JPH0765232B2 - 非晶質合金の製法 - Google Patents

非晶質合金の製法

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JPH0765232B2
JPH0765232B2 JP1263975A JP26397589A JPH0765232B2 JP H0765232 B2 JPH0765232 B2 JP H0765232B2 JP 1263975 A JP1263975 A JP 1263975A JP 26397589 A JP26397589 A JP 26397589A JP H0765232 B2 JPH0765232 B2 JP H0765232B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁性材料、特に軟磁性に優れ、かつ従来の非晶
質合金に比べ薄く加工性が良好な非晶質合金の製造方法
に関する。
〔従来の技術〕 非晶質合金は金属原子の配列が不規則で長周期性が欠如
しており、また、結晶粒界や格子欠陥が存在しないなど
結晶質の合金と比較して構造的特異性を有している。こ
れらに起因して非晶質合金は磁気的特性に優れている。
特に、低履歴損失材料や高透磁率材料としての応用が有
望視されている。例えばFe基系の非晶質合金は飽和磁束
密度が大きく、低履歴損失の特性を生かしてトランスの
鉄心としての応用が考えられている。従来の珪素鋼板を
中心としたトランスに比べて大幅にその損失を小さくす
ることができ、良好な特性を備えたものとすることがで
きると言われている。また、Co基系の非晶質合金は、広
い周波数帯域で保磁力が小さいという特性を備えており
磁気増幅器用の磁気コア材として有用に用いられてい
る。
非晶質合金の製造方法として、最も一般的には溶融合金
を急冷する方法にて作られている。この方法は、溶融金
属を冷却した回転ロールに導き、105〜106deg/sで急冷
することにより結晶化のための時間を与えずに固化さ
せ、非晶質合金を形成させるものである。しかし、この
急冷法によって作製される非晶質合金は現在その製法上
厚さが数10μm以上の物しかできず、かつ平滑性良好な
ものとすることができる。
非晶質合金の他の作製方法としてはスパッタリング法、
真空蒸着法およびイオンプレーティング法などが検討さ
れている。しかしこれらの方法では非晶質合金の生産性
が悪く、また製造装置が高価となり、非晶質合金を箔状
物、フィルム状物として単離することが難しい。
他方、特公昭63−10235号公報には、2価のコバルトイ
オンと次亜リン酸又は次亜リン酸塩を含むpH1.2〜2.2な
るメッキ浴を用い浴温30〜60℃、電流密度5〜20mA/dm2
なる電流密度で電気メッキを行ないコバルトとリンを主
成分とする非晶質合金を製造する発明が開示されてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
非晶質合金薄膜を工業製品として利用するには、目的の
形状、大きさに容易に、かつ精密に加工できること、ま
た、生産性が良好であることなどが要求される。例え
ば、これらの非晶質合金を磁気ヘッドとして使用するこ
とを考えると、磁気ヘッドの将来の技術指向は垂直磁気
記録方式であり、こゝに使用される磁気ヘッドは更に薄
膜化することおよび透磁率が大きいことが要求される。
また、スイッチングレギュレーターなどに使用される磁
気コアは高周波の励磁領域における保磁力などの軟磁性
等の磁気特性の高いものの開発要望があるが、この要望
を達成し得たものは未だ開発されるに至っていない。こ
れは、一般に磁気コアに高周波の励磁電流が流れると磁
性層中に流れる渦電流が増加し、損失が大きくなるため
である。渦電流は磁性層厚みに比例するため、こゝに用
いる磁性材料はできるだけ薄膜化することが必要なので
あるが、従来技術では膜厚の非常に薄い軟磁性体を作る
ことはできなかった。
更に、非晶質合金テープをトロイダルコア状に巻いた
り、積層したりする際には実際に該非晶質合金テープの
占める体積率すなわち占積率が高いことが望まれるが、
従来開発されてきた非晶質合金膜はその表面平滑性が不
足するため、この占積率が80〜85%程度にしかならず、
この占積率を90%以上となし得る表面平滑性の良好な非
晶質合金薄膜の開発が望まれている。
また精密電子機器の発達は多くの電磁波障害を発生さ
せ、ノイズの原因となり問題となって来ている。この障
害を除くには高透磁率の磁性材料の開発が望まれてい
る。
〔課題を解決するための手段〕
