JP2001207202A - Method for producing metallic bulk material having high coercive force and metallic bulk material and target material produced thereby - Google Patents

Method for producing metallic bulk material having high coercive force and metallic bulk material and target material produced thereby

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JP2001207202A
JP2001207202A JP2000233916A JP2000233916A JP2001207202A JP 2001207202 A JP2001207202 A JP 2001207202A JP 2000233916 A JP2000233916 A JP 2000233916A JP 2000233916 A JP2000233916 A JP 2000233916A JP 2001207202 A JP2001207202 A JP 2001207202A
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bulk material
coercive force
metal
alloy
powder
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Shigeru Mashita
茂 真下
Shinsho Ko
新▲ショウ▼ 黄
Hideo Murata
英夫 村田
Masahiko Sakakibara
正彦 榊原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a producing method, e.g. capable of producing a target material usable for production of a magnetic thin film having high soft magnetic properties by magnetron sputtering or the like as a metallic bulk material having high coercive force. SOLUTION: As raw material powder those coercive force is made high from a composition having high soft magnetic properties in essence, the raw material powder is subjected to impact compression and is bulked as having the same magnetic properties to obtain a metallic bulk material having high coercive force. It is preferable that the raw material powder is subjected to mechanical alloying treatment before the impact compression, and the raw material is refined and is made into solid solution.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高保磁力を持つ金属
バルク材の製造方法及びそれによって作製した金属バル
ク材に関し、特に通常は高い軟磁気特性をもつ組成をし
ているにもかかわらずマグネトロンスパッタリングのタ
ーゲット材などに適した高保磁力を持つ金属バルク材を
製造する方法及びその方法によって得た金属バルク材に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a metal bulk material having a high coercive force and a metal bulk material produced thereby, and more particularly to a magnetron sputtering method which usually has a composition having high soft magnetic properties. The present invention relates to a method for producing a metal bulk material having a high coercive force suitable for a target material and the like and a metal bulk material obtained by the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】高い軟磁気特性を持つ薄膜は、薄膜磁気
ディスクや磁気ヘッドに用いられている。このような磁
性薄膜は、その薄膜とほぼ同じ組成をした合金ターゲッ
トを用いて、スパッタリングによって作製される。スパ
ッタリング時に磁界を印加してスパッタリング効率を上
げたり、薄膜に方向性を付けたりすることが行われてい
る。磁界中スパッタリングすなわちマグネトロンスパッ
タリングの際に、ターゲットの磁気特性が大きい場合に
は、ターゲットの周辺、特にターゲット表面近くでの磁
界分布が曲がってしまう。そのために、マグネトロンス
パッタリング時のプラズマビームがターゲット近傍で乱
れて、目的とする磁性薄膜の特性が低下し、あるいはス
パッタリング効率が低下することがあった。
2. Description of the Related Art Thin films having high soft magnetic properties are used for thin-film magnetic disks and magnetic heads. Such a magnetic thin film is produced by sputtering using an alloy target having substantially the same composition as the thin film. 2. Description of the Related Art Sputtering efficiency is increased by applying a magnetic field at the time of sputtering, and directionality is imparted to a thin film. If the magnetic properties of the target are large during magnetic field sputtering, that is, magnetron sputtering, the magnetic field distribution around the target, particularly near the target surface, will bend. Therefore, the plasma beam at the time of magnetron sputtering may be disturbed near the target, and the characteristics of the target magnetic thin film may be reduced, or the sputtering efficiency may be reduced.

【0003】そのために、高磁気特性を持つ薄膜をスパ
ッタリングで得る際には、そのターゲットは低い磁気特
性を持つこと、言い換えれば比較的高い保磁力を持つこ
とが要求されている。
Therefore, when a thin film having high magnetic properties is obtained by sputtering, the target is required to have low magnetic properties, in other words, to have a relatively high coercive force.

【0004】本発明者は、通常の溶製法では合金化する
ことの困難な金属組成系、例えば鉄−銅系及び鉄−タン
グステン系にメカニカルアロイングを施して非平衡固溶
体粉末を得て、その非平衡固溶体粉末に衝撃圧縮を作用
させて非平衡固溶体バルク材を得ることを発明し、特願
平9−201081号(平成9年7月28日出願)とし
て特許出願をしている。しかし、メカニカルアロイング
処理あるいは衝撃圧縮によって磁気特性がどのように変
化するかと言うことについては全く述べていなかった。
The inventor of the present invention obtained a non-equilibrium solid solution powder by applying mechanical alloying to a metal composition system, for example, an iron-copper system and an iron-tungsten system, which are difficult to alloy by a normal melting method. We invented obtaining a non-equilibrium solid solution bulk material by subjecting non-equilibrium solid solution powder to impact compression, and filed a patent application as Japanese Patent Application No. 9-201081 (filed on July 28, 1997). However, there is no mention of how the magnetic properties are changed by the mechanical alloying treatment or the impact compression.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、本来は高
い軟磁気特性を示す金属あるいは合金の組成(例えば鉄
−コバルト合金)でありながら、高保磁力を持つ金属バ
ルク材を得ることのできる製造方法を提供することを目
的としている。
According to the present invention, a metal bulk material having a high coercive force can be obtained while having a composition of a metal or alloy (for example, an iron-cobalt alloy) which originally exhibits high soft magnetic characteristics. It is intended to provide a way.

