JP2008231463A - Fe基軟磁性合金、アモルファス合金薄帯、および磁性部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 原子%で、Cu量xが0.1≦x≦3、B量yが10≦y≦20、残部Fe及び不純物からなり、不純物として質量%で、Al:0.01%以下、S:0.001〜0.05%、Mn:0.01〜0.5%、N:0.001〜0.1%、O:0.1%以下、を含有し、組織の少なくとも一部が結晶粒径60nm以下(0を含まず)の結晶相からなることを特徴とするFe基軟磁性合金を用いる。
【選択図】なし
Description
ケイ鋼板は、材料が安価で磁束密度が高いが、高周波の用途に対しては磁心損失が大きいという問題がある。作製方法上、アモルファス薄帯並に薄く加工することは極めて難しく、渦電流損失が大きいため、高周波領域で使用する場合これに伴う損失が大きく不利である。商用周波数においてもヒステリシス損失や渦電流損失がアモルファス合金などに比べて大きく、商用周波数を含む低周波領域でも鉄損が大きい課題がある。また、フェライト材料は電気抵抗率が高く高周波特性に優れているが、飽和磁束密度が低く温度特性が悪い問題があり、動作磁束密度が大きいハイパワーの用途にはフェライトが磁気的に飽和しやすく不向きである。
また、Co基アモルファス合金は、飽和磁束密度が実用的な材料では1T以下と低く、熱的に不安定である問題がある。このため、ハイパワーの用途に使用した場合、部品が大きくなる問題や経時変化のために磁心損失が増加する問題がある。
また、特許文献1に記載されているようなFe基アモルファス軟磁性合金は、低保磁力を有し、珪素鋼などに比べると優れた軟磁気特性を示すが、磁歪が大きいためCo基アモルファス合金並の高透磁率は得られず、応力により特性が劣化する問題や、可聴周波数帯の電流が重畳するような用途では騒音が大きいという問題がある。
また、特許文献2に記載されるような、ナノ結晶軟磁性合金材料が開発されている。ナノ結晶軟磁性材料は、比較的高い飽和磁束密度と優れた軟磁気特性が得ら、チョークコイルや高周波トランス用鉄心材料として実用化が進んでいる。
使用時に磁化する方向とほぼ垂直な方向に磁界を印加しながら熱処理した本発明合金は、従来の高飽和磁束密度の材料よりも低い磁心損失が得られる。更に本発明合金は薄膜や粉末でも優れた特性を得ることができる。
(実施例1)
Cuが1.5原子%、Bが14原子%、Siが4原子%、残部Feおよび不純物で表される合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅25mm厚さ21μmのアモルファス合金薄帯を得た。X線回折と透過電子顕微鏡観察の結果、アモルファス合金薄帯中には、体積分率で30%未満の粒径10 nm未満の粒径のナノスケールの極微細な結晶粒が形成していることが確認された。この結晶粒は主として体心立方構造(bcc構造)のFeを主体とする固溶体相であると考えられる。この合金薄帯の不純物を分析し、質量%でAl含有量は0.001%、S含有量は0.0025%、Mn含有量は0.15%、N含有量は0.0047%、O含有量は0.008%であることを確認した。次にこのアモルファス合金薄帯を長さ120mmに切断して、昇温速度200℃/minで、430℃まで昇温し1時間保持後炉から取り出し空冷した。熱処理後の試料の、X線回折及び、透過電子顕微鏡による組織観察を行った。粒径約25nmのbcc構造のナノ結晶粒相が非晶質母相中に体積分率で50%以上を占めていた。次に、この試料の磁気測定を行った。8000A/mの磁界でほぼ飽和しており、8000A/mにおける磁束密度をBsとした。飽和磁束密度Bs=1.83 Tを示した。また、作製した薄帯から25個試料試料を採取し熱処理し保磁力のばらつきを調査した結果、保磁力Hcは6.1〜6.7 A/mを示した。また、前記アモルファス合金薄帯を用いて外径100mm、内径90mmの巻磁心を作製したが、破断は起こらなかった。比較のために、本発明外の不純物含有量の合金を作製し比較した。重量%でAl含有量は0.02%、Sは0.1%、Oは0.2%、Mnは0.8%、Nは0.15%であった。飽和磁束密度Bs=1.81 Tを示した。また、作製した薄帯から25個試料を採取し熱処理し、長手方向の保磁力のばらつきを調査した結果、保磁力Hcは6.9〜9.7 A/mを示した。また、前記アモルファス合金薄帯を用いて外径100mm、内径90mmの巻磁心を作製した結果、巻磁心作製中に薄帯の破断が起きた。以上のように、本発明Fe基軟磁性合金・アモルファス合金薄帯は、本発明外のFe基軟磁性合金・アモルファス合金薄帯より量産に適しており広幅合金薄帯製造や合金薄帯の加工が容易で軟磁気特性に優れていることが確認された。
