JPH03268306A

JPH03268306A - 軟磁性合金粉末

Info

Publication number: JPH03268306A
Application number: JP2067444A
Authority: JP
Inventors: Yoko Fujii; 陽子藤井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1991-11-29

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）この発明は、磁気シールド材やノイズフィルタ、変圧器
の磁心等として用いられる高飽和磁束密度、低鉄損、高
透磁率の合金粉末に関する。

（従来の技術）従来から変圧器等の磁心としてケイ素鋼、フェライトが
用いられてきた。しかし、ケイ素鋼は、飽和磁束密度は
高いものの、鉄損が非常に大きい。

一方、フェライトは電気抵抗が大きいため鉄損は小さい
ものの、飽和磁束密度が低いという欠点がある。

非晶質合金は、低鉄損、高透磁率を示すため最近注目を
集めている。しかし、非晶質合金は通常薄帯の形状で得
られるためＵ形、Ｅ形といった特殊な形状への加工が困
難である。

これらの欠点を解消するため、非晶質磁性合金の粉末を
作製したのち、これらをプレスして得られる非晶質圧粉
体が発明されている。非晶質磁性合金は主としてＰａ系
とＣｏ系に分けられるが、Ｆｅ系は飽和磁束密度は高い
が、鉄損と透磁率はＣｏ系に比べて劣る。一方、Ｃｏ系
は、軟磁性は鉄系に比べて優れているが、飽和磁束密度
が低いという欠点がある。また、Ｃｏは高価であるため
価格的に不利である。さらに非晶質合金は経時変化が大
きいという難点がある。

特開昭６３−３０４６０３号公報には、ＦＦｅ−Ｃｕ−
３ｉＢ−（ＭはＮｂ５Ｗ、Ｖ、Ｃｒ等）を主体とする微
細結晶粒からなる合金圧粉体が開示されている。これは
−旦、非晶質とした粉末を成形中あるいは成形後の熱処
理により結晶化させた圧粉体であり、高透磁率、低鉄損
を示す、また、結晶質であるため経時変化が小さい。

（発明が解決しようとする課題）現在、最も良好な特性を示すと考えられる上記特開昭６
３−３０４６０３号公報のＦＦｅ−Ｃｕ−３ｉ−Ｂ−合
金圧粉体でさえも飽和磁束密度は比較的小さい。

また、通常、粉末の製造はガスアトマイズ法によって行
われるが、この方法では冷却速度が比較的遅いため、非
晶質となる粉末は粉末粒径の非常に小さいものに限られ
、歩留りが悪くなる。したがって、汎用化のためにはさ
らに非晶質形成能の高い合金組成が要求される。

本発明の目的は、高い飽和磁束密度、高いｉ！ｉｍ率、
低い鉄損を示す軟磁性合金粉末を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の要旨は、下記の合金粉末にある。

「一般式、Ｆｅ＋　１１１１−１１−Ｆ−１１ＣＬＩＩ
Ｉ　Ｐ　ｙ　Ｃ＊　（但し、Ｘ　＋　Ｙ　＋２は原子％
を表す）で示される組成を有し、０．１≦ｘ≦３．３≦
ｙ≦２５．０．１≦Ｚ≦１５．１２≦ｙ＋ｚ≦２５であ
り、平均結晶粒径が５００Å以下である軟磁性合金粉末
１上記の一般式で表される組成中のＦｅは、その−部を次
の原子で置換することができる。なお、下記の各元素の
原子％は、合金全体を１００原子％とした場合の原子％
である。

■　原子％で３０％以下のＣｏまたは／および１０％以
下のＭｌ。

■　原子％で、それぞれ１０％以下のＳｉ、　Ｇｅ、　
ＲｕおよびＧａ、ならびに３％以下の八ｌのうちの１種
または２種以上、ただし、これら５元素の合計含有量は
１０原子％以下とする。

■　原子％で、それぞれ５％以下のＣｒ、　Ｍｎ、　Ｍ
ｏ、訂およびＴａ、ならびにそれぞれ３％以下のＴｉ、
Ｖ、、Ｚｒ、　ＮｂおよびＷのうちの１種または２種以
上、ただし、これら１０元素の合計含有量は５原子％以
下とする。