【0006】また、本発明では、本来は高い軟磁気特性
を示す金属あるいは合金の組成(例えば鉄−コバルト合
金)でありながら、高保磁力を持つ金属バルク材を提供
することも目的としている。
It is another object of the present invention to provide a metal bulk material having a high coercive force while having a metal or alloy composition (eg, an iron-cobalt alloy) that originally exhibits high soft magnetic characteristics.

【0007】更に、本発明では、本来は高い軟磁気特性
を示す金属あるいは合金の組成でありながら、高保磁力
を持つ金属バルクのターゲット材を得ることのできる製
造方法及びそのターゲット材を提供することも目的とし
ている。
Further, the present invention provides a manufacturing method capable of obtaining a metal bulk target material having a high coercive force while having a composition of a metal or an alloy which originally exhibits high soft magnetic characteristics, and a target material thereof. Is also aimed at.

【0008】なお、本明細書で用いている「高保磁力」
の用語は、その材料が本来持っている軟磁気特性すなわ
ち透磁率や飽和磁束密度よりも低い値をしているととも
に本来持っている保磁力よりも比較的大きな値をしてい
ることを意味している。
The term “high coercive force” used in this specification
The term means that the material has a value that is lower than the soft magnetic properties inherent to the material, that is, a value lower than the permeability or saturation magnetic flux density, and that the material has a value that is relatively larger than the intrinsic coercive force. ing.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は前記の衝撃圧
縮を本来は高い軟磁気特性を示す組成をした合金系粉末
に適用することの検討を通して本発明に至ったものであ
る。
The inventor of the present invention has reached the present invention by studying the application of the above-described shock compression to an alloy powder having a composition originally exhibiting high soft magnetic properties.

【0010】そこで本発明の高保磁力を持つ金属バルク
材の製造方法は、本来は高い軟磁気特性を持つ組成であ
りながら高保磁力を持つ金属あるいは合金粉末を衝撃圧
縮して、そのバルク材とすることを特徴とする。
Therefore, the method for producing a metal bulk material having a high coercive force according to the present invention is to compress a metal or alloy powder having a high coercive force, which is originally a composition having a high soft magnetic property, into a bulk material by impact compression. It is characterized by the following.

【0011】前記製造方法は、Fe系合金、特にFe−
Co合金に適したものである。
[0011] The above-mentioned manufacturing method is characterized in that an Fe-based alloy, particularly Fe-
It is suitable for a Co alloy.

【0012】また本発明の高保磁力を持つ金属バルク材
は、本来は高い軟磁気特性を持つ組成でありながら、高
保磁力を持つ金属あるいは合金粉末に衝撃圧縮を施して
なるバルク材であることを特徴とする。
Further, the metal bulk material having a high coercive force of the present invention is a bulk material obtained by subjecting a metal or alloy powder having a high coercive force to shock compression while having a composition originally having high soft magnetic properties. Features.

【0013】前記バルク材はFe系合金、特にFe−C
o合金であることが好ましいものである。
The bulk material is an Fe-based alloy, especially Fe-C
An o-alloy is preferred.

【0014】本発明のターゲット材は、本来は高い軟磁
気特性を持つ組成でありながら、高保磁力を持つ金属あ
るいは合金粉末に衝撃圧縮を施してなる高保磁力を持つ
金属バルク材からなることを特徴とする。そのバルク材
はFe系合金、特にFe−Co合金であることが好まし
いものである。
The target material of the present invention is characterized by being composed of a bulk metal material having a high coercive force obtained by subjecting a metal or alloy powder having a high coercive force to shock compression while having a composition originally having a high soft magnetic property. And The bulk material is preferably an Fe-based alloy, particularly an Fe-Co alloy.

【0015】本発明ではバルク材を作製するのに衝撃圧
縮をしている。衝撃圧縮では、ナノ、マイクロ秒程度の
極短時間に物質の弾性限界をはるかに超えた高い応力を
与えることにより、超高圧状態が実現され、特に平面衝
撃波による圧縮では一軸圧縮となる。また、衝撃圧縮に
よれば非平衡状態を維持したままで固化すなわちバルク
化することができるので、金属あるいはその合金の超微
細粒子(ナノ結晶、サブミクロン粒子あるいは微細粒
子)をそのまま固化することで微細組織を有したバルク
体となる。
In the present invention, shock compression is used to produce a bulk material. In shock compression, an ultra-high pressure state is realized by applying a high stress far exceeding the elastic limit of a material in an extremely short time of about nanoseconds or microseconds. In particular, compression by a plane shock wave is uniaxial compression. In addition, according to the impact compression, it is possible to solidify or bulk while maintaining the non-equilibrium state, so that ultrafine particles (nanocrystals, submicron particles or fine particles) of a metal or its alloy are solidified as they are. It becomes a bulk body having a fine structure.

