JPH09256122A - Fe系非晶質合金 - Google Patents

Fe系非晶質合金

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JPH09256122A
JPH09256122A JP8062472A JP6247296A JPH09256122A JP H09256122 A JPH09256122 A JP H09256122A JP 8062472 A JP8062472 A JP 8062472A JP 6247296 A JP6247296 A JP 6247296A JP H09256122 A JPH09256122 A JP H09256122A
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JP
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amorphous
alloy
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amorphous alloy
less
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JP8062472A
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Akihisa Inoue
明久 井上
Akira Murakami
亮 村上
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Unitika Ltd
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Unitika Ltd
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C45/00Amorphous alloys
    • C22C45/02Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15308Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた非晶質形成能を有し、かつ50K以上
の過冷却液体領域を示すFe系非晶質合金を提供する。 【解決手段】 原子%による組成式が、Fe
100-a-b-c-d-e-f Ala Gab cd e Sif (式
中、4≦a≦6、1≦b≦3、9≦c≦12、5≦d≦
7、3≦e≦5及び0.25≦f≦4を満足する)で示
される組成からなることを特徴とするFe系非晶質合
金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質形成能に優
れ、かつ広い過冷却液体領域を示すFe系非晶質合金に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶融状態の合金を急冷することにより、
薄帯状、細線状、粉粒体状など種々の形状を有する非晶
質合金が得られることはよく知られている。そして、こ
れまでにFe系、Co系、Ti系、Zr系及びAl系等
の合金系において数多くの非晶質合金が見出されてい
る。中でも、Fe系の非晶質合金は優れた軟磁気特性を
有し、かつ、高強度で高い熱的安定性を示すことから、
新しい磁性材料としてトランス材料への応用を初めとす
る種々の産業分野への応用展開がなされている。
【0003】しかしながら、従来のFe系非晶質合金
は、非晶質形成能が十分でなく、臨界冷却速度が高いた
めに、厚さが60μm以下の薄帯形状や、直径が150
μm以下の細線形状、あるいは粒径が100μm以下の
粉末形状のみに限られ、工業的に用途が限定されてい
た。一方、特開平5−245597号公報や特開平5−
253656号公報には、金型を用いる鋳造法(以下、
金型鋳造法と称す)が提案されており、Fe系非晶質合
金の鋳造材を得る方法が開示されているが、従来のFe
−Si−B系やFe−P−C系合金では、肉厚のバルク
状非晶質材が得られず、Fe系非晶質合金の応用開発の
障害となっていた。
【0004】このような背景から、近年、優れた非晶質
形成能を有するFe系合金の探索がなされ、50K以上
の広い過冷却液体領域を示すFe72Al5 Ga2 11
6 4 の組成式を有する合金が見い出された(Material
s Transactions, JIM, Vol36,No.9(1995),p1180 〜1183
参照)。この合金は、優れた非晶質形成能に加えて、優
れた軟磁気特性や熱的安定性も示すことから、機能性非
晶質合金バルク材への応用が期待されるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者らが
特開平5−245597号公報に開示された金型鋳造法
