JP2003034849A - 高飽和磁束密度Fe系軟磁性合金 - Google Patents
高飽和磁束密度Fe系軟磁性合金Info
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Abstract
加工性にすぐれる高飽和磁束密度Fe系軟磁性合金粉末
を提供する。 【解決手段】 原子%にて、4≦Nb≦9、5≦B≦1
3、2≦Si≦9、0.1≦C≦4、残部実質的にFe
からなり、アモルファス相中に微細な結晶粒が析出して
いる。微細な結晶粒は、溶湯を水アトマイズ法により急
冷凝固して得られたアモルファスの軟磁性合金を、熱処
理することにより生成することができる。
Description
スやチョークコイル等に用いられる軟磁性合金に関する
ものである。
どに用いられる軟磁性合金には、高飽和磁束密度、低保
磁力等の磁気特性が要求される。軟磁性材料として純鉄
やケイ素鋼板より保磁力を低く抑えることができるアモ
ルファス軟磁性合金が知られているが、さらにその軟磁
気特性を向上させるナノ結晶材料が特公平7−6514
5号に開示されている。また、この合金よりもさらに高
い飽和磁束密度を有するナノ結晶材料が特開平6−12
8704号に開示されている。これら合金はまずアモル
ファス合金を作製し、次いで熱処理を施してアモルファ
ス相中に微細な結晶粒を析出させることにより非常にす
ぐれた軟磁気特性を示す。アモルファス合金の作製は、
回転する鋼製ロール上に溶湯を噴出させて急冷する、い
わゆる「片ロール液体急冷法」により行なわれ、アモル
ファス合金は何れも薄帯(リボン)状に作製されている。
コスト化に伴って磁心には高い磁気特性を有すること以
外に、形状の任意性が重要視され、磁気特性は多少劣っ
ていても自由形状に成形できるフェライト磁心が多用さ
れている。一方、前記薄帯状の形態で得られた材料では
磁心の形状がトロイダルまたは積み鉄心タイプに限定さ
れるため、形状の任意性を有するこれら材料の粉末磁心
の実現が望まれている。
粉末を成形するために、アモルファス状態の粉末を作製
する必要があるアモルファス合金を粉体状に作製する方
法として「水アトマイズ法」があり、その中でも、特公
平8−32924号に開示されているように、旋回しな
がら流下する冷却水中に溶湯を投入し、冷却水層中で急
冷凝固させてアモルファス合金の粉末を得る、いわゆる
「高速回転水流アトマイズ法」は、アモルファス合金粉
末を連続的に大量生産できる方法として知られている。
ァスの軟磁性合金粉末を作製する場合、溶湯を水に投入
したときに、溶湯と水との接触によって急激な水熱反応
が生じ、合金中のFeが酸化され、ポーラスな酸化鉄被
膜が形成される。その結果、得られたアモルファス合金
粉末中の酸素含有量が高くなり、熱処理により微細結晶
を析出させても、軟磁気特性(特に、低保磁力)が損なわ
れる問題があった。
際に、溶湯中に含まれる不純物が多くなると、作製され
た粉末はアモルファス化しなくなる。このため、不純物
をできるだけ少なくする必要があり、原料コストが上昇
してしまう問題があった。
する軟磁性合金と、加工性にすぐれる軟磁性合金粉末を
提供することである。
に、本発明の高飽和磁束密度Fe系軟磁性合金は、原子
%にて、4≦Nb≦9、5≦B≦13、2≦Si≦9、
0.1≦C≦4、残部実質的にFeからなり、アモルフ
ァス相中に微細な結晶粒が析出している。
湯を急冷凝固して得られたアモルファスの軟磁性合金に
所定の熱処理を施すことにより、アモルファス相中に析
出させることができる。
マイズ法により溶湯を急冷凝固して得られるアモルファ
スの軟磁性合金粉末であって、該アモルファス合金は、
原子%にて、4≦Nb≦9、5≦B≦13、2≦Si≦
9、0.1≦C≦4、残部実質的にFeからなり、熱処
理によりアモルファス相中に微細な結晶粒が析出する。
記す) Nbは、粉末作製時の急冷によるアモルファス相の形成
を容易にし、また、熱処理により微細結晶を析出させる
ときの結晶粒の粗大化を抑制して、軟磁気特性を向上さ
せる。しかしながら、含有量が4%未満の場合は、熱処
理でアモルファスから結晶を析出させると、結晶粒は微
細結晶とならず、粗大化し、磁気特性が極端に低下す
る。また、含有量が増加するに伴って、飽和磁束密度が
低下するために上限を9%とした。
