JP2562317B2 - 磁歪零特性をもつ軟質磁性アモルフアス合金粉末の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はメカニカルアロイング法により、磁歪零特
性をもつ軟質磁性材料として最適なCoリツチCo合金系の
アモルフアス合金粉末の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

アモルフアス合金は、結晶化されていないか、あるい
は長範囲の規則度のない原子配列の金属であるので、通
常の金属に見られる結晶粒界や転位などの不均一領域が
存在しない。そのためアモルフアス合金は、高い機械的
強さ，靭性，耐摩耗性，耐食性，優れた軟磁性特性など
を有しており、近年、その応用分野が急速に拡大されつ
つある。

特にアモルフアス合金の微細粉末は、表面の高活性や
垂直磁気異方性から、特異な性能を創り出したり、また
適当な結合剤を用いての成型，加圧焼結法，衝撃圧着法
等を採用することにより、所望の形状のものを容易に製
造することができるので、アモルフアス合金の応用分野
を大巾に拡大するものとして重視されている。

従来、アモルフアス合金の粉末を製造する方法として
は、スパツタ法，真空蒸着法等のように金属ガスを急冷
する気相急冷法，超音波ガス噴霧法，双ロール法等の熔
融金属を急冷する液体急冷法、そして水素吸蔵法のよう
に固体金属から出発する固相反応法等の方法があるが、
液体急冷法が一般的な製造方法である。

しかし、液体急冷法の場合は、20μｍ以下の微細で均
一な構造をもつ粉末状のアモルフアス合金を大量に得る
ことはできない。また、スパツタ法では、微細な粉末を
得ることができるが、一度にきわめて少量しか生産する
ことができないため量産には適しない。

最近、固体状態の金属からメカニカルアロイング法に
より直接アモルフアス合金を大量に製造する新しい固相
反応プロセス技術が発表されている。〔昭和61年11月４
日，日本複合材料学会発行「第11回複合材料シンポジウ
ム講演要旨集」メカニカルアロイング法によるアモルフ
アス複合粒子の作製（第41〜第44頁）参照。〕 〔発明が解決しようとする問題点〕 前記液体急冷法や気相急冷法の場合は、アモルフアス
化が可能な合金組成範囲が狭いので、合金組成のコント
ロールが難しいという問題がある。

また、メカニカルアロイング法により直接Co系のアモ
ルフアス合金を製造する場合、例えばCoとZrまたはTiと
を１対１（原子量比）付近の組成にすると、得られたア
モルフアス合金の磁気特性がほとんど無く、特に飽和磁
束密度は高くても1000ガウス（Ｇ）以下である。

一方高飽和磁性体でありかつ磁歪零特性を有すること
が期待されるCoリツチCo合金については、固相反応法の
一種である原子単位の層間物質のイオンミキシングによ
り製造することが試みられているが、Coが60％以上での
アモルフアス化をすることは未だ成功していない。また
CoリツチCo合金系のアモルフアス合金粉末をメカニカル
アロイング法により製造する方法も未だ開発されていな
い。

さらにまた、CoリツチのCoZr系やCoTi系などの遷移金
属−遷移金属系アモルフアス合金粉末を従来の製造技術
の主流をなしている液体急冷法により製造することが考
えられるが、この場合は、高融点金属で酸化性の著しい
ZrやTiを基本組成に含むため、連続的に大量の粉末を一
工程で製造することは極めて困難であり、しかもアモル
フアス化できる範囲が著しく狭いという問題がある。

〔発明の目的、構成〕

この発明は、メカニカルアロイング法により、磁歪零
特性をもつCoリツチCo合金系の軟質磁性アモルフアス合
金粉末を容易に、大量に、生産性高く製造できる方法を
提供することを目的とするものであつて、この発明の要
旨とするところは、Coからなるベース金属粉末にZrまた
はTiからなるIV a族の金属粉末とTa,Nb,Ni,B（これは半
金属である）,Mo,Feのうちの少なくとも１種からなる磁
歪零特性付与用金属粉末とを配合し、かつベース金属粉
末とIV a族の金属粉末と磁歪零特性付与用金属粉末との
合計原子量％が100％で磁歪零特性付与用金属粉末の原
子量％が0.1〜20％であると共に、ベース金属粉末とIV
a族の金属粉末との原子量％の比率が99:1〜65:35になる
ように設定し、前記各金属粉末からなる原料粉末を、衝
撃式ミルを用いて外部から加熱することなくメカニカル
アロイング法により処理して、CoリツチCo合金系の磁歪
零特性をもつ軟質磁性アモルフアス合金粉末を得ること
を特徴とする磁歪零特性をもつ軟質磁性アモルフアス合
金粉末の製造方法にある。

