JPS61558A - 高い温度における増強されたac磁気特性をもつ非晶質合金 - Google Patents

高い温度における増強されたac磁気特性をもつ非晶質合金

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JPS61558A
JPS61558A JP60111300A JP11130085A JPS61558A JP S61558 A JPS61558 A JP S61558A JP 60111300 A JP60111300 A JP 60111300A JP 11130085 A JP11130085 A JP 11130085A JP S61558 A JPS61558 A JP S61558A
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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】 本発明は非晶質合金組成物、特に鉄、ケイ素およびホウ
素を含む、高い温度で増強されたAC磁性をもり非晶質
合金に関する。
研究によシ%足の合金組成物力・ら固体夛ト晶負材料が
侮られることが示された。非晶質材料をお実質的に広範
囲の原子秩序をもたず、幅広い強度極大よシなるX線回
折図によって特色づけられる。このような図は液体また
は普通の窓ガラスの回折図と性質が類似する。これは鋭
く狭い強度極大よシなる回折図を生じる結晶質材料と対
照的である。
これらの非晶質材料は準安定状態にある。十分に高い温
度に加熱すると、これらは結晶化熱を放出して結晶化し
、X#i1回折図は非晶質の特性をもつものから結晶質
の特性をもつものに変化する。
新しい非晶質合金がり、s、チェノおよびり、E。
ボークにより米山特許第385fi513号明細書(1
974年12月24日発行)に示されている。
これらの非晶質合金は式MaYbZoをもち、この式中
Mは鉄、ニッケル、コバルト、クロムおよびバナジウム
の群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、Yはリ
ン、ホウ素および縦索よシなる群から選はれる少なくと
も1種の元系でア夛、2はアルミニウム、アンチモン、
ベリリウム、ゲルマニウム、インジウム、スズおよびケ
イ素よルなる群から選はれる少なくとも1種の元系でり
り、1.1は約60〜90原子%でl、′b@は約10
〜30原子%であり、“c”は約0.1〜15原子%で
ある。これらの非晶質合金はリボン、シート、線材、粉
末などの形で広範な用途に適していることが認められた
。チェノおよびボークの特許には式TiXjの式をもつ
非晶質合金も示されておシ、この式中Tは少なくとも1
種のM移金属であり、Xはアルミニウム、アンチモン、
ベリリウム、ホウ素、ゲルマニウム、炭素、インジウム
、リン、ケイ素およびスズよりなる群から選ばれる少な
くとも1種の元素であり、Jlは約70〜87原子%で
あり、Jlは約13〜30原子%である。これらの非晶
’J金合金線材に適していることが認められた。
米国特許第4,30Q950号明細書には本質的にホウ
素12〜15%、ケイ素1〜8%および鉄80〜84%
(原子%)からなる非晶質合金が示されている。これら
の合金は比較的低い結晶化温度およびキュリー流度(す
なわち400℃以下)を示す。そのためその磁性は長期
間の加熱時効処埋によシ実質的に低下し、これらの合金
の誘導水準は高い温度では比較的低い。従ってこれらの
合金は操作温度がしばしば100℃を越える電源磁性体
用(power magnetics applica
tion)としては十分に適したものではない。
欧州特許出願第015831号明細書(1983年3月
28日出願)にはホウ素4〜10%、ケイ素14〜17
%および鉄73〜80%(原子%)、ならびにけ随する
不純物よシなる非晶質合金が示されている。これらの合
金は高い励磁電力(たとえば60Hzおよび1.4Tに
おいて3〜5VA/kli+程度)を示し、低い励磁力
を要求する電源磁性体用としては十分に適さない。
欧州特許出願第09へ803号明細書(1983年3月
28日出願)にはホウ素6〜10%、ケイ素14〜17
%およびクロム1〜4%(JJA子%)よシなり、付随
する不純物以上を富まず、残部が−鉄である非晶質合金
が示され罰いる。これらのクロム官有合金は比較的低い
固有飽和誘導および比較的低いキュリ一温度を有し、高
い温度、高易導用には不適当である。
米国特許第4.437.907号明細書にはケイ素8〜
19%、ホウ素6〜13%、炭素0〜3.5%および鉄
74〜80%(原子%)からなシ、付随する不純物を含
む非晶質合金が示されている。これらの合金は低い結晶
化温度(たとえは515℃以下)を示し、従って電源磁
性体用には十分に適当ではない。
欧州特許出願第QO5a269号明細畳(1981年5
月8日)には本質的にホウ素12〜16%、ケイ素5〜
10%および鉄77〜80%(原子%)からなシ、目隠
