DE68911223T2

DE68911223T2 - Weichmagnetische, auf Eisen basierende Legierung.

Info

Publication number: DE68911223T2
Application number: DE89305804T
Authority: DE
Inventors: Masami Okamura; Takao Sawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-13
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-06-09
Also published as: US5067991A; JP2778697B2; KR900000938A; EP0351051A1; KR920007580B1; EP0351051B1; DE68911223D1; JPH0277555A

Description

Die Erfindung betrifft eine weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis und insbesondere eine weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis, die für Magnetwerkstoffe zum Gebrauch als Magnetkerne verschiedenartiger Magnetköpfe, Hochfrequenztransformatoren, sättigungsfähiger Drosseln, Drosselspulen usw. sowie für verschiedenartige Sensoren, wie z. B. Stromsensoren, Richtungssensoren usw., geeignet ist.
Bisher wurden als Material zur Herstellung von Magnetkernen, die in Hochfrequenzbereichen eingesetzt werden, wie z. B. bei Schaltreglern und dergleichen, kristalline Materialien verwendet, wie etwa Permalloy, Ferrite und dergleichen. Da jedoch Permalloy einen niedrigen spezifischen Widerstand hat, entstehen im hochfrequenten Bereich hohe Eisenverluste. Außerdem weist Ferrit zwar für hohe Frequenzen geringe Verluste auf, aber seine magnetische Flußdichte ist ebenfalls so klein, daß sie höchstens 0,5 T (5000 G) erreicht. Wenn es daher bei einer hohen magnetischen Betriebsflußdichte eingesetzt wird, nähert es sich der Sättigung, und infolgedessen steigen die Eisenverluste an.
Seit einigen Jahren wird eine form-Miniaturisierung bei der Schaltstromversorgung gewünscht. Daher möchte man auch in der Schaltstromversorgung eingesetzte Magnetkernvorrichtungen miniaturisieren, wie z. B. Ausgangsdrosselspulen, Gleichtaktdrosselspulen usw. Da in diesem Fall eine Erhöhung der magnetischen Betriebsflußdichte notwendig wird, wird die Zunahme der Eisenverluste des Ferrits im praktischen Einsatz zu einem großen Problem.
Aufgrund dieser Umstände haben amorphe Magnetlegierungen ohne kristalline Struktur in den letzten Jahren stärkere Beachtung gefunden und sind teilweise zum praktischen Einsatz gebracht worden, da sie hervorragende weichmagnetische Eigenschaften aufweisen, wie z. B. eine hohe magnetische Permeabilität, eine niedrige Koerzitivkraft und dergleichen. Diese oben beschriebenen amorphen Magnetlegierungen weisen Fe, Co, Ni usw. als Grundmaterialien auf und enthalten P, C, B, Si, Al, Ge usw. als nichtkristallisierende Elemente (Metalloide).
Die Überlegung, daß alle diese amorphen Magnetlegierungen in den hochfrequenten Bereichen geringe Eisenverluste aufweisen, ist jedoch nicht richtig. Zum Beispiel ist die amorphe Legierung auf Eisenbasis zwar billig und weist im niederfrequenten Bereich von 50 bis 60 Hz geringe Eisenverluste auf, z. B. etwa 1/4 der Verluste von Siliziumstahl, zeigt aber andererseits im hochfrequenten Bereich von 10 bis 50 kHz ausgesprochen hohe Eisenverluste und ist durchaus ungeeignet für die Verwendung im Hochfrequenzbereich eines Schaltreglers und dergleichen.
Andererseits werden amorphe Legierungen auf Co-Basis in der Praxis als magnetische Teile von elektronischen Einrichtungen verwendet, wie z. B. als Sättigungsdrosseln und dergleichen, da in hochfrequenten Bereichen niedrige Eisenverluste und ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis erzielt werden konnen. Ihr Mangel ist jedoch ihr vergleichsweise hoher Preis.
Es sind daher verschiedene Versuche unternommen worden, die Eigenschaften vergleichsweise billiger amorpher Legierungen auf Eisenbasis zu verbessern. Zum Beispiel versucht man gegenwärtig, einen Teil des Fe durch ein unmagnetisches Metall zu ersetzen, wie etwa Nb, Mo, Cr usw., um niedrige Eisenverluste und eine hohe Permeabilität der Materialien zu erreichen, aber der Effekt ist noch nicht ausreichend. Beispielsweise ist die Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften aufgrund des Harzformkörpers oder dergleichen ebenfalls verhältnismäßig groß, und man erhält noch keine ausreichenden Kennwerte, um die Materialien als weichmagnetische Werkstoffe in hochfrequenten Bereichen einzusetzen.
