JP2927826B2 - 軟磁性合金とその製造方法 - Google Patents
軟磁性合金とその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は磁気特性の高い軟磁性合金とその製造方法に
関する。
関する。
（従来技術） 従来高透磁率の磁心材料としては合金系軟磁性材料、
フェライト系磁性材料が広く使用されているが、合金系
バルク材料は高透磁率ではあるが渦電流損失が大きいた
め高周波では使用できず、一方フェライトは高抵抗で渦
電流損失が少ないが飽和磁束密度が低く温度特性も悪い
と言った欠点がある。
フェライト系磁性材料が広く使用されているが、合金系
バルク材料は高透磁率ではあるが渦電流損失が大きいた
め高周波では使用できず、一方フェライトは高抵抗で渦
電流損失が少ないが飽和磁束密度が低く温度特性も悪い
と言った欠点がある。
これに対して、最近高い飽和磁束密度を有する非晶質
磁性合金が注目されている。そのうちFe系の非晶質合金
はCo系の非晶質合金に比して安価に製造できかつ経時変
化が少ない点では望ましいが、透磁率、磁歪および鉄損
失がCo系の非晶質合金に比して大きいのでその改良の必
要性がある。そうした試みの中で、Nb、Cu等の各種の添
加材をFe系の非晶質合金に添加して磁歪定数を下げるこ
とが提案されている。
磁性合金が注目されている。そのうちFe系の非晶質合金
はCo系の非晶質合金に比して安価に製造できかつ経時変
化が少ない点では望ましいが、透磁率、磁歪および鉄損
失がCo系の非晶質合金に比して大きいのでその改良の必
要性がある。そうした試みの中で、Nb、Cu等の各種の添
加材をFe系の非晶質合金に添加して磁歪定数を下げるこ
とが提案されている。
しかし非晶質磁性合金には透磁率の大きさに限界があ
り、又磁歪及び鉄損の大きさも充分に抑制することが出
来ない。この原因はこうした合金が非晶質のまま使用さ
れることに根本的に起因していることが最近になって解
明された。すなわち、特開昭63−302504号、64−31922
号、および同64−39347号にはFe系非晶質合金を溶湯急
冷法で作り、これを更に非晶質保持温度を越える結晶化
温度範囲で熱処理することにより微結晶を非晶質基質の
中に分散した合金とすることにより、鉄損が少なく、透
磁率の大きい軟磁性材料とすることが記載されている。
り、又磁歪及び鉄損の大きさも充分に抑制することが出
来ない。この原因はこうした合金が非晶質のまま使用さ
れることに根本的に起因していることが最近になって解
明された。すなわち、特開昭63−302504号、64−31922
号、および同64−39347号にはFe系非晶質合金を溶湯急
冷法で作り、これを更に非晶質保持温度を越える結晶化
温度範囲で熱処理することにより微結晶を非晶質基質の
中に分散した合金とすることにより、鉄損が少なく、透
磁率の大きい軟磁性材料とすることが記載されている。
（解決すべき問題点） しかしながら、非晶質中に微結晶を分散した型の軟磁
性材料は従来のものに比して優れた特性を有するとして
も、なお改良の必要性があることに変りはなく、透磁率
が充分大きく又保磁力が充分に小さい軟磁性材料の開発
が必要である。
性材料は従来のものに比して優れた特性を有するとして
も、なお改良の必要性があることに変りはなく、透磁率
が充分大きく又保磁力が充分に小さい軟磁性材料の開発
が必要である。
（発明の目的） 従って、本発明の目的は透磁率、及び保磁力のいずれ
の特性も同時に改良した総合的に極めて優れた軟磁性合
金を提供することを目的とする。
の特性も同時に改良した総合的に極めて優れた軟磁性合
金を提供することを目的とする。
（発明の構成と作用効果の概要） 本発明者は軟磁性合金の少なくとも80％、好ましくは
実質的に全体がα−Fe、Fe3、Si、及びFe2Bの混合結晶
相からなるFe−Cu−Nb−Si−Ｂ系の合金が従来類例を見
ない極めて大きな透磁率と低い保磁力を有し、総合的に
極めて優れた軟磁性合金になることを発見した。即ち本
