JP3032260B2 - Fe基軟磁性合金およびその製造方法 - Google Patents

Fe基軟磁性合金およびその製造方法

Info

Publication number
JP3032260B2
JP3032260B2 JP2254311A JP25431190A JP3032260B2 JP 3032260 B2 JP3032260 B2 JP 3032260B2 JP 2254311 A JP2254311 A JP 2254311A JP 25431190 A JP25431190 A JP 25431190A JP 3032260 B2 JP3032260 B2 JP 3032260B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
soft magnetic
alloy
magnetic
based soft
magnetic alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2254311A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04136139A (ja
Inventor
孝雄 沢
亮 酒井
由美子 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2254311A priority Critical patent/JP3032260B2/ja
Publication of JPH04136139A publication Critical patent/JPH04136139A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3032260B2 publication Critical patent/JP3032260B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15308Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、商用周波数から高周波までの各種トラン
ス、可飽和リアクトル、各種チョークコイル、オーディ
オ用あるいは薄膜磁気ヘッド、各種センサーなどに適し
た高い飽和磁束密度と高速磁率を合せ持つFe基軟磁性合
金およびその製造方法に関する。
(従来の技術) 電源用各種磁性部品や磁気ヘッド用の軟磁性材料とし
ては、従来、パーマロイ、Fe−Al−Si系合金、ケイ素
鋼、フェライトなどが用いられてきた。
ところで、近年、電子機器に対する小型軽量化、高性
能化などの要求が高まっており、このような要求を満足
するために、たとえば電源などの動作周波数は高周波化
されつつある。そこで、磁性部品を構成する軟磁性材料
には、高周波域における低損失化や飽和磁束密度の増大
などの特性向上が強く望まれている。
しかし、上述したような従来材では、これらの要求を
充分に満足することができないことから、高周波対応の
軟磁性材料としてアモルファス合金が最近注目を集めて
いる。
アモルファス合金は、高透磁率、低保磁力などの優れ
た軟磁気特性を示し、また高周波域で低鉄損、高角形比
が得られるなどの特性を有することから、スイッチング
電源用の磁性部品などとして一部実用化されている。た
とえばCo基アモルファス合金は可飽和リアクトルなどと
して、またFe基アモルファス合金はチョークコイルなど
として実用化されている。
しかし、これらアモルファス合金においても、解決し
なければならない課題も多い。たとえば、Co基アモルフ
ァス合金は、高周波域で低鉄損、高角形比が得られるな
ど、特性的には優れているものの、比較的高価で汎用性
に乏しいという難点がある。また、Fe基アモルファス合
金は、安価で汎用性には優れているものの、低磁歪が得
られないため、樹脂モールドなどによる磁気特性の劣化
が比較的大きく、また磁歪振動によってノイズの発生が
大きいなどの難点がある。
一方、最近、Co基アモルファス合金とほぼ同等の軟磁
気特性を有する、超微細な結晶粒を析出させたFe基軟磁
性合金が提案されている(特開昭63−320504号公報、同
64−79342号公報など参照)、このFe基超微細結晶合金
は、優れた軟磁気特性を有するとともに、低磁歪を満足
し、さらにFeを主としていることから比較的安価であ
り、Co基アモルファス合金に代る軟磁性材料として注目
されている。
(発明が解決しようとする課題) このように、Fe基超微細結晶合金は、優れた軟磁性特
