JPH0260753B2 - - Google Patents

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JPH0260753B2
JPH0260753B2 JP54121821A JP12182179A JPH0260753B2 JP H0260753 B2 JPH0260753 B2 JP H0260753B2 JP 54121821 A JP54121821 A JP 54121821A JP 12182179 A JP12182179 A JP 12182179A JP H0260753 B2 JPH0260753 B2 JP H0260753B2
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amorphous
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Osamu Kawamoto
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は非晶質磁性合金の熱処理方法に関す
る。さらに詳しくは、誘導磁気異方性が等方的で
あり、高透磁率を有し、また磁気損失が少ない非
晶質磁性合金の薄板を効率良く、しかも大量に得
ることのできる熱処理方法に関する。 従来、結晶構造を有する高透磁率性合金材料と
して、Fe−Si合金、Fe−Ni合金、Fe−Al合金、
Fe−Si−Al合金等が知られており、それぞれの
特性に応じて多くの分野で使用されている。しか
し、これら結晶質磁性合金もなお特性上のそして
使用上の欠点を持つている。 このうち、Fe−Si−Al系合金であるセンダス
トは、Si約10%を含有する透磁率の大きい合金で
あるが、塑性加工ができないという欠点を持つて
いる。そこで、その用途は、高い硬度が活かされ
る特殊な用途、例えばVTR用磁気ヘツド素子等
に限つて、特殊の加工を施した上で使用されてい
るにすぎない。また透磁率の周波数特性も満足で
きるものではない。 また、パーマロイ系の合金は、種々の弱電関係
の鉄心として使用されているが、その製造方法
が、非常に多数の工程を経なければならず、高価
であるという欠点を持つている。また、その飽和
磁束密度も小さく、その用途を限られたものとし
ている。 このような実情から、すぐれた特性を有し、し
かも使用上の欠点のない磁性合金材料の開発が望
まれている。その中で、非晶質磁性合金が最近大
きな注目を集め、活発な研究が行われてきてい
る。 金属は、通常、固体状態においては原子が規則
配状態をとる結晶として存在しているものである
が、ある種の合金融液を、例えば104〜106℃/
secという大きい速度で冷却凝固させた場合、固
体状態でも溶融状態に類似した原子配列をもつ非
晶質の合金が得られる。この非晶質合金は、X線
回折や電子線回折によつても、結晶構造を示すよ
うな回折像は得られず、結晶質とは構造的に異な
る長範囲規則性を持たない原子配列を有するもの
である。このような非晶質合金からなる磁性材料
は、通常の結晶質とは異なり結晶磁気異性を有さ
ず、特に遷移金属−半金属非晶質合金において
は、保磁力(Hc)が小さく、すぐれた軟磁性が
期待され、しかも電気抵抗が大きく、硬度が高
く、薄板加工等の加工性が良好で、製造方法も容
易かつ安価である等の、種々の軟磁性材料として
のすぐれた特性と使用上の有利さをあわせ持つも
のである。 従来、このような非晶質磁性合金としては遷移
金属成分としてFe、Co、Niを含み、これにSi、
B、C、P等の半金属成分を含むものが知られて
いる。これらはその組成に応じた特性を有し、そ
の特性に応じた用途が考えられ、一部実用化され
ている。この内、遷移金属としてFeを主成分と
するFe系は、磁歪は大きいが、飽和磁束密度
(Bs)が大きくまたコストが安いという点から、
トランス材としての用途に適している。遷移金属
としてCoを主成分とするCo係は、Fe系よりもBs
は低く、コストが高いが、磁歪零の組成が得られ
るので、磁気ヘツド用材料に適している。Niを
ある量以上含むNi系は、Fe、CoをNiがある程度
置換しているので、透磁率は前2者よりも大きい
が、Bsが前2者と比べて低く、実用用途はあま
り期待されていない。 このように、非晶質磁性合金としては、種々の
組成のものが知られているが、その透磁率および
飽和磁束密度ともに結晶質磁性合金を大きくは凌
駕するものが出現していないのが実情である。こ
のため、これらの組成の磁性合金を非晶質化した
後、何らかの処理を施し、特にその透磁率を高
め、磁気損失を少なくすることができれば、磁気
ヘツド用材料、トランス材等として好ましいもの
となりそのような技術の開発が期待されている。 従来行われてきたこのような技術の一つとして
は、熱処理を挙げることができる。この熱処理
は、液相からの超急冷により非晶質の薄板を得た
後、この薄板に施すものであり、熱処理として
は、無磁場中で、合金のキユリー点(Tc)以上、
結晶化温度(Tcry)以下の温度に加熱保持した
後冷却し、これにより、超急冷による薄帯製造の
際の内部歪を除去するとともに、透磁率を高める
ものである。しかし、この熱処理は、Tc>Tcry
の合金に対しては施すことができないという欠点
がある。一般に、TcとBsは正の相関関係にあ
り、特に、磁歪零のCo系合金では、1000Oe程度
以上の高保磁力媒体への記録用磁気ヘツドとして
最低限必要とされる飽和磁束密度10KGでTcが
Tcryとほぼ等しくなり、これ以上の飽和磁束密
度を有する合金の透磁率向上のための技術となり
得ないという欠点がある。また、逆にTc<Tcry
の合金についても、Tcが大となると大きな透磁
率を得るためには、熱処理後急冷したり、複雑な
冷却温度コントロールを行つたりしなければなら
ない。このような熱処理によれば、Tc<Tcryの
合金では確かに透磁率は向上するものではある
が、冷却時に内部歪が生起し、このため特に初透
磁率は、従来の結晶質合金を比較して、格段すぐ
れた値が得られるわけではない。また、この内部
歪のため、透磁率の経時変化を生ずるという欠点
があることも判明している。従つてこのような熱
処理技術は有効ではない。 これに対し、超急冷法によつて得られた薄板
を、磁場中で熱処理する技術が、特開昭51−
73923号公報、同52−114421号公報等に開示され
ている。特に、特開昭52−114421号公報において
は、この磁場中の熱処理により、最大透磁率μm
が格段と向上する旨が記載されている。この場合
熱処理温度は結晶化温度以下であり、しかも用い
る磁場の強さは500Oe以下で十分であるとされて
おり、さらに磁界印加についての具体的方法につ
いては言及されていないが、磁界が「磁区図形を
容易軸方向に整列させる」と記載(同公報第6頁
左上欄)されていることから、磁界は一定方向の
みから印加されていると推量されるものである。 そこで本発明者らは、上記公報に記載された磁
場中熱処理技術につき、種々の幅広い追試および
検討を行つてみた。その結果以下の事実が判明し
た。すなわち、一定方向に磁界を印加すれば、非
晶質磁性合金薄板中には磁界印加方向を容易軸と
する誘導磁気異方性が生起される。この場合、磁
化容易軸は配向しやすく、このため残留磁束密度
(Br)は大きくなる。このとき逆方向に磁界を印
加すると、磁化と磁界のエネルギーを減少させる
ため、180°磁壁の移動により、容易に磁化反転が
おこり、保磁力(Hc)は小さいものとなる。 従つて、前述のごとく残留磁束密度(Br)は
大きくなるので、静磁化特性としての最大透磁率
μmBr/Hcが増大するのは当然のことであ
る。しかし、この磁場中熱処理を施し、磁気特性
を測定したところ、交流下での透磁率は減少する
ことが確認された。すなわち、初透磁率が逆に減
少し、また10mOe程度の磁場下の透磁率(μ10)
もほとんど増大しないのである。 他方、従来より、各種イオン、電子、陽子等の
荷電粒子を電界または磁界を用いて加速し、高い
運動エネルギーを与える粒子加速器としては、コ
ツククロフト形、バンデグラーフ形等の直流形加
速器の他、変化する電界または磁界を用いる線形
加速器や、サイクロトロン、シンクロトロン、ベ
ータトロン等の回転形加速器が知られている。こ
のうち、線形加速器は、交番電界で何度も荷電粒
子の加速を繰返し、高エネルギーに達せしめるも
のであり、一般には20〜100MHzの高圧交番電界
を発生させその中心を通過する粒子を加速するも
のである。 一方、この線形加速器のうち、大電流を加速す
るためのものとして、線形誘導加速器が知られて
いる(レウユウ オブ サイエンテイフイツク
インストウルメンツ第35巻886頁1964年)。これは
軟磁性材料からなるトロイダル磁芯を1ターンの
電界変換器として、パルス電流を通電することに
よりトロイダルに垂直方向に電界を発生する方式
をとるものであり、核融合の高温プラズマ加熱の
手段等として有望視されているものである。この
場合、このような磁芯では、荷電粒子への印加加
速力は磁化変化幅を磁化反転速度で除した値で決
定するので、磁化反転速度は高速で、しかも磁化
変化幅は大きくなければならない。 このような線形誘導加速器の他、シンクロトロ
ン等の回転形加速器でも、交番電流を印加したと
き、例えば一定周波数で変化する加速用の電界ま
たは磁界を発生する磁芯が、電界または磁界変換
器用に用いられており、この場合にも、上記同様
に、磁芯には高速での磁化反転と大きな磁束変化
幅とが要求されることになる。 また、各種粒子線制御器においても、励磁用の
パルス電流等を、パルス状のあるいは交番的に変
化する電界または磁界に変換し、この電界または
磁界により粒子線束を種々制御するための磁芯が
用いられておりこのようなときにも高い磁化反転
速度と大きな磁束変化幅とが要求されている。 ところで、結晶質軟磁性材料としては、Si−
Fe合金、Fe−Ni合金、センダスト、フエライト
等が知られている。この中で上記したところの、
高速磁化反転速度を有し、荷電粒子の加速または
制御を行う磁芯用の材料としては、主にフエライ
トまたはFe−Ni合金が用いられている。しかる
に、フエライトは飽和磁束密度(Bs)が5kG程
度と小さく、磁化反転による磁速変化幅が小さ
く、加速力およびエネルギー変換効率は十分とは
いえない。また、Fe−Ni合金はフエライトより
も大きいBsを有するが、磁化反転速度はフエラ
イトより小さく、加速力およびエネルギー変換効
率は十分ではない。また、電気抵抗が小さく、そ
のうち電気抵抗が最も大きい方に属するFe50Ni50
でも35μΩ・cmと小さいので、磁芯に適用するに
あたり、渦電流損失を減少させるため薄板化する
必要があり、その薄板難加工性のため材料価格が
高価となる。さらに、磁歪が0でないため、外部
からの圧力に大きく影響を受けやすいという欠点
もある。 これに対し、非晶質磁性合金は、上述のような
荷電粒子の加速または制御用磁芯に適用したと
き、既存の結晶質軟磁性材料の場合の特性を凌駕
するには至つていない。 すなわち、上述のような荷電粒子の加速または
制御用磁芯では、磁芯を構成する軟磁性材料の残
留磁化(Br)、あるいは飽和磁化(Bs)の状態か
ら、パルス電流により、あるいは交番電流によ
り、磁化反転させて加速のための電界、磁界を発
生させる。従つて、上述のように、このような磁
芯用材料には、荷電粒子への加速力を決定する
(磁束変化幅)/(磁化反転時間)、特にパルス電
流励磁を行うときには(Br+Bs)/(磁化反転
時間)が大きくなければならない。 他方、遷移金属としてFeを主成分とするFe系
の非晶質磁性合金は、上述のように、Bsが高く、
結晶質Fe−Ni系合金と同等以上のBsを有し、ま
た保磁力Hcも小さく、さらには電気抵抗が大き
く、それ自体薄板として得られ、磁気損失が小さ
く、しかも非晶質構造の故に外部からの圧力に対
する敏感性が小さい等のすぐれた特性を有するも