発明は上記の合金系の組成を原始比で表わして （Fe1-aMa）100-x-y-zCuxNbySizBw （ここにＭはＶ、Cr、Mn、Alより選択される少なくとも
一種、０≦ａ≦0.2,0.5≦ｘ≦2.5、0.5≦ｙ≦5.0、0.5
≦ｚ≦20、５≦ｗ≦20）の組成を選択し、且つ熱処理に
よってそのほぼ100％が結晶相としてのα−Fe20〜35
％、Fe3Si45〜70％、Fe2B10〜20％を含有させた軟磁性
合金であり、従来の水準をはるかに超える極めて優れた
軟磁性特性を発揮する。
実質的に全体がα−Fe、Fe3、Si、及びFe2Bの混合結晶
相からなるFe−Cu−Nb−Si−Ｂ系の合金が従来類例を見
ない極めて大きな透磁率と低い保磁力を有し、総合的に
極めて優れた軟磁性合金になることを発見した。即ち本
発明は上記の合金系の組成を原始比で表わして （Fe1-aMa）100-x-y-zCuxNbySizBw （ここにＭはＶ、Cr、Mn、Alより選択される少なくとも
一種、０≦ａ≦0.2,0.5≦ｘ≦2.5、0.5≦ｙ≦5.0、0.5
≦ｚ≦20、５≦ｗ≦20）の組成を選択し、且つ熱処理に
よってそのほぼ100％が結晶相としてのα−Fe20〜35
％、Fe3Si45〜70％、Fe2B10〜20％を含有させた軟磁性
合金であり、従来の水準をはるかに超える極めて優れた
軟磁性特性を発揮する。
本発明はまた上記の組成を有する合金を生成する組成
を有する原料合金をターゲットとして、軟磁性合金をス
パッタ形成し、次いでこれを460〜580℃で80％以上の結
晶相が生成するまで熱処理することにより、上記の組成
及び結晶相を有する軟磁性合金磁石を生成し得ることが
分かった。
を有する原料合金をターゲットとして、軟磁性合金をス
パッタ形成し、次いでこれを460〜580℃で80％以上の結
晶相が生成するまで熱処理することにより、上記の組成
及び結晶相を有する軟磁性合金磁石を生成し得ることが
分かった。
本発明によると、初透磁率が上に引用した従来の微結
晶分散型の合金よりも大きく、又保磁力の点でも小さく
なることが分かった。
晶分散型の合金よりも大きく、又保磁力の点でも小さく
なることが分かった。
本発明の軟磁性合金の組成に近い組成を有する軟磁性
合金は上記の特開昭63−302504号、64−31922号、およ
び同64−39347号等によるまでもなく公知である。しか
し、従来は非晶質のまま使用することが前提になってお
り、熱処理が行なわれることがあっても機械的な歪を除
去することにより磁気特性を上げることが目的になって
おり、微結晶が結果的に少量導入されることになったと
しても、微結晶を積極的に導入する考えはなかった。こ
れに対して上記の公報に記載されたものは積極的に微結
晶相を導入することが磁気特性向上に良いことを見出し
ている。これらの方法ではFe系非晶質合金を溶融合金の
急冷で作り、これを更に非晶質保持温度を越える結晶化
温度範囲で熱処理することにより微結晶を非晶質基質の
中に分散した合金とすることにより非晶質合金中に微結
晶を分散した型の合金である。この技術は非晶質基質の
中に微結晶を析出分散させることが磁性の向上に重要で
あると考えており、非晶質部分の存在が軟磁性特性の発
揮には有害であることに気付いていない。その原因をつ
き詰めれば、従来の技術では結晶度を上げても組成によ
っては磁気特性は必ずしも上がらなかったためである。
合金は上記の特開昭63−302504号、64−31922号、およ
び同64−39347号等によるまでもなく公知である。しか
し、従来は非晶質のまま使用することが前提になってお
り、熱処理が行なわれることがあっても機械的な歪を除
去することにより磁気特性を上げることが目的になって
おり、微結晶が結果的に少量導入されることになったと
しても、微結晶を積極的に導入する考えはなかった。こ
れに対して上記の公報に記載されたものは積極的に微結
晶相を導入することが磁気特性向上に良いことを見出し
ている。これらの方法ではFe系非晶質合金を溶融合金の
急冷で作り、これを更に非晶質保持温度を越える結晶化
温度範囲で熱処理することにより微結晶を非晶質基質の
中に分散した合金とすることにより非晶質合金中に微結
