JPH03219058A - 超微結晶磁性合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、優れた磁気特性を有するとともに磁気特性の
安定性に優れた、組織の大半が超微細な結晶粒からなる
磁心部品、特に磁気ヘッド等に好適な超微結晶軟磁性合
金に関する。

［従来の技術］ 従来、磁気ヘッドを始めとする磁性部品に用いられる磁
心材料としては渦電流損が小さく周波数特性が比較的良
好なフェライトが主に用いられていた。しかし、フェラ
イトは飽和磁束密度が低く、磁気ヘッドに用いた場合は
近年の磁気記録再生装置の高記録密度化に対しては十分
な特性ではない。

近年、高密度磁気記録用の高保磁力を有する磁気記録媒
体の特性を十分発揮するために、より高飽和磁束密度で
高透磁率を示す磁心材料の要求が高まっている。このよ
うな要求に対して、近年Ｆｅ−Ａｌ−３ｉ系合金や、Ｃ
ｏ−Ｎｂ−Ｚｒ系非晶質合金薄膜等が検討されている。

このような試みは、例えば乗容らによりＮＩＩＫ技報２
９（２）、５ｌ−１０６（１９７７）、広田らにより機
能材料１９８６年８月号ｐ６８等に報告されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、Ｆｅ−Ａｌ−５ｌ合金においては、高透
磁率を得るには磁歪λＳと結晶磁気異方性Ｋが共に零付
近にある必要があり、このような組成では、飽和磁束密
度は１２ｋＧ程度が限界である。このような問題がある
ため、現在更に高飽和磁束密度で磁歪の小さいＦｅ−３
ｌ合金等も検討されているが、耐食性の問題や軟磁気特
性の点で不十分である。ＣＯ基アモルファス合金の場合
は高飽和磁束密度組成では結晶化しやす（なり耐熱性が
悪いためガラスボンディング等が雉しく工程上かなり制
約を受ける。また、最近になって、高飽和磁束密度で高
透磁率を示すＦｅ−Ｍ−Ｃ（Ｍ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｉｆ）膜
が信学技報ＭＲ８９１２，９９等に報告されている。し
かし、Ｃを含む合金はＣ原子が動き易いため磁気余効が
起こり易く信頼性の点で問題がある。

そこで本発明は、優れた磁気特性を有し、かつ耐熱性、
信頼性に優れた合金の提供を課題とする。

［課題を解決するための手段コ 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等はＦｅ、Ｍ
、Ｂを基本成分とする合金であって（Ｍ：Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ば
れる少なくとも１種の元素）、組織の少なくとも５０％
が粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶が
ｂｃｃ構造の結晶を主体としたものである多結晶合金が
高飽和磁束密度で高透磁率を有するとともに耐熱性、磁
気ヘッド等の磁心材として最適であることを見いだし、
本発明に想到した。

すなわち、本発明の超微結晶磁性合金は、組成式： Ｆｅ＋ｏｎ−ｘ−ｙＭｘＢｙ　（原子Ｘ）で表され、こ
こでＭはＴｉ、Ｚｒｊ＋ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃ
ｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり
、４≦ｘ≦１５，２≦ｙ≦２５゜７≦ｘ＋ｙ≦３５の関
係の組成を有する合金であって、組織の少なくとも５ｏ
ｚが粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶
がｂｃｃ構造の結晶を主体としたものであることを特徴
とする 本発明において、Ｂは必須の元素であり、結晶粒の微細
化および、ｂｃｃＦｅ中に固溶し、磁歪や結晶磁気異方
性の調整に効果がある。

間は必須の元素でありＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｃｒ。

Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素である。

ＭはＢとの複合添加により、結晶粒を微細化する効果を
有するとともに、耐熱性を向上する効果を有する。

Ｍ量ｘ、Ｂ１１ｙ及びＭとＢの総和ｘ＋ｙをそれぞれ４
≦ｘ≦１５．２≦ｙ≦２５．７≦ｘ＋ｙ≦３５に限定し
たのは下限をはずれると耐熱性が劣化し、一方上限をは
ずれると飽和磁束密度の低下や軟磁気特性の劣化が起こ
るためである。特に耐熱性の点で望ましい範囲は、７≦
ｘ≦１５．１０＜ｙ≦２０．１５＜ｘ＋ｙ≦３０である
。

