JPS6265403A - 非晶質合金薄帯の磁気特性改善方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、非晶質合金薄帯の磁気特性改善方法に関し
、とくに該薄帯表面に被覆する表面被膜の被成処理に工
夫を加えることによって、磁気特性とりわけ鉄損特性の
有利な改善を図ろうとするものである。

（従来の技術） Ｐａ−Ｂ−Ｓｔ系などの溶融合金を１０Ｓ〜１０ｂ℃／
秒程度の冷却速度で急冷凝固させると、板厚２０〜５０
μｍ程度の非晶質合金薄帯が得られる。このような非晶
質合金薄帯は、軟磁性に優れ、殊に掻めて低い鉄損を呈
することから、現在トランスの鉄心材料として使用され
ている方向性けい素鋼板の有力な競合材料として注目さ
れている。

ところでかかる非晶質合金薄帯は、急冷したままの状態
ではまだ十分満足いく程の磁気特性を発揮できないので
、従来は３５０〜４００℃の温度で磁場焼鈍を施し、内
部応力を解放すると共に磁気異方性を誘起させることに
よって磁気特性の改善を図っていた。

しかしながら上記の如き磁場焼鈍を施した場合、その焼
鈍過程で薄帯は詭化し、もともと応力感受性が高いこと
と相まって、とくに曲げ応力が加わった場合に鉄損の劣
化を招き易く、それ故、積みコアの作製においてはさほ
ど問題にはならないものの、トロイダルコアの巻回工程
や組立て工程においては極めて注意深い取扱いを必要と
するところに問題あった。

一方でかかる非晶質合金薄帯は、従来、眉間絶縁のため
の絶縁被膜を被成することなく裸のままで巻きコアを作
り、変圧器に組立てるのが常であり、それというのは非
晶質合金自身の高い比抵抗と薄帯の表面粗度が大きいこ
とから、積層したときの眉間抵抗が比較的高く、全損失
への影響が小さかったからである。

ところが近時、非晶質合金薄帯の製造技術の進歩に伴い
、その表面が平滑になって占積率が向上する一方で、眉
間抵抗の減少を招き、コアに加工した場合に渦流損が増
加する傾向にある。そのため最近では、渦流損ひいては
全損失の低減を図る上から、非晶質合金薄帯についても
絶縁被膜を被成させることが要求されるようになってい
た。

（発明が解決しようとする問題点） 絶縁被膜被成処理としては、けい素鋼板で用いられてい
るりん酸塩系などの絶縁コーティング処理が考えられる
が、かようなけい素鋼板用の絶縁被膜は、−ａに焼付け
に４００℃前後を要し、非晶質合金の脆化や結晶化を招
き易いことから、非晶質合金薄帯の絶縁被膜としてその
まま使用するのは好ましくない。

一方特開昭５８−１０９１７１号公報には、加熱による
非晶質合金薄帯の脆化を避けるため、電子線硬化性樹脂
被覆の使用が提案されている。しかしながらかかる有機
被膜は、眉間抵抗の向上は図り得るとしても、非晶質合
金のもつ磁気特性を十分に発揮させる上では効果がない
、とはいえ磁気特性向上のために３５０〜４００℃で磁
場焼鈍を施した場合は、前述したとおり非晶質合金の脆
化を招くだけでなく、かかる焼鈍中に有機樹脂が炭化し
、所期の目的である眉間抵抗すら維持できな（なる。

ここに非晶質合金薄帯につき、脆化を招くことなしに本
来の特性を発揮させ、しかも表面に絶縁被膜を被成して
眉間抵抗を高めることができるならば、その工業的意義
は極めて大きい。

この発明は、上記の事情に鑑み開発されたもので、非晶
質合金薄帯を加熱することなしに表面被膜を被成させ、
眉間抵抗の向上はいうまでもなく非晶質合金自身のもつ
優れた磁気特性を十分に発揮させ得る、非晶質合金薄帯
の磁気特性改善方法を提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） まずこの発明の解明経緯について説明する。

第１図に、急冷したままのＦｅ−Ｂ−３ｔ系非晶質合金
薄帯の長手方向に引張り力を作用させたときの、引張り
応力と鉄損特性との関係を示す。

同図より明らかなように、張力付加によって鉄損は著し
く低減する。

ところで非晶質合金薄帯をその長手方向に伸長させるた
めには、張力を付加することの他、とくに正の磁歪常数
をもつものについては、その長手方向に外部磁場を印加
することによって同様の目的を達成することができる。

従って薄帯の長手方向に外部磁場を印加するかまたは張
力を付加して、該薄帯を伸長させた状態で、加熱を施す
ことなしに該薄帯の表面に密着性および剛性が高い表面
被覆を施して薄帯をそのまま固定することができれば、
外部磁場および／または外部張力を解放したとしても薄
帯長手方向に張力が付与されたままの状態を保持するこ
とができ、鉄損特性の改善に極めて有利なわけである。