晶を分散した型の合金である。この技術は非晶質基質の
中に微結晶を析出分散させることが磁性の向上に重要で
あると考えており、非晶質部分の存在が軟磁性特性の発
揮には有害であることに気付いていない。その原因をつ
き詰めれば、従来の技術では結晶度を上げても組成によ
っては磁気特性は必ずしも上がらなかったためである。
これに対して、本発明者は軟磁性合金が一定の結晶相
すなわち、α−Fe、Fe3Si、及びFe2Bの各結晶相（各相
はSi、Ｂ、Nb、Cuを固有していても良い）の混合結晶を
ほぼ100％以上含有するときに極めて優れた磁気特性を
発揮すること、又こうした結晶相は合金の全体を占める
ときに最高の特性となることを見出した。本発明には結
晶分散型合金という観念はない。
すなわち、α−Fe、Fe3Si、及びFe2Bの各結晶相（各相
はSi、Ｂ、Nb、Cuを固有していても良い）の混合結晶を
ほぼ100％以上含有するときに極めて優れた磁気特性を
発揮すること、又こうした結晶相は合金の全体を占める
ときに最高の特性となることを見出した。本発明には結
晶分散型合金という観念はない。
本発明の軟磁性合金組成においてＭは任意成分として
Ｖ、Cr、Mn Alより選択される少なくとも一種である
が、これらは磁歪の減少、耐食性の向上、温度特性の改
善等の理由で導入される。しかし、Ｍの量ａが余り多す
ぎると透磁率が10,000以下に減少する。一方Cuの量ｘ、
Nbの量ｙ、Siの量ｚ、Ｂの量ｗはこの範囲からはずれる
と結晶相α、β、γが所定範囲に入らず、このため透磁
率が10,000以下に減少し、又保持力が50mOe以下になら
ない。個々の成分のうち、Cu及びNbはそれぞれが単独で
は余り効果を発揮しないが共存させると保磁力を低下
し、磁心損失を減少し、透磁率を改善する。
Ｖ、Cr、Mn Alより選択される少なくとも一種である
が、これらは磁歪の減少、耐食性の向上、温度特性の改
善等の理由で導入される。しかし、Ｍの量ａが余り多す
ぎると透磁率が10,000以下に減少する。一方Cuの量ｘ、
Nbの量ｙ、Siの量ｚ、Ｂの量ｗはこの範囲からはずれる
と結晶相α、β、γが所定範囲に入らず、このため透磁
率が10,000以下に減少し、又保持力が50mOe以下になら
ない。個々の成分のうち、Cu及びNbはそれぞれが単独で
は余り効果を発揮しないが共存させると保磁力を低下
し、磁心損失を減少し、透磁率を改善する。
次ぎに本発明を特にスパッタ法を使用して軟磁性合金
を製造する。この方法によると急冷法によるよりも軟磁
性特性が向上する。スパッタ法に使用する原料は目的合
金組成と同一又は近似組成に調製したインゴットをター
ゲットとして使用する。
を製造する。この方法によると急冷法によるよりも軟磁
性特性が向上する。スパッタ法に使用する原料は目的合
金組成と同一又は近似組成に調製したインゴットをター
ゲットとして使用する。
さらに熱処理によってそのほぼ100％が結晶相として
のα−Fe20〜35％、Fe3Si45〜70％、Fe2B10〜20％（結
晶相全体を100at％とする）の結晶率となるまでに熱処
理する。熱処理は非晶質基質中に微結晶が析出するま
で、400〜650℃、好ましくは460℃〜580℃で微結晶が80
〜100％得られるまで充分な時間行なわれる。熱処理はA
r等の不活性ガス雰囲気中で熱処理すると特性が良い軟
磁性材料が得られるので好都合である。更に熱処理は磁
場を印加しながら行なっても良い、これにより特定の磁
化方向の磁気特性を改善出来る。
のα−Fe20〜35％、Fe3Si45〜70％、Fe2B10〜20％（結
晶相全体を100at％とする）の結晶率となるまでに熱処
理する。熱処理は非晶質基質中に微結晶が析出するま
で、400〜650℃、好ましくは460℃〜580℃で微結晶が80
〜100％得られるまで充分な時間行なわれる。熱処理はA
r等の不活性ガス雰囲気中で熱処理すると特性が良い軟
磁性材料が得られるので好都合である。更に熱処理は磁
場を印加しながら行なっても良い、これにより特定の磁
化方向の磁気特性を改善出来る。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。なお、結晶
