JP2022109474A - Soft magnetic alloy and magnetic part - Google Patents

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Hajime Amano
健輔 荒
Kensuke Ara
和宏 吉留
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Abstract

To provide a soft magnetic alloy that contains Co, and has higher saturation magnetic flux density Bs and does not significantly increase coercive force Hc as compared with the case that does not contain Co.SOLUTION: There is provided a soft magnetic alloy that is made up of a compositional formula (Fe(1-(α+β+γ))CoαNiβXγ)(1-(a+b+c))MaCbX3c (atomic ratio). X is one or more selected from a group consisting of Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Cu, Cr, Bi, Ca, Mg, Ti, Na, N, V, Mo, O, S and rare earth elements, M is one or more selected from a group consisting of Ta, Zr, Hf, Nb and W, and X3 is one or more selected from a group formed of P, B, Si and Ge, in which, a-c and α-γ are in a prescribed range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、軟磁性合金および磁性部品に関する。 The present invention relates to soft magnetic alloys and magnetic parts.

特許文献1には、特にCuおよびBを含むFeCo系合金に関する発明が記載されており、特に高い飽和磁束密度が得られ、かつ、量産性に優れたFeCo系合金が記載されている。 Patent Document 1 describes an invention relating to a FeCo-based alloy containing Cu and B in particular, and describes an FeCo-based alloy that provides a particularly high saturation magnetic flux density and is excellent in mass productivity.

特許文献2には、Feの一部をCo、Niのうち1種以上で置換してなる合金組成物であって、B、Si、PおよびCuを含む合金組成物が記載されている。Feの一部をCo、Niのうち1種以上で置換することで、高い飽和磁束密度が得られる。 Patent Document 2 describes an alloy composition obtained by substituting part of Fe with one or more of Co and Ni and containing B, Si, P and Cu. A high saturation magnetic flux density can be obtained by substituting part of Fe with one or more of Co and Ni.

特開2008-231462号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-231462 特開2012-012699号公報JP 2012-012699 A

しかし、特許文献1、2に記載された発明では、Coの含有割合を上昇させるにつれて保磁力が著しく上昇してしまうという欠点があった。 However, the inventions described in Patent Documents 1 and 2 have a drawback that the coercive force increases significantly as the content of Co increases.

本発明は、Coを含む軟磁性合金であって、Coを含まない場合と比較して高い飽和磁束密度Bsを有し保磁力Hcが大きく上昇しない軟磁性合金を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a soft magnetic alloy containing Co, which has a higher saturation magnetic flux density Bs and does not greatly increase the coercive force Hc as compared with a soft magnetic alloy containing no Co.

上記の目的を達成するために、本発明の軟磁性合金は、
組成式(Fe(1-(α+β+γ))CoαNiβγ(1-(a+b+c))X3(原子数比)からなる軟磁性合金であって、
XはAl,Mn,Ag,Zn,Sn,As,Sb,Cu,Cr,Bi,Ca,Mg,Ti,Na,N,V,Mo,O,Sおよび希土類元素からなる群から選択される1つ以上、
MはTa,Zr,Hf,NbおよびWからなる群から選択される1つ以上、
X3はP,B,SiおよびGeからなる群から選択される1つ以上であり、
0.050≦a≦0.120
0.040<b≦0.140
0.020≦c≦0.080
0.060<b+c≦0.160
0.400<α(1-(a+b+c))≦0.800
0≦β(1-(a+b+c))≦0.200
γ≧0
0≦β+γ≦0.500
である。
In order to achieve the above objects, the soft magnetic alloy of the present invention is
A soft magnetic alloy having a composition formula (Fe (1-(α+β+γ)) Co α Ni β X γ ) (1-(a+b+c)) M a C b X3 c (atomic ratio),
X is 1 selected from the group consisting of Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Cu, Cr, Bi, Ca, Mg, Ti, Na, N, V, Mo, O, S and rare earth elements; one or more
M is one or more selected from the group consisting of Ta, Zr, Hf, Nb and W;
X3 is one or more selected from the group consisting of P, B, Si and Ge;
0.050≤a≤0.120
0.040<b≦0.140
0.020≤c≤0.080
0.060<b+c≦0.160
0.400<α(1−(a+b+c))≦0.800
0≦β(1−(a+b+c))≦0.200
γ≧0
0≤β+γ≤0.500
is.

ナノサイズの結晶を含んでいてもよい。 It may contain nano-sized crystals.

0.500≦α(1-(a+b+c))≦0.800であってもよい。 0.500≦α(1−(a+b+c))≦0.800.

薄膜形状であってもよい。 It may be in the form of a thin film.

薄帯形状であってもよい。 It may be in the shape of a ribbon.

粉末形状であってもよい。 It may be in powder form.

本発明の磁性部品は上記の軟磁性合金を含む。 The magnetic component of the present invention contains the above soft magnetic alloy.

本発明の電子機器は上記の軟磁性合金を含む。 The electronic device of the present invention contains the above soft magnetic alloy.

図1は、薄帯のX線結晶構造解析により得られるチャートの一例である。FIG. 1 is an example of a chart obtained by X-ray crystal structure analysis of a ribbon. 図2は、図1のチャートをプロファイルフィッティングすることにより得られるパターンの一例である。FIG. 2 is an example of a pattern obtained by profile fitting the chart of FIG. 図3は、薄膜のX線結晶構造解析により得られるチャートの一例である。FIG. 3 is an example of a chart obtained by X-ray crystal structure analysis of a thin film. 図4は、薄膜のX線結晶構造解析により得られるチャートの一例である。FIG. 4 is an example of a chart obtained by X-ray crystal structure analysis of a thin film.

以下、本発明を、実施形態に基づき説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on embodiments.

本実施形態の軟磁性合金は、
組成式(Fe(1-(α+β+γ))CoαNiβγ(1-(a+b+c))X3(原子数比)からなる軟磁性合金であって、
XはAl,Mn,Ag,Zn,Sn,As,Sb,Cu,Cr,Bi,Ca,Mg,Ti,Na,N,V,Mo,O,Sおよび希土類元素からなる群から選択される1つ以上、
MはTa,Zr,Hf,NbおよびWからなる群から選択される1つ以上、
X3はP,B,SiおよびGeからなる群から選択される1つ以上であり、
0.050≦a≦0.120
0.040<b≦0.140
0.020≦c≦0.080
0.060<b+c≦0.160
0.400<α(1-(a+b+c))≦0.800
0≦β(1-(a+b+c))≦0.200
γ≧0
0≦β+γ≦0.500
である。
The soft magnetic alloy of this embodiment is
A soft magnetic alloy having a composition formula (Fe (1-(α+β+γ)) Co α Ni β X γ ) (1-(a+b+c)) M a C b X3 c (atomic ratio),
X is 1 selected from the group consisting of Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Cu, Cr, Bi, Ca, Mg, Ti, Na, N, V, Mo, O, S and rare earth elements; one or more
M is one or more selected from the group consisting of Ta, Zr, Hf, Nb and W;
X3 is one or more selected from the group consisting of P, B, Si and Ge;
0.050≤a≤0.120
0.040<b≦0.140
0.020≤c≤0.080
0.060<b+c≦0.160
0.400<α(1−(a+b+c))≦0.800
0≦β(1−(a+b+c))≦0.200
γ≧0
0≤β+γ≤0.500
is.

本実施形態の軟磁性合金は、上記の範囲内の組成であることにより、Coを含まない場合と比較して高い飽和磁束密度Bsを有し保磁力Hcが大きく上昇しない軟磁性合金となる。 Since the soft magnetic alloy of the present embodiment has a composition within the above range, it becomes a soft magnetic alloy that has a high saturation magnetic flux density Bs and does not greatly increase the coercive force Hc compared to the case where Co is not included.

