JP2621150B2 - Magnetic material and method of manufacturing the same - Google Patents
Magnetic material and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は鉄系アモルファス磁性合金からなる磁性材
料、特に高周波におけるコアロスの小さい磁性材料およ
びその製造方法に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic material made of an iron-based amorphous magnetic alloy, particularly to a magnetic material having a small core loss at a high frequency and a method of manufacturing the same.
従来より高周波で使用する磁性材料として、Mn−Znフ
ェライト、ケイ素鋼板、パーマロイなどがあるが、比抵
抗が小さいため高周波特性が悪く、高周波におけるコア
ロスが大きい。この点を解決する磁性材料として、高周
波におけるコアロスの小さいアモルファス磁性合金が提
案されている（例えば特公昭55−19976号）。Conventionally, magnetic materials used at high frequencies include Mn-Zn ferrite, silicon steel plate, and permalloy. However, since the specific resistance is low, the high-frequency characteristics are poor and the core loss at high frequencies is large. As a magnetic material for solving this problem, an amorphous magnetic alloy having a small core loss at high frequencies has been proposed (for example, Japanese Patent Publication No. 55-19976).
ここで開示されているアモルファス磁性合金は、 式:MaYbZc （式中、Ｍは鉄、ニッケル、クロム、コバルトおよびバ
ナジウムからなる群から選択される金属またはそれらの
混合物;Yはリン、炭素およびホウ素から選択される非金
属、またはそれらの混合物;Zはアルミニウム、シリコ
ン、スズ、アンチモン、ゲルマニウム、インジウムおよ
びベリリウムからなる群から選択される元素、またはそ
れらの混合物;a,bおよびｃはそれらの和が100になると
いう条件下でそれぞれ60〜90、10〜30、0.1〜15の原子
百分率である。） で示される熱安定性アモルファス合金である。Amorphous magnetic alloys disclosed herein has the formula: M a Y b Z c (wherein, M is iron, nickel, chromium, metal selected from the group consisting of cobalt, and vanadium or mixtures thereof; Y is phosphorus , A nonmetal selected from carbon and boron, or a mixture thereof; Z is an element selected from the group consisting of aluminum, silicon, tin, antimony, germanium, indium and beryllium, or a mixture thereof; a, b and c Are the atomic percentages of 60 to 90, 10 to 30, and 0.1 to 15 under the condition that their sum becomes 100.)
このうち鉄系アモルファス合金であるFe79B16Si5が特
に高周波特性が良く、高周波におけるコアロスが小さい
とされている。Among them, Fe 79 B 16 Si 5, which is an iron-based amorphous alloy, is said to have particularly good high-frequency characteristics and small core loss at high frequencies.
従来の磁性材料の高周波におけるコアロスは、周波数
f:50kHz、磁束密度B:0.3Tの場合、Mn−Znフェライトが1
50W/kg、ケイ素鋼板、パーマロイが1000W/kg、高周波特
性が良い鉄系アモルファス合金のFe79B16Si5は70W/kg程
度である。鉄系アモルファス合金は従来の磁性材料に比
較して高周波におけるコアロスが小さいが、さらにコア
ロスの小さい磁性材料が要望されている。The core loss at high frequencies of conventional magnetic materials is
f: 50kHz, magnetic flux density B: 0.3T, Mn-Zn ferrite is 1
50 W / kg, silicon steel plate, permalloy is 1000 W / kg, and iron-based amorphous alloy Fe 79 B 16 Si 5 with good high frequency characteristics is about 70 W / kg. Iron-based amorphous alloys have lower core loss at high frequencies than conventional magnetic materials, but magnetic materials with even lower core loss are demanded.
この発明は上記要望に応えるためのもので、高周波に
おけるコアロスの小さい磁性材料およびその製造方法を
提案することを目的としている。An object of the present invention is to meet the above demands and to propose a magnetic material having a small core loss at a high frequency and a method of manufacturing the same.
この発明は次の磁性材料およびその製造方法である。 The present invention is the following magnetic material and a method for producing the same.