そこでかような要件を満足する表面処理法について研究
を重ねた結果、セラミックスを被覆材料としてイオンブ
レーティングなどによって表面被覆を施すことが、所期
した目的達成に極めて有効であることの知見を得た。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄
帯の長手方向に対し外部磁場印加の下に、該合金薄帯表
面に、蒸着法によってセラミックス薄膜を被成し、とき
にはさらに該セラミックス薄膜上に重ねて電気絶縁被膜
を形成させて成る、非晶質合金薄帯の磁気特性改善方法
である。

またこの発明は、正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄帯の
長手方向に対し外部磁場印加と共に０．１〜１０ｋｇ／
ｍｍ８の張力付加の下に、該合金薄帯の表面に、蒸着法
によってセラミックス薄膜を被成し、ときにはさらに該
セラミックス薄膜上に重ねて電気絶縁被膜を形成させて
成る、非晶質合金薄帯の磁気特性改善方法である。

この発明において蒸着法としては、真空蒸着法、イオン
ブレーティング法、スパッタリング法およびＣＶＤ法な
どがとりわけ有利に適合する。

以下この発明の基礎となった実験結果について説明する
。

Ｆｅｖ。Ｂ＋ｏＳｉ＋ｚ組成の合金溶湯から、単ロール
法によって幅：５３．厚み：３０μｍの非晶質合金薄帯
を製造した。かかる組成の急冷薄帯は、飽和磁歪λ、が
大きいため、第２図に示したように外部磁場を印加する
ことによって、伸長させることができる。

そこでこの急冷薄帯に、該薄帯の磁化が１．４Ｔ（１！
和磁化：　１．５４Ｔ　）になるような外部磁場印加の
下に、約１０−　”　ｔｏｒｒの減圧アルゴンガス中に
おいて　Ｈｏ１ｌｏｅｉ　Ｃａｔｈｏｄｅ法イオンブレ
ーティングにより、０．４μ−厚のＳｉ０ｇ膜を被成し
た。ここに処理時間はほぼ２０秒であり、かかる被成処
理によって非晶質合金が脆化することはなかった。

この絶縁薄膜付き非晶質合金薄帯を直径６ｃｌｌのトロ
イダルコアとしてから鉄損を測定したところ、５０Ｈｚ
、　１．３Ｔでの鉄損Ｗｌｌ／Ａｌｌは０．２６Ｗハｇ
であり、急冷したままの薄帯のそれが０．３３Ｗ／ｋｇ
であったのに比べて格段に優れていた。

また上記したＳｉｎ、膜のイオンブレーティングに際し
、外部磁場だけでなく２ｋｇ／ｍ”の張力付加も併用し
て得た非晶質合金薄帯について、同様の測定を試みたと
ころ、鉄損ｗ＋ｓｚｓ。は０．１９Ｗ／に＋ｒまで低減
した。

さらに上記の各薄帯に、りん酸塩系やクロム酸塩系の絶
縁被膜処理を施したところ、鉄損特性を０．０１〜０．
０３Ｗ／ｋｇ改善できると共に、耐食性や耐油性の向上
も著しかった。

この発明においては、正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄
帯を対象とする。というのは磁歪常数が０ないし負の薄
帯においては、磁場を印加しても伸長することがなく、
従って表面被膜を被成したとしても薄帯に対する張力付
与効果が期待できないからである。この発明に用いる非
晶質合金としては、たとえば２５〜３０Ｘ１０−’のよ
うな大きな飽和磁歪λＳをもつＦｅ−Ｂ−Ｓｉ系合金な
どが有利に適合する。

なお薄帯に印加する磁場の大きさは、薄帯の磁化が飽和
磁化の８０％以上となる大きさにすることが望ましい。

というのは外部磁場がそれよりも小さいと、磁性改善に
有効なほどの伸長を薄帯に付与することが難しいからで
ある。

セラミックス薄膜の被成処理法としては、薄帯を加熱す
ることなしに該薄膜が被成できればいずれでもよく、上
記したイオンブレーティングの他真空蒸着やスパッタリ
ング、ＣＶＤ法などが有利に適合することが確められて
いる。とくに電子ビーム加熱を用いた場合に高速度での
薄膜の被成が達成された。

次に被覆材料としては、５ｉｏｐ、　Ａ　Ｉ！０３＋　
Ｔｉ１ｔのような無機酸化物、ＴｉＮ、　ＺｒＮ、　５
ｉｓＮ４のような窒化物、ＴｉＣ，ＳｉＣのような炭化
物またはほう化物などのセラミックスを好適に用いるこ
とができる。

この点有機被膜や半有機被膜は剛性に欠け、薄帯に張力
を付与することができないので適合しない。

また薄帯に付加する張力の大きさは、０．１〜１０ｋｇ
　／　曹ｍ　”の範囲とする必要がある。というのは付
加張力が０．１ｋｇ／ｍ”に満たないと磁気特性の改善
への寄与が極めて小さく、一方１０ｋｇ／ｍ”を超える
と被膜の連続処理時に破断などのトラブルが発生するお
それが大きいからである。