表1に示す様々な組成の合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅30mm厚さ約20μmの約5kgのアモルファス合金薄帯を得た。この合金薄帯の結晶の有無、およびを結晶粒径をX線回折よにより調べた結果、アモルファス単相あるいは、粒径10nm未満の結晶粒がアモルファス相中に分散した組織であった。これらの合金薄帯から25個の試料を採取し、370℃〜460℃の範囲で熱処理し、熱処理後の保磁力をB-Hトレーサーで評価した。また、作製したアモルファス合金薄帯を外径50mm内径45mmに巻き回し、巻磁心を作製する際の薄帯の破断について調べた。これらの熱処理後の磁性合金は、いずれも組織の少なくとも一部が結晶粒径60nm以下(0を含まず)の結晶粒を含むものであった。また、ナノ結晶粒相が非晶質母相中に体積分率で50%以上を占めていた。
表1に不純物成分、と巻磁心作製の際の薄帯破断の有無、25個の試料の熱処理後の保磁力の範囲を示す。本発明アモルファス合金薄帯は、不純物量が本発明範囲外の合金薄帯よりも加工する際に破断しにくく、熱処理後の保磁力は、本発明Fe基合金の方がばらつきが小さく、量産性に優れており、優れた軟磁性を示す。
表2に示す様々な組成の合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅30mm厚さ18μmの約30kgのアモルファス合金薄帯を得た。この合金薄帯の結晶の有無、および結晶粒径をX線回折により調べた結果、アモルファス単相であることが確認された。これらの合金薄帯を幅5mmにスリットし、スリット時の薄帯の割れの有無を調査した。更にスリットした薄帯の内幅方向の中央付近に相当する薄帯について、先端部から後端部にわたり、25個の試料を採取した。この薄帯を外径19mm、内径15mmに巻きまわし巻磁心を作製した。この巻磁心を500℃〜570℃の範囲で熱処理し、熱処理後の巻磁心の保磁力及び100kHz, 0.2Tにおける磁心損失Pcvのばらつきを評価した。これらの熱処理後の磁性合金は、いずれも組織の少なくとも一部が結晶粒径60nm以下(0を含まず)の結晶粒を含むものであった。また、ナノ結晶粒相が非晶質母相中に体積分率で50%以上を占めていた。表2に不純物成分と薄帯をスリットした際の薄帯割れの有無、25個の試料の熱処理後の保磁力の範囲を示す。本発明アモルファス合金薄帯は、不純物量が本発明範囲外の合金薄帯よりも加工する際に破断しにくく、熱処理後の保磁力は、本発明Fe基合金の方がばらつきを小さくできかつ低い値を示し、量産性及び軟磁性に優れている。磁心損失についても本発明Fe基合金の方が、保磁力と同様、ばらつきが小さく、低い値を示した。
Claims (13)
- 原子%で、Cu量xが0.1≦x≦3、B量yが10≦y≦20、残部Fe及び不純物からなり、不純物として質量%で、
Al:0.01%以下、
S:0.001〜0.05%、
Mn:0.01〜0.5%、
N:0.001〜0.1%、
O:0.1%以下、
を含有し、組織の少なくとも一部が結晶粒径60nm以下(0を含まず)の結晶相からなることを特徴とするFe基軟磁性合金。 - 原子%で、Cu量xが0.1≦x≦3、B量yが4≦y≦20、X量zが0<z≦20、10≦y+z≦30、残部Fe及び不純物からなり(ただし、XはSi,C,Ge,Ga,Be, Pから選ばれた少なくとも1種の元素)、不純物として質量%で、
Al:0.01%以下、
S:0.001〜0.05%、
Mn:0.01〜0.5%、
N:0.001〜0.1%、
O:0.1%以下、