のであり、例えばパルス電流励磁の際の磁束変化
幅Br+Bsも結晶質Fe−Ni系合金に近い値を示
す。しかし、その磁化反転時間は、フエライトや
結晶質Fe−Ni系合金より大であり、このため、
磁束変化幅を磁化反転時間で除した値で決定する
加速力は、結晶質軟磁性材料のそれを凌駕するに
は至つてない。 ところで、Bsは非晶質磁性合金の組成によつ
て決定されるものであるが、磁気反転時間やBr
は履歴によつて変化する。従つて、高Bs材であ
るFe系非晶質合金に対し何らかの処理を施し、
その処理における履歴により、磁化反転時間や
Br値を改良することができれば、荷電粒子に対
する加速力は向上し、上記のような磁芯として好
ましいものとなり、また結晶質軟磁性材料の特性
を凌駕することもできる筈である。 本発明者らは、このような実情に鑑み、超急冷
法によつて得られた非晶質磁性合金の薄板を熱処
理する際の従来生起していた種々の不郡合の原因
を究明すべく種々検討を行つた。 その結果、以下のことが判明した。すなわち、
従来の磁場中熱処理では、一定方向から磁界を印
加するため、前述のように磁化容易軸が誘起す
る。この場合、準静的に磁界を変化させるときに
は、透磁率の移動速度(v)の影響は現われな
い。従つて高いμmが得られる。しかし、交流磁
界下での透磁率は、磁壁の移動速度に依存し、し
かもそれとほぼ比例する。また、この移動速度を
低下させる制動係数(β)は磁気異方性(K)の平方
根に比例する。このため、磁場中熱処理により薄
板に磁化容易軸を誘起し、異方性を生起せしめる
と、磁壁移動速度は小さくなり、交流磁場下での
透磁率、すなわち透磁率の動特性値、特に初透磁
率が減少するのである。 そこで、本発明者はこのような知見に基づき、
従来の磁場中熱処理における不郡合を解消するた
め、先に、非晶質磁性合金のキユリー点以下でし
かも結晶温度以下の温度に加熱保持した状態で、
磁界を回転させながら印加する熱処理方法を提案
している。この熱処理方法によれば、薄板中に誘
起される磁気異方性が等方的になるように、印加
磁界の薄板面方向成分の向きを一回転させるの
で、磁気異方性が局所的にも存在せず、それに伴
い、磁壁移動の制動係数が減少し、また局所的に
も異方性がなくなる結果、還流磁区構造をとりや
すくなり、透磁率の動的特性値、特に初透磁率の
減少が阻止されるのみならず、逆に格段と向上
し、またその静的値も格段と向上する。しかも磁
気損失も格段と減少するものである。 しかし、この本発明者の先の提案では、印加磁
界の回転による誘導磁気異方性の等方化を行うと
いう構成により、上述のすぐれた効果が実現する
という原理の発見および実証には成功したもの
の、その具体的手段としては薄板試料に印加する
外部磁界を回転するか、あるいは静磁界中で薄板
を回転するかのいずれかしか開示することができ
なかつた。そして、このような手段に従うかぎり
においては格段とすぐれた磁気特性を得ることが
できても、効率よく大量に処理する点において若
干難点がある。すなわち、被処理試料は平板状に
配置しなければならないため、例えば薄板を磁気
ヘツド用に適用するときには、ヘツド用に所定形
状に切断した薄板や、あるいは比較的小さな薄板
を被処理試料としなければならない。また、トラ
ンス用に適用するため、巻磁芯として形成したと
きには、このような手段を用いることはできない
からである。 本発明はこのような実情に鑑みてなさたもので
あつて、本発明者の先の提案における回転磁界中
での熱処理による、誘導磁気方性の巨視的・微視
的範囲での等方化、そしてそれに基づく非晶質磁
性合金薄板の透磁率の動的および静的特性値の向
上、その経時変化の減少、さらには磁気損失の減
少という原理を利用して、等しくその効果を実現
するとともに、効率よく大量に熱処理することの
できる具体的方法を提案することを主たる目的と
する。 本発明者は、このような目的につき種々検討を
行つた結果、本発明をなすに至つたものである。 すなわち本発明者は、式FeaMb (式中、a+b=100at%であり、15≦b≦30at
%である。MはB、SiおよびCの1種以上を含む
ガラス化元素である。 また、Fe量のうち、20at%以下を遷移金属元
素の1種以上が置換してもよい。) で表わされる組成を有する非晶質磁性合金薄板の
熱処理方法において、薄板をほぼ筒状に巻き、し
かもこの薄板には巻線を施し、薄板の一方向に磁
界が発生するようになし、さらに上記ほぼ筒状に
巻かれた薄板を外部磁界中に配置し、非晶質磁性
合金のキユリー点以下でしかもその結晶化温度以
下の温度に薄板を加熱保持した状態で、上記巻線
に流れる電流を変化させて、上記薄板に発生する
磁界を変化させ、この薄板に発生する磁界と、上
記外部磁界との合成磁界の向きを回転させ、しか
る後冷却し、、上記合成磁界による誘導磁気異方
性を等方的となすことにある。 本発明によれば、本発明者の先の提案同様得ら
れる非晶質磁性合金薄板の磁気特性はよりすぐれ
たものとなる。すなわち、上述の無磁場中での熱
処理と比べ、透磁率の静的および動的特性値は格
段と向上する。しかも磁気損失も格段と減少す
る。また、一定方向から磁界を印加する磁場中熱
処理のように透磁率の動的特性値、特に初透磁率
が減少してしまうということはなく、逆に動的特
性が格段と向上し、しかも磁気損失も減少する。
従つて、これまで用途に従い限定されていた非晶
質合金の組成の制限が緩和され、その結果すぐれ
た特性を有する種々の用途に対する実用材料が可
能となる。 加えて、薄板製造時の内部歪も有効に除去する
ことができる。さらに、Tc>Tcryの合金につい
ても本発明が適用でき、その結果、高透磁率、低
磁気損失を得ることが可能となる。このため、特
にCo系の磁歪の小さい非晶質合金材料について、
センダスト合金以上の高飽和磁束密度で高透磁率
という実用上きわめてすぐれた特性を得る。ま
た、Tc<Tcryの合金についても熱処理後除冷が
可能となるので透磁率は格段と向上する。さらに
は、Tc以上の熱処理ではTcの高いものではぜい
化や酸化が生起するが、本発明ではTc以下の比
較的低い温度で熱処理を施せばよいので、ぜい化
は生じず、また空気中で実施しても酸化は生じな
い。 なお、このような透磁率および磁気損失が格段
と向上するという効果は、非晶質磁性合金特有の
効果であり、本発明を結晶質磁性合金に適用して
も、結晶質ではK1またはK2のどちらかが
103erg/cm3程度の結晶磁気異方性が存在すること
に帰因して、そのような効果は実現しない。ま
た、歪除去の熱処理は、Tcryが存在しないため、
Tc以上の高温で可能である。 さらに本発明により得られるFe系非晶質磁性
合金は、飽和磁束密度(Bs)が大きく、その値
は結晶質Fe−Ni系合金における16KG(Fe50Ni50
と同等以上であり、しかも磁気損失が小さく、保
磁力(Hc)は小さく電気抵抗率ρも30μΩcm程度
と低い。また本発明においては、このような組成
の非晶質磁性合金に対し、実質的に磁気異方性を
有しない等方的となるよう、その物性が改良され
るので、残留束密度(Br)がほぼBs/2程度と
なり、磁化反転時間が格段を短かくなり、この反
転時間で磁束反転幅、例えばBr+Bsを除した値
は格段と大きくなる。さらには、磁気損失および
Hcもより小さくなる。このため、このような非
晶質磁性合金から形成した荷電粒子の加速または
制御用磁芯は、結晶質軟磁性材料から形成した場
合と比較して、格段と大きな加速力を発揮する。 本発明においては、このように本発明者の先の
提案に基づく効果がすべて実現する他、その処理
はきわめて効率よく、かつ一挙に大量に施すこと
ができる。すなわち、液相からの超急冷により非
晶質磁性合金薄板を大量生産する場合、薄板化し
た合金を連続的にロールに巻きつけることが好ま
しいが、そのとき本発明はこのロールに巻きつけ
た薄板自体に適用することができ、一挙に大量の
処理が可能となる。そして、本発明の処理を施し
た薄板を、磁気ヘツドや各種磁芯となすには、そ
の後切断し、積層したり、巻磁芯となしたりすれ
ばよい。また、特に巻磁芯として用いるときに
は、薄板を巻磁芯として形成した後、本発明を適
用することができ、処理後の巻磁芯をそのまま各
種コアとして用いることができるという利点があ
る。さらに、上述のロールに巻きつけた薄板に本
発明を適用する他、スパイラル状に薄板を連続移
動せしめながら本発明を適用するとこともでき、
そのとき、同様に大量の連続処理が可能となる。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明はおよそ全ての実質的に非晶質の磁性合
金の薄板に適用可能である。ただ、本発明を適用
して、種々の実用材料として好ましい特性を得る
ためにはFe、Co、Niの少なくとも1種以上を含
み、これにSi、B、C、P等の半金属成分を含む
ものが好ましく、特に特開昭55−152164号(特願
昭54−60359)号に記載の組成のものが好ましい。
このとき、非晶質磁性合金の磁気等方性が格段と
向上し、磁気損失が格段と低下し、あるいは透磁
率が格段と向上するものである。 さらに、荷電粒の加速または制御用磁芯等に用
いる非晶質磁性合金としては、下記に示される組
成を有するものであることが好ましい。 すなわち、非晶質磁性合金の組成は、85〜56at
%のFeと、総量15〜30at%の1種以上の、ガラ
ス化元素とを含むものである。この場合、ガラス
化元素としては、B、Si、C、P、Al、Ge等を
挙げることができる。 また、Feとガラス化元素以外に、他の添加元
素を含むことができ、その場合、他の添加元素と
してはCo、Ni、Cr、Ti、Nb、W、Mo、Rh、
Ru等の遷移金属を挙げることができ、その1種
以上の含有量は総量17at%程度以下の範囲であ
る。このような組成において、下記式で示される
組成は、特に好ましい。 式FeaMb 式中、a+b=100at%であり、15≦b≦30at
%である。Mはガラス化元素の1種以上であり、
主にB、Si、Cの1〜3種からなり、これを必要
に応じAl、P、Ge、Ga、In、Sn、As、Sb、Bi、
Pb等の1種以上が置換してもよい。また、Feの
うち、20at%以下を、Ni、Co、Cr、Ti、Nb、
W、Mo、Zr、V、Ta、Zn等遷移金属の1種以
上が置換してもよい。この場合、Feを置換する
元素は、Feに対し、総量5at%以下のNi、Cr、
NO、Nb、Wの1種以上、あるいは15at%以下
のCoであることが好ましい。 このように、本発明におけるFe系非晶質磁性
合金の組成が限定されるのは以下の理由による。 遷移金属のうちFeは最も磁化が大きいものと
して知られ、高いBsを得るためには、Feが主成
分となる必要がある。Feに対し総量20at%以下
の範囲で他の遷移金属が置換することができる
が、この場合Ni、Cr、Mo、Nb、W等は、Feを
置換して耐食性等を向上させたり、結晶化温度を
上げたりする効果があるが、そのFe置換量が5at
%以上となる飽和磁束密度(Bs)を下げ、結晶
質Fe50Ni50合金のBs=16KGより小さくなるの
で、5at%以下が好ましい。また、Coはある程度
Feを置換すると、そのBsを上げるが、ある程度
以上では逆にBsを下げ、また高価な元素である
ので、その置換量は0〜15t%が好ましい。一方、
ガラス化元素は、非晶質化を助長するものである
が、15at%より小あるいは30at%より大となる
と、逆に非晶質化度が悪化し、15〜30at%である
必要がある。この場合、ガラス化元素はその成分
比には無関係にSi、B、Cの1〜3種からなり、
これらに対し半量以下をAl、Ge、P等が置換す
ることが好ましい。 このような組成を有するFe系非晶質磁性合金
は、特に荷電粒子の加速または制御用磁芯として
きわめてすぐれた特性を発揮するものである。 このような種々の組成の合金の薄板は液相から
超急冷することによつて得られる。 液相から超急冷して非晶質磁性合金薄板を得る
