JP2002105607A

JP2002105607A - 高飽和磁化および良好な軟磁気特性を有するＦｅ基非晶質合金

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Publication number: JP2002105607A
Application number: JP2000293576A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Inoue; 明久井上; Isamu Cho; 偉張
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-10
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP3948898B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大きなガラス形成能、優れた加工性、高い飽
和磁化および良好な軟磁気特性を有するの開発。【構成】組成式Fe_100-x-y-zCo_xRE_yB_z（ただし、組成
比示すx、y、zは原子％で、0原子％＜x≦30原子％、2.0
原子％≦y≦7．0原子％、16原子％≦z≦35原子％であ
る。）で示され、△Tx＝Tx-Tg（ただし、Txは、結晶化
開始温度、Tgは、ガラス遷移温度を示す。）の式で表わ
される過冷却液体領域の温度間隔△Txが45℃以上である
ことを特徴とするFe基非晶質合金。ロールを用いた液体
急冷凝固法により厚さ200μm以下、非晶質相の体積比率
95％以上の薄板材が得られる。また、金型鋳造法により
直径または厚さが1mm以下、非晶質相の体積比率90％以
上の棒材または板材が得られる。このFe基非晶質合金
は、飽和磁化(Bｓ)=1.20T以上、保磁力(Hc)=15A/m以
下、磁歪定数(λｓ）が30×10^-6以下、1kHzでの透磁率
（μe）が8000 以上の磁気特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大きな非晶質形成
能、優れた加工性、高い飽和磁化および良好な軟磁気特
性を有するFe基非晶質合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｆｅ基非晶質合金（例えば、Fe-Si-B合
金）は、高飽和磁化、低保磁力、低磁歪、高透磁率、低
鉄損等の軟磁気特性を有し、省エネルギー型パワートラ
ンス磁芯材料に有用であり、磁気ヘッド材料として使用
されている。しかし、これらの非晶質合金のガラス形成
能が低いので、液体急冷法により厚さ50μm以下の薄帯
状、粉末状、細線状等の非晶質合金しか得られていな
い。そして、高い熱的安定性を示しておらず、最終製品
形状へ加工することも困難なことから、工業的に見て、
その用途がかなり限定されていた。

【０００３】ガラス遷移を示し、広い過冷却液体域およ
び大きな換算ガラス化温度を有する非晶質合金では、結
晶化に対する高い安定性を示して、大きなガラス形成能
を有することが知られている。液体急冷法により厚肉リ
ボンおよびバルク状非晶質材を作製することが可能であ
る。一方、非晶質合金を加熱すると、特定の合金系では
結晶化する前に、過冷却液体状態に遷移し、急激な粘性
低下を示すことが知られている。このような過冷却液体
状態では、合金の粘性が低下しているために閉塞鍛造等
の方法により任意形状の非晶質合金形成体を作製するこ
とが可能である。したがって、広い過冷却液体域および
大きな換算ガラス化温度（Tg/Tm）を有する非晶質合金
では、大きな非晶質形成能および優れた加工性を備えて
いると言える。

【０００４】最近、広い過冷却液体域を示し、大きなガ
ラス形成能を有する良好な軟磁気特性を示すFe基および
Co基非晶質合金が報告された。例えば、Fe-(Al,Ga)-(P,
C,B,Si)（ Mater. Trans., JIM, 36(1995), 1180-1182
参照）、Fe-(Co,Ni)-(Zr,Hf,Nb)-B(Mater.Trans., JIM,
38(1997), 359-362参照、特開2000-204452号公報）及
び Co-Fe-(Zr,Ta,Nb)-B（ Mater. Trans., JIM, 39(199
8),762-768参照、特開2000-204452号公報）である。し
かし、これらの合金では、大量な非磁性元素が添加され
るため、飽和磁化が1.2T以下の値を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したFe基非晶質合
金は大きなガラス形成能、優れた加工性、高い飽和磁化
および良好な軟磁気特性を兼ね備えていなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上述の課題を解決するために、大きなガラス形成能、優
れた加工性、高い飽和磁化および良好な軟磁気特性を兼
ね備えたFe基ガラス合金を提供することを目的として、
最適組成について研究した結果、高い飽和磁化および良
好な軟磁性特性を有する大きなガラス形成能、優れた加
工性を兼ね備えたFe基非晶質が得られることを見出し、
本発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、Feを主成分とし、希
土類元素REのうちから選択される１種または２種以上の
元素とCo元素とBを含み、△Tx＝Tx-Tg（ただし、Txは、
結晶化開始温度、Tgは、ガラス遷移温度を示す。）の式
で表わされる過冷却液体域の温度間隔△Txが45℃以上の
Fe基非晶質合金である。本発明のFe基非晶質合金は、Tg
/Tm（ただし、Tmは、合金の融解温度を示す。）の式で
表わされる換算ガラス化温度が0.56以上のものが得られ
る。