ために含有させる。しかしながら、含有量が5%より少
ないと、十分にアモルファス化を促進することができな
い。また、含有量が増加すると、飽和磁束密度が低下す
るために上限を13%とした。
作製する場合、得られたアモルファス合金粉末中の酸素
量を低くする作用がある。Siの含有により低酸素が実
現できるのは、水アトマイズ時に生ずる水熱反応におい
て、Siの方がFeよりも酸化され易く、緻密なSiO
2の膜が優先的に生成され、これが粉末内部への水の進
入を防止し、ポーラスな酸化物の生成を抑えるためであ
る。Siの含有量が2%より少ないと、酸素量低減効果
を十分に得ることができず、また、含有量が増加する
と、飽和磁束密度が低下するために上限を9%とした。
る。発明者らは、Cを上記範囲で含有させることによ
り、合金組成中にFe量が多い場合や、溶湯中に不純物
が混入していても、安定したアモルファス相を形成でき
ることを見出した。その効果を得るには、Cを0.1%
以上含有させる必要がある。しかしながら、Cの含有量
が増加すると、飽和磁束密度が低下するため、Cの上限
は4%とした。
製上、不可避的に含まれる不純物(例えば、P、S、A
l等)は、合金の特性に影響を及ぼさない範囲でその含
有は許容される。しかしながら、不純物量が多くなりす
ぎると、アモルファス化が阻害されるため、不純物は少
ないことが望まれる。本発明では、上述のように、Cを
含有したため、不純物の影響を小さくすることができ
る。なお、Feは、必要に応じて、その一部を20%以
下の範囲で、Co及び/又はNiで置換してもよい。
合金によれば、Siを上記範囲で含有させたことによ
り、酸素含有量を低減でき、すぐれた軟磁気特性を達成
できる。また、Cを含有させたことにより、多少の不純
物の混入によってもアモルファス化が阻害されることは
なく、原料コストの上昇を抑えることができる。本発明
のFe系軟磁性合金は、水アトマイズ法によって作製で
きるため、低コストで高飽和磁束密度の粉末を得ること
ができる。
磁性合金は、溶湯を水アトマイズ法により急冷凝固して
アモルファスの軟磁性合金粉末を作製し、得られたアモ
ルファス合金粉末に所定の熱処理を施すことにより作製
することができる。水アトマイズ法として、以下では、
高速回転水流アトマイズ法を例に挙げて説明する。アモ
ルファス合金粉末は、図1に示す高速回転水流アトマイ
ズ装置(10)により作製することができる。装置(10)は、
真空溶解部(20)、高圧ガス噴射部(30)及び高速回転水流
部(40)を具える。真空溶解部(20)は、底部に溶湯取出孔
(21)を有するルツボ(22)を具え、ルツボ(22)の外周に配
備された高周波加熱コイル(23)によって加熱されて、溶
湯を孔(21)から出湯する。高圧ガス噴射部(30)では、ル
ツボ(22)の孔(21)から出湯された溶湯に向けて高圧のガ
ス(例えばアルゴンガス)を噴射し、ガスの分断圧力によ
り、溶湯が小径に分断される。ルツボの孔径の変更や分
断圧力の調節等により、粉末の粒径を変えることができ
る。分断された溶湯は、高速回転水流部(40)に流下す
る。高速回転水流部(40)は、冷却容器(41)が傾斜した状
態で配備されており、冷却容器(41)の内壁に沿って冷却
水が旋回している。冷却容器(41)に流下した溶湯は、冷
却水中で急冷凝固し、アモルファス合金粉末となる。ア
モルファス合金粉末は、冷却水と共に、粉末回収器(図
示せず)に送られ、固液分離により回収される。
は、Siを2〜9%含んでいるから、水アトマイズ時に
溶湯と水が接触しても、SiがFeよりも優先的に酸化
して、緻密なSiO2の膜を形成するため、合金内部へ
の水の進入を防止できる。従って、得られたアモルファ
ス合金粉末中に含まれる酸素含有量は少なくできる。
粉末は、Cを0.1〜4%含んでいるから、溶湯中にF
e量が多い場合や、溶湯中に多少の不純物が混入してい
ても、アモルファス化を確実に達成することができる。
は、この状態でも、軟磁気特性を有しているが、軟磁気
特性をさらに高めるために、結晶化開始温度又は結晶化
開始温度+200℃以下の温度で熱処理を行ない、アモ
ルファス相中に微細な結晶粒を析出させる。熱処理は、
窒素ガスなどの合金に対して不活性なガス雰囲気中、5
00〜700℃、望ましくは550〜650℃の条件で
10分〜1時間行なうことが適当である。アモルファス