には、対応する組成の合金を溶融して融液とな
し、この融液を溶融状態から概ね104℃/sec以
上、通常104〜106℃/secの冷却速度で超急冷し、
冷却凝固させることによればよい。溶融状態の合
金融液を超急冷するには、公知の双ロール法、片
ロール法、あるいはインサイドインジエクシヨン
法等種々の方式に従えばよい。従つて、合金の溶
融条件、合金融液の噴出条件、噴出の際のノズル
の形状・寸法等、双ロール等の冷却体の形体、寸
法、材質等は公知の超急冷法における条件範囲の
中から適宜決定すればよい。また、合金の溶融に
際しては、アルゴン等の不活性ガス中で行うか、
あるいは不活性ガスを流入させながら行うことが
好ましいが、この融液の噴出は、不活性ガスある
いは空気のいずれかの雰囲気に対して行つてもよ
い。なお、このような非晶質磁性合金薄板は、5
〜200μm、特に20〜60μm程度の厚さであればよ
く、一般に板状の形状とすればよく、その寸法は
種々のものとすることができる。 本発明においては、特開昭55−152164号(特願
昭54−60359号)に従い、このような非晶質磁性
合金薄板をほぼ筒状に巻き、これに所定の処理を
施す。この場合、ほぼ筒状に巻くには、通常はそ
の長手方向に巻くものであり、そのときある仮想
軸を中心に、薄板の巾方向線分がこの仮想軸に対
し常にほぼ平行となるように、中心部に中空を残
し、その断面が輪状、通常は円輪状となるごと
く、1回ないしそれ以上巻回すれば十分である。
この場合、輪状の断面は開口を有さず閉じた輪状
となし、例えば後述の巻線通電等により巻線によ
り発生する磁界に対する反磁界を極力減少する方
がよい。また、ほぼ筒状に巻く場合には、断面輪
状、通常ほど円輪状に薄板をその長手方向または
巾方向に重畳して巻回する他、長手方向にスパイ
ラル状に巻く場合が含まれる。このスパイラル状
に巻く場合は後述のように薄板をスパイラル状の
軌跡内において連続的に移動させつつ、熱処理を
連続的に行うという構成をとることができるとい
う点で有効である。 一方、重畳して巻回するには、超急冷直後の薄
板を中空の巻き取りロールの回りに巻きつけ固定
したものや、絶縁体層を介して薄板を複数回巻回
し、それ自身内部中空の角形ないしは円形の巻磁
心として形成したもの等を用いることができ、そ
のとき本発明による効率の良い熱処理という効果
が実現することになる。 このようにしてほぼ筒状に巻いた薄板には薄板
の一方向に磁界が発生するように巻線が施され
る。この巻線は、一般には、巻線に通電した時に
薄板のほぼ巻き方向、すなわち通常は長手方向に
磁界が発生するようにすればよい。 従つて、この巻線は筒状に巻かれた薄板巻き方
向、通常長手方向全域に亘つて、あるいはそのう
ちに所定部分に、薄板巾および厚さ方向を包囲す
るように施せばよい。なお、このように施される
巻線には、あえて外部電源から通電を行わず、巻
線を必要に応じンデンサまたはコイルを介し短絡
しても、筒状に巻かれた薄板の一方向には磁界が
発生するようになすことかでき、そのように構成
してもよい。この場合は、後述の外部磁界を印加
することにより、薄板の一方向、通常はその巻き
方向に誘起電流が生じ、この誘起電流により、巻
線には2次誘起電流が生じ、この巻線に生じた2
次誘起電流が薄板巻き方向に磁界を発生させるか
らである。 一方、この筒状に巻き、しかも巻線を施された
薄板は外部磁界中に配置される。この場合、外部
磁界印加方向は、薄板面内におけるその薄板巻き
方向と直角の方向、通常その巾方向の成分を有す
れば十分である。ただ、上述の巻線により薄板に
発生する磁界と、この外部磁界との合成磁界を回
転させて、その合成磁界による誘導磁気異方性を
等方的にするという本発明の目的をより有効に実
現するには、外部磁界は薄板巻き方向、すなわち
長手方向とほぼ直角、すなわち巻かれた薄板の面
内における巾方向とほぼ平行となるよう印加する
ことが好ましい。この外部磁界は、公知の電磁
石、ヘルムホツコイル、ソレノイドコイル、永久
磁石等によつて印加すればよい。 このような構成において、本発明の熱処理は、
薄板を形成する非晶質磁性合金の結晶化温度以下
に保持しなければならない。非晶質磁合金として
の特性が失われてしまうためである。同時に、そ
の保持温度は、キユリー点以下でなればならな
い。キユリー点以上では自発磁化が発生せず、誘
導磁気異方性が発生しないからである。一方、保
持温度の下限としては、一般に100℃以上、より
好ましくは150℃以上とすることが好ましい。ま
た、保持時間は、一般に500時間以内、好ましく
は1分〜500時間程度である。加熱方式としては、
抵抗型の電気炉中で行う他、高周波加熱や赤外線
加熱を施したり、その他種々の方式が可能であ
る。 このような温度保持の条件下で、薄板に上記外
部磁界を印加し、また上記巻線により薄板に磁界
を発生させる。このとき、外部磁界と巻線により
薄板に発生する磁界との少なくとも一方を変化せ
しめ、薄板に印加される、あるいは発生する上記
2つの磁界の合成磁界の向きを回転させ、この合
成磁界により誘起される磁気異方性を等方的にす
る。この場合、この合成磁界の向きが回転しさえ
すれば、薄板内に誘起される誘導磁気異方性は等
方的となり本発明所定の効果が実現することにな
る。ただ、異方性をより等方化して、磁気特性を
より向上するには、上記合成磁界により誘起され
る誘導磁気異方性軸を少なくとも1回転させるこ
とが好ましく、このためには合成磁界は少なくと
もほぼ180゜回転させればよい。このとき、合成磁
界はほぼ等速回転することが好ましいが、その回
転は連続的であつても、間けつ的であつてもよ
い。また、その際正・逆回転を交互に繰返しても
よい。さらに回転速度は、極端な高速としないか
ぎり、また上記加熱保持時間内に所望の回転が行
われるかぎりにおいて、特に制限はないが、一般
には10〜105rpm程度で行えばよい。このように
合成磁界の回転の態様については、種々の場合が
存在するが、これらのうち、合成磁界は、上記加
熱保持時間内に、ほぼ180゜あるいはそれ以上の回
転角の回転を一方向に行うか、あるいはこのよう
な回転を正方向、逆方向の順序で交互に繰返すこ
とが好ましい。 このように合成磁界を回転させるには、外部磁
界と巻線により発生する磁界のうちの少なくとも
一方、通常好ましくは両者を変化させばよい。外
部磁界を変化させるには、通常、その磁界軸は一
定にして、その磁界強度を変化させる。このため
には電磁石、コイル等への通電電流を変化させれ
ばよい。また、磁界強度の変化は一方向でもよ
く、正および負方向に変化させてもよい。一方、
巻線により発生する磁界を変化させるには、通常
は、巻線への通電電流を変化させて、発生磁界の
大きさを正および負方向または一方向のみに変化
させればよいが、その他、上述のように巻線を必
要に応じ容量またはインダクタンスを介し短絡す
るときには、外部磁界強度の変化に対応して、巻
線により発生する磁界の大きさも変化することに
なる。なお、この正負に、または一方のみにその
少なくとも一方が大きさを変化する外部磁界と、
巻線により発生する磁界との両磁界軸は、両者が
直交するとき得られる効果が大となるのは上述の
とおりである。 このようにして合成磁界はその向きを回転する
ことになり、この回転の態様および回転を与える
ための手段については種々の態様が存在するもの
であるが、具体的には一般に以下のようにして行
うことが好ましい。以下のような好ましい態様で
合成磁界を少くとも180゜回転させたときには、誘
導磁気異方性は巨視的に等方的になるばかりでな
く、微視的にみたときにも100μm程度の磁区内
において等方的となり、巨視的に等方的にしたと
き期待される以上の透磁率および磁気損失の向上
が観察されるからである。 まず合成磁界を連続的に回転する場合について
いえば、通常、外部磁界(H1)と巻線により発
生する磁界(H2)とを直交させ、しかも第1図
aに示されるように、ともに交番正弦波として変
化させ、さらに両者の周波数を一致させ、一方両
者の位相を±π/2変化させることが好ましい。
このような構成をとつたとき、合成磁界は一定方
向に連続的に180゜以上回転することになる。一
方、合成磁界を連続的に回転する場合でも、正・
逆回転を周期的に行うこともでき、そのときには
第1図bに示されるように、あるいはそれから容
易に類推される態様で、周波数が等しく、±π/
2だけ位相の異なる交番正弦波H1、H2のうち、
一方を半周期またはその整数倍を単位として、反
転させるのが好ましい。他方、合成磁界を間けつ
的に回転する場合には、上記H1、H2とをパルス
状に発生させればよい。この場合、等パルス巾の
H1とH2とを等間隔に同期させて発生させ、しか
も両者のパルス高がそれぞれ第1図a,b等に示
される上記H1とH2との正弦波を包絡線として有
するようになし、その合成磁界を間けつ的に回転
させてもよいが、第1図c,dのごとく、等パル
ス巾のH1とH2とを等間隔に交互に発生させ、そ
のとき少なくともH1とH2のうち一方を順次正負
交互に発生させ、合成磁界がH1またはH2そのも
のとなるようにして、これを間けつ的に回転させ
てもよい。 このような場合、外部磁界H1の大きさは非晶
質磁性合金をほぼ飽和させる50Oe程度またはそ
れ以上の範囲内で変動させればよい。 ただ、薄板厚みや、その表面に存在する凹凸に
基づく反磁界を考慮に入れれば、概ね200Oe以
上、より好ましくは500Oe程度以上をその最大値
とすることが好ましい。一方、巻線通電により、
あるいは巻線内に生起する2次誘起電流により発
生する磁界は、反磁界が小さいので、一般に1〜
100Oe程度の範囲に変動させれば十分である。 このような加熱保持状態において上述の磁界印
加を行つた後、薄板または薄膜は冷却される。こ
の冷却は磁場印何を停止した後行つてもよいが、
上に述べた磁場中で行うことが好ましい。また、
冷却速度としては種々変更可能であるが、一般に
徐冷とすることが好ましい。 なお、以上詳述したような磁場中熱処理は真空
中で行つても、また不活性ガス中で行つても、さ
らには空気中で行つてもよい。 本発明における上記の熱処理を施した非晶質合
金の薄板を試料として、常法に従い強磁性共の測
定を行えば、巨視的に等方的であることから外部
磁界の角度によつて共鳴磁界が実質的に不変であ
り、共鳴磁界の角度依存性は非常に小であり、ま
た微視的にも等方的であることから、共鳴線の半
値巾は非常に小さくなつている。この場合、通常
は、強磁性共鳴は、円板状の試料を強磁性共鳴キ
ヤビテイ内にセツトし9.34GHzのマイクロ波を当
て、また1300Oe程度の外部磁場を試料面内に印
加し、磁場印加方向を面内で回転させて測定すれ
ばよく、このとき、共鳴磁界の角度依存性とし
て、異方性磁界Haと固有共鳴磁界Hoとの比
Ha/Hoを測定すれば、本発明により得られる薄
板材料ではHa/Hoは10%以下、特に5%以下程
度の値が得られる。これに対し、急冷直後の薄板
ではHa/Hoは概ね20%程度、また前記静磁場中
での熱処理を施した場合にはHa/Hoは概ね15%
程度である。また、このとき共鳴線の半値巾ΔH
をHoで規格化した値ΔH/Hoは、本発明により
得られる薄板材料では約30%程度以下であり、一
方急冷直後および静磁場処理後の場合にはそれぞ
れ概ね50%以上および30〜40%程度である。従つ
て、このような強磁性共鳴の測定を行い、その共
鳴磁界の角度依存性、特にHa/Hoと共鳴線の半
値巾、特にΔH/Hoとを観測すれば、本発明に
おける実質的に磁気異方性を有さず、等方的であ
るか否かの確認手段となるとともに、他の従来の
非晶質磁性合金薄板に対する処理方法による場合
には上記のような結果を得るので、これらが本発
明における非晶質磁性合金と従来のものとの区別
性の指標となるものである。 以上詳述した熱処理方法に用いる装置の好まし
い例が第2図に示される。第2図において、非晶
質磁性合金の薄板1は例えば巻磁芯としてあるい
