JPH03249151A

JPH03249151A - 超微結晶磁性合金およびその製法

Info

Publication number: JPH03249151A
Application number: JP2046620A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Yoshizawa; 克仁吉沢; Yoshio Bizen; 嘉雄備前; Kiyotaka Yamauchi; 山内　清隆
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1991-11-07
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JP2934471B2

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し、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、
特にトランス、チョークコイル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、チョークコイル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や金属系の珪素鋼やアモルファス合
金等が主に用いられていた。

［発明が解決しようとする課題］しかし、フェライトは飽和磁束密度が低く、透磁率の周
波特性が高周波領域までフラットなものは透磁率が低く
、低周波領域で透磁率が高い材質は、比較的低い周波数
から透磁率が低下する問題がある。また、Ｆｅ−５ｉ−
Ｂ系アモルファス合金や珪素鋼等のＦｅ系の金属磁心材
料は耐蝕性が劣る問題や高周波磁気特性が十分でない問
題がある。

ＣＯ基アモルファス合金の場合は経時変化が大きく信頼
性が低い問題がある。

［課題を解決するための手段］上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等はＧｏ−Ｆ
ｅ−Ｂ系の結晶質合金において比較的Ｂ量が多くかつＮ
ｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ等の遷移金属を含む合金が超微細
な結晶粒組織となり、高周波における優れた軟磁気特性
と、優れた耐熱性を示す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：ＧＯ＋ｓｅ−ｂ−ｘ−ｙＦｅｂＭｘＢｙ　（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、０≦ｂ≦３０，２≦ｘ≦１５゜１０≦
ｙ≦２５．１２≦ｚ＋ｙ≦３５　　の関係の組成を有す
る合金であって、かつ組織の少なくとも５０％が粒径５
００Å以下の結晶粒からな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
化および磁歪や結晶磁気異方性の調整に効果がある。Ｎ
は必須の元素でありＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ。

Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１
種の元素である１Ｍ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。Ｍ　Ｊｉ　ｘ　＋　Ｂ　ＪＩ
　Ｖ及びＮとＢの総和Ｘ＋ｙをそれぞれ　２≦ｘ≦１５
　、１０≦ｙ≦２５．１２≦ｚ＋ｙ≦３５に限定したの
は下限をはずれると軟磁気特性が劣化したり耐熱性が悪
くなり、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。Ｆｅ量すはＯ≦ｂ≦３
０が望ましく、この範囲で比較的高い透磁率が得られる
。特に好ましい範囲は、５≦ｘ≦１５．１０≦ｙ≦２０
．１２≦ｘＱ≦３０である。

この範囲で特に高周波軟磁気特性に優れかつ耐熱性に優
れた合金が得られる。

本発明の合金はＣＯ結晶粒を主体とする合金でありこの
ほかにＢ化合物が形成していると考えられる。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もあるが、１００％結晶の場合も
十分優れた軟磁気特性を示す。本発明合金は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。本発明
においてＮとＢは熱処理により超微細で均一に分散した
化合物を形成し、Ｇｏ結晶粒の成長を抑える効果を有す
る。このため、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。

また、組成式：％式％ここでＮはＴｉ　、Ｚｒ、Ｈｆ　、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ｃｒ、ＪＭｎ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、０≦ｂ≦３０，２
≦ｘ≦１５．１０≦ｙ≦２５．０＜ｚ≦１０゜１２（ｘ
＋ｙ＋ｚ≦３５　　の関係の組成を有する合金であって
、かつ組織の少なくとも５０％が粒径５００Å以下の結
晶粒からなることを特徴とする超微結晶磁性合金も前述
の合金と同様な特性が得られ磁心材に適している。ここ
で、Ｓｔ、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、磁歪を調整したり
、結晶磁気異方性を調整する効果がある。Ｍ量ｘ、　Ｂ
量ｙ、　ＸＪｌｚ、　Ｍ量ＢｊｌＸ量の総和ｘ＋ｙ＋２
をそれぞれ２≦ｘ≦１５．１０≦ｙ≦２５．０＜ｚ≦１
０．１２＜ＩＱ＋ｚ≦３５に限定したのは、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や耐熱性
の劣下が起こり、Ｘ以外の元素は下限をはずれると軟磁
気特性が劣化するためである。特に好ましい範囲は５≦
ｘ≦１５．１０≦ｙ≦２０．０＜ｚ≦１０．１２（ｘ＋
ｙ＋ｚ≦３０であり、この範囲で特に優れた軟磁性が得
られる。