一般的に、Hcは磁歪および異方性により決定される。そして、FeおよびCoを主に含む軟磁性合金は、FeおよびCoの合計に対するCoの含有量が0~60at%程度の場合には、Coの含有量が多くなるほど磁歪が上昇する。その結果、FeおよびCoを主に含む軟磁性合金はFeおよびCoの合計に対するCoの含有量が0~60at%程度の場合には、Coの含有量が大きくなるほどHcが単調に大きく上昇する傾向にある。Coの含有量がさらに大きくなるとBsが低下してしまう。したがって、Coを含有して優れた軟磁気特性、特に低いHcを有する軟磁性合金を得るためには、Coの含有量は可能な範囲で少なくすることが一般的である。 Hc is generally determined by magnetostriction and anisotropy. In a soft magnetic alloy mainly containing Fe and Co, when the content of Co with respect to the total of Fe and Co is about 0 to 60 at %, the magnetostriction increases as the content of Co increases. As a result, when the content of Co in the soft magnetic alloy mainly containing Fe and Co is about 0 to 60 at% with respect to the total of Fe and Co, Hc tends to monotonously increase as the Co content increases. It is in. If the Co content is further increased, the Bs is lowered. Therefore, in order to obtain a soft magnetic alloy containing Co and having excellent soft magnetic properties, particularly low Hc, it is common to reduce the Co content as much as possible.

しかし、本発明者らは、特定の種類の金属元素(M),炭素(C)および特定の種類のメタロイド元素(X3)を特定の範囲内で含む組成である場合には、Coを多く含み、軟磁性合金に対するCoの含有量が40at%を上回り80at%以下であることで、Coを含まない場合と比較してHcの上昇をある程度、抑制できることを見出した。さらに、Coの含有量が概ね20~40at%である場合との比較では、むしろHcが低下する場合があることを見出した。他方、Coの含有量が40at%を上回り80at%以下であっても、Coの含有量が40at%以下である場合と同様に、Coの含有によりBsが向上する効果は発揮される。したがって、Coを含まない場合と比較して高いBsを有しHcが大きく上昇しない軟磁性合金を提供することができる。なお、Coの含有量が40at%を上回り80at%以下であることと、0.400<α(1-(a+b+c))≦0.800を満たすこととは、実質的に同等である。 However, the present inventors have found that a composition containing a specific type of metal element (M), carbon (C) and a specific type of metalloid element (X3) within a specific range contains a large amount of Co. The inventors have found that the increase in Hc can be suppressed to some extent compared to the case where Co is not contained when the content of Co in the soft magnetic alloy is more than 40 at % and not more than 80 at %. Furthermore, it has been found that Hc may rather decrease in comparison with the case where the Co content is approximately 20 to 40 atomic %. On the other hand, even if the Co content is more than 40 atomic % and 80 atomic % or less, the effect of improving Bs by containing Co is exhibited, as in the case where the Co content is 40 atomic % or less. Therefore, it is possible to provide a soft magnetic alloy which has a higher Bs and does not have a large increase in Hc compared to the case where Co is not included. It should be noted that the content of Co being more than 40 at % and not more than 80 at % is substantially equivalent to satisfying 0.400<α(1−(a+b+c))≦0.800.

以下、組成と磁気特性との関係についてさらに具体的に説明する。 The relationship between composition and magnetic properties will be described in more detail below.

MはTa,Zr,Hf,NbおよびWからなる群から選択される1つ以上である。そして、Mの含有量(a)は0.050≦a≦0.120である。0.080≦a≦0.120であってもよい。 M is one or more selected from the group consisting of Ta, Zr, Hf, Nb and W; The M content (a) is 0.050≦a≦0.120. 0.080≦a≦0.120 may be satisfied.

aが上記の範囲内であることにより、Coを含まない場合と比較して高いBsを有しHcが大きく上昇しない軟磁性合金を得ることができる。特に0.080≦a≦0.120である場合にはCoを含まない場合と比較してのHcの上昇率が小さくなる。 When a is within the above range, it is possible to obtain a soft magnetic alloy that has a higher Bs than the case where Co is not included and does not greatly increase Hc. In particular, when 0.080≦a≦0.120, the increase rate of Hc becomes smaller than when Co is not contained.

Cの含有量(b)は0.040<b≦0.140である。0.041≦b≦0.140であってもよく、0.060≦b≦0.080であってもよい。 The content (b) of C is 0.040<b≦0.140. 0.041≦b≦0.140 or 0.060≦b≦0.080.

X3はP,B,SiおよびGeからなる群から選択される1種以上である。そして、X3の含有量(c)は0.020≦c≦0.080である。0.020≦c≦0.060であってもよい。 X3 is one or more selected from the group consisting of P, B, Si and Ge. The content (c) of X3 is 0.020≦c≦0.080. 0.020≦c≦0.060 may be satisfied.

bおよびcは、さらに、0.060<b+c≦0.160を満たす。 b and c further satisfy 0.060<b+c≦0.160.

b,cおよびb+cが全て上記の範囲内であることにより、Coの含有量が40at%を上回り80at%以下である場合において、Coを含まない場合と比較して高いBsを有しHcが大きく上昇しない軟磁性合金を得ることができる。これに対し、b,cおよびb+cのうち一つ以上が上記の範囲外である場合には、従来の軟磁性合金と同様にCoの含有量が増えるにつれてHcが大きく上昇してしまう。 When b, c, and b+c are all within the above ranges, when the Co content is more than 40 at % and 80 at % or less, Bs is higher and Hc is higher than when Co is not included. A soft magnetic alloy that does not rise can be obtained. On the other hand, if at least one of b, c and b+c is out of the above range, Hc increases significantly as the Co content increases, as in conventional soft magnetic alloys.

一般的に、Hcの大きさは、概ね磁歪の大きさと磁気異方性の大きさとにより決定されるといわれている。Fe基ナノ結晶合金などのFe基合金において、磁歪の大きさは、Cの含有量およびX3の含有量から選択される1つ以上よりも、Coの含有量によって大きく変化する。具体的には、Coの含有量の増加に伴い、磁歪の大きさが正方向に大きく増加し、Hcが大きく上昇する。しかし、上記の特定の組成を有する場合のみ、Coを含まない場合と比較してHcの上昇率が小さくなる。さらに、上記の特定の組成を有する場合のみ、Coを概ね20~40at%含む場合と比較してHcがむしろ低下する。この現象は、FeとCoとが存在する条件でMとCとX3とが特定の比率で存在する場合においてのみ、MとCとX3とが特定の比率で存在しない場合と比較して磁気異方性を大きく変化させる何かしらの要素が働いたために生じると推察される。 Generally, it is said that the magnitude of Hc is generally determined by the magnitude of magnetostriction and the magnitude of magnetic anisotropy. In Fe-based alloys such as Fe-based nanocrystalline alloys, the magnitude of magnetostriction varies more with the Co content than with one or more selected from the C content and the X3 content. Specifically, as the Co content increases, the magnitude of magnetostriction greatly increases in the positive direction, and Hc greatly increases. However, only when it has the above-mentioned specific composition, the rate of increase in Hc becomes smaller than when Co is not included. Furthermore, Hc is rather lowered only when it has the above-mentioned specific composition, as compared with the case where Co is contained in an amount of approximately 20 to 40 at %. This phenomenon occurs only when M, C, and X3 exist in a specific ratio under the condition that Fe and Co are present, compared to the case where M, C, and X3 do not exist in a specific ratio. It is presumed that this is caused by the action of some factor that greatly changes the orientation.

Fe,Co,NiおよびXの合計含有量を表す1-(a+b+c)については、特に制限はない。例えば、0.760≦1-(a+b+c)≦0.850であってもよい。 1-(a+b+c) representing the total content of Fe, Co, Ni and X is not particularly limited. For example, 0.760≦1−(a+b+c)≦0.850.

Coの含有量に関して、0.400<α(1-(a+b+c))≦0.800を満たす。0.500≦α(1-(a+b+c))≦0.800であってもよい。0.500≦α(1-(a+b+c))≦0.800を満たす場合には、Coを含まない場合と比較して、さらにHcの上昇率が小さくなる。 The Co content satisfies 0.400<α(1−(a+b+c))≦0.800. 0.500≦α(1−(a+b+c))≦0.800. When 0.500≦α(1−(a+b+c))≦0.800 is satisfied, the increase rate of Hc is further reduced compared to the case where Co is not contained.

Niの含有量に関して、0≦β(1-(a+b+c))≦0.200である。Niを含む場合には、Niを含まない場合と比較して、Bsの上昇率、Hcの上昇率がいずれも低下する。 Regarding the Ni content, 0≦β(1−(a+b+c))≦0.200. When Ni is contained, both the rate of increase of Bs and the rate of increase of Hc are lowered compared to the case where Ni is not included.