は超急冷直後の状態で巻取りロールの回りに長手
方向に円輪状に巻かれている。 一方、円輪状に巻かれた薄板1は、電磁石2
1,23内に電源Eから交番正弦波電流i1を通電
したき、それにより発生する外部磁界H1が、薄
板巾方向、すなわち巻き軸と平行となるよう配置
される。一方、円輪状の薄板1には、被覆導線か
らなる巻線3が施され、巻線3は位相制御器Pを
介して交流電源Eと接続され、交流電源により、
上記i1とπ/2位相の異なる正弦波電流i2が通電
可能となしてある。さらに、薄板1全体は電気炉
4内に配置されている。このような構成におい
て、電気炉4に通電し、薄板1を所定の温度に加
熱保持し、同時に電源Eを投入すると電磁石2
1,23にはi1が流れ、第1図aの外部磁界H1
薄板1巾方向に印加され、一方、巻線3にはi2
流れ、薄板1長手方向に第1図aの磁界H2が発
生する。これによりH1とH2との合成磁界は一定
方向に一定周期で回転する。一定時間後電気炉4
の通電を切り、冷却すれば、非晶質磁性合金薄板
1内に誘起される磁気異方性は局所的にも等方的
になり、本発明所定の効果が実現する。 一方、第3図には、第2図のようにバツチ処理
を行う場合でなく、連続処理を行う場合が示され
る。この場合、図示しない薄板は、例えばガラス
製案内路5中をスパイラル状に矢印a方向に連続
的に移動可能とされている。一方、この案内路5
のスパイラル軸に平行に外部磁界H1がソレノイ
ドコイル25から印加可能となしてあり、また案
内路5には巻線3が施され、案内路5を通過する
薄板の長手方向に磁界H2が発生可能となしてあ
る。このような構成でソレノイドコイル25と巻
線3の通電端子33,35とへの通電電流を変化
させ、H1とH2を前期のような好ましい態様で変
化せしめ、H1とH2との合成磁界を回転させ、し
かも電気炉4により連続移動する薄板を加熱すれ
ば、薄板を連続移動させつつ、本発明の熱処理を
連続的に施することができる。 さらに第4図には、他の1例が示される。 この場合、第4図に示される例が第2図と異な
るのは、巻線3を外部電源と接続せず、容量また
はインダクタンス、この場合は容量Cを介して短
絡した点である。このような場合、前記同様外部
電源Eから電磁石21,23に例えば交番正弦波
電流i1を印加すれば、磁界H1が発生し、薄板1長
手方向には誘起電流i1′が発生する。一方この誘起
電流i1′は巻線3内に容量Cで定まる位相の異なる
2次誘起電流i2′を発生させる。この2次誘起電流
i2′により薄板1長手方向にはH1と位相の異なる
磁界H2が発生し、H1の強度を変化させれば、H1
とH2との合成磁界は時間とともに回転し、本発
明所定の効果が実現する。 以上詳述してきた本発明法を施した非晶質磁性
合金薄板は、そのまま、あるいは所定の加工を施
し、荷電粒子の加速または制御のための磁芯等の
各種芯、磁気ヘツドあるいはその他の用途に用い
てきわめてすぐれた特性を発揮する。 すなわち、本発明は下記の効果を奏するもので
ある。 本発明により得られる非晶質磁性合金薄板は、
透磁率の静的および動的特性値は格段と向上す
る。しかも磁気損失も格段と減少する。 また、一定方向から磁界を印加する磁場中熱処
理のように透磁率の動的特性値、特に初透磁率が
減少してしまうということはなく、逆に動的特性
が格段と向上し、しかも磁気損失も減少する。従
つて、これまで用途に従い限定されていた非晶質
合金の組成の制限がが緩和され、その結果すぐれ
た特性を有する種々の用途に対する実用材料が可
能となる。加えて、薄板製造時の内部歪も有効に
除去することができる。さらに、Tc>Tcryの合
金についても本発明が適用でき、その結果高透磁
率、低磁気損失を得ることが可能となる。 このため、特にCo系の磁歪の小さい非晶質合
金材料について、センダスト合金以上の高飽和磁
束密度で高透磁率という実用上きわめてすぐれた
特性を得る。またTc<Tcryの合金についても熱
処理後徐冷が可能となるので透磁率は格段と向上
する。さらには、Tc以上の熱処理ではTcの高い
ものではぜい化や酸化が生起するが、本発明では
Tc以下の比較的低い温度で熱処理を施せばよい
ので、ぜい化は生じず、また空気中で実施しても
酸化は生じない。 さらに本発明により得られる非晶質磁性合金
は、飽和磁束密度(Bs)が大きく、しかも磁気
損失が小さく、保磁力(Hc)は小さく電気抵抗
率ρも低い。また本発明においては、このような
組成の非晶質磁性合金に対し、実質的に磁気異方
性を有しない等方的となるよう、その物性が改良
されるので、残留磁密度(Br)がぼBs/2程度
となり、磁化反転時間が格段と短かくなり、この
反転時間で磁束反転幅、例えば、Br+Bsを除し
た値は格段と大きくなる。さらには、磁気損失お
よびHcもより小さくなる。このため、このよう
な非晶質磁性合金から形成した荷電粒子の加速ま
たは制御磁芯は、結晶質軟磁性材料から形成した
場合と比較して、格段と大きな加速力を発揮す
る。 以下本発明の実施例を掲げ、本発明をさらに詳
細に説明する。 実施例 1 Fe83B12Si5からならる組成を有し、30μm厚の
非晶質磁性合金のリボン状連続薄板を公知の高速
急冷法により得た。次いで、この薄板から内径40
mm、外径50mm、厚さ10mmのトロイダル巻磁芯を形
成した。 次いで得られた磁芯に対し、第2図に示される
装置を用い、本発明における磁場中熱処理を施し
た。すなわち、装置全体を10-1Torrの真空下に
おき、巻線3を施し、これを電気炉4内に配置
し、また薄板1の長手方向と直角に磁界が印加さ
れるように電磁石21,23を配置した。、巻線
3により第1図aのような最大値20Oe、周期1
秒の正弦波磁界H2を発生させ、また電磁石21,
23によりH2とπ/2位相の異なる第1図aの
ような最大値5000Oeの正弦波磁界H1を発生させ
ながら、電気炉4により磁芯を300℃に加熱した。
30分後電気炉を断として、H1、H2の合成磁界を
回転させながら真空中で徐冷した。このようにし
て処理した試料1につき、残留磁束密度Br、飽
和磁束密度BsおよびBs+Brを測定した。また、
試料1と同様に処理を施した磁芯を構成する薄板
から1.2mmφの円板サンプルをエツチングにより
得、これを強磁性共鳴吸収装置のキヤビテイー内
にセツトし、マイクロ波周波数9.34GHzにて、
1300Oe程度の外部磁場をサンプル面内において
回転し、強磁性共鳴測定を行い固有共鳴磁界Ho、
異方性磁界Ha、共鳴線の半値巾ΔHを測定し、
Ha/HoおよびΔH/Hoを計算した。これらの結
果を表1に示す。さらに上記の試料1に1ターン
の1次コイルおよび2次コイルを施し、1次コイ
ルに通電し、それぞれ101、103および105AT/m
の距形状の励磁磁場を印加し、2次コイルに誘起
される電圧を測定して、その立ち上り時間Δtを
測定して、磁化反転時間を測定した。結果をやは
り表1に示す。 なお、表1には、U関数計を用いて測定した60
Hz、1KGでの磁気損失を併記する。 これとは別に比較のため上記の磁場中熱処理を
全く行わずに急冷直後の薄板から試料2を得た。 また、急冷直後の薄板から得た磁芯に対し、上
記H1は何ら印加することなく上記と同様に熱処
理を施し、静磁場中での熱処理を施した試料3を
得た。 これら試料2および3につき、試料1と全く同
様に測定を行い、表1の結果を得た。 さらに比較のため、100μm厚の結晶質Fe50Ni50
合金薄板およびNi−Zn系フエライトを用い、試
料1と全く同寸法のトロイダル巻磁芯を形成(試
料4、5)し、上記と同様にBs、Br、Br+BsΔt
および磁気損失を測定し、表1の結果を得た。 表1の結果から、本発明による場合、誘導磁気
異方性が等方的となり、すぐれた磁気特性を示
し、またきわめて高い励磁磁場に至るまでΔtが
きわめて小さく、きわめて大きな(Br+Bs)/
Δt、すなわち、荷電粒子の加速のための磁芯と
して使用した場合の荷電粒子の大きな加速力が得
られることがわかる。
The present invention relates to a method for heat treating an amorphous magnetic alloy. More specifically, the present invention relates to a heat treatment method that can efficiently and in large quantities produce thin plates of amorphous magnetic alloys with isotropic induced magnetic anisotropy, high magnetic permeability, and low magnetic loss. Conventionally, as high permeability alloy materials with crystal structure, Fe-Si alloy, Fe-Ni alloy, Fe-Al alloy,
Fe-Si-Al alloys are known and are used in many fields depending on their characteristics. However, these crystalline magnetic alloys still have property and usage drawbacks. Among these, sendust, which is an Fe-Si-Al alloy, is an alloy containing about 10% Si and has a high magnetic permeability, but it has the disadvantage that it cannot be plastically worked. Therefore, its use is limited to special applications where its high hardness is utilized, such as magnetic head elements for VTRs, and is only used after special processing. Also, the frequency characteristics of magnetic permeability are not satisfactory. Further, permalloy alloys are used as iron cores for various types of weak electrical appliances, but they have the disadvantage that their manufacturing method requires a very large number of steps and is expensive. Furthermore, its saturation magnetic flux density is low, limiting its use. Under these circumstances, there is a desire to develop magnetic alloy materials that have excellent properties and are free from drawbacks in use. Among these, amorphous magnetic alloys have recently attracted much attention and are being actively researched. Metals usually exist as crystals in which atoms are arranged in an ordered state in the solid state.