なおメカニカルアロイング法によるアモルフアス合金
化のメカニズムは推定の域をでないが、衝撃式ミル例え
ばボールミルを使用してメカニカルアロイングを実施す
る場合、複数種の金属粒子がボールとボールとの間に挟
まれて打撃させる際に、一方の金属粒子が他方の金属粒
子中に叩き込まれて合金化される作用と金属粒子の粉砕
作用とが繰り返して行なわれるためであると推定され
る。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例について詳細に説明する。

実施例１ 平均粒径５μｍのCo粉末と平均粒径20μｍのZr粉末と
平均粒径10μｍのNi粉末とを、Co_67.5 Zr₂₅ Ni_7.5の原
子量割合になるように精秤して混合し、得られた混合粉
末を第１図に示す鋼球撹拌型の衝撃式ミル（商品名：ア
トライタ）１の容器内に収容し、かつ容器２内の上部に
不活性ガスからなるシールガスを供給し、アジテータ３
を300RPMの回転速度で20時間回転させ、メカニカルアロ
イング法により合金化とアモルフアス化とを行なつた。

この実施例の方法によつて得られたCo Zr Ni系アモル
フアス合金粉末のＸ線デイフラクトメータによる回折図
形を第２図に示す。第２図のＸ線回折図形には、通常の
金属結晶特有のシヤープなピークは全く見られず、アモ
ルフアス合金特有のハーロパターン（ブロードなピー
ク）のみであり、異種金属粉末の混合状態から一挙にア
モルフアス化した合金粉末が得られたことがわかる。

また第３図には、この実施例の方法により得られたCo
Zr Ni 系アモルフアス合金粉末を、超音波分散後に光
散乱法〔マイクロトラツク（商品名）の使用による〕に
より測定したときの粒度分布を示している。第３図の場
合の粒度分布は対数正規分布であり、平均粒径は17.3μ
ｍであつた。

この実施例の方法により得られたCo Zr Ni 系アモル
フアス合金粉末について、振動磁束計（VSM）により磁
束密度と磁場の強さの関係を測定した結果、スムースな
Ｂ−Ｈカーブが得られた。また飽和磁束密度Bsは4000ガ
ウス（Ｇ），保磁力は12エルステツド（Oe）であつた。

さらにまた、得られた前記合金粉末を、390℃におい
て30エルステツド（Oe）の中で熱処理したのち、磁気測
定を行なつたところ、保磁力は350ミリエルステツド（m
Oe）であり、粉末状態でも良好な軟磁気特性が得られ
た。

この熱処理したCo Zr Ni 系アモルフアス合金粉末
を、ホツトプレスを用いて加熱速度20℃／分で550℃ま
で加熱し、Arガス中で20kg/mm²の加圧下で20分間焼結
し、アモルフアス合金の圧縮成形体を作成した。得られ
た圧縮成形体の保磁力は17ミリエルステツド（mOe）ま
で低下し、極めて良好な軟質磁気特性が得られた。

前記圧縮成形体より切り出したテストピースを、歪ケ
ージ法により、飽和磁束密度の4000ガウス（Ｇ）で飽和
磁歪を測定したところ１×10^-8と非常に小さい値を示し
た。

実施例２ 平均粒径５μｍのCo粉末と平均粒径20μｍのZr粉末と
平均粒径10μｍのNb粉末とを、Co_81.5 Zr₅ Nb_13.5の原
子量割合になるように精秤して混合し、得られた混合粉
末を、実施例１の場合と同一の衝撃式ミル１の容器２内
に収容し、アジテータ３を300RPMの回転速度で30時間回
転させ、メカニカルアロイング法により合金化とアモル
フアス化とを行なつた。

