DE69009152T2

DE69009152T2 - Magnetlegierung mit ultrakleinen Kristallkörnern und Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69009152T2
Application number: DE69009152T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Bizen; Toshikazu Nishiyama; Shigekazu Suwabe; Kiyotaka Yamauchi; Yoshihito Yoshizawa
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2010-11-23
Also published as: DE69009152D1; EP0430085B1; CA2030446C; KR910009948A; CA2030446A1; KR930012182B1; EP0430085A3; US5591276A; EP0430085A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine in bezug auf die magnetischen Eigenschaften und ihre Stabilität herausragende magnetische Legierung mit ultrafeinen Kristallkörnern, wobei ein bedeutender Teil der Legierungsstruktur von ultrafeinen Kristallkörnern eingenommenen wird. Die Legierung ist für Magnetköpfe etc. geeignet.
Herkömmlicherweise werden als magnetische Substanzen für magnetische Teile, wie z.B. Magnetköpfe, Ferrite verwendet, die relativ gute Frequenzkennlinien mit geringen Wirbelstromverlusten zeigen. Ferrite haben jedoch keine hohen Sättigungsmagnetisierungen, so daß sie ungeeignet als Magnetköpfe für hochdichte magnetische Aufnahmen auf modernen magnetischen Aufnahmemedien sind. Damit die Möglichkeiten magnetischer Aufnahmemedien mit hoher Koerzitivkraft für hochdichte magnetische Aufnahmen hinreichend genutzt werden können, werden magnetische Substanzen mit höheren Sättigungsmagnetisierungen und Permeabilitäten benötigt. Um solchen Anforderungen zu genügen, wurden in jüngster Zeit dünne Fe-Al-Si-Legierungsschichten, dünne amorphe Co-Nb-Zr-Legierungsschichten, etc. untersucht. Über solche Versuche haben Shibata et al., NHK Technical Report 29 (2) 51-106 (1977) und Hirota et al., Kino Zairyo (Functional Materials) August, 1986, S. 68, etc. berichtet.
In bezug auf die Fe-Al-Si-Legierungen müssen sowohl die Magnetostriktion λs und die magnetische Anisotropie K fast null sein, um eine hohe Permeabilität zu erzielen. Diese Legierungen erreichen jedoch nur Sättigungsmagnetisierungen von etwa 12 kG. Deshalb wurden Untersuchungen für Fe-Si-Legierungen mit höheren Sättigungsmagnetisierung und geringeren Magnetostriktionen durchgeführt. Diese waren jedoch nach wie vor in bezug auf den Korrosionswiderstand und die magnetischen Eigenschaften unzulänglich. Die obengenannten, auf Cobasierenden amorphen Legierungen lassen sich einfach zum Kristallisieren bringen, wenn sie für hohe Sättigungsmagnetisierungen geeignete Zusammensetzungen aufweisen, was jedoch bedeutet, daß sie eine geringe Wärmebeständigkeit aufweisen, die ihr Glaskleben schwierig macht.