When solidified by cooling at a high rate of sec, an amorphous alloy with an atomic arrangement similar to that in the molten state is obtained even in the solid state. Even by X-ray diffraction or electron beam diffraction, this amorphous alloy does not show a diffraction image showing a crystalline structure, and has an atomic arrangement that does not have long-range regularity, which is structurally different from crystalline alloys. It is something that you have. Magnetic materials made of such amorphous alloys do not have magnetocrystalline isomerism unlike ordinary crystalline materials, and especially transition metal-metalloid amorphous alloys have a small coercive force (Hc) and have excellent properties. It has excellent properties and uses as a soft magnetic material, such as high electrical resistance, high hardness, good workability in thin plate processing, and easy and inexpensive manufacturing method. It has the above advantages. Conventionally, such amorphous magnetic alloys contain Fe, Co, and Ni as transition metal components, and Si,
Those containing metalloid components such as B, C, and P are known. These have properties depending on their composition, and their uses can be considered depending on their properties, and some of them have been put into practical use. Among these, the Fe-based transition metal, which has Fe as its main component, has a large magnetostriction, but has a large saturation magnetic flux density (Bs) and is low in cost.
Suitable for use as a transformer material. Co-based transition metals, whose main component is Co, are more Bs-based than Fe-based ones.
Although the material is low and the cost is high, it is suitable as a material for magnetic heads because a composition with zero magnetostriction can be obtained. Ni-based materials containing more than a certain amount of Ni have Ni replacing Fe and Co to some extent, so their magnetic permeability is higher than the first two, but their Bs is lower than the first two, so their practical use is not expected. Not yet. As described above, amorphous magnetic alloys with various compositions are known, but the reality is that no one has emerged that greatly exceeds crystalline magnetic alloys in both magnetic permeability and saturation magnetic flux density. It is. For this reason, if magnetic alloys with these compositions can be made amorphous and then subjected to some kind of treatment to particularly increase their magnetic permeability and reduce magnetic loss, they would be preferable as materials for magnetic heads, transformers, etc. The development of such technology is expected. One such technique that has been conventionally used is heat treatment. This heat treatment is performed on an amorphous thin plate after obtaining an amorphous thin plate by ultra-quenching from the liquid phase.
The material is heated to a temperature below the crystallization temperature (Tcry) and then cooled, thereby eliminating internal strain during ribbon production by ultra-quenching and increasing magnetic permeability. However, this heat treatment results in Tc>Tcry
The disadvantage is that it cannot be applied to alloys of In general, Tc and Bs have a positive correlation, and in particular, in Co-based alloys with zero magnetostriction, Tc is
It has the disadvantage that it is almost equal to Tcry and cannot be used as a technique for improving the magnetic permeability of alloys with saturation magnetic flux density higher than this. Also, conversely, Tc<Tcry
In order to obtain a large magnetic permeability when the Tc becomes large for the alloy, it is necessary to rapidly cool it after heat treatment or to perform complicated cooling temperature control. Although such heat treatment does improve the magnetic permeability of alloys with Tc < Tcry, internal strain occurs during cooling, and as a result, the initial magnetic permeability in particular is lower than that of conventional crystalline alloys. However, it is not possible to obtain particularly good values. It has also been found that this internal strain causes the magnetic permeability to change over time. Therefore, such heat treatment techniques are not effective. In contrast, a technology was developed in which a thin plate obtained by ultra-quenching was heat-treated in a magnetic field.
It is disclosed in Publication No. 73923, Publication No. 52-114421, etc. In particular, in JP-A No. 52-114421, the maximum magnetic permeability μm is obtained by heat treatment in the magnetic field.
It is stated that the results are significantly improved. In this case, it is said that the heat treatment temperature is below the crystallization temperature, and the strength of the magnetic field used is 500 Oe or below, and although no specific method for applying the magnetic field is mentioned, the magnetic field is From the statement "Align the figures in the easy axis direction" (upper left column of page 6 of the same publication), it can be inferred that the magnetic field is applied only from a certain direction. Therefore, the present inventors conducted a wide variety of additional tests and studies on the magnetic field heat treatment technology described in the above-mentioned publication. As a result, the following facts were revealed. That is, if a magnetic field is applied in a certain direction, induced magnetic anisotropy is generated in the amorphous magnetic alloy thin plate with the easy axis in the direction of the magnetic field application. In this case, the axis of easy magnetization is easily oriented, and therefore the residual magnetic flux density (Br) becomes large. At this time, if a magnetic field is applied in the opposite direction, the magnetization and the energy of the magnetic field are reduced, so the 180° movement of the domain wall easily causes magnetization reversal, and the coercive force (Hc) becomes small. Therefore, as mentioned above, since the residual magnetic flux density (Br) increases, it is natural that the maximum magnetic permeability μmBr/Hc as a static magnetization characteristic increases. However, when this magnetic field heat treatment was performed and the magnetic properties were measured, it was confirmed that the magnetic permeability under alternating current conditions decreased. In other words, the initial magnetic permeability decreases, and the magnetic permeability (μ10) under a magnetic field of about 10 mOe decreases.
It also hardly increases. On the other hand, conventionally, particle accelerators that accelerate charged particles such as various ions, electrons, and protons using electric or magnetic fields and give high kinetic energy include DC type accelerators such as Kotscroft type and Vandegraaf type, as well as various types of particle accelerators. Linear accelerators that use electric or magnetic fields, and rotary accelerators such as cyclotrons, synchrotrons, and betatrons are known. Among these, linear accelerators repeatedly accelerate charged particles using an alternating electric field to reach high energy, and generally generate a high-voltage alternating electric field of 20 to 100 MHz and accelerate particles passing through the center. It is something. On the other hand, among these linear accelerators, the linear induction accelerator is known as one for accelerating large currents (Reuyu of Science).
Instruments Vol. 35, p. 886, 1964). This method uses a toroidal magnetic core made of soft magnetic material as a one-turn electric field converter, and generates an electric field in a direction perpendicular to the toroid by passing a pulse current through it, and is a means of heating high-temperature plasma in nuclear fusion. It is considered to be a promising method. In this case, in such a magnetic core, the acceleration force applied to the charged particles is determined by the magnetization change width divided by the magnetization reversal speed, so the magnetization reversal speed must be fast and the magnetization change width must be large. . In addition to such linear induction accelerators, in rotary accelerators such as synchrotrons, when an alternating current is applied, the magnetic core that generates an accelerating electric or magnetic field that changes at a constant frequency, for example, generates an electric or magnetic field converter. In this case as well, the magnetic core is required to have high-speed magnetization reversal and a large magnetic flux change width, as described above. In addition, in various particle beam controllers, a magnetic core is used to convert excitation pulse current, etc. into a pulsed or alternatingly changing electric or magnetic field, and to control the particle beam flux in various ways using this electric or magnetic field. Even in such cases, a high magnetization reversal speed and a large magnetic flux change width are required. By the way, as a crystalline soft magnetic material, Si-
Fe alloy, Fe-Ni alloy, sendust, ferrite, etc. are known. In this, as mentioned above,
Ferrite or Fe-Ni alloy is mainly used as a material for a magnetic core that has a high magnetization reversal speed and accelerates or controls charged particles. However, ferrite has a small saturation magnetic flux density (Bs) of about 5 kG, and the width of change in magnetic velocity due to magnetization reversal is small, so acceleration force and energy conversion efficiency are not sufficient. Further, although the Fe-Ni alloy has a larger Bs than ferrite, its magnetization reversal speed is lower than that of ferrite, and its acceleration force and energy conversion efficiency are not sufficient. Also, Fe 50 Ni 50 has a low electrical resistance, and the one with the highest electrical resistance
However, since it is small at 35μΩ・cm, when it is applied to a magnetic core, it must be made into a thin plate to reduce eddy current loss, and the material cost is high because the thin plate is difficult to process. Furthermore, since the magnetostriction is not zero, there is also the drawback that it is easily influenced by external pressure. In contrast, amorphous magnetic alloys have not yet surpassed the properties of existing crystalline soft magnetic materials when applied to magnetic cores for accelerating or controlling charged particles as described above. In other words, in the magnetic core for accelerating or controlling charged particles as described above, the state of residual magnetization (Br) or saturation magnetization (Bs) of the soft magnetic material constituting the magnetic core can be changed by pulsed current or alternating current. , to generate electric and magnetic fields for acceleration by reversing magnetization. Therefore, as mentioned above, for such magnetic core materials, the acceleration force to charged particles is determined by (magnetic flux change width) / (magnetization reversal time), especially when pulsed current excitation is performed (Br + Bs) / (magnetization reversal time) must be large. On the other hand, Fe-based amorphous magnetic alloys whose main component is Fe as the transition metal have high Bs and
It has a Bs equal to or higher than that of crystalline Fe-Ni alloys, has a small coercive force Hc, and has a high electrical resistance.It can be obtained as a thin plate itself, has low magnetic loss, and has an amorphous structure that allows it to be used externally. It has excellent properties such as low sensitivity to pressure applied by the alloy, and for example, the magnetic flux change width Br+Bs during pulsed current excitation also shows a value close to that of the crystalline Fe-Ni alloy. However, its magnetization reversal time is longer than that of ferrite and crystalline Fe-Ni alloys, so
The acceleration force determined by the magnetic flux change width divided by the magnetization reversal time has not yet surpassed that of a crystalline soft magnetic material. By the way, Bs is determined by the composition of the amorphous magnetic alloy, but it also depends on the magnetic reversal time and Br.
changes depending on the history. Therefore, by performing some kind of treatment on Fe-based amorphous alloy, which is a high Bs material,
Depending on the history of the process, the magnetization reversal time and
If the Br value can be improved, the accelerating force for charged particles will be improved, making it preferable as a magnetic core as described above, and it should also be possible to surpass the properties of crystalline soft magnetic materials. In view of these circumstances, the present inventors set out to investigate the causes of various disparities that conventionally occur when heat treating thin plates of amorphous magnetic alloy obtained by ultra-quenching. Various studies were conducted. As a result, the following was found. That is,
In conventional heat treatment in a magnetic field, a magnetic field is applied from a fixed direction, so that the axis of easy magnetization is induced as described above. In this case, when the magnetic field is changed quasi-statically, the influence of the moving speed (v) of magnetic permeability does not appear. A high μm is therefore obtained. However, magnetic permeability under an alternating magnetic field depends on the moving speed of the domain wall and is approximately proportional to it. Furthermore, the braking coefficient (β) that reduces this moving speed is proportional to the square root of the magnetic anisotropy (K). Therefore, when an easy axis of magnetization is induced in a thin plate by heat treatment in a magnetic field and anisotropy is generated, the domain wall movement speed decreases, and the magnetic permeability under an alternating magnetic field, that is, the dynamic characteristic value of magnetic permeability, especially the initial permeability. The magnetic flux decreases. Therefore, based on this knowledge, the present inventors
In order to eliminate the disparity caused by conventional heat treatment in a magnetic field, the amorphous magnetic alloy is first heated and maintained at a temperature below the Curie point and below the crystallization temperature.