また、本発明はＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、Ｎからな
る群から選ばれた少なくとも一種の元素（組成式ではＸ
で示す）、更にＡｇ、Ａｕ、白金族元素、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｓｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａからなる群か
ら選ばれた少なくとも一種の元素を（組成式ではＮで示
す）適宜含有することを許容する。

すなわち、 組成式： Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚＭｘＢｙＸｚ　　（原子％）で
表され、ココでＭはＴｉ、Ｚｒ、ｆｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
の元素、ＸはＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、Ｎからなる
群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、４≦ｘ≦
１５，２≦ｙ≦２５．０（ｚ≦１０．７≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦
３５の関係の組成を有する合金であって、組織の少なく
とも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ
前記結晶がｂｃｃ構造の結晶を主体としたものであるこ
とを特徴とする超微結晶磁性合金、 組成式： Ｆｅ、ｏｏ−ｘ−ｙ−ｚＭｘＢｙＮａ　　（原子％）で
表され、ココでＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ
、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の
元素、ＮはＡｕ、白金族元素、Ｃｏ、Ｎｉ。

Ｓｎ、　Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａからな
る群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、４≦ｘ
≦１５．２≦ｙ≦２５．０〈２≦１０．０　（ａ≦１０
．７≦ｘ＋ｙ＋ａ≦３５の関係の組成を有する合金であ
って、組織の少なくとも５０％が粒径５００Å以下の結
晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃ構造の結晶を主体
としたものであることを特徴とする超微結晶磁性合金、 組成式： ％式％ こでＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃ
ｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘは
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、Ｎからなる群から選ばれ
た少なくとも一種の元素、ＮはＡｕ、白金族元素、Ｃｏ
、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる
群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、４≦ｘ≦
１５．２≦ｙ≦２５．０（ｚ≦１０＜ａ≦１０゜７≦ｘ
＋ｙ＋ｚ＋ａ≦３５の関係の組成を有する合金であって
、組織の少なくとも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒
からなり、かつ前記結晶がｂｃｃ構造の結晶を主体とし
たものであることを特徴とする超微結晶磁性合金、をも
含む。

ここで、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、Ｎからなる群か
ら選ばれた少なくとも一種の元素（本願明細書中ではＸ
と総称する）は磁歪の調整、および結晶磁気異方性の調
整に効果があり、１０％以下の範囲で含有される。それ
は、ｌｏｚを越えると磁気特性の劣化が著しくなるから
である。

また、Ａｕ、白金族元素、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選ばれた少なくと
も一種の元素（本願明細書中ではＮと総称する）は、耐
食性の改善、および磁気特性の調整に効果があり、１０
％以下の範囲で含有される。それは、１０％を越えると
著しい飽和磁束密度の低下をもたらすからである。

本５ｄ明合金は５００Å以下の著しく微細な結晶粒組織
を有しており、特に優れた軟磁性は粒径が２００Å以下
の場合に得られる。

このような微細な結晶粒組織を組織全体に対して５０％
以」二存在することとするのは、これ未満では優れた軟
磁気特性が得られないからである。

なお、本発明合金は通常非晶質合金を作製後これを熱処
理し、結晶化することにより製造される。熱処理条件に
より一部非晶質相が残存している場合があるが、この場
合でも微細な結晶粒組織が組織全体に対して５０％以上
存在しておれば十分な軟磁気特性が得られる。また、ｔ
ｏｏｘ結晶の場合ももちろん優れた軟磁気特性が得られ
る。

本発明においてＭとＢは熱処理により超微細で均なりｃ
ｃＦｅ結晶粒を形成し、その成長を抑える効果を有する
。このため、ｂｅｃＦｅの結晶磁気異方性を見かけ上相
殺し優れた軟磁気特性が得られると考えられる。

もう一つの本発明は、前記組成の非晶質合金を製造する
工程と、この非晶質合金を少なくとも５０％が粒径５０
０Å以下のｂｃｃＦｅ固溶体からなる組織とする結晶化
熱処理を施す工程とからなることを特徴とする前記超微
結晶磁性合金の製造方法である。

