JPH0310699B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はNi，Nb，ＰおよびFeよりなる耐摩耗
性高透磁率合金およびNi，Nb，ＰおよびFeを主
成分とし、副成分としてCr，Mo，Ge，Au，
Co，Ｖ，Ｗ，Cu，Ta，Mn，Al，Si，Ti，Zr，
Hf，Sn，Sb，Ga，In，Tl，希土類元素、白金
族元素、Be，Ag，Sr，Ba，Ｂの１種または２
種以上を含有する耐摩耗性高透磁率合金およびそ
の製造法に関するもので、その目的とするところ
は、鍛造加工が容易で、実効透磁率が大きく、飽
和磁束密度が4000G以上で、｛110｝〈112〉の再結
晶集合組織を有して耐摩耗性が良好な磁性合金を
得るにある。 テープレコーダーなどの磁気記録再生ヘツドは
交流磁界において作動するものであるから、これ
に用いられる磁性合金は高周波磁界における実効
透磁率が大きいことが必要とされ、また磁気テー
プが接触して摺動するため耐摩耗性が良好である
ことが望まれている。現在、耐摩耗性にすぐれた
磁気ヘツド用磁性合金としてはセンダスト（Fe
−Si−Al系合金）およびフエライト（MnO−
ZnO−Fe₂O₃）があるが、これらは非常に硬く脆
いため、鍛造、圧延加工が不可能で、ヘツドコア
の製造には研削、研磨の方法が用いられており、
従つてその成品は高価である。またセンダストは
飽和磁束密度は大きいが薄板にできないので高周
波磁界における実効透磁率が比較的小さい。また
フエライトは実効透磁率は大きいが、飽和磁束密
度が約4000Gで小さいのが欠点である。他方パー
マロイ（Ni−Fe系合金）は飽和磁束密度が大き
いが、実効透磁率は小さく、また鍛造、圧延加工
および打抜きは容易で量産性にすぐれているが、
摩耗しやすいのが大きな欠点であり、これを改善
することが望まれている。 本発明者らは、先にNi−Fe−Nb系合金は鍛造
加工が容易ですぐれた高透磁率合金であることか
ら、磁気記録再生ヘツド用磁性合金として好適で
あることを見い出し、これを特許出願した（特公
昭47−29690号）。その後本発明者らは、一般に摩
耗現象は合金結晶の方位によつて差異があり、結
晶異方性が存在することが知られていることか
ら、Ni−Fe−Nb系合金の結晶方位と摩耗現象の
関係について研究した結果、Ni−Fe−Nb系合金
において、｛100｝〈001〉再結晶集合組織は摩耗し
易く、｛100｝〈112〉再結晶集合組織が耐摩耗性に
すぐれていることを見い出し、これを特許出願し
た（特公昭58−57499号、特開昭53−26994号）。 本発明者らはこの知見に基づいて、さらに進ん
でCu等の面心立方晶金属の｛100｝〈001〉再結晶
集合組織の形成を抑制する効果があるとされる元
素の一つであるＰを同じ面心立方晶のNi−Fe−
Nb系合金に添加し、再結晶集合組織の形成につ
いて研究した。すなわちNi−Fe2元系合金は冷間
圧延加工すると｛110｝〈112〉＋｛112｝〈111〉の加
工集合組織が生じるが、これを高温加熱すると
｛100｝〈001〉再結晶集合組織が発達することが知
られている。しかし、これにNbを添加すると積
層欠陥エネルギーは低下し、｛110｝〈112〉再結晶
集合組織が生成するようになるが、これにさらに
微量のＰを添加することによつて｛100｝〈001〉
再結晶集合組織の成長は抑制され、｛110｝〈112〉
再結晶集合組織の成長が優先的に促進し、｛110｝
〈112〉再結晶集合組織が形成されて、耐摩耗性が
著しく向上することを見い出したのである。また
Ni−Fe−Nb系合金にＰを添加するとNi−Ｐ，
Fe−ＰおよびNb−Ｐ系の硬いリン化物がマトリ
ツクス中に析出し、硬度を高め、耐摩耗性の向上
に寄与するとともに、これらの強弱、磁性および
非強磁性の微細なリン化物の分散析出によつて磁
