CN113774293A - 高磁通密度软磁性Fe基非晶合金 - Google Patents

高磁通密度软磁性Fe基非晶合金 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高磁通密度软磁性Fe基非晶合金，其具有低矫顽力、高初始磁导率、高有效磁导率、并且具有1.8T级的极高饱和磁通密度。高磁通密度软磁性Fe基非晶合金由下式(I)的组成式表示：(Fe1‑XCoX)aBbSicCd(I)在式(I)中，0.02≤X≤0.1，a、b、c和d分别表示原子％，82.5≤a≤84，14≤b≤16，1≤c≤2，0.5≤d≤1，a+b+c+d＝100。

Description

高磁通密度软磁性Fe基非晶合金
技术领域
本发明涉及高饱和磁通密度软磁性Fe基非晶合金。更具体地，涉及具有低矫顽力、高初始磁导率、高有效磁导率、并且具有1.8T级的极高饱和磁通密度的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金。本发明的非晶合金可以适当地应用于电动机铁芯、高效变换器、个人计算机等的高效电感器、高灵敏度传感器、各种电磁材料的磁屏蔽等。
背景技术
现有技术中，在各种合金类中发现了具有原子随机排列的非晶构造的非晶合金(无定形合金)，并且正在开发利用其原子排列产生的高强度、良好的软磁特性、化学稳定性等的各种产品。
在这些非晶合金中，特别是以Fe为主要成分的Fe基非晶合金，与其他金属基非晶合金相比表现出更高的饱和磁通密度等的优点，近年来，要求更高的饱和磁通密度，对此正在积极地进行研究开发(专利文献1～4)。
专利文献1：日本特开昭61-64844号公报
专利文献2：日本特开2014-167138号公报
专利文献3：日本特开2015-127436号公报
专利文献4：日本特开2018-123424号公报
发明内容
本发明就是鉴于上述现有技术的情况完成的，目的在于提供具有低矫顽力、高初始磁导率、高有效磁导率、并且具有1.8T级的极高饱和磁通密度的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金。
为了解决上述问题，本发明提供由下式(I)的组成式表示的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金。
(Fe1-XCoX)aBbSicCd (I)
在式(I)中，0.02≤X≤0.1，
a、b、c和d分别表示原子％，82.5≤a≤84，14≤b≤16，1≤c≤2，0.5≤d≤1，a+b+c+d＝100。
本发明还提供在上式(I)中B/Si＝4～15(原子百分比)的上述高磁通密度软磁性Fe基非晶合金。
本发明还提供饱和磁通密度(Bs)为1.79T以上的上述高磁通密度软磁性Fe基非晶合金。
发明的效果
根据本发明，提供了具有低矫顽力、高初始磁导率、高有效磁导率、并且具有1.8T级的极高饱和磁通密度的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
本发明所涉及的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金由下式(I)的组成式表示。
(Fe1-XCoX)aBbSicCd (I)
在上式(I)中，0.02≤X≤0.1，优选为0.05≤X≤0.1。
a、b、c和d分别表示原子％，82.5≤a≤84，14≤b≤16，1≤c≤2，0.5≤d≤1，a+b+c+d＝100。
在本发明中，通过使上述式(I)中的a、b、c、d以及X的值分别为上述范围内，从而能够兼具以下效果：具有低矫顽力、高初始磁导率和高有效磁导率、并且具有1.8T级的极高饱和磁通密度。在任何一个值偏离上述范围的情况下，都无法兼具上述本申请的发明的效果。
本发明还具有在上述式(I)中组合有类金属B和Si的复合类金属组分。通过复合类金属元素效应，提高了非晶结构的热稳定性，还提升了抗结晶性。在本发明中，优选将这些类金属的组分比设定为B/Si＝4～15(原子百分比)，更优选为7～14(原子％)。通过以上述比例加入B/Si，从而在即使含有高浓度的(Fe+Co)的合金中也能够生成非晶相等方面具有特别优异的效果。
当前，已知在Fe基非晶合金中，Fe-P-B-Si基等的非晶合金具有各种优异的软磁特性和机械特性。但是，含有P元素的Fe基非晶合金存在难以调节P元素浓度的情况、以及Fe-P母合金锭的费用高等问题，从提高非晶相的稳定性以及降低制造成本等方面出发，期望开发出不含P元素的Fe基非晶合金。本发明满足了上述要求。即，代替上述Fe-P-B-Si基等含有P的非晶合金，而使元素组成为Fe-B-Si基，其中添加C且兼使用Fe和Co而构成(Fe、Co)-B-Si-C基合金，并且通过将这些各种组分元素的组分比优化为特定范围，特别是使Co元素低浓度化，从而能够实现高磁通密度，并且能够实现制造成本的降低。上述本发明构成的非晶合金具有以下优点：居里温度(Tc)低，因此即使在热处理中也能够降低磁场热处理温度，制造工序也变得容易等。另外，通过加入C，能够进一步提高上述复合类金属元素效应。
特别地，通过将Co和类金属元素的种类和含量最优化，从而能够使本发明的非晶合金表现出约1.8T以上的高饱和磁通密度特性，这在不含Co的Fe基非晶合金中通常是无法获得的。此外，含有C会降低熔点并提高玻璃形成能力。
具有上述构成的本发明所涉及的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金可以通过现有技术所使用的方法来制造。
