JPH0645847B2

JPH0645847B2 - 耐摩耗性高透磁率合金の製造法

Info

Publication number: JPH0645847B2
Application number: JP1262696A
Authority: JP
Inventors: 量増本; 雄悦村上
Original assignee: THE FOUDATION: THE RESEARCH INSTITUTE FOR ELECTRIC AND MAGNETIC MATERIALS
Current assignee: THE FOUDATION: THE RESEARCH INSTITUTE FOR ELECTRIC AND MAGNETIC MATERIALS
Priority date: 1989-10-07
Filing date: 1989-10-07
Publication date: 1994-06-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH02194154A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、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，S
i，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 4000 Ｇ以上で、｛11
0｝＜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時期記録再生ヘッドは交流磁界
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ッド用磁性合金としてはセンダスト
(Fe-Si-Aｌ系合金）およびフェライト（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、ヘッドコアの製造に研削、研磨の方法が
用いられており、従っ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
ェライトは実効透磁率は大きいが、飽和磁束密度が約 4
000 Ｇで小さいのが欠点である。他方パーマロイ（Ni-F
e 系合金）は飽和磁束密度は大きいが、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強く望まれている。

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
ヘッ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
って差異があり、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
ては、｛100｝＜001＞再結晶集合組織は摩耗し易く、
｛110｝＜112＞再結晶集合組織が耐摩耗性に優れている
ことを見い出し、これを特許出願（特公昭５８−５７４
９９号、特開昭５３−２６９９４号）した。

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-Fe ２元系
合金は冷間圧延加工すると｛110｝＜112＞+ ｛112｝＜1
11＞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
とによって｛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ックス中に析出し、硬
度を高め、耐摩耗性の向上に寄与するとともに、これら
の弱強磁性および非強磁性の微細なリン化物の分散析出
によって磁区が分割されて、交流磁界における渦電流損
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、｛11
0｝＜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、Ni 60〜90％、Nb 0.5 〜14
％、P 0.001〜１％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。本発明では、上記合金に副成分として Cr，Mo,G
e，Auの７％以下、Co，Ｖの10％以下、Ｗの15％以下、C
u，Ta，Mnの25％以下、 Aｌ，Si，Ti，Zr,Hf，Sn，Sb，
Ga，In， Tｌ，希土類元素、白金族元素の５％以下、 B
e，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健全
な鋳塊を得、さらにこれに 900℃を超え1000℃以下の高
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 900℃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
によって加工率50％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 45 mm、内径 33 mm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 900℃以上融点
以下の温度で適当時間加熱し、ついで規則−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 4000 Ｇ以上を有し、
且つ｛110｝＜112＞の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
＞＋｛110｝＜001＞の再結晶集合組織が生成する。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の添加によって増大する。第２図は８０％Ni-F
e-５％ Nb-0.05％Ｐ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％ N
b-0.05％Ｐ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合金）、合金番号４１（79.5％
Ni-Fe−８％ Nb-0.035 ％Ｐ−２％Mo 合金）、合金番
号８９（８２％ Ni-Fe- ２％ Nb-0.085 ％Ｐ−３％ Si
合金）について実効透磁率と冷却速度との関係およびこ
れをさらに再加熱処理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合金にCr，Mo，
Ge，AuあるいはCoを添加した場合の磁気ヘッドの耐摩耗
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 4000 Ｇ以下となり好ましくない。また Co 10％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合金に
Ｖ，Ｗ，Cu，Ta あるいは Mn を添加した場合の磁気ヘ
ッドの摩耗量および実効透磁率の特性図で、Ｖ，Ｗ，C
u，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合金に A
ｌ，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
は飽和磁速密度は 4000 Ｇ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合金に I
n，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、B
e，Sr，Baを３％以上添加すると飽和磁束密度が 4000
Ｇ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と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
返す工程によって｛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Ｐ 0.001％以上にお
いて、特に加工率50％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
工歪みの除去とともに、｛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 9
00℃以上の加熱によっ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 900℃以上の融
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。この場合は最終冷間加工の加工率が
50％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 900℃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、他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 ℃で
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。

次に本発明を実施例につき説明する。

実施例１合金番号41（組成 Ni=79.5%，Nb=8%，P=0.35%,Mo=2%，
Fe= 残部）の合金の製造原料は99.8％純度のニッケル、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って溶かした
後、よく撹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900 ℃を超え1000℃以下の温度で適当な厚さまで熱
間圧延し、つ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 45 mm、内径 33 mm
の環状板を打ち抜いた。

上記各実施例、第２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、これらの代りに経済的
に有利な一般市販のフェロ合金、母合金およびミッシュ
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、耐摩耗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、磁気記録再生ヘッドのコアおよび
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機器の磁性
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主成分としてNi 60 〜
90% 、Nb 0.5〜14% 、 P 0.001〜１% および残部 Fe と
限定し、これに副成分として添加する元素を Cr,Mo，G
e，Auを７% 以下、Co，Ｖを10 %以下、Ｗを15 %以下、C
u，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、B
e，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２表および図面、特に第５図ないし第８図で明ら
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 4000 Ｇ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、Nb 0.5 %以下およびＰ 0.001% 以下では｛11
0｝＜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、Nb 14%以上およびＰ 1 % 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 4000 Ｇ以下になるからである。

そして Ni 60〜90 %、Nb 0.5〜14% 、P 0.001 〜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 4000 Ｇ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，M
o，Ge，Au，W，V，Cu，Ta，Mn， Aｌ，Zr，Si，Ti，H
f，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を添加すると特に飽和
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（合金番号
８）、79.5% Ni-Fe-8% Nb-0.035% P-2% Mo合金(41)、お
よび82% Ni-Fe-2% Nb-0.085% P-3% Si合金(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合金にCr，Mo，G
e，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合金にV，W，Cu，T
a 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合金に Aｌ，Si，T
i，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および摩耗量との関係を示す
特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にて Ni 60〜90％、Nb 0.5〜14％、
Ｐ 0.001〜１％および残部 Fe を主成分とし、副成分と
して 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，S
r，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％、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、90
0 ℃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
に対応した適当な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40
00Ｇ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。
【請求項２】重量比にて Ni 60〜90％、Nb 0.5〜14％、
Ｐ 0.001〜１％および残部Feを主成分とし、副成分とし
て 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，S
r，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％、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、90
0 ℃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
に対応した適当な速度で冷却し、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
組成に対応した適当時間加熱し冷却することにより、１
KHz における実効透磁率 3000 以上、飽和磁束密度4000
Ｇ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。