により、上記Fe72Al5 Ga2 116 4 合金の
1.5mm以上の肉厚を有する鋳造材を作製すると、非
晶質形成能が十分でなく、非晶質単相のものを得ること
ができなかった。したがって、より優れた非晶質形成能
を有し、1.5mm以上の肉厚を有するバルク状非晶質
合金の作製が可能となるようなFe系非晶質合金の開発
が望まれていた。また、優れた非晶質形成能に加えて、
50K以上の広い過冷却液体領域を示すことは、非晶質
合金の加工性を損なわないために必要であり、このよう
な観点からFe72Al5 Ga2 116 4 合金を凌ぐ
非晶質形成能を有し、かつ広い過冷却液体領域を示すF
e系非晶質合金の開発が望まれていた。本発明は、優れ
た非晶質形成能を有し、かつ50K以上の過冷却液体領
域を示すFe系非晶質合金を提供することを目的とする
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決するために鋭意検討の結果、特定の組成範
囲のFe−Al−Ga−P−C−B系合金に特定量のS
iを添加することにより、Fe72Al5 Ga2 116
4 からなる合金を凌ぐ優れた非晶質形成能を有し、か
つ50K以上の過冷却液体領域を示すFe系非晶質合金
が得られることを見出し、本発明に到達した。すなわ
ち、本発明は、原子%による組成式が、Fe
100-a-b-c-d-e-f Ala Gab c d e Sif (式
中、4≦a≦6、1≦b≦3、9≦c≦12、5≦d≦
7、3≦e≦5及び0.25≦f≦4を満足する)で示
される組成からなることを特徴とするFe系非晶質合金
を要旨とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、優れた非晶質形成能を有し、かつ5
0K以上の過冷却液体領域を示すFe系非晶質合金を得
るために、Fe−Al−Ga−P−C−B−Si合金の
各合金元素の組成範囲を以下のように限定することが必
要である。本発明のFe系非晶質合金においては、Al
の含有量が4原子%以上6原子%以下であることが必要
であり、好ましくは4.5原子%以上5.5原子%以下
である。Alの含有量が4原子%未満の場合、あるいは
6原子%を越える場合には、非晶質形成能が低下し、金
型鋳造法を用いても1.5mm以上の肉厚の鋳造材にお
いて非晶質単相が得られなくなる。また、Gaの含有量
が1原子%以上3原子%以下であることが必要であり、
好ましくは1.5原子%以上2.5原子%以下である。
Gaの含有量が1原子%未満の場合、あるいは3原子%
を越える場合には、非晶質形成能が低下し、金型鋳造法
を用いても1.5mm以上の肉厚の鋳造材において非晶
質単相が得られなくなる。
【0008】さらに、本発明のFe系非晶質合金におい
ては、Pの含有量が9原子%以上12原子%以下である
ことが必要であり、好ましくは10原子%以上11原子
%以下である。Pの含有量が9原子%未満の場合、ある
いは12原子%を越える場合には、非晶質形成能が低下
し、金型鋳造法を用いても1.5mm以上の肉厚の鋳造
材において非晶質単相が得られなくなる。また、Cの含
有量が5原子%以上7原子%以下であることが必要であ
り、好ましくは5.5原子%以上6.5原子%以下であ
る。Cの含有量が5原子%未満の場合、あるいは7原子
%を越える場合には、非晶質形成能が低下し、金型鋳造
法を用いても1.5mm以上の肉厚の鋳造材において非
晶質単相が得られなくなる。
【0009】さらに、本発明のFe系非晶質合金におい
ては、Bの含有量が3原子%以上5原子%以下であるこ
とが必要であり、好ましくは3.5原子%以上4.5原
子%以下である。Bの含有量が3原子%未満の場合、あ
るいは5原子%を越える場合には、非晶質形成能が低下
し、金型鋳造法を用いても1.5mm以上の肉厚の鋳造
材において非晶質単相が得られなくなる。また、Siの
含有量が0.25原子%以上4原子%以下であることが
必要であり、好ましくは、0.5原子%以上3原子%以
下である。Siの含有量が0.25原子%未満の場合、
あるいは4原子%を越える場合には、非晶質形成能が低
下し、金型鋳造法を用いても1.5mm以上の肉厚の鋳
造材において非晶質単相が得られなくなる。なお、本発
明のFe系非晶質合金は、優れた非晶質形成能を有し、
かつ50K以上の過冷却液体領域を示す範囲において、
5原子%以下のCo、Cr、Mo及びNbを添加元素と
して含んでいてもよい。
【0010】本発明のFe系非晶質合金は、非晶質形成
能に優れており、103 K/s程度の冷却速度が得られ
る金型鋳造法において容易に肉厚が1.5mm以上の非
晶質鋳造材が得られるものである。なお、金型鋳造法を
用いる場合には、孔径0.5〜1.0mmの石英製ノズ
ルを用い、真空又はアルゴン減圧雰囲気下で合金をノズ
ル中で溶解した後、銅製の金型に噴出圧0.1〜2.0
kg/cm2 で噴出させ金型中で凝固させることによ