In den letzten Jahren ist auch vorgeschlagen worden, Cu und eine Metallart, die unter Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti, Mo usw. ausgewählt wird, einem Fe-Si-B-Legierungssystem zuzusetzen, und das Produkt nach seiner Ausbildung als amorphe Legierung einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich auszusetzen, der oberhalb seiner Kristallisationstemperatur liegt, damit sich feinkristalline Körner abscheiden (vgl. Japan Institute of Metals, Spring Meeting digest, 15. März 1988, S. 393; EPA- Veröffentlichung Nr. 0 271 657; JP-PS-63 302 504 usw.). In dieser Legierung auf Eisenbasis ermöglicht der Zusatz von Cu und Nb oder dergleichen zu einem Fe-Si-B- Legierungssystem die Bildung feinkristalliner Körner. Dadurch wurde die Sättigungsmagnetflußdichte verbessert, und die Legierung erhielt weichmagnetische Eigenschaften, die denen einer amorphen Legierung auf Co-Basis vergleichbar sind.
Ferner wird in den Patent Abstracts of Japan, Bd. 12, Nr. 11 (C.468) < 2858> 1988 (JP-A-62 167 852) eine Legierung auf Eisenbasis mit der allgemeinen Formel (Fe1-aMa)100-x-y-zCuxSiyBz offenbart, wobei M ein oder mehrere der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Ta, W und Ni sein kann und a der Ungleichung 0,1 ≤ a ≤ 1 genügt.
Neben dem auf die oben beschriebene Weise erzielten Vorteil entsteht jedoch andererseits ein neues Problem, das im folgenden dargestellt wird.
Wenn zum Beispiel die Legierung als geschnittener Kern verwendet wird, wird ein amorphes Band in eine gewünschte Form gewickelt, und der gewickelte Körper wird zur Abscheidung feinkristalliner Körner einer Wärmebehandlung unterworfen und anschließend geschnitten und bearbeitet. Aufgrund der Tatsache, daß die oben beschriebene Legierung auf Eisenbasis Cu enthält, wird jedoch das Legierungsgefüge spröde, und während des Schnitts und der Bearbeitung treten wahrscheinlich eine Knickung und Deformation im Endteil des Schnitts auf.
Im Falle eines gewöhnlichen Ringkerns oder dergleichen ergeben sich außerdem wegen der durch den Zusatz von Cu entstandenen Sprödigkeit unzureichende Stoß- und Schwingungsfetigskeitseigenschaften, und die Handhabungseigenschaften sowie die Stoß- und Schwingungsdauerfestigkeit im praktischen Einsatz bleiben verbesserungsbedürftig.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis zu schaffen, die eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte im hochfrequenten Bereich aufweist und hervorragende weichmagnetische Eigenschaften besitzt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis mit hoher Sättigungsmagnetflußdichte und hervorragenden weichmagnetischen Eigenschaften, die gleichzeitig eine ausgezeichnete Bearbeitungsfähigkeit beim Schneiden und dergleichen sowie hervorragende Stoßfestigkeitseigenschaften aufweist,
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgaben haben die Erfinder verschieden Legierungen untersucht und als Ergebnis erstmals eine erfindungsgemäße weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis erhalten, die eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte und hervorragende weichmagnetische Eigenschaften aufweist, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung nach der allgemeinen Formel:
FeaCubVcSidBe,
wobei a, b, c, d bzw. e Zahlen sind, die den folgenden Beziehungen genügen:
a + b + c + d + e = 100 (Atom-%)
0,01 ≤ b ≤ 3,5
0,01 ≤ c ≤ 15
10 ≤ d ≤ 25
3 ≤ e ≤ 12
17 ≤ d + e ≤ 30,
und die eine feinkristalline Körnung besitzt, wobei mindestens 80% der Körner einen Durchmesser von weniger als 30 nm aufweisen.