【0016】本発明の高保磁力を持つ金属バルク材の製
造方法においては、目的とする合金を構成する金属粉あ
るいはその合金粉末を出発原料とすることができる。金
属粉を使用する場合の方がより低い軟磁気特性となるの
でより好ましいものである。ここで前記金属あるいは合
金粉末はアトマイズ法あるいはメカニカルアロイング処
理あるいはそれらの組み合わせによって得ることが出
来、メカニカルアロイング処理をしたものが特に好まし
いものである。原料材料粉末をメカニカルアロイング処
理することにより、その原料材料粉末に主に含まれてい
た金属あるいは合金の組織を主に示すようになる。この
メカニカルアロイングによって非平衡固溶体粉末となっ
て、後で述べるように軟磁気特性が低下し保磁力が増加
する。保磁力が用途に合った値になるようにメカニカル
アロイング処理時間を調整することができる。軟磁気特
性が低下して保磁力が増加した金属あるいは合金粉末を
衝撃圧縮してその特性のままでバルク体を得ることがで
きる。
In the method for producing a metal bulk material having a high coercive force according to the present invention, a metal powder constituting the target alloy or its alloy powder can be used as a starting material. The use of metal powder is more preferred because of lower soft magnetic properties. Here, the metal or alloy powder can be obtained by an atomizing method, a mechanical alloying treatment, or a combination thereof, and a material subjected to a mechanical alloying treatment is particularly preferable. By subjecting the raw material powder to mechanical alloying treatment, the structure of the metal or alloy mainly contained in the raw material powder mainly appears. Due to this mechanical alloying, a non-equilibrium solid solution powder is formed, and as described later, the soft magnetic properties are reduced and the coercive force is increased. The mechanical alloying processing time can be adjusted so that the coercive force becomes a value suitable for the application. A metal or alloy powder having reduced soft magnetic properties and increased coercive force can be subjected to impact compression to obtain a bulk body with the same properties.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】Fe−Co系について、市販の金
属粉末を混合したものにメカニカルアロイングを施し、
あるいはFe−Coの溶湯からアトマイズ法で粉末を
得、あるいはアトマイズ粉末に更にメカニカルアロイン
グを施して粉末を作製し、その粉末から衝撃圧縮によっ
て金属バルク材を作製した。Fe−Co系合金は溶製品
ではその組成比のほとんどすべての範囲で固溶体を形成
し、高い軟磁気特性を示すことが知られている。そこで
FeとCoのモル%が約70:30の組成比となるよう
にして以下の実験を行った。ここで出発原料として表1
に示すFe粉末、Co粉末及びFe−30モル%Co合
金のアトマイズした粉末を用いた。ここでアトマイズ法
は高周波溶解等によってFe−30モル%Coの溶湯を
得て、約1600℃の溶湯を流水、アルゴン、窒素ジェット
気流の中に注入することによって粉末とした。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION For Fe—Co system, a commercially available metal powder is mixed and subjected to mechanical alloying.
Alternatively, a powder was obtained from an Fe—Co melt by an atomizing method, or the atomized powder was further subjected to mechanical alloying to produce a powder, and a metal bulk material was produced from the powder by impact compression. It is known that Fe-Co alloys form solid solutions in almost all ranges of their composition ratios in molten products and exhibit high soft magnetic properties. Therefore, the following experiment was conducted so that the molar ratio of Fe and Co was about 70:30. Table 1
Atomized powders of Fe powder, Co powder and Fe-30 mol% Co alloy shown in Table 1 were used. Here, in the atomization method, a melt of Fe-30 mol% Co was obtained by high frequency melting or the like, and the melt at about 1600 ° C. was injected into flowing water, argon, and a nitrogen jet stream to make powder.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】ここで行った実験は、Fe粉末とCo粉末
とを約70:30の組成比(モル%)となるように混合
したものに、メカニカルアロイング処理をして非平衡固
溶体粉末を得たものに衝撃圧縮を加えて金属バルク材を
得た(表2の(1)〜(4)に対応する)。また、これ
と平行して、表1のFe−30モル%Co合金のアトマ
イズ粉に衝撃圧縮を加えて金属バルク材を得た(表2の
(5)に対応)。およびアトマイズ処理後メカニカルア
ロイングをしたものに衝撃圧縮を加えて金属バルク材を
得た(表2の(6)〜(8)に対応)。比較品として従
来の溶製法でFe−29.5モル%Co合金を作製した
(表2の(0)に対応)。
In the experiment conducted here, a non-equilibrium solid solution powder was obtained by subjecting a mixture of Fe powder and Co powder to a composition ratio (mol%) of about 70:30 by mechanical alloying. The resultant was subjected to impact compression to obtain a metal bulk material (corresponding to (1) to (4) in Table 2). In parallel with this, the atomized powder of the Fe-30 mol% Co alloy in Table 1 was subjected to impact compression to obtain a metal bulk material (corresponding to (5) in Table 2). Further, the metal alloy was mechanically alloyed after the atomizing treatment and subjected to impact compression to obtain a metal bulk material (corresponding to (6) to (8) in Table 2). As a comparative product, a Fe-29.5 mol% Co alloy was produced by a conventional melting method (corresponding to (0) in Table 2).