例如，通过纯铜合金辊急冷法，使上式(I)所表示的组成的合金从熔融状态(合金熔体)冷却凝固，从而制造薄带状(条带状)、丝状的无定形合金薄带。或者，通过溅射法、蒸汽法等气相急冷法形成无定形合金膜。在采用单辊法的情况下，可以在惰性气体气氛中或真空气氛中进行合金熔体的急冷，也可以在大气气氛中进行。在利用辊急冷法的情况下，优选薄板材料的厚度为约0.2mm左右，辊的圆周速度为30～40m/s左右，但没有特别限制。
接着，对上述薄带进行退火。退火例如是在1T以下的磁场中进行磁场热处理。在本发明中，在通过磁场热处理、即在磁场中进行退火的情况下，能够降低退火温度。磁场热处理的退火温度优选为(Tx1-10)K～(Tx1-40)K左右，更优选为(Tx1-20)K～(Tx1-30)K左右。在这里，Tx1是以0.67K/s的升温速度测定差示扫描的热量时的第一开始结晶温度。退火时间为4～45分钟左右，优选为10～30分钟左右。对退火气氛没有特别限制，例如可举出真空、氩气和氮气气氛等。
在本发明中，在与开始结晶温度(Tx1)相比低温的区域中具有居里温度(Tc)，如上所述，在本发明的热处理中能够降低磁场退火温度，如果居里温度(Tc)低，则具有能够将磁场热处理温度抑制得较低、实现制造成本的降低、制造工序也变得容易等优点。另外，从生产效率等角度出发，优选磁场退火温度在居里温度(Tc)与开始结晶温度(Tx1)之间的温度范围内，但不限于此。
如上所获得的本发明的软磁性Fe基非晶合金具有饱和磁通密度(Bs)为约1.8T以上的极高饱和磁通密度效果。此外，能够兼具有下述优异得效果：矫顽力(Hc)抑制在约6A/m以下的较低值，并且有效磁导率(μe(1kz))为6500以上，初始磁导率(μi)为18000以上。
另外，作为为了获得本发明的非晶合金所适用的样品的热处理，没有特别限制，可以举出以下方法：进行现有技术的真空封装并放入热处理炉中进行急速升温和急冷。
但是，在如本发明的非晶合金这样表现出高磁通密度软磁性的材料的情况下，与上述以往的热处理方法相比，优选下述方法：将样品包裹在铝箔(foil)或铜箔中，放入预先加热至规定温度的灰粉、碳粉、细砂或氧化铁细粉中进行热处理。通过进行上述热处理，能够以非常快的加热速度加热到规定温度并迅速结束加热。
其结果，在本发明的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金中，通过精确的温度控制，能够在接近结晶温度的温度下进行短时间的热处理，从而能够得到更优异的软磁性(低矫顽力、高磁导率)。
[实施例]
接下来，通过实施例更详细地描述本发明，但本发明不限于实施例。
(实施例1-11，对比例1-7)
使用具有下表1所示组成的合金，通过单辊液态急冷法制备厚度为0.02mm的非晶相的薄带。接着，在氮气气氛下通过磁场热处理对该薄带进行退火。在0.2T的磁场中进行磁场热处理。磁场热处理的退火温度为Tx1-(10～30)K，退火时间为5～30分钟。使用这些各样品(合金)对以下各个项目进行了测定和评价。
[合金的第一结晶温度(Tx1)和居里温度(Tc)的确认]
使用差示扫描仪(DSC)，以20～40K/min的升温温度进行测定，通过吸热反应的温度进行确认。另外，在表1中，评价“-”表示在差示扫描仪(DSC)进行的测定中无法检测到明确的Tc。
[Bs(饱和磁通密度)的测定]
使用振动样品磁力仪(VSM)在2T的μ磁场中进行了测定。
[Hc(矫顽力)的测定]
使用磁场-磁性(B-H)回线分析仪以磁场200A/m进行了测定。
[μe(有效磁导率)]
使用阻抗分析仪，在5mA/m的交变磁场中以0.1kHz至10MHz为止的大范围内进行了测定。表1示出了1kHz下的测定结果。
[μi(初始磁导率)]
根据基于B-H回线分析仪的、由于磁场负荷导致的磁性的上升曲线进行了评估。
结果示于表1中。
[表1]
Figure BDA0002678767630000081
如表1所示，实施例1～11所示的样品的饱和磁通密度(Bs)均为约1.8T以上，矫顽力(Hc)几乎都为6A/m以下。此外，确认了1kHz下的有效磁导率(μe)为约6500以上，具有极好的软磁特性。另外，初始磁导率(μi)为18000以上。另一方面，具有偏离本申请发明范围的组成的对比例1～7与实施例1～11相比，饱和磁通密度(Bs)和初始磁导率(μi)均较低，另一方面，矫顽力(Hc)也均略高，无法兼具本申请发明的所有效果。
另外，通过X射线衍射法，确认了实施例1～11和对比例1～7的组成均仅由非晶相构成。
工业实用性
本发明的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金具有低矫顽力、高初始磁导率、高有效磁导率、并且具有1.8T级的极高饱和磁通密度，因此能够作为优异的软磁性材料而适当地应用于电动机铁芯、高效变换器、个人计算机的高效电感器、高灵敏度传感器、各种电磁材料的磁屏蔽等。

Claims (3)

1.一种高磁通密度软磁性Fe基非晶合金，其由下式(I)的组成式所表示：
(Fe1-XCoX)aBbSicCd (I)
在式(I)中，0.02≤X≤0.1，a、b、c和d分别表示原子％，82.5≤a≤84，14≤b≤16，1≤c≤2，0.5≤d≤1，a+b+c+d＝100。
2.根据权利要求1所述的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金，其中，
在上式(I)中，B/Si＝4～15(原子百分比)。
3.根据权利要求1或2所述的高磁通密度软磁性Fe基非晶合金，其中，
饱和磁通密度(Bs)为1.79T以上。
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