する不純物以上を含まない非晶質合金が示されている。
そこには、高い温度における増強された誘導および長期
間にわたる熱安定性を示す合金に関しては記述されてい
ない。
上記の非晶質合金が見出された時点では、それらは当時
知られていた多結晶質合金よシも優れた磁性を示した。
それにもかかわらず、高い温度における改良された磁性
お上ひよシ高い熱安定性を要求する新たな用途のため、
他の合金組成物を開発する努力が必要となった。
本発明によれは、少なくとも90%は非晶質でるり、本
質的に式Fe aS i bB o(式中Ial、@b
wおよび“C″は原子%であってそれぞれ約79.4〜
79.8以上、6〜8以上および12〜14であり、た
だしI a I 、 @ blおよびlC1の合計は1
00である)を有する組成物よりなる合金が提供される
本発明の合金はX線回折によシ測定して少なくとも90
%は非晶質であり、好1しくは少なくとも97%が非晶
質であり、最も好ましくは100%が非晶質である。こ
れらの合金は、目的組成の溶融物を調製し、溶融合金を
急速に回転している冷却ホイール上で鋳造することによ
シ少なくとも約り05℃/秒の速度で急冷することより
なる既知の方法によって加工される。
さらに本発明は、少なくとも90%は非晶質であり、本
質的に式FeaS1bB、 (式中1 a l 、 a
 blおよび“c”は原子%であり、それぞれ約79.
4〜79.8以上、6〜8および12〜14であり、た
だし1a1、l blおよびICI  の合計は100
である)を有する組成物よりなる合金の磁性を高める方
法であって、非晶質合金を焼鈍する工程からなる方法を
提供する。
さらに本発明は、少なくとも90%は非晶y1であり、
本質的に弐F’5abibB0(式中″a I 、  
I blおよびfClは原子%であり、それぞれ約79
.4〜79.8.6〜8および12〜14であり、ただ
し1a″、@b″およびl c I  の合計は100
である)を有する組成物よりなる合金からなる、電磁デ
バイス用コアーKl供する。
本発明の合金は約100〜150℃の温度で改善された
AC磁性を示す。従ってこれらの合金は電力変成器、航
空機用変成器、電流変成器、高周波数変成器(たとえは
約400 Hzから100KHz  に及ぶ操作周波数
をもつ変成器)、スイッチコアー、高利得磁気増幅器、
および低周波インバータに使用するのに特に適している
本発明は以下の詳細な記述および添付の図面を8照する
とよシ十分に理解され、かつ他の利点も明らかになるで
あろう。
第1図は本発明の範囲内および範囲外の合金について熱
安定性(すなわち鉄含量の関数としての1.4T/60
Hzの励磁電力の変化(%)を比較したグラフであり、 第2図は本発明の範囲内および範囲外の合金について鉄
含量の関数としての飽和誘導(すなわち8000A/m
および100℃で測定した誘導)を比較したグラフであ
る。
本発明による新規な非晶%Fθ−8i−B 合金の組成
は、鉄約79.4〜79.8原子%以上、ケイ素6〜8
原子%、およびホウ素12〜14原子%よりなる。この
種の組成物は鳥い温度で増強されたAC磁性を示す。こ
れらの改良された磁性は高い磁化、低いコアー損および
低い電圧電流要求により証明され、これらは約100〜
150℃の範囲の温度で一定かつ安定である。上記範囲
内で好ましい組成物は鉄79.5原子%、ホウ素13原
子%からなり、残部はケイ素である。
本発明の合金は、少なくとも約90%が非晶質であり、
好ましくは少なくとも約97%が非晶質であり、最も好
ましくは100%が非晶質である。
より大きな容量%の非晶質制料をもつ合金はど磁性が改
善される。非晶質材料の容量%はX線回折により測定す
ることが好都合である。
これらの非晶質合金は溶融物を約105〜bすべての材
料の純度は商業上普通に見られるものである。スプラッ
ト急冷による金属箔、および迅速急冷による連続リボン
、線材、シートなどの加工には種々の技術が用いられる
。一般に特定の組成を選び、必要な元素の(または分解
してこれらの元素を生成する材料、たとえはフェロボロ
ン、フェロシリコンなどの)粉末またはグラニユールを
希望する割合で溶融し、均質化し、この溶融合金を冷却
面、たとえは回転シリンダー上で迅速に急冷する。
本発明の合金を含む連続金属ストリップを加工するだめ
の最も好ましい方法は米国特許第4,142,571号
明細舎(ナラシマン、Nara −θimhan)  
に示されるものである。このナラシマン特許(参考のた
めここに引用する)には溶融合金を移動している冷却体
の表面に析出させることにより連続金属ストリップを形
成する方法が示されている。この方法はfat冷却体の
底面を縦方向に約100〜約2000m1分の一定のあ
らかじめ定められた速度で、該表面に近接してリップと
表面の間隙が約0.03〜約1朋となる位置にある一対
の一般に平行なリップにより定められるスロットNノズ
ルのオリフィスを越えて移動させ、オリフィスは一般に
冷却体の移動方向に対して直角に配置され、そして(b
l溶融金属液流をノズルのオリフィスを通して移動して
