JPH049452A - 磁性合金材料 - 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】 ｉ更卯韮五夕１ 本発明Ｉｆ、Ｆｅ系軟磁性合金材料に関獣　さらに詳し
く１戴　　高飽和磁束密度および優れた軟磁気特性を有
するＦｅ系軟磁性合金材料に関する。

の　　　　　ならびにその 高周波用のチョーク、　トランスなどの磁心用材料とし
て１戴　小さな印加磁界でただちに大きな磁束密度が得
ら札　かつそのヒステリシスループの囲む面積が小さく
、電力損失の小さな材料、いわゆる軟磁性材料が用いら
れている。

従東　このような軟磁性材料としてｒｌＦｅ系アモルフ
ァス合金、ＣＯ系アモルファス合金、モリブデンパーマ
ロイ、ハードパーマロイなどのパーマロイ系合金、フェ
ライト、アルパーム、センダストなどが主に用いられて
いる。この中でも、Ｆｅ系アモルファス合金は高飽和磁
束密度が期待できる材料のひとつである。しかしながら
、Ｆｅ−半金属系アモルファス合金（ＦｅＳｉＢ入Ｆｅ
ＰＣ系等）においては飽和磁歪が大きく、また、Ｆｅ−
遷移金属系アモルファス合金（ＦｅＺｒ系等）において
（九　キュリー温度が室温近傍と低いため、いずれの系
においても、良好な軟磁気持性が実現されず、磁心用材
料として充分な特性を有しているとはいえなかった 返電　ＣｕとＮｂを複合添加したＦｅ系アモルファス合
金に熱処理を施し　結晶化させると、良好な磁気特性を
有した軟磁性材料となることが知られている（Ｙｏｓｈ
ｉｚａｗａ　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈ
ｙｓ。

６４（１０）、　１５．１９ｍ　　特開昭６２−１６７
８５１号公転　特開昭６２−１６７８５２号公転　特開
昭６４−７９３４２号公報）。しかしながら、これら公
報に記載されている磁性材料は軟磁気特性には優れるも
のの、必須元素であるＣｕの存在が、熱処理前の初期状
態である非晶質状態の形成能を著しく低下させるという
欠点を有していた　またＣｕが固相状態でＦｅと固溶し
ないため、Ｃｕが母合金中に偏析しやすくなり、従来の
Ｆｅ系非晶質合金材料と比較して、作製しにくく、生産
性に劣るという問題点があることがわかってき九 また、たとえば上記特開昭６４−７９３４２号公報に１
戴組成式゛ （Ｆｅ＋−ａＭｓ）＋５ｓ−ｘ−ｙ−ｚ−、＜ＣＬＪ、
５ｉｙＢｚ町（ただし　ＭはＣｏおよび／またはＮｉで
あり、Ｍ−はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、ＺｒＳ　Ｈｆ、Ｔｉおよ
びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素で
ある。）で表されるＳｉ含有磁性合金材料が開示されて
いる。一般＆″−Ｓｉが強磁性成分であるＦｅに固溶し
た場合、得られるＦｅＳｉ系磁性合金材料の結晶磁気異
方性定数および磁歪定数は減少し　この結果　軟磁気特
性が向上する。しかしながら、Ｓｉの添加量が増加する
につ瓢　飽和磁束密度およびキュリー温度は低下する傾
向が生じる。このためＳｉ含有磁性合金材料を作成する
際に檄　Ｓｉの添加量を適正な値に制御する必要があっ
た ところが本発明者ら１戴　添加量調整が難しいこのＳｉ
の添加を省略し　それにもかかわらず、従来の磁性合金
材料と比較して、磁気特性等においてなんら遜色のない
磁性合金材料が存在することを見いだして、本発明を完
成するに至ったｉ里ｎｇｈ 本発明頃　上記のような従来技術に鑑みてなされたもの
であって、高飽和磁束密度および優れた軟磁気特性を有
し　かつ作製しやすく、生産性に優れたＦｅ系磁性合金
材料を提供することを目的としている。