そこで本発明者等は表面平滑性に優れ、軟磁性に優れた
薄膜状非晶質合金薄膜を作る方法を開発すべく検討中の
ところ電気メッキ法を用い非晶質元素供給源として従来
は使用不可と考えられていた亜リン酸又はその塩を用い
ることにより、その目的とする非晶質合金薄膜を作り得
ることを見出し本発明を完成した。
本発明の要旨とするところは、少なくとも2価のコバル
トイオン、2価の鉄イオン、及び亜リン酸及び/又は亜
リン酸塩を含む酸性メッキ浴を用いて電析し、Fe/(Co
+Fe)が0.1〜20at%、P含有量3〜30at%なる非晶質
合金を電析せしめることを特徴とする非晶質合金の製法
にある。
本発明を実施するに際して用いる2価のコバルトイオン
を供給するための塩としては、例えばスルファミン酸コ
バルト、硫酸コバルト、塩化コバルト、ピロリン酸コバ
ルト、酢酸コバルト、安息香酸コバルト等水溶性で溶解
度の大きなものであれば良い。また、2価の鉄イオンを
供給するための塩としては硫酸鉄、塩化鉄、硝酸鉄等水
溶性で溶解度の大きいものが挙げられる。挙リン酸及び
/又は亜リン酸塩は鉄−コバルト合金を非晶質化するた
めのリン供給源としてメッキ浴中に添加される。亜リン
酸塩としては、亜リン酸カリウム、亜リン酸水素アンモ
ニウム、亜リン酸水素ナトリウム、亜リン酸ナトリウ
ム、亜リン酸マグネシウム等を用いることができる。
本発明において、2価の鉄イオンは電解メッキ中に3価
の鉄イオンに酸化される。3価の鉄イオンは水酸化物と
してメッキ浴中で沈澱を生成しやすい。これは3価の鉄
イオンを2価に還元する還元剤または/及び3価の鉄イ
オンと安定な錯化合物を形成する錯イオンを添加するこ
とによって防ぐことができる。還元剤としては例えば、
ヒドラジン、ジメチルアミンポラン、ほう水素化ナトリ
ウム、ヒドロキノン、塩酸ヒドロキシルアミン等を挙げ
ることができる。これらの還元剤は、亜リン酸を次亜リ
ン酸に還元することなく、3価の鉄を2価に還元するも
のと考えられる。このことは、電気泳動法によるイオン
の組成分析から確かめられた。
また、錯化剤としては例えばヒドロキシカルボン酸、ポ
リカルボン酸、クエン酸、グルコン酸、EDTAおよびその
金属塩等が挙げられる。
メッキ浴中で2価のコバルトイオンは0.1〜5mol/、2
価の鉄イオンは0.01〜1mol/、亜リン酸及び/又は亜
リン酸塩は0.001〜5.0mol/において非晶質合金薄膜の
形成が可能である。
特に製膜性良く電析するためのメッキ浴のpH値は1.5前
後とするのが最もよいことが確かめられている。このpH
範囲にメッキ浴を調整するためには従来技術である特公
昭63−10235号公報による次亜リン酸では多量の酸の添
加を必要としたが本発明において亜リン酸を用いる場合
には多量の酸を用いる必要はない。非晶質合金膜の製膜
性は非晶質合金を箔やテープに形成したり、導電体上に
析出させるためには重要な特性である。また製膜性は磁
気特性とも密接な関連性があり、得られる非晶質合金膜
のピンホール、亀裂等がなく表面光沢を有する薄膜は軟
磁性特性もより優れている傾向にある。本発明法では亜
リン酸を用いているため、このような特性を備えたもの
とすることができメッキ浴のpH調整も同時に行うことが
できる。また、特公昭63−10235号公報の方法ではメッ
キ浴中の次亜リン酸濃度を0.3mol/以上にすると非晶
質合金膜の製膜性の極度な低下を示す。メッキ浴中の次
亜リン酸濃度が0.3mol/の時、合金中のリンの含有量
は15at%であり、特公昭63−10235号公報における合金
中リン含有比率の限界である。これに対し本発明の方法
ではメッキ浴中亜リン酸濃度が0.3mol/以上でも得ら
れる非晶質合金膜の製膜性の低下は見られず、合金中の
リンの含有量も20%以上と非常に高いものも薄膜状に作
ることができる。これにより得られる非晶質合金の結晶
化温度も高くすることができ、熱的安定性においても優
れ、磁気特性改善のための熱処理を効果的に行なうこと
ができる。
本発明の方法においては非晶質合金の膜厚は自由にコン
トロールすることができる。すなわち膜厚はメッキ時間
に依存する。メッキ時間を短く取ることにより、液体急
冷法では作製不可能な10μm以下、逆に長く取ることに
よって300μm以上の非晶質合金を得ることも可能であ
る。特に本発明による亜リン酸及び/又は亜リン酸塩を
用いる場合は、製膜性が非常に良く5μm以下の薄膜も
容易に単離し得られる。
磁性材料の軟磁性特性、特に透磁率はその磁性体の磁歪
に大きく依存する。また、磁歪は一般に合金組成の関係