Kürzlich wurde in der Tsushin Gakkai Giho (Telecommunications Association Technical Rport) MR89-12, S. 9 von Fe-M-C (M Ti, Zr, Hf) Schichten mit hohen Sättigungsmagnetisierungen und Permeabilitäten berichtet. Die in der Legierung enthaltenen Kohlenstoffatome sind jedoch leicht beweglich, was zu einem magnetischen Sekundäreffekt führt, der wiederum die Zuverlässigkeit des aus einer solchen Legierung hergestellten Gegenstandes verschlechtert.
Eine magnetische Legierung mit den im ersten Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen ist aus dem Journal of Applied Physics, Vol. 62, Nr. 5, S. 1948 - 1951 bekannt. Die aus dieser Druckschrift bekannte Legierung enthält einen beachtlichen Betrag an Cr und Ni und einen entsprechend geringen Betrag an Fe. Es handelt sich um eine Superparamagnetische Legierung, in der die feine bcc-Phase in der nicht-magnetischen Matrix verteilt ist, so daß kein leichtes Magnetisieren in einem Magnetfeld möglich ist.
Die JP-A-59-150404 offenbart eine elektromagnetische Vorrichtung mit einem aus einer verlustarmen magnetischen, Bor enthaltenden Fe-Legierung hergestellten Kern, der amorph ist.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung für eine magnetische Legierung mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften, Wärmebeständigkeit und Zuverlässigkeit zu sorgen.
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen in bezug auf die obengenannte Aufgabe haben die Erfinder herausgefunden, daß eine auf Fe, M und B (M steht für wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Ta, Cr, W und Mn) basierende magnetische Legierung, deren Legierungsstruktur zu wenigstens 50% von Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger eingenommen wird, wobei die Kristallkörner auf eine bcc-Struktur basieren, eine hohe Sättigungsmagnetisierung und Permeabilität und folglich gute Wärmebeständigkeit aufweist, die sie für magnetische Kerne geeignet macht. Die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung basiert auf dieser Erkenntnis.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) ist ein Röntgenbeugungsdiagramm der erfindungsgemäßen Legierung vor der Temperaturbehandlung;
Fig. 1(b) ist ein Röntgenbeugungsdiagramm der bei 600 ºC wärmebehandelten erfindungsgemäßen Legierung;
Fig. 2(a) ist ein Diagramm, daß das Verhaltnis zwischen Sättigungsmagnetisierung (B&sub1;&sub0;) und Wärmebehandlungstemperatur zeigt; und
Fig. 2(b) ist ein Diagramm, daß das Verhältnis zwischen effektiver Permeabilität (uelk) und Wärmebehandlungstemperatur zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, daß das Verhältnis zwischen magnetischer Induktion B und Magnetfeldstärke bei der erfindungsgemäßen Legierung zeigt; und
Fig. 4 ist ein Diagramm, daß das Verhältnis zwischen magnetischer Induktion B und Magnetfeldstärke bei der erfindungsgemäßen Legierung zeigt.

