JP6859862B2

JP6859862B2 - 軟磁性合金

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Publication number: JP6859862B2
Application number: JP2017116521A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　章彦; 章彦齋藤; 剛次高野; 中間　優; 優中間
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2021-04-14
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Description

本発明は、軟磁性合金に関し、さらに詳しくは、高磁束密度を得ることができる軟磁性の鉄基合金に関する。

モータ等の電子機器を構成する材料として、軟磁性材料が広く用いられており、近年の電子機器の小型化と、それに伴う大電流化に伴って、軟磁性材料において、高磁束密度化が要求されている。また、大電流化に伴って、高磁界強度の領域で、優れた軟磁気特性、すなわち、保磁力が小さく、かつ磁束密度が飽和傾向を示しにくい挙動が、軟磁性材料に求められている。

例えば、モータを構成するコイルに流れる電流値を倍にすれば、同じ出力を得るために必要なコイルの巻き数を半分にすることができ、モータの小型化を達成することができる。そのためには、鉄心を構成する軟磁性材料の磁束密度が、その電流値に対応する磁界強度において飽和に達しないことが必要である。一方、鉄心を構成する軟磁性材料の磁束密度を倍にすることができれば、鉄心の断面積を半分にしても、同じ磁束を得ることができ、モータ全体の小型化につなげることができる。

純鉄は高磁束密度を有する軟磁性材料として知られている。純鉄を超える磁束密度を有する軟磁性材料としては、Ｆｅ−Ｃｏ系合金であるパーメンジュールが知られている。パーメンジュール以外にも、Ｃｏを含有する高磁束密度の軟磁性合金が知られており、例えば特許文献１に、２５．０質量％以上３０．０質量％未満のＣｏを他の添加元素とともに含有する鉄基合金が開示されている。他に、代表的な軟磁性材料として、Ｓｉを含有する鉄基合金である電磁鋼板（ケイ素鋼板）が知られている。

特開２００６−１９３７７９号公報

近年、モータに用いられる永久磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）が大きくなっている。すると、鉄心やヨークを構成する軟磁性材料も、そのような高磁束密度に追随する必要があり、大きな飽和磁束密度を有することが要求される。パーメンジュールに代表されるＦｅ−Ｃｏ系合金は、高磁束密度を実現することができるが、多量のＣｏを含有するため、非常に高価であり、しかも加工性が悪い場合が多い。電磁鋼板は、安価であり、比較的高い透磁率を示すが、磁束密度はそれほど高くなく、例えば、１．７Ｔ以上の磁束密度を達成するのは難しい。

本発明が解決しようとする課題は、飽和磁束密度が高く、かつ安価な軟磁性合金を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる軟磁性合金は、Ｎｉと、Ａｌ、Ｓｉ、およびＶから選択される少なくとも１種と、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、質量％で、Ｎｉの含有量を［Ｎｉ］、Ａｌ、Ｓｉ、およびＶの合計含有量を［Ｍ］として、前記［Ｎｉ］と［Ｍ］の関係をプロットしたグラフにおいて、下記の直線Ａ、直線Ｂ、直線Ｃ、直線Ｄ、直線Ｅによって囲まれる領域の中に、前記［Ｎｉ］および［Ｍ］が存在するものである。
直線Ａ：［Ｍ］＝０．０１
直線Ｂ：［Ｎｉ］＝１１．０
直線Ｃ：［Ｎｉ］＝１１．０、［Ｍ］＝７．００の点と、［Ｎｉ］＝３．０、［Ｍ］＝１０．００の点とを結ぶ直線
直線Ｄ：［Ｎｉ］＝３．０、［Ｍ］＝１０．００の点と、［Ｎｉ］＝０．１、［Ｍ］＝７．００の点とを結ぶ直線
直線Ｅ：［Ｎｉ］＝０．１

ここで、前記グラフにおいて、前記直線Ａ、直線Ｃ、直線Ｄ、直線Ｅと、下記直線Ｆ、直線Ｇによって囲まれる領域の中に、前記［Ｎｉ］および［Ｍ］が存在するとよい。
直線Ｆ：［Ｎｉ］＝１．０、［Ｍ］＝０．０１の点と、［Ｎｉ］＝６．５、［Ｍ］＝３．５０の点とを結ぶ直線
直線Ｇ：［Ｎｉ］＝６．５