性に加えて、安価であるという長所をあわせもってい
る。
しかしながら、前記Fe基超微細結晶合金の飽和磁束密
度は、電子機器用磁性部品の小形化、あるいは高密度磁
気記録用の磁気ヘッドとしては一層の改善が必要であ
り、高飽和磁束密度と優れた軟磁気特性を合せ持つ材料
が望まれていた。
本発明は、この様な課題に対処するためになされたも
ので、高飽和磁束密度、高透磁率低鉄損、低磁歪を満足
し、安価で汎用性に優れたFe基軟磁性合金との製造方法
に関する。
[発明の構成] (課題を解決するための手段と作用) すなわち、本発明の合金は一般式 Fe100-a-b-c-d-e-fMaM′bYcY′dXeX′ M:Nb,Zr,Hfから選ばれる少なくとも一種以上 M′:Ta,Mo,W,Ti,Vから選ばれる少なくとも一種以上 Y:B,Pから選ばれる少なくとも一種以上 Y′:C,Nから選ばれる少なくとも一種以上 X:Si,Al,Geから選ばれる少なくとも一種以上 X′:Cr,白金族元素から選ばれる少なくとも一種以上 2≦a≦12 0≦b≦5 0.1≦c≦9 0.1≦d≦10 0≦e≦5 0≦f≦8 (at.%) で表わされることを特徴とする超微細な結晶粒からなる
Fe基軟磁性合金である。
また、本発明のFe基軟性合金の製造方法は、一般式 Fe100-a-b-c-d-e-fMaM′bYcY′dXeX′ M:Nb,Zr,Hfから選ばれる少なくとも一種以上 M′:Ta,Mo,W,Ti,Vから選ばれる少なくとも一種以上 Y:B,Pから選ばれる少なくとも一種以上 Y′:C,Nから選ばれる少なくとも一種以上 X:Si,Al,Geから選ばれる少なくとも一種以上 X′:Cr,白金族元素から選ばれる少なくとも一種以上 2≦a≦12 0≦b≦5 0.1≦c≦9 0.1≦d≦10 0≦e≦5 0≦f≦8 (at.%) で表わされる溶融状態のFe基合金を超急冷した後、その
結晶化温度付近あるいはそれ以上の温度で熱処理を行
い、組織内に微細な結晶粒を析出させることを特徴とす
るFe基軟磁性合金の製造方法である。
本発明者らはFe基軟磁性合金について詳細に検討した
結果、前記一般式においてMで表わしたNb,Zr,Hfなどの
元素が熱処理時に、Y′で表わしたC,Nと結合した微細
な炭化物、あるいは窒化物を形成することによりbccFe
固溶体の析出を促進すると共に、結晶粒の粗大化および
bcc相以外の相の析出を抑制することを見出だした。
ここでまず、本発明のFe基軟磁性合金におれる各成分
元素の機能と成分比の限定理由について述べる。
Mはアモルファス化に有効であると同時に、前述した
ように熱処理時にY′と結合して微細な炭化物、あるい
は窒化物を形成することにより、bccFe固溶体の析出を
促進するとともに、結晶粒の粗大化およびbcc相以外の
相の析出を抑制する。その結果は、2at%以下では得ら
れず、一方12at%以上では飽和磁束密度が低すぎて好ま
しくない。より好ましい範囲は3〜10at%である。M′
は軟磁気特性の改善に有効な元素であるが、10at%以上
の場合は、飽和磁束密度が低下する。よって、特性の得
られる範囲を10at%以下とした。好ましくは8at%以下
である。Yはアモルファス化あるいは急冷時の超微細結
晶析出に有効な元素であるが、その量は0.1at%以下で
はほとんど効果が見られず、9at%以上では軟磁気特性
が劣化するため、0.1〜9at%とした。また、薄帯状の出
来易さを考慮するとBを用いることがより好ましい。
Y′は上記したように、Mと結び付くことにより結晶化
温度を低下させ、bccFe固溶体を析出させるのに有効で
ある。その効果は0.1at%以下では得られず、一方10at
%以上では飽和磁束密度が低減する。好ましくは、0.5
〜8at%の範囲である。Xは析出するbccFe相に固溶し、
磁気異方性を低減させ、軟磁気特性の改善に有効である
が、5at%以上では飽和磁束密度が低くなるため、これ
以下とした。好ましくは12at%以下である。また、X′
は耐蝕性改善に有効な元素であるが、8at%以上では飽
和磁束密度が低下するためにこれ以下とした。好ましく
は、6at%以下である。
本発明のFe基軟磁性合金中に存在する微細結晶粒は、
上記式中のMの炭化物、窒化物が、熱処理により生成さ
れ、これが微細結晶の粒界、あるいは3重点に存在し、
結晶粒の粗大化を妨げるものと考えられる。
そして、本発明のFe基軟磁性合金において、上述した
ように合金組織中に存在する結晶物を超微細化すること
によって、軟磁気特性が熱処理温度に依存することを抑