１里立見１ 本発明に係る磁性合金材料（戯　組成式％式％ で示される組成を有し　かつ組織の２０％以上が結晶化
されていることを特徴としている。

ただし　上記式において、 Ｍｉ戯Ｔｉ、　　Ｚｒ、　　Ｈｆ、　　Ｖ、　　Ｎｂ、
　　Ｔａ。

Ｃｒ、Ｍ０．ＷＳ　Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以
上の元素であり、 上記ａ、　　ｂ、　　ｃ　　ｌ戴 ８６８〜２５ ｂ：　０〜３ ｃ：０．１〜１０　　である。

本発明に係る磁性合金材料は　ＦｅＢ系合金材料にＴｉ
％　Ｚｒ、Ｈｆ、ＶＳ　ＮｂＳ　ＴａＳ　Ｃｒ。

Ｍ０．Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以上の元素
およびＣｕとを特定量添加してなるので、高飽和磁束密
度と良好な軟磁気特性とを併せ持ち、かつ作製しやすく
、生産性にも優れている。

ｉ見立人勝遣五ｊ 以下本発明に係る磁性合金材料について具体的に説明す
る。

本発明に係る磁性合金材料の組成１戴 Ｆｅ　＋　ｍ　ｓ　−ａ　−ｂ　−ｏ　Ｂ　ａ　Ｃｕ　
＞　Ｍ　ｅで示される。

Ｍ１４　　Ｔｉ、　　ＺｒＸ　ＨｆＳ　ＶＳ　Ｎｂ、Ｔ
ａ。

ＣｒＳ　Ｍ０．Ｗ、Ｍｎがら選ばれる少なくとも一種以
上の元素であり、このうち、Ｔｉ、ＺｒＨｆ、Ｎｂから
選ばれる少なくとも一種以上の元素であることが好まし
い。

上記式において、ａ、　　ｂ、　　ｃ、　　ｌ戴　　下
記の範囲にある。

ａ：　８〜ミ　好ましくは１２〜１８ ｂ：　　ｏ−３好ましくは０．５〜１．５ｃ：０．１〜
１０、好ましくは２〜６ 本発明に係る磁性合金材料は上記の組成を有しかつ少な
くともその一部が結晶化されており、その結晶化度は２
０％以上であり、好ましくは５０％以上であり、特に好
まし←戴　７０％以上である。なお、ここで結晶化度と
叫　Ｘ線回折法により求められたものであり、具体的に
屯　完全に結晶化した状態（Ｘ線回折強度が飽和した状
態）のＸ線回折強度を基準とし　これに対する測定すべ
き磁性合金材料のＸ線回折の強度の割合を百分率であら
れしたものである。

本発明に係る磁性合金材料は、上記のよう番ミＦｅＢ系
磁性合金材料にＣｕを特定量添加するととも番：　　Ｔ
ｉ、　　Ｚｒ、　　ＨｆＳ　ＶＳ　ＮｂＳ　Ｔａ。

Ｃｒ、Ｍ０．ＷＳ　Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以
上の元素を特定量添加して得られている。

本発明によれＩｆ、ＦｅＢ系磁性合金材料に添加される
Ｔｉ、　　Ｚｒ、　　Ｈｆ、　　Ｖ、　　Ｎｂ、　　Ｔ
ａ、　　Ｃｒ。

ＭＯｌＷ、Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以上の元素
力ζ　磁性合金材料中に含まれる全原子数に対して０．
１〜１０原子％、好ましくは　２〜６原子％添加さ汰　
また、Ｃｕ　７５（０〜３原子％、好ましくは０．５〜
１．５原子％添加されており、かつ磁性合金材料の組織
の２０％以上好ましくは５０％以ム特に好ましくは７０
％以上が結晶化しているので、得られる磁性合金材料の
飽和磁束密度は大きく、透磁率等の軟磁気特性も良好で
ある。しかも本発明に係る磁性合金材料においては、熱
処理前の初期状態である非晶質状態の形成能を高めるこ
とができ、作製が容易になり、生産性にも優れる。