GENAUE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

In der obengenannten erfindungsgemäßen magnetischen Legierung ist B ein unverzichtbares Element, das in einem bcc Fe gelöst ist und wirksam beim Herstellen ultrafeiner Kristallkörner und beim Steuern der Magnetostriktion und magnetischen Anisotropie der Legierung ist.
M it wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Ta, Cr, W und Mn, welches auch ein unverzichtbares Element darstellt. Durch Hinzufügen von beiden, M und B, können die Kristallkörner ultrafein hergestellt und die Wärmebeständigkeit der Legierung kann verbessert werden.
Der M-Gehalt (x), der B-Gehalt (y) und der Gesamtgehalt an M und B (x + y) sollte die folgenden Bedingungen erfüllen:
4 ≤ x ≤ 15,
2 ≤ y ≤ 25, und
7 ≤ x + y ≤ 35.
Wenn x und y unterhalb der obengenannten Untergrenzen liegen, weist die Legierung eine geringe Wärmebeständigkeit auf. Wenn x und y andererseits über den obengenannten Obergrenzen liegen, besitzt die Legierung eine geringe Sättigungsmagnetisierung und weichmagnetische Eigenschaften. Insbesondere Vorzugsbereiche von x und y sind:
5 ≤ x ≤ 15,
10 < y ≤ 20, und
15 < x + y ≤ 30.
In diesen Bereichen zeigen die Legierungen eine hervorragende Wärmebeständigkeit.
Gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Gesichtspunktes enthält die obengenannten Zusammensetzung wenigstens eines der Elemente (X) Si, Ge, P, Ga, Al und N und wenigstens eines der Elemente (T) Au, Platingruppen-Elemente, Co, Ni, Sn, Be, Mg, Ca, Sr und Ba.
Entsprechend sind auch die nachfolgenden Legierungen Teil der Anmeldung.
Die magnetische Legierung mit ultrafeinen Kristallkörnern gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform hat eine Zusammensetzung der allgemeinen Formel:
Fe100-x-y-zMxByXz (Atom-%)
wobei M für wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Ta, Cr, W und Mn steht, X für wenigstens eines der Elemente Si, Ge, P, Ga, Al und N, 4 ≤ x ≤ 15, 2 ≤ y ≤ 25, 0 < z ≤ 10 und 7 ≤ x + y ≤ 35. Wenigstens 50% der Legierungsstruktur wird von Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger eingenommen, wobei die Kristallkörner auf einer bcc-Struktur basieren.
Die magnetische Legierung mit ultrafeinen Kristallkörnern gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt eine Zusammensetzung der allgemeinen Formel:
Fe100-x-y-zMxByTb (Atom-%),
wobei M für wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Ta, Cr, W und Mn steht, T für wenigstens eines der Elemente Au, Platingruppen-Elemente, Co, Ni, Sn, Be, Mg, Ca, Sr und Ba, 4 ≤ x ≤ 15, 2 ≤ y ≤ 25, 0 ≤ b ≤ 10 und 7 ≤ x + y + b ≤ 35. Wenigstens 50% der Legierungsstruktur wird von Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger eingenommen, wobei die Kristallkörner auf einer bcc- Struktur basieren.
Die magnetische Legierung mit ultrafeinen Kristallkörnern gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt eine Zusammensetzung der allgemeinen Formel:
Fe100-x-y-zMxByXzTb (Atom-%),
wobei M ist für wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Ta, Cr, W und Mn steht, X für wenigstens eines der Elemente Si, Ge, P, Ga, Al und N, T für wenigstens eines der Elemente Au, Platingruppen-Elemente, Co, Ni, Sn, Be, Mg, Ca, Sr und Ba, 4 ≤ x ≤ 15, 2 ≤ y ≤ 25, 0 < z ≤ 10, 0 < b ≤ 10 und 7 ≤ x + y + z + b ≤ 35. Wenigstens 50% der Legierungsstruktur wird von Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger eingenommen, wobei die Kristallkörner auf einer bcc-Struktur basieren.
Das Element X ist wirksam beim Steuern der Magnetostriktion und der magnetischen Anisotropie, wobei es mit einem Betrag von 10 Atom-% oder weniger zugesetzt werden kann. Wenn der Betrag des Elements X 10 Atom-% übersteigt, kommt es zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften. Vorzugsweise ist der X-Betrag 0,5-8 Atom-%.
Das Element T ist wirksam beim Verbessern der Korrosionsbeständigkeit und beim Steuern der magnetischen Eigenschaften. Der T-Betrag (b) beträgt vorzugsweise 10 Atom-% oder weniger. Wenn er 10 Atom-% übersteigt, kommt es zu einem sehr starken Abfall der Sättigungsmagnetisierung. Der T-Betrag ist vorzugsweise 0,5-8 Atom-%.