さらに上記■〜■の群の２群以上から選択した原子でＦ
ｅを置換することもできる。

（作用）前述のＦｅ−Ｃｕ−３ｉ　−Ｂ　−Ｍ系の結晶質合金は
、ｉ旦非晶質合金として製造したものを熱処理して結晶
化させたものであり、その結晶は平均粒径で５００Å以
下の微細な準安定ｂｃｃ相である。磁気特性の改善には
このような結晶粒の微細化が必要であり、Ｍ　（Ｎｂ、
　Ｗ、　Ｚｒ％Ｃｒ等）は非晶質から微細結晶を析出さ
せるのに必須であると考えられている。

本発明の合金は、基本的にはＦｅ−Ｃｕ−Ｐ−Ｃ系と言
うべきものであるが、この系においてもＣｕが上述の系
と同様に非晶質から微細ｂｃｃ結晶粒を析出させるのに
存効である。しかもｂｃｃ相に結晶化したＦｅ−Ｃｕ−
ＰＣ系合金は、ＦＦｅ−Ｃｕ−５ｉ−Ｂ−系の結晶質合
金よりも磁束密度が高い、また、Ｂよりも安価なＰ、Ｃ
を原料とするため経済的にもを利である。さらに、本発
明合金は製造が非常に容易であり、大量生産に適してい
る。

以下、本発明合金の組成を前記のように定めた理由を説
明する。なお、特にことわりのない限り％は原子％を意
味する。

Ｆｅ：高い飽和磁束密度と準安定ｂｃｃ相の確保のためＦｅを
主体とする組成とする。

Ｃｕ：非晶質から磁気特性の優れた準安定ｂｃｃ相を析出させ
るのに寄与する。　Ｃｕが０．１％未満では準安定ｂｃ
ｃ相が十分に晶出せず、３％を超えると非晶質化が困難
になる。従って、適正なＣｕ量は、０．１〜３％である
。

ＰおよびＣ：これらの元素は、結晶化に先だって非晶質合金を製造す
る際にその非晶質化に寄与する。これらの元素の合計含
有量が１２％未満ではこの目的は達成されない、また、
合計含有量が２５％を超えると飽和磁束密度の著しい低
下を招く、従って、これらの合計含有量は１２〜２５％
にしなければならない。

なお、好ましいＰ量は３〜２５％、Ｃ量は０．１〜１５
％である。

ＣＯ：飽和磁束密度を高めるのに有効であり、３０％以下の範
囲でＦｅの一部との置換が推奨される。　Ｃｏが３０％
を超えると準安定ｂｃｃ相への結晶化が困難となる。

Ｎｉ　：磁歪を減少させるのに寄与し、１０％以下の範囲でＰｅ
の一部との置換が推奨される。Ｎｉが１０％を超えると
準安定ｂｃｃ相への結晶化が困難となる。

Ｓｉ、　Ｇｅ、　Ｒｕ、　ＧａおよびＡｉ：これらは、
結晶磁気異方性を減少させるのに寄与する。ただし、Ｓ
ｉ、　Ｇｅｓ　Ｇａ、　Ｒｕがそれぞれが１０％を超え
ると飽和磁束密度の著しい低下を招く。

またＡｉが３％を超えると非晶質化が困難になる。

なお、これらの元素は複合添加してもよいが、その場合
、合計含有量は１０％以下でなければならない、１０％
を超えると飽和磁束密度の低下を招く。

ＣｒＳＭｎＳＭｏ、　Ｏｆ、　Ｔａ５Ｔｉ、、Ｚｒ５Ｖ
％ＮｂおよびＷ：これらの元素は、析出する結晶粒子の
微細化に寄与し、ＣｒＳＭｎ、　Ｍｏ５Ｈｆ、　Ｔａに
ついてはそれぞれ５％以下、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｖ、　Ｎ
ｂ、　Ｗニツイｒはそれぞれ３％以下の範囲でＦｅの一
部との置換が推奨される。　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｍｏ、　
Ｏｆ、　Ｔａが５％を超えると飽和磁束密度が低下する
。また、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｗが３％を超
えるとＣとの化合物が生成し、非晶質化が困難となる。