We have proposed a heat treatment method that applies a rotating magnetic field. According to this heat treatment method, the direction of the component of the applied magnetic field in the direction of the thin plate surface is rotated by one rotation so that the magnetic anisotropy induced in the thin plate becomes isotropic. As a result, the damping coefficient of domain wall movement decreases and local anisotropy disappears, making it easier to form a reflux domain structure, resulting in a decrease in the dynamic characteristic values of magnetic permeability, especially the initial permeability. is not only prevented, but on the contrary, it is significantly improved, and its static value is also significantly improved. Furthermore, magnetic loss is also significantly reduced. However, the inventor's previous proposal succeeded in discovering and demonstrating the principle that the above-mentioned excellent effects can be achieved by making the induced magnetic anisotropy isotropic by rotating the applied magnetic field. However, the only concrete methods disclosed were either rotating the external magnetic field applied to the thin plate sample or rotating the thin plate in a static magnetic field. As long as such means are followed, even if it is possible to obtain significantly superior magnetic properties, there are some difficulties in processing efficiently in large quantities. In other words, since the sample to be processed must be arranged in the form of a flat plate, for example, when applying a thin plate to a magnetic head, the sample to be processed must be a thin plate cut into a predetermined shape for the head, or a relatively small thin plate. No. Further, when the magnetic core is formed as a wound magnetic core for application to a transformer, such means cannot be used. The present invention has been made in view of the above circumstances, and is based on the previous proposal of the present inventors, in which isotropy of induced magnetic orientation is achieved in the macroscopic and microscopic ranges by heat treatment in a rotating magnetic field. , and based on the principles of improving the dynamic and static characteristic values of magnetic permeability of the amorphous magnetic alloy thin plate, reducing its change over time, and further reducing magnetic loss, the same effect can be achieved. The main purpose is to propose a concrete method that can efficiently heat-treat large quantities. The present inventor has completed the present invention as a result of conducting various studies for this purpose. That is, the present inventor proposed the formula Fe a M b (where a+b=100at% and 15≦b≦30at%
%. M is a vitrifying element containing one or more of B, Si and C. Furthermore, 20 at% or less of the Fe content may be replaced by one or more transition metal elements. ) In a method for heat treatment of an amorphous magnetic alloy thin plate having a composition represented by: the thin plate is wound into a substantially cylindrical shape, the thin plate is wound with a wire so that a magnetic field is generated in one direction of the thin plate, and The thin plate wound into a substantially cylindrical shape is placed in an external magnetic field, and a current flows through the winding while heating and maintaining the thin plate at a temperature below the Curie point of the amorphous magnetic alloy and below its crystallization temperature. By changing the magnetic field generated in the thin plate, the direction of the composite magnetic field of the magnetic field generated in the thin plate and the external magnetic field is rotated, and then cooled, and the magnetic anisotropy induced by the composite magnetic field is changed. It lies in making gender isotropic. According to the present invention, the magnetic properties of the amorphous magnetic alloy thin plate obtained as in the previous proposal by the present inventors are improved. That is, compared to the above heat treatment in the absence of a magnetic field, the static and dynamic characteristic values of magnetic permeability are significantly improved. Furthermore, magnetic loss is also significantly reduced. In addition, unlike heat treatment in a magnetic field where a magnetic field is applied from a fixed direction, the dynamic characteristic value of magnetic permeability, especially the initial magnetic permeability, does not decrease.On the contrary, the dynamic characteristic is significantly improved, and the magnetic Losses are also reduced.
Therefore, the restrictions on the composition of amorphous alloys, which have hitherto been limited depending on the use, are relaxed, and as a result, practical materials with excellent properties for various uses become possible. In addition, it is also possible to effectively eliminate internal distortion during thin plate manufacturing. Furthermore, the present invention can also be applied to alloys where Tc>Tcry, and as a result, it is possible to obtain high magnetic permeability and low magnetic loss. For this reason, especially for Co-based amorphous alloy materials with low magnetostriction,
Obtains extremely excellent properties in practical use, such as high saturation magnetic flux density and high magnetic permeability, which are higher than those of Sendust alloy. Furthermore, since it is possible to slowly cool alloys where Tc<Tcry after heat treatment, the magnetic permeability is significantly improved. Furthermore, when heat treated above Tc, embrittlement and oxidation occur in materials with high Tc, but in the present invention, heat treatment can be performed at a relatively low temperature below Tc, so embrittlement does not occur, and No oxidation occurs even if the process is carried out inside the room. Note that the effect of significantly improving magnetic permeability and magnetic loss is an effect unique to amorphous magnetic alloys, and even if the present invention is applied to crystalline magnetic alloys, K 1 or K Either of 2
Such an effect is not realized due to the presence of magnetocrystalline anisotropy of the order of 10 3 erg/cm 3 . In addition, since there is no Tcry in the heat treatment for strain removal,
Possible at high temperatures above Tc. Furthermore, the Fe-based amorphous magnetic alloy obtained by the present invention has a high saturation magnetic flux density (Bs), which is 16KG (Fe 50 Ni 50 ) for the crystalline Fe-Ni alloy.
Moreover, the magnetic loss is small, the coercive force (Hc) is small, and the electrical resistivity ρ is low at about 30 μΩcm. In addition, in the present invention, the physical properties of the amorphous magnetic alloy having such a composition are improved so that the alloy becomes isotropic with virtually no magnetic anisotropy, so that the residual flux density (Br) becomes approximately Bs/2, the magnetization reversal time becomes much shorter, and the magnetic flux reversal width, for example, Br+Bs divided by this reversal time, becomes much larger. Furthermore, magnetic loss and
Hc also becomes smaller. Therefore, a magnetic core for accelerating or controlling charged particles formed from such an amorphous magnetic alloy exhibits a much greater acceleration force than a magnetic core formed from a crystalline soft magnetic material. In the present invention, in addition to realizing all the effects based on the previous proposal of the present inventors, the process can be performed extremely efficiently and in large quantities at once. That is, when mass-producing amorphous magnetic alloy thin sheets by ultra-quenching from the liquid phase, it is preferable to continuously wind the thinned alloy around a roll. It can be applied to itself, making it possible to process a large amount at once. In order to make the thin plate treated according to the present invention into a magnetic head or various magnetic cores, it may be cut, laminated, or wound into a magnetic core. Further, especially when used as a wound core, the present invention can be applied after forming a thin plate as a wound core, and there is an advantage that the treated wound core can be used as it is as various cores. Furthermore, in addition to applying the present invention to the thin plate wound around the above-mentioned roll, the present invention can also be applied while continuously moving the thin plate in a spiral shape.
At that time, continuous processing of large quantities becomes possible as well. The present invention will be explained in detail below. The present invention is applicable to nearly all substantially amorphous magnetic alloy sheets. However, in order to apply the present invention and obtain desirable characteristics as various practical materials, it is necessary to use a material that contains at least one of Fe, Co, and Ni, and also contains semimetallic components such as Si, B, C, and P. Those having the composition described in JP-A-55-152164 (Japanese Patent Application No. 54-60359) are particularly preferred.
At this time, the magnetic isotropy of the amorphous magnetic alloy is significantly improved, the magnetic loss is significantly reduced, or the magnetic permeability is significantly improved. Furthermore, the amorphous magnetic alloy used for the magnetic core for accelerating or controlling charged particles preferably has the composition shown below. That is, the composition of the amorphous magnetic alloy is 85~56at
% of Fe and a total amount of 15 to 30 at% of one or more vitrifying elements. In this case, examples of the vitrifying element include B, Si, C, P, Al, Ge, and the like. In addition to Fe and the vitrification element, other additive elements may be included. In that case, other additive elements include Co, Ni, Cr, Ti, Nb, W, Mo, Rh,
Transition metals such as Ru can be mentioned, and the content of one or more of them is within a total amount of about 17 at% or less. Among such compositions, the composition represented by the following formula is particularly preferable. In the formula Fe a M b , a+b=100at%, and 15≦b≦30at
%. M is one or more vitrification elements,
It mainly consists of 1 to 3 of B, Si, and C, and if necessary, it can be mixed with Al, P, Ge, Ga, In, Sn, As, Sb, Bi,
One or more types of Pb etc. may be substituted. In addition, 20at% or less of Fe should be replaced by Ni, Co, Cr, Ti, Nb,
One or more transition metals such as W, Mo, Zr, V, Ta, and Zn may be substituted. In this case, the elements that replace Fe include Ni, Cr, and
It is preferably one or more of NO, Nb, and W, or 15 at% or less of Co. The reason why the composition of the Fe-based amorphous magnetic alloy in the present invention is thus limited is as follows. Among transition metals, Fe is known to have the highest magnetization, and in order to obtain high Bs, Fe must be the main component. Other transition metals can be substituted with Fe in a total amount of 20at% or less, but in this case, Ni, Cr, Mo, Nb, W, etc. may be used to replace Fe to improve corrosion resistance, etc. It has the effect of raising the temperature, but the amount of Fe substitution is 5at.
% or more, and the saturation magnetic flux density (Bs) becomes smaller than the Bs of crystalline Fe 50 Ni 50 alloy, which is 16 KG, so it is preferably 5 at % or less. Also, Co is to some extent
When Fe is substituted, the Bs increases, but beyond a certain level, the Bs decreases, and since Fe is an expensive element, the amount of substitution is preferably 0 to 15 t%. on the other hand,
The vitrification element promotes amorphization, but if it is smaller than 15 at% or larger than 30 at%, the degree of amorphousness deteriorates, so it needs to be in the range of 15 to 30 at%. In this case, the vitrification elements consist of 1 to 3 types of Si, B, and C, regardless of their component ratios,
It is preferable to replace half or less of these with Al, Ge, P, etc. The Fe-based amorphous magnetic alloy having such a composition exhibits extremely excellent properties, especially as a magnetic core for accelerating or controlling charged particles. Such thin plates of alloys of various compositions are obtained by ultra-quenching from the liquid phase. In order to obtain an amorphous magnetic alloy thin plate by ultra-quenching from the liquid phase, an alloy of the corresponding composition is melted to form a melt, and this melt is heated from the molten state to approximately 10 4 °C/sec or more, usually 10 4 Ultra-rapid cooling at a cooling rate of ~10 6 °C/sec,
It may be cooled and solidified. In order to ultra-quench the molten alloy liquid, various methods such as the known twin roll method, single roll method, or inside injection method may be used. Therefore, the melting conditions for the alloy, the jetting conditions for the alloy liquid, the shape and dimensions of the nozzle during jetting, the shape, dimensions, material, etc. of the cooling body such as twin rolls are within the range of conditions for the known ultra-quenching method. It may be determined as appropriate. Also, when melting the alloy, it should be done in an inert gas such as argon, or
Alternatively, it is preferable to eject the melt while flowing an inert gas, but the ejection of the melt may also be performed in an atmosphere of either an inert gas or air. Incidentally, such an amorphous magnetic alloy thin plate is
It is sufficient to have a thickness of about 200 μm, particularly 20 to 60 μm, and generally a plate-like shape, and its dimensions can be various. In the present invention, such an amorphous magnetic alloy thin plate is wound into a substantially cylindrical shape and subjected to a predetermined treatment according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-152164 (Japanese Patent Application No. 54-60359). In this case, in order to wind it into a substantially cylindrical shape, it is usually rolled in the longitudinal direction of the thin plate, with the width direction line segment of the thin plate always being approximately parallel to this imaginary axis. It is sufficient to wind it one or more times, leaving a hollow space in the center, so that the cross section is ring-shaped, usually circular.