【0020】ここで衝撃圧縮は粉末に一段式キー付火薬
銃を用いて加えた。その時試料を黄銅製の金属カプセル
に封入して、衝突板に2024アルミ合金、銅、タング
ステン板を用いて、衝突速度1.400Km/s以上に
て衝撃圧縮を加えた。なお、メカニカルアロイング処理
は、遊星型ボールミル(容器45ml、処理量20g/
バッチ、容器材質S3 4 、ボール材質ZrO2 )を用
い、回転数を約2000rpmとし、ボールミル容器内
の雰囲気をArとして、10分間、1時間、21時間各
々処理を行った。
Here, the impact compression was applied to the powder using a single-stage keyed gun. At that time, the sample was sealed in a metal capsule made of brass and subjected to impact compression at a collision speed of 1.400 Km / s or more using a 2024 aluminum alloy, copper, or tungsten plate as the collision plate. In addition, the mechanical alloying treatment was performed using a planetary ball mill (container 45 ml, processing amount 20 g /
Using a batch, container material S 3 N 4 , and ball material ZrO 2 ), the number of revolutions was set to about 2,000 rpm, and the atmosphere in the ball mill container was Ar, for 10 minutes, 1 hour, and 21 hours, respectively.

【0021】このようにして得た、金属バルク材の磁気
特性を表2に示す。この表で、作製条件欄にあるMA1
0minとはメカニカルアロイング処理を10分間施し
たことを、またV=1.471Km/sなどとは衝撃圧
縮時の衝突速度を示している。μm、Hc(Oe)、B
(G)at25Oeは各々最大透磁率、保磁力、25O
eにおける飽和磁束密度を示している。
Table 2 shows the magnetic properties of the thus obtained metal bulk material. In this table, MA1
0 min indicates that the mechanical alloying process was performed for 10 minutes, and V = 1.471 Km / s and the like indicate the collision speed during impact compression. μm, Hc (Oe), B
(G) at25Oe is the maximum magnetic permeability, coercive force,
e shows the saturation magnetic flux density.

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】この表から明らかなように、従来の溶製法
で得たFe−Co合金では保磁力は4.3Oeと小さい
もので、最大透磁率が840,飽和磁束密度が1230
0Gと大きな軟磁気特性を示していた。衝撃圧縮処理を
した金属バルク材はいずれも保磁力が大きくなって、最
大透磁率μmと飽和磁束密度Bの低いものとなった。特
にメカニカルアロイングを21時間施した上で衝撃圧縮
を加えたものは最大透磁率μmが80と溶製品の1/1
0以下であった。特に表2の(1)〜(4)の保磁力H
cを見ると、いずれも溶製品(0)よりも大きいが、そ
の内でもメカニカルアロイング時間が1時間までは大き
くなっていき、それよりもメカニカルアロイング時間を
長くすると低下する傾向にあることがわかる。
As is clear from this table, the Fe--Co alloy obtained by the conventional melting method has a small coercive force of 4.3 Oe, a maximum magnetic permeability of 840 and a saturation magnetic flux density of 1230.
It showed a large soft magnetic property of 0 G. Each of the metal bulk materials subjected to the impact compression treatment had a large coercive force and a low maximum magnetic permeability μm and a low saturation magnetic flux density B. In particular, those subjected to mechanical alloying for 21 hours and then subjected to impact compression have a maximum magnetic permeability μm of 80, which is 1/1 of the molten product.
0 or less. In particular, the coercive force H of (1) to (4) in Table 2
Looking at (c), they are all larger than the molten product (0), but the mechanical alloying time also increases up to 1 hour, and tends to decrease when the mechanical alloying time is longer than that. I understand.

【0024】アトマイズ処理した粉末に衝撃圧縮を施し
たもの((5)〜(8))はいずれも溶製品に比して保
磁力Hcが大で、最大透磁率μmと飽和磁束密度Bが小
さくなっている。そのなかで、メカニカルアロイングを
1時間加えたものは保磁力が大きくなる傾向があるが、
21時間加えたものは保磁力が少し低下する傾向にあ
る。
Each of the atomized powders subjected to impact compression ((5) to (8)) has a larger coercive force Hc, a smaller maximum magnetic permeability μm and a smaller saturation magnetic flux density B than the melted product. Has become. Among them, the one with mechanical alloying added for one hour tends to have a large coercive force,
After 21 hours, the coercive force tends to decrease slightly.

【0025】表2の作製条件による金属バルク材のX線
回折パターンを図1及び図2に示している。図1はFe
粉末とCo粉末の混合物をメカニカルアロイング処理し
た後に衝撃圧縮をしてバルク材としたものであるが、そ
の図の上段に出発原料として用いたFe粉末とCo粉末
との混合物及び溶製品を合わせて示している。また図2
はアトマイズ粉をメカニカルアロイング処理した後に衝
撃圧縮して金属バルク材としたものであるが、その図の
上段に出発原料として用いたアトマイズ粉及びメカニカ
ルアロイング処理を施さないで衝撃圧縮したものを合わ
せて示している。
FIGS. 1 and 2 show X-ray diffraction patterns of the metal bulk material under the manufacturing conditions shown in Table 2. FIG.
The mixture of powder and Co powder is subjected to mechanical alloying and then subjected to impact compression to form a bulk material. The upper part of the figure shows the mixture of Fe powder and Co powder used as starting materials and the melted product. Is shown. FIG. 2
Is a mechanical bulking of atomized powder followed by shock compression to form a metal bulk material. Also shown.