区が分割されて、交流磁界におる渦電流損失が減
少し、このために実効透磁率が増大することも見
い出した。要するにNbとＰの相乗的効果により、
｛110｝〈112〉再結晶集合組織が発達するとともに
実効透磁率が増大し、耐摩耗性のすぐれた高透磁
率合金が得られるのである。 本発明の合金を造るには、Ni60〜90％、Nb0.5
〜14％、P0.001〜１％および残部Feの適当量を
空気中、好ましくは非酸化性雰囲気（水素、アル
ゴン、窒素など）中あるいは真空中において適当
な溶解炉を用いて溶解した後、マンガン、珪素、
アルミニウム、チタン、カルシウム合金、マグネ
シウム合金、ベリリウム合金その他の脱酸脱硫剤
を少量添加してできるだけ不純物を取り除く。あ
るいは又、上記合金に幅成分としてCr，Mo，
Ge，Auの７％以下、Co，Ｖの10％以下、Ｗの15
％以下、Cu，Ta，Mnの25％以下、Al，Si，Ti，
Zr，Hf，Sn，Sb，Ge，In，Tl，希土類元素、
白金族元素の５％以下、Be，Ag，Sr，Baの３
％以下、B1％以下の１種あるいは２種以上の合
計0.01〜30％の所定量を更に添加する。かくして
得た混合物を充分に撹拌して組成的に均一な溶融
合金を造る。 次にこれを適当な形および大きさの鋳型に注入
してて健全な鋳塊を得、さらにこれに高温におい
て鍛造あるいは熱間加工を施して適当な形状のも
の、例えば棒あるいは板となし、必要ならば600
℃以上の温度で焼鈍する。次いでこれに冷間圧延
などの方法によつて加工率30％以上の冷間加工を
施し、目的の形状のもの、例えば厚さ0.1mmの薄
板を造る。次にその薄板から例えば外径45mm、内
径33mmの環状板を打抜き、これを水素中その他の
適当な非酸化性雰囲気（水素、アルゴン、窒素な
ど）中あるいは真空中で800℃以上融点以下の温
度に、所定時間加熱し、次いで規則−不規則格子
変態点（約600℃）以上の温度から100℃／秒〜１
℃／時の組成に対応した適当な速度で冷却するか
あるいはこれをさらに規則−不規則格子変態点
（約600℃）以下の温度で適当時間再加熱し、冷却
する。このようにして実効透磁率3000以上、飽和
磁束密度4000G以上を有し、且つ｛110｝〈112〉
再結晶集合組織を有した耐摩耗性高透磁率合金が
得られる。 次に本発明を図面につき説明する。 第１図は80％Ni−Fe−５％Nb−Ｐ系合金につ
いて加工率85％の冷間圧延し、1050℃で加熱した
後1000℃／時の速度で冷却した場合の再結晶集合
組織および諸特性とＰ量との関係を示したもので
ある。Ni−Fe−Nb系合金は冷間圧延加工すると
｛110｝〈112〉＋｛112｝〈111〉の加工集合組織が生
じるが、これを高温加熱すると｛110｝〈112〉＋
｛100｝〈001〉の再結晶集｛100｝合組織が生成す
る。しかし、これにＰを添加すると｛100｝＜001
＞再結晶集合組織の生成が抑制され、｛110｝
〈112〉の再結晶集合組織が発達し、それとともに
摩耗量は減少する。また実効透磁率はＰの添加に
よつて増大する。第２図は80％Ni−Fe−５％Nb
−0.05％Ｐ系合金について、1050℃で加熱した場
合の再結晶集合組織および諸特性と冷間加工率と
の関係を示したもので、冷間加工率の増加は
｛110｝〈112〉の再結晶集合組織の発達をもたら
し、耐摩耗性を向上させ、実効透磁率を高める。
第３図は80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金
を冷間加工率85％で圧延した後の加熱温度と再結
晶集合組織および諸特性との関係を示したもの
で、加熱温度の上昇とともに｛112｝〈111〉成分
が減少し、｛110｝〈112〉が発達し、耐摩耗性が向
上し、また実効透磁率は増大する。第４図は合金
番号８（80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合