Diese neuen Legierungen haben hervorragende Eigenschaften als weichmagnetisches Material und ausgezeichnete Schnitteigenschaften und Stoßfestigkeitseigenschaften.
Die erfindungsgemäße weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis ist dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Legierung mit der oben beschriebenen Zusammensetzung eine besonders feinkristalline Körnung aufweist. Diese feinen Kristallkörner sind vorzugsweise mit einem flächenanteil von mehr als 25 bis 90% in einer Legierung vorhanden, und noch günstiger ist das Vorhandensein der Kristallkörner von weniger als 30 nm (300 Å) in den oben beschriebenen feinkörnigen Kristallen in einem Anteil von mehr als 80%.
In der erfindungsgemäßen weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis ist Cu ein Element, das die Korrosionsbeständigkeitseigenschaften verstärkt und gleichzeitig die Vergröberung der Kristallkörner verhindert und eine Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften bewirkt, wie z. B. der Eisenverluste und der magnetischen Permeabilität. Bei zu niedrigem Cu-Gehalt können die oben beschriebenen Wirkungen nicht erzielt werden, und wenn im Gegensatz dazu der Cu-Gehalt zu hoch ist, tritt eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften ein. Aus diesem Grunde liegt der geeignete Bereich für den Cu-Gehalt zwischen 0,01 und 3,5 Atom-%. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 0,1 und 3 Atom-%, und noch günstiger ist der Bereich von 0,5 bis 2,6 Atom-%.
Das Element V verhindert, wenn es zusammen mit Cu eingesetzt wird, die Vergröberung der Kristallkörner, bewirkt eine gleichmäßige Abscheidung feiner Kristallkörner zur Verminderung der Magnetostriktion und der magnetischen Anisotropie und ist ein wirksames Element zur Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften und zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften bei Temperaturänderung. Außerdem hat das Element V nicht nur die oben beschriebene verbessernde Wirkung auf die magnetischen Eigenschaften, sondern verhindert auch die Versprödung des Legierungsgefüges durch den Zusatz von Cu und verbessert die Schnitteigenschaften, Stoßfestigkeitseigenschaften und dergleichen und ist ein kennzeichnendes Element der vorliegenden Erfindung. Bei zu niedrigem V-Gehalt kann die oben beschriebene Wirkung nicht erzielt werden, bei zu hohem V-Gehalt erfolgt im Herstellungsverfahren keine Bildung von amorphem Material, und außerdem ergibt sich eine merkliche Verringerung der Sättigungsmagnetflußdichte. Aufgrund dieser Tatsache liegt der geeignete Bereich für den V-Gehalt zwischen 0,01 und 15 Atom-%. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 2 und 10 Atom-%, und noch günstiger ist der Bereich von 5 bis 8 Atom-%.
Die Elemente Si und B unterstützen die Bildung von amorphem Material, können die Kristallisationstemperatur erhöhen und wirken sich auf die Wärmebehandlung zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften aus.
Insbesondere bildet Si eine feste Lösung (einen Mischkristall) mit Fe, das der Hauptbestandteil der feinen Kristallkörner ist, und dient speziell zur Verringerung der Magnetostriktion und der magnetischen Anisotropie. Wenn sein Anteil kleiner ist als 10 Atom-%, dann tritt keine merkliche Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften ein, und wenn der Anteil größer ist als 25 Atom-%, dann ist der Unterkühlungseffekt gering, und es werden vergleichsweise grobe Kristallkörner in um-Größe abgeschieden, so daß keine guten weichmagnetischen Eigenschaften erzielt werden können.
Auch im Falle von B werden, wenn sein Anteil kleiner als 3 Atom-% ist, vergleichsweise grobe Kristallkörner abgeschieden, und es können keine guten Eigenschaften erzielt werden, und wenn sein Anteil größer als 12 Atom-% ist, wird mit zunehmender Wahrscheinlichkeit eine Borverbindung abgeschieden, die zur Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften führt und nicht wünschenswert ist. Übrigens liegt der Gesamtanteil von Si und B vorzugsweise im Bereich von 17-30 Atom-%, und bei der Auswahl ist zu berücksichtigen, daß zur Erzielung hervorragender weichmagnetischer Eigenschaften ein Verhältnis von Si/B ≥ 1 günstig ist.
Insbesondere erhält man durch Wahl eines Si-Anteils von 13-21 Atom-% eine verschwindende Magnetostriktion von λs=O, und die Qualitätsminderung durch den Harzformkörper entfällt, so daß das Material in der Anfangszeit ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften aufweisen kann.
Übrigens treten in der erfindungsgemäßen weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis zwar unvermeidliche Verunreinigungen auf, die in einem gewöhnlichen Fe-Legierungssystem in winzigen Mengen enthalten sind, wie z. B. N, O, Si usw., aber diese Verunreinigungen beeinträchtigen nicht den Effekt der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis kann beispielsweise nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden.
Zunächst erhält man nach dem Flüssigkeitsabschreckverfahren ein amorphes Legierungsband.
Als nächstes wird für die Kristallisationstemperatur dieser amorphen Legierungen der Wärmebehandlungs-Temperaturbereich von -50ºC bis +120ºC oder vorzugsweise im Bereich von -30º C bis 100ºC gewählt, um 30 Minuten bis 50 Stunden lang, oder vorzugsweise 1 Stunde bis 25 Stunden lang, eine Wärmebehandlung zum Abscheiden der gewünschten feinkörnigen Kristalle durchzuführen.
Die feinkörnigen Kristalle in der so erhaltenen erfindungsgemäßen weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis sind vorzugsweise in einem Flächenanteil im Bereich von 25 bis 90% vorhanden. Wenn der Flächenanteil der feinen Kristallkörner zu klein ist, d. h. wenn die amorphe Phase zu groß ist, dann steigen die Eisenverluste, die magnetische Permeabilität ist niedrig, die Magnetostriktion ist hoch und die Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften durch den Harzformkörper nimmt zu, und die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann sich nicht in ausreichendem Maße zeigen. Auch umgekehrt, bei zu großem Anteil, wird der Effekt der ausgeschiedenen Borverbindung besonders ausgeprägt, und die magnetischen Eigenschaften verschlechtern sich. Noch günstiger ist ein Anteil der feinen Kristallkörner in der Legierung, ausgedrückt als Flächenanteil, im Bereich von 40 bis 80%, und in diesem Bereich können besonders stabile weichmagnetische Eigenschaften erzielt werden.
Wenn ferner in den oben beschriebenen feinkörnigen Kristallen der Kristallkorndurchmesser zu groß ist, ergibt sich eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften. Daher sollten Kristalle mit einem Kristalldurchmesser von weniger als 30 nm (300 Å) in dem Material vorzugsweise in einem Anteil von mehr als 80% enthalten sein.
Da die erfindungsgemäße weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis hervorragende weichmagnetische Eigenschaften besitzt, weist sie ausgezeichnete Eigenschaften als eine Legierung zum Gebrauch in Magnetteilen auf, wie z. B. in Magnetkernen für Hochfrequenz, beispielsweise Magnetköpfen, Dünnschichtköpfen, Hochfrequenztransformatoren einschließlich Hochleistungstransformatoren, sättigungsfähigen Drosseln, Gleichtaktdrosselspulen, Störschutzfiltern für Hochspannungs-Impulsbetrieb, Laserstromquellen (MPC-Schaltung) und dergleichen, sowie als magnetischer Werkstoff zur Verwendung in verschiedenartigen Sensoren, wie z. B. Stromsensoren, Richtungssensoren, Sicherheitssensoren und dergleichen.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Mengenanteil der feinen Kristallkörner in dem Fe-Cu-V-Si-B-Legierungssystem und den Eisenverlusten darstellt.
Nachstehend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

Eine amorphe Legierung mit einer Zusammensetzung nach der Formel:
Fe&sub7;&sub2; Cu&sub1; V&sub6; Si&sub1;&sub4; B&sub7;
wurde nach dem Einwalzenverfahren hergestellt, so daß ein langes Band mit einer Breite von 5 mm und einer Plattendicke von 14 um entstand. Anschließend wurde dieses Band so gewickelt, daß mehrere ringförmige Magnetkerne mit einem Außendurchmesser von 18 mm, einem Innendurchmesser von 12 mm und einer Höhe von 5 mm gebildet wurden. Diese mehreren ringförmigen Magnetkerne wurden einer Wärmebehandlung unter verschiedenartigen Bedingungen unterworfen, um den Abscheidungsanteil der feinen Kristallkörner zu variieren.
Der Zusammenhang zwischen dem Anteil (Flächenanteil in %) der Kristallkörner in dem Legierungsband, aus dem die jeweiligen Magnetkerne mit unterschiedlichem Abscheidungsanteil der auf diese Weise erhaltenen feinen Kristallkörner gebildet wurden, und den Eisenverlusten wurde untersucht. Das Ergebnis ist in Fig. 1 dargestellt. Der Abscheidungsanteil der Kristallkörner wurde übrigens mittels Durchstrahlungselektronenmikroskopie (TEM) und dergleichen bestimmt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erhält man in dem Bereich, wo der Anteil der feinen Kristallkörner im Bereich von 25 bis 90% liegt, eine starke Abnahme der Eisenverluste (100 kHz; 0,2 T (2 kG)).

Ausführungsbeispiel 2

Unter Verwendung der in Tabelle 1 dargestellten Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungen wurde jeweils nach dem Einwalzenverfahren eine amorphe Legierung mit einer Dicke von 15 um hergestellt.
Anschließend wurden diese Bänder zu ringförmigen Magnetkernen mit einem Außendurchmesser von 18 mm, einem Innendurchmesser von 12 mm und einer Höhe von 5 mm gewickelt, und diese wurden etwa 7200 s (120 min) lang einer Wärmebehandlung bei der Kristallisationstemperatur der entsprechenden Materialien unterworfen, mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 0,167ºC/s (10ºC/min), und an dem Produkt wurde die nachstehend beschriebene Messung ausgeführt.
Außerdem wurden zum Vergleich mit dem oben beschriebenen Ausführungsbei spiel Magnetkerne im amorphen Zustand hergestellt, indem die oben beschriebenen Magnetkerne nach dem Wickeln 3000 Sekunden (50 Minuten) lang bei einer Temperatur behandelt wurden, die etwa 70ºC unter den entsprechenden Kristallisationstemperaturen lag (gemessen bei der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 0,167ºC/s (10ºC /min)) (Probe 1). Außerdem wurde die amorphe Legierung, statt aus der V-haltigen Legierung im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, aus einer Legierung hergestellt, die bei sonst gleicher Zusammensetzung Nb und Ta anstelle von V enthielt, und das Formen und die Wärmebehandlung wurden unter den gleichen Bedingungen wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Herstellung von Magnetkernen ausgeführt (Proben 2 und 3). Ferner wurden Magnetkerne der gleichen Form unter Verwendung von Permalloy und Sendust hergestellt (Proben 5 und 6).
Die jeweiligen, auf diese Weise erhaltenen Magnetkerne wurden mit Kunstharz formgepreßt, und für die entsprechenden Produkte die Eigenschaften bestimmt. Die Ergebnisse sind zusammen in Tabelle 1 dargestellt.
1. Prozentualer Anteil von Kristallkörnern in dem Band, aus dem die Magnetkerne bestanden:
Der Anteil (A in der Tabelle) der Kristallkörner in dem Band, aus dem die jeweils erhaltenen Magnetkerne bestanden, sowie der Anteil feiner Kristallkörner von weniger als 30 nm (300 Å) in dem Band wurde jeweils mittels Durchstrahlungselektronenmikroskopie (TEM) und dergleichen gemessen und ist als prozentual er Flächenanteil angegeben.
2. Magnetische Eigenschaften:
Unter Verwendung von jeweils 5 Stück der Magnetkerne, welche die feinen Kristallkörner nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel enthalten, der zum Vergleich dargestellten Magnetkerne, die keine feinen Kristallkörner enthalten, und der Magnetkerne mit veränderter Legierungszusammensetzung wurden die Eisenverluste und die magnetische Hysterese bei B=0,2 T (2 kG) und f=100 kHz, die magnetische Permeabilität bzw. die Sättigungsmagnetflußdichte bei 1 kHz und 80 mA/m (1 m Oe) gemessen, und ihre Mittelwerte wurden dargestellt.
Außerdem wurde zum Vergleich nach der Herstellung ähnlicher Magnetkerne wie aus der amorphen Legierung, jedoch mit der Zusammensetzung fe&sub7;&sub9; Si&sub1;&sub0; B&sub1;&sub1;, das Produkt 7200 Sekunden (2 Stunden) lang einer Wärmebehandlung bei 400ºC unterworfen, und durch ähnliche Bearbeitungsverfahren erhielt man Magnetkerne, in denen ein Spalt ausgebildet war (Probe 4). An den so erhaltenen Magnetkernen wurden in ähnlicher Weise die magnetischen Eigenschaften gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
In den Meßergebnissen sind übrigens die Schwankungen der Stichproben von jeweils 100 Stück enthalten. TABELLE 1 Legierungszusammensetzung Magnetische Eigenschaften Anteil der vorhandenen Kristallkörner (Flächenanteil in %) Eisenyerlust (kw/m³) ((mw/cc)) Magnetostriktion (x10&supmin;&sup6;) Magnet. Permeabilität u' 1kHz (x 10&sup4;) Sättigungsmagnetflußdichte (T) (KG) Beispiel
Wie aus Tabelle 1 deutlich erkennbar ist, weist die Legierung nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel im Vergleich zu den Magnetkernen mit gleicher Zusammensetzung und den aus Permalloy und dergleichen hergestellten Magnetkernen niedrigere Eisenverluste und eine niedrigere Magnetostriktion sowie eine hohe magnetische Permeabilität auf, da sie feine Kristallkörner enthält, und sie besitzt in Hochfrequenzbereichen hervorragende weichmagnetische Eigenschaften, die ebenso gut ausgebildet sind wie in herkömmlichen weichmagnetischen Legierungen auf Eisenbasis (Proben 2 und 3), in denen Nb und Ta anstelle von V verwendet wird.
Als nächstes wurden Magnetkerne hergestellt, indem die Cu-haltigen Legierungszusammensetzungen der Probe 1 des Beispiels bzw. der Proben 2 und 3 des Vergleichsbeispiels, die jeweils in Tabelle 1 angegeben sind, unter den gleichen Bedingungen wie in Tabelle 1 geformt und wärmebehandelt wurden.
Unter Verwendung von 100 Stück der oben beschriebenen Proben wurden jeweils nach dem Tränken mit Harz die Proben an einer Stelle in radialer Richtung geschnitten, um einen Spalt mit einer Breite von 1 mm auszubilden.
Die Induktivität der erhaltenen Magnetkerne mit Spalt wurde bei einer Windungszahl von 10 Windungen und einer Spannung von 1 V gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind mit den Werten der magnetischen Permeabilität (u') bei 1 kHz in Tabelle 2 dargestellt. TABELLE 2 Legierungszusammensetzung Anteil der vorhandenen Kristallkörner (Flächenteil in %) Magnetische Permeabilität nach der spanenden Bearbeitung u' 1 kHz
Die Magnetkerne mit den Legierungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele, die in der oben beschriebenen Tabelle 2 dargestellt sind, zeigen auch nach der Ausbildung des Spalts ausgezeichnete Eigenschaften; im Gegensatz dazu beobachtet man in den Magnetkernen der Probe, 2, 3 und 9-12, die als Vergleichsbeispiele dargestellt sind, eine Abnahme der Impedanz und das Auftreten von Schwankungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen starke Versprödungsschutzeigenschaften aufweisen und daß bei der spanenden Bearbeitung während der Ausbildung des Spalts in der Nähe des Spalts so gut wie keine Rißbildung im Band auftritt.

Ausführungsbeispiel 3

Die Legierungen mit den verschiedenen in Tabelle 3 dargestellten Zusammensetzungen wurden nach dem Einwalzenverfahren abgeschreckt, und es wurde ein amorphes Legierungsband mit einer Breite von 10 mm und einer Dicke 35 von 20 um hergestellt. Übrigens konnte jedes dieser Bänder um 18ºC gebogen werden. Anschließend wurden diese Bänder zu ringförmigen Magnetkernen mit einem Außendurchmesser von 28 mm, einem Innendurchmesser von 18 mm und einer Höhe von 10 mm geformt, und die Produkte wurden einer optimalen Wärmebehandlung zwischen der ersten Kristallisations-spitzentemperatur und der zweiten Kristallisationsspitzentemperatur unterworfen.
Als nächstes wurden diese Magnetkerne in Kapseln gesetzt und 10 mal aus einer Höhe von 1 m auf Betonboden fallengelassen, und der Gesamtmagnetfluß wurde vor und nach dem fallversuch gemessen. Die Ergebnisse sind in kombinierter Form in Tabelle 3 dargestellt. Die Meßergebnisse sind übrigens als Mittelwerte der Magnetfluß-Anderungsverhältnisse von jeweils 100 Stück dargestellt. TABELLE 3 Legierungszusammensetzung Magnetfluß-Ändersverhältnis Beispiel Vergleichsbeispiel
Wie aus der obigen Tabelle 3 erkennbar ist, zeigt sich, daß die Magnetkerne, in denen die Legierung nach dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, eine äußerst geringe Anderung des Gesamtmagnetflusses aufweisen und daß fast keine Rißbildung im Kern auftritt. Im Gegensatz dazu zeigt sich, daß die Magnetkerne des Vergleichsbeispiels eine große Anderung aufweisen, keine Stoßfestigkeitseigenschaften besitzen und spröde sind. Übrigens bestätigte sich beim Herausnehmen dieser Magnetkerne aus den Kapseln, daß in den Magnetkernen mit der großen Magnetflußänderung viele Risse vorhanden waren.
Außerdem ist es bei der Legierung mit der Zusammensetzung Fe&sub7;&sub5; Cu&sub2; Si&sub1;&sub3; B&sub1;&sub0; schwierig, einen Vergleich unter den gleichen Bedingungen anzustellen, da sich die Eigenschaften unter Einwirkung der Kristallisation stark verschlechtern, so daß die bei einer Wärmebehandlung und Messung der Legierung unter den gleichen Bedingungen außerordentlich viele Risse in den Magnetkernen auftraten.
Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen klar ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis in hochfrequenten Bereichen eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte, hervorragende weichmagnetische Eigenschaften sowie eine ausgezeichnete Verarbeitungsfähigkeit und Stoßfestigkeitseigenschaften auf, wenn V zusammen mit Cu eingesetzt wird. Folglich wird bei der erfindungsgemäßen weichmagnetischen Legierung auf Eisenbasis die nachteilige Sprödigkeit der herkömmlichen weichmagnetischen Legierungen des Fe-Cu-Nb-Si-B-Systems verbessert, ohne die magnetischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Damit erhält man eine praktisch extrem wirksame weichmagnetische Legierung als eine der verschiedenen Arten von magnetischen Materialien, die in hochfrequenten Bereichen eingesetzt werden.

Claims

1. Weichmagnetische Legierung auf Fe-Basis mit hoher magnetischer Sättigungsflußdichte und hervorragenden weichmagnetischen Eigenschaften, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung nach der allgemeinen Formel:

FeaCubVcSidBe,

wobei a, b, c, d bzw. e Zahlen sind, die den folgenden Gleichungen genügen:

a + b + c + d + e = 100 (Atom-%)

0,01 ≤ b ≤ 3,5

0,01 ≤ c ≤ 15

10 ≤ d ≤ 25

3 ≤ e ≤ 12

17 ≤ d + e ≤ 30,

und mit einer feinkristallinen Körnung, wobei mindestens 80% der Körner einen Durchmesser von weniger als 30 nm aufweisen.

2. Weichmagnetische Legierung auf Fe-Basis nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die feinkristalline Körnung in einem Flächenanteil von 25 bis 90% aufweist, wobei der Rest amorph ist.

3. Weichmagnetische Legierung auf Fe-Basis nach jedem der beiden vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß b, c, d und e den folgenden Formeln genügen:

0,1 ≤ b ≤ 3

2 ≤ c ≤ 10

13 ≤ d ≤ 21

3 ≤ e ≤ 12