XはAl,Mn,Ag,Zn,Sn,As,Sb,Cu,Cr,Bi,Ca,Mg,Ti,Na,N,V,Mo,O,Sおよび希土類元素からなる群から選択される1つ以上である。XはFe,Co,M,CおよびX3以外に軟磁性合金に含み得る元素である。Xの含有量には特に制限はないが、γ≧0、0≦β+γ≦0.500を満たす。0≦γ<0.030であってもよい。また、0≦γ(1-(a+b+c))≦0.010であってもよい。 X is 1 selected from the group consisting of Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Cu, Cr, Bi, Ca, Mg, Ti, Na, N, V, Mo, O, S and rare earth elements; more than one. X is an element that can be contained in the soft magnetic alloy in addition to Fe, Co, M, C and X3. Although the content of X is not particularly limited, it satisfies γ≧0 and 0≦β+γ≦0.500. 0≦γ<0.030 may be satisfied. Also, 0≦γ(1−(a+b+c))≦0.010 may be satisfied.

なお、上記以外の元素、すなわち、Fe,Co,Ni,X,M,CおよびX3以外の元素を不可避的不純物として含んでもよい。例えば、軟磁性合金100重量%に対して各々0.1重量%以下、含んでいてもよい。 Elements other than the above, that is, elements other than Fe, Co, Ni, X, M, C and X3 may be included as unavoidable impurities. For example, 0.1% by weight or less of each may be contained with respect to 100% by weight of the soft magnetic alloy.

本実施形態の軟磁性合金の微細構造には特に制限はない。非晶質からなる構造を有していてもよく、ナノ結晶からなる構造を有していてもよい。言いかえれば、後述する非晶質化率Xが85%以上であってもよく、85%未満であってもよい。また、ナノ結晶からなる構造のうち、特にFe基ナノ結晶結晶からなる構造を有していてもよい。 The microstructure of the soft magnetic alloy of this embodiment is not particularly limited. It may have an amorphous structure or may have a nanocrystalline structure. In other words, an amorphization rate X, which will be described later, may be 85% or more, or may be less than 85%. In addition, among the structures composed of nanocrystals, it may have a structure composed particularly of Fe-based nanocrystals.

Fe基ナノ結晶とは、粒径がナノオーダーであり、Feの結晶構造がbcc(体心立方格子構造)である結晶のことである。本実施形態においては、平均粒径が5~30nmであるFe基ナノ結晶を析出させてもよい。なお、本実施形態では、軟磁性合金がFe基ナノ結晶を含む構造である場合には、後述する非晶質化率Xが85%未満であり、軟磁性合金がFe基ナノ結晶からなる構造を有していてもよい。 An Fe-based nanocrystal is a crystal whose grain size is nano-order and whose Fe crystal structure is bcc (body-centered cubic lattice structure). In this embodiment, Fe-based nanocrystals having an average particle size of 5 to 30 nm may be precipitated. In the present embodiment, when the soft magnetic alloy has a structure containing Fe-based nanocrystals, the later-described amorphization rate X is less than 85%, and the soft magnetic alloy has a structure composed of Fe-based nanocrystals. may have

また、上記の組成を有し、非晶質からなる軟磁性合金を熱処理温度400℃以上700℃以下で熱処理する場合には、軟磁性合金中にFe基ナノ結晶を析出しやすい。言いかえれば、上記の組成を有し、非晶質からなる軟磁性合金は、Fe基ナノ結晶からなる構造を有する本実施形態の軟磁性合金の出発原料としやすい。 Further, when the amorphous soft magnetic alloy having the above composition is heat-treated at a heat treatment temperature of 400° C. or higher and 700° C. or lower, Fe-based nanocrystals are likely to precipitate in the soft magnetic alloy. In other words, the amorphous soft magnetic alloy having the above composition can easily be used as a starting material for the soft magnetic alloy of the present embodiment having a structure of Fe-based nanocrystals.

また、上記の組成を有する熱処理前の軟磁性合金は、非晶質のみからなる構造を有していてもよく、微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有していてもよい。また、ナノヘテロ構造を有する軟磁性合金を熱処理することでFe基ナノ結晶からなる構造を有する軟磁性合金を得ることができる。なお、上記の微結晶は平均粒径が0.3~10nmであってもよい。 In addition, the soft magnetic alloy having the above composition before heat treatment may have a structure consisting only of amorphous material, or may have a nano-heterostructure in which microcrystals are present in amorphous material. Also, a soft magnetic alloy having a structure composed of Fe-based nanocrystals can be obtained by heat-treating a soft magnetic alloy having a nanoheterostructure. The above microcrystals may have an average grain size of 0.3 to 10 nm.

なお、本実施形態に係る軟磁性合金はナノサイズの結晶を含んでもよい。ナノサイズの結晶とは、粒径が30nm以下の結晶のことである。上記の微結晶、ナノ結晶およびFe基ナノ結晶は全てナノサイズの結晶である。 The soft magnetic alloy according to this embodiment may contain nano-sized crystals. A nano-sized crystal is a crystal with a particle size of 30 nm or less. All of the above microcrystals, nanocrystals and Fe-based nanocrystals are nano-sized crystals.

以下、軟磁性合金が非晶質からなる構造(非晶質のみからなる構造またはナノヘテロ構造)を有するか、結晶からなる構造を有するかを確認する方法について説明する。 A method for confirming whether a soft magnetic alloy has an amorphous structure (an amorphous structure or a nano-heterostructure) or a crystalline structure will be described below.

本実施形態に係る軟磁性合金が後述するバルクである場合には、下記式(1)に示す非晶質化率Xが85%以上である軟磁性合金は非晶質からなる構造を有し、非晶質化率Xが85%未満である軟磁性合金は結晶からなる構造を有するとする。
X=100-(Ic/(Ic+Ia)×100)…(1)
Ic:結晶性散乱積分強度
Ia:非晶質性散乱積分強度
When the soft magnetic alloy according to the present embodiment is a bulk, which will be described later, the soft magnetic alloy having an amorphous rate X of 85% or more shown in the following formula (1) has an amorphous structure. , a soft magnetic alloy having an amorphization rate X of less than 85% has a crystalline structure.
X=100−(Ic/(Ic+Ia)×100) (1)
Ic: integrated intensity of crystalline scattering Ia: integrated intensity of amorphous scattering

非晶質化率Xは、軟磁性合金に対してXRDによりX線結晶構造解析を実施し、相の同定を行い、結晶化したFe又は化合物のピーク(Ic:結晶性散乱積分強度、Ia:非晶質性散乱積分強度)を読み取り、そのピーク強度から結晶化率を割り出し、上記式(1)により算出する。以下、算出方法をさらに具体的に説明する。 The amorphization rate X is obtained by performing X-ray crystal structure analysis on the soft magnetic alloy by XRD, identifying the phase, and peaking the crystallized Fe or compound (Ic: crystalline scattering integrated intensity, Ia: Amorphous scattering integrated intensity) is read, the crystallization rate is determined from the peak intensity, and calculated by the above formula (1). The calculation method will be described in more detail below.

本実施形態に係る軟磁性合金についてXRDによりX線結晶構造解析を行い、図1に示すようなチャートを得る。これを、下記式(2)のローレンツ関数を用いて、プロファイルフィッティングを行い、図2に示すような結晶性散乱積分強度を示す結晶成分パターンα、非晶質性散乱積分強度を示す非晶成分パターンα、およびそれらを合わせたパターンαc+aを得る。得られたパターンの結晶性散乱積分強度および非晶質性散乱積分強度から、上記式(1)により非晶質化率Xを求める。なお、測定範囲は、非晶質由来のハローが確認できる回析角2θ=30°~60°の範囲とする。この範囲で、XRDによる実測の積分強度とローレンツ関数を用いて算出した積分強度との誤差が1%以内になるようにする。 The soft magnetic alloy according to this embodiment is subjected to X-ray crystal structure analysis by XRD, and a chart as shown in FIG. 1 is obtained. This is subjected to profile fitting using the Lorentz function of the following formula (2), and the crystalline component pattern α c indicating the integrated crystalline scattering intensity and the amorphous We obtain the component pattern α a and the combined pattern α c+a . From the integrated crystalline scattering intensity and the integrated amorphous scattering intensity of the obtained pattern, the amorphization rate X is obtained by the above formula (1). The measurement range is a diffraction angle 2θ of 30° to 60° where a halo originating from the amorphous material can be confirmed. Within this range, the error between the integrated intensity actually measured by XRD and the integrated intensity calculated using the Lorentz function should be within 1%.