非晶質合金は通常、単ロール法や双ロール法等の液体急
冷法や、スパッタ法や蒸着法等の気相急冷法等により製
造する。この後不活性ガス、水素中あるいは真空中で熱
処理し結晶化させ、組織の少なくとも５０％が粒径５０
０Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂｃｃ構造
の結晶主体である組織とすることにより前記合金を製造
する。

本発明における結晶化のための熱処理は４５０’　Ｃ以
Ｊ：８００°Ｃ以下の温度範囲で行なわれるのが望まし
い。それは、４５００未満では熱処理時間を長くしても
結晶化が困難であり、一方８００℃を越えると結晶粒の
成長が必要共」―に進行して所望の超微細結晶組織を得
ることができなくなるからである。

具体的熱処理温度、時間は合金組成等によって定められ
る。

本発明合金は、以上のように４５０°Ｃ以上８００°Ｃ
以下という高い温度の熱処理を経るものであるため、磁
気ヘッド等を作製する場合、ガラスボンディングが容易
で信頼性の高い磁気ヘッドを製造できる長所がある。

また、本発明合金は磁場中で熱処理し製造することも可
能である。一定方向に磁場を印加した場合は、〜軸の誘
導磁気異方性を生じさせることができる。また、回転磁
場中熱処理を行うことにより更に軟磁気特性を改善する
ことができる。結晶化熱処理後に磁場中熱処理すること
も可能である［実施例］ 以下本発明を実施例に従って説明するが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。

実施例１ 原子％でＮｂ７％、Ｂ１８％、残部Ｆｅからなる組成の
厚さ１８μｍの非晶質合金薄帯を単ロール法により作製
した。得られた薄帯のＸ線回折を行ったところ、第１図
（ａ）に示すように非晶質合金に特有なハローパターン
を示した。

次に、この非晶質合金薄帯を窒素ガス雰囲気中において
、６００°Ｃで１時間保持後室温まで冷却し、Ｘ線回折
を行った。第１図（ａ）に示すような半値幅の広いｂｃ
ｃＦｅ固溶体の結晶ピークが主に認められた。なお、Ｎ
ｂとＢの化合物が形成されている可能性があるが、本観
察では確認できなかった。

透過電子顕微鏡による組織観察の結果、組織のほとんど
が粒径１００Å以下の超微細な結晶粒からなることが確
認された。

なお、本発明においては、微細結晶粒の割合は線分法に
よって求める。この線分法は一般的な方法であり、組織
写真中に引かれた任意の線分（長さ１．）が横切る各結
晶粒の長さ（Ｌ＋、Ｌ２．Ｉ、３・・・Ｌｎ）の合Ｍｌ
（＋、＋十＋、２＋（，３＋・−・ｌ、ｎ）を求め、こ
れをＩ、で割ることにより、結晶粒の割合を求めるもの
である。

なお、結晶粒の割合が多くなると組織写真上は結晶粒が
ほぼ組織全体を占めるように見えるが、この場合でもい
くぶん非晶質相が存在するものと考えられる。というの
は、結晶粒の外周部が組織写真ではぼやけており、これ
は非晶質相の存在による為であると考えられるからであ
る。このように結晶粒の割合が多い場合、割合を正確な
数値で表すことは困難であり、本実施例で「はとんど」
という表現を用いたのは、このような理由による。

次にこの組成の非晶質合金からなるｌ・ロイダル磁心を
熱処理温度を変え熱処理し、直流ヒステリシスカーブを
直流Ｂ−Ｈトレーサ、ＩｋＨｚにおける実効透磁率μｅ
ｌｋをＬＣＲメータにより測定した。熱処理時間は１時
間、熱処理雰囲気は窒素ガス雰囲気とした。得られた結
果を第２図（ａ）、第２図（ｂ）に示す。また、第３図
に直流ヒステリシスカーブを示してお（。

