JPH03138911A - 超微結晶磁性合金及びその製法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、優れた磁気特性を有し、磁気特性の安定性に
優れた組織の大半が超微細な結晶粒からなる磁心部品、
特に磁気ヘッド等に好適な超微結晶軟磁性合金に関する
。

［従来の技術］ 従来、磁気ヘッドを始めとする磁性部品に用いられる磁
心材料としては渦電流損が小さく周波数特性が比較的良
好なフェライトが主に用いられていた。しかし、フェラ
イトは飽和磁束密度が低く、磁気ヘッドに用いた場合は
近年の磁気記録再生装置の高記録密度化に対しては十分
な特性ではない。

近年、高密度磁気記録用の高保磁力を有する磁気記録媒
体の特性を十分発揮するために、より高飽和磁束密度で
高透磁率を示す磁心材料の要求が高まっている。このよ
うな要求に対して、近年Ｆｅ−Ａｌ−５ｉ系合金や、Ｃ
ｏ−Ｎｂ−Ｚｒ系非晶質合金薄膜等が検討されている。

このような試みは、例えば柴谷らによりＮＩＩＫ技報２
９（２）　、５１〜１０６（１９７７）　、広口らによ
り機能材料１９８６年８月号９６８等に報告されている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、Ｆｅ−Ａｌ−５ｉ合金においては、高透
磁率を得るには磁歪λＳと結晶磁気異方性Ｋが共に零付
近にある必要があり、このような組成では、飽和磁束密
度は１２ｋＧ程度が限界である。このような問題がある
ため、現在更に高飽和磁束密度で磁歪の小さいＦｅ−５
Ｌ合金等も検討されているが、耐食性の問題や軟磁気特
性の点で不十分である。ＣＯ基アモルファス合金の場合
は高飽和磁束密度組成では結晶化しやすくなり耐熱性が
悪いためガラスボンディング等が難しく工程上かなり制
約を受ける。また、最近になって、高飽和磁束密度で高
透磁率を示すＦｅ−Ｍ−Ｃ（Ｍ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｉｆｆ）
膜が信学技報ＭＲ８９−１２，９９等に報告されている
。しかし、Ｃを含む合金はＣ原子が動き易いため磁気余
効が起こり易く信頼性の点で問題がある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は組成式： Ｆｅ、Ｍ、Ｎを基本成分とする合金であって（Ｍ：Ｔｉ
　、Ｚｒ、！Ｉｆ　、Ｖ、Ｎｂ、Ｎｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ
、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素）、かつ組織
の少なくとも５０％が粒径５００人現下の結晶粒からな
り、かつ前記結晶がｂｃｃＦｅ固溶体とＮ化合物の複合
相からなる合金が高飽和磁束密度で高透磁率を有し、耐
熱性、信頼性に優れており磁気ヘッド等の磁心材として
最適であることを見いだし、本発明に想到した。

すなわち、本発明の超微結晶磁性合金は、組成式： Ｆｅ１０Ｆｅ１００−ｘ−ｙ　（原子％）で表され、こ
こでｈはＴｉ、Ｚｒ、Ｉｌｆ　、Ｖ、Ｎｂ、Ｎｏ、Ｔａ
、Ｃ；ｒ、Ｗ、Ｍｎがら選ばれる少なくとも１種の元素
であり、５≦ｘ≦２０．ｌ≦ｙ≦２５の関係の組成を有
する合金であって、かつ組織の少なくとも５０％が粒径
５００Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃ
Ｆｅ固溶体とＮ化合物からなることを特徴とする。本発
明において、Ｎは必須の元素であり、結晶粒の微細化お
よび、ｂｃｃＦｅ固溶体中に固溶し、磁歪や結晶磁気異
方性の調整に効果がある。には必須の元素でありＴｉ、
Ｚｒ、ｌ（ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ。

Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素であ
る。

ＭはＮとの複合添加により、結晶粒を微細化する効果を
有する。Ｍ量ｘ、Ｎ量ｙをそれぞれ５≦ｘ≦２０．１≦
ｙ≦２５に限定したのは下限をはずれると軟磁気特性が
劣化し、上限をはずれると飽和磁束密度の低下や軟磁気
特性の劣化が起こるためである。特に好ましい範囲は、
７≦ｘ≦１５．５≦ｙ≦２０である。この範囲で特に優
れた軟磁性が得られる。

また、組成式： Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚＮｘＮｙＸｚ　　（原子％）で
表され、ここでＮはＴｉ　、Ｚｒ、Ｈｆ　、Ｖ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎがら選ばれる少なくとも１
種の元素、ＸはＳｉ　、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌからなる
群から選ばれた少なくとも一種の元素であり。

５≦ｘ≦２０．ｌ≦ｙ≦２５．０　＜ｚ≦１０の関係の
組成を有する合金であって、かつ組織の少なくとも５０
％が粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶
がｂｃｃＦｅ固溶体とＮ化合物からなる合金も前述の合
金と同様な特性が得られ磁心材に適している。ここで、
ＸはＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌからなる群から選ばれ
た少なくとも一種の元素であり、磁歪を調整したり、結
晶磁気異方性を調整する効果がある。Ｍ量ｘ、　Ｎ量ｙ
、　ｘ量２、をそれぞれ５≦ｘ≦２０，１≦ｙ≦２５．
０　（ｚ≦ｌＯに限定したのは、上限をはずれると飽和
磁束密度の低下や軟磁気特性の劣化が起こり、Ｘ以外の
元素は下限をはずれると軟磁気特性が劣化するためであ
る。特に好ましい範囲は７≦ｘ≦１５，５≦ｙ≦２０．
０　（ｚ≦１０であり、この範囲で特に優れた軟磁性が
得られる。

また１組成式： Ｆｅ１００−ｘ−Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａ　　（原
子％）で表され、ここでＮはＴｉ　、Ｚｒ、Ｈｆ　、Ｖ
、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少な
くとも１種の元素、ＸはＳｉ　、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、ＡＩ
からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素、ＺはＣ
ｕ。

Ａｇ、Ａｕ、白金族元素、Ｇｏ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選ばれた少なくと
も一種の元素であり、５≦ｘ≦２０．ｌ≦ｙ≦２５．０
　（ｚ≦１０．０　（ａ≦ｌＯの関係の組成を有する合
金であって、かつ組織の少なくとも５０％が粒径５００
Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃＦｅ固
溶体とＮ化合物からなる合金も前述の合金と同様な特性
が得られ磁心材に適している。

元素Ｚは耐食性を改善したり、磁気特性を調整する効果
を有する。２量ａは１０原子％以下が望ましく１０原子
％を越えると著しい飽和磁束密度の低下を招く。

本発明の合金はｂｃｃＦｅ固溶体を主体とする合金であ
りＮ化合物が一部形成している。本発明合金は通常非晶
質合金を作製後これを熱処理し、結晶化することにより
製造される。熱処理条件により一部非晶質相が残存して
いる場合があるが、１００％結晶の場合も十分価れた軟
磁気特性を示す。本発明合金は５００Å以下の著しく微
細な結晶粒組織を有しており、特に優れた軟磁性は粒径
が２００Å以下の場合に得られる。本発明においてＭと
Ｎは熱処理により超微細で均一に分数した化合物を形成
し、ｂｃｃＦｅ結晶粒の成長を抑える効果を有する。こ
のため、ｂｃｃＦｅの結晶磁気異方性を見かけ上相殺し
優れた軟磁気特性が得られると考えられる。

もう一つの本発明は、前記組成の非晶質合金を製造する
工程と、これを加熱し熱処理を行い結晶化させ、組織の
少なくとも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなり
、かつ前記結晶がｂｃｅＦｅ固溶体とＮ化合物からなる
組織とする工程からなることを特徴とする前記超微結晶
磁性合金の製造方法である。

