JPH024914A - 鉄基非晶質合金薄帯の焼鈍方法 - 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） この発明は、変圧器用の鉄心材料など磁性材料としての
用途に用いて好適な絶縁被膜付き鉄基非晶質合金薄帯の
焼鈍方法に関し、とくに従来かかる焼鈍の際に懸念され
た鉄損特性の劣化を有利に防止しようとするものである
。

（従来の技術） Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系等の溶融合金を超急冷凝固させると、
板厚３０μｍ前後の非晶質合金薄帯（以下単にリボンと
云う）を作ることができる。このようなリボンは軟磁性
に優れ、殊に超低鉄損を示すことから、鉄心材料として
現在多用されている方向性けい素鋼板の有力な競合材料
と言われている。

従来かかるリボンは、絶縁被膜を被成することなく、変
圧器の鉄心に用いられていたが、近年のリボン製造技術
の進歩に伴い、その表面が平滑になって占積率が向上す
る一方で、層間抵抗の減少を招き、鉄心に加工した場合
に渦流損が増加する傾向にある。したがってかかるリボ
ンの占積率を低下させることなく、渦流損ひいては、全
鉄損を減少させるために絶縁被膜を被成することが不可
欠になってきている。

またＦｅ−Ｂ−Ｓｉ系非晶質合金などの良好な磁気特性
を有する素材は、通常、Ｃｒなどの耐食成分を含有して
いないので耐食性に問題があり、室内に１ケ月も放置す
ると赤錆が発生する。このような発錆が生じると、磁気
特性が劣化するばかりでなく、商品価値を著しく損なう
ことになる。従って耐食性付与の面からも、表面被膜処
理は有効な手段と言える。

リボンに対する絶縁被膜形成法として、たとえば特開昭
５９−１７７３７７号公報には、エチルシリケートのア
ルコール溶液からシリカコロイドを析出させて薄膜を形
成させる方法が提案されている。しかしながら有機溶媒
を使用することは、水溶媒に比較して単に高価につくだ
けでなく、作業環境を悪化させる等の欠点があった。

また特開昭５９−２０４９９号公報には、微量のふっ素
イオンを含′有する水溶液から、電解法でクロム水和酸
化物被膜を生成させる方法が提案されている。この方法
は、ふっ素イオンの存在により、超急冷時に形成された
酸化物薄膜を除去し、電解を均一に行なおうとするもの
であるが、排水中のふっ素イオン処理など煩雑な後処理
が不可欠なところに問題を残していた。

そこで発明者らは、上記の問題を解決するものとして、
特開昭６２−５６５７８号公報において、ｐＨを３．５
〜７に調整したコロイド状アルミナ水和物を主成分とす
る水性処理液を非晶質合金薄帯の表面に塗布、ついで低
温焼付けを施す方法を提案した。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のようにして得られた被膜付き非晶
質合金薄帯は、不活性ガス雰囲気中で焼鈍した場合、鉄
損などの磁気特性が不安定となり、時には無処理材に比
べても悪くなることが判明した。

すなわち非晶質合金薄帯を変圧器用鉄心として使用する
場合、通常巻鉄心あるいは積鉄心に組立てたのち、磁場
中での焼鈍を施すことによって、内部応力の緩和と磁区
の制御を図ることが必要なわけであるが、かような焼鈍
処理によって磁気特性の著しい劣化が生じたのである。

なお磁場焼鈍条件としては、通常Ｎ２あるいはＡｒのよ
うな不活性雰囲気で、非晶質合金が結晶化しない範囲の
焼鈍温度および焼鈍時間が採用される。

この発明の目的は、絶縁被膜処理を施した非晶質合金薄
帯に焼鈍を施した場合であっても磁気特性の劣化を招く
ことがない有利な焼鈍方法を提案するところにある。

（課題を解決するための手段） さて発明者らは、上記の問題を解決すべく、まず焼鈍後
の薄帯表面について綿密な調査を行った。

コロイド状アルミナ水和物による表面処理を施したＲｅ
−Ｂ−Ｓｉ非晶質合金薄帯に、ドライＮ２雰囲気中で、
４００℃の焼鈍を加えたのちの薄帯表面を薄膜Ｘ線回折
によって調べたところ、第１図すに示すようにα−Ｆｅ
の結晶化が生じていることが見出された。なお表層除去
によるα−Ｆｅ量の変化についても調査した結果、この
α−Ｆｅは非晶質合金薄帯の最表面に形成されているこ
と、そして表面結晶層の除去によって鉄損は回復するこ
とが判明した。

このようにコロイド状アルミナ水和物を表面処理したＦ
ｅ−Ｂ−Ｓｉ非晶質合金薄帯を不活性ガス雰囲気中で焼
鈍すると、α−Ｆｅへの表面結晶化が生じ、鉄損劣化が
もたらされることが判明したので、発明者らは次に、こ
の表面結晶化と絶縁被膜との関係について鋭意検討を加
えた結果、以下に述べるような新たな知見を得た。

