂直方向に磁場を印加しなが
ら磁場中熱処理することにより得られるが、このような
処理は量産性の点で不利であり磁場を印加しないでも低
角形比で恒透磁率性に優れたＦｅ基磁性合金の出現が望
まれていた。

このような低角形比の超微結晶合金として本発明者等は
合金表面付近に合金内部より平均粒径の大きい結晶粒組
織を有する合金が恒透磁率性に優れていることを見い出
し、特願昭６３−７７３１４号に出願した。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記の合金は、合金表面付近に内部より大
きな結晶粒を形成する必要があり、液体急冷法により合
金溶湯を急冷する際に合金表面付近に結晶相が存在する
非晶質合金を製造したり、合金表面付近を結晶化させる
熱処理が必要となる。

このため非晶質合金製造条件のばらつき等により、表面
結晶の割合が変化し、かなり特性がばらつくという問題
があった。

本発明の目的は、特性ばらつきが大きく恒透磁率性に優
れた超微細結晶組織を有する合金及びその製造方法を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段コ 上記問題点を解決するために鋭意検討の結果、本発明者
等は， 一般式： （Ｆ　ｅ　＋　−ｓＭａ）　＋　６０−Ｋ−Ｆ−ｘ−ａ
−１−Ｔ　Ｃ　ｕ　ｘ　Ｓ　１　ｙ　Ｂ　ａＭ’．Ｍ’
，Ｘ，（原子％） （但し、ＭはＣＯ及び／又はＮ１であり、Ｍ゜はＮｂ，
Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選
ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ″はＶ，Ｃｒ，Ｍｎ，
Ａｌ，　白金属元素、Ｓｃ，　ＹＡｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒ
ｅ，からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｘ
はＣ，　　Ｐ，　Ｇｅ，　Ｇａ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｂｅ，Ａ
ｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり
、ａ＋　Ｘ＋　　Ｙ＋Ｚ，α，β及びγはそれぞれＯ≦
ａ≦０．３，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦２５，３≦２≦
１５，５≦ｙ＋ｚ≦３０，Ｏ．ｌ≦α≦３０．０≦β≦
１０，及び０≦γ≦２０を濶たす。）により表される組
成を有し、組織の少なくとも５０％が微細な均一に分布
した結晶粒からなり、各結晶粒の最大寸法で測定した粒
径の平均が１０００人以下であり磁歪が正のＦｅＪ！磁
性合金であって合金表面に厚さ５０人以上の酸化物層が
形成されている磁歪が正の合金が恒透磁率性に優れてい
ることを見出し本発明に想到した。

本発明において、Ｃｕは必須元素であり、同じく必須元
素であるＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏか
らなる群から選ばれた少なくとも１種の元素との複合添
加効果により結晶粒を微細化し軟磁気特性を改善する効
果を有する．好ましいＣｕの添加量は０．　　１〜３原
子％である。特に好ましい範囲は０．５〜２原子％であ
る．添加元素Ｍ′はＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ
およびＭＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の元
素であり、その添加量は０．１〜３０原子％である．よ
り好ましい範囲は、０．１−１０原子％で、特に好まし
い範囲は２〜８原子％である． Ｓｉ及びＢは合金組織の微細化及び磁歪調整に有用な元
素である。本発明の合金は、非晶質合金を作製後に熱処
理し通常得ることができるが、Ｓｉ及びＢはこの目的に
は最も遺する元素である．ＳＬ及びＢの添加量３’ｔＺ
はＯ≦ｙ≦２５．３≦ｚ≦１５，５≦ｙ＋ｚ≦３０であ
る．より好ましくは６≦ｙ≦２５，３≦２≦１５．１４
≦ｙ＋ｚ≦３０である。

Ｍ”はＶ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｌ，白金属元素、Ｓｃ，Ｙ，
Ａｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅ，Ａｇからなる群から選ばれた
少なくとも１種の元素であり、耐食性の改善、磁気特性
の改善、または磁歪調整効果等が得られる。

Ｍ”の添加量βは、０≦β≦１０が好ましい。

ＸはＣ，　Ｐ，　Ｇｅ，　Ｇａ，　Ｓｂ，　　Ｉｎ，　
Ｂｅ，Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元
素であり、磁歪やキュリー温度な調整する効果等を有す
る． Ｘの添加量γは、０≦γ≦２０が好ましい．残部は不純
物を除いて、実質的にＦｅが主体であるが％Ｆｅの１部
は成分Ｍ（Ｃｏ及び／又はＮｉ）により置換されていて
も良い．Ｍの含有量ａはＯ≦ａ≦０．３特に好ましい範
囲はＯ≦ａ≦０．１である。

このような合金組織の場合、表面の酸化物を雰囲気の酸
素量をコントロールすることにより、恒透磁率性に優れ
、低角形比で比較的フラットなＢ−　１｛曲線の合金が
得られ、かつその特性ばらつきも小さくできる。