In this case, it is preferable that the cross-section of the ring is a closed ring without an opening, so as to reduce as much as possible the demagnetizing field for the magnetic field generated by the winding, for example, by energizing the winding, which will be described later. Further, in the case of winding into a substantially cylindrical shape, there are cases in which the thin plates are wound in a ring-shaped cross-section, usually in a circular ring-like shape, with the thin plates overlapped in the longitudinal direction or the width direction, and also in a case in which the thin plates are wound in a spiral shape in the longitudinal direction. This spiral winding is effective in that the thin plate can be continuously moved within a spiral trajectory and the heat treatment can be continuously performed as described below. On the other hand, for superimposed winding, the thin plate immediately after super-quenching is wrapped around a hollow winding roll and fixed, or the thin plate is wound multiple times with an insulating layer interposed between the thin plates and the thin plate itself is hollow inside. It is possible to use a magnetic core formed as a rectangular or circular wound core, in which case the effect of efficient heat treatment according to the present invention will be realized. The thin plate thus wound into a substantially cylindrical shape is wound so that a magnetic field is generated in one direction of the thin plate. In general, the winding may be configured such that when the winding is energized, a magnetic field is generated substantially in the winding direction of the thin plate, that is, usually in the longitudinal direction. Therefore, this winding may be applied over the entire length of the cylindrical thin plate in the winding direction, usually in the longitudinal direction, or at a predetermined portion thereof, so as to surround the thin plate in the width and thickness directions. Note that the winding wires formed in this way are not energized from an external power source, and even if the winding wires are short-circuited via capacitors or coils as necessary, the thin plate wound into a cylindrical shape will not run in one direction. It may be possible to generate a magnetic field, and it may be configured in such a manner. In this case, by applying an external magnetic field (described later), an induced current is generated in one direction of the thin plate, usually in the winding direction, and this induced current generates a secondary induced current in the winding. occurred 2
This is because the secondary induced current generates a magnetic field in the direction of winding the thin plate. On the other hand, this cylindrically wound thin plate is placed in an external magnetic field. In this case, it is sufficient that the external magnetic field application direction has a component in the direction perpendicular to the winding direction of the thin plate within the plane of the thin plate, usually in the width direction. However, the purpose of the present invention, which is to rotate the composite magnetic field of the magnetic field generated in the thin plate by the above-mentioned winding and this external magnetic field, and to make the induced magnetic anisotropy by the composite magnetic field isotropic, can be more effectively achieved. To achieve this, it is preferable that the external magnetic field be applied in the direction in which the thin plate is wound, that is, substantially perpendicular to the longitudinal direction, and substantially parallel to the width direction in the plane of the wound thin plate. This external magnetic field may be applied by a known electromagnet, Helmhotz coil, solenoid coil, permanent magnet, or the like. In such a configuration, the heat treatment of the present invention
It must be kept below the crystallization temperature of the amorphous magnetic alloy forming the thin plate. This is because the characteristics of an amorphous magnetic alloy are lost. At the same time, its holding temperature must be below the Curie point. This is because spontaneous magnetization does not occur above the Curie point and induced magnetic anisotropy does not occur. On the other hand, the lower limit of the holding temperature is generally 100°C or higher, more preferably 150°C or higher. Further, the holding time is generally within 500 hours, preferably about 1 minute to 500 hours. As for the heating method,
In addition to performing the heating in a resistance-type electric furnace, high-frequency heating, infrared heating, and various other methods are possible. Under such temperature-maintaining conditions, the external magnetic field is applied to the thin plate, and the magnetic field is generated in the thin plate by the winding. At this time, at least one of the external magnetic field and the magnetic field generated in the thin plate by the winding is changed, and the direction of the composite magnetic field of the above two magnetic fields applied or generated on the thin plate is rotated, and the direction of the composite magnetic field induced by this composite magnetic field is changed. make the magnetic anisotropy isotropic. In this case, as long as the direction of this composite magnetic field is rotated, the induced magnetic anisotropy induced within the thin plate becomes isotropic, and the desired effect of the present invention is achieved. However, in order to make the anisotropy more isotropic and further improve the magnetic properties, it is preferable to rotate the induced magnetic anisotropy axis induced by the synthetic magnetic field at least once. All you have to do is rotate it at least approximately 180 degrees. At this time, it is preferable that the combined magnetic field rotates at a substantially constant speed, but the rotation may be continuous or intermittent. Further, at this time, forward and reverse rotations may be repeated alternately. Further, the rotation speed is not particularly limited as long as it is not extremely high speed and as long as the desired rotation is performed within the above-mentioned heating holding time, but generally it may be about 10 to 10 5 rpm. There are various ways of rotating the composite magnetic field, but among these, the composite magnetic field rotates by an angle of approximately 180° or more in one direction within the heating holding time. Alternatively, it is preferable to repeat such rotation alternately in a forward direction and a reverse direction. In order to rotate the composite magnetic field in this way, it is sufficient to change at least one of the external magnetic field and the magnetic field generated by the windings, usually preferably both. To change the external magnetic field, the field axis is usually kept constant and the field strength is changed. For this purpose, the current applied to the electromagnet, coil, etc. may be changed. Further, the magnetic field strength may be changed in one direction, or may be changed in positive and negative directions. on the other hand,
To change the magnetic field generated by a winding, it is usually enough to change the current flowing through the winding to change the magnitude of the generated magnetic field in the positive and negative directions or only in one direction. As described above, when the windings are short-circuited via capacitance or inductance as necessary, the magnitude of the magnetic field generated by the windings changes in response to changes in the external magnetic field strength. In addition, this external magnetic field whose magnitude changes either positively or negatively or only in one direction,
As mentioned above, the effect obtained is greater when the axes of the magnetic field and the magnetic field generated by the winding are perpendicular to each other. In this way, the direction of the composite magnetic field is rotated, and there are various ways of rotating and means for imparting the rotation, but in general, it is done as follows. It is preferable to do so. When the combined magnetic field is rotated by at least 180° in the preferred manner as described below, the induced magnetic anisotropy not only becomes macroscopically isotropic, but also microscopically shows within a magnetic domain of about 100 μm. This is because the magnetic permeability and magnetic loss are improved more than expected when macroscopically isotropic. First, in the case of continuously rotating the composite magnetic field, the external magnetic field (H 1 ) and the magnetic field generated by the winding (H 2 ) are usually perpendicular to each other, and as shown in Figure 1a, both It is preferable to change the waveform as an alternating sine wave, make the frequencies of the two the same, and change the phase of the two by ±π/2.
When such a configuration is adopted, the composite magnetic field rotates continuously by 180 degrees or more in a fixed direction. On the other hand, even when the composite magnetic field is rotated continuously, positive and
The counter-rotation can also be carried out periodically, then the frequencies are equal and ±π/
Among the alternating sine waves H 1 and H 2 whose phases differ by 2,
It is preferable to invert one half cycle or an integral multiple thereof. On the other hand, when rotating the composite magnetic field intermittently, H 1 and H 2 may be generated in a pulsed manner. In this case, with equal pulse width
H 1 and H 2 are generated synchronously at equal intervals, and the pulse heights of both have as envelopes the sine waves of H 1 and H 2 shown in Figure 1 a, b, etc., respectively. None, the composite magnetic field may be rotated intermittently, but H 1 and H 2 of equal pulse width are alternately generated at equal intervals as shown in Figure 1c and d, and at least H 1 It is also possible to alternately generate one of H 1 and H 2 in positive and negative states, and rotate this intermittently so that the combined magnetic field becomes H 1 or H 2 itself. In such a case, the magnitude of the external magnetic field H 1 may be varied within a range of about 50 Oe or more, which nearly saturates the amorphous magnetic alloy. However, if the thickness of the thin plate and the demagnetizing field based on the unevenness existing on the surface are taken into consideration, it is preferable that the maximum value is approximately 200 Oe or more, more preferably about 500 Oe or more. On the other hand, by energizing the winding,
Alternatively, the magnetic field generated by the secondary induced current generated in the winding has a small demagnetizing field, so it is generally 1~
It is sufficient to vary it within a range of about 100 Oe. After applying the above-described magnetic field in such a heated state, the thin plate or thin film is cooled. This cooling may be done after stopping the magnetic field, but
Preferably, it is carried out in the magnetic field mentioned above. Also,
Although the cooling rate can be changed in various ways, slow cooling is generally preferred. Note that the heat treatment in a magnetic field as detailed above may be performed in vacuum, in an inert gas, or even in air. If we measure the ferromagnetism using a thin plate of the amorphous alloy that has undergone the heat treatment described above as a sample according to the present invention in accordance with a conventional method, we will find that since it is macroscopically isotropic, the resonant magnetic field will vary depending on the angle of the external magnetic field. is essentially unchanged, the angular dependence of the resonant magnetic field is very small, and it is also microscopically isotropic, so the half-width of the resonance line is extremely small. In this case, ferromagnetic resonance is usually performed by setting a disk-shaped sample in a ferromagnetic resonance cavity and applying 9.34 GHz microwaves, and applying an external magnetic field of about 1300 Oe in the sample plane, in the direction of the magnetic field application. The angle dependence of the resonant magnetic field can be expressed as the ratio of the anisotropic magnetic field Ha to the unique resonant magnetic field Ho.
When Ha/Ho is measured, the thin plate material obtained according to the present invention has a value of Ha/Ho of 10% or less, particularly 5% or less. On the other hand, in the case of a thin plate immediately after quenching, Ha/Ho is approximately 20%, and when heat treated in the static magnetic field described above, Ha/Ho is approximately 15%.
That's about it. In addition, at this time, the half-width of the resonance line ΔH
The value ΔH/Ho normalized by Ho is approximately 30% or less for the thin plate material obtained by the present invention, while it is approximately 50% or more and 30 to 40% immediately after quenching and after static magnetic field treatment, respectively. That's about it. Therefore, if such ferromagnetic resonance is measured and the angular dependence of the resonant magnetic field is observed, especially Ha/Ho and the half-width of the resonance line, especially ΔH/Ho, the magnetic resonance of the present invention can be confirmed. This method serves as a means of confirming whether or not it is isotropic without having anisotropy, and the above-mentioned results are obtained when using other conventional processing methods for amorphous magnetic alloy thin sheets. This is an indicator of the distinguishability between the amorphous magnetic alloy of the present invention and the conventional one. A preferred example of the apparatus used in the heat treatment method detailed above is shown in FIG. In FIG. 2, a thin plate 1 of an amorphous magnetic alloy is wound in a circular ring in the longitudinal direction around a winding roll, for example as a wound magnetic core or immediately after ultra-quenching. On the other hand, the thin plate 1 wound in a circular ring is connected to the electromagnet 2.
When an alternating sine wave current i 1 is applied from a power source E to the insides of the coils 1 and 23, the external magnetic field H 1 generated thereby is arranged in the width direction of the thin plate, that is, parallel to the winding axis. On the other hand, the circular thin plate 1 is provided with a winding 3 made of a covered conductor, and the winding 3 is connected to an AC power source E via a phase controller P.