この実施例の方法によつて得られたCo Zr Nb系アモル
フアス合金粉末のＸ線デイフラクトメータにより回折し
たところ、通常の金属結晶特有のシヤープなピークは全
く見られず、アモルフアス合金特有のハーロパターンの
みであり、異種金属粉末の混合状態から一挙にアモルフ
アス化した合金粉末が得られたことがわかつた。

また得られたCo Zr Nb系アモルフアス合金を振動磁束
計（VSM）により測定したところ、実施例１の場合と同
様のスムースなＢ−Ｈカーブであつた。

またこのCo Zr Nb系アモルフアス合金を、実施例１の
場合と同一条件で熱処理したのち、磁気測定を行なつた
結果、保磁力は400ミリエルステツド（mOe）であり、粉
末状態でも良好な軟磁気特性が得られた。

さらに前記Co Zr Nb系アモルフアス合金粉末に、実施
例１の場合と同様にホツトプレスによる圧縮成形加圧を
施して圧縮成形体を作成した。この圧縮成形体の保磁力
は20ミリエルステツド（mOe）まで低下し極めて良好な
軟質磁気特性が得られた。この磁歪零の軟磁性材である
Co Zr Nb系アモルフアス合金より切り出した薄片（厚さ
20〜40μｍ）は、VTR磁気ヘツド用コア材として使用で
き、特に高飽和磁束密度をもつことにより保持力の大き
なメタルテープに適している。

この発明を実施する場合、磁歪零特性付与用金属とし
て、Ta,B,Mo,Feを使用しても、前記実施例の場合と同様
の磁歪零特性をもつ軟質磁性アモルフアス合金粉末を製
造することができる。

この発明を実施する場合、衝撃式ミルとしては、前記
アトライタに代えて、ボールミル，ポツトミル，チユー
ブミル，バイブロミル等を使用してもよく、またタワー
ミル，媒体（メデイア）撹拌型ミル等のように、容器と
その中に装入されているボールやロツド等の衝撃用媒体
（メデイア）とから成り立つており、容器を回転または
振動させるか、容器中の媒体を撹拌棒，撹拌翼，撹拌デ
イスク等により撹拌あるいは振動させることにより、媒
体相互間または容器と媒体との間で、粉体に強い衝撃力
または圧縮，剪断力等を与える型式のものを使用しても
よい。

またこれらの衝撃式ミルによるアモルフアス合金化の
ための処理時間，容器またはアジテータの回転数や振動
数，衝撃用媒体であるボールやロツド等の材質や大きさ
や量等の条件は、合金組成，原料金属粒径や処理機器の
特性を加味して最適値を選定すればよく、前記実施例に
限定されるものではない。

この発明を実施する場合、CoとZrまたはTi等のIV a族
の金属とTa,Nb,Ni,B,Mo,Fe等の磁歪零特性付与金属とか
らなる結晶合金粉末の合計原子量％を100％に設定し、
かつ磁歪零特性付与用金属の原子量％を0.1〜20％に設
定すると共に、CoとIV a族金属との原子量％の比率を9
9:1〜65:35に設定し、前記結晶合金粉末からなる原料粉
末を、衝撃式ミルを用いて外部から加熱することなくメ
カニカルアロイング法により処理して、CoリツチCo合金
系の磁歪零特性をもつ軟質磁性アモルフアス合金粉末を
製造してもよい。

前記Coからなるベース金属,IV a族金属，磁歪歪特性
付与用金属の単独の金属粉末またはそれらの結晶合金粉
末の粒径は約7mm以下、好ましくは約0.1μｍから約1mm
が望ましい。原料粒径が約7mmよりも大きいと、アモル
フアス合金化作用が発揮される前に粒子の粉砕作用が行
われるので、その分だけ製造時間が長くかかる。また原
料粒径が0.1μｍよりも小さいと、比表面積が大きく汚
染されやすいし、一般的に原料の価格が高くなるので不
経済である。