相と非結晶相の同定及びそれらの割合の測定の割合はメ
スバウアー効果を利用して行なった。
相と非結晶相の同定及びそれらの割合の測定の割合はメ
スバウアー効果を利用して行なった。
（実施例の説明） 実施例１ Fe72Cu1Nb3Si14B10の組成を有する合金をターゲット
としてスパッタ法により軟磁性合金を製造し、次ぎに熱
処理を行なった。条件は次ぎの通りであった。
としてスパッタ法により軟磁性合金を製造し、次ぎに熱
処理を行なった。条件は次ぎの通りであった。
スパッタ条件 基板−ターゲット距離 60mm 基板温度 100℃ アルゴン圧 ５×10-3Torr 投入電力 1.8W/cm2 膜厚 １μｍ 基板 スライドガラス 熱処理条件 昇温速度 50℃／分 熱処理温度 450,550,600℃ 熱処理時間 60 分 降温速度 25℃／分 得られた軟磁性合金の結晶構造、磁気特性を測定した
ところ表１の結果を得た。比較例及び実施例共に実質的
に100％結晶相であった。
ところ表１の結果を得た。比較例及び実施例共に実質的
に100％結晶相であった。
表１から、同一の合金組成でも結晶相の存在割合は処
理温度によって変わること、又その割合によって磁気特
性が大きく支配されることが分かる。従って、全体組成
だけでなく、処理温度も適正に定めることが重要である
ことが分かる。
理温度によって変わること、又その割合によって磁気特
性が大きく支配されることが分かる。従って、全体組成
だけでなく、処理温度も適正に定めることが重要である
ことが分かる。
実施例２ 組成の異なったターゲットを使用して、実施例１と同
じスパッタ条件で軟磁性合金を製膜した。ただし熱処理
温度は400℃〜800℃でしかもそれぞれの合金組成につい
て最も高い初透磁率μが得られる条件を選択した。実施
例の試料も比較例の試料もほぼ100％結晶よりなってい
た。結晶の存在比及び磁気測定の結果を表２に示す。
じスパッタ条件で軟磁性合金を製膜した。ただし熱処理
温度は400℃〜800℃でしかもそれぞれの合金組成につい
て最も高い初透磁率μが得られる条件を選択した。実施
例の試料も比較例の試料もほぼ100％結晶よりなってい
た。結晶の存在比及び磁気測定の結果を表２に示す。
（作用効果） 実施例１及び２から明らかなように、本発明によれば
第１に軟磁性合金の組成範囲の選択が非常に重要であ
る。組成が適正でなければα−Fe、Fe3Si、及びFe2Bの
各結晶相の混合割合をどんなに変えても磁気特性の向上
は望めない。しかし、磁気特性に影響する因子は組成だ
けではなく結晶相の混合割合も極めて重要である。従っ
て本発明で定義される合金組成と３種の結晶相の混合割
合とが従来存在しなかった初透磁率10,000以上でしかも
保磁力50mOe以下の優れた磁気特定を提供するのであ
る。
第１に軟磁性合金の組成範囲の選択が非常に重要であ
る。組成が適正でなければα−Fe、Fe3Si、及びFe2Bの
各結晶相の混合割合をどんなに変えても磁気特性の向上
は望めない。しかし、磁気特性に影響する因子は組成だ
けではなく結晶相の混合割合も極めて重要である。従っ
て本発明で定義される合金組成と３種の結晶相の混合割
合とが従来存在しなかった初透磁率10,000以上でしかも
保磁力50mOe以下の優れた磁気特定を提供するのであ
る。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 38/00 303 C22C 45/02 H01F 1/14 - 1/16
Claims (4)
- 【請求項１】（Fe1-aMa）100-x-y-zCuxNbySizBw （ここにＭはＶ、Cr、Mn、Alより選択される少なくとも
一種、０≦ａ≦0.2、0.5≦ｘ≦2.5、0.5≦ｙ≦5.0、0.5
≦ｚ≦20、５≦ｗ≦20）の組成を有する合金よりなる軟
磁性材料において、結晶質混合相をほぼ100％含有し且
つα−Feがα％、Fe3Siがβ％、Fe2Bがγ％（ただし20
≦α≦35、45≦β≦70、10≦γ≦20）であることを特徴