制し、優れた軟磁気特性の再現性を高めている。すなわ
ち、結晶粒の粒径を超微細化することにより、磁気異方
性がより小さくなり、安定的に磁気特性が得られる。
また、本質的には結晶粒の微細化が軟磁気特性を向上
させるものであり、平均結晶粒径が50nmを超えると軟磁
気特性は劣化する。軟磁気特性および熱処理による再現
性から平均結晶粒径は30nm以下が好ましい。平均結晶粒
径はX線回析法により、Scheererの式を用いて得られ
る。
上記組成を有する本発明のFe基軟磁気合金は、面積比
で合金組織の50%以上が微細結晶粒により構成されてい
るものであり、上記微細結晶粒は合金組織中にほぼ均一
に分布している。この微細結晶粒子は。bccFe固溶体を
主体とするものである。
上記微細結晶粒による合金組織の構成比を面積比で50
%以上と規定したのは、微細結晶粒の存在が50%未満で
は、飽和磁束密度が対さく、透磁率が低く、鉄損が高く
なり、目的とする軟磁気特性が得られないためである。
より好ましくは70%以上である。
本発明のFe基軟磁性合金は、単ロール法、双ロール
法、回転液中紡糸法など公知の超急冷法によって急冷す
る。ここで、本発明において上記急冷工程により得られ
る合金組織はアモルファス状態であっても、一部微細結
晶が含まれていてもよい。また、急冷体の形状は、板状
(帯状)、線状、粉末状、薄片状など用途に応じて各種
形状を選択することができる。なお、急冷体を板状とす
る場合には板厚を3〜50μm、線状にする場合には線径
200μm以下、粉末状にする場合にはその長径が1〜500
μmかつアスペクト比が5〜15000の範囲とすることが
好ましい。
この後、上記アモルファス状態の急冷体に、この急冷
体の結晶化温度付近あるいはそれ以上の温度で熱処理を
行い、bccFe固溶体からなる超微細化結晶粒を析出させ
る。
この熱処理工程は、たとえば巻回コアのように、所望
の形状を得るために変形を伴う加工を必要とする場合に
は、所望の形状に成形した後に行うことが好ましい。
上記熱処理は、急冷体の結晶化温度に対して−50〜+
250℃の温度範囲で行うことが可能である。熱処理温度
が結晶化温度に対して−50℃以下の温度では微細な結晶
粒が析出しにくく、また結晶化温度に対して+250℃を
越えるとbccFe固溶体以外の相が析出し、軟磁気特性を
劣化させるためである。好ましくは、−20〜200℃の範
囲である。
なお、本発明でいう結晶化温度は昇温速度を10℃/mi
n.で測定した値である。
上記したように広い熱処理温度範囲で所望の軟磁気特
性を満足するFe基軟磁性合金が得られるのは、上述した
ように析出する結晶粒を超微細化させることが可能であ
るためであり、本発明の重要な特徴の一つである。
また、熱処理次官は使用した合金組成や熱処理温度に
よって適宜設定する事ができるが通常2分〜24時間の範
囲が好ましい。熱処理時間が2分未満では結晶粒の析出
を十分に行うことが困難であり、まてた24時間を越える
とbccFe相以外の相が析出しやすくなるためである。よ
り好ましい熱処理時間は5分〜10時間の範囲である。ま
た、熱処理は窒素雰囲気中,Ar雰囲気中など不活性雰囲
気中、真空中,水素中などの還元性雰囲気中、あるいは
大気中など、各種雰囲気を使用することができる。
なお、上記熱処理後の冷却は、急冷でも徐冷でもよ
く、特に制限はない。
また、上記熱処理後の冷却過程、あるいは一旦冷却し
た後に、微細結晶粒が析出したFe基軟磁性合金に対し
て、磁場熱処理を薄帯の長手方向、幅方向、板厚方向に
磁場を印加して、所望の軟磁気特性を得ることもでき
る。この際の磁場は直流、交流のいずれでもよい。
本発明のFe基軟磁性合金を用いた磁心としては、超微
細結晶粒を有するFe基軟磁性合金薄帯の巻回体や積層体
などが例示される。これら磁心は、必要に応じて薄帯の
少なくとも片面に絶縁層を設けることによって層間絶縁
を行う。
この絶縁層は、たとえばMgO粉末やSiO2粉末を付着さ
せることによって形成したり、金属アルコキシド溶液の
塗布、焼成(結晶粒析出のための熱処理で可)によって
形成する。また、エポキシ系樹脂を含浸させることによ
っても、同様な効果が得られる。この樹脂含浸は、カッ
トコアなどを作製する際に有効である。さらに樹脂含浸
は、絶縁処理ばかりでなく、さび防止や耐環境性の向上
などにも寄与する。なお、耐環境性の向上は、磁心をケ
ースに収納したり、ボビンに巻くことなどによっても達
成される。
さらに、Fe基軟磁性合金薄帯を絶縁フィルムとともに
巻回し、層間絶縁を行ってもよい。この方法は、レーザ