本発明に係る磁性合金材料は上記のような組成を有して
いるので、得られる磁性合金材料の飽和磁束密度は大き
くなり、また透磁率等の軟磁気特性も良好である。

本発明に係る磁性合金材料１戴 Ｆｅ、ｓ−、−、−、Ｂ、Ｃｕ、Ｍｅ系非晶質の薄艮薄
帯、粉末　ファイバー等の形状をもった合金を作製した
後、得られた非晶質合金に熱処理を施獣少なくともその
一部を結晶化させることにより製造される。しかしなが
ら、磁性合金材料に含まれるＢ（ホウ素）原子の数カ−
磁性合金材料中に含まれる全原子数に対して８〜２５原
子覧　好ましくは１２〜１８原千％の範囲にないと、非
晶質合金を作製することが困難になる傾向が生し　得ら
れる磁性合金材料の磁気特性が劣化することがある。こ
のため上記したようにＢ（ホウ素）の添加量を表すａの
値は８〜２５、好ましくは１２〜１８の範囲にあること
が望ましい。

また本発明に係る磁性合金材料に含まれるＣｕ（銅）原
子の数が、磁性合金材料中に含まれる全原子数に対して
３原子％を越えると非晶質合金を作製することが困難に
なる傾向が生ニ　得られる磁性合金材料の透磁率が劣化
することがある。このため上記したようにＣｕ（銅）の
添加量を表すｂの値はＯ〜３、好ましくは０．５〜１．
５の範囲にあることが望ましい。

Ｃｕの添加により軟磁気特性が向上する原因は明かでは
ないカー　次のように考えられる。

ＣｕはＦｅ、Ｂ、Ｍ　（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ。

Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ０．Ｗ、Ｍｎ）　いずれに対して
も固溶度が低いため、非晶質合金中でＣｕ原子同士でク
ラスターを多数形成しているもと考えられる。このクラ
スターは非晶質から結晶化するＦｅ系結晶の核剤となる
と考えられる。このため、クラスターの非晶質合金中で
の分布に対応した多数のＦｅ系結晶が同時に生成を開始
するため、Ｆｅ系微結晶が得られる。このようなＦｅ系
微結晶が存在することにより、得られる磁性合金材料の
軟磁気特性が向上すると考えられる。

上記のようへ　Ｃｕの添加によりＦｅ系微結晶が多数生
成するため、結晶粒微細化が起こると考えられる力τ、
この作用は、所定量のＴｉ、Ｚｒ。

Ｈｆ、　　Ｖ、　　Ｎｂ、　　Ｔａ、　　Ｃｒ、　　Ｍ
０．、Ｗ、　　Ｍｎ等の存在により著しくなり、特に所
定量のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ等の存在によりさらに著
しくなると考えられる。

しかしながら、本発明に係る磁性合金材料に添加される
Ｔｉ、Ｚｒ５Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ５Ｔａ。

ＣｒＳ　Ｍ０．ＷＳ　Ｍｎから選ばれる少なくとも一種
以上の元素カー　磁性合金材料中に含まれる全原子数に
対して、０．　１原子％未満であると、上記のようなＦ
ｅ結晶粒の微細化作用が起こりにくくなり、得られる磁
性合金材料における軟磁気特性の向上がみられない。

一方、磁性合金材料に添加されるＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ％Ｖ
、　　Ｎｂ、　　Ｔａ５Ｃｒ、　　Ｍ０．ＷＳ　Ｍｎか
ら選ばれる少なくとも一種以上の元素が、磁性合金材料
中に含まれる全原子数に対して、　１０原子％を越える
と、得られる磁性合金材料の飽和磁束密度が著しく低下
する傾向が生じるととも＆ミ　非晶質合金を作製するこ
とが困難になる傾向が生じる。このため上記したように
Ｃの値は、０１〜１０、好ましくは２〜６であることが
望ましい。

また、本発明に係る磁性合金材料の軟磁気特性＋４　　
非晶質合金の少なくとも一部を結晶化させることにより
付与されるが、結晶化した組織の割合が２０％未満であ
ると、非晶質合金と比較して、軟磁気特性において大き
な向上が見られない。結晶化した組織の割合が２０％以
ム　好ましくは５０％以ム　特に好ましくは７０％以上
であると、磁性合金材料にはすぐれた軟磁気特性が付与
される。このため上記したように本発明に係る磁性合金
材料において、結晶化している組織の割合１戴２０％以
ム　好ましくは５０％以五　特に好ましくは７０％以上
であることが望ましい。このような結晶化している組織
は、ｂｃｃ構造のａ−Ｆｅを主体としＢ（ホウ素）およ
びＭ（ＴｉＳ　Ｚｒ、Ｈｆ、　　Ｖ、　　Ｎｂ、　　Ｔ
ａ、　　Ｃｒ、　　Ｍ０．　　Ｗ、　　Ｍｎ）が固溶し
ている結晶粒から構成されていると考えられる。この結
晶粒は１０００Å以下の平均粒径を有し　合金組織中に
均一に分布している。結晶粒の平均粒径とは各粒子の最
大寸法を平均したものである。平均粒径が１０００人を
越えると良好な軟磁気特性が得られなくなる。好ましい
平均粒径は５００Å以下であり、特に好ましくは５０〜
２００人である。