これらの元素は１種でも、また２種以上組み合わせてで
も使用できる。２種以上を用いる場合は、その合計含有
量を５％以下としなければならない。

総量が５％を超えると飽和磁束密度が低下する。

なお、本発明合金では、不可避的に含有されるＮ、０、
Ｓ等の不純物が通常のレベルで含まれていても差し支え
はない。

本発明合金は、粉末として利用される０本発明合金を粉
末にするには、アトマイズ法、キャビチーシラン法等、
公知の液体急冷法が利用できる。

本発明合金は、前述の組成を有することにより、普通の
液体急冷法の冷却速度でも、作製直後の粉末は主として
非晶質になる。粉末中には若干の結晶相を含むものがあ
ってもかまわないが、後の熱処理により微細な結晶粒を
均一に生成するためにはできるだけ多くが非晶質である
ことが望ましい。

粉末の状態で、またはこれを圧粉体にしてから後述する
熱処理を施して結晶化させるのであるが、この熱処理後
によって析出するｂｃｃ相の結晶は５０体積％以上であ
ればよい、言い換えれば、５０体積％未満であれば非晶
質のまま存在していても磁気特性は変わらない、しかし
、共存する非晶賀相が５０体積％以上になると軟磁性は
劣化する。

本発明の合金粉末を圧密化して圧粉体とするには、結晶
化温度近傍で加圧する方法や無機フェス等の耐熱性のあ
る結合材を添加し、室温で加圧し、その後熱処理する方
法等、公知の製造方法を用いることができる。

前記のとおり、熱処理は粉末の状態でも圧粉体とした後
ででも行うことができる。熱処理雰囲気は、真空中、ま
たは水素、窒素、Ａｒ等の非酸化性ガス雰囲気とし、結
晶化開始温度以上の所定温度に一定時間保持するか、あ
るいは所定の温度まで適当な加熱速度で加熱したのち冷
却する。熱処理温度は一般的に３５０℃〜５００℃で、
保持時間はおよそ２４時間程度まででよい。

上記の熱処理によって析出する結晶の平均粒径は、５０
０Å以下でなければならない、５００人を超えると軟磁
性が劣化する。なお、平均結晶粒径は、透過型電子顕微
鏡を用いて倍率１０万倍で観察し、結晶粒（はぼ円形）
１００個の測定値の平均値を算出することによって求め
られる。

このような微細結晶粒は、前記の熱処理によって得られ
る。しかしながら、粉末作製直後、結晶相がすでに析出
しているものでは、熱処理により析出結晶が粗大化し軟
磁性が劣化する可能性がある。従って、歩留りは非晶質
形成能に強く依存する。

粉末作製直後にすでに析出しているｂｃｃ結晶粒は、特
に粉末径の大きい（即ち、冷却速度の遅い）粉末では粗
大である。この粗大結晶粒は、熱処理によって更に粒成
長をおこし軟磁性を劣化させる。このような理由から、
粉末作製直後はできるだけ非晶質相の比率が高い方が望
ましい。

〔実施例１〕ＦｅｔｍＣ（ｌｅ、　ｓＧ４！ｉ　Ｐ　ｒａ　Ｃｉｓｉ
書、　＊　（添え字は原子％）なる組成の溶湯から、水
アトマイズ法により粉末を作製した。粉末の平均粒径は
約４０ｐ−で、約７０重量％が８０ｔｔ園以下の粒径の
ものであった。この粉末をメツシュにかけ２０μ層以下
、２０〜５０μｍ、　５０〜８０μ■、８０μ曽以上の
粒径の粉末にふるい分けた。

第１図は、ＸｖＡ回折によって粒度ごとに結晶化状態を
調べた結果である。２θが５３°の辺りのピークが鮮明
なもの程、結晶化率が高い、２０μｍ以下の粉末は実質
的に非晶質であり、２０〜５０μ−では非晶質中にわず
かのｂｃｃ相を含み、５０μ請以上では非晶質とｂｃｃ
との混合相となっている。

８０ａ＃１以上の粉末は、約９０体積％のｂｃｃ相と約
１０体積％の非晶質相からなる。

この非晶質粉末の結晶化開始温度を示差熱分析測定によ
り調べたところ３８９℃であった。これらふるい分けた
粉末をそれぞれ内径３０ｍｍ、外径３５ＩＩ１１のサイ
ズのリング状にプレス成形し、第２図に示す各熱処理温
度まで２０℃／ｓ＋ｉｎの速度で加熱して、１分間保持
したのち室温まて冷却して透磁率を調べた。その結果を
第２図に示す。