ー電源用磁気圧縮回路に用いられる場合などに有効であ
る。ここで用いる絶縁フィルムとしては、ポリイミド
系、ポリエステル系、ガラス繊維系などが例示される
が、本発明で用いる薄帯は、通常、脆化した状態で優れ
た軟磁気特性が得られるため、ポリイミド系フィルムを
用いることが好ましい。
また、磁心を形成する場合、特に巻回による場合に
は、巻き始めおよび巻き終りに端末処理を施すことが好
ましい。これによって、熱処理操作などにおける不都合
が防止される。端末処理としては、レーザー照射、スポ
ット溶接などによる局部的層間接着やポリイミド系など
の耐熱性フィルムによる接着がなどが用いられる。
このように本発明のFe基軟磁性合金は高周波域での軟
磁気特性に優れるため、例えば磁気ヘッド、薄膜ヘッ
ド、大電力用を含む高周波トランス、可飽和リアクト
ル、コモンモードチョークコイル、高電圧パルス用ノイ
ズフィルター、レーザー電源などに用いられる磁気スイ
ッチなど高周波で用いられる磁心、電流センサー、方位
センサー、セキュリティセンサーなどの各種センサー用
の磁性材料など、磁性部品用の合金として優れた特性を
有している。また、飽和磁束密度が高いため、商用周波
数の磁心にも有効である。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。
実施例1 第1表に示した組成の合金をAr雰囲気中で高周波誘導
加熱炉により溶融させ、単ロール法にて超急冷しアモル
ファス薄帯を得た。薄帯は板厚15μm、幅5mmである。
この薄帯を外径15mm、内径10mmに巻回したのち、結晶
化温度の150℃上で1時間、熱処理を行いその後、2℃/
minで除冷した。
得られた磁心の軟磁気特性について、1kHzの初透磁率
と100kHz、2kGの鉄損、および飽和磁化をLCRメータ、U
関数計、試料振動型磁力計を用いて測定した。結果を従
来例と比較して第1表にまとめたが、本発明の合金はい
ずれも高飽和磁束密度と高透磁率、および低鉄損が得ら
れていることがわかる。
[発明の効果] 本発明の合金によれば所望の合金組成において、微細
結晶粒を設けることにより、高飽和磁束密度と高周波域
における優れた軟磁気特性を有するFe基軟磁性合金を提
供する事ができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−99253(JP,A) 特開 平3−53048(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 303 C21D 6/00 C22C 45/02 H01F 1/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 Fe100-a-b-c-d-e-fMaM′bYcY′dXeX′ M:Nb,Zr,Hfから選ばれる少なくとも一種以上 M′:Ta,Mo,W,Ti,Vから選ばれる少なくとも一種以上 Y:B,Pから選ばれる少なくとも一種以上 Y′:C,Nから選ばれる少なくとも一種以上 X:Si,Al,Geから選ばれる少なくとも一種以上 X′:Cr,白金族元素から選ばれる少なくとも一種以上 2≦a≦12 0≦b≦5 0.1≦c≦9 0.1≦d≦10 0≦e≦5 0≦f≦8 (at.%) c≧d で表される平均結晶粒径が50nm以下である超微細結晶を
    面積比で50%以上含有することを特徴とするFe基軟磁性
    合金。
  2. 【請求項2】前記超微細結晶粒はbccFe固溶体からなる
    ことを特徴とする請求項1に記載のFe基軟磁性合金。
  3. 【請求項3】Fe100-a-b-c-d-e-fMaM′bYcY′dXeX′ M:Nb,Zr,Hfから選ばれる少なくとも一種以上 M′:Ta,Mo,W,Ti,Vから選ばれる少なくとも一種以上 Y:B,Pから選ばれる少なくとも一種以上 Y′:C,Nから選ばれる少なくとも一種以上 X:Si,Al,Geから選ばれる少なくとも一種以上 X′:Cr,白金族元素から選ばれる少なくとも一種以上 2≦a≦12 0≦b≦5 0.1≦c≦9 0.1≦d≦10 0≦e≦5 0≦f≦8 (at.%) c≧d で表される溶融状態のFe基合金を超急冷した後、その結
    晶化温度付近あるいはそれ以上の温度で熱処理を行い、
    組織内に平均結晶粒径が50nm以下である超微細結晶を面
    積比で50%以上析出させる工程を有することを特徴とす
    るFe基軟磁性合金の製造方法。