Figure 2022109474000002
Figure 2022109474000002

本実施形態に係る軟磁性合金が後述する薄膜形状である場合には、薄膜のX線結晶構造解析により、図3、図4に示すようなチャートを得る。図3、図4に示すようなチャートをソフトウェアで解析することにより、薄膜が非晶質からなる構造を有するか、結晶からなる構造を有するかを確認することができる。なお、図3は薄膜が結晶を含む構造を有する場合のチャートであり、図4は薄膜が非晶質からなる構造を有する場合のチャートである。さらに、薄膜に含まれる結晶の結晶粒径も同時に確認することができる。図3のピークaは結晶由来のピークである。図3、図4のピークb~dは基板由来のピークである。 When the soft magnetic alloy according to the present embodiment is in the form of a thin film, which will be described later, charts as shown in FIGS. 3 and 4 are obtained by X-ray crystal structure analysis of the thin film. By analyzing the charts shown in FIGS. 3 and 4 with software, it is possible to confirm whether the thin film has an amorphous structure or a crystalline structure. FIG. 3 is a chart when the thin film has a structure containing crystals, and FIG. 4 is a chart when the thin film has an amorphous structure. Furthermore, the crystal grain size of crystals contained in the thin film can also be confirmed at the same time. Peak a in FIG. 3 is a crystal-derived peak. Peaks b to d in FIGS. 3 and 4 are derived from the substrate.

なお、上記式(1)を用いないのは、薄膜では正確に非晶質化率Xを算出することが困難であるためである。薄膜で正確に非晶質化率Xを算出することが困難なのは、薄膜をX線結晶構造解析する場合には、薄膜のみをX線結晶構造解析することが難しく、薄膜および基板をX線結晶構造解析することになるためである。薄膜および基板をX線結晶構造解析する場合には、基板の影響を大きく受けることになる。その結果、得られるチャートのS/N比が小さくなるためである。 The reason why the above formula (1) is not used is that it is difficult to accurately calculate the amorphization rate X for a thin film. The reason why it is difficult to accurately calculate the amorphization rate X for thin films is that when the thin film is subjected to X-ray crystal structure analysis, it is difficult to analyze only the thin film by X-ray crystal structure analysis, and the thin film and the substrate are subjected to X-ray crystal structure analysis. This is because structural analysis is required. X-ray crystal structure analysis of thin films and substrates is greatly affected by the substrate. This is because the S/N ratio of the resulting chart is reduced as a result.

本実施形態の軟磁性合金の形状には特に制限はない。例えば、薄膜形状、薄帯形状、粉末形状が挙げられる。 The shape of the soft magnetic alloy of this embodiment is not particularly limited. For example, a thin film shape, ribbon shape, and powder shape are mentioned.

薄膜形状の軟磁性合金を製造するためには薄膜法を用いる。薄膜法の種類には特に制限はない。例えばスパッタ法、蒸着法により薄膜を成膜することができる。以下、スパッタ法により薄膜を成膜する場合について説明する。 A thin film method is used to produce soft magnetic alloys in the form of thin films. The type of thin film method is not particularly limited. For example, a thin film can be formed by a sputtering method or a vapor deposition method. A case of forming a thin film by a sputtering method will be described below.

成膜は複数種類のターゲットを用いて多元スパッタにより同時成膜してもよく、ターゲットを適宜変更しながら単元スパッタにより成膜してもよい。 The films may be formed simultaneously by multi-target sputtering using a plurality of types of targets, or may be formed by single-target sputtering while appropriately changing the targets.

成膜時における基板の温度には特に制限はない。例えば100℃~350℃としてもよい。 There is no particular limitation on the temperature of the substrate during film formation. For example, it may be 100°C to 350°C.

基板の種類には特に制限はない。例えば熱酸化シリコン基板、シリコン基板、ガラス基板、セラミック基板を用いることができる。セラミック基板としては、例えばチタン酸バリウム基板、ALTIC基板が挙げられる。また、スパッタを行う前に適宜洗浄してもよい。 The type of substrate is not particularly limited. For example, thermally oxidized silicon substrates, silicon substrates, glass substrates, and ceramic substrates can be used. Examples of ceramic substrates include barium titanate substrates and ALTIC substrates. In addition, cleaning may be performed as appropriate before performing sputtering.

薄膜の膜厚には特に制限はない。例えば50nm~200nmとしてもよい。 The film thickness of the thin film is not particularly limited. For example, it may be 50 nm to 200 nm.

薄帯形状の軟磁性合金を製造する方法には特に制限はない。例えば、単ロール法による製造方法がある。また、薄帯は連続薄帯であってもよい。 There is no particular limitation on the method for producing the ribbon-shaped soft magnetic alloy. For example, there is a manufacturing method by a single roll method. Also, the ribbon may be a continuous ribbon.

単ロール法では、まず、最終的に得られる軟磁性合金薄帯に含まれる各金属元素の純金属を準備し、最終的に得られる軟磁性合金薄帯と同組成となるように秤量する。そして、各金属元素の純金属を溶解し、混合して母合金を作製する。なお、前記純金属の溶解方法は任意であるが、例えばチャンバー内で真空引きした後に高周波加熱にて溶解させる方法がある。なお、母合金と最終的に得られる軟磁性合金薄帯とは通常、同組成となる。 In the single roll method, first, pure metals of each metal element contained in the finally obtained soft magnetic alloy ribbon are prepared and weighed so as to have the same composition as the finally obtained soft magnetic alloy ribbon. Then, pure metals of each metal element are melted and mixed to prepare a master alloy. The method of melting the pure metal is arbitrary, but for example, there is a method of melting by high-frequency heating after evacuating the chamber. The master alloy and the finally obtained soft magnetic alloy ribbon usually have the same composition.

次に、作製した母合金を加熱して溶融させ、溶融金属(溶湯)を得る。溶融金属の温度には特に制限はない。例えば1200~1500℃としてもよい。 Next, the produced master alloy is heated and melted to obtain a molten metal (molten metal). There are no particular restrictions on the temperature of the molten metal. For example, it may be 1200 to 1500°C.

本実施形態では、ロールの温度には特に制限はない。例えば、室温~90℃としてもよい。また、チャンバー内と噴射ノズル内との差圧(射出圧力)には特に制限はない。例えば20~80kPaとしてもよい。 In this embodiment, the temperature of the rolls is not particularly limited. For example, room temperature to 90°C may be used. Moreover, there is no particular limitation on the differential pressure (injection pressure) between the inside of the chamber and the inside of the injection nozzle. For example, it may be 20 to 80 kPa.

単ロール法においては、主にロールの回転速度を調整することで得られる薄帯の厚さを調整することができるが、例えばノズルとロールとの間隔や溶融金属の温度などを調整することでも得られる薄帯の厚さを調整することができる。薄帯の厚さには特に制限はない。例えば10~80μmである。 In the single roll method, the thickness of the ribbon obtained can be adjusted mainly by adjusting the rotational speed of the rolls. The thickness of the ribbon obtained can be adjusted. There is no particular limitation on the thickness of the ribbon. For example, it is 10 to 80 μm.

熱処理前の軟磁性合金薄帯は粒径が30nmよりも大きい結晶が含まれていない。そして、熱処理前の軟磁性合金薄帯は非晶質のみからなる構造を有していてもよく、微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有していてもよい。 The soft magnetic alloy ribbon before the heat treatment does not contain crystals with a grain size larger than 30 nm. The soft magnetic alloy ribbon before the heat treatment may have a structure consisting only of an amorphous material, or may have a nano-heterostructure in which microcrystals are present in the amorphous material.