を含有し、組織の少なくとも一部が結晶粒径60nm以下(0を含まず)の結晶相からなることを特徴とするFe基軟磁性合金。 - 原子%で、Cu量xが0.1≦x≦3、B量yが4≦y≦20、X量zが0≦z≦20、M量をaとした場合、10≦y+z+a≦30により表され(ただし、XはSi,C,Ge,Ga,Be, Pから選ばれた少なくとも1種の元素、MはTi, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, Wから選ばれた少なくとも一種の元素)、不純物として質量%で、
Al:0.01%以下、
S:0.001〜0.05%、
Mn:0.01〜0.5%、
N:0.001〜0.1%、
O:0.1%以下、
を含有し、組織の少なくとも一部が結晶粒径60nm以下(0を含まず)の結晶相からなることを特徴とするFe基軟磁性合金。 - 前記Xは、Siであることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のFe基軟磁性合金。
- 前記Fe基軟磁性合金は、Fe量に対して、その50原子%未満のCo,Niから選ばれた少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のFe基軟磁性合金。
- 前記Fe基磁性合金は、Fe量に対して、その5原子%以下のCr、Re、白金族元素、Au、Ag、Zn、In、Sn、As、Sb、Sb、Bi、Y及び希土類元素から選ばれた少なくとも一種以上の元素を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のFe基軟磁性合金。
- 請求項1乃至請求項6のいずれかのFe基軟磁性合金を用いたことを特徴とする磁性部品。
- 原子%で、Cu量xが0.1≦x≦3、B量yが10≦y≦20、残部Fe及び不純物からなり、不純物として質量%で、
Al:0.01%以下、
S:0.001〜0.05%、
Mn:0.01〜0.5%、
N:0.001〜0.1%、
O:0.1%以下、
を含有することを特徴とするアモルファス合金薄帯。 - 原子%で、Cu量xが0.1≦x≦3、B量yが4≦y≦20、X量zが0<z≦20、10≦y+z≦30、残部Fe及び不純物からなり(ただし、XはSi,C,Ge,Ga,Be, Pから選ばれた少なくとも1種の元素)、不純物として質量%で、
Al:0.01%以下、
S:0.001〜0.05%、
Mn:0.01〜0.5%、
N:0.001〜0.1%、
O:0.1%以下、
を含有することを特徴とするアモルファス合金薄帯。 - 原子%で、Cu量xが0.1≦x≦3、B量yが4≦y≦20、X量zが0≦z≦20、M量をaとした場合、10≦y+z+a≦30により表され(ただし、XはSi,C,Ge,Ga,Be, Pから選ばれた少なくとも1種の元素、MはTi, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, Wから選ばれた少なくとも一種の元素)、不純物として質量%で、
Al:0.01%以下、
S:0.001〜0.05%、
Mn:0.01〜0.5%、
N:0.001〜0.1%、
O:0.1%以下、
を含有することを特徴とするアモルファス合金薄帯。 - 前記Xは、Siであることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のアモルファス合金薄帯。
- 前記Fe基軟磁性合金は、Fe量に対して、その50原子%未満のCo, Niから選ばれた少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする請求項8乃至請求項11のいずれかに記載のアモルファス合金薄帯。
- 前記Fe基磁磁性合金は、Fe量に対して、その5原子%以下のCr、Re、白金族元素、Au、Ag、Zn、In、Sn、As、Sb、Sb、Bi、Y及び希土類元素から選ばれた少なくとも一種以上の元素を含むことを特徴とする請求項8乃至請求項12のいずれかに記載のアモルファス合金薄帯。
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