とする高周波用軟磁性材料。 - 【請求項２】透磁率が23000以下、保磁力が25mOe以下で
あるの請求項１の高周波用軟磁性材料。 - 【請求項３】目的組成が（Fe1-aMa）100-x-y-zCuxNbySi
zBw （ここにＭはＶ、Cr、Mn、Alより選択される少なくとも
一種、０≦ａ≦0.2、0.5≦ｘ≦2.5、0.5≦ｙ≦5.0、0.5
≦ｚ≦20、５≦ｗ≦20）の組成の原料合金をターゲット
して、アルゴン等の衝撃ガスによりスパッタさせ、スパ
ッタされた金属蒸気を基体上に製膜し、ついで室温から
の昇温速度と460℃〜580℃の処理温度及び時間と室温ま
での降温速度とを、α−Feがα％、Fe3Siがβ％、Fe2B
がγ％（ただし20≦α≦35、45≦β≦70、10≦γ≦20）
の結晶質混合相をほぼ100％有する合金を生成するよう
に制御することを特徴とする高周波用軟磁性材料の製造
方法。 - 【請求項４】上記組成範囲で組成と熱処理条件が、透磁
率が23000以下、保磁力が25mOe以下となるように選択さ
れている請求項３の高周波用軟磁性材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188726A JP2927826B2 (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 軟磁性合金とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188726A JP2927826B2 (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 軟磁性合金とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0356648A JPH0356648A (ja) | 1991-03-12 |
| JP2927826B2 true JP2927826B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=16228705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1188726A Expired - Lifetime JP2927826B2 (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 軟磁性合金とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2927826B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2764430B1 (fr) * | 1997-06-04 | 1999-07-23 | Mecagis | Procede de traitement thermique sous champ magnetique d'un composant en materiau magnetique doux |
| EP3067899B1 (en) * | 2013-11-07 | 2019-04-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic material, permanent magnet, motor, and power generator |
| CN110670000B (zh) * | 2019-09-24 | 2020-10-16 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种纳米晶软磁合金、非晶软磁合金及其制备方法 |
-
1989
- 1989-07-24 JP JP1188726A patent/JP2927826B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0356648A (ja) | 1991-03-12 |
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