【0026】これらのX線回折パターンからメカニカル
アロイング処理を施すことによって、Coのピークはほ
とんどなくなっており、固溶体化されていることがわか
る。固溶体化されているにもかかわらず表2に示したよ
うに保磁力が上昇し、最大透磁率と飽和磁束密度が低く
なっていることは驚くべきことである。さらにメカニカ
ルアロイング処理を長時間行うことで、回折線の半価幅
が広がっていることがわかる。
From these X-ray diffraction patterns, it can be seen that by performing mechanical alloying treatment, the peak of Co almost disappeared, and the solid solution was formed. It is surprising that the coercive force is increased and the maximum magnetic permeability and the saturation magnetic flux density are reduced as shown in Table 2 despite the solid solution. Further, it can be seen that the half-width of the diffraction line is increased by performing the mechanical alloying treatment for a long time.

【0027】上で得た金属バルク材の表面顕微鏡写真を
図3から10に示している。各図の上段の写真(a)は
腐食前のものでスケールが50μm/17mmで、ビッ
カース硬度の圧痕が現れている。中段の写真(b)は腐
食したもので、スケールが50μm/17mmであり、
下段の写真(c)は腐食したもので、スケールが10μ
m/17mmである。単相の多結晶組織であり約100
μmの結晶粒であることがわかる。粉末にメカニカルア
ロイング処理を作用させるとより微細な組織となり、長
時間メカニカルアロイング処理を実施するとより微細化
とより固溶体化による合金化が促進されて単相で微細な
組織となっていることがわかる。図4から10のいずれ
のものも固溶体化が進んでいるとともに、バルク材とな
っていることがわかる。
FIGS. 3 to 10 show surface micrographs of the metal bulk material obtained above. The photograph (a) at the top of each figure is the one before corrosion and has a scale of 50 μm / 17 mm, and indentations of Vickers hardness appear. The middle photo (b) is a corroded one with a scale of 50 μm / 17 mm,
The lower photograph (c) is a corroded one with a scale of 10μ.
m / 17 mm. It has a single-phase polycrystalline structure of about 100
It can be seen that the crystal grains are μm. A mechanical structure is applied to the powder to give a finer structure, and a long-time mechanical alloying process promotes finer and more solid-solution alloying, resulting in a single-phase fine structure. I understand. It can be seen that the solid solution of any of FIGS. 4 to 10 has progressed and has become a bulk material.

【0028】また、上で得た金属バルク材の結晶構造、
硬度、粒径を求めて、表3に示している。結晶構造の欄
に( )内に入れて示しているのは、X線回折パターン
として少しだけ出ていたものであり、メカニカルアロイ
ングによってbcc以外はほとんどなくなっていると言
うことができる。硬度は衝撃圧縮によって上昇している
が、組織中に歪みを多く含んでいると考えられる。
Also, the crystal structure of the metal bulk material obtained above,
The hardness and particle size were determined and are shown in Table 3. What is shown in parentheses in the column of the crystal structure is a little as an X-ray diffraction pattern, and it can be said that almost all but bcc have disappeared due to mechanical alloying. Although the hardness is increased by the impact compression, it is considered that the tissue contains much strain.

【0029】[0029]

【表3】 [Table 3]

【0030】以上の現象は次のように考えることができ
る。
The above phenomenon can be considered as follows.

【0031】Fe−Co系合金では、結晶粒が30nm程度
までは磁気特性は磁気異方性のエネルギー貢献で決ま
り、磁化過程は主に結晶異方性と磁化容易軸と平行な磁
気配列の方向によって支配される。得られたバルク体の
保磁力は結晶粒界での磁区ピンニングによって大きくな
っていく。
In an Fe—Co alloy, the magnetic properties are determined by the energy contribution of the magnetic anisotropy up to the crystal grain size of about 30 nm, and the magnetization process mainly depends on the crystal anisotropy and the direction of the magnetic arrangement parallel to the axis of easy magnetization. Dominated by The coercive force of the obtained bulk body is increased by magnetic domain pinning at crystal grain boundaries.

【0032】30nm程度以下になると、交換相互作用が支
配的になり、磁化容易軸と平行な配向からの磁気モーメ
ントを妨げる。この結果、ランダムに配向した結晶粒が
交換相互作用によって相互作用してくる。いくつかの結
晶粒が平均化されることによって有効異方性が低下する
ことになり、保磁力が低下する。
At about 30 nm or less, the exchange interaction becomes dominant and hinders the magnetic moment from the orientation parallel to the easy axis of magnetization. As a result, randomly oriented crystal grains interact by exchange interaction. By averaging some crystal grains, the effective anisotropy decreases, and the coercive force decreases.