この場合さらに、前記グラフにおいて、前記直線Ｄ、直線Ｅ、直線Ｇと、下記直線Ｈ、直線Ｉによって囲まれる領域の中に、前記［Ｎｉ］および［Ｍ］が存在するとよい。
直線Ｈ：［Ｎｉ］＝０．１、［Ｍ］＝０．５０の点と、［Ｎｉ］＝６．５、［Ｍ］＝３．５０の点とを結ぶ直線
直線Ｉ：［Ｎｉ］＝６．５、［Ｍ］＝７．００の点と、［Ｎｉ］＝３．０、［Ｍ］＝１０．００の点とを結ぶ直線

また、前記軟磁性合金は、さらに、質量％で、１％≦Ｃｒ≦１４％を含有するとよい。

また、前記軟磁性合金は、さらに、質量％で、１％≦Ｍｏ≦６％を含有するとよい。

また、前記軟磁性合金はＣｒおよびＭｏを含有し、質量％で、１％≦Ｃｒ＋３．３Ｍｏ≦１４％であるとよい。

また、前記軟磁性合金は、さらに、質量％で、０．０３％≦Ｐｂ≦０．３０％、０．００２％≦Ｂｉ≦０．０２０％、０．００２％≦Ｃａ≦０．２０％、０．０１％≦Ｔｅ≦０．２０％、０．０３％≦Ｓｅ≦０．３０％から選択される１種または２種以上を含有するとよい。

また、前記軟磁性合金は、ビッカース硬さＨｖが２５０以上であるとよい。

本発明にかかる軟磁性合金は、上記の直線Ａ〜Ｅに囲まれた領域の中の成分組成を有することにより、１．７Ｔ以上のような高い飽和磁束密度を有する。同時に、１０００Ａ／ｍ以下のような低保磁力を得ることができる。よって、高飽和磁束密度と低保磁力を両立する優れた軟磁性合金となる。また、Ｃｏのように高価な添加元素を多量に含む成分組成ではないので、安価に製造することができる。

ここで、軟磁性合金が、直線Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ、Ｆ，Ｇに囲まれた領域の中の成分組成を有する場合には、さらなる低保磁力を達成しやすい。

この場合さらに、軟磁性合金が、直線Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｉに囲まれた領域の中の成分組成を有する場合には、一層、低保磁力を達成しやすくなる。

また、軟磁性合金が、上記のような量のＣｒやＭｏを含有することで、低保磁力および高飽和磁化に加えて、高い電気抵抗と、高い耐食性を有する軟磁性合金とすることができる。

また、軟磁性合金が、上記のような量のＰｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｓｅから選択される１種または２種以上を含有する場合には、軟磁性合金の切削性を有利に向上させることができる。

また、軟磁性合金のビッカース硬さＨｖが２５０以上であると、材料としての強度を、優れた軟磁気特性と両立することができる。

本発明の実施形態にかかる軟磁性合金について、Ｎｉの含有量と、Ａｌ、Ｓｉ，Ｖの含有量の関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態にかかる軟磁性合金ついて、詳細に説明する。

［軟磁性合金の概要］
本発明の実施形態にかかる軟磁性合金は、以下の元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる。
・Ｎｉ
・Ａｌ、Ｓｉ、Ｖから選択される少なくとも１種（以下、「Ａｌ等」と称する場合がある）
ＮｉとＡｌ等の含有量は、以下で説明する所定の領域にある。

また、本発明の実施形態にかかる軟磁性合金は、必須元素としての上記ＮｉおよびＡｌ等に加えて、任意に、ＣｒおよびＭｏの少なくとも一方を含有してもよい。また、本発明の実施形態にかかる軟磁性合金は、上記ＮｉおよびＡｌ等に加えて、またさらに上記ＣｒおよびＭｏの少なくとも一方に加えて、任意に、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｓｅから選択される１種または２種以上を含有してもよい。これらの好ましい含有量についても、後に説明する。

不可避的不純物は、軟磁性合金の磁気的、電気的特性を損なわない範囲で含有が許容される。具体的な不可避的不純物の例としては、質量％を単位として、Ｃ≦０．０４％、Ｍｎ≦０．３％、Ｐ≦０．０６％、Ｓ≦０．０６％、Ｎ≦０．０６％、Ｃｕ≦０．１％、Ｃｏ≦０．０６％、Ｏ≦１％を挙げることができる。

本発明の実施形態にかかる軟磁性合金は、上記各成分金属を溶製し、適宜、圧延、鍛造等を行うことによって製造することができる。また、磁気焼鈍等の熱処理を行ってもよい。磁気焼鈍時の温度としては、８００〜１２００℃を例示することができる。

［第一領域の成分組成］
本発明の実施形態にかかる軟磁性合金において、Ｎｉの含有量と、Ａｌ等の含有量は、所定の関係を有している。具体的には、Ｎｉの含有量を［Ｎｉ］、Ａｌ等の含有量、つまりＡｌ、Ｓｉ、Ｖの合計含有量を［Ｍ］として、［Ｎｉ］と［Ｍ］の関係をプロットしたグラフにおいて、［Ｎｉ］および［Ｍ］が所定の第一領域の中にある。なお、本明細書において、ＮｉおよびＡｌ等をはじめとする各元素の含有量は、質量％を単位として表すものとする。また、各領域の「中」には、各領域を区画する境界線上の点および頂点も含むものとする。

図１は、［Ｎｉ］と［Ｍ］の関係を示すグラフである。ここで、第一領域は、直線Ａ、直線Ｂ、直線Ｃ、直線Ｄ、直線Ｅによって囲まれた五角形の領域として定義される。図１中で、各直線は、「○」で囲んだ記号で示している。

各直線の端点に対応する点１〜５は、以下のように定義される。ここで、Ｎｉの含有量がａ質量％、Ａｌ等の含有量がｂ質量％である場合、つまり、［Ｎｉ］＝ａ、［Ｍ］＝ｂである点の元素含有量を、（ａ，ｂ）と表現する。図１中で、各点は、「□」で囲んだ番号で表示している。
点１（０．１，０．０１）
点２（１１．０，０．０１）
点３（１１．０，７．００）
点４（３．０，１０．００）
点５（０．１，７．００）

そして、各直線は、以下のように、２点を結んだ直線として表される。
直線Ａ：点１−点２（［Ｍ］＝０．０１）
直線Ｂ：点２−点３（［Ｎｉ］＝１１．０）
直線Ｃ：点３−点４
直線Ｄ：点４−点５
直線Ｅ：点５−点１（［Ｎｉ］＝０．１）

ここで、直線Ａ〜Ｅのそれぞれが規定される理由について説明する。

・直線Ａおよび直線Ｅ（［Ｍ］＝０．０１、［Ｎｉ］＝０．１）
保磁力を低く維持しながら、高い飽和磁束密度を得るために、[Ｍ]≧０．０１および［Ｎｉ］≧０．１との条件が規定されている。

具体的には、［Ｎｉ］≧０．１とすることで、外部磁場Ｈ＝３００００Ａ／ｍで測定した磁束密度の値であるＢ３００００を、１．７Ｔ以上とすることができる（Ｂ３００００≧１．７Ｔ）。ここで、Ｂ３００００は、この種の軟磁性合金において、飽和磁束密度に近似することができる値である。仮に、Ｈ＝３００００Ａ／ｍで磁束密度が飽和に達していないとしても、飽和磁束密度はＢ３００００よりも高くなるはずであり、Ｂ３００００は、飽和磁束密度の下限値とみなすことができる。本発明の実施形態にかかる軟磁性合金において、飽和磁束密度（Ｂ３００００）は、１．７Ｔ以上であることが好ましく、２．０Ｔ以上であればさらに好ましい。

しかし、Ｎｉのみを添加元素として含む鉄基合金において、［Ｎｉ］≧０．１とすると、結晶組織が、α相＋γ相や、マルテンサイト相になり、保磁力Ｈｃが１０００Ａ／ｍを超えて大きくなってしまう。そこで、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖから選択される元素を添加し、[Ｍ]≧０．０１とすることで、α相の生成を促進し、Ｈｃ≦１０００Ａ／ｍの低保磁力を確保することができる。α相（フェライト相）は、軟磁性を示すのに対し、γ相（オーステナイト相）は非磁性を示す。マルテンサイト相を含むと保磁力が高くなる。Ａｌ、Ｓｉ、Ｖは、フェライトの生成を促進する元素であり、合金の軟磁気特性を高めることができる。

・直線Ｂ（［Ｎｉ］＝１１．０）
上記のように、Ｎｉの含有量を０．１％以上とすることで、飽和磁束密度を高めることができるが、Ｎｉを含有させすぎても、逆に飽和磁束密度が低下してしまう。そこで、［Ｎｉ］≦１１．０とすることで、Ｂ３００００≧１．７Ｔを確保することができる。また、Ｈｃ≦１０００Ａ／ｍの低保磁力も維持することができる。

・直線Ｃおよび直線Ｄ
ＮｉおよびＡｌ等の含有量を、直線Ｃおよび直線Ｄによって規定される値以下に抑えておくことで、Ｂ３００００≧１．７Ｔを確保することができる。

本発明の実施形態にかかる軟磁性合金は、上記のように、高飽和磁束密度、低保磁力を有し、優れた軟磁気特性を発揮するが、同時に、高い硬度を有している。例えば、ビッカース硬度Ｈｖを、１５０以上、２５０以上、さらには３５０以上とすることができる。このような高い硬度は、軟磁性合金中に、Ｎｉと、Ａｌ等とが含有されていることによって発揮されると推定される。

［第二領域の成分組成］
本発明の実施形態にかかる軟磁性合金において、［Ｎｉ］および［Ｍ］は、第一領域の中でさらに、第二領域の中にあることが好ましい。

図１に示すように、第二領域は、上記直線Ａ、直線Ｃ、直線Ｄ、直線Ｅに加え、下記の直線Ｆおよび直線Ｇによって囲まれた六角形の領域として定義される。

直線Ｆは、点６と点７とを結んだ直線として定義される。ここで、
点６（１．０，０．０１）
点７（６．５，３．５０）
である。

また、直線Ｇは、［Ｎｉ］＝６．５の直線として定義される。ここで、直線Ｇと直線Ｃの交点に当たる点ｐにおける元素含有量は、おおむね、ｐ（６．５，８．７）となる。

ここで、直線Ｆ，Ｇが規定される理由について説明する。

・直線Ｆ
ＮｉおよびＡｌ等の含有量を、直線Ｆによって規定される値以上としておくことで、結晶組織において、α相を維持しやすくなる。その結果、保磁力Ｈｃを低く抑えることができる。特に、Ｈｃ≦５００Ａ／ｍの低い水準にまで抑えやすくなる。例えば、電磁鋼板の磁気焼鈍の温度として一般的な８５０℃で熱処理を行っても、α相を高度に維持することができる。Ｎｉおよび／またはＡｌ等の含有量を直線Ｆによって規定される値よりも小さくすると、α相＋γ相や、マルテンサイト相が生じやすくなり、保磁力Ｈｃが上昇することによって、特に高温で磁気焼鈍を行った際に、軟磁気特性が発現されにくくなる。

・直線Ｇ（［Ｎｉ］＝６．５）
［Ｎｉ］≦６．５とすることで、Ｂ３００００≧１．７Ｔの高飽和磁束密度を特に確保しやすくなる。［Ｎｉ］＞６．５とした場合には、Ｈｃ≦５００Ａ／ｍは確保できても、Ｂ３００００≧１．７Ｔとの両立が難しくなる場合がある。

さらに、ＮｉおよびＡｌ等の含有量を第二領域に設定することにより、透磁率を高くすることができる。例えば、比透磁率μを、μ＞１０００とすることができる。

［第三領域の成分組成］
本発明の実施形態にかかる軟磁性合金において、［Ｎｉ］および［Ｍ］は、第二領域の中でさらに、第三領域の中にあることが好ましい。

図１に示すように、第三領域は、上記直線Ｄ、直線Ｅ、直線Ｇに加え、下記の直線Ｈおよび直線Ｉによって囲まれた五角形の領域として定義される。

直線Ｈは、点８と、上記の点７とを結んだ直線として定義される。ここで、
点８（０．１，０．５０）
点７（６．５，３．５０）
である。

また、直線Ｉは、点９と、上記の点４とを結んだ直線として定義される。ここで、
点９（６．５，７．００）
点４（３．０，１０．００）
である。

ＮｉおよびＡｌ等の含有量が、上記のような第三領域にあることで、特に、α相の維持によって保磁力Ｈｃを小さく抑える効果に優れ、Ｈｃ≦５００Ａ／ｍとしやすくなる。例えば、パーメンジュールの磁気焼鈍の温度として一般的な１１００℃で熱処理を行っても、α相を高度に維持することができる。

［Ｃｒ、Ｍｏの添加］
本発明の実施形態にかかる軟磁性合金は、必須の添加元素であるＮｉ、およびＡｌ、Ｓｉ、Ｖから選択される少なくとも１種のみを、上記第一領域（または第二領域、第三領域）の中の量だけ含有するものであってもよいが、さらに、任意元素として、ＣｒおよびＭｏの少なくとも一方を含有するものであってもよい。ＣｒおよびＭｏの少なくとも一方を含有することで、軟磁性合金の電気抵抗を高めることができる。また、耐食性を高めることができる。軟磁性合金は、ＣｒおよびＭｏの一方のみを含有しても、両方を含有してもよいが、耐食性を効果的に高める等の観点から、少なくともＣｒを含有することが好ましい。

Ｃｒを含有する場合に、Ｃｒの含有量は、１％≦Ｃｒ≦１４％とされる。Ｃｒの含有量を１％以上とすることで、電気抵抗率ρとして、ρ≧７０μΩｃｍの高い値を達成することができる。電気抵抗を高めることで、軟磁性合金における渦電流損失を低減することができる。また、Ｃｒは、保磁力Ｈｃを下げる効果も有し、その含有量を１％以上とすることで、Ｈｃ≦５００Ａ／ｍとしやすくなる。

ただし、Ｃｒの含有量を上げすぎると、飽和磁束密度が低下しやすくなる。Ｃｒの含有量を１４％以下としておくことで、Ｂ３００００≧１．７Ｔのように、高飽和磁束密度を確保しやすい。Ｃｒ≦９％とすると、高飽和磁束密度が一層維持されやすい。一方、Ｃｒ＞９％、Ｃｒ≧１０％、さらに特にＣｒ≧１２％とすれば、電気抵抗率および耐食性の向上の効果を、特に高く得ることができる。

一方、Ｍｏを含有する場合には、Ｍｏの含有量は、１％≦Ｍｏ≦６％とするとよい。Ｍｏの含有量を１％以上とすることで、電気抵抗および耐食性を高める効果に優れる。また、Ｍｏの含有量を６％以下としておくことで、高飽和磁束密度を確保することができる。

上記のように、少なくともＣｒを軟磁性合金に含有させることが好ましく、さらにＭｏを含有させる場合には、ＣｒおよびＭｏのそれぞれの含有量が、１％≦Ｃｒ≦１４％および１％≦Ｍｏ≦６％の範囲にあることが好ましい。このようにＣｒとＭｏの両方を含有する形態は、Ｃｒの一部をＭｏに置換し、ＣｒとＭｏの組み合わせを、軟磁性合金に含有させる形態とみなすこともできる。Ｍｏは、Ｃｒよりも電気抵抗および耐食性を高める効果に優れ、添加量が少なくても、高い効果を得ることができる。この観点から、ＣｒとＭｏの組み合わせを採用する場合に、Ｃｒの含有量とＭｏの含有量の３．３倍の値との合計値として、上記Ｃｒのみを採用する場合と同量を添加することが特に好ましい。すなわち、高飽和磁束密度を確保しながら電気抵抗と耐食性を高める観点から、１％≦Ｃｒ＋３．３Ｍｏ≦１４％とすればよい。また、高飽和磁束密度を一層高度に維持する観点からは、Ｃｒ＋３．３Ｍｏ≦９％とするとよい。一方、特に高い電気抵抗率および耐食性を得る観点からは、Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＞９％、特にＣｒ＋３．３Ｍｏ≧１０％、さらにＣｒ＋３．３Ｍｏ≧１２％とすればよい。Ｍｏを併用することでＣｒの含有量を小さく抑えることは、磁束密度の値を大きく維持するのに寄与する。

［他の添加元素］
本発明の実施形態にかかる軟磁性合金は、必須の添加元素であるＮｉ、およびＡｌ、Ｓｉ、Ｖから選択される少なくとも１種に加えて、あるいは、それら必須の添加元素および任意元素であるＣｒ、Ｍｏの少なくとも一方に加えて、さらに、任意元素として、以下の群から選択される元素を、１種または２種以上含有するものであってもよい。
・０．０３％≦Ｐｂ≦０．３０％
・０．００２％≦Ｂｉ≦０．０２０％
・０．００２％≦Ｃａ≦０．２０％
・０．０１％≦Ｔｅ≦０．２０％
・０．０３％≦Ｓｅ≦０．３０％

上記から選択される添加元素を１種または２種以上含有することで、軟磁性合金の切削性を向上させることができる。上記各元素の含有量の下限値は、切削性向上の効果が得られる含有量として規定されている。一方、上記各元素の含有量の上限値は、磁気特性の低下を回避できる含有量として規定されている。

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。以下において、実施例Ａ２，Ａ４，Ｂ２，Ｂ２’は、それぞれ、参考例Ａ２，Ａ４，Ｂ２，Ｂ２’と読み替えるものとする。