以下、軟磁性合金薄帯を熱処理することによりFe基ナノ結晶からなる構造を有する軟磁性合金薄帯を製造する方法について説明する。なお、本実施形態では、Fe基ナノ結晶からなる構造は非晶質化率Xが85%未満である結晶からなる構造である。上記した通り、非晶質化率XはXRDによりX線結晶構造解析を実施することで測定することができる。 A method of manufacturing a soft magnetic alloy ribbon having a structure composed of Fe-based nanocrystals by heat-treating the soft magnetic alloy ribbon will be described below. In this embodiment, the structure composed of Fe-based nanocrystals is a structure composed of crystals having an amorphization rate X of less than 85%. As described above, the amorphization rate X can be measured by carrying out X-ray crystal structure analysis by XRD.

Fe基ナノ結晶からなる構造を有する軟磁性合金薄帯を製造するための熱処理条件には特に制限はない。例えば熱処理温度は400~700℃、熱処理時間は0.5~10時間となる。また、熱処理時の雰囲気には特に制限はない。大気中のような活性雰囲気下で行ってもよいし、Arガス中のような不活性雰囲気下、または真空中で行ってもよい。 There are no particular restrictions on the heat treatment conditions for producing the soft magnetic alloy ribbon having a structure composed of Fe-based nanocrystals. For example, the heat treatment temperature is 400 to 700° C., and the heat treatment time is 0.5 to 10 hours. Moreover, the atmosphere during the heat treatment is not particularly limited. It may be carried out in an active atmosphere such as air, an inert atmosphere such as Ar gas, or in vacuum.

また、熱処理により得られた軟磁性合金薄帯に含まれるFe基ナノ結晶の平均粒径の算出方法には特に制限はない。例えば透過電子顕微鏡を用いて観察することで算出できる。また、結晶構造がbcc(体心立方格子構造)であること確認する方法にも特に制限はない。例えばX線回折測定を用いて確認することができる。 Moreover, there is no particular limitation on the method of calculating the average grain size of the Fe-based nanocrystals contained in the soft magnetic alloy ribbon obtained by heat treatment. For example, it can be calculated by observation using a transmission electron microscope. Also, there is no particular limitation on the method for confirming that the crystal structure is bcc (body-centered cubic lattice structure). For example, it can be confirmed using X-ray diffraction measurement.

粉末形状の軟磁性合金を製造する方法には特に制限はない。例えば、薄帯形状の軟磁性合金を粉砕する方法が挙げられる。また、ガスアトマイズ法による方法が挙げられる。 There is no particular limitation on the method for producing the powdery soft magnetic alloy. For example, a method of pulverizing a ribbon-shaped soft magnetic alloy can be used. Moreover, the method by a gas atomization method is mentioned.

ガスアトマイズ法では、まず、最終的に得られる軟磁性合金に含まれる各金属元素の純金属を準備し、最終的に得られる軟磁性合金と同組成となるように秤量する。そして、各金属元素の純金属を溶解し、混合して母合金を作製する。なお、前記純金属の溶解方法には特に制限はないが、例えばチャンバー内で真空引きした後に高周波加熱にて溶解させる方法がある。なお、母合金と最終的に得られる軟磁性合金とは通常、同組成となる。 In the gas atomization method, first, pure metals of each metal element contained in the finally obtained soft magnetic alloy are prepared and weighed so as to have the same composition as the finally obtained soft magnetic alloy. Then, pure metals of each metal element are melted and mixed to prepare a master alloy. The method for melting the pure metal is not particularly limited, but there is, for example, a method in which the chamber is evacuated and then melted by high-frequency heating. The master alloy and the finally obtained soft magnetic alloy usually have the same composition.

次に、作製した母合金を加熱して溶融させ、溶融金属(溶湯)を得る。溶融金属の温度には特に制限はないが、例えば1200~1500℃とすることができる。その後、前記溶融合金をガスアトマイズ装置で噴射させ、粉末を作製する。 Next, the produced master alloy is heated and melted to obtain a molten metal (molten metal). Although the temperature of the molten metal is not particularly limited, it can be, for example, 1200-1500.degree. After that, the molten alloy is jetted by a gas atomizer to produce powder.

このときの噴射条件を制御することにより、軟磁性合金粉末の粒子径を好適に制御することができる。 By controlling the injection conditions at this time, the particle size of the soft magnetic alloy powder can be suitably controlled.

軟磁性合金粉末の粒子径には特に制限はない。例えば、D50が1~150μmである。なお、軟磁性合金粉末がFe基ナノ結晶からなる構造を有する場合には、軟磁性合金粉末1粒子に多数のFe基ナノ結晶が含まれることが通常である。したがって、上記の軟磁性合金粉末の粒子径とFe基ナノ結晶の結晶粒径とは異なる。 The particle size of the soft magnetic alloy powder is not particularly limited. For example, D50 is 1 to 150 μm. When the soft magnetic alloy powder has a structure composed of Fe-based nanocrystals, one particle of the soft magnetic alloy powder usually contains a large number of Fe-based nanocrystals. Therefore, the grain size of the soft magnetic alloy powder and the crystal grain size of the Fe-based nanocrystals are different.

好適な噴射条件は溶融金属の組成や目標とする粒子径によっても異なるが、例えばノズル径0.5~3mm、溶融金属排出量1.5kg/min以下、ガス圧5~10MPaである。 Suitable injection conditions vary depending on the composition of the molten metal and the target particle size, but are, for example, a nozzle diameter of 0.5 to 3 mm, a molten metal discharge rate of 1.5 kg/min or less, and a gas pressure of 5 to 10 MPa.

以上の方法により、熱処理前の軟磁性合金粉末が得られる。粒子径を好適に制御するためには、この時点では軟磁性合金粉末が非晶質からなる構造を有することが好ましい。 Soft magnetic alloy powder before heat treatment is obtained by the above method. In order to suitably control the particle size, it is preferable that the soft magnetic alloy powder has an amorphous structure at this point.

Fe基ナノ結晶からなる構造を有する軟磁性合金粉末を好適に得るためには、上記のガスアトマイズ法により得られた非晶質からなる構造を有する軟磁性合金粉末に対して熱処理を行うことが好ましい。例えば、400~700℃で0.5~10時間、熱処理を行うことで、好適にFe基ナノ結晶からなる構造を有する軟磁性合金粉末を得やすくなる。 In order to suitably obtain a soft magnetic alloy powder having a structure composed of Fe-based nanocrystals, it is preferable to heat-treat the soft magnetic alloy powder having an amorphous structure obtained by the gas atomization method. . For example, heat treatment at 400 to 700° C. for 0.5 to 10 hours makes it easier to obtain a soft magnetic alloy powder having a structure preferably composed of Fe-based nanocrystals.

なお、熱処理温度を低下させることにより、非晶質からなる構造を有する軟磁性合金を得ることができる。熱処理を行わなくてもよいが、低温、例えば200~400℃で熱処理を行うことが好ましい。熱処理により、歪や応力が緩和されて保磁力が低下するためである。 A soft magnetic alloy having an amorphous structure can be obtained by lowering the heat treatment temperature. Although the heat treatment may not be performed, it is preferable to perform the heat treatment at a low temperature such as 200 to 400.degree. This is because the heat treatment relaxes the strain and stress and reduces the coercive force.

本実施形態に係る軟磁性合金の用途には特に制限はない。例えば、軟磁性合金薄帯の場合には、コア、インダクタ、トランスおよびモータなどが挙げられる。軟磁性合金粉末の場合には、圧粉磁心が挙げられる。特に、インダクタ用、特にパワーインダクタ用の圧粉磁心として好適に用いることができる。また、軟磁性合金薄膜を用いた磁性部品、例えば薄膜インダクタ、磁気ヘッドにも好適に用いることができる。 There is no particular limitation on the use of the soft magnetic alloy according to this embodiment. For example, in the case of soft magnetic alloy ribbons, cores, inductors, transformers, motors, and the like are included. Soft magnetic alloy powders include dust cores. In particular, it can be suitably used as a dust core for inductors, particularly power inductors. It can also be suitably used for magnetic parts using soft magnetic alloy thin films, such as thin film inductors and magnetic heads.