Die obengenannte erfindungsgemäße Legierung hat eine Struktur, die auf Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger basiert. Insbesondere wenn die mittlere Korngröße 20 nm oder weniger ist, können ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften erzielt werden.
Erfindungsgemäß müssen die ultrafeinen Kristallkörner wenigstens 50% der Legierungsstruktur einnehmen, weil sonst keine herausragenden weichmagnetischen Eigenschaften erreicht werden.
Abhängig von den Wärmebehandlungsbedingungen kann teilweise eine amorphe Phase zurückbleiben oder die gesamte Legierungsstruktur kann zu 100% kristallin werden. In beiden Fällen können ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften erzielt werden.
Ursache für das Erreichen herausragender weichmagnetischer Eigenschaften in der erfindungsgemäßen magnetischen Legierung mit ultrafeinen Kristallkörnern ist folgendes: In der Erfindung bilden M und B ultrafeine Bestandteile, die auf bcc Fe basieren und durch eine Wärmebehandlung einheitlich in der Legierungsstruktur verteilt sind, wobei sie das Wachstum solcher Kristallkörnern unterdrücken. Entsprechend wird die nagnetische Anisotropie offensichtlich durch dieses Herstellen ultrafeiner Kristallkörner aufgeglichen, was zu exzellenten weichmagnetischen Eigenschaften führt.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Gesichtspunkt weist ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Legierung mit ultrafeinen Kristallkörnern die Verfahrensschritte des Herstellens einer amorphen Legierung mit einer der obengenannten Zusammensetzungen und des Aussetzens der sich ergebenen amorphen Legierung einer Wärmebehandlung zur Kristallisation auf, wodurch bei der resultierenden Legierung für eine Struktur gesorgt wird, bei der wenigstens 50% durch Kristallkörner eingenommen wird, die auf einem bcc Fe-Mischkristall basieren und eine mittlere Korngröße von 50 nm oder weniger aufweisen.
Die amorphe Legierung wird üblicherweise durch ein Flüssigabschreckverfahren, wie z.B. ein Einwalzenverfahren, ein Zweiwalzenverfahren, ein rotierendes Flüssigschleuderverfahren, etc., durch ein Gasphasenabschreckverfahren, wie z.B. ein Sputteringverfahren, ein Aufdampfverfahren, etc., hergestellt. Die amorphe Legierung wird einer Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre, in Wasserstoff oder im Vakuum zur Kristallisation ausgesetzt, so daß wenigstens 50% der Legierungsstruktur von Kristallkörnern eingenommen werden, die auf einem Mischkristall mit einer bcc-Struktur basieren und eine mittlere Korngröße von 50 nm oder weniger aufweisen.
Die Wärmebehandlung wird gemäß der Erfindung vorzugsweise zwischen 450 - 800 ºC ausgeführt. Wenn die Wärmebehandlung unter 450 ºC stattfindet, ist die Kristallisation schwierig, auch wenn die Wärmebehandlung über eine lange Zeitspanne durchgeführt wird. Andererseits wachsen die Kristallkörner exzessiv, wenn 800 ºC überschitten wird, was die Zahl der gewünschten ultrafeinen Kristallkörner verringert. Die bevorzugte Wärmebehandlungstemperatur beträgt 500 - 700ºC. Weiterhin liegt die Wärmebehandlungszeit im allgemein zwischen einer Minute und 300 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 Minuten und 24 Stunden. Die Wärmebehandlungstemperatur und -zeit können innerhalb des obengenannten Bereiches abhängig von den Legierungszusammensetzungen festgelegt werden.
Wenn die erfindungsgemäße Legierung eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 450 - 800 ºC ausgesetzt wird, läßt sich das Glaskleben bei der Herstellung von Magnetköpfen einfach ausführen, was zu Magnetköpfen mit hoher Zuverlässigkeit führt.
Die Wärmebehandlung der erfindungsgemäßen Legierung kann in einem Magnetfeld durchgeführt werden. Eine magnetische Anisotropie in eine Richtung in der wärmebehandelten Legierung kann erreicht werden, wenn ein Magnetfeld in eine Richtung angelegt wird. Auch kann bei Durchführung der Wärmebehandlung in einem rotierenden Magnetfeld eine weitere Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften erreicht werden. Außerdem kann an die Wärmebehandlung zur Kristallisation eine Wärmebehandlung in einem magnetischen Feld angeschlossen werden.
Die Erfindung sollen im weiteren genauer anhand der folgenden Beispiele dargestellt werden, ohne jedoch den erfindungsgemäßen Schutzbereich zu beschränken.