特に好ましい軟磁気特性は前記内部にある結晶の粒径が
５００人以下の場合に得やすい。

このような特性を示す合金の表面にはＦｅ，Ｓｉ，Ｎｂ
等の酸化物層が形成している。その厚さは５０人以上が
好ましい。特に好ましい厚さは５００人以上である。

次に本発明の前記合金の製法について説明する。

１つの方法はまず、前記合金組成の合金溶湯を単ロール
法等の液体急冷法により急冷し非晶質合金薄帯を製造す
る． 次にこの非晶質合金を酸素が存在する雰囲気で加熱し熱
処理を行い、表面に酸化物層を形成するとともに結晶化
させ、組織の少なくとも５０％が微細で均一に分布した
結晶粒で占めるＦｅ基磁性合金を製造する。また熱処理
により実質的に１００％結晶相としても良い。

また、熱処理し大気中不活性ガスと酸素が混ざった雰囲
気等種々な雰囲気で行うことができる６薄帯を磁心とし
て使用する場合は通常はトロイダル状に巻いた後、熱処
理する。センサーに使用する場合はストレートリボン、
ワイヤーの形で熱処理する場合が多い． もう１つの方法はまず、前記合金組成の合金溶湯を単ロ
ール法等の液体急冷法により酸化性雰囲気で急冷し表面
に酸化層を有する非晶質合金薄帯を製造後、これを結晶
化させるために加熱し熱処理を行い、組織の少なくも５
０％が微細な均一に分布した結晶粒となるように熱処理
する製法である。

このように酸化物層が表面に形成することにより熱膨張
の違いにより合金中に応力が発生し、応力磁歪の効果に
より低角形比で恒透磁率性に優れた特性が得られると考
えられる． また熱処理は多数回行っても良く、酸化させる熱処理と
結晶化のための熱処理をわけても良い。

また必要に応じて磁場中で熱処理しても良い。

［実施例］ 以下、本発明を実施例に従って説明するが本発明はこれ
らに限定されるものではない。

実施例１ 原子％でＣｕ．１％，Ｎｂ２．５％，Ｓｉ１３．５％，
８７．２％及び残部実質的にＦｅがらなる組成の合金溶
湯を単ロール法により急冷し厚さ１８μｍ，幅２Ｍの合
金薄帯を作製した。

Ｘ線回折の結果、非晶質合金特有のハローパターンを示
し、非晶質合金であることが確認された。

次にこの合金薄帯を長さ１ｏａ′ｌ１に切りストレート
状態で酸素がＱ．９ｖｏｌ％含まれている窒素ガス雰囲
気中で無磁場中で熱処理した。保持温度は５５０℃で１
時間保持後炉から取り出し冷却した６熱処理後の直流Ｂ
−Ｈ曲線を第１図に示す。比較のため酸素含有量が０．
０５ｖｏｌ％の窒素ガス中で熱処理した場合の直流Ｂ−
Ｈ曲線を第２図に示す。

酸素が多く存在する雰囲気で熱処理した場合は、低角形
比で恒透磁率性に優れた特性が得られることがわかる。

なお、この合金の飽和磁歪定数入Ｓは＋２，３Ｘ１０−
”で粒径１００〜２００人の超微細結晶粒組織であった
。

この第１図に示す合金の単ロール法による作成時の自由
面側表面をオージェ電子分光法により厚さ方向に分析し
た結果を第３図，第２図に示す合金の単ロール法による
作成時の自由面側表面を分析した結果を第４図に示す。

低角形比で恒透磁率性に優れた特性を示す合金の場合は
表面内部まで酸素量の多い領域があり、酸化物層が厚く
なっていることがわかる。これに対して酸化物層が５０
人以下の場合は無磁場中熱処理では低角形比で恒透磁率
性に優れた特性とはなりにくい。

このように表面に適当な酸化物層を形成することにより
、低角形比で恒透磁率性に優れた合金が得られることが
確認された。

来惠五裟 原子％でＣｕｔ％，Ｎｂ５％，Ｇｅｌ３．５％，Ｂ９％
及び残部実質的にＦｅからなる組成の合金溶湯を酸素５
０ｖｏｌ％の雰囲気で単ロール法により急冷し幅５Ｍ、
厚さ１８μｍの非晶質合金を作製した。オージェ分析の
結果表面には約１０００人の酸化物層が形成しているこ
とが確認された。

次にこの合金薄帯をトロイダル状に巻き５５０℃で１時
間熱処理した。内部組織は実施例１と同様であった。磁
歪定数は＋３．２ＸｌＯ−’であった。

熱処理後の合金薄帯の直流Ｂ−Ｈカーブを第５図に示す
。

非常に直線性の良い恒透磁率性の良好な特性を示した。

尖惠餞主 原子％でＣｕｌ％，Ｎｂ３％，　Ｓｉ１３％，Ｂ８．５
％、残部実質的にＦｅからなる組成の合金溶湯を回転液
中紡糸法により急冷し、直径約０．１Ｍの非晶質合金ワ
イヤーを作製した。

次にこの合金ワイヤーを長さ２０ａｎに切りストレート
状態で大気中５６０℃で１時間無磁場中で熱処理した。

ミクロ組織観察の結果合金内部は粒径約１００Ａの超微
細結晶粒組織を有していることが確認された。またオー
ジェ電子分光分析の結果約２０ｏＯ人の酸化物層が形成
されていることが確認された。合金の磁歪は約＋１，８
Ｘ１０−”であった。

熱処理後の合金ワイヤーの直流Ｂ−Ｈカーブを第６図に
示す。

フラットで恒透磁率性に優れたＢ−Ｈカーブを示すこと
がわかる。

寒廐烈± 第１表に示す組成の合金溶湯を単ロール法により急冷し
、幅２ｍｍ，厚さ１８μｍの非晶質合金薄帯を作製した
。

次にこの合金薄帯を外径１９Ｍ，内径１６ｍｍに巻回し
、トロイダル磁心とし２．７２ｖｏｌ％酸素を含んだＡ
ｒガス中５５０゜Ｃで１時間熱処理し室温まで空冷した
。

熱処理後の合金薄帯は、オージェ分析の結果厚さ約３０
０人の酸化物層が形成していることが確認された。また
、透過電子顕微鏡によるミクロ組織観察の結果、合金は
、粒径約１００〜２００人の超微細な結晶粒からなるこ
とが確認された。また磁歪は各合金とも正の値を示した
。

ＩＫＨｚ，測定磁界５０ｍＯｅと測定磁界５ｍ○ｅの実
効透磁率μｅ”い，μｅ　ｈ　，ｋの比μｅ“゜、／μ
ｓ　＠　．ｋを各組成で２０試料について求めそのばら
つきを調べた。第１表にその値の範囲を示す。

本発明による合金はμｅ″゜１，／μｅゝ．の値が１に
近く恒透磁率性に優れておりばらつきも小さいことがわ
かる。一方比較のため示した表面近傍にｂｃｃＦｅ結晶
相を形成した合金はμｅＫｍ．Ｊμｅ゛ｉのばらつきが
大きいことがわかる。

［発明の効果］ 本発明によれば、恒透磁率性にすぐれ、かつ透磁率のば
らつきの小さい超微細結晶粒からなる合金及び磁場を印
加する必要のない上記合金の製造方法を提供できるため
その効果は著しいものがある．

【図面の簡単な説明】

第１図，第５図および第６図は本発明に係る合金の直流
Ｂ−Ｈカーブの例を示した図、第２図は従来の合金のＢ
−Ｈカーブの例を示した図、第３図は本発明に係る合金
のオージェ分析結果を示した図、第４図は従来の合金の
オージェ分析結果を示した図である。 第１表 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式： （Ｆｅ＿１＿−＿ａＭ＿ａ）＿１＿０＿０＿−＿ｘ＿−
   ＿ｙ＿−＿ｚ＿−＿α＿−＿β＿−＿γＣｕ＿ｘＳｉ＿
   ｙＢ＿ｚＭ’＿αＭ”＿βＸ＿γ（原子％） （但し、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，
   Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選
   ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ”はＶ，Ｃｒ，Ｍｎ，
   Ａｌ，白金属元素、Ｓｃ，Ｙ，希土類元素、Ａｕ，Ｚｎ
   ，Ｓｎ，Ｒｅ，からなる群から選ばれた少なくとも１種
   の元素、ｙはＣ、Ｇｅ，Ｐ，Ｇａ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｂｅ，
   Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であ
   り、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ≦
   ０．３，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦２５，３≦ｚ≦１５
   ，５≦ｙ＋ｚ≦３０，０．１≦α≦３０，０≦β≦１０
   ，及び０≦γ≦２０を満たす。）により表される組成を
   有し、組織の少なくとも５０％が微細な均一に分布した
   結晶粒からなり、各結晶粒の最大寸法で測定した粒径の
   平均が１０００Å以下であり磁歪が正のＦｅ基磁性合金
   であって合金表面に厚さ５０Å以上の酸化物層が形成さ
   れていることを特徴とする恒透磁率性に優れた合金。
2. （２）前記組成の非晶質合金を液体急冷法により作製す
   る工程と、酸素が存在する雰囲気で合金表面に厚さ５０
   Å以上の酸化物層を形成し、かつ組織の少なくとも５０
   ％が微細な結晶粒となるように前記非晶質合金を熱処理
   する工程とからなることを特徴とする恒透磁率性に優れ
   た合金の製造方法。
3. （３）前記組成の非晶質合金を液体急冷法により酸化性
   雰囲気で作製し、合金表面に厚さ５０Å以上の酸化物層
   を形成する工程と、組織の少なくとも５０％が微細な結
   晶粒となるように前記非晶質合金を熱処理する工程とか
   らなる恒透磁率性に優れた合金の製造方法。