いる冷却体の表面と接触させ、金属をそこで固化させて
連続ストリップをル成させる工程からなる。好ましくは
ノズルスロットは約0.34〜1羽の幅をもち、第1リ
ツプはこのスロットの幅と少なくとも等しい幅をもち、
第2リツプはスロット幅の約1.5〜3倍の幅をもち、
ナラシマン法によシ製造される非晶質金属ストリップは
少なくとも約7im、好ましくは少なくとも約3cIr
LO幅をもつ。ストリップは少なくとも0.02mmの
厚さであるが、用いる合金の融点、固化性および結晶性
に応じて約0.14iiまたはこれ以上の厚さであって
もよい。
本発明の合金は但い融点および高い適冷(under−
cooling)を示すので、他の鉄系金属ガラスと比
較して改良された加工性をもつ。
本発明合金の磁性を合金の焼鈍により高めることができ
る。焼鈍の方法は一般に、応力を除くのに十分であり、
ただし結晶化を開始させるのに要求されるよりも低い温
度に合金を加熱し、合金を冷却し、加熱および冷却中に
合金VC磁場を与えることよりなる。一般に約340〜
440℃の温度が加熱に際して用いられる。約0.5〜
bの冷却速度範囲が用いられ、約1〜b 速度が好ましい。
上記のように本発明の合金は改良された磁性(特によシ
高い飽和誘導)を示し、これは先行技術による合金か示
す最高125℃よりもむしろ約100〜約150℃の温
度において安定である。
本発明合金の温度安定性が増大したことにより、これら
を高温における用途、たとえFi電力を居住地または商
業的な消費者に配分するための変圧器のコアーとして用
いることができる。
より詳細には上記のFe−B−8i  組成物について
は、焼鈍条件を適切に選ぶことによ4Miれた損失特性
および励磁電力特性を達成することができへ損失特性お
よび励磁電力特性を別としても、他の2基準、すなわち
高い温度における飽和誘導、および熱安定性は電源磁性
体としての用途にとってきわめて重大であり、最適なも
のでなけれはならない。
高い温度における飽和誘導は100℃でB8000A/
mを測定することにより概算することができる。第2図
は本発明の範囲内および範囲外のFB−E−Si  含
有合金について鉄含量の関数としての飽和誘導(すなわ
ちB 8000A/mおよび100℃で測定した訪4)
からなるグラフであシ       る。第2図に示す
ように、約79.4JjA子%以上の鉄を含有する合金
に関する100℃における飽和誘導は79.4%よシも
低い鉄含量をもつものよりも約1%高い。損失評価の観
点からは、高込温度における操作誘導のこの利得により
変成器の寸法が縮小され、電源磁性体ファー材料として
の非晶質合金の固有値が著しく高められる。
広範な熱安定性は“急速固化した材料の化学および物理
学1に関するシンポジウム(ミズーリ州セントルイスで
1982年10月26−27日にA工ME金属学会によ
り開催)の議事録中でダックらによシ論しられた促進時
効処理により概算することができる。促進時効処理は、
普通の操作温度よりも高い温度に暴露された原型コアー
の重要な軟質磁性の変化(すなわち1.4T/60Hz
におけるVAの変化%)を推定し、この特性の変化?操
作温度にまで外挿することよりなる。第1図は本発明の
範囲内および範囲外のに’e−B−8i  含有合金に
つき促進時効(すなわち熱安定性)挙動(すなわち鉄含
量の関数としての1.4T/60Hzの励磁電力の変化
%)を比較したグラフである。
時効処理は240℃で2200時間行われた。第1図に
示すように約79.8原子%以上の鉄を含有する合金は
励磁電力が実質的に増大した(すなわち著しく時効処理
された)。有利なことに、約79.4〜79.8以上の
鉄含量をもつ本発明の範囲内の合金については、高い温
度における飽和誘導および熱安定性が同時に最適化され
た。
本発明合金からなるコアーを電磁デバイス、たとえば変
成器に用いた場合、これらはきわめて高い磁化、低いコ
アー損、および低い電圧電流要求を示し、従って電磁デ
バイスのより効果的な操作が行われる。コアーを循環す
る渦電流の結果磁気コアーに生じるエネルギー損失のた
め、エネルギーが熱の形で消失する。本発明合金から作
成したコアーは操作に必要な電気エネルギーがより少な
く、生じる熱が少ない。変成器コアーを冷却するために
冷却装置を必要とする用途、たとえば航空機の変成器お
よび大型の電力変成器においては、本発明合金から作成
されたコアーにより発生するいっそう少ない熱量を除去
するために必要な冷却装置がいっそう少ないのでさらに
節約が実机される。さらに本発明合金から作成されたコ
アーの著しく高い磁化および高い効率により、一定の容
量定格につき基量の少ないコアーが得られる。
本発明をより良く理解するために下記の例を提示する。
本発明の原理および実際を説明するために示された特定
の手法、条件、材料、割合および報告したデータは例示
であり、本発明の範囲を限定するものと解すべきではな
い。
実施例 鉄、ケイ素およびホウ素を含有する各種組成の合金リボ
ン(幅0.0254m)約0.030ゆをそれぞれ0.