すなわち焼鈍に際し、焼鈍雰囲気中に水分が含まれてい
ると、Ｆｅ−Ｂ−８ｉ合金薄帯表面近傍のＢが選択的に
酸化される結果、表層に低Ｂ領域が形成されて結晶化温
度が著しく低下し、その結果α−Ｆｅの表面結晶化が生
じることである。一般に非晶質合金の焼鈍においては、
雰囲気中における水分は低減されているが、絶縁被膜中
に多量の結合水が含まれていると、加熱時に水分が放出
されて水分の多い雰囲気になり、その結果前述と同様の
メカニズムにより、表面結晶化が生じる可能性がある。

そこで次に、コロイド状アルミナ水和物の熱的挙動につ
いて調べたところ、第２図に示すように、２００〜４０
０℃の温度領域で結合水の放出が生じることが判明した
。すなわち表面処理液の塗布後の低温焼付は処理段階で
付着水の大部分は脱離するものの、構造水の放出は２０
０〜４００℃において進行することが判明したのである
。

この温度領域はＦｅ−Ｂ−Ｓｉ系非晶質合金の鉄損を低
下させ、透磁率を向上させるために行う磁場焼鈍の温度
域とほとんど重複している。したがってコロイド状アル
ミナ水和物で表面処理した非晶質合金薄帯に雰囲気焼鈍
を施すと、加熱に伴い薄帯表面は放出される水分を多量
に含んだ雰囲気に曝されることになる。これが第１図（
ｂ）　　に示した、コロイド状アルミナ水和物による表
面処理を施したＦｅ−Ｂ−８ｉ非晶質合金薄帯にドライ
Ｎ２雰囲気中での４００℃焼鈍を施した際に生じるα−
Ｆｅ表面結晶化の原因であると考えられる。

そこでこの発明では、このような加熱過程で絶縁被膜中
から放出される水分によって合金表層でボロンが選択酸
化され、表面結晶化が生起するのを防止するために、焼
鈍処理を減圧下で行うことによって放出される水分を焼
鈍雰囲気から積極的に排除することにしたのである。

すなわちこの発明は、表面にコロイド状アルミナ水和物
を主成分とする水性処理液を塗布ついで焼付けて得たア
ルミナ絶縁被膜付き鉄基非晶質合金薄帯を、減圧下雰囲
気中にて焼鈍することからなる鉄基非晶質合金薄帯の焼
鈍方法である。

この発明を適用して好適な鉄基非晶質合金としては、Ｆ
ｅ−Ｂ−Ｓｉ系の他、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｍ
ｎ−Ｂ５１系、Ｆｅ−Ｎ１−Ｂ−Ｓｉ系などがある。

以下この発明の基礎となった実験結果について説明する
。

Ｆｅ７ｅＢ＋ｏＳＩ＋２組成（原子％）の合金溶湯を、
単０−ル法により急冷凝固して、５０ｍｍ幅、２５μｍ
厚の非晶質合金リボンを製造した。次いでコロイド状の
アルミナ水和物（日量化学（株）製アルミナゾル−２０
０）水性処理液を塗布し、２００℃で３分間の焼付は処
理を行った。かくして得られた乾燥表面被膜の膜厚は０
．１μｍであり、また占積率は無処理リボンのそれと同
じ８３．５％であった。

次にこの絶縁被膜付き非晶質合金リボンを、直径５ｃｍ
のトロイダルコアとしたのち、２００八／ｍの磁場下、
約１０　’Ｔｏｒｒの真空中で３６０℃、２時間の焼鈍
を行ない、そのまま冷却してから鉄損を調べたところ、
トロイダルコアの５０Ｈｚ、　１．３Ｔにおける鉄損Ｗ
＋３１５０は０．１１　Ｗ／ｋｇであった。この焼鈍後
のリボン表面について薄膜Ｘ線回折で調べたが、第１図
（ａ）　に示すようにハローバタンのみが観察され表面
結晶化は生じていなかった。

このように、３００〜４５０℃での焼鈍を減圧下で行う
ことによって、造膜性に優れたコロイド状アルミナ水和
物を処理したＦｅ−Ｂ−Ｓｉ非晶質合金薄帯の鉄損を劣
化させるこはなく、リボンの焼鈍を行うことかできる。

ここに焼鈍雰囲気の減圧程度は、１００Ｔｏｒｒ以下で
あれば絶縁被膜からの放出水による悪影響を除くことが
できる。この意味では使用圧力の下限は存在しないけれ
ども、工業的には１０−’Ｔｏｒｒ以下にするのは難し
いので、１０−４〜１００Ｔｏｒｒの範囲が実際的であ
る。