JP2254311A 1990-09-26 1990-09-26 Fe基軟磁性合金およびその製造方法 Expired - Fee Related JP3032260B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2254311A JP3032260B2 (ja) 1990-09-26 1990-09-26 Fe基軟磁性合金およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2254311A JP3032260B2 (ja) 1990-09-26 1990-09-26 Fe基軟磁性合金およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04136139A JPH04136139A (ja) 1992-05-11
JP3032260B2 true JP3032260B2 (ja) 2000-04-10

Family

ID=17263233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2254311A Expired - Fee Related JP3032260B2 (ja) 1990-09-26 1990-09-26 Fe基軟磁性合金およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3032260B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107369513A (zh) * 2017-07-17 2017-11-21 广东工业大学 一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107369513A (zh) * 2017-07-17 2017-11-21 广东工业大学 一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金及其制备方法
CN107369513B (zh) * 2017-07-17 2019-04-09 广东工业大学 一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04136139A (ja) 1992-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5445889B2 (ja) 軟磁性合金、その製造方法、ならびに磁性部品
JP5455041B2 (ja) 軟磁性薄帯、その製造方法、磁性部品、およびアモルファス薄帯
JP5455040B2 (ja) 軟磁性合金、その製造方法、および磁性部品
JP3233313B2 (ja) パルス減衰特性に優れたナノ結晶合金の製造方法
JP5316920B2 (ja) 軟磁性合金、アモルファス相を主相とする合金薄帯、および磁性部品
JP5445890B2 (ja) 軟磁性薄帯、磁心、磁性部品、および軟磁性薄帯の製造方法
JP4210986B2 (ja) 磁性合金ならびにそれを用いた磁性部品
JPH044393B2 (ja)
JP2573606B2 (ja) 磁心およびその製造方法
JP2007270271A (ja) 軟磁性合金、その製造方法ならびに磁性部品
JP5445891B2 (ja) 軟磁性薄帯、磁心、および磁性部品
JP2710938B2 (ja) 高飽和磁束密度軟磁性合金
JP3068156B2 (ja) 軟磁性合金
JP2848667B2 (ja) 極薄軟磁性合金薄帯の製造方法
JPH0885821A (ja) 高透磁率ナノ結晶合金の製造方法
JP5445924B2 (ja) 軟磁性薄帯、磁心、磁性部品、および軟磁性薄帯の製造方法
JP3032260B2 (ja) Fe基軟磁性合金およびその製造方法
JP2945122B2 (ja) Fe基軟磁性合金およびその製造方法
JP4310738B2 (ja) 軟磁性合金並びに磁性部品
JP2704157B2 (ja) 磁性部品
JP3322407B2 (ja) Fe基軟磁性合金
JPH0468382B2 (ja)
JP3374981B2 (ja) 短パルス特性に優れたナノ結晶軟磁性合金および磁心
JP4003166B2 (ja) Co基磁性合金ならびにそれを用いた磁性部品
JP2835113B2 (ja) Fe基軟磁性合金とその製造方法およびそれを用いた磁性コア

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees