JP3208051B2 - 熱的安定性に優れた鉄基非晶質合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱的安定性に優れた
鉄基非晶質合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Fe−Ｂ−Siを主要成分とする溶湯を、単
ロール法等を用いて 10⁵〜10⁶ ℃/s程度の冷却速度で急
冷凝固させると、板厚が数μm 程度で、原子の配列が無
秩序ないわゆる非晶質合金薄帯が得られる。このような
非晶質合金薄帯は、磁化され易く、鉄損および磁束密度
等のいわゆる磁気特性に優れることから、トランス用鉄
心材料として一部実用化されるに至っている。

【０００３】しかしながら、かようなFe−Ｂ−Si３元系
非晶質合金薄帯は、ある程度低い鉄損値は得られるもの
の、その改善効果には限度があり、３元系ではそれ以上
低い鉄損は期待できないという問題があった。

【０００４】そこで、上記の３元系非晶質合金に、第４
成分として種々の元素の添加が試みられている。たとえ
ば、特開昭57−145964号公報では、Fe−Ｂ−SiにＣを添
加することによって、鉄損特性および熱的安定性の改善
を図っている。また、特開昭61−136660号公報のよう
に、Fe−Ｂ−SiにMnを添加することによって、絶縁被膜
特性の改善を図ったものも提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような組成の合金でもなお、50〜120 ℃というトラン
スの動作温度においては、十分に満足のいく磁気特性を
得ることは難しかった。この発明は、上記の問題を有利
に解決するもので、室温よりも高い温度で作動する実機
トランスの鉄心に使用した場合であっても磁気特性に優
れる、熱的安定性に優れた鉄基非晶質合金を提案するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、Fe−Ｂ−Si
−Ｃ系非晶質合金において、高温の動作温度で磁気特性
が劣化する原因すなわち熱的安定性の劣化原因は、磁気
特性の向上のために添加されたＣにあることが究明され
た。そこで、発明者らは次に、かかるＣの特性改善効果
を損なうことなしに、熱的安定性の劣化を補償し得る第
５成分について検討を重ねた。その結果、Mnを少量複合
添加してやれば、熱的安定性の劣化が有利に解消され
て、実機トランスに適用した場合であっても優れた磁気
特性が得られることの知見を得た。この発明は、上記の
知見に立脚するものである。

【０００７】すなわち、この発明は、 化学式：Fe_a Ｂ_b Si_c Ｃ_d Mn_e ここで 78≦ａ≦82at％ ９≦ｂ≦15at％ ５≦ｃ≦12at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ 0.2≦ｅ≦1.0 at％で示される組成になり、 100℃にお
けるＷ_13/50 が0.12W/kg以下で、かつＢ₁₀が1.50Ｔ以上
を満足してなる熱安定性に優れた低鉄損鉄基非晶質合金
である。

【０００８】この発明において、より好ましい組成範囲
は、上掲化学式において、添字ａ〜ｅで示したFe, Ｂ,
Si, ＣおよびMnの含有量がそれぞれ、 79≦ａ≦81at％ ９≦ｂ≦13at％ ７≦ｃ≦11at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ 0.2≦ｅ≦1.0 at％ を満足する範囲であり、さらに好ましい組成範囲は、 79.5≦ａ≦80.5at％ 10.5≦ｂ≦11.5at％ 7.5≦ｃ≦8.5 at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ 0.2≦ｅ≦1.0 at％ を満足する範囲である。

【０００９】以下、この発明の基礎となった実験結果に
ついて説明する。Fe−Ｂ−Si合金に、ＣおよびMnを種々
の範囲で添加した合金溶湯を、単ロール法により、およ
そ 10⁶℃/sの冷却速度で急冷することにより、厚み：約
25μm の非晶質合金薄帯を製造した。得られた各薄帯の
100℃におけるＷ_13/50(50Hz, 1.3Ｔにおける鉄損）お
よびＢ₁₀（外部磁界1000 A/mにおける磁束密度）につい
て調べた結果を図１(a), (b)に示す。同図より明らかな
ように、Ｃ添加による熱安定性の劣化がMnを添加するこ
とによって軽減され、特にMn：0.2 〜1.0 at％の範囲に
おいて良好な結果が得られることが判明した。

【００１０】

【作用】この発明において、合金の化学組成を前記の範
囲に限定した理由は次のとおりである。 Fe：78〜82at％ Feは、磁性材料としての性質を決定する上で重要な元素
である。このFe量が、78at％未満では磁束密度の低下が
無視できなくなり、トランス等への応用上問題が生じ、
一方82at％を超えると磁気特性のみならず熱的安定性の
劣化を招くのでFe含有量は78〜82at％の範囲に限定し
た。なお、近年では、トランス等の動作磁束密度を高く
することにより小型化が可能なことから高磁束密度が望
まれているが、かような場合にはFe含有量は80〜82at％
とすることが望ましい。また、Fe量が81at％を超えると
鉄損が幾分増加するので、鉄損と磁束密度の両者を満足
するには、79〜81at％より好ましくは79.5〜80.5at％と
することが望ましい。

【００１１】Ｂ：９〜15at％ Ｂは、非晶質化を容易ならしめる有用元素であるが、含
有量が９at％未満では非晶質化が困難となり、一方15％
を超えると磁束密度が下がり、また熱的安定性も劣化す
るので、Ｂ量は９〜15at％の範囲に限定した。より好ま
しい範囲は９〜13at％であり、さらに好ましくは10.5〜
11.5at％の範囲である。

【００１２】Si：５〜12at％ Siは、材料の非晶質化を促進すると共に、キュリー点の
熱的安定化に有用な元素であるが、含有量が５at％に満
たないとキュリー温度が低くなって、良好な熱的安定性
が得られず、一方12at％を超えると磁束密度の低下を招
くので、Si量は５〜12at％の範囲に限定した。より好ま
しい範囲は７〜11at％であり、さらに好ましくは 7.5〜
8.5 at％の範囲である。

【００１３】Ｃ：0.2 〜1.0 at％ Ｃは、磁気特性とくに磁束密度を向上させる有用元素で
あるが、その一方で該特性の熱的安定性の劣化を招く元
素でもある。磁気特性の向上のためには、少なくとも
0.2at％の添加を必要とするが、 1.0at％を超えると後
述するMnの添加によっても熱的安定性の劣化を阻止でき
なくなるので、含有量は 0.2〜1.0 at％の範囲に限定し
た。より好ましくは 0.4〜0.6 at％の範囲である。

【００１４】Mn：0.2 〜1.0 at％ Mnは、この発明において特に重要な元素であり、このMn
添加によって、Ｃ添加に起因した熱的安定性の劣化を効
果的に防止することができる。ここに、上記の効果を得
るには少なくとも 0.2at％の添加を必要とするが、 1.0
at％を超えて含有されるとかえって磁束密度の低下を招
くので、Mn量は 0.2〜1.0 at％の範囲に限定した。より
好ましくは 0.3〜0.5 at％の範囲である。