ｂｃｃＦｅ相が生成する結晶化温度より高い温度のに熱
処理条件において高飽和磁束密度で高透磁率が得られる
ことがわかる。

このように本発明合金は、非晶質合金結晶化させること
により得られる。また、磁歪も非晶質状態よりも著しく
小さくなり軟磁性材料としてよりより好ましい特徴もあ
ることが確認された。

本発明合金はＦｅ−３ｉ−ＡＩ合金以上の高飽和磁束密
度を有しており、μｅｌｋも１００００を超える場合も
あり、高磁束密度記録用の磁気ヘッド材やチョーク磁心
、高周波］・ランス、センサ材等に好適である。

実施例２ 第１表に示す組成の幅５ｍｍ、厚さ１５μｍの合金薄帯
を実施例１と同様な方法で作成し、直流Ｂ−１１１−レ
ーサによりＢ１００　ｌｌｃ、　ＬＣＲメータにより１
ｋｌｌｚの実効透磁率μｅｌｋ、　Ｕ函数針により１ｏ
ｏｋｌｌｚ、０．２Ｔの磁心損失Ｐｃを測定した。得ら
れた結果を第１表に示す。

なお、熱処理後の合金はいずれも粒径５００Å以下の微
細なりｃｃ槽構造結晶粒が主体の組織であった。

なお、第４図に第１表のＮｏ、　１合金の直流ヒステリ
シスカーブを示しておく。

本発明合金は、Ｆｅ−３ｉ　−Ａ　Ｉ合金やＣｏ基アモ
ルファス合金と同等以上の高飽和磁束密度を有しており
、μｅｌｋ＋ＪＦｅ−３ｉ合金等より高いため特に磁気
ヘッド用合金に好適である。

第 表 実施例３ 第２表に示す組成の幅５ｍｎ＋厚さ１５μｍの非晶質合
金薄帯を単ロール法により作製した。次にこの合金薄帯
を外径＋９ｕｍ、内径１５ｍｍに巻回しトロイダル磁心
を作製した。次にこの磁心をＡｒガス雰囲気中で５５０
’　Ｃ〜７００°Ｃの範囲で熱処理し結晶化させた。

熱処理後の合金はＸ線回折及び透過電子顕微鏡による組
織観察の結果粒径５００Å以下のｂｅｅ構造の結晶主体
であることが確認された。

次にこの合金薄帯からなるトロイダル磁心を作成し、１
ｋｌｌｚにおける実効透磁率μｅｌｋを測定し、次に６
００℃３０ｍ１ｎ保持後室温まで冷却し１ｋＨｚにおけ
る実効透磁率μｅ　ｌｋ”を測定した。μｅ　ｌｋ”　
／μｓｌｋを第２表に併せて示す。

本発明合金は、従来材に比べμｅｌｋ”／μｓｌｋが太
きく６００℃という高い温度でも磁気特性の劣化の小さ
い耐熱性に優れた特性を有することが判る。

このため、ガラスポンディングが必要な磁気ヘッド材、
高い温度で使用するセンサ材等各種磁心材に最適である
。

また本発明合金においては、Ｂ量が高い方がμｅｌｋ″
０／μｅｌｋが高い傾向にあり望ましい。

さらに比較例として示したようにＭ元素の量が本発明の
範囲より少ないとμｅｌｋ″０／μｅｌｋが低（耐熱性
の点で著しく劣る。

実施例４ 第３表に示す組成の合金膜をスパッタ法によりホトセラ
ム基板上に作製し５５０〜７００℃の範囲で熱処理を行
い結晶化させ、μｅ１Ｍ０を測定した。熱処理後の合金
はＸ線回折及び透過電子顕微鏡による組織観察の結果粒
径、５００Å以下のｂｅｅ構造の結晶主体であることが
確認された。