また、本実施形態に係る軟磁性合金は、上記の軟磁性合金を含む電子機器、例えばスマートフォンの地磁気センサー、デジカメやスマートフォンのイメージセンサーの手振れ補正機構のアクチュエーターにも好適に用いることができる。 In addition, the soft magnetic alloy according to the present embodiment can be suitably used for electronic devices containing the above soft magnetic alloy, such as geomagnetic sensors of smartphones, and actuators of camera shake correction mechanisms of image sensors of digital cameras and smartphones.

以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described below based on more detailed examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実験例1)
表1~表13に記載された組成を有する薄膜形状の軟磁性合金を作製した。組成は原子数比で記載した。Co含有比とは、軟磁性合金を1とした場合におけるCoの原子数比での含有比である。具体的には、α(1-(a+b+c))に等しい。Ni含有比とは、軟磁性合金を1とした場合におけるNiの原子数比での含有比である。具体的には、β(1-(a+b+c))に等しい。X含有比とは、軟磁性合金を1とした場合におけるNiの原子数比での含有比である。具体的には、γ(1-(a+b+c))に等しい。
(Experimental example 1)
Thin-film-shaped soft magnetic alloys having the compositions shown in Tables 1 to 13 were produced. Compositions are described in terms of atomic number ratios. The Co content ratio is the atomic number ratio of Co when the soft magnetic alloy is set to 1. Specifically, it is equal to α(1−(a+b+c)). The Ni content ratio is the atomic number ratio of Ni when the soft magnetic alloy is set to 1. Specifically, it is equal to β(1−(a+b+c)). The X content ratio is the content ratio of Ni in the atomic number ratio when the soft magnetic alloy is set to 1. Specifically, it is equal to γ(1−(a+b+c)).

薄膜の成膜はマグネトロンスパッタ(株式会社エイコー製 ES340)を使用して行った。また、複数種類のターゲットを用いて多元スパッタにより同時成膜することで行った。基板の温度は250℃とした。 The thin film was formed using magnetron sputtering (ES340 manufactured by Eiko Co., Ltd.). In addition, simultaneous film formation was performed by multi-source sputtering using a plurality of types of targets. The temperature of the substrate was 250°C.

次に薄膜に対して熱処理を行うが、その前に熱処理前の薄膜が非晶質からなるのか結晶からなるのかを確認した。XRDを用いて図3、図4のようなチャートを各薄膜について作成した。そして、得られたチャートをソフトウェア(Panalytical;Highscore)を用いて解析し、熱処理前の薄膜が非晶質からなるのか結晶からなるのかを確認した。なお、図3は薄膜が結晶からなる場合の一例であり、図4は薄膜が非晶質からなる場合の一例である。表1~表13に示す薄膜は、熱処理前は全て非晶質からなっていた。 Next, the thin film was heat-treated, but before that, it was confirmed whether the thin film before the heat treatment was amorphous or crystalline. Charts such as those shown in FIGS. 3 and 4 were prepared for each thin film using XRD. Then, the obtained chart was analyzed using software (Panalytical; Highscore) to confirm whether the thin film before the heat treatment was amorphous or crystalline. 3 shows an example in which the thin film is made of crystal, and FIG. 4 shows an example in which the thin film is made of amorphous. All the thin films shown in Tables 1 to 13 were amorphous before the heat treatment.

次に、作製した各薄膜に対して表1~表13に記載する温度で熱処理を行った。なお、熱処理時の雰囲気は真空中とした。 Next, heat treatment was performed at temperatures shown in Tables 1 to 13 for each of the thin films produced. The atmosphere during heat treatment was a vacuum.

熱処理後の各薄膜の保磁力Hcおよび飽和磁束密度Bsを測定した。保磁力Hcおよび飽和磁束密度Bsは振動試料型磁力計(VSM)を用いて最大印加磁場1000Oeで測定した。そして、Coを含まない点以外は同組成で実施した場合と比較してBsの上昇率が5.0%以上である場合を良好とした。また、Hcの上昇率が50.0%未満である場合を良好とした。なお、Coを含まない場合について熱処理温度を低くしている場合があるが、これは、Coを含まない場合はCoを含む場合と比較してキュリー温度が低くなる場合があるためである。なお、HcおよびBsについては特に制限はないが、Hcは15.0Oe以下であることが好ましい。Bsは1.50T以上であることが好ましい。 The coercive force Hc and saturation magnetic flux density Bs of each thin film after heat treatment were measured. The coercive force Hc and saturation magnetic flux density Bs were measured with a maximum applied magnetic field of 1000 Oe using a vibrating sample magnetometer (VSM). A case in which the rate of increase in Bs was 5.0% or more compared to the case of the same composition except that it did not contain Co was evaluated as good. Also, a case where the rate of increase in Hc was less than 50.0% was evaluated as good. In some cases, the heat treatment temperature is set lower for the case where Co is not included, because the Curie temperature may be lower when Co is not included than when Co is included. Although Hc and Bs are not particularly limited, Hc is preferably 15.0 Oe or less. Bs is preferably 1.50 T or more.

なお、表1~表13に示す熱処理後の薄膜のうち、表2、表6以外の表に示す熱処理後の薄膜については、全て平均粒径が5~30nmであり結晶構造がbccであるFe基ナノ結晶を有していたことをX線回折測定、および透過電子顕微鏡を用いた観察で確認した。また、熱処理の前後で合金組成に変化がないことについてICP分析を用いて確認した。また、表2、表6に示す熱処理後の薄膜は、熱処理前の薄膜と同様に非晶質からなっていた。 Of the thin films after heat treatment shown in Tables 1 to 13, all the thin films after heat treatment shown in tables other than Tables 2 and 6 have an average grain size of 5 to 30 nm and a crystal structure of Fe. It was confirmed by X-ray diffraction measurement and observation using a transmission electron microscope that the base nanocrystals were present. Also, it was confirmed by ICP analysis that there was no change in the alloy composition before and after the heat treatment. In addition, the thin films after the heat treatment shown in Tables 2 and 6 were amorphous like the thin films before the heat treatment.

Figure 2022109474000003
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Figure 2022109474000004
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Figure 2022109474000007
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Figure 2022109474000008
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Figure 2022109474000009
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Figure 2022109474000015
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表1に示す薄膜はCを含まない。表2に示す薄膜はMおよびCを含まない。表3に示す薄膜はX3を含まない。その結果、Coの含有比を変化させても、Coを含まない点以外は同組成である比較例と比較してBs上昇率および/またはHc上昇率が良好ではない。 The thin films shown in Table 1 do not contain C. The thin films shown in Table 2 do not contain M and C. The thin films shown in Table 3 do not contain X3. As a result, even if the Co content ratio is changed, the Bs increase rate and/or the Hc increase rate are not as good as those of the comparative examples having the same composition except that Co is not included.

表4~表6に示す薄膜は、Co含有比以外は所定の範囲内の組成を有する場合についてCo含有比を変化させた実験例である。Co含有比が所定の範囲内である各実施例は、Coを含まない点以外は同組成である比較例と比較してBs上昇率が高く、Hc上昇率が低かった。すなわち、Coの含有によりHcを大きく上昇させずにBsを大きく上昇させることができた。これに対し、Coを含有するがCo含有比が低すぎる各比較例はCoを含まない点以外は同組成である比較例と比較してHcが著しく上昇した。また、Co含有比が高すぎる試料番号60は、Coを含まない点以外は同組成である比較例と比較してBsが低下し、さらにHcも著しく上昇した。 The thin films shown in Tables 4 to 6 are experimental examples in which the Co content ratio was changed in the case where the composition was within a predetermined range except for the Co content ratio. Each example in which the Co content ratio was within a predetermined range had a higher Bs increase rate and a lower Hc increase rate than the comparative example having the same composition except that it did not contain Co. In other words, the addition of Co could significantly increase Bs without significantly increasing Hc. On the other hand, in each of the comparative examples containing Co but with an excessively low Co content ratio, Hc was remarkably increased compared to the comparative examples having the same composition except that Co was not contained. In addition, sample number 60, in which the Co content ratio is too high, had a lower Bs and a significantly higher Hc than the comparative example having the same composition except that it did not contain Co.