（１）一般式 FeaWbM1 cM2 d（B1-xSix）ｅ …（Ｉ） （式中、M1はTi、Co、Mn、CrまたはNiの少なくとも１種
の金属原子を示し、M2はBi、CaまたはMgの少なくとも１
種の金属原子を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは各元素
のグラム原子％を示し、ｘは分率を示す。そして、ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝100、70≦ａ≦80、0.5≦ｂ≦５、0.5
≦ｃ≦５、0.01≦ｄ≦１、15≦ｅ≦20、０＜ｘ≦0.6で
ある。） で表わされる鉄系アモルファス磁性合金からなる磁性材
料。(1) In formula Fe a W b M 1 c M 2 d (B 1-x Si x) e ... (I) ( wherein, M 1 is Ti, Co, Mn, of at least one metal of Cr or Ni Represents an atom, wherein M 2 is at least one of Bi, Ca or Mg
A, b, c, d and e indicate gram atom% of each element, and x indicates a fraction. And a +
b + c + d + e = 100, 70 ≦ a ≦ 80, 0.5 ≦ b ≦ 5, 0.5
≦ c ≦ 5, 0.01 ≦ d ≦ 1, 15 ≦ e ≦ 20, and 0 <x ≦ 0.6. ) A magnetic material composed of an iron-based amorphous magnetic alloy represented by
（２）一般式 FeaWbM1 cM2 d（B1-xSix）ｅ …（Ｉ） （式中、M1はTi、Co、Mn、CrまたはNiの少なくとも１種
の金属原子を示し、M2はBi、CaまたはMgの少なくとも１
種の金属原子を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは各元素
のグラム原子％を示し、ｘは分率を示す。そして、ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝100、70≦ａ≦80、0.5≦ｂ≦５、0.5
≦ｃ≦５、0.01≦ｄ≦１、15≦ｅ≦20、０＜ｘ≦0.6で
ある。） で表わされる鉄系アモルファス磁性合金を、その合金の
キュリー温度ないし結晶化温度の範囲の温度において、
不活性ガス雰囲気および酸素含有ガス雰囲気中で交互に
熱処理を施すことを特徴とする磁性材料の製造方法。(2) In formula Fe a W b M 1 c M 2 d (B 1-x Si x) e ... (I) ( wherein, M 1 is Ti, Co, Mn, of at least one metal of Cr or Ni Represents an atom, wherein M 2 is at least one of Bi, Ca or Mg
A, b, c, d and e indicate gram atom% of each element, and x indicates a fraction. And a +
b + c + d + e = 100, 70 ≦ a ≦ 80, 0.5 ≦ b ≦ 5, 0.5
≦ c ≦ 5, 0.01 ≦ d ≦ 1, 15 ≦ e ≦ 20, and 0 <x ≦ 0.6. ) At a temperature in the range of the Curie temperature or the crystallization temperature of the iron-based amorphous magnetic alloy,
A method for producing a magnetic material, wherein heat treatment is performed alternately in an inert gas atmosphere and an oxygen-containing gas atmosphere.
本発明の磁性材料を構成する鉄系アモルファス磁性合
金は前記一般式（Ｉ）で示される組成を有するものであ
る。一般式（Ｉ）において、M1、M2はそれぞれ１種の金
属原子の単独または複数の併用の場合があり、いずれの
場合も同等の特性を示す。M1としてはCr、Niが好まし
く、M2としてはBiが好ましい。またａ〜ｅおよびｘの望
ましい範囲は、74≦ａ≦80、0.5≦ｂ≦５、0.5≦ｃ≦
４、0.01≦ｄ≦0.5、15≦ｅ≦20、０＜ｘ≦0.4である。The iron-based amorphous magnetic alloy constituting the magnetic material of the present invention has a composition represented by the general formula (I). In the general formula (I), M 1 and M 2 each may be a single type of metal atom alone or in combination of a plurality of types, and in each case, show the same characteristics. Cr, Ni is preferable as M 1, Bi is preferable as M 2. Desirable ranges of a to e and x are as follows: 74 ≦ a ≦ 80, 0.5 ≦ b ≦ 5, 0.5 ≦ c ≦
4, 0.01 ≦ d ≦ 0.5, 15 ≦ e ≦ 20, and 0 <x ≦ 0.4.