【0033】従って、メカニカルアロイング時間が1時
間程度までは写真でもわかるように結晶粒界は縞模様で
あるが結晶粒径が低下し、溶製法によるものに比べて保
磁力が増加していく。しかし、5時間以上では合金化と
微細化が進み、粒径はX線パターンがブロードになり、
Scherrerの式を用いて求めた結晶粒径は数10nmレベルに
なり、保磁力は低下する。写真では縞模様の粒界は見え
なくなり、21時間では、超微粒子からなる比較的大きな
丸い形の二次粒子が見られる組織となる。
Therefore, as can be seen from the photograph, the mechanical alloying time is about 1 hour, but the crystal grain boundaries are striped, but the crystal grain size decreases, and the coercive force increases as compared with that obtained by the melting method. . However, over 5 hours, alloying and miniaturization proceed, and the particle size becomes broader in the X-ray pattern,
The crystal grain size obtained by using Scherrer's formula is on the order of several tens of nanometers, and the coercive force decreases. In the photograph, the grain boundaries of the striped pattern disappear, and after 21 hours, the structure is such that relatively large secondary particles composed of ultrafine particles can be seen.

【0034】アトマイズ法による合金粉末をメカニカル
アロイングした場合も、出発原料の結晶粒径は溶製法に
よるものに比べて小さく、既に合金になっているが、F
e、Co粉末をメカニカルアロイングした場合と同様に
メカニカルアロイング時間が1時間程度までは写真でも
わかるように結晶粒界は縞模様であるが、結晶粒径が低
下し、保磁力が増加していく。しかし、5時間以上では
微細化が進み、粒径はX線パターンがブロードになり、
Scherrerの式を用いて求めた結晶粒径は数10nmレベルに
なり、保磁力は逆に低下する。写真では縞模様の粒界は
見えなくなり、21時間では、超微粒子からなる比較的大
きな丸い形の二次粒子が見られるようになる。
When the alloy powder obtained by the atomizing method is subjected to mechanical alloying, the crystal grain size of the starting material is smaller than that obtained by the melting method.
As in the case of mechanical alloying of e and Co powders, the crystal grain boundaries are striped as shown in the photograph until the mechanical alloying time is about 1 hour, but the crystal grain size decreases and the coercive force increases. To go. However, in 5 hours or more, miniaturization progresses, and the particle size becomes broad in the X-ray pattern,
The crystal grain size obtained by using Scherrer's formula is on the order of several tens of nanometers, and the coercive force is conversely reduced. In the photograph, the grain boundaries of the striped pattern disappear, and at 21 hours, relatively large round secondary particles composed of ultrafine particles can be seen.

【0035】なお、上の説明ではFe−Co合金につい
てのみ説明したが、本発明は本来は高い磁気特性を示す
他の合金系及び3元、4元合金他多元合金についても適
用できるものである。
Although only the Fe-Co alloy has been described in the above description, the present invention can be applied to other alloys and ternary, quaternary and other multi-element alloys which originally exhibit high magnetic properties. .

【0036】[0036]

【発明の効果】以上本発明を詳しく説明したように、本
発明によって本来なら高い軟磁気特性を持つ組成であり
ながら高保磁力を持つ金属あるいは合金粉末から高保磁
力を持つ金属バルク材を得ることができた。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to obtain a metal bulk material having a high coercive force from a metal or alloy powder having a high coercive force while having a composition having an originally high soft magnetic property. did it.

【0037】また本発明によって作製した金属バルク材
は、マグネトロンスパッタリングのターゲット材として
利用できるものである。
The metal bulk material manufactured according to the present invention can be used as a target material for magnetron sputtering.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】Fe粉末とCo粉末との混合物、溶製品及び本
発明に従って衝撃圧縮で作製した金属バルク材のX線回
折パターンをメカニカルアロイング(MA)時間ととも
に示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing X-ray diffraction patterns of a mixture of Fe powder and Co powder, a molten product, and a metal bulk material produced by impact compression according to the present invention, together with mechanical alloying (MA) time.

【図2】Fe−Co合金アトマイズ粉及びそのアトマイ
ズ粉にメカニカルアロイング(MA)時間を変えて処理
し、衝撃圧縮で作製した金属バルク材のX線回折パター
ンを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a Fe—Co alloy atomized powder and a metal bulk material produced by impact compression by treating the atomized powder with changing mechanical alloying (MA) time.

【図3】Fe−Co合金の溶製品の金属顕微鏡組織写真
であり、(a)は腐食前でスケール50μm/17mm
を、(b)は腐食後でスケール50μm/17mmを、
(c)は腐食後でスケール10μm/17mmを示す図
である。
FIG. 3 is a metallographic micrograph of a molten product of an Fe—Co alloy, in which (a) shows a scale of 50 μm / 17 mm before corrosion.
(B) scale 50 μm / 17 mm after corrosion,
(C) is a diagram showing a scale of 10 μm / 17 mm after corrosion.

【図4】FeとCoとの混合物粉末から本発明に従って
メカニカルアロイング10分間後、衝撃圧縮を施して得
た金属バルク材の金属顕微鏡組織写真であり、(a)は
腐食前でスケール50μm/17mmを、(b)は腐食
後でスケール50μm/17mmを、(c)は腐食後で
スケール10μm/17mmを示す図である。
FIG. 4 is a metal microstructure photograph of a metal bulk material obtained by subjecting a mixed powder of Fe and Co to mechanical alloying according to the present invention for 10 minutes and then performing impact compression, and (a) shows a scale of 50 μm / corrosion before corrosion. 17B is a diagram showing a scale of 50 μm / 17 mm after corrosion, and FIG. 13C is a diagram showing a scale of 10 μm / 17 mm after corrosion.