実施例Ａ１〜Ａ１２，Ｂ１〜Ｂ１８および比較例１〜９として、表１および表２に示す成分組成（単位：質量％）を有する軟磁性合金をそれぞれ作製した。加えて、表２の実施例Ｂ群の一部の軟磁性合金に対して、表３に示す添加元素をさらに加えて、実施例Ｂ’群にかかる軟磁性合金を作製した。いずれの成分組成においても、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。具体的な製造方法としては、各組成比を有する金属材料を真空誘導炉で溶製し、鋳造、熱間鍛造した。そして、下記各試験に用いる測定試験片の形状に加工し、８５０℃での磁気焼鈍を行った。

このようにして得られた測定試験片を用いて、磁束密度Ｂ３００００、保磁力Ｈｃ、電気抵抗率ρ、硬さの各値の測定と、耐食性の評価を行った。さらに一部の実施例については、切削性の評価も行った。以下に、各試験の方法を説明する。

＜磁束密度の測定＞
各軟磁性合金を、外径φ２８ｍｍ、内径φ２０ｍｍ、厚さｔ３ｍｍの円筒状に加工し、磁気リング（鉄心）とした。この磁気リングを用いて、一次コイル（４８０ターン）と二次コイル（２０ターン）を形成し、測定試料とした。そして、磁気計測機器（電子磁気工業製「ＢＨ−１０００」）を用いて、磁束密度を計測した。磁束密度の計測は、一次コイルに電流を流して磁気リングに磁界Ｈを発生させ、二次コイルに誘起した電圧の積分値に基づいて、磁気リングに発生した磁束密度を算出することで行った。計測においては、磁界Ｈを３００００Ａ／ｍとし、その時の磁束密度の値であるＢ３００００を記録した。

＜保磁力の測定＞
上記磁束密度の測定に用いたのと同じ測定試料および磁気計測装置を用い、磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）の測定を行った。そして、得られたヒステリシスループに基づいて、保磁力Ｈｃを見積もった。

＜電気抵抗率の測定＞
各軟磁性合金を、断面１０ｍｍ四方、長さ３０ｍｍの角柱状に加工し、電気抵抗率を測定した。測定は、四端子法にて行った。

＜耐食性の評価＞
ＪＩＳＺ２３７１に規定される塩水噴霧試験により、各軟磁性合金の耐食性を評価した。つまり、塩水噴霧を行って２４時間後に、試料表面を目視にて観測し、錆の発生が確認される領域の面積の割合を錆発生率として見積もった。錆発生率の値が小さいほど、耐食性が高いことになる。

＜硬さの測定＞
各軟磁性合金を１ｃｍ角に加工し、樹脂に埋め込んで研磨した。この試験片に対し、ビッカース硬さ試験機を用いて、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。

＜切削性の評価＞
実施例Ｂ群の一部および実施例Ｂ’群にかかる軟磁性合金について、切削性試験を行って、切削性を評価した。つまり、厚さ５ｍｍの板状試料に、直径２ｍｍのドリルを用いて穴を貫通させた。貫通不能となるまでに形成した貫通穴の数を計数することで、各試料の切削性を評価した。８１個以上の穴を貫通できた場合を、切削性が特に優れる「◎」、５１個以上８０個以下の穴を貫通できた場合を、切削性良好「○」、５１個未満の穴しか貫通できなかった場合を切削性不良「×」と評価した。なお、切削速度は２０ｍ／ｍｉｎとした。

＜結果＞
表１に、実施例Ａ１〜Ａ１２および比較例１〜９にかかる軟磁性合金について、成分組成と上記各試験の結果を示す。ＮｉおよびＡｌ等の含有量について、実施例Ａ１〜Ａ１０は、図１中で「□」で囲んだ番号で示した点１〜点１０に対応しており、比較例２〜９は、（）で囲んだ番号で示した各点に対応している。比較例１は、純鉄である。

表１によると、ＮｉおよびＡｌ等の含有量が第一領域にある各実施例においては、磁束密度Ｂ３００００が１．７Ｔ以上となっており、かつ、保磁力Ｈｃが１０００Ａ／ｍ以下となっている。つまり、Ｎｉと、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖから選択される少なくとも１種とを、上記第一領域内の含有量で、Ｆｅに添加することで、保磁力が低く、しかも飽和磁束密度が高い、優れた軟磁性合金が得られることが示されている。さらに、ＣｒおよびＭｏの添加の有無のみにおいて異なる実施例Ａ１０と、実施例Ａ１１、Ａ１２とを比較すると、実施例Ａ１１、Ａ１２のように、ＣｒまたはＭｏを添加することで、高磁束密度と低保磁力を維持したまま、高電気抵抗と高耐食性が得られる。