Beispiel 1

Eine Legierungsschmelze mit einer Zusammensetzung (Atom-%) von 7% Nb, 18% B und im wesentlichen im Gleichgewicht gehaltenen Fe wird schnell mittels eines Einwalzenverfahrens abgeschreckt, um ein feines amorphes Legierungsband von 18 um Dicke herzustellen.
Das Röntgenbeugungsmuster dieser amorphen Legierung vor der Wärmebehandlung ist in Fig. 1(a) dargestellt. Aus Fig. 1(a) wird deutlich, daß dieses Muster ein für eine amorphe Legierung typisches Halomuster ist.
Anschließend wird dieses dünne Legierungsband einer Wärmebehandlung bei 600 ºC für eine Stunde in Stickstoffgasatmosphäre zur Kristallisation ausgesetzt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Das Röntgenbeugungsmuster der bei einer Wärmebehandlung bei 600 ºC erhaltenen Legierung ist in Fig. 1(b) gezeigt. Als Ergebnis der Röntgenbeugungsuntersuchung ergibt sich, daß die Legierung nach einer 600 ºC Wärmebehandlung eine Struktur aufweist, die im wesentlichen aus ultrafeinen Kristallkörnern besteht, die aus einem bcc Fe Mischkristall mit einer geringen Halbwertsbreite hergestellt sind.
Aus der Transmissionselektronen-Mikrophotographie ergibt sich, daß die Legierung nach der Wärmebehandlung eine im wesentlichen aus ultrafeinen Kristallkörnern mit einer mittleren Korngröße von 10 nm oder weniger bestehende Struktur aufweist.
Weiterhin wurde bei der Erfindung der Prozentsatz an ultrafeinen Kristallkörnern durch das allgemein angewandte Schnittverfahren bestimmt. Bei diesem Verfahren wird eine willkürliche Linie (Länge = L) so durch eine Mikrophotographie gezogen, daß sie alle Kristallkörner auf der Mikrophotographie schneidet. Die Länge (L&sub1;, L&sub2;, L&sub3; ... Ln) jedes der von der Linie geschnittenen Kristallkörner wird aufsummiert zu einer Gesamtlänge (L&sub1; + L&sub2; + L&sub3; + ... + Ln) und diese Gesamtlänge geteilt durch L bestimmt den Prozentsatz der Kristallkörner.
Wo ein großer Prozentsatz von Kristallkörnern in der Legierungsstruktur ist, erscheint es auf der Mikrophotographie, daß die Struktur fast ausschließlich von Kristallkörnern eingenommen wird. Jedoch existiert auch in diesem Fall ein gewisser Prozentsatz an amorpher Phase in der Struktur. Dies kommt daher, daß die Umgebung jedes Kristallkorns undeutlich auf der Mikrophotographie erscheint, was die Existenz einer amorphen Phase annehmen läßt. Wo es einen großen Prozensatz an solchen Kristallkörnern gibt, ist das allgemein schwierig, den Prozentsatz an Kristallkörnern durch einen genauen nummerischen Wert auszudrücken. Entsprechend wird in den Beispielen "im wesentlichen" oder "hauptsächlich" verwendet.
Weiter wurde ein aus der amorphen Legierung nit dieser Zusammensetzung hergestellter toroidialer Kern einer Wämebehandlung bei verschiedenen Wärmebehandlungstemperaturen ohne Anlegen eines Magnetfelds ausgesetzt, um eine B-H Hystereseschleife durch eine B-H Schleifenabtaster und die effektive Permeabilität uelk bei 1 kHz durch ein LCR-Meter zu messen. Die Wärmebehandlungszeit betrug eine Stunde und die Wärmebehandlungsumgebung war eine Stickstoffgasatmosphäre. Die Ergebnisse sind in Fig. 2(a) und (b) gezeigt. Fig. 3 zeigt die B-H Hystereseschleife von 630 ºC für eine Stunde geheiztem Fe&sub7;&sub5;Nb&sub7;B&sub1;&sub8;, wobei B&sub1;&sub0;= 12,1 kG, Br/B&sub1;&sub0; 24% und Hc 0,103 Oe.
Es hat sich gezeigt, daß bei einer Wärmebehandlungstemperatur, die höher als die Kristallisationstemperatur ist, bei der die bcc Fe Phasen erzeugt werden, eine hohe Sättigungsmagnetisierung und eine hohe Permeabilität erreicht werden.
Folglich kann die erfindungsgemäße Legierung durch Kristallisieren der entsprechenden amorphen Legierung erzielt werden. Die erfindungsgemäße Legierung hat eine gegenüber dem amorphen Gegenstück wesentlich reduzierte Magnetostriktion, was bedeutet, daß sie für weichmagnetische Substanzen geeignet ist.
Die erfindungsgemäße Legierung zeigt eine höhere Sättigungsmagnetisierung als die Fe-Si-Al Legierung und sein uelk übersteigt 10.000 in einigen Fällen. Die erfindungsgemäße Legierung ist deshalb für Magnetköpfe für hochdichte magnetische Aufnahmen, Drosselkerne, Hochfrequenztransformatoren, Sensoren, etc. geeignet.