A sine wave current i 2 having a phase different from that of i 1 by π/2 can be supplied. Furthermore, the entire thin plate 1 is placed in an electric furnace 4. In such a configuration, when the electric furnace 4 is energized to heat and maintain the thin plate 1 at a predetermined temperature and the power source E is turned on at the same time, the electromagnet 2
1 and 23, and the external magnetic field H1 shown in Fig. 1a is applied in the width direction of the thin plate 1, while i2 flows in the winding 3, and the external magnetic field H1 shown in Fig. 1a is applied in the longitudinal direction of the thin plate 1. A magnetic field H 2 is generated. As a result, the combined magnetic field of H 1 and H 2 rotates in a constant direction at a constant period. Electric furnace 4 after a certain period of time
When the current is turned off and the amorphous magnetic alloy thin plate 1 is cooled, the magnetic anisotropy induced in the amorphous magnetic alloy thin plate 1 becomes locally isotropic, and the desired effect of the present invention is achieved. On the other hand, FIG. 3 shows a case where continuous processing is performed instead of a case where batch processing is performed as in FIG. 2. In this case, the thin plate (not shown) is capable of moving continuously in the direction of the arrow a in a spiral shape, for example, in the guide path 5 made of glass. On the other hand, this guide route 5
An external magnetic field H 1 can be applied from a solenoid coil 25 parallel to the spiral axis of the sheet, and a winding 3 is provided in the guide path 5 to apply a magnetic field H 2 in the longitudinal direction of the thin plate passing through the guide path 5. It is assumed that it can occur. With this configuration, the current flowing to the solenoid coil 25 and the current-carrying terminals 33, 35 of the winding 3 is changed, H 1 and H 2 are changed in a preferable manner as in the previous period, and the difference between H 1 and H 2 is changed. By rotating the composite magnetic field and heating the continuously moving thin plate using the electric furnace 4, the heat treatment of the present invention can be continuously performed while the thin plate is continuously moving. Further, FIG. 4 shows another example. In this case, the example shown in FIG. 4 differs from FIG. 2 in that the winding 3 is not connected to an external power source but is short-circuited via a capacitance or inductance, in this case a capacitance C. In such a case, if, for example, an alternating sine wave current i 1 is applied to the electromagnets 21 and 23 from the external power source E as described above, a magnetic field H 1 is generated, and an induced current i 1 ' is generated in the longitudinal direction of the thin plate 1. On the other hand, this induced current i 1 ' generates in the winding 3 a secondary induced current i 2 ' having a different phase determined by the capacitance C. This secondary induced current
Due to i 2 ′, a magnetic field H 2 having a different phase from H 1 is generated in the longitudinal direction of the thin plate 1, and if the intensity of H 1 is changed, H 1
The combined magnetic field of H 2 and H 2 rotates over time, achieving the desired effect of the present invention. The amorphous magnetic alloy thin plate processed by the method of the present invention as described in detail above can be used as it is or after being processed in a specified manner to be used as various cores such as magnetic cores for accelerating or controlling charged particles, magnetic heads, or other applications. It exhibits extremely excellent properties when used in That is, the present invention has the following effects. The amorphous magnetic alloy thin plate obtained by the present invention is
The static and dynamic characteristic values of magnetic permeability are significantly improved. Furthermore, magnetic loss is also significantly reduced. In addition, unlike heat treatment in a magnetic field where a magnetic field is applied from a fixed direction, the dynamic characteristic value of magnetic permeability, especially the initial permeability, does not decrease.On the contrary, the dynamic characteristic is significantly improved, and the magnetic Losses are also reduced. Therefore, the restrictions on the composition of amorphous alloys, which have hitherto been limited depending on the use, are relaxed, and as a result, practical materials with excellent properties for various uses become possible. In addition, it is also possible to effectively eliminate internal distortion during thin plate manufacturing. Furthermore, the present invention can also be applied to alloys where Tc>Tcry, and as a result, it is possible to obtain high magnetic permeability and low magnetic loss. For this reason, particularly for Co-based amorphous alloy materials with low magnetostriction, extremely excellent properties in practical use such as high saturation magnetic flux density and high magnetic permeability, which are higher than those of Sendust alloy, can be obtained. Also, for alloys where Tc<Tcry, slow cooling is possible after heat treatment, so the magnetic permeability is significantly improved. Furthermore, in heat treatment above Tc, embrittlement and oxidation occur in materials with high Tc, but in the present invention,
Since the heat treatment can be carried out at a relatively low temperature below Tc, embrittlement does not occur, and even if carried out in air, oxidation does not occur. Furthermore, the amorphous magnetic alloy obtained by the present invention has a large saturation magnetic flux density (Bs), a small magnetic loss, a small coercive force (Hc), and a low electric resistivity ρ. In addition, in the present invention, the physical properties of the amorphous magnetic alloy having such a composition are improved so that it becomes isotropic with virtually no magnetic anisotropy, so that the residual magnetic density (Br) The magnetization reversal time becomes about Bs/2, and the magnetization reversal time becomes much shorter, and the magnetic flux reversal width, for example, the value obtained by dividing Br+Bs by this reversal time, becomes much larger. Furthermore, magnetic loss and Hc are also smaller. Therefore, a charged particle acceleration or control magnetic core made of such an amorphous magnetic alloy exhibits a much greater acceleration force than a magnetic core made of a crystalline soft magnetic material. EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples. Example 1 A ribbon-shaped continuous thin plate of an amorphous magnetic alloy having a composition of Fe 83 B 12 Si 5 and having a thickness of 30 μm was obtained by a known high-speed quenching method. Then, from this thin plate, an inner diameter of 40
A toroidal wound magnetic core with a diameter of 50 mm, an outer diameter of 50 mm, and a thickness of 10 mm was formed. Next, the obtained magnetic core was subjected to the heat treatment in a magnetic field according to the present invention using the apparatus shown in FIG. That is, the entire apparatus is placed under a vacuum of 10 -1 Torr, a winding 3 is applied, and this is placed in an electric furnace 4. Electromagnets 21, 23 were placed. , maximum value 20Oe, period 1 as shown in Figure 1 a by winding 3
generates a sinusoidal magnetic field H 2 of seconds, and electromagnet 21,
The magnetic core was heated to 300° C. in an electric furnace 4 while generating a sinusoidal magnetic field H 1 having a maximum value of 5000 Oe as shown in FIG.
After 30 minutes, the electric furnace was shut off, and the mixture was slowly cooled in vacuum while rotating the combined magnetic field of H 1 and H 2 . For Sample 1 treated in this way, the residual magnetic flux density Br, the saturation magnetic flux density Bs, and Bs+Br were measured. Also,
A 1.2 mm diameter disk sample was obtained by etching from the thin plate constituting the magnetic core treated in the same manner as sample 1, and this was set in the cavity of a ferromagnetic resonance absorber and etched at a microwave frequency of 9.34 GHz.
An external magnetic field of about 1300 Oe is rotated within the sample plane to perform ferromagnetic resonance measurements, and the unique resonance magnetic field Ho,
Measure the anisotropic magnetic field Ha and the half-width ΔH of the resonance line,
Ha/Ho and ΔH/Ho were calculated. These results are shown in Table 1. Furthermore, one turn of primary coil and secondary coil was applied to the above sample 1, and the primary coil was energized at 10 1 , 10 3 and 10 5 AT/m, respectively.
A distance-shaped excitation magnetic field was applied, the voltage induced in the secondary coil was measured, its rise time Δt was measured, and the magnetization reversal time was measured. The results are also shown in Table 1. In addition, Table 1 shows the 60
Magnetic loss at Hz and 1KG is also listed. Separately, for comparison, Sample 2 was obtained from a thin plate immediately after quenching without any heat treatment in the magnetic field described above. In addition, a magnetic core obtained from a thin plate immediately after quenching was heat-treated in the same manner as above without applying any H 1 to obtain Sample 3, which was heat-treated in a static magnetic field. These samples 2 and 3 were measured in exactly the same manner as sample 1, and the results shown in Table 1 were obtained. For further comparison, 100 μm thick crystalline Fe 50 Ni 50
Using a thin alloy plate and Ni-Zn ferrite, a toroidal wound magnetic core with exactly the same dimensions as Sample 1 was formed (Samples 4 and 5), and Bs, Br, Br + BsΔt were prepared in the same manner as above.
and magnetic loss were measured, and the results shown in Table 1 were obtained. From the results in Table 1, in the case of the present invention, the induced magnetic anisotropy is isotropic, exhibiting excellent magnetic properties, and Δt is extremely small even up to an extremely high excitation magnetic field, and extremely large (Br+Bs)/
It can be seen that Δt, that is, a large acceleration force of charged particles can be obtained when used as a magnetic core for accelerating charged particles.

【表】 実施例 2 実施例1の組成にかえ (Fe0.85Co0.1580B20(試料6)、 (Fe0.85Co0.1580(Si0.25B0.7520(試料7)、 Fe78Mo2B20(試料8)、 Fe78Ni2B20(試料9) の組成を有する薄板を得、これを試料1と全く同
様に巻線芯とした後、熱処理温度を350℃とした
他は全く同様の回転磁場中の熱処理を施して、試
料6〜9を得た。これらについて、試料1と全く
同様にして、Br、Bs、Br+Bs、Ha/Ho、
ΔH/Ho、ΔH、Δtおよび磁気損失を測定したと
ころ、表1の結果を得た。 表1の結果から本発明の効果が明白である。 なお、本発明により得た試料(試料No.1、6〜
9)は、透磁率が比較例(試料No.2〜5)に比べ
格段と向上していることが確認されている。
[Table] Example 2 Changed the composition to Example 1 (Fe 0.85 Co 0.15 ) 80 B 20 (Sample 6), (Fe 0.85 Co 0.15 ) 80 (Si 0.25 B 0.75 ) 20 (Sample 7), Fe 78 Mo 2 B 20 (Sample 8), Fe 78 Ni 2 B 20 (Sample 9) A thin plate having the compositions was obtained, and this was made into a winding core in exactly the same manner as Sample 1, except that the heat treatment temperature was 350°C. Samples 6 to 9 were obtained by performing similar heat treatment in a rotating magnetic field. Regarding these, Br, Bs, Br+Bs, Ha/Ho,
When ΔH/Ho, ΔH, Δt, and magnetic loss were measured, the results shown in Table 1 were obtained. The effects of the present invention are clear from the results in Table 1. In addition, samples obtained according to the present invention (sample No. 1, 6 to
9), it has been confirmed that the magnetic permeability is significantly improved compared to the comparative examples (sample Nos. 2 to 5).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図a,b,c,dはそれぞれ本発明におけ
る外部磁界(H1)と巻線により発生する磁界
(H2)との磁界強度(H)の時間(t)変化の例を示
す線図であり、第2図、第3図および第4図はそ
れぞれ、本発明において用いる装置の一例を示す
概略図である。 符号の説明、1……非晶質磁性合金薄板、2
1,23……電磁石、25……ソレノイドコイ
ル、3……巻線、4……電気炉、5……案内路。
Figure 1 a, b, c, and d are lines showing examples of changes over time (t) in the magnetic field strength (H) of the external magnetic field (H 1 ) and the magnetic field (H 2 ) generated by the winding in the present invention, respectively. FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are each schematic diagrams showing an example of the apparatus used in the present invention. Explanation of symbols, 1... Amorphous magnetic alloy thin plate, 2
1, 23... Electromagnet, 25... Solenoid coil, 3... Winding wire, 4... Electric furnace, 5... Guide path.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 式FeaMb (式中、a+b=100at%であり、15≦b≦30at
%である。MはB、SiおよびCの1種以上を含む
ガラス化元素である。また、Fe量aのうち、
20at%以下を遷移金属元素の1種以上が置換して
もよい。) で表わされる組成を有する非晶質磁性合金薄板を
熱処理するにあたり、当該薄板をほぼ筒状に巻
き、しかもこの薄板には巻線を施して薄板の一方
向に磁界が発生するようになし、さらに上記ほぼ
筒状に巻かれた薄板を外部磁界中に配置し、非晶
質磁性合金のキユリー点以下でしかもその結晶化
温度以下の温度に薄板を加熱保持した状態で、上
記巻線に流れる電流を変化させて、上記薄板に発
生する磁界を変化させ、この薄板に発生する磁界
と、上記外部磁界との合成磁界の向きを回転さ
せ、しかる後冷却し、上記合成磁界による誘導磁
気異方性を等方的となすことを特徴とする非晶質
磁性合金薄板の熱処理方法。
[Claims] 1 Formula Fe a M b (wherein a+b=100at%, 15≦b≦30at
%. M is a vitrifying element containing one or more of B, Si and C. Also, of the Fe amount a,
20at% or less may be replaced by one or more transition metal elements. ) When heat-treating an amorphous magnetic alloy thin plate having a composition represented by the formula, the thin plate is wound into a substantially cylindrical shape, and the thin plate is wound so that a magnetic field is generated in one direction of the thin plate. Furthermore, the thin plate wound into a substantially cylindrical shape is placed in an external magnetic field, and while the thin plate is heated and held at a temperature below the Curie point of the amorphous magnetic alloy and below its crystallization temperature, a flow flows into the winding. By changing the current, the magnetic field generated in the thin plate is changed, and the direction of the composite magnetic field of the magnetic field generated in the thin plate and the external magnetic field is rotated, and then cooled, and the magnetic anisotropy induced by the composite magnetic field is A method for heat treatment of an amorphous magnetic alloy thin plate characterized by making the properties isotropic.
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