第２図から、８０μ−以下の粒径の粉末は、結晶化開始
温度以上での加熱によって、１０００以上の高透磁率を
示すことがわかる前記のとおり、この実施例では、得られた粉末の約７０
重量％が８０μ−以下であり、これが、熱処理により１
０００以上の高透磁率の粉末になるから、優れた軟磁性
材料として使用できる粉末製品としての歩留りは約７０
％ということになる。

一方、比較例として、既知のＰｅ□−５ｉ、４８ｍ合金
を使用し、実施例と同じ条件で粉末を作製した。得られ
た粉末のおよそ２０重量％が直径が２０μ海以下で、非
晶質であった。第３図に示すように、これは５００℃ま
で１０００程度の高透磁率を示した。粉末の約８０重量
％は、作製直後に既に金属間化合物が析出しており、ま
た結晶粒が粗大であるため高透磁率を示さなかつた。つ
まり、歩留りは約２０％であった。

〔実施例２〕第１表に示す組成の粉末を＾ｒガスアトマイズ法により
作製した。これをメツシュにかけ、５０μ嘗以下の粒径
の粉末から、前記のサイズのリング状試験片をプレス成
形し、第り表に示す各温度で１時間の熱処理を行い、鉄
損、透磁率および飽和磁束密度を調べた。比較例は、現
在よく知られているＦｅ−５ｉ−Ｂ非晶質合金粉末で、
同じ条件で作製した試料である。

第１表に明らかなとおり、本発明合金は、非晶質のＦｅ
−５ｔ−Ｂ合金（Ｎａ２４）に較べて透磁率がはるかに
高く、鉄損は小さい。

（発明の効果）本発明の合金粉末は、通常の液体冷却による粉末製造法
でも大部分が非晶質として得られるものであり、これを
熱処理することにより微細なりｃＣ結晶を主体とするも
のになる。この合金粉末は、低鉄損、高透磁率で且つ高
い飽和磁束密度有し、しかも結晶質であるため温度安定
性にも優れている０本発明の合金粉末は、ノイズフィル
ターの磁心等に成形して用いる優れた軟磁性材料として
広く利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例で作製した合金粉末の粒度ごとの結晶
化傾向を示すＸ線回折図形である。第２図は、ＦｅｔｗＣｕ＊、　５Ｇｅｓ　Ｐ　＋　ｓ　
Ｃｓｓｉ　＊、　ｓの合金の圧粉体の透磁率と、熱処理
温度との関係を示す図である。第３図は、Ｆｅ＋ｓＳｉ＋４Ｂ＊合金の圧粉体の透磁率
と、熱処理温度との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一般式、Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿ｘ＿−＿ｙ＿−
＿ｚＣｕ＿ｘＰ＿ｙＣ＿ｚで表される組成を持ち、平均
結晶粒径が５００Å以下である軟磁性合金粉末。但し、ｘ，ｙ，ｚは原子％で、０．１≦ｘ≦３、３≦ｙ≦２５、０．１≦ｚ≦１５、１
２≦ｙ＋ｚ≦２５である。
（２）Ｆｅの一部が、原子％で全体の３０％以下のＣｏ
または／および全体の１０％以下のＮｉで置換されてい
る請求項（１）に記載の軟磁性合金粉末。
（３）Ｆｅの一部が、原子％でそれぞれ全体の１０％以
下のＳｉ、Ｇｅ、ＧａおよびＲｕならびに全体の３％以
下のＡｌの１種または２種以上で置換されており、かつ
前記５元素の合計含有量が１０％以下である請求項（１
）または（２）に記載の軟磁性合金粉末。
（４）Ｆｅの一部が、原子％でそれぞれ全体の５％以下
のＣｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＨｆおよびＴａ、ならびにそれぞ
れ全体の３％以下のＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、ＮｂおよびＷの１
種または２種以上で置換されており、かつ前記１０元素
の合計含有量が５％以下である請求項（１）から（３）
までのいずれかに記載の軟磁性合金粉末。