Beispiel 2

Dünne wärmebehandelte Legierungsbänder mit 5 mm Breite und 15 um Dicke, die die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen aufweisen, wurden auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt. B&sub1;&sub0; und Hc wurden mittels eines B-H Schleifenabtasters, die effektive Permeabilität uelk bei 1 kHz mittels eines LCR-Meters und der Kernverlust Pc bei 100 kHz und 0,2 T mittels eines U-Funktionsmeter gemessen. Die mittlere Kristallkorngröße und der Prozentsatz an Kristallkörnern wurden aus Mikrophotographien der Legierungsstruktur bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Jede der wärmebehandelten Legierung hat auf einer bcc Struktur basierende Kristallkörner mit einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger. Die in Tabelle 1 gezeigte Hystereseschleife der Legierung Nr. 1 (Fe&sub7;&sub9;Nb&sub7;B&sub1;&sub4;) ist in Fig. 4 dargestellt, wobei B&sub1;&sub0; = 1,25 T, Br/B&sub1;&sub0; = 72% und Hc = 16 A/m.
Die erfindungsgemäßen Legierungen besitzen Sättigungsmagnetisierungen, die gleich oder höher sind als die der Fe-Si- Al Legierung und der amorphen Legierung auf Co-Basis, und haben auch einen höheren uelk als Fe-Si, etc. Entsprechend sind die erfindungsgemäßen Legierungen als Legierung für Magnetköpfe geeignet. Tabelle 1 Proben-Nr. * Zusammensetzung (Atom-%) Mittlere Korngröße (nm) Gehalt an Kristallkörnern (%) Tabelle 1 (Fortsetzung) Proben-Nr. * Zusammensetzung (Atom-%) Mittlere Korngröße (nm) Gehalt an Kristallkörnern (%) Anmerkung *: Proben-Nr. 1-17: Erfindung Proben-Nr. 18-20: Herkömmliche Legierung

Beispiel 3

Dünne amorphe Legierungsbänder mit 5 mm Breite und 15 um Dicke, die die in Tabelle 2 gezeigte Zusammensetzung aufweisen, wurden mittels eines Einwalzenverfahrens hergestellt. Danach wurde jedes dieser dünnen Legierungsbänder zu einem toroidalen Kern von 19 mm Außendurchmesser und 15 mm Innendurchmessee geformt und einer Wärmebehandlung bei 500 - 700 ºC in Ar-Gasatmosphäre zur Kristallisation aufgesetzt.
Aus der Röntgenbeugungsuntersuchung und der Transmissionenelektronen-Mikrophotographie ergibt sich, daß die Legierungen nach der Wärmebehandlung eine Struktur aufweisen, die hauptsächlich aus ultrafeinen Kristallkörnern besteht, die auf einer bcc-Struktur basieren und eine mittlere Korngröße von 50 nm oder weniger aufweisen.
Weiterhin wurden neue hergestellte dünne amorphe Legierungsbände mit den obengenannten Zusammensetzungen auf dieselbe Weise zu toroidialen Kernen ausgeformt und die effektive Permeabilitat uelk bei 1 kHz gemessen. Danach wurden sie eine Wärmebehandlung bei 600ºC und 30 Minuten ausgesetzt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Ihre effektive Permeabilität (uelk³&sup0;) bei 1 kHz wurde auch gemessen. Die Werte von uelk³&sup0;/uelk sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Proben-Nr. * Zusammensetzung (Atom-%) Mittlere Korngröße (nm) Gehalt an Kristallkörnern (%) Anmerkung *: Proben-Nr. 21-38: Erfindung Proben-Nr. 39-43: Vergleichsbeispiele
Aus Tabelle 2 ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Legierungen einen wesentlich größ uelk³&sup0;/uelk besitzen als herkömmliche Substanzen und folglich eine hervorragende Wärmebeständigkeit, wobei auch bei eine Temperatur von 600 ºC nur eine geringe Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften auftritt. Entsprechend sind sie als magnetische Substanzen für Glaskleben beinhaltende Magnetköpfe, bei hohen Temperatur arbeitende Sensoren, etc. geeignet.
Weiter ist be der erfindungsgemäßen Legierung der Wert von uelk³&sup0;/uelk um so höher, je höher die B-Gehalt ist. Hinzukommt, daß uelk³&sup0;/uelk gering ist, wenn der M-Gehalt geringer als die Untergrenze des Bereiches der Erfindung ist, was bedeutet, daß die Wärmebestäbdigkeit gering ist.