さらに表面被膜厚については、セラミックス薄膜のみの
場合およびさらに上塗り絶縁被膜を被成した場合いずれ
においても、膜厚が０．０５μ国に満たないと充分な張
力を付与できない他、眉間抵抗が不足する等の不利があ
り、一方２μ−を超えると占積率の低下を招く点で好ま
しくないので、膜厚は０．０５〜２μｍとするのが望ま
しい。

なおセラミックス薄膜上への絶縁被膜の形成に際しては
、処理温度が３００℃を超えた場合には非晶質合金薄帯
の脆化を招くおそれが大きいので、・３００℃以下の低
温焼付けで被膜を形成することが肝要であり、かような
絶縁被膜として好適なものには、たとえばエチルシリケ
ート塗布によるシリカ被膜、アルミナゾル水溶液の塗布
によるアルミナ被膜およびりん酸塩系被膜などがある。

（作　用） 正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄帯の長手方向に外部磁
場を印加すると、薄帯の長手方向と平行に１８０°１ｉ
ｆｉ区が揃うと共に、長手方向に薄帯は伸長し、かかる
状態で薄帯表面にセラミックス薄膜を被成して薄帯を固
定することによって磁気特性の向上を図り得る。

また上記のセラミックス薄膜の被成に際し、薄帯が加熱
されることはないので、非晶質合金の脆化や結晶化が生
じるおそれはない。

さらにセラミックス薄膜を被成したことによって非晶質
合金薄帯の応力感受性は低下するので、変圧器のコアに
組立てた場合でも優れた鉄損特性が維持される。

（実施例） 実施例　１ 幅：２０１．厚み：２５ｔｔａのＦｅ４ｔＢ＊Ｓｉ＋４
非晶質合金薄帯の長手方向に、該薄帯の磁化が１．４５
Ｔ（飽和磁化：１．５３Ｔ）となる外部磁場印加の下に
、真空蒸着により０．２μｍ厚のＡ　Ｉ　、０．膜を被
成した。

得られたＡｌｚＣｈ薄膜付き非晶質合金薄帯の占積率は
８１．３％、また鉄損Ｗ　ｌ　３ｚｓ。は０．２Ｉｂｇ
であった。

ついでりん酸マグネシウム系の絶縁コーティング処理液
を塗布したのち、２５０℃で焼付けて０．３μｍ厚の絶
縁被膜を形成した。

かかる絶縁被膜の形成により、占積率は　８１．１％に
なったが、鉄損Ｗ　、　、、、。は０．１７Ｗ／ｋｇま
で低減でき、しかもかような低温焼付けによって非晶質
合金薄帯が脆化することはなかった。

なお急冷凝固後の裸のままの上記薄帯の占積率は８１．
５％＋　Ｗ＋３１５゜は０．３４紳ハｇであった。

実施例　２ 実施例１と同じ非晶質合金薄帯に、薄帯の磁化が１．４
５７となる外部磁場を印加すると共に３ｋｇ／ｎｌ”の
張力付加の下に、イオンブレーティングにより、０．３
μ■厚のＴｉｃ　＋　ＴｉＮ膜を被成した。

得られたセラミックス薄膜付き非晶質合金薄帯の占積率
は８１．４％、また鉄損Ｗ、、、、。は０．１６讐ハｇ
であった。

ついでアルミナゾルのコーティング処理液を塗布したの
ち、２００℃で焼付けて０．１５μ−厚の絶縁被膜を形
成した。

かかる絶縁被膜の形成により、Ｗ＋３／８０は０．１４
Ｗ／ｋｇまで低減された。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、非晶質合金薄帯の脆化や占
積率の低下を招くことなしに、磁気特性とくに鉄損特性
の大幅な改善を眉間抵抗の向上に併せて実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、非晶質合金薄帯に引張り力を作用させた場合
の、付加張力と鉄損Ｗ　、　！、、。との関係を示した
グラフ、 第２図は、磁歪の磁化特性を示したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄帯の長手方向に対
   し外部磁場印加の下に、該合金薄帯表面に、蒸着法によ
   つてセラミックス薄膜を破戒することを特徴とする非晶
   質合金薄帯の磁気特性改善方法。 ２、正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄帯の長手方向に対
   し外部磁場印加の下に、該合金薄帯表面に、蒸着法によ
   ってセラミックス薄膜を被成し、ついで該セラミックス
   薄膜上に重ねて電気絶縁被膜を形成させることを特徴と
   する非晶質合金薄帯の磁気特性改善方法。 ３、正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄帯の長手方向に対
   し外部磁場印加と共に０．１〜１０ｋｇ／ｍｍ＾２の張
   力付加の下に、該合金薄帯表面に、蒸着法によってセラ
   ミックス薄膜を被成することを特徴とする非晶質合金薄
   帯の磁気特性改善方法。 ４、正の磁歪常数をもつ非晶質合金薄帯の長手方向に対
   し外部磁場印加と共に０．１〜１０ｋｇ／ｍｍ＾２の張
   力付加の下に、該合金薄帯表面に、蒸着法によってセラ
   ミックス薄膜を被成し、ついで該セラミックス薄膜上に
   重ねて電気絶縁被膜を形成させることを特徴とする非晶
   質合金薄帯の磁気特性改善方法。