表7に示す薄膜はX3(P)の含有量が少なすぎる組成を有する。その結果、Coの含有比を変化させても、Coを含まない点以外は同組成である比較例と比較してBs上昇率および/またはHc上昇率が良好ではない。 The films shown in Table 7 have compositions with too little X3(P) content. As a result, even if the Co content ratio is changed, the Bs increase rate and/or the Hc increase rate are not as good as those of the comparative examples having the same composition except that Co is not included.

表8に示す薄膜は、試料番号51および56について、bおよびcを変化させた薄膜である。b、cおよびb+cが所定の範囲内である場合については、Coの含有比が0.500である実施例がCoの含有比が0.000である点以外は同組成である比較例と比較してHcが大きく上昇せずBsが大きく上昇した。これに対し、b、cおよびb+cのいずれか一つ以上が所定の範囲外である場合については、Coの含有比が0.500である比較例がCoの含有比が0.000である比較例と比較してHcが大きく上昇した。 The thin films shown in Table 8 are thin films of sample numbers 51 and 56 in which b and c are changed. When b, c, and b+c are within the predetermined ranges, the example having a Co content ratio of 0.500 is compared with the comparative example having the same composition except that the Co content ratio is 0.000. As a result, Hc did not increase significantly, but Bs increased significantly. On the other hand, when any one or more of b, c and b+c is outside the predetermined range, the comparative example with the Co content ratio of 0.500 is compared with the Co content ratio of 0.000. Hc increased greatly compared to the example.

表9に示す薄膜は、試料番号51および56について、aを変化させた薄膜である。aが所定の範囲内である場合については、Coの含有比が0.500である実施例がCoの含有比が0.000である点以外は同組成である比較例と比較してHcが大きく上昇せずBsが大きく上昇した。これに対し、aが所定の範囲外である場合については、Coの含有比が0.500である比較例がCoの含有比が0.000である比較例と比較してHcが大きく上昇した。 The thin films shown in Table 9 are thin films of sample numbers 51 and 56 in which a is changed. When a is within a predetermined range, the Hc of the example having a Co content ratio of 0.500 is higher than that of the comparative example having the same composition except that the Co content ratio is 0.000. Bs increased significantly without a large increase. On the other hand, when a is outside the predetermined range, the comparative example with a Co content ratio of 0.500 showed a large increase in Hc compared to the comparative example with a Co content ratio of 0.000. .

表10に示す薄膜は、試料番号51、56についてX3の種類を変化させた薄膜である。X3の種類を変化させても、Coの含有比が0.500である実施例がCoの含有比が0.000である比較例と比較してHcが大きく上昇せずBsが大きく上昇した。 The thin films shown in Table 10 are thin films obtained by changing the type of X3 for sample numbers 51 and 56. Even when the type of X3 was changed, the example with a Co content ratio of 0.500 did not show a large increase in Hc and a large increase in Bs compared to the comparative example with a Co content ratio of 0.000.

表11に示す薄膜は、試料番号51、56についてMの種類を変化させた薄膜である。Mの種類を変化させても、Coの含有比が0.500である実施例がCoの含有比が0.000である比較例と比較してHcが大きく上昇せずBsが大きく上昇した。なお、試料番号107、108については熱処理温度を低下させている。これは、MとしてHfを用いる場合には他のMを用いる場合と比較して結晶化温度が低下するためである。 The thin films shown in Table 11 are thin films obtained by changing the type of M for sample numbers 51 and 56. Even when the type of M was changed, the example with a Co content of 0.500 did not show a large increase in Hc and a large increase in Bs compared to the comparative example with a Co content of 0.000. For sample numbers 107 and 108, the heat treatment temperature is lowered. This is because when Hf is used as M, the crystallization temperature is lower than when other M is used.

表12に示す薄膜は、試料番号51、56についてNi含有比を変化させた薄膜である。Niの含有比を変化させても、Coの含有比が0.500である実施例がCoの含有比が0.000である点以外は同組成である比較例と比較してHcが大きく上昇せずBsが大きく上昇した。なお、Niを含有する場合にはNiを含有しない場合と比較してBs上昇率、Hc上昇率のいずれも低下した。 The thin films shown in Table 12 are thin films of sample numbers 51 and 56 with different Ni content ratios. Even if the Ni content ratio is changed, Hc is greatly increased in the example having a Co content ratio of 0.500 compared to the comparative example having the same composition except that the Co content ratio is 0.000. Bs increased significantly without Note that when Ni was contained, both the Bs increase rate and the Hc increase rate were lower than when Ni was not contained.

表13に示す薄膜は、試料番号51、56についてXを1at%含むようにした薄膜である。Xの種類を変化させても、Coの含有比が0.500である実施例がCoの含有比が0.000である点以外は同組成である比較例と比較してHcが大きく上昇せずBsが大きく上昇した。 The thin films shown in Table 13 are thin films containing 1 at % of X for sample numbers 51 and 56. Even if the type of X is changed, the Hc of the example having a Co content ratio of 0.500 is significantly increased compared to the comparative example having the same composition except that the Co content ratio is 0.000. Bs increased significantly.

(実験例2)
表14~表16に記載された組成を有する薄帯形状の軟磁性合金を作製した。組成は原子数比で記載した。
(Experimental example 2)
Ribbon-shaped soft magnetic alloys having the compositions shown in Tables 14 to 16 were produced. Compositions are described in terms of atomic number ratios.

以下、薄帯形状の軟磁性合金の製造方法について記載する。まず、表14~表16に記載された組成の母合金が得られるように純金属材料をそれぞれ秤量した。そして、チャンバー内で真空引きした後、高周波加熱にて溶解し母合金を作製した。 A method for producing a ribbon-shaped soft magnetic alloy will be described below. First, pure metal materials were weighed so as to obtain master alloys having the compositions shown in Tables 14 to 16. Then, after the chamber was evacuated, it was melted by high-frequency heating to produce a master alloy.

その後、作製した母合金を加熱して溶融させ、1200℃の溶融状態の金属とした後に、ロールを回転速度15m/sec.で回転させる単ロール法により前記金属をロールに噴射させ、薄帯を作成した。ロールの材質はCuとした。ロール温度は25℃、チャンバー内と噴射ノズル内との差圧(射出圧力)は40kPaとした。また、スリットノズルのスリット幅を180mm、スリット開口部からロールまでの距離0.2mm、ロール径φ300mmとすることで、得られる薄帯の厚さを20μm、薄帯の幅を5mm、薄帯の長さを数十mとした。 After that, the prepared mother alloy was heated and melted to form a metal in a molten state at 1200° C., and then the rolls were rotated at a rotation speed of 15 m/sec. The metal was jetted onto a roll by a single roll method in which the roll was rotated at a pressure of 100 rpm to prepare a ribbon. The material of the roll was Cu. The roll temperature was 25° C., and the differential pressure (injection pressure) between the chamber and the injection nozzle was 40 kPa. The slit width of the slit nozzle was 180 mm, the distance from the slit opening to the roll was 0.2 mm, and the roll diameter was φ300 mm. The length was set to several tens of meters.

次に薄帯に対して熱処理を行うが、その前に熱処理前の薄帯が非晶質からなるのか結晶からなるのかを確認した。XRDを用いて各薄帯の非晶質化率Xを測定し、Xが85%以上である場合に非晶質からなるとした。Xが85%未満である場合に結晶からなるとした。表14~表16に示す薄帯は、熱処理前は全て非晶質からなっていた。 Next, the ribbon was heat-treated, but before that, it was confirmed whether the ribbon before the heat treatment was amorphous or crystalline. The amorphization rate X of each ribbon was measured using XRD, and when X was 85% or more, it was determined to be amorphous. It was said to be crystalline if X was less than 85%. All ribbons shown in Tables 14 to 16 were amorphous before the heat treatment.

次に、作製した各薄帯に対して表14~表16に記載する温度で60分、熱処理を行った。なお、熱処理時の雰囲気は不活性雰囲気中(Ar雰囲気)中とした。 Next, heat treatment was performed for 60 minutes at the temperatures shown in Tables 14 to 16 for each of the produced ribbons. The atmosphere during the heat treatment was an inert atmosphere (Ar atmosphere).