これに対し、純鉄を用いている比較例１においては、高磁束密度と低保磁力が達成されているものの、耐食性に劣り、電気抵抗率ρも低くなっている。Ａｌ、Ｓｉ、Ｖが含有されず、多量のＮｉが含有されている比較例２においては、磁束密度Ｂ３００００は高い値を示しているものの、保磁力Ｈｃが１０００を超えて大きくなっており、軟磁気特性に劣っている。比較例３においては、Ａｌが含有されるものの、その含有量が少なすぎるため、やはり保磁力Ｈｃが大きくなっている。比較例４，８，９においても、Ｎｉの含有量が多すぎることにより、保磁力Ｈｃが大きくなっている。なお、比較例４，８，９は、Ｎｉ以外の添加元素として、それぞれＡｌ，Ｓｉ，Ｖを含有するものであるが、Ｎｉおよびそれらの元素の含有量が同程度であり、いずれにおいても、保磁力Ｈｃが、２０００Ａ／ｍを超える大きな値となっている。比較例５，６においては、第一領域を区画する直線Ｃおよび直線Ｄよりも、ＮｉおよびＡｌの含有量が多い領域に位置することに対応し、磁束密度がＢ３００００が、１．７Ｔ未満と小さくなっている。比較例７においても、Ｎｉが含有されないことにより、磁束密度がＢ３００００が、１．７Ｔ未満となっている。

表２に、さらにＣｒおよびＭｏの含有量を高めた場合を含む実施例Ｂ１〜Ｂ１８について、軟磁性合金の成分組成と上記各試験の結果を示す。

表２によると、実施例Ｂ１〜Ｂ１７のように、Ｃｒ（またはＣｒ＋３．３Ｍｏ）の含有量を９％を超えて多くすることで、特に高い電気抵抗率と耐食性が達成されていることが分かる。特に、ＮｉおよびＡｌまたはＶの含有量が同じで、Ｃｒの含有量が異なる実施例Ｂ１と実施例Ｂ３を比べると、Ｃｒの含有量が多い実施例Ｂ３において、電気抵抗率と耐食性が向上していることが分かる。保磁力の低下も観測されている。ＮｉおよびＡｌ、Ｍｏの含有量がほぼ同じになっている実施例Ｂ１０とＢ１１の比較においても、Ｃｒの含有量の多い実施例Ｂ１０の方が、電気抵抗率と耐食性が高くなっている。

また、Ｍｏの添加の有無においてのみ異なる実施例Ｂ１と実施例Ｂ５を比較すると、Ｃｒに加えてＭｏを添加することで、電気抵抗率および耐食性の上昇が達成されることが分かる。ＮｉおよびＡｌの含有量が同じで、ともにＣｒを含有しない実施例Ｂ１７と実施例Ｂ１８の比較においても、Ｍｏの含有量の多い実施例Ｂ１７の方で、電気抵抗率および耐食性の低下が達成されている。さらに、実施例Ｂ１２とＢ１３では、Ｎｉの含有量が同じで、Ａｌの含有量もほぼ同じであるが、Ｃｒ＋３．３Ｍｏの値の大きいＢ１３の方が、電気抵抗率が高くなっている。また、ＮｉおよびＡｌの含有量が同じである実施例Ｂ１５〜１８を比較した場合に、Ｃｒ＋３．３Ｍｏの値が実施例Ｂ１８よりも大きい実施例Ｂ１５〜Ｂ１７において、実施例Ｂ１８に比べて、高い耐食性が得られている。

実施例Ｂ１０〜Ｂ１８では、実施例Ｂ１〜Ｂ９と比較して、硬さが低くなっているが、これは、実施例Ｂ１０〜Ｂ１８において、Ａｌ／Ｎｉの含有量比が１以上と大きくなっており、フェライト組織の寄与が大きくなることに対応していると推測される。しかし、実施例Ｂ１０〜Ｂ１８においては、Ｃｒの含有量を比較的少なく抑えること、またはＣｒを含有させないことで、Ｎｉの含有量が少なくても、磁束密度の値を大きく維持できている。そして、Ｃｒの含有量が少なくても、Ｍｏによって、Ｃｒ＋３．３Ｍｏの値を大きく維持することで、電気抵抗率と耐食性を高く保っている。