金）、合金番号41（79.5％Ni−Fe−８％Nb−0.035
％Ｐ−２％Mo系合金）、合金番号89（82％Ni−Fe
−２％Nb−0.085％Ｐ−３％Si系合金）について
実効透磁率と冷却速度との関係およびこれをさら
に再加熱を施した場合の実効透磁率（×印）を示
したものである。合金の組成に対応した最適冷却
速度、最適再加熱温度および再加熱時間が存在す
ることが判る。 第５図は80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合
金にCr，Mo，Ge，AuあるいはCoを添加した場
合の磁気ヘツドの耐摩耗量の特性図で、Cr，
Mo，Ge，AuあるいはCoを添加すると、何れも
実効透磁率は高くなり、摩耗量は減少するが、
Cr，Mo，GeあるいはAuの７％以上では飽和磁
束密度が4000G以下となり好ましくない。また
Co10％以上では実効透磁率が3000以下となり好
ましくない。 第６図は同じく80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％
Ｐ系合金にＶ，Ｗ，Cu，TaあるいはMnを添加
した場合の磁気ヘツドの摩耗量および実効透磁率
の特性図で、Ｖ，Ｗ，Cu，TaあるいはMnを添
加すると、何れも実効透磁率は高くなり、摩耗量
は減少するが、Ｖを10％以上、Ｗを15％以上、
Cu，TaあるいはMnを25％以上添加すると飽和
磁束密度が4000G以下となり好ましくない。 第７図は同じく80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％
Ｐ系合金にAl，Si，Ti，Zr，Hf，Sn，Sbあるい
はGaを添加した場合の特性図で、Al，Si，Ti，
Zr，Hf，Sn，SbあるいはGaを５％以上添加する
と、何れも実効透磁率は高くなり、摩耗量は減少
するが、Si，Ti，Zr，HfあるいはGaが５％以上
では飽和磁束密度は4000G以下となり、Al，Sn
あるいはSbが５％以上では鍛造加工が困難とな
り好ましくない。 第８図は同じく80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％
Ｐ系合金にIn，Tl，La，Ru，Be，Ag，Sr，Ba
あるいはＢを添加した場合の特性図で、In，Tl，
La，Ru.Be，Ag，Sr，BaあるいはＢを添加する
と、何れも実効透磁率は高くなり、摩耗量は減少
するが、In，Tl，La，Ruを５％以上、Be，Sr，
Baを３％以上添加すると飽和磁束密度が4000G
以下となり、Agを３％以上あるいはＢを１％以
上添加すると鍛造加工が困難となり好ましくな
い。 第９図は80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合
金を実施例と同じ方法で製造し、約1000℃で鍛造
して厚さ７mmとし、種々な加熱温度で厚さ0.67mm
まで熱間圧延加工し、ついで常温で冷間圧延加工
を施して0.1mm薄板（冷間加工率85％）とし、こ
の薄板を1050℃の水素中で２時間加熱後、1000
℃／hrの速度で常温まで冷却した場合の熱間加工
の温度と再結晶集合組織の集積度および摩耗量と
の関係を示す特性図である。熱間圧延加工の温度
が900℃以下では｛112｝〈111〉が残留し、摩耗量
が大きいが、900℃〜1000℃の温度では｛110｝
〈112〉が発達し摩耗量が特に小さくなるのであ
る。 本発明の合金の製造法においては、900℃を超
え1000℃以下の温度における熱間圧延加工と、加
工率50％以上の冷間加工と、900℃以上の温度に
おける熱処理とを繰り返す工程によつて｛110｝
〈112〉の再結晶集合組織が著しく発達し、耐摩耗
性のすぐれたNi−Fe−Nb−Ｐ系合金が得られる
のである。 本発明において、冷間加工は｛110｝〈112〉＋