また、組成式：％式％）選ばれる少なくとも１種の元素、ＸはＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、
Ｇａ、ＡＩ、Ｎからなる群から選ばれた少なくとも一種
の元素、ＴはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、白金族元素、Ｎｉ、Ｓ
ｎ、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、０≦ｂ≦３０，２≦ｘ≦１５．１０≦ｙ≦２５．０
＜ｚ≦１０゜０＜ａ≦１０．１２＜ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ≦３
５　　の関係の組成を有する合金であって、かつ組織の
少なくとも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなる
合金も前述の合金と同様な特性が得られ磁心材に適して
いる。ＴはＣｕ＋Ａｇ＋ムＵ、白金族元素、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、耐蝕性を改善したり、
磁気特性を調整する効果を有する。ＴＪｌａは１０原子
％以下が望ましく１０原子％以下が望ましく１０ｙＸ子
％を越えると著しい飽和磁束密度の低下を招く。本発明
の合金はＧｏ結晶を主体とする合金であり、Ｂ化合物が
一部形成している場合が多い。

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、これを加熱し熱処理を行い結晶化させ、組織の
少なくとも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなる
組織とする工程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、双ロール法、回転液中
紡糸法やアトマイズ法等の液体急冷法により製造する。

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５００Å以下
の結晶粒からなる組織とし前記合金を製造する。結晶化
の際Ｂ化合物が形成し組織の微細化がはかれる。形成す
るＢ化合物はＮ元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｅｌｆ、Ｖ、Ｎｂ，
Ｍｏ，Ｔａ、Ｃ，ｒ、Ｗ、Ｋｎ）との化合物等であると
考えられる。本発明に係わる熱処理は通常４５０’　Ｃ
以上８００’　Ｃ以下であり、非常に高い温度で熱処理
可能である。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
性を改善する二とができる。結晶化熱処理後に磁場中熱
処理することも可能である。また、ロール等の温度を上
げ冷却条件をコントロールすることによりアモルファス
状態を経ず直接本発明合金を製造することもできる。

［実施例］以下本発明を実施例にしたが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％、８２２％、残部実質的にＣｏからな
る組成の合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅５ｍｍ
厚さ１２μｍの非晶質合金薄帯を作製した。

熱処理前のＸ線回折パターンを第１図に示す。

アモルファス合金特有のハローパターンを示した。この
合金の結晶化温度は４８０°Ｃであった。次にこの合金
薄帯を外径１９ｍｍ、内径１５ｍｍに巻回しトロイダル
磁心を作製し、この磁心をＡｒガス雰囲気中４００°Ｃ
から７００″Ｃの範囲で１時間熱処理し結晶化させた。

７００°Ｃで熱処理した場合のＸ線回折パターンを第２
図に示す、７００°Ｃで熱処理後の合金はｘｊ１１回折
及び透過電子顕微鏡による組織観察の結果平均粒径５０
０Å以下のＧｏおよびＢ化合物からなる超微細結晶粒か
らなることが確認された。

第３図に１ｋＨｚにおける実効透磁率μｅの熱処理温度
依存性、第４図に飽和磁歪λＳの熱処理温度依存性を示
す。

これらの図より結晶化温度を越える高い熱処理温度にお
いても軟磁気特性が得られその値はアモルファス合金に
匹敵することがわかる。また飽和磁歪はアモルファス状
態の負の値から結晶化温度を越えると零を横切り７００
°Ｃでは約＋ｌ　Ｘ　１０−”程度の正の値を示す、結
晶化した本系合金は非常に低磁歪であることがわかる。

次に４００°Ｃで熱処理したアモルファス状態の合金か
らなる巻磁心と７００゜Ｃで熱処理した結晶質の合金か
らなる巻磁心を１２０°Ｃに１０００時間保持し１ｋＨ
ｚの実効透磁率μｅｔｔＲ１１定した。アモルファス状
態の合金は初期の値の８０％まで値が減少したのに対し
て本発明合金は９７％の値であり経時変化が小さいこと
が確認できた。

実施例２第１表に示す組成の幅５ｍａ＋厚さ１８μｍ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１９＋＋＋ｍ、内径１５ｍ１１＋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〜８００’　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ＣｏおよびＢ化合物か
らなる超微細結晶粒からなることが確認された。

透磁率が著しく高く、磁心損失が低（耐蝕性にも優れて
いるためトランス材、チョーク相等各種磁心材に最適で
ある。

第表０　良好八　普通 ×　悪い実施例３原子％でＮｂ７％、Ｔａ２％、Ｆｅ５％、８２３％、残
部実質的にＣＯからなる組成の合金溶湯を減圧したヘリ
ウムガス雰囲気中で単ロール法により急冷し、厚さ６μ
ｍの非晶質合金薄帯を作製した。次にこの合金薄帯表面
に電気泳動法によりＭｇＯ粉末を約０．５μｍつけた後
外径１５ｍｍ内径１３ｍｍに巻回しトロイダル磁心とし
た。次にこの磁心をアルゴンガス雰囲気中で薄帯幅方向
に磁場を印加しながら磁場中熱処理を行った。保持温度
は７００°Ｃ１磁場は４００００ｅ冷却は約５’　Ｃ／
ｗｉｎで行った。熱処理後の合金は結晶化しており、粒
径５００Å以下の超微細な結晶粒組織を有していた。

第５図に熱処理後の本発明磁心の磁心損失の周波数依存
性を示す、比較のためフェライト磁心の磁心損失を示す
。

本発明合金は低損失であり、高周波トランス等に有望で
あることがわかる。

［発明の効果］本発明によれば、高透磁率低損失で、耐蝕性に優れかつ
耐熱性経時安定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図は本発明合金の熱処理前のＸ線回折パターンを示
した図、第２図は７００’　Ｃで熱処理した場合の本発
明合金のＸ線回折パターンを示した図、第３図は実効透
磁率と熱処理温度の関係を示した図、第４図は熱処理温
度と飽和磁歪の関係を示した図、第５図は本発明合金に
よる磁心の磁心損失を示した図である。箪因第因第因熱処理温度（Ｃ”）第因一計第図周波数（にＨｚ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）組成式：Ｃｏ＿１＿０＿０＿−＿ｂ＿−＿ｘ＿−＿ｙＦｅ＿ｂＭ
＿ｘＢ＿ｙ（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、０≦ｂ≦３０，２
≦ｘ≦１５，１０≦ｙ≦２５，１２≦ｘ＋ｙ≦３５の関
係の組成を有する合金であって、かつ組織の少なくとも
５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなることを特徴
とする超微結晶磁性合金。
（２）組成式：Ｃｏ＿１＿０＿０＿−＿ｂ＿−＿ｘ＿−＿ｙ＿−＿ｚＦ
ｅ＿ｂＭ＿ｘ＿Ｂ＿ｙＸ＿ｚ（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Ｓ
ｉ，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、０≦ｂ≦３０，２≦ｘ≦
１５，１０≦ｙ≦２５，０＜ｚ≦１０，１２≦ｘ＋ｙ＋
ｚ≦３５の関係の組成を有する合金であって、かつ組織
の少なくとも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からな
ることを特徴とする超微結晶磁性合金。
（３）組成式：Ｃｏ＿１＿０＿０＿−＿ｂ＿−＿ｘ＿−＿ｙ＿−＿ｚ＿
ａＦｅ＿ｂＭ＿ｘＢ＿ｙＸ＿ｚＴ＿ａ（原子％）で表さ
れ、ここでＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，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、ＴはＣｕ，Ａｇ，Ａｕ
，白金族元素，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、０≦ｂ≦３０，２≦ｘ≦１５，１０≦ｙ≦２５，０
＜ｚ≦１０，０＜ａ≦１０，１２≦ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ≦３
５の関係の組成を有する合金であって、かつ組織の少な
くとも５０％が粒径５００Å以下の結晶粒からなること
を特徴とする超微結晶磁性合金。
（４）組織の残部が非晶質であることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の超微結晶磁性合金。
（５）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乃至３のいずれかに記載の超微結晶磁性合金。
（６）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乃至５のいずれかに記載の超微結晶磁性合
金。
（７）非晶質合金を製造する工程と、これを加熱し熱処
理を行い結晶化させ、組織の少なくとも５０％が粒径５
００Å以下の結晶粒からなる組織とする工程とからなる
ことを特徴とする前記超微結晶磁性合金の製造方法。
（８）非晶質合金を製造する工程が単ロール法、回転液
中紡糸法、アトマイズ法等の液体急冷法であることを特
徴とする請求項７に記載の超微結晶磁性合金の製造方法
。
（９）熱処理を磁場中で行うことを特徴とする請求項７
に記載の超微結晶磁性合金の製造方法。