合金組織のうち微細結晶粒以外の部分は主に非晶質であ
る。なお微細結晶粒の割合が実質的に１００になっても
、本発明の磁性合金材料は十分に優れた磁気特性を示す
。

なお、当然のことではあるが、Ｎ（窒素）、０（酸素）
、Ｓ（イオウ）等の不可避的不純物について（戴　所望
の特性が劣化しない程度に含有されていても本発明の合
金組成とみなすことができる。

次に本発明に係る磁性合金材料の製造方法について説明
する。

本発明に係る磁性合金材料１戴　単ロール法、双ロール
法、その他公知の液体急冷法により非晶質合金を作製し
た後、得られた非晶質合金を熱処理し　少なくともその
一部を結晶化させることにより製造される。ここで、非
晶質合金、例えば薄帯の板厚１戴　特に限定はされない
カー　２５μｍ以下であることが好ましい。

非晶質合金、例えば薄帯は熱処理の前に巻回、打ち抜き
、エツチング等により所定の形状に加工する。この加工
は熱処理後に行ってもよいカー旦熱処理し結晶化すると
加工性が著しく低下することがあるため、加工性のよい
熱処理前の非晶質状態で加工を施すことが好ましい。

所定の形状に加工された非晶質合金の熱処理は、非晶質
合金が酸化しない程度の真空中、あるいは充分に真空排
気した後のアルゴンガスもしくは窒素ガスなどの不活性
ガス雰囲気中等で行なう。熱処理温度は４５０〜６５０
℃、好ましくはＳＯＯ〜６００℃である。熱処理温度が
４５０’Ｃ未満であると結晶化が起こりにくく、熱処理
に時間がかかりすぎる。また熱処理温度が７００℃より
高いと粗大な結晶粒が生成するおそれがあり、微細な結
晶粒を均一に得ることができなくなる。

また熱処理時間は０．２〜３時間、好ましくは０５〜１
時間であることが望ましい。０２時間未満では加工した
合金全体を灼−な温度にすることが困難であり、　３時
間を越えると生産性が悪くなるだけでなく、結晶粒の過
剰な成長により磁気特性の低下が起こりやすい。

上記のような条件下で熱処理を行なうことにより、非晶
質合金は少なくともその一部が結晶化さＬ　本発明に係
る磁性合金材料が得られる。

なお本発明においてＩＬ　　非晶質合金を熱処理する際
に磁場を印加してもよい。磁場中で熱処理を行うことに
より、本発明の磁性合金材料に磁気異方性を生じさせる
ことができる。本発明の磁性合金材料からなる磁心の磁
路方向に磁場を印加し熱処理を施した場合哄　Ｂ−Ｈル
ープの角形性のよいものが得ら汰　可飽和リアクトル用
磁・Ｃ＼　磁気スイッチ、パルス圧縮用コア、スパイク
電圧防止用リアクトル等に好適となる。一方磁路方向と
直角方向に磁場を印加し熱処理した場合１ｆ、Ｂ−Ｈル
ープが傾斜し　低角形比で恒速磁率性に優れたものが得
られ動作範囲が広がるので、　トランスやノイズフィル
ター　チョークコイル等に好適となる。

磁場は熱処理の間中かける必要はなく、合金のキュリー
温度Ｔｃより低い温度のときであればよい。本発明の場
合、結晶化しているので、非晶質の場合よりキュリー温
度が上昇しており、非晶質合金のキュリー温度より高い
温度でも磁場中の熱処理を行うことができる。さらに磁
場中の熱処理を２段階以上で行うこともできるし　また
回転磁場中で熱処理を行うこともできる。