原料組成中の各成分の原子量％は、前述した範囲に設
定する必要がある。Coに対するTiやZrのようなIV a族金
属の原子量％（at％）の割合が、１原子量％より少ない
とアモルフアス化が難かしく、また35原子量％より多い
と、飽和磁束密度が高くても、1000ガウス（Ｇ）以下で
あり、高飽和磁束密度をもつ軟質磁性アモルフアス合金
粉末を製造することはできない。

軟質強磁性体を高周波域で使用する場合、磁歪は限り
なく零に近づけることが、エネルギ効率や機能上から望
ましい。

Ta,Nb,Ni,B,Mo,Fe等の磁歪零特性付与用金属または半
金属の原子量％も前述した範囲に設定する必要がある。
その濃度が0.1原子量％未満でも、Co濃度が高い場合は
磁歪は（２〜５×10^-6）位になるが、それ以下にはなら
ない。また、その濃度が20％を越えると、高飽和磁束密
度が得られない。

〔発明の効果〕

この発明によれば、Coからなるベース金属粉末にZrま
たはTiからなるIV a族の金属粉末とTa,Nb,Ni,B,Mo,Feの
うちの少なくとも１種からなる磁歪零特性付与用金属粉
末とを配合し、かつベース金属粉末とIV a族の金属粉末
と磁歪零特性付与用金属粉末との合計原子量％が100％
で磁歪零特性付与用金属粉末の原子量％が0.1〜20％で
あると共に、ベース金属粉末とIV a族の金属粉末との原
子量％の比率が99:1〜65:35になるように設定し、前記
各金属粉末からなる原料粉末を、衝撃式ミルを用いて外
部から加熱することなくメカニカルアロイング法により
処理し、各異種金属粉末の混合物をそのまま固体の状態
で合金化すると共にアモルフアス化するので、磁歪零特
性をもつ軟質磁性アモルフアス合金粉末を容易にかつ大
量に、生産性高く製造することができ、特に高濃度Coを
ベースにした遷移金属−遷移金属系アモルフアス合金で
あるので、遷移金属−半金属系アモルフアス合金に比べ
て、高飽和磁束密度，高透磁率，高結晶化温度を有し、
かつ磁歪零特性を容易に付与できると共に、耐摩耗性や
耐食性に優れており、さらにこの発明の場合は、前記従
来の液体急冷法に比べてアモルフアス化が容易な合金組
成範囲が広いので、合金組成コントロールが容易であ
り、かつ均一なアモルフアス構造と経時変化の極めて小
さい特性をもつアモルフアス合金粉末を得ることができ
る。またこの発明により得られるアモルフアス合金は、
薄膜や薄いテープではなく微細な粉末であるので、合金
粉末のままでも利用でき、かつ種々の形に一体成形加工
することもでき、そのため最終製品の大きさと形状の範
囲を広くできる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は衝撃式ミルの一例を示す縦断側面図、第２図は
この発明の第１実施例の方法により得られたアモルフア
ス合金粉末のＸ線のデイフラクトメータによる回折図形
を示す図、第３図は前記アモルフアス合金粉末の粒度分
布を示す図、第４図は実施例１の方法により得られたア
モルフアス合金粉末の非熱処理物を振動磁束計により測
定して得た磁束密度と磁場の強さとの関係を示すＢ−Ｈ
ループ図である。 図において、１は衝撃式ミル、２は容器、３はアジテー
タである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Coからなるベース金属粉末にZrまたはTiか
   らなるIV a族の金属粉末とTa,Nb,Ni,B,Mo,Feのうちの少
   なくとも１種からなる磁歪零特性付与用金属粉末とを配
   合し、かつベース金属粉末とIV a族の金属粉末と磁歪零
   特性付与用金属粉末との合計原子量％が100％で磁歪零
   特性付与用金属粉末の原子量％が0.1〜20％であると共
   に、ベース金属粉末とIV a族の金属粉末との原子量％の
   比率が99:1〜65:35になるように設定し、前記金属粉末
   からなる原料粉末を、衝撃式ミルを用いて外部から加熱
   することなくメカニカルアロイング法により処理して、
   CoリツチCo合金系の磁歪零特性をもつ軟質磁性アモルフ
   アス合金粉末を得ることを特徴とする磁歪零特性をもつ
   軟質磁性アモルフアス合金粉末の製造方法。