0397mおよび0.0445mの内径および外径をも
つステアタイト製コアー上に巻きつけることにより円環
状の試料を作成した。高温用マノネット1150回を円
環上に巻きつけて、焼鈍ノタメに795.8A/mのQ
 C,円周磁場を与えた。試料を不活性ガス雰囲気中で
340〜440℃の温度で2時間焼鈍し、加熱および冷
却に際して795.8A/mの磁場を与え又各組成物に
つき最適の磁場焼鈍乗件を決矩した。各組成物につき最
適な磁場焼鈍条件はコアーの励磁電力が最低になる条件
である。試料は約り0℃/分の速度で冷却された。
試料のAC磁性、すなわちt力損失(W/に9)お!ぴ
励mW、力(RMS  ’MA/に!V)11波継60
Hzおよび磁気の強さ1.4テス2において正弦畑束法
により測定した。
本発明の範囲内の各種合金組成物につき&堝焼鈍したA
Ci気の値を表1に示す。
表1 本発明の範囲内の非晶質合金に関する Fe   B   Si 電力損失原典電力 電力損失
版輯地力例(i 子%)   (W#) (VAAli
’) (W#) (VAAg)1 79.4 13.5
 7.1 0.217 0.4170.198 0.4
292 79.5 13  7.5 0.220 0.
3310.221 0.3123 79.6 13  
7.4 0.218 0.321 0.203 0.3
174 79.8 12.5 7.7 0.236 0
.3270.255 0.3615 79.8 14 
 6.2 0.218 0.3830.239 0.4
376 79.8 13.5 6.7 0.248 0
.4180.271 0.467比較のため本発明の範
囲外にある若干の非晶質合金の組成およびそれらの磁場
焼鈍したAClil定値を表■に示す。これらの合金は
本発明の範囲内のものと対照的に室温および100℃で
より高いコアー損およびより高い電圧を流要Xをもつ。
表■ 本発明の範囲に含まれない非晶質合金に開側(原子% 
)    (W#) (MA/に9) (W#) (V
A#)7 7.8 13 9 0.2631.03 0
.2571.118 78.41110.60.381
2.91 0.4273.339 78.812.58
.70.2010.798 0.2170.81310
 79 13 8 0.2100.637 0.201
0.6411179゜213 7.80.2200.6
01 0.2130.58312 80 11 9 0
.3901.77 0.3392.30高い温度におけ
る本発明の合成組成物の改善された飽和誘導を説明する
ために、表1からの試料1〜6をさらに8000A/m
の駆動磁場で100℃において励i−することによシ試
販した。こうして試験された合金の改良された飽和誘導
を表mに示す。
表■ 組成 F’e   、B   Si     飽和誘導(T)
=179.413.57.1  1.50279.51
37.5  1.51 379.6137.4  1.51 479.812.57.7  1.51579.814
6.2  1.51 679.813.56.7  1.51比較のため、本
発明の範囲外の非晶質合金若干の組成、ならびに800
0A/mの駆動磁場および100℃におけるそれらの飽
和誘導測足値を表■に示す。
衣 ■ 本発明の範囲外の非晶貸合金の胞和誘導組成 Fe   B   Si     飽和誘導(T)ニア
 78 13 9  1.47 878.411 10.6  1.48978.812
.58.7  1.501079 13 8  1.5
0 1179.213 7.8  1.501280 11
 9  1.49 以上、本発明をかなり詳細に記述したが、これらの詳述
に厳密に従う必要はなく、当業渚にはさらに変更および
修正をなしうろことが自明であり、これらはすべて特許
請求の範囲によシ定められる本発明の範囲に含まねる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の範囲内および範囲外の合金について熱
安定性(すなわち鉄含量の関数としての1.4T/60
Hzの励磁電力の変化(%′I を比較したグラフであ
り、 第2図は本発明の範囲内および範囲外の合金について鉄
含量の関数としての飽和誘導(すなわち8000A/m
および100℃で測定した誘導)を比較したグラフであ