｛112｝〈111〉の集合組織を形成し、これを基とし
て｛110｝〈112〉の再結晶集合組織を発達させる
ために必要で、第１図および第２図に見られるよ
うにP0.001％以上において、特に加工率30％以上
の冷間加工を施した場合に｛110｝〈112〉の再結
晶集合組織の発達が顕著で、耐摩耗性は著しく向
上し、その実効透磁率も高い。また上記の冷間加
工に次いで行われる加熱は、組織の均一化、加工
歪の除去とともに、｛110｝〈112〉の再結晶集合組
織を発達させ、高い実効透磁率とすぐれた耐摩耗
性を得るために必要であるが、第３図に見られる
ように特に800℃以上の加熱によつて実効透磁率
および耐摩耗性は顕著に向上する。 尚、上記の冷間加工と、次いで行われる800℃
以上融点以下の加熱を繰り返し行うことは、
｛110｝〈112〉の再結晶集合組織の集積度を高め、
耐摩耗性を向上させるために有効である。その場
合は最終冷間加工の加工率が30％以下でも｛110｝
〈112〉再結晶集合組織が得られるが、本発明の技
術的思想に包含されるものである。 上記の800℃以上融点以下の温度から規則−不
規則格子変態点（約600℃）以上の温度までの冷
却は、急冷しても徐冷しても得られる磁性には大
した変りはないが、第４図に見られるようにこの
変態点以下の冷却速度は磁性に大きな影響を及ぼ
す。すなわちこの変態点以上の温度より100℃／
秒〜１℃／時の組成に対応した適当な速度で常温
迄冷却することにより、地の規則度が適度に調整
され、すぐれた磁性が得られる。そして上記の冷
却速度の内100℃／秒に近い速度で急冷すると、
規則度が小さくなり、これ以上速く冷却すると規
則化が進まず、規則度はさらに小さくなり磁性は
劣化する。しかし、その規則度の小さい合金をそ
の変態点以下の200℃〜600℃に組成に対応して、
１分間以上100時間以下再加熱し冷却すると、規
則化が進んで適度な規則度となり磁性は向上す
る。他方、上記の変態点以上の温度から、例えば
１℃／時以下の速度で徐冷すると、規則化は進み
すぎ、磁性は低下する。 尚、上記の熱処理を水素が存在する雰囲気中で
施すことは、実効透磁率を高めるのに特に効果が
あるので好ましい。 次に本発明の実施例につき説明する。 実施例 １ 合金番号８（組成Ni＝80％、Nb＝５％、Ｐ
＝0.05％、Fe＝残部）の合金の製造 原料として99.8％純度の電解ニツケル、99.9％
純度の電解鉄、99.8％純度のニオブおよびリン20
％のニツケル−リン母合金を用いた。試料を造る
には、原料を全重量800ｇでアルミナ坩堝に入れ、
真空中で高周波誘導電気炉によつて溶かした後、
よく攪拌して均質な溶融合金とした。次にこれを
直径25mm、高さ170mmの孔をもつ鋳型に注入し、
得られた鋳塊を約1000℃で鍛造して厚さ約７mmの
板とした。さらに約900℃〜1000℃の間で適当な
厚さまで熱間圧延し、次いで常温で種々な加工率
で冷間圧延を施して0.1mmの薄板とし、それから
外径45mm、内径33mmの環状板を打抜いた。 次にこれに種々な熱処理を施して、磁気特性お
よび磁気ヘツドのコアとして使用した場合湿度80
％、40℃においてCrO₂磁気テープによる200時間
走行後の摩耗量をタリサーフ表面粗さ計で測定を
行い、第１表のような特性を得た。

【表】 実施例 ２ 合金番号41（組成Ni＝79.5％、Nb＝８％、Ｐ
＝0.035％、Mo＝２％、Fe＝残部）の合金の製
造 原料は実施例１と同じ純度のニツケル、鉄およ
び99.8％純度のニオブ、モリブデンとリン10％の
鉄−リン母合金を用いた。試料の製造法は実施例
１とおなじである。試料に種々の熱処理を施して
磁気特性および磁気ヘツドのコアとして使用した
場合湿度80％、温度40℃においてCrO₂磁気テー
プによる200時間走行後の摩耗量の測定を行い、