【０００８】本発明のFe基非晶質合金は、下記の組成式
で表わすことができる。Ｆｅ_100-x-y-zＣｏ_xＲＥ_yＢ_z ただし、組成比を示すx、y、zは原子％で、0原子％＜x
≦30原子％、2.0原子％≦y≦7.0原子％、16原子％≦z≦
35原子％である。本発明のFe基非晶質合金は、遷移金属
のV,Ti,Cr,Nb,Mo,W,Ta,Hf,Zrのうちから選択される１種
または２種以上の元素を２原子％以下添加してもよい。

【０００９】本発明のFe基非晶質合金によれば、単ロー
ルを用いた液体急冷凝固法により厚さ200μm以下、非晶
質相の体積比率95％以上の薄板材が得られる。また、本
発明のFe基非晶質合金によれば、金型鋳造法により直径
または厚さが1mm以下、非晶質相の体積比率90％以上の
棒材または板材が得られる。

【００１０】本発明のFe基非晶質合金は、飽和磁化(B
ｓ)=1.20T以上、保磁力(Hc)=15A/m以下、磁歪定数(λs)
が30×10^-6以下、1kHzでの透磁率（μe）が8000 以上の
高い飽和磁化および良好な軟磁性特性を有する。

【００１１】なお、本明細書中の「過冷却液体域」と
は、毎分40℃の加熱速度で示差走査熱量分析を行うこと
により得られるガラス遷移温度と結晶化温度の差で定義
されるものである。「過冷却液体域」は結晶化に対する
抵抗力、すなわち非晶質の安定性、非晶質形成能力およ
び加工性を示す数値である。また、本明細書中の「換算
ガラス化温度」とは、ガラス遷移温度（Tg）と毎分5℃
の加熱速度で示差熱量分析（DTA）を行うことにより得
られる合金融解温度（Tm）の比で定義されるものであ
る。「換算ガラス化温度」は非晶質形成能力を示す数値
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。本発明のFe基非晶質合金において、B（ボロン）
は、非晶質を形成する基本となる元素である。B量は16
原子％以上30原子％以下で、好ましくは20原子％以上28
原子％で以下である。

【００１３】また、希土類元素REのうちから選択される
1種または2種以上の元素は、本発明の合金の基幹となる
元素であり、特に、Fe−Co−B系合金の非晶質形成能を
大幅に高めるには効果を有する。希土類元素量は2.0原
子％以上7原子％以下で、好ましくは3原子％以上5原子
％以下である。

【００１４】過冷却液体域の拡大および非晶質相形成能
の向上には、Coの添加も有効であり、そして、飽和磁化
および軟磁気特性はあまり劣化しない。Coの添加量は30
原子％以下で、好ましくは、5原子％以上20原子％以下
である。遷移金属のV,Ti,Cr,Nb,Mo,W,Ta,Hf,Zrのうちか
ら選択される１種又は２種以上の元素の添加も過冷却液
体域の拡大および非晶質相形成能の向上に有効である
が、飽和磁化はかなり劣化するため、2原子％以下が好
ましい。

【００１５】本発明のFe基非晶質合金は、溶融状態から
公知の単ロール法、双ロール法、回転液中紡糸法、アト
マイズ法などの種々の方法で冷却固化させ、薄帯状、フ
ィラメント状、粉粒体状の、非晶質固体を得ることがで
きる。また、本発明のFe基非晶質合金は大きな非晶質形
成能を有するため、上述の公知の製造方法のみならず、
溶融金属を金型に充填鋳造することにより任意の形状の
非晶質合金を得ることもできる。