る。 特許出願人  アライド・コーポレーション(外5名) 4’ah@町BF1000 A’nq)ioo’ご

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも90%は非晶質であり、本質的に式F
    e_aSi_bB_c(式中“a”、“b”および“c
    ”は原子%であつてそれぞれ約79.4〜79.8、6
    〜8、および12〜14であり、ただし“a”、“b”
    および“c”の合計は100である)を有する組成物よ
    りなる合金であつて、該合金が0.3W/kg以下の電
    力損失および1VA/kg以下の励振電力を有し、これ
    ら電力損失および励振電力が60Hzおよび1.4Tで
    100℃において測定されたものである合金。
  2. (2)合金が少なくとも約97%非晶質である、特許請
    求の範囲第1項に記載の非晶質合金。
  3. (3)合金が100%非晶質である、特許請求の範囲第
    1項に記載の非晶質合金。
  4. (4)“a”および“c”がそれぞれ79.3〜79.
    7および13であり、残部がケイ素である、特許請求の
    範囲第1項に記載の非晶質合金。
  5. (5)合金が100℃および駆動磁場8000A/mに
    おいて少なくとも1.50Tの誘導を有する、特許請求
    の範囲第1項に記載の合金。
  6. (6)少なくとも90%は非晶質であり、本質的に式)
    Fe_aSi_bB_c(式中“a”、“b”および“
    c”は原子%であつてそれぞれ約79.4〜79.8、
    6〜8、および12〜14であり、ただし“a”“b”
    および“c”の合計は100である)を有する組成から
    なる合金の磁気特性を高める方法であつて、該合金を焼
    鈍する工程からなる方法。
  7. (7)焼鈍が 応力を除去するのに十分であり、ただし結晶化を開始す
    るのに必要であるよりも低い温度に合金を加熱し; 合金を約0.5℃/分〜75℃/分の速度で冷却し;そ
    して 上記の加熱および冷却に際して合金に磁場を与える 工程からなる、特許請求の範囲第6項に記載の方法。
  8. (8)合金を加熱する温度範囲が約340〜440℃で
    ある、特許請求の範囲第7項に記載の方法。
  9. (9)焼鈍工程が 合金を約340〜440℃の範囲の温度に加熱し;合金
    を約1℃/分〜16℃/分の速度で冷却し;そして上記
    の加熱および冷却に際して合金に磁場を与える ことよりなる、特許請求の範囲第6項に記載の方法。
  10. (10)少なくとも90%は非晶質でありかつ本質的に
    式Fe_aSi_bB_c(式中“a”、“b”をおよ
    び“c”は原子%であつてそれぞれ約79.4〜79.
    8、6〜8、および12〜14であり、ただし“a”、
    “b”および“c”の合計は100である)を有する組
    成物よりなる合金であつて、該合金が(a)冷却体の表
    面を縦方向に、約100〜約2000m/分の一定のあ
    らかじめ定められた速度で、該表面に近接してリップと
    前記表面との間隙が約0.03〜約1mmとなる位置に
    ある一対の一般に平行なリップにより定められるノズル
    スロットのオリフィスの位置を通過せしめて移動させ、
    オリフィスは一般に冷却体の移動方向に対して直角に配
    置され、(b)溶融金属液流をノズルのオリフィスを通
    過させて移動している冷却体の表面と接触させ、金属を
    そこで固化させて連続ストリップを形成させ、そして(
    c)合金を焼鈍してその電力損失および励振電力を改善
    し、電力損失が0.3W/kg以下となり、励振電力が
    1VA/kg以下となる(これら電力損失および励振電
    力は60Hzおよび1.4Tで100℃において測定さ
    れる)工程からなる方法により製造されるものである合
    金。
JP60111300A 1984-05-23 1985-05-23 高い温度における増強されたac磁気特性をもつ非晶質合金 Granted JPS61558A (ja)

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