となっており、鉄−コバルト系においてはコバルト基の
合金が軟磁性特性に優れている。好ましくは合金中の鉄
およびコバルトの原子数比においてコバルトが80%以上
とくに90%以上の物がよい。さらに好ましくはコバルト
94%のものがよい。本発明の方法によれば、鉄およびコ
バルトを含有し、かつその原子数比においてコバルトが
90%以上で厚み10μm以下の非晶質合金箔を容易に作製
することができることから、透磁率の優れたものが得ら
れる。本発明者らの実験では、亜リン酸及び/又は亜リ
ン酸塩を用いる場合は、次亜リン酸を用いた場合に比
べ、透磁率が2倍程度高いことが判明した。
本発明の非晶質合金は、目的の形状、大きさに切り出
し、用途に応じてそのままあるいは積層して用いること
ができる。例えば磁気ヘッドに用いる場合は10μm以下
の箔状の非晶質合金を馬蹄形に切り出し、コイルを巻い
て作製できる。また、磁気増幅器用の磁気コアとして用
いる場合には、細長くスリットした非晶質合金箔をトロ
イダル状に巻回し、作製することができる。また本発明
の製造方法によれば、銅、銀といった導電体上に直接メ
ッキ法により非晶質合金箔を付着させることも容易であ
る。またその表面に導電層を形成させたプラスティック
フィルム上に電析することも可能である。このような支
持体を利用した場合、非晶質合金箔の厚みは、数10Åま
で薄くすることが原理的に可能である。急冷法の非晶質
合金に比べ格段に薄膜化したことにより、高周波領域で
の渦電流の発生を抑え、保磁力も低減することができ
る。さらにはスイッチングレギュレータ本体を大幅に小
さくすることが期待できる。
また本発明の方法はメッキ法であるため、任意の形状の
物体表面に薄膜状に高透磁性磁性材料をコーティング出
来るため、磁気シールド材としての用途も期待出来る。
〔発明の効果〕
本発明の製法によれば、軟磁性に優れ、従来の非晶質合
金に比べ薄く加工性が良好な非晶質合金箔が得られる。
特に、次亜リン酸又は次亜リン酸塩を用いる場合に比
べ、次の特徴がある。
(1)多くのリンを合金中に製膜性良く含有することが
できる。
(2)製膜性が非常に良く、薄膜化に有利である。
(3)磁気特性に優れている。
〔実施例〕
以下、実施例によって説明する。
(実施例1) 非晶質合金膜Aの製膜 塩化鉄(II)11.9g/、硫酸コバルト(II)264.3g/
、亜リン酸3.3g/、ホウ酸6.2g/を含有する水溶液
をpH1.3に調製し、電流密度0.05A/cm2にて電解析出を行
った。なお、電源は北斗電工製HCP−301Hを使用した。
メッキ浴の中に上記組成のメッキ水溶液をいれ、白金か
らなる対極と作用電極の間に電圧を印加して金属などを
作用極上に析出させる。作用電極表面は中心線表面粗さ
を0.1μm以下に鏡面仕上げを施し、さらに硬質クロム
メッキ仕上げしてある。電析膜は直ちに剥離し、洗浄後
乾燥する。
電析膜の膜厚は作用電極のメッキ液中の滞在時間に依存
し、7分の電析の後に得られた非晶質合金箔の厚みは7
μmであった。また、ピンホールもなく柔軟性に優れた
物であった。
試料の非晶性の観察 非晶質合金AのX線解析チャートを図1に示す。第1図
において、横軸は試料からのX線散乱角であり、縦軸は
散乱強度である。このように金属特有の結晶に基づくピ
ークはまったく見られず完全に非晶化している。
合金組成の測定 非晶質合金Aの硝酸5mlに溶解し、蒸留水を加えて100ml
とした。この液をICP発光分析装置(日本ジャーレル・
アッシュ製ICAP−575MK−II型)によって定量分析し
た。その結果原子数比で Fe:Co:P=4.8:83.2:12.0(at%) の結果を得た。このときの鉄およびコバルトの含有原子
数比は約6:94である。
(実施例2) イオンの定量分析 非晶質合金Aのメッキ浴と同様な組成浴に、更にヒドロ
キノン(還元剤)0.2g/を添加した。このメッキ浴に
ついて(株)島津製作所製キャピラリ等速電気泳動分析
装置IP−3AD型でイオンの定量分析を行った。このメッ
キ浴(a)と、このメッキ浴の電析後(b)の結果を、
表1に定量分析、第2図、第3図に測定チャートで示
す。結果から、このメッキ浴には次亜リン酸及び3価の
鉄イオンの存在しないことがわかる。
(実施例3) 非晶質合金膜Bの製膜 塩化鉄(II)11.9g/、硫酸コバルト(II)264.3g/
、亜リン酸164g/(2mol/)、ホウ酸6.2g/およ
びヒドロキノン(還元剤)0.2g/を含有する水溶液をp
H1.3に調整し、電流密度0.05A/cm2にて電析を行った。