【００１６】例えば、代表的な金型鋳造法においては、
合金を石英管中でアルゴン雰囲気中に溶融した後、溶融
金属を2.0〜4.0 kg・f/cm²の噴出圧で銅製の金型内に充
填凝固させることにより非晶質合金塊を得ることができ
る。更に、ダイカストキャスティング法およびスクイズ
キャスティング法等の製造方法を適用することもでき
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。表
１に示す合金組成からなる材料（実施例１〜１７、比較
例１〜６）について、アーク溶解法により母合金を溶製
した後、単ロール液体急冷法により約20μmの薄帯材料
を作製した。

【００１８】

【表１】

【００１９】そして、薄帯材料のガラス遷移温度(Tg)、
結晶化開始温度(Tx)を示差走査熱量計（DSC）より測定
した。これらの値より過冷却液体域(Tx-Tg)を算出し
た。融解点（Tm)の測定は、示査熱分析（DTA)により測
定した。これらの値より換算ガラス化温度（Tg/Tm）を
算出した。磁気特性は振動型磁力計（VSM）と直流B-Hル
ープトレーサおよびインピーダンスアナライザーにより
行った。また磁歪は静電容量法により測定した。評価結
果を表2に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表３に示す合金組成からなる材料（実施例
１〜１３、比較例１〜６）について、アーク溶解法によ
り母合金を溶製した後、単ロール液体急冷法および金型
鋳造法により150〜220μmの薄帯材料および直径0.5mm、
0.75mmの棒状材料を作製した。

【００２２】

【表３】

【００２３】これらの材料において、非晶質化の確認は
Ｘ線回折法により行った。また、材料中に含まれる非晶
質相の体積比率(Vf-amo.)は、DSCを用いて結晶化の際の
発熱量を完全非晶質化した厚さ約20μmの薄帯との比較
により評価した。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、大きな
非晶質形成能、優れた加工性、高い飽和磁化および良好
な軟磁気特性を兼備した実用上有用な鉄基非晶質合金を
提供するものであり、本発明の鉄基合金組成によれば、
単ロールを用いた液体急冷凝固法により220μm以下の薄
帯材料および金型鋳造法により直径または厚み１mm以下
の棒状または板状材料を容易に作製することができる。
これらの非晶質合金は45℃以上の過冷却液体域を示すと
ともに、高飽和磁化および良好な軟磁気特性を有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Feを主成分とし、希土類元素REのうち
から選択される１種または２種以上の元素とCo元素とB
を含み、△Tx＝Tx-Tg（ただし、Txは、結晶化開始温
度、Tgは、ガラス遷移温度を示す。）の式で表わされる
過冷却液体域の温度間隔△Txが45℃以上であることを特
徴とするFe基非晶質合金。
【請求項２】 Tg/Tm（ただし、Tmは、合金の融解温度
を示す。）の式で表わされる換算ガラス化温度が0.56以
上であることを特徴とする請求項１に記載の非晶質合
金。
【請求項３】下記の組成式で表わされることを特徴と
する請求項１または２に記載の非晶質合金。Ｆｅ_100-x-y-zＣｏ_xＲＥ_yＢ_z ただし、組成比示すx、y、zは原子％で、0原子％＜x≦3
0原子％、2.0原子％≦y≦7.0原子％、16原子％≦z≦35
原子％である。
【請求項４】遷移金属のV,Ti,Cr,Nb,Mo,W,Ta,Hf,Zrの
うちから選択される１種または２種以上の元素を２原子
％以下含むことを特徴とする請求項１，２，３のいずれ
か一つに記載の非晶質合金。
【請求項５】単ロールを用いた液体急冷凝固法により
厚さ200μm以下、非晶質相の体積比率95％以上の薄板材
が得られる請求項１，２，３，４のいずれか一つに記載
の非晶質合金。
【請求項６】金型鋳造法により直径または厚さが1mm
以下、非晶質相の体積比率90％以上の棒材または板材が
得られる請求項１，２，３，４のいずれか一つに記載の
非晶質合金。
【請求項７】飽和磁化(Bｓ)=1.20T以上、保磁力(Hc)=
15A/m以下、磁歪定数(λs)が30×10^-6以下、1kHzでの透
磁率（μe）が8000 以上の磁気特性を有する請求項１，
２，３，４，５，６のいずれか一つに記載の非晶質合
金。