さらに、表２に示したうち、実施例Ｂ１，Ｂ２，Ｂ５，Ｂ６、Ｂ８，Ｂ１１の成分組成にさらにＰｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｓｅから選択される１種または２種以上の添加元素を含有する実施例Ｂ１’，Ｂ２’，Ｂ５’，Ｂ６’，Ｂ８’，Ｂ１１’にかかる軟磁性合金を準備し、それら添加元素の有無と切削性の関係を評価した。成分組成と切削性の評価結果を表３に示す。なお、掲載は省略するが、それらの添加元素を添加したＢ’群の各実施例において、対応するＢ群の実施例について得られた表２の値と同等の、磁束密度、保磁力、電気抵抗率、耐食性、硬さが得られることを確認している。

表３を見ると、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｓｅから選択される１種または２種以上を含有しないＢ群の実施例においても、ある程度高い切削性が得られているが、それらの添加元素を含有するＢ’群の実施例において、切削性が特に向上されることが分かる。つまり、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｓｅが軟磁性合金の切削性を向上する効果を有することが確認される。

以上、本発明の実施形態、実施例について説明した。本発明は、これらの実施形態、実施例に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。

Claims

Ｎｉと、
ＡｌおよびＶから選択される少なくとも１種と、を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、
質量％で、Ｎｉの含有量を［Ｎｉ］、ＡｌおよびＶの合計含有量を［Ｍ］として、前記［Ｎｉ］と［Ｍ］の関係をプロットしたグラフにおいて、下記の直線Ａ、直線Ｂ、直線Ｃ、直線Ｄ、直線Ｅによって囲まれる領域の中に、前記［Ｎｉ］および［Ｍ］が存在することを特徴とする軟磁性合金。
直線Ａ：［Ｍ］＝０．０１
直線Ｂ：［Ｎｉ］＝１１．０
直線Ｃ：［Ｎｉ］＝１１．０、［Ｍ］＝７．００の点と、［Ｎｉ］＝３．０、［Ｍ］＝１０．００の点とを結ぶ直線
直線Ｄ：［Ｎｉ］＝３．０、［Ｍ］＝１０．００の点と、［Ｎｉ］＝０．１、［Ｍ］＝７．００の点とを結ぶ直線
直線Ｅ：［Ｎｉ］＝０．１
前記グラフにおいて、前記直線Ａ、直線Ｃ、直線Ｄ、直線Ｅと、下記直線Ｆ、直線Ｇによって囲まれる領域の中に、前記［Ｎｉ］および［Ｍ］が存在することを特徴とする請求項１に記載の軟磁性合金。
直線Ｆ：［Ｎｉ］＝１．０、［Ｍ］＝０．０１の点と、［Ｎｉ］＝６．５、［Ｍ］＝３．５０の点とを結ぶ直線
直線Ｇ：［Ｎｉ］＝６．５
前記グラフにおいて、前記直線Ｄ、直線Ｅ、直線Ｇと、下記直線Ｈ、直線Ｉによって囲まれる領域の中に、前記［Ｎｉ］および［Ｍ］が存在することを特徴とする請求項２に記載の軟磁性合金。
直線Ｈ：［Ｎｉ］＝０．１、［Ｍ］＝０．５０の点と、［Ｎｉ］＝６．５、［Ｍ］＝３．５０の点とを結ぶ直線
直線Ｉ：［Ｎｉ］＝６．５、［Ｍ］＝７．００の点と、［Ｎｉ］＝３．０、［Ｍ］＝１０．００の点とを結ぶ直線
さらに、質量％で、１％≦Ｃｒ≦１４％を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の軟磁性合金。
さらに、質量％で、１％≦Ｍｏ≦６％を含有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の軟磁性合金。
前記軟磁性合金はＣｒおよびＭｏを含有し、質量％で、１％≦Ｃｒ＋３．３Ｍｏ≦１４％であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の軟磁性合金。
さらに、質量％で、０．０３％≦Ｐｂ≦０．３０％、０．００２％≦Ｂｉ≦０．０２０％、０．００２％≦Ｃａ≦０．２０％、０．０１％≦Ｔｅ≦０．２０％、０．０３％≦Ｓｅ≦０．３０％から選択される１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１から６にいずれか１項に記載の軟磁性合金。
ビッカース硬さＨｖが２５０以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の軟磁性合金。