り、鋳物厚さ1.5mm以上の非晶質バルク材を容易に
得ることができる。
【0011】また、本発明のFe系非晶質合金は、50
K以上の過冷却液体領域を示し、過冷却液体状態を利用
した加工法において優れた加工性を有するものである。
なお、本発明における過冷却液体領域とは、昇温速度2
0〜40K/分において示差走査熱量分析により得られ
るガラス転移温度(Tg)と結晶化温度(Tx)の差
(Tg−Tx)で定義されるものである。本発明におけ
るFe系非晶質合金は、0.9T以上の飽和磁束密度を
有する磁性材料であり、300〜460℃の温度範囲で
結晶化が生じないような時間範囲を選択して熱処理を行
うことにより、優れた軟磁気特性を有する材料を得るこ
とができる。
【0012】さらに、本発明のFe系非晶質合金は、優
れた非晶質形成能を示すため、単ロール法、双ロール
法、回転液中紡糸法、ガスアトマイズ法等の従来から用
いられている生産性に優れた液体急冷法を用いて製造す
ることも容易である。例えば、非晶質合金の代表的な製
造方法として知られる単ロール法においては、合金を石
英管中、アルゴン雰囲気下で溶融した後、孔径0.1〜
1.0mmの石英製ノズルを用い、真空又はアルゴン雰
囲気下、1000〜4000rpmで回転している直径
20cm程度の銅ロール上に噴出圧0.1〜2.0kg
/cm2 で噴出させ、急冷凝固させることにより得るこ
とができる。
【0013】
【実施例】次に、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。 実施例1〜12、比較例1〜12 表1に示す各種組成からなる合金を、孔径0.5mmの
石英ノズル中で溶解した後、この溶融金属をアルゴン減
圧雰囲気下で銅鋳型内に噴出圧0.5kg/cm2 で噴
出させ、急冷凝固させて直径1.5mm、高さ50mm
の円柱試料を作製した。次に、作製したそれぞれの試料
について、組織の同定及び過冷却液体領域の温度幅(△
Tx)の測定を行った。なお、組織の同定については、
X線回折法により非晶質相特有のハローパターンが得ら
れた状態を非晶質と判定し、非晶質と結晶質相が混在す
る状態を結晶質と判定した。過冷却液体領域の温度幅
(△Tx)は、昇温速度40K/分で示差走査熱量分析
により得られるガラス転移温度(Tg)と結晶化温度
(Tx)の差(Tx−Tg)を測定することにより求め
た。なお、組織の同定より結晶質と判定されたものにつ
いては、示差走査熱量分析を行わなかった。表1に作製
された試料の過冷却液体領域の温度幅(△Tx)及び組
織を示す。
【0014】表1より明らかなように、実施例1〜12
は、いずれも非晶質単相からなる直径1.5mm、高さ
50mmの円柱試料が作製されていた。また、過冷却液
体として存在できる温度域、すなわち過冷却液体領域も
いずれの合金においても50K以上と非常に広い温度範
囲を示す非晶質合金であった。これに対し、比較例1〜
12は、本発明の組成範囲外の合金であり、非晶質形成
能が十分でなく、金型鋳造法を用いた場合、いずれも結
晶質相を含む直径1.5mmの円柱試料になっており、
非晶質単相合金が作製できなかった。
【0015】
【表1】
【0016】実施例13 Fe72Al5 Ga2 106 4 Si1 からなる合金
を、孔径0.5mmの石英製ノズル中で溶解した後、こ
の溶融金属をアルゴン減圧雰囲気下で銅鋳型内に噴出圧
0.5kg/cm2 で噴出させ、急冷凝固させて直径2
mm、高さ50mmの円柱試料を作製した。次に、実施
例1〜12と同様に、組織の同定及び過冷却液体領域の
温度幅の測定を行った。その結果、作製された直径2m
mの円柱試料は非晶質単相からなっており、過冷却液体
領域の温度幅は58Kと広い温度範囲であった。
【0017】
【発明の効果】本発明のFe系非晶質合金は、優れた非
晶質形成能を有する非晶質磁性材料であり、金型鋳造法
等を利用して、1.5mm以上の肉厚の非晶質合金を容
易に得ることができる。また、50K以上の過冷却液体
領域を示すため、過冷却状態を利用した加工法を適用す
ることにより、様々な形状の非晶質磁性材料が得られ、
工業用材料として実用性の高いものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子%による組成式が、Fe
    100-a-b-c-d-e-f Ala Gabc d e Sif (式
    中、4≦a≦6、1≦b≦3、9≦c≦12、5≦d≦
    7、3≦e≦5及び0.25≦f≦4を満足する)で示
    される組成からなることを特徴とするFe系非晶質合
    金。
JP8062472A 1996-03-19 1996-03-19 Fe系非晶質合金 Pending JPH09256122A (ja)

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