（実施例） 実施例ｌ Ｆｅ７ｅＢ＋ｏＳＩ　１２組成になる幅５ｃｍ、厚み２
８μｍのリボンの表面に、ｐＨ５，５のアルミナゾル−
２００水性処理液（アルミナ濃度１％）を乾燥膜厚が０
．２μｍになるように塗布し、ついで２５０℃で１分間
の焼付は処理を行った。

次に１〜３Ｔｏｒｒの減圧下で３７０℃、１時間の磁場
中焼鈍を行ないそのまま冷却した。

かくして得られた絶縁被膜付きリボンの占積率は８４．
０％、また鉄損Ｗ＋３／Ｓｏは０．０９１’、ｌ／ｋｇ
であった。

なお表面層を薄膜Ｘ線回折で調べたが、結晶質物質は検
出されなかった。

実施例２ 絶縁被膜の膜厚を０．４μｍとする他は実施例１と同様
の処理を施してアルミナ絶縁被膜付きのリボンを作製し
た。

ついで１０　’Ｔｏｒｒの減圧下で３７０℃、１時間の
磁場中焼鈍を行った。

かくして得られた絶縁被膜付きリボンの占積率は　８３
，８％、また鉄損Ｗ１３１５０　は０．１０１ｔｌ／ｋ
ｇであり、さらにその表面層にはα−Ｆｅ結晶は検出さ
れなかった。

実施例３ 合金組成をＦｅ７ＪｎｌＢ＋２３１＋ｏ　（原子％）と
する他は、実施例１と同様に処理した。

得られた絶縁被膜付きリボンの磁場中焼鈍後の鉄損’８
＋３ｙ！ｉ。は０．１１　Ｉｌｌ／ｋｇであった。なお
薄膜Ｘ線回折でも表面層に結晶質物質は検出されなかっ
た。

実施例４ 合金組成をＦｅ７５Ｍｎ２Ｎｉ２Ｂ、５ｉ９（原子％）
とする他は、実施例１と同様に処理した。

得られた絶縁被膜付きリボンの磁場中焼鈍後の鉄損Ｗ１
３１５０は０．１３　ｌｌｌ／ｋｇであった。なお表面
層には結晶質物質は検出されなかった。

比較例１ 実施例２と同様にしてアルミナ絶縁被膜を施した非晶質
合金リボンに、ドライＡｒガス気流中で磁場焼鈍（３７
０℃、１時間、２０ＯＡ／ｍ）を施したところ、占積率
は８３．８％と良好であったが、鉄損Ｗ１３／Ｓｏ　は
０．２６１１１／ｋｇまで劣化した。

また薄膜Ｘ線回折によりリボン表面を調べたところ、α
−Ｆｅの表面結晶化が確認された。

比較例２ 実施例１で作成したリボンに絶縁被膜を被成することな
く、ドライＡｒガス気流中で、３７０　℃、１時間の磁
場焼鈍を加えたところ、占積率は８４．０％、Ｗ１３／
Ｓｏは０．１６Ｗ／ｋｇであった。なお表面層にα−Ｆ
ｅ結晶は検出されなかった。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、鉄損特性の劣化を招くこと
なしに、アルミナ絶縁被膜付き鉄基非晶質合金薄帯の表
面に効果的に絶縁被膜を被成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、　　ｂはそれぞれ、コロイド状アルミナ水和
物を表面処理したＦｅ−Ｂ−Ｓｉ非晶質合金薄帯を１Ｏ
−２Ｔｏｒｒの真空中およびドライＮ２雰囲気中で焼鈍
した後の薄膜Ｘ線回折スペクトル、 第２図は、コロイド状アルミア水和物の示差熱分析結果
を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面にコロイド状アルミナ水和物を主成分とする水
   性処理液を塗布ついで焼付けて得たアルミナ絶縁被膜付
   き鉄基非晶質合金薄帯を、減圧下雰囲気中にて焼鈍する
   ことを特徴とする鉄基非晶質合金薄帯の焼鈍方法。 ２、減圧の程度が１０＾−＾４〜１００Ｔｏｒｒである
   請求項１記載の方法。 ３、鉄基非晶質合金が、 Ｂ：７〜１６原子％、 Ｓｉ：４〜１４原子％ を含有し、残部は実質的にＦｅの組成になるＦｅ−Ｂ−
   Ｓｉ系合金である請求項１または２記載の方法。 ４、鉄基非晶質合金が、 Ｂ：７〜１６原子％、 Ｓｉ：４〜１４原子％ Ｍｎ、Ｎｉの一種又は二種：０．５〜１０原子％、Ｆｅ
   ：６５〜８５原子％ からなるＦｅ−（Ｍｎ、Ｎｉ）−Ｂ−Ｓｉ系合金である
   請求項１または２記載の方法。