相中に微細な結晶粒が析出することにより、アモルファ
ス状態に比べて、飽和磁束密度が向上し、また、保磁力
が低減して、すぐれた軟磁気特性を有する軟磁性合金を
得ることができる。なお、熱処理は、粉末の状態で行な
ってもよいが、所望形状に成形した後、実施することも
可能である。
純物は微量であるので記載を省略。)の供試合金粉末を
作製し、酸素量及び磁気特性を測定した。No.1〜10
は発明例、No.101〜106は比較例である。
法により作製した。得られた粉末は、平均粒径50〜6
0μmであり、何れもアモルファス状態にあった。各粉
末から夫々0.5gを取り出し、ガス分析法により酸素
量(O2量)を測定した。測定結果を表1に示す。表1に
おいて、No.101はSiを含有しておらず、No.102はSi
含有量が1%と少ないため、何れも酸素量が多い。これ
に対し、その他の供試例はSiを2%以上含んでおり、
すべて、酸素量は少なかった。
雰囲気中で熱処理し(620℃、1時間保持)、アモルフ
ァス合金中に微細な結晶粒を析出させた。その後、各粉
末から0.7gを取り出し、試料振動型磁力計により磁
気特性を測定した。測定結果を表1に示す。表1を参照
すると、発明例であるNo.1〜10は、何れも保磁力が
低く、かつ、飽和磁束密度が高いことがわかる。一方、
比較例であるNo.101〜105は、何れも保磁力が高く、発
明例に比べて、軟磁気特性に劣っていることがわかる。
また、比較例であるNo.106については、保磁力は低い
が、飽和磁束密度も低いため、発明例に比べて、磁気特
性に劣っている。
るSiの量が及ぼす影響を明らかにするために、No.1
〜4、101及び102について、Siの量と、酸素量、保磁
力及び飽和磁束密度との関係をグラフ化し、図2に示し
ている。図2を参照すると、酸素量及び保磁力について
は、Siの含有量が2%以上であれば、低い値を維持し
ているが、2%未満になると、酸素量及び保磁力が共に
急激に上昇していることがわかる。これは、Siを2%
以上含有することによって、合金中の酸素量が低減し、
これに伴って保磁力も低く維持できることを意味してい
る。しかしながら、3%以上であれば、Si含有による
効果は、ほぼ飽和していることが判る。一方、飽和磁束
密度は、Siの増加に比例して低下していることを示し
ている。従って、過剰にSiを含有すると、飽和磁束密
度を高める効果が薄れてしまうことがわかる。この図2
より、Siの含有量は、3〜7%が望ましいといえる。
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
関係を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 原子%にて、4≦Nb≦9、5≦B≦1
3、2≦Si≦9、0.1≦C≦4、残部実質的にFe
からなり、アモルファス相中に微細な結晶粒が析出して
いることを特徴とする高飽和磁束密度Fe系軟磁性合
金。 - 【請求項2】 微細な結晶粒は、水アトマイズ法により
溶湯を急冷凝固して得られたアモルファスの軟磁性合金
を、熱処理することにより生成される請求項1に記載の
高飽和磁束密度Fe系軟磁性合金。 - 【請求項3】 水アトマイズ法により溶湯を急冷凝固し
て得られるアモルファスの軟磁性合金粉末であって、該
アモルファス合金は、原子%にて、4≦Nb≦9、5≦
B≦13、2≦Si≦9、0.1≦C≦4、残部実質的
にFeからなり、熱処理によりアモルファス相中に微細
な結晶粒が析出することを特徴とする軟磁性合金粉末。
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JP2001222592A JP2003034849A (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 高飽和磁束密度Fe系軟磁性合金 |
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2001
- 2001-07-24 JP JP2001222592A patent/JP2003034849A/ja active Pending
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