【００１５】以上、本合金の適正範囲および好適範囲に
ついて述べたが、最適の成分組成はFe₈₀Ｂ₁₁Si₈ Ｃ_0.5M
n_0.5で示される組成である。

【００１６】次に、この発明合金の製造方法について説
明する。非晶質化法については、特に限定されるもので
はなく、従来公知の単ロール法や双ロール法等いずれも
が使用でき、かかる方法を用いて所定組成の合金溶湯を
急冷凝固することにより、非晶質合金とすることができ
る。その後、磁気特性の向上のために、通常、磁場中で
歪取り焼鈍を施すが、その際の処理温度は 300〜450 ℃
程度とするのが好ましい。というのは、処理温度が300
℃に満たないと導入された歪を十分に取り去ることがで
きず、一方 450℃を超えると結晶化が生じて磁気特性が
劣化するおそれが大きいからである。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 表１に示す種々の化学組成に溶製した合金溶湯を、20〜
35 m/sの周速度で回転する単ロール上に射出し、急冷凝
固させて厚さ：20〜30μm の非晶質合金薄帯とした後、
350〜400 ℃の温度にて１時間の磁場中焼鈍を施した。
得られた各薄帯の 100℃における、鉄損Ｗ_13/50 および
磁束密度Ｂ₁₀について調べた結果を表１に併記する。

【００１８】

【表１】

【００１９】同表から明らかなように、この発明に従う
非晶質合金薄帯はいずれも、優れたＷ_13/50 およびＢ₁₀
が得られた。とくに、Fe含有量が80at％以上のものはＢ
₁₀値に優れていた。

【００２０】実施例２ 実施例１と同様にした作製した下記の試料 Ａ：Fe₈₀Ｂ₁₁Si₈ Ｃ_0.5Mn_0.5（発明例） Ｂ：Fe₈₀Ｂ₁₂Si₇ Ｃ_0.5Mn_0.5（発明例） Ｃ：Fe₈₀Ｂ₁₂Si₈ （比較例） Ｄ：Fe₈₀Ｂ₁₂Si₇ Ｃ₁ （比較例） Ｅ：Fe₈₀Ｂ₁₂Si₇ Mn₁ （比較例） について、磁束密度Ｂ₁₀の温度特性について調査した結
果を、図２に示す。同図より明らかなように、この発明
に従いＣおよびMnを複合添加した場合は、広い温度範囲
にわたって高い磁束密度を維持できたのに対し、比較例
はいずれも、温度上昇に伴う磁束密度の低下が著しく、
100℃において 1.5Ｔ以上のＢ₁₀を得ることはできなか
った。

【００２１】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、Fe−Ｂ−Si
−Ｃ系非晶質合金にMnを適量含有させることによって、
磁気特性の熱的安定性を格段に向上させることができる
ので、Ｃ添加による磁気特性向上効果を最大限発揮させ
ることができ、その結果 100℃程度の高温においても、
優れた鉄損および磁束密度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣおよびMnがFe−Ｂ−Si系非晶質合金の鉄損Ｗ
_13/50 および磁束密度Ｂ₁₀に及ぼす影響を示したグラフ
である。

【図２】発明例および比較例について、磁束密度Ｂ₁₀の
温度特性を比較して示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 行本 正雄 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社 技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−133516（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−133517（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−68743（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−62578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−33453（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 45/02 H01F 1/153

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化学式：Fe_a Ｂ_b Si_c Ｃ_d Mn_e ここで 78≦ａ≦82at％ ９≦ｂ≦15at％ ５≦ｃ≦12at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ 0.2≦ｅ≦1.0 at％で示される組成になり、 100℃にお
   けるＷ_13/50 が0.12W/kg以下で、かつＢ₁₀が1.50Ｔ以上
   を満足してなる熱安定性に優れた鉄基非晶質合金。
2. 【請求項２】 請求項１において、添字ａ〜ｅで示した
   Fe, Ｂ, Si, ＣおよびMnの含有量がそれぞれ、 79≦ａ≦81at％ ９≦ｂ≦13at％ ７≦ｃ≦11at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ 0.2≦ｅ≦1.0 at％ の範囲を満足する熱安定性に優れた鉄基非晶質合金。
3. 【請求項３】 請求項１において、添字ａ〜ｅで示した
   Fe, Ｂ, Si, ＣおよびMnの含有量がそれぞれ、 79.5≦ａ≦80.5at％ 10.5≦ｂ≦11.5at％ 7.5≦ｃ≦8.5 at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ 0.2≦ｅ≦1.0 at％ の範囲を満足する熱安定性に優れた鉄基非晶質合金。