Beispiel 4

Legierungsschichten mit den in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen wurden auf photokeramischen Substraten mittels eines Sputteringverfahren hergestellt und einer Wärmebehandlung bei 500 - 700 ºC für 1 Stunde zur Kristallisation ausgesetzt. In diesem Stadium wurde uelM&sup0; gemessen.
Aus der Röntgenbeugungsuntersuchung und der Transmissionselektronen-Mikrophotographie ergibt sich, daß die Legierungen nach der Wärmebehandlung eine Struktur besitzen, die hauptsächlich aus ultrafeinen Kristallkörnern besteht, die auf einer bcc-Struktur basieren und eine mittlere Korngröße von 50 nm oder weniger aufweisen.
Danach wurden diese Legierungen in einem Ofen bei 500 ºC eingeführt, dort für eine Stunde gehalten und anschließend auf Raum temperatur abgekühlt, um ihre uelM¹ zu messen. Ihr uelM¹/uelM&sup0;-Verhältnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Proben-Nr. * Zusammensetzung (Atom-%) Mittlere Korngröße (nm) Gehalt an Kristallkörnern (%) Anmerkung *: Proben-Nr. 44-61: Erfindung Proben-Nr. 62-63: Herkömmliche Legierungsschicht
Die erfindungsgemäßen Legierungsschichten zeigen ein uelM¹/uelM&sup0; näher bei 1 als die Legierungen der Vergleichsbeispiele und unterliegen einer geringeren Verschlechterung der magnetischen Eingenschaften auch bei einer hohen Temperatur und zeigen so eine bessere Wärmebeständigkeit. Folglich sind die erfindungsgemäßen Legierungen zum Herstellen hochzuverlässige Magnetköpfe geeignet.
Gemäß der Erfindung können magnetische Legierung mit ultrafeinen Kristallkörnern hergestellt werden, die eine hervorragende Sättigungsmagnetisierung, Permeabilität und Wärmebeständigkeit besitzen.

Claims

1. Magnetische borhaltige Eisenlegierung mit ultrafeinen Kristallkörnern auf der Basis einer bcc-Structur, dadurch gekennzeichnet,

daß sie eine Zusammensetzung der allgemeinen Formel

Fe100-x-y-z-bMxByXzTb (Atom-%)

aufweist, wobei M für mindestens eines der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Ta, Cr, W und Mn; X für mindestens eines der Elemente Si, Ge, P, Ga, Al und N; und T mindestens eines der Elemente Au, der Platingruppe, Co, Ni, Sn, Be, Mg, Ca, Sr und Ba steht; 4 ≤ x ≤ 15; 2 ≤ y ≤ 25; 0 ≤ z ≤ 10, 0 ≤ b ≤ 10; und 7 ≤ x + y + z + b ≤ 35 ist; und

daß die Legierungsstruktur zu mindestens 50% von Kristallkörnern einer mittleren Korngröße von 50 nm oder weniger eingenommen wird.

2. Legierung nach Anspruch 1, wobei der Rest der Legierungsstruktur aus einer amorphen Phase besteht.

3. Legierung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus einer kristallinen Phase besteht.

4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei 10 < y ≤ 20 ist.

5. Legierung nach einem der Anspruche 1 bis 4, wobei die Kristallkörner eine mittlere Korngröße von 20 nm oder weniger aufweisen.

6. Verfahren zur Herstellung einer Magnetlegierung mit ultrafeinen Kristallkörnern mit folgenden Verfahrensschritten:

Herstellen einer amorphen Legierung der in einem der Ansprüche 1 bis 5 angegebenen Zusammensetzung, und

Wärmebehandeln der erhaltenen amorphen Legierung zur Kristallisation, wodurch die sich ergebende Legierung mit einer Struktur versehen wird, die zu mindestens 50 % von Kristallkörnern einer mittleren Körngröße von 50 nm oder weniger eingenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die amorphe Legierung während der Wärmebehandlung einem Magnetfeld ausgesetzt wird.