第２表に示すような特性が得られた。 なお代表的な合金の特性は第３表に示すとおり
である。

【表】

【表】

【表】 上記実施例、第３表および図面に掲げた合金に
は比較的純度の高い金属Nb，Cr，Mo，Ｗ，
Mn，Ｖ，Ti，Al，Siおよび希土類元素等を用い
たが、これらの代わりに経済的に有利な一般市販
のフエロ合金、母合金およびミツシユメタルを用
いても溶解の際、脱酸、脱硫を充分に行えば、こ
れら金属を単独で用いる場合とほぼ同様な磁気特
性、耐摩性および加工性が得られる。 上記のように本発明合金は加工が容易で、耐摩
耗性にすぐれ、4000G以上の飽和磁束密度、高い
透磁率、低保磁力を有しているので、磁気記録再
生ヘツドのコアおよびケース用磁性合金として好
適であるばかりでなく、耐摩耗性および高透磁率
を必要とする一般の電磁器機の磁性材料としても
好適である。 次に本発明において合金の組成をNi60〜90％、
Nb0.5〜14％、P0.001〜１％および残部Feと限定
し、これに幅成分として添加する元素をCr，
Mo，Ge，Auを７％以下、Co，Ｖを10％以下、
Ｗを15％以下、Cu，Ta，Mnを25％以下、Al，
Si，Ti，Zr，Hf，Sn，Sb，Ga，In，Tl，希土
類元素、白金族元素を５％以下、Be，Ag，Sr，
Baを３％以下、Ｂを１％以下の１種または２種
以上の合計で0.01〜30％と限定した理由は各実施
例、第３表および図面で明らかなように、この組
成範囲の実効透磁率は3000以上、飽和磁束密度
4000G以上で、且つ｛110｝〈112〉の再結晶集合
組織を有し、耐摩耗性がすぐれているが、この組
成範囲をはずれると磁気特性あるいは耐摩耗性が
劣化するからである。 すなわち、Nb0.5％以下およびP0.001％以下で
は｛110｝〈112〉の再結晶集合組織が充分発達し
ないので耐摩耗性が悪く、Nb14％以上およびP1
％以上では鍛造加工が困難となり、また実効透磁
率3000以下、飽和磁束密度4000G以下になるから
である。 そしてNi60〜90％、Nb0.5〜14％、P0.001〜１
％および残部Feの組成範囲の合金は、実効透磁
率3000以上、飽和磁束密度4000G以上で、耐摩耗
性がすぐれ、且つ加工性が良好であるが、一般に
これにさらにCr，Mo，Ge，Au，Ｗ，Ｖ，Cu，
Ta，Mn，Al，Zr，Si，Ti，Hf，Ga，希土類元
素、Be，Ag，Ｂ等を添加すると特に実効透磁率
を高める効果があり、Coを添加すると投入飽和
磁束密度を高める効果があり、Ge，Au，Ｖ，
Ta，Ｗ，Ti，Zr，Hf，Al，Si，Sn，Sb，Ga，
In，Tl，希土類元素、白金族元素，Be，Ag，
Sr，Ba，Ｂ等を添加すると特に耐摩耗性を向上
する効果があり、Au，Mn，Ti，Co，希土類元
素、Be，Sr，Ba，Ｂを添加すると鍛造、加工を
良好にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は80％Ni−Fe−５％Nb−Ｐ系合金の諸
特性とＰ量との関係を示す特性図、第２図は80％
Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金の諸特性と冷
間加工率との関係を示す特性図、第３図は80％
Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金の諸特性と加
熱温度との関係を示す特性図、第４図は80％Ni
−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金の（合金番号
８）、79.5％Ni−Fe−８％Nb−0.035％Ｐ−２％
Mo系合金（合金番号41）、および82％Ni−Fe−
２％Nb−0.085％Ｐ−３％Si系合金（合金番号
89）の実効透磁率と冷却速度、再加熱温度および
再加熱時間との関係を示す特性図、第５図は80％
Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金にCr，Mo，
Ge，AuあるいはCoを添加した場合の諸特性と各
元素の添加量との関係を示す特性図、第６図は80
％Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金にＶ，Ｗ，
Cu，TaあるいはMnを添加した場合の諸特性と
各元素の添加量との関係を示す特性図、第７図は
80％Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金にAl，
Si，Ti，Zr，Hf，Sn，SbあるいはGaを添加し
た場合の諸特性と各元素の添加量との関係を示す
特性図、第８図はIn，Tl，La，Ru，Be，Ag，
Sr，BaあるいはＢを添加した場合の諸特性と各
元素の添加量との関係を示す特性図、第９図は80
％Ni−Fe−５％Nb−0.05％Ｐ系合金の熱間圧延
加工温度と再結晶集合組織と摩耗量との関係を示
す特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比にてNi60〜90％、Nb0.5〜14％、
   P0.001〜１％および残部Feと少量の不純物とか
   らなり、1KHzにおける実効透磁率3000以上、飽
   和磁束密度4000G以上で、且つ｛110｝〈112〉の
   再結晶集合組織を有することを特徴とする耐摩耗
   性高透磁率合金。 ２ 重量比にてNi60〜90％、Nb0.5〜14％、
   P0.001〜１％、Cr，Mo，Ge，Auをそれぞれ７
   ％以下、Co、Ｖをそれぞれ10％以下、Ｗを15％
   以下、Cu，Ta，Mnをそれぞれ25％以下、Al，
   Si，Ti，Zr，Hf，Sn，Sb，Ga，In，Tl，希土
   類元素、白金族元素をそれぞれ５％以下、Be，
   Ag，Sr，Baをそれぞれ３％以下、Ｂを１％以下
   の１種または２種以上の合計0.01〜30％、残部Fe
   および少量の不純物とからなり、1KHzにおける
   実効透磁率3000以上、飽和磁束密度4000G以上
   で、且つ｛110｝〈112〉の再結晶集合組織を有す
   ることを特徴とする耐摩耗性高透磁率合金。 ３ 重量比にてNi60〜90％、Nb0.5〜14％、
   P0.001〜１％および残部Feと少量の不純物とか
   らなる合金を900℃を超え1000℃以下の温度で熱
   間加工した後冷却し、次に加工率50％以上の冷間
   加工を施した後、900℃以上融点以下の温度で加
   熱し、ついで規則−不規則格子変態点以上の温度
   から100℃／秒〜１℃／時の組成に対応した所定
   速度で常温まで冷却することにより、1KHzにお
   ける実効透磁率3000以上、飽和磁束密度4000G以
   上で、且つ｛110｝〈112〉の再結晶集合組織を形
   成せしめることを特徴とする耐摩耗性高透磁率合
   金の製造法。 ４ 重量比にてNi60〜90％、Nb0.5〜14％、
   P0.001〜１％および残部Feと少量の不純物とか
   らなる合金を900℃を超え1000℃以下の温度で熱
   間加工した後冷却し、次に加工率50％以上の冷間
   加工を施した後、900℃以上融点以下の温度で加
   熱し、ついで規則−不規則格子変態点以上の温度
   から100℃／秒〜１℃／時の組成に対応した所定
   の速度で冷却し、これをさらに規則−不規則格子
   変態点以下の温度で１分間以上100時間以下の組
   成に対応した所定時間加熱し冷却することによ
   り、1KHzにおける実効透磁率3000以上、飽和磁
   束密度4000G以上で、且つ｛110｝〈112〉の再結
   晶集合組織を形成せしめることを特徴とする耐摩
   耗性高透磁率合金の製造法。