非晶質合金は通常、単ロール法や双ロール法等の液体急
冷法や、スパッタ法や蒸着法等の気相急冷法等により製
造する。この後不活性ガス、水素中あるいは真空中で熱
処理し結晶化させ、組織の少なくとも５０％が粒径５０
０Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃＦｅ
固溶体とＮ化合物からなる組織とし前記合金を製造する
。Ｎ化合物を形成することによりｂｃｃＦｅ固溶体中の
Ｎ、３１が減少し、飽和磁束密度の上昇がはかれるとと
もに、ｂｃｃＦｅ結晶粒の成長を抑制し高い温度の熱処
理にもかかわらず組織の微細化がはかれる。形成するＮ
化合物はに元素（Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｉｌｆ　、Ｖ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎ）との化合物が大部分であ
り、非常に微細である０本発明に係わる熱処理は通常４
５０°Ｃ以上８００°Ｃ以下であり、非常に高い温度で
熱処理可能である。このため、磁気ヘッド等を作製する
場合、ガラスボンディングが容易で信頼性の高い磁気ヘ
ッドを製造できる長所がある。また、本発明合金は磁場
中で熱処理し製造することも可能である。一定方向に磁
場を印加した場合は、−軸の誘導磁気異方性を生じさせ
ることができる。また、回転磁場中熱処理を行うことに
より更に軟磁気特性を改善することができる。

結晶化熱処理後に磁場中熱処理することも可能である。

［実施例］ 以下本発明を実施例に従って説明するが１本発明はこれ
らに限定されるものではない。

実施例１ 原子％でＺｒ１０．５％、Ｎ１０．１％残部Ｆｅからな
る組成の厚さ３μｍの非晶質合金膜を窒素ガスを導入し
たＲＦスパッタ装置によりホトセラム基板上に作製した
。

得られた膜のｘＭ回折を行ったところ、非晶質合金に特
有なハローパターンを示した。次に、この非晶質合金膜
を窒素ガス雰囲気中において、６５０゜Ｃで１時間保持
後室温まで冷却し、Ｘ線回折を行った。ｂｃｃＦｅ固溶
体の結晶ピークと保かなからＺｒＮの化合物相が認めら
れた。透過電子顕微鏡による組織観察の結果、組織のほ
とんどが粒径１００Å以下の超微細な結晶粒からなるこ
とが確認された。

次にこの膜のヒステリシスカーブを振動型磁力計（ＶＳ
Ｍ）により測定した。１００ｅにおける磁束密度ＢＩＯ
＝１５．４ｋＧ、　Ｈｃ＝０．４１０ｅが得られた。次
にこの膜のＬＭ）ｌｚにおける実効透磁率μｅ１ＭをＬ
ＣＲメータにより測定した。μｅ１Ｍ＝２３００が得ら
れた。

本発明合金はＦｅ−５ｉ−Ａ１合金を凌ぐ高飽和磁束密
度特性を有しかつ、ｐｅｌＭも１０００を越えており、
高密度磁気記録用の磁気ヘッド材等に好適である。

実施例２ 第１表に示す組成の合金膜を実施例１と同様にホトセラ
ム基板上に作製し、振動型磁力計によりＢＩＯ，ＬＣＲ
メータによりＩＭｌｌｚの実効透磁率μｅ１Ｍを測定し
た。得られた結果を第１表に示す。なお熱処理後の合金
はどれも粒径５００Å以下の微細な結晶粒ｌａＲであっ
た。

本発明合金はＦｅ−５ｉ−Ａｔ合金以上の高飽和磁束密
度を有しており、ｐｅｌＭも高いため特に磁気ヘッド合
金に適する。

実施例３ 第２表に示す組成の合金膜を実施例１と同様にホトセラ
ム基板上に作製し熱処理を行い結晶化させ、ｐｅｌＭ”
を測定した。次にこの合金を１５０’　Ｃの恒温槽にい
れ、１０００時間保持後のμθＩＭｒ＠＠６を測定した
。μｅ１Ｍ’　”＠／　μｓ１Ｍ＠を第３表に示す。