本発明に係る磁性合金材料：戴　単ロール法、双ロール
法等の公知の液体急冷法のみならず、スパッター法等の
薄膜化技術を用いて製造することも可能であり、薄膜磁
気ヘッドなどを製造することもできる。また回転液中紡
糸法やガラス被覆紡糸法等によりファイバー状のものも
作成することができる。

またキャビテーション法やアトマイズ法あるいｉＬ　　
単にロール法等により作成した薄帯を粉砕するなどの方
法により粉末状のものを製造することが可能である。こ
のような粉末状の合金は圧粉成形することにより圧粉磁
心やバルク体を製造することができる。

また本発明に係る磁性合金材料を磁心に使用する場合、
表面に熱処理や化学処理により酸化物層を形成したり、
絶縁物を塗布あるいは付着させる等の方法により層間絶
縁を行え＋ｔＳ　　特に良好な物性が得られる。

このようにして得られた本発明に係る磁性合金材料１戴
　高飽和磁束密度と優れた軟磁気特性とを併せもち、か
つ作製しやすく生産性に優れるため、高周波用磁心材料
などへの利用が期待できる。

また本発明に係る磁性合金材料服　透磁率が大きく、そ
のヒステリシス曲線の囲む面積が小さいので、変圧器や
モーターなどの鉄芯の代りに用いることができ、この給
気　電力ロスの低減がはかれる。

兄Ｊ目と廟暑 以上説明してきたように、本発明に係る磁性合金材料１
４ＦｅＢ系合金＆：、Ｔｉ、ＺｒＳ　Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏＳ　ＷＳ　Ｍｎから選ばれる少なくと
も一種以上の元素とＣｕとを特定量添加して得られた非
晶質合金を熱処理上　少なくともその一部を結晶化させ
ることによって製造されており、高飽和磁束密度と優れ
た軟磁気特性とを併せもち、かつ作製しやすく生産性に
優れるため、高周波用磁心材料などに好ましく用いられ
る磁性合金材料を提供することが可能になる。

［実施例コ 以下、本発明をさらに実施例によって説明するカー　本
発明１戴　これら実施例に限定されるものではない。

叉蓬１」 単ロール法を用いて、アルゴンガス１気圧雰囲気中でＦ
ｅＢ系合金にＮｂおよびＣｕを複合添加した非晶質薄帯
を作製した　得られた薄帯の輻は５ｍｍ、　　板厚は約
２０μｍであつ九　得られた非晶質薄帯の組成分析をプ
ラズマ発光分光法（ｒｃｐ）により行うｆ、　　作製し
た非晶質薄帯を内径１５ｍｍ、　　外径１８ｍｍの巻磁
心とした後、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行っへ　その
際、熱処理温度を５００℃、熱処理時間を１時間とじ八
　熱処理後、得られた巻磁心の鉄損を、周波数１００ｋ
　Ｈｚ、　　最大磁束密度０．２７にて、デジタルオシ
ロスコープを用いて測定した交流ヒステリシスループの
囲む面積から決定した　また透磁率を周波数１００ｋＨ
ｚにて、ＬＣＲメータを用いてインダクタンスＬを測定
することにより決定したまた、飽和磁束密度を振動試料
型磁力計を用いて決定した 結果を表１に示す。

１１匠ｌユ昶 合金の組成を変化させた以外は実施例１と同様の操作を
行なった 結果を表１に示す。

よ艶五ユニ」 従来の軟磁性材料であるＦｅ系非晶質合金、Ｍ　ｎ　−
Ｚ　ｎフェライト、ＦｅＮｂＣｕ５ｉＢ系合金材料の鉄
瓶　透磁眠　飽和磁束密度を実施例１と同様に決定した 結果を表２に示す。

以上の結果から、本発明に係る磁性合金材料１戴従来材
と比較して、大きな透磁率と飽和磁束密度、不さな電力
損失を併せて有していることがわかる。

／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）組成式： Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃＢ＿ａＣｕ
   ＿ｂＭ＿ｃで示される組成を有し、かつ組織の２０％以
   上が結晶化されていることを特徴とする磁性合金材料。 ［ただし、上記式において、 Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ
   、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少な くとも一種以上の元素であり、 上記ａ、ｂ、ｃは ａ：８〜２５ ｂ：０〜３ ｃ：０．１〜１０である。］