次にこの合金を５５０°Ｃの炉に装入し、１時間保持後
のμｅ　ＬＭ’を測定した。μｅ１Ｍ’／μｓ１Ｍ’を
第３表に示す。

本発明合金膜のμｅ１Ｍ’　／μ５１Ｍ０は比較材等に
比べｌに近い値であり、高温での磁気特性の劣化が小さ
く耐熱性に優れる。このため信頼性の高い磁気ヘッドを
製造できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、高飽和磁束密度、高透磁率で、かつ耐
熱性に優れた超微細結晶合金およびその製造方法を提供
できるためその効果は著しいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る熱処理前の非晶質合金のＸ
線回折パターン、第１図（ｂ）は本発明合金のＸ線回折
パターン、第２図は本発明合金の磁気特性の熱処理温度
依存性を示すグラフ、第３図及び第４図は本発明合金の
直流ヒステリシスカーブである。 Ｌ４面の浄１（慝・可に哀史なし） 第２図 熱処理温度（に） 熱処理温度（に） 第 ３ 図 第４図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成式： Ｆｅ＿１＿０＿０−ｘ−ｙＭｘＢｙ（原子％）で表され
   、ここでＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ
   、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種の元素で
   あり、４≦ｘ≦１５、２≦ｙ≦２５、７≦ｘ＋ｙ≦３５
   の関係の組成を有する合金であって、組織の少なくとも
   ５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ前記
   結晶がｂｃｃ構造の結晶を主体としたものであることを
   特徴とする超微結晶磁性合金。
2. （２）組成式： Ｆｅ＿１＿０＿０−ｘ−ｙ−ｚＭｘＢｙＸｚ（原子％）
   で表され、ここでＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍ
   ｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
   の元素、ＸはＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、Ｎからなる
   群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、４≦ｘ≦
   １５、２≦ｙ≦２５、０＜ｚ≦１０、７≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦
   ３５の関係の組成を有する合金であって、組織の少なく
   とも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ
   前記結晶がｂｃｃ構造の結晶を主体としたものであるこ
   とを特徴とする超微結晶磁性合金。
3. （３）組成式： Ｆｅ＿１＿０＿０−ｘ−ｙ−ｚＭｘＢｙＮａ（原子％）
   で表され、ここでＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍ
   ｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
   の元素、ＮはＡｕ、白金族元素、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｂ
   ｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選ばれた少
   なくとも一種の元素であり、４≦ｘ≦１５、２≦ｙ≦２
   ５、０＜ｚ≦１０、０＜ａ≦１０、７≦ｘ＋ｙ＋ａ≦３
   ５の関係の組成を有する合金であって、組織の少なくと
   も５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ前
   記結晶がｂｃｃ構造の結晶を主体としたものであること
   を特徴とする超微結晶磁性合金。
4. （４）組成式： Ｆｅ＿１＿０＿０−ｘ−ｙ−ｚ−ａＭｘＢｙＸｚＮａ（
   原子％）で表され、ここでＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、
   Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なく
   とも１種の元素、ＸはＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、Ｎ
   からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素、ＮはＡ
   ｕ、白金族元素、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ
   、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選ばれた少なくとも一種の
   元素であり、４≦ｘ≦１５、２≦ｙ≦２５、０＜ｚ≦１
   ０、０＜ａ≦１０、７≦ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ≦３５の関係の
   組成を有する合金であって、組織の少なくとも５０％が
   粒径５００Å以下の結晶粒からなり、かつ前記結晶がｂ
   ｃｃ構造の結晶を主体としたものであることを特徴とす
   る超微結晶磁性合金。
5. （５）組織の残部が非晶質であることを特徴とする請求
   項１及至４のいずれかに記載の超微結晶磁性合金。
6. （６）実質的に結晶相だけからなることを特徴とする請
   求項１及至４のいずれかに記載の超微結晶磁性合金。
7. （７）１０＜ｙ≦２０であることを特徴とする請求項１
   及至６のいずれかに記載の超微結晶磁性合金。
8. （８）粒径２００Å以下の結晶粒からなることを特徴と
   する請求項１及至７のいずれかに記載の超微結晶磁性合
   金。
9. （９）非晶質合金を製造する工程と、この非晶質合金を
   少なくとも５０％が粒径５００Å以下のｂｃｃＦｅ固溶
   体からなる組織とする結晶化熱処理を施す工程とからな
   ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の
   超微結晶磁性合金の製造方法。
10. （１０）熱処理を磁場中で行うことを特徴とする請求項
    ９に記載の超微結晶磁性合金の製造方法。