熱処理後の各薄帯の保磁力Hcおよび飽和磁束密度Bsを測定した。保磁力HcはHcメーターを用いて測定した。飽和磁束密度Bsは振動試料型磁力計(VSM)を用いて最大印加磁場1000Oeで測定した。そして、Coを含まない点以外は同組成で実施した場合と比較してBsの上昇率が5.0%以上である場合を良好とした。また、Hcの上昇率が50.0%未満である場合を良好とした。なお、Coを含まない場合について熱処理温度を低くしている場合があるが、これは、Coを含まない場合はCoを含む場合と比較してキュリー温度が低くなる場合があるためである。なお、HcおよびBsについては特に制限はないが、Hcは5.0A/m以下であることが好ましい。Bsは1.50T以上であることが好ましい。 The coercive force Hc and saturation magnetic flux density Bs of each ribbon after the heat treatment were measured. The coercive force Hc was measured using an Hc meter. The saturation magnetic flux density Bs was measured with a maximum applied magnetic field of 1000 Oe using a vibrating sample magnetometer (VSM). A case in which the rate of increase in Bs was 5.0% or more compared to the case of the same composition except that it did not contain Co was evaluated as good. Also, a case where the rate of increase in Hc was less than 50.0% was evaluated as good. In some cases, the heat treatment temperature is set lower for the case where Co is not included, because the Curie temperature may be lower when Co is not included than when Co is included. Although Hc and Bs are not particularly limited, Hc is preferably 5.0 A/m or less. Bs is preferably 1.50 T or more.

なお、表14~表16に示す熱処理後の薄帯のうち、表14、表15に示す熱処理後の薄帯については、全て平均粒径が5~30nmであり結晶構造がbccであるFe基ナノ結晶を有していたことをX線回折測定、および透過電子顕微鏡を用いた観察で確認した。また、熱処理の前後で合金組成に変化がないことについてICP分析を用いて確認した。また、表16に示す熱処理後の薄帯は、熱処理前の薄帯と同様に非晶質からなっていた。 Of the ribbons after heat treatment shown in Tables 14 to 16, all the ribbons after heat treatment shown in Tables 14 and 15 have an average grain size of 5 to 30 nm and a crystal structure of bcc. The presence of nanocrystals was confirmed by X-ray diffraction measurement and observation using a transmission electron microscope. Also, it was confirmed by ICP analysis that there was no change in the alloy composition before and after the heat treatment. Further, the ribbons after the heat treatment shown in Table 16 were amorphous like the ribbons before the heat treatment.

Figure 2022109474000016
Figure 2022109474000016

Figure 2022109474000017
Figure 2022109474000017

Figure 2022109474000018
Figure 2022109474000018

表14に示す薄帯は、Co含有比以外は所定の範囲内の組成を有する場合についてCo含有比を変化させた実験例である。Co含有比が所定の範囲内である各実施例は、Coを含まない点以外は同組成である比較例と比較してBs上昇率が高く、Hc上昇率が低かった。すなわち、Coの含有によりHcを大きく上昇させずにBsを大きく上昇させることができた。これに対し、Coを含有するがCo含有比が低すぎる各比較例はCoを含まない点以外は同組成である比較例と比較してHcが著しく上昇した。また、Co含有比が高すぎる試料番号148は、Coを含まない点以外は同組成である比較例と比較してBsがむしろ低下し、さらにHcも著しく上昇した。なお、MとしてHfを用いる場合には他のMを用いる場合と比較して熱処理温度を低下させている。これは、MとしてHfを用いる場合には他のMを用いる場合と比較して結晶化温度が低下するためである。 The ribbons shown in Table 14 are experimental examples in which the Co content ratio was changed in the case where the composition was within a predetermined range except for the Co content ratio. Each example in which the Co content ratio was within a predetermined range had a higher Bs increase rate and a lower Hc increase rate than the comparative example having the same composition except that it did not contain Co. In other words, the addition of Co could significantly increase Bs without significantly increasing Hc. On the other hand, in each of the comparative examples containing Co but with an excessively low Co content ratio, Hc was remarkably increased compared to the comparative examples having the same composition except that Co was not contained. In addition, sample No. 148, which has an excessively high Co content, has a lower Bs and a significantly higher Hc than the comparative example having the same composition except that it does not contain Co. Note that when Hf is used as M, the heat treatment temperature is lowered compared to when other M is used. This is because when Hf is used as M, the crystallization temperature is lower than when other M is used.

表15に示す薄帯は、試料番号141、145についてXを1at%含むようにした薄膜である。Xの種類を変化させても、Coの含有比が0.500である実施例がCoの含有比が0.000である点以外は同組成である比較例と比較してHcが大きく上昇せずBsが大きく上昇した。 The ribbons shown in Table 15 are thin films containing 1 at % of X for sample numbers 141 and 145. Even if the type of X is changed, the Hc of the example having a Co content ratio of 0.500 is significantly increased compared to the comparative example having the same composition except that the Co content ratio is 0.000. Bs increased significantly.

表16に示す薄帯は、表14、15に示す薄帯と比較して組成および熱処理温度を変化させた実験例である。表16に示す薄帯は、表14、表15に示す薄帯とは異なり非晶質からなる。この場合でも、Coの含有によりHcを大きく上昇させずにBsを大きく上昇させることができた。 The ribbons shown in Table 16 are experimental examples in which the composition and heat treatment temperature were changed compared to the ribbons shown in Tables 14 and 15. Unlike the ribbons shown in Tables 14 and 15, the ribbons shown in Table 16 are amorphous. In this case as well, the inclusion of Co enabled a large increase in Bs without a large increase in Hc.

Claims (8)

組成式(Fe(1-(α+β+γ))CoαNiβγ(1-(a+b+c))X3(原子数比)からなる軟磁性合金であって、
XはAl,Mn,Ag,Zn,Sn,As,Sb,Cu,Cr,Bi,Ca,Mg,Ti,Na,N,V,Mo,O,Sおよび希土類元素からなる群から選択される1つ以上、
MはTa,Zr,Hf,NbおよびWからなる群から選択される1つ以上、
X3はP,B,SiおよびGeからなる群から選択される1つ以上であり、
0.050≦a≦0.120
0.040<b≦0.140
0.020≦c≦0.080
0.060<b+c≦0.160
0.400<α(1-(a+b+c))≦0.800
0≦β(1-(a+b+c))≦0.200
γ≧0
0≦β+γ≦0.500
である軟磁性合金。
A soft magnetic alloy having a composition formula (Fe (1-(α+β+γ)) Co α Ni β X γ ) (1-(a+b+c)) M a C b X3 c (atomic ratio),
X is 1 selected from the group consisting of Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Cu, Cr, Bi, Ca, Mg, Ti, Na, N, V, Mo, O, S and rare earth elements; one or more
M is one or more selected from the group consisting of Ta, Zr, Hf, Nb and W;
X3 is one or more selected from the group consisting of P, B, Si and Ge;
0.050≤a≤0.120
0.040<b≦0.140
0.020≤c≤0.080
0.060<b+c≦0.160
0.400<α(1−(a+b+c))≦0.800
0≦β(1−(a+b+c))≦0.200
γ≧0
0≤β+γ≤0.500
A soft magnetic alloy.
ナノサイズの結晶を含む請求項1に記載の軟磁性合金。 A soft magnetic alloy according to claim 1, comprising nano-sized crystals. 0.500≦α(1-(a+b+c))≦0.800である請求項1または2に記載の軟磁性合金。 3. The soft magnetic alloy according to claim 1, wherein 0.500≦α(1−(a+b+c))≦0.800. 薄膜形状である請求項1~3のいずれかに記載の軟磁性合金。 The soft magnetic alloy according to any one of claims 1 to 3, which is in the form of a thin film. 薄帯形状である請求項1~3のいずれかに記載の軟磁性合金。 The soft magnetic alloy according to any one of claims 1 to 3, which has a ribbon shape. 粉末形状である請求項1~3のいずれかに記載の軟磁性合金。 The soft magnetic alloy according to any one of claims 1 to 3, which is in powder form. 請求項1~6のいずれかに記載の軟磁性合金を含む磁性部品。 A magnetic component comprising the soft magnetic alloy according to any one of claims 1 to 6. 請求項1~6のいずれかに記載の軟磁性合金を含む電子機器。 An electronic device comprising the soft magnetic alloy according to any one of claims 1 to 6.
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