【図5】FeとCoとの混合物粉末から本発明に従って
メカニカルアロイング1時間後、衝撃圧縮を施して得た
金属バルク材の金属顕微鏡組織写真であり、(a)は腐
食前でスケール50μm/17mmを、(b)は腐食後
でスケール50μm/17mmを、(c)は腐食後でス
ケール10μm/17mmを示す図である。
FIG. 5 is a metallographic micrograph of a metal bulk material obtained by subjecting a mixed powder of Fe and Co to shock compression after one hour of mechanical alloying according to the present invention, wherein (a) shows a scale of 50 μm / 17B is a diagram showing a scale of 50 μm / 17 mm after corrosion, and FIG. 13C is a diagram showing a scale of 10 μm / 17 mm after corrosion.

【図6】FeとCoとの混合物粉末から本発明に従って
メカニカルアロイング21時間後、衝撃圧縮を施して得
た金属バルク材の金属顕微鏡組織写真であり、(a)は
腐食前でスケール50μm/17mmを、(b)は腐食
後でスケール50μm/17mmを、(c)は腐食後で
スケール10μm/17mmを示す図である。
FIG. 6 is a micrograph of a metal microstructure of a bulk metal material obtained by subjecting a mixed powder of Fe and Co to impact compression after 21 hours of mechanical alloying in accordance with the present invention, and (a) shows a scale of 50 μm / 17B is a diagram showing a scale of 50 μm / 17 mm after corrosion, and FIG. 13C is a diagram showing a scale of 10 μm / 17 mm after corrosion.

【図7】Fe−Co合金アトマイズ粉から本発明に従っ
てメカニカルアロイングをせずに衝撃圧縮を施して作製
した金属バルク材の金属顕微鏡組織写真であり、(a)
は腐食前でスケール50μm/17mmを、(b)は腐
食後でスケール50μm/17mmを、(c)は腐食後
でスケール10μm/17mmを示す図である。
FIG. 7 is a metal microstructure photograph of a metal bulk material produced by subjecting Fe—Co alloy atomized powder to impact compression without mechanical alloying according to the present invention, and (a).
FIG. 3B is a diagram showing a scale of 50 μm / 17 mm before corrosion, FIG. 4B is a diagram showing a scale of 50 μm / 17 mm after corrosion, and FIG.

【図8】Fe−Co合金アトマイズ粉から本発明に従っ
てメカニカルアロイング10分間後、衝撃圧縮を施して
作製した金属バルク材の金属顕微鏡組織写真であり、
(a)は腐食前でスケール50μm/17mmを、
(b)は腐食後でスケール50μm/17mmを、
(c)は腐食後でスケール10μm/17mmを示す図
である。
FIG. 8 is a metal microstructure photograph of a metal bulk material produced by subjecting a Fe—Co alloy atomized powder to mechanical alloying according to the present invention for 10 minutes and then performing impact compression.
(A) shows a scale of 50 μm / 17 mm before corrosion,
(B) shows a scale of 50 μm / 17 mm after corrosion,
(C) is a diagram showing a scale of 10 μm / 17 mm after corrosion.

【図9】Fe−Co合金アトマイズ粉から本発明に従っ
てメカニカルアロイング1時間後、衝撃圧縮を施して作
製した金属バルク材の金属顕微鏡組織写真であり、
(a)は腐食前でスケール50μm/17mmを、
(b)は腐食後でスケール50μm/17mmを、
(c)は腐食後でスケール10μm/17mmを示す図
である。
FIG. 9 is a metallographic micrograph of a metal bulk material produced by subjecting one hour after mechanical alloying from Fe—Co alloy atomized powder to mechanical alloying according to the present invention and then performing impact compression;
(A) shows a scale of 50 μm / 17 mm before corrosion,
(B) shows a scale of 50 μm / 17 mm after corrosion,
(C) is a diagram showing a scale of 10 μm / 17 mm after corrosion.

【図10】Fe−Co合金アトマイズ粉から本発明に従
ってメカニカルアロイング21時間後、衝撃圧縮を施し
て作製した金属バルク材の金属顕微鏡組織写真であり、
(a)は腐食前でスケール50μm/17mmを、
(b)は腐食後でスケール50μm/17mmを、
(c)は腐食後でスケール10μm/17mmを示す図
である。
FIG. 10 is a metal microstructure photograph of a metal bulk material produced by subjecting Fe—Co alloy atomized powder to impact compression after 21 hours of mechanical alloying according to the present invention,
(A) shows a scale of 50 μm / 17 mm before corrosion,
(B) shows a scale of 50 μm / 17 mm after corrosion,
(C) is a diagram showing a scale of 10 μm / 17 mm after corrosion.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22F 9/08 B22F 9/08 M C22C 33/02 C22C 33/02 G C23C 14/34 C23C 14/34 A (72)発明者 村田 英夫 島根県安来市安来町2107番地2 日立金属 株式会社冶金研究所内 (72)発明者 榊原 正彦 東京都港区芝浦一丁目2番1号 日立金属 株式会社内 Fターム(参考) 4K017 AA03 AA04 BA06 BB06 DA02 DA09 EB00 EK01 4K018 AA10 AA25 BC16 CA01 CA41 KA29 KA45 4K029 CA05 DC04 DC07 DC39 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) B22F 9/08 B22F 9/08 M C22C 33/02 C22C 33/02 G C23C 14/34 C23C 14/34 A (72) Inventor Hideo Murata 2107-2 Yasugi-cho, Yasugi City, Shimane Pref. Hitachi Metals Research Institute, Metallurgy Research Institute (72) Inventor Masahiko Sakakibara 1-1-2 Shibaura, Minato-ku, Tokyo F-term (reference) 4K017 AA03 AA04 BA06 BB06 DA02 DA09 EB00 EK01 4K018 AA10 AA25 BC16 CA01 CA41 KA29 KA45 4K029 CA05 DC04 DC07 DC39