電析時間は2分間で、約2μmの薄膜を電極から剥離し
た。ピンホールもなく柔軟性に優れた箔が得られた。X
線回折の結果から非晶質であることがわかった。
得られた非晶質合金膜BをAと同様に定量分析した結
果、原子数比で Fe:Co:P=4.5:75.2:20.3(at%) の結果を得た。この時の鉄およびコバルトの含有原子数
比は約6:94であり、また非晶質合金膜Aに比べ多くのリ
ンを含んでいた。
(実施例4) 非晶質合金膜Cの製膜 非晶質合金膜Bのメッキ浴へ硫酸ニッケル23.2g/とな
るように添加して、同様の条件で電析を行った。得られ
たものの定量分析を行った結果、原子数比で Fe:Co:Ni:P=4.3:69.1:10.1:16.5(at%) の結果を得た。
(実施例5) 非晶質合金膜Dの製膜 塩化鉄(II)11.9g/、硫酸コバルト(II)264.3g/
、ホウ酸6.2g/、及び亜リン酸ナトリウム126.0g/
を含有する水溶液をpH1.3に調整し、電流密度0.05A/cm2
にて電析を行った。X線回折の結果、非晶質化してい
た。定量分析の結果は、原子数比で、 Fe:Co:P=4.9:78.1:17.0(at%) の結果を得た。
(比較例1) 塩化鉄(II)11.9g/、硫酸コバルト(II)264.3g/
、ホウ酸6.2g/、及び次亜リン酸ナトリウム31.8g/
(0.3mol/)をpH1.3に調整し、電流密度0.05A/cm2
にて電析を行った。第4図に析出物の電極上の表面写真
を示す。製膜性が悪く単離した膜として取り出せなかっ
た。析出片を電極から剥ぎ取り、定量分析を行った結果
原子数比で Fe:Co:P=4.7:75.8:15.0(at%) の結果を得た。
(比較例2) 非晶質合金膜Eの製膜 塩化鉄(II)11.9g/、硫酸コバルト(II)264.3g/
、ホウ酸6.2g/、及び次亜リン酸ナトリウム10.6g/
(0.1mol/)をpH1.3に調整し、電流密度0.05A/cm2
で電析を行った。電析時間は8分間で厚さ7μmの薄膜
を得た。定量分析の結果、原子数比で Fe:Co:P=4.4:84.1:11.5(at%) であった。
(実施例6) 透磁率の測定 直径10φ、長さ2cmの中空プラスチックボビン1に0.2φ
のエナメル線で2次コイル3を内側に、1次コイル2を
外側にそれぞれ80回巻いた。それを4個作成し直列に配
線した後、第5図のように配置した。また、空芯の誘導
起電力を消去するため別にコイルを巻いて配線した。発
振器(4)より1KHzの交流電流を1次コイルに流し、2
次コイルの誘導起電力を電圧計(オシロスコープ)5を
用いて測定した。なお、透磁率は次式により算出した。
ここで、H:磁化力、B:磁束密度、μ:透磁率、N:コイル
巻数(80×4)、I:1次コイル電流、L:磁路長(12c
m)、E:2次コイル誘起電圧(ピーク値)、f:周波数(10
00Hz)、A:試料断面積(cm2) 試料6は、非晶質合金膜AおよびEについて巾5mm、長
さ4cmに切断し、内径6mmのガラス管にコイルを80ターン
巻き、電流を5A流した磁場中に試料を挿入し、窒素雰囲
気中で200℃、5分間熱処理した。この試料4枚をプラ
スチックボビンにそれぞれ挿入し、閉磁路を形成するよ
うに端を重ね合せた。
結果を表2に示す。亜リン酸を用いた非晶質合金膜Aは
透磁率が高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1非晶質合金AのX線回折チャート、 第2図及び第3図は実施例4の電析後(b)のキャピラ
リ等速電気泳動チャート(それぞれ亜リン酸の分析及び
鉄、コバルトの分析)、 第4図は次亜リン酸ナトリウムを用いたメッキ浴からの
電析表面の金属組織写真、 第5図は透磁率測定回路の模式図である。 1……ボビン、2……1次コイル、 3……2次コイル、4……発振器、 5……電圧計、6……試料。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2価のコバルトイオン、2価の
    鉄イオン、及び亜リン酸及び/又は亜リン酸塩を含む酸
    性メッキ浴にて電析し、Fe/(Co+Fe)が0.1〜20at%、
    P含有量3〜30at%を主成分とする非晶質合金を電析す
    ることを特徴とする非晶質合金の製法。
  2. 【請求項2】メッキ浴として還元剤又は錯化剤の少なく
    とも1種を含むメッキ浴を用いる請求項第1項記載の非
    晶質合金の製法。
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