一般式（Ｉ）で示される鉄系アモルファス磁性合金の
代表的な例をあげると、 Fe76W1Cr2Ni2Bi0.5Ｂ13.5Si5、 Fe76W1Cr2Co2Bi0.5Ｂ13.5Si5または Fe76W2Cr2Bi0.5Ｂ14.5Si5などがある。Representative examples of the iron-based amorphous magnetic alloy represented by the general formula (I) include Fe 76 W 1 Cr 2 Ni 2 Bi 0.5 B 13.5 Si 5 and Fe 76 W 1 Cr 2 Co 2 Bi 0.5 B 13.5 Si and the like 5 or Fe 76 W 2 Cr 2 Bi 0.5 B 14.5 Si 5.
一般式（Ｉ）において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｘが前
記範囲の数値に限定される理由は次の通りである。すな
わちａが70未満または80を越える場合は、アモルファス
合金ができなくなる。ｂが0.5未満または５を越える場
合は、交互熱処理効果がなくなる。ｃが0.5未満の場合
は、コアロスが多くなり、ｃが５を越える場合は、飽和
磁束密度が低くなる。ｄが0.01未満の場合は、コアロス
が多くなり、ｄが１を越える場合はアモルファス合金が
できなくなる。ｅが15未満または20を越える場合は、い
ずれの場合にもアモルファス合金ができなくなる。また
ｘが0.6を越える場合も、アモルファス合金ができなく
なる。The reason why a, b, c, d, e, and x in the general formula (I) are limited to the numerical values in the above range is as follows. That is, if a is less than 70 or exceeds 80, an amorphous alloy cannot be formed. If b is less than 0.5 or exceeds 5, the effect of the alternating heat treatment is lost. When c is less than 0.5, core loss increases, and when c exceeds 5, the saturation magnetic flux density decreases. When d is less than 0.01, core loss increases, and when d exceeds 1, an amorphous alloy cannot be formed. When e is less than 15 or more than 20, an amorphous alloy cannot be formed in any case. Also, when x exceeds 0.6, an amorphous alloy cannot be formed.
上記の鉄系アモルファス磁性合金は、一般式（Ｉ）の
組成に調整した溶融金属を、高速で回転する冷却ロール
等の冷却面に噴射し、冷却面上で溶融金属を105〜106K/
秒程度の速い冷却速度で急冷する急冷法その他の方法に
より、金属結晶の成長を抑制して固化させ製造される。
こうして製造される鉄系アモルファス磁性合金は通常は
薄帯であり、そのままトロイダルコアに巻いて磁性材料
として使用できるが、熱処理を行うことにより高周波特
性が改善される。The above-mentioned iron-based amorphous magnetic alloy sprays a molten metal adjusted to the composition of the general formula (I) onto a cooling surface such as a cooling roll rotating at a high speed, and melts the molten metal on the cooling surface at 10 5 to 10 6 K. /
It is manufactured by suppressing the growth of metal crystals and solidifying it by a quenching method or another method of quenching at a high cooling rate of about seconds.
The iron-based amorphous magnetic alloy produced in this manner is usually a thin ribbon, and can be wound as it is on a toroidal core and used as a magnetic material. However, heat treatment improves the high-frequency characteristics.
本発明の磁性材料の製造方法では、上記のようにして
得られた鉄系アモルファス磁性合金をそのまままたはコ
アを形成した状態で、合金のキュリー温度ないし結晶化
温度の範囲において、不活性ガス雰囲気および酸素含有
ガス雰囲気中で交互に熱処理を施すことにより磁性材料
を得る。この場合熱処理の温度は順次高くして行くのが
好ましい。不活性ガスとしてはN2ガスが一般的である
が、Arその他のガスでもよい。また酸素含有ガスとして
は空気が一般的であるが、酸素濃度の異なるガスでもよ
い。各段階の熱処理時間は特に制限されないが、５〜30
分間程度が適当である。In the method for producing a magnetic material of the present invention, the iron-based amorphous magnetic alloy obtained as described above is used as it is or in a state where a core is formed. A magnetic material is obtained by alternately performing heat treatment in an oxygen-containing gas atmosphere. In this case, it is preferable to increase the temperature of the heat treatment sequentially. The inert gas is generally N 2 gas, but may be Ar or another gas. Air is generally used as the oxygen-containing gas, but a gas having a different oxygen concentration may be used. Although the heat treatment time of each stage is not particularly limited, it is 5 to 30.