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 本来は高い軟磁気特性を持つ組成をした
金属あるいは合金粉末を衝撃圧縮して、そのバルク材と
することを特徴とする高保磁力を持つ金属バルク材の製
造方法。
1. A method for producing a metal bulk material having a high coercive force, comprising shock-compressing a metal or alloy powder originally having a composition having a high soft magnetic property into a bulk material.
【請求項2】 前記金属あるいは合金粉末は、アトマイ
ズ法あるいはメカニカルアロイング処理あるいはそれら
の組み合わせによって得たものであることを特徴とする
請求項1記載の高保磁力を持つ金属バルク材の製造方
法。
2. The method for producing a metal bulk material having a high coercive force according to claim 1, wherein the metal or alloy powder is obtained by an atomizing method, a mechanical alloying treatment, or a combination thereof.
【請求項3】 前記バルク材はFe系合金であることを
特徴とする請求項1あるいは2記載の高保磁力を持つ金
属バルク材の製造方法。
3. The method for producing a metal bulk material having a high coercive force according to claim 1, wherein the bulk material is an Fe-based alloy.
【請求項4】 前記バルク材はFe−Co合金であるこ
とを特徴とする請求項1あるいは2記載の高保磁力を持
つ金属バルク材の製造方法。
4. The method for producing a metal bulk material having a high coercive force according to claim 1, wherein the bulk material is an Fe—Co alloy.
【請求項5】 本来は高い軟磁気特性を持つ組成をした
金属あるいは合金粉末に衝撃圧縮を施してなることを特
徴とする高保磁力を持つ金属バルク材。
5. A metal bulk material having a high coercive force, which is obtained by subjecting a metal or alloy powder originally having a composition having a high soft magnetic property to shock compression.
【請求項6】 前記金属あるいは合金粉末は、アトマイ
ズ法あるいはメカニカルアロイング処理あるいはそれら
の組み合わせによって得たものであることを特徴とする
請求項5記載の高保磁力を持つ金属バルク材。
6. The metal bulk material having a high coercive force according to claim 5, wherein said metal or alloy powder is obtained by an atomizing method, a mechanical alloying treatment, or a combination thereof.
【請求項7】 前記バルク材はFe系合金であることを
特徴とする請求項5あるいは6記載の高保磁力を持つ金
属バルク材。
7. The metal bulk material having a high coercive force according to claim 5, wherein the bulk material is an Fe-based alloy.
【請求項8】 前記バルク材はFe−Co合金であるこ
とを特徴とする請求項5あるいは6記載の高保磁力を持
つ金属バルク材。
8. The bulk metal having a high coercive force according to claim 5, wherein the bulk material is an Fe—Co alloy.
【請求項9】 本来は高い軟磁気特性を持つ組成をした
金属あるいは合金粉末に衝撃圧縮を施してなる高保磁力
を持つ金属バルク材からなることを特徴とするターゲッ
ト材。
9. A target material comprising a metal bulk material having a high coercive force obtained by subjecting a metal or alloy powder originally having a composition having a high soft magnetic property to impact compression.
【請求項10】 前記金属あるいは合金粉末は、アトマ
イズ法あるいはメカニカルアロイング処理あるいはそれ
らの組み合わせによって得たものであることを特徴とす
る請求項9記載のターゲット材。
10. The target material according to claim 9, wherein the metal or alloy powder is obtained by an atomizing method, a mechanical alloying treatment, or a combination thereof.
【請求項11】 前記バルク材はFe系合金であること
を特徴とする請求項9あるいは10記載のターゲット
材。
11. The target material according to claim 9, wherein the bulk material is an Fe-based alloy.
【請求項12】 前記バルク材はFe−Co合金である
ことを特徴とする請求項9あるいは10記載のターゲッ
ト材。
12. The target material according to claim 9, wherein the bulk material is an Fe—Co alloy.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004029313A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-08 Nano Technology Institute, Inc Nano-crystal austenitic metal bulk material having high hardness, high strength and toughness , and method for production thereof
WO2009028087A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Kuraray Luminas Co., Ltd. High-density group ii-vi compound semiconductor molding and process for producing the same
US20200147688A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Method for producing a part from a soft magnetic alloy

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