本発明合金膜のμｅ１Ｍ’　””／　ｐｅｌＭ”はＦｅ
−１１ｆ−Ｃ膜等に比べ１に近い値であり、経時変化が
小さい。

このため信頼性の高い磁気ヘッドを製造できる。

第 表 第 表 申：μ′　　はｐｅｌＭ”’”／ｐｅ１Ｍ’［発明・考
案の効果］ 本発明によれば、高飽和磁束密度、高透磁率で、かつ信
頼性に優れた超微細結晶合金およびその製造方法を提供
できるためその効果は著しいものがある。

手続補正書 （自発） 事件の表示 平成１年特許願第２７６２４３号 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都千代田区丸の内二丁目１番２名称　（５０
８）　日立金属株式会社 号 補正の対象 補正の内容 （１）第１頁１１行、第１頁２０行〜第２頁１行、第２
頁１３行、第３頁５行、第５頁１４行、第６頁５行、７
行、第７頁５行〜６行、第８頁８行、１５行、第９頁１
１行、１９行のｒｂｃｃＦｅ固溶体」をｒｂｃｃ相」と
訂正する。

（２）第１０頁１行のｒｂｃｃＦｅ固溶体中」をｒｂｃ
ｃ相」と訂正する。

（３）第１１頁９行ｒｂｃｃＦｅ固溶体」をｒｂｃｃＦ
ｅ相」と訂正する。

以上

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成式： Ｆｅ１００−ｘ−ｙＭｘＮｙ（原子％）で表され、ここ
   でＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃｒ
   ，Ｗ，Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり、
   ５≦ｘ≦２０，１≦ｙ≦２５の関係の組成を有する合金
   であって、かつ組織の少なくとも５０％が粒径５００Å
   以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃＦｅ固溶
   体とＮ化合物からなることを特徴とする超微結晶磁性合
   金。
2. （２）組成式： Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚＭｘＮｙＸｚ（原子％）で表さ
   れ、ここでＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
   ａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素
   、ｘはＳ１，Ｇｅ，Ｐ，Ｇａ，Ａｌからなる群から選ば
   れた少なくとも一種の元素であり、５≦ｘ≦２０，１≦
   ｙ≦２５，０＜ｚ≦１０の関係の組成を有する合金であ
   って、かつ組織の少なくとも５０％が粒径５００Å以下
   の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃＦｅ固溶体と
   Ｎ化合物からなることを特徴とする超微結晶磁性合金。
3. （３）組成式： Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａＭｘＮｙＸｚＺａ（原子％
   ）で表され、ここでＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
   Ｍｏ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｎから選ばれる少なくとも１
   種の元素、ｘはＳｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ｇａ，Ａｌからなる群
   から選ばれた少なくとも一種の元素、ＺはＣｕ，Ａｇ，
   Ａｕ，白金族元素，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
   ａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群から選ばれた少なくと も一種の元素であり、５≦ｘ≦２０，１≦ｙ≦２５，０
   ＜ｚ≦１０，０＜ａ≦１０の関係の組成を有する合金で
   あって、かつ組織の少なくとも５０％が粒径５００Å以
   下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃＦｅ固溶体
   とＮ化合物からなることを特徴とする超微結晶磁性合金
   。
4. （４）組織の残部が非晶質であることを特徴とする請求
   項１及至３に記載の超微結晶磁性合金。
5. （５）実質的に結晶相だけからなることを特徴とする請
   求項１及至３に記載の超微結晶磁性合金。
6. （６）粒径２００Å以下の結晶粒からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項及至第５項に記載の超微結晶
   磁性合金。
7. （７）非晶質合金を製造する工程と、これを加熱し熱処
   理を行い結晶化させ、組織の少なくとも５０％が粒径５
   ００Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃＦ
   ｅ固溶体とＮ化合物からなる組織とする工程とからなる
   ことを特徴とする前記超微結晶磁性合金の製造方法。
8. （８）熱処理を磁場中で行うことを特徴とする請求項７
   に記載の超微結晶磁性合金の製造方法。