About a minute is appropriate.
こうして得られる磁性材料は、熱処理前のものに比べ
て高周波特性が改善され、高周波におけるコアロスは従
来の鉄系アモルファス磁性合金よりも小さいものが得ら
れる。適用周波数に制限はないが、10〜100kHzの高周波
に適用して低コアロスの磁性材料として使用でき、特に
50kHz以上の高周波用の磁性材料に適している。また従
来のものは磁束密度0.5T以上ではコアロスが大きくなっ
て使用困難であったが、上記磁性材料は0.5T以上でも使
用可能であり、薄帯の厚さを従来の1/2にし、テープ間
に絶縁処理をすると、磁束密度0.9Tでも使用可能であ
る。The magnetic material thus obtained has improved high-frequency characteristics as compared with the magnetic material before the heat treatment, and the core loss at high frequencies is smaller than that of a conventional iron-based amorphous magnetic alloy. There is no limitation on the applied frequency, but it can be used as a magnetic material with low core loss by applying to high frequencies of 10 to 100 kHz, especially
Suitable for high frequency magnetic material of 50kHz or more. In addition, the conventional ones were difficult to use because the core loss increased at magnetic flux densities of 0.5 T or more, but the above magnetic materials can be used even at 0.5 T or more, and the thickness of the ribbon is reduced to 1/2 of the conventional tape. If insulation is applied between them, it can be used even with a magnetic flux density of 0.9T.
本発明の磁性材料およびその製造方法では、一般式
（Ｉ）で示される鉄系アモルファス磁性合金を成分とし
たので、高周波におけるコアロスの小さい磁性材料が得
られる。In the magnetic material and the method for producing the same according to the present invention, since the iron-based amorphous magnetic alloy represented by the general formula (I) is used as a component, a magnetic material having a small core loss at high frequencies can be obtained.
以下、本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described.
実施例１ Fe79W1Cr2Ni2Bi0.5Ｂ13.5Si5の組成となるように各金
属成分を石英管内で溶融し、この溶融金属を高速回転し
ている銅製の冷却単ロール上にArガスにより噴出し、液
体急冷法により鉄系アモルファス磁性合金からなる薄帯
を製造した。こうして製造した薄帯約10gを直径約15mm
のトロイダルコアに巻き、１次および２次コイルを巻回
して測定用コアを形成した。Example 1 Each metal component was melted in a quartz tube so as to have a composition of Fe 79 W 1 Cr 2 Ni 2 Bi 0.5 B 13.5 Si 5 , and the molten metal was placed on a copper cooling single roll rotating at a high speed. A thin strip made of an iron-based amorphous magnetic alloy was manufactured by a gas quenching method and a liquid quenching method. Approximately 10 g of the ribbon produced in this way is approximately 15 mm in diameter
And a primary and secondary coil were wound to form a measurement core.
次に上記コアについて、N2ガス中および空気中で交互
に温度を上昇させながらそれぞれ20分間ずつ熱処理を行
った。Next, the cores were subjected to heat treatment for 20 minutes each in N 2 gas and air while alternately increasing the temperature.
上記コアについて熱処理前および各段階の熱処理後の
周波数ｆ＝50kHz、磁束密度Ｂ＝0.3Tにおけるコアロス
を測定した結果を表１に示す。また比較例として従来品
であるFe79B16Si5のコアロスを測定したところ70W/kgで
あった。Table 1 shows the results of measuring the core loss of the above-mentioned cores at a frequency f = 50 kHz and a magnetic flux density B = 0.3 T before and after the heat treatment in each stage. As a comparative example, the core loss of Fe 79 B 16 Si 5 as a conventional product was measured and found to be 70 W / kg.
実施例２ 実施例１と同様にして表２の組成を有する鉄系アモル
ファス磁性合金を製造し、実施例１と同様の方法で熱処
理した結果を表２に示す。 Example 2 An iron-based amorphous magnetic alloy having the composition shown in Table 2 was produced in the same manner as in Example 1, and the result of heat treatment in the same manner as in Example 1 is shown in Table 2.
以上の結果より、本発明の磁性材料は優れた高周波特
性を有しており、特に熱処理によりコアロスの小さい磁
性材料が得られることがわかる。 From the above results, it is understood that the magnetic material of the present invention has excellent high-frequency characteristics, and in particular, a magnetic material having a small core loss can be obtained by heat treatment.
Claims (4)
の金属原子を示し、M2はBi、CaまたはMgの少なくとも１
種の金属原子を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは各元素
のグラム原子％を示し、ｘは分率を示す。そして、ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝100、70≦ａ≦80、0.5≦ｂ≦５、0.5
≦ｃ≦５、0.01≦ｄ≦１、15≦ｅ≦20、０＜ｘ≦0.6で
ある。） で表わされる鉄系アモルファス磁性合金からなる磁性材
料。1. A general formula Fe a W b M 1 c M 2 d in (B 1-x Si x) e ... (I) ( wherein, M 1 is Ti, Co, Mn, at least one of Cr or Ni Wherein M 2 is at least one of Bi, Ca or Mg
A, b, c, d and e indicate gram atom% of each element, and x indicates a fraction. And a +
b + c + d + e = 100, 70 ≦ a ≦ 80, 0.5 ≦ b ≦ 5, 0.5
≦ c ≦ 5, 0.01 ≦ d ≦ 1, 15 ≦ e ≦ 20, and 0 <x ≦ 0.6. ) A magnetic material composed of an iron-based amorphous magnetic alloy represented by
記載の磁性材料。2. An iron-based amorphous magnetic alloy comprising Fe 76 W 1 Cr 2 Ni 2 Bi 0.5 B 13.5 Si 5 , Fe 76 W 1 Cr 2 Co 2 Bi 0.5 B 13.5 Si 5 , or Fe 76 W 2 Cr 2 Bi 0.5 2. The magnetic material according to claim 1, wherein B 14.5 Si 5 .
の金属原子を示し、M2はBi、CaまたはMgの少なくとも１
種の金属原子を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは各元素
のグラム原子％を示し、ｘは分率を示す。そして、ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝100、70≦ａ≦80、0.5≦ｂ≦５、0.5
≦ｃ≦５、0.01≦ｄ≦１、15≦ｅ≦20、０＜ｘ≦0.6で
ある。） で表わされる鉄系アモルファス磁性合金を、その合金の
キュリー温度ないし結晶化温度の範囲の温度において、
不活性ガス雰囲気および酸素含有ガス雰囲気中で交互に
熱処理を施すことを特徴とする磁性材料の製造方法。3. A general formula Fe a W b M 1 c M 2 d in (B 1-x Si x) e ... (I) ( wherein, M 1 is Ti, Co, Mn, at least one of Cr or Ni Wherein M 2 is at least one of Bi, Ca or Mg
A, b, c, d and e indicate gram atom% of each element, and x indicates a fraction. And a +
b + c + d + e = 100, 70 ≦ a ≦ 80, 0.5 ≦ b ≦ 5, 0.5
≦ c ≦ 5, 0.01 ≦ d ≦ 1, 15 ≦ e ≦ 20, and 0 <x ≦ 0.6. ) At a temperature in the range of the Curie temperature or the crystallization temperature of the iron-based amorphous magnetic alloy,
A method for producing a magnetic material, wherein heat treatment is performed alternately in an inert gas atmosphere and an oxygen-containing gas atmosphere.
記載の磁性材料の製造方法。4. An iron-based amorphous magnetic alloy comprising Fe 76 W 1 Cr 2 Ni 2 Bi 0.5 B 13.5 Si 5 , Fe 76 W 1 Cr 2 Co 2 Bi 0.5 B 13.5 Si 5 , or Fe 76 W 2 Cr 2 Bi 0.5 4. The method for producing a magnetic material according to claim 3 , wherein B 14.5 Si 5 .
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| JPS63161141A JPS63161141A (en) | 1988-07-04 |
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