JPH04110450A - アモルファス合金 - 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、高周波磁界において、優れた高透磁率腸性な
いし高角形磁気４．５性を発揮するＣｏ系アモルファス
合金の靭性の改良に関する、。

〔従来の技術１ 従来、スイッチング電源のコモンモー１り゛チョークコ
イル、磁気ｌ＼ラッド磁気センサー等の高透磁率イヌ料
には、フェライ１へか、また、スイッチング電源の可飽
和リアクトルやノイズアブソーバ等高角形比紀料には、
５０↑４ｉ−Ｆｅ合金ストリップよりなる巻磁心が、そ
れぞれ使われてきた。

フェライトは、渦電流４イ１が少ない利点はあるが、飽
和磁束密度が低く、温度特性が悪いという欠点があった
。また、５ＯＮ、１−Ｆｅ合金は、飽和磁束密度が高く
、低周波数域における角形比は高いものの、渦′氾流扛
１、ヒステリシス損が大きく、高周波用途には対応でき
ない。

このため、フェライトに比して磁束密度が高く、５０　
Ｎ　ｉ−Ｊ”″ｅ合金など結晶金属に比して渦ｉ′じ流
損を含むコア損失が小さい１１′ｂ周波磁性４Ｊ　ＩＥ
Ｉとして、アモルファス磁性合金が有望視され、主に巻
磁心として上記二様の用途に実用されるようになった。

３特にＧｏを’　７１；素とし、これにＦｅ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ等原子の最外殻電子数がＣｏに近い元素を夕景添加す
ることによって、飽和磁歪定数を零に近づけたＣｏ糸の
アモルファス合金は、保磁力が小さく、ＩＩす（磁性制
別として最も優れた累月ということができる。］１ｆｉ
周波帯域においても、電気抵抗がｉＴ’ｉｉ　＜がつ１
５〜５０μ■１の薄肉リホ゛ンどして使用されることが
ら、渦電流損失が低くフェライトど同等以上の低損失特
性を有している。

上記磁歪が零ないし零に近いＣ〕○系アモルファス合金
は、キューリー温度以上、結晶化温度以下の温度て加熱
保４［、）後、′ｌ’：”；　温に１０°Ｃ／ｌ、ｃｃ
以玉の冷却速度て急冷する熱処」］）を施すことによっ
て、透磁率を高めて、コモンモードチョークコイル、磁
気ｌ＼ラッド各種磁気センサーに供しブ巳り、磁界生焼
なまし一冷却処理によって磁路方向に一軸異方性をイ・
」−ｊ′ｊシて角形比を高め、可飽和リアタトルやノイ
ズアツソーハ等に実用されている。なお、両用途とも添
加元素として、上記以外の広義の遷移金属元素？一種種
属、含むことによって、熱的安定性を１坊めたり、飽和
磁歪定数を微細に調整することか行なわれている。

［発明が解決しようどする課題」 従来各種インダクター、センザー等磁性部品は、単ロー
ル法により、１５〜３０μＩｌｌの厚みのアモルファス
リボンを製造した後、主に以下２様の方法で製品形状に
仕−にげられている。

−・づは、巻磁心とする方法て、所定幅のアモルファス
リボンを、コア山積率を高めるため、適当の’ｊ）１４
力（数に５　ｆ　／　ｍｍ　’−数］、　Ｏｋ［ｆ　／
　ｎ＋＋ｎ　’　）を負荷しつつｌ□−ロイダル形状に
巻き回した後、最適熱処理が施される。−・つば、積層
磁心とする方法で、リボンを４′」抜きブ１ノス（金型
）で］」抜くか、フオ［・エツチングにより強酸等で化
学的に成形した一枚ずつのコア単位に、最適熱処理を施
し、た後　接着剤等により複数桟積；・、ａ　Ｌ、、コ
アとするものである。両者とｂ、力１１工に供されるリ
ボンは、溶湯急冷１に５に予め所定の幅に製造されるか
、ないしは広幅リボンを超硬合金、高速度鋼等のス１）
ツタ−刃によって切断して所定幅に調整される。

したかって、アモルファスリボンを加工して製品化する
には、コア巻き工程での張力に則えつつコア巻きルーテ
、インク途中のベンディングによる（４ル１ｔｌｔのな
いこと、ＦＴ抜きプレスやスリット中にリボンの破断、
′１１、ｌＪ、Ｉｂ′、１］が弁内しないことか波求沿
れ、こ第１には溶湯急冷ままのリボンに高い靭性があり
、かつそれが均一に確保されていることが要求される。

、、　ｋＵ　ｆ）ｌＪ的にせよ脆い部分が存在すること
は、加工中の割れ、破断に直結し、加工の停止、加］二
歩留の低下等を来たし好上しくない。

上記アモルファスリボンの靭性の確保は、従来主どして
化学組成とリボン製造条件の両面からアモルファス形成
能として指針が与えられてきた。

組成の面では、アモルファス形成元素としての゛１′金
！δ１、ギ（よび熱的安定性、磁気特性の向上に寄与す
る遷移金属の種類、組合せ、配合量の最適化がなされ、
アモルファスを得るための臨界冷却速度やアモルファス
どなるための臨界最大板厚との相１ｖ）が求められた。

例えば、１１．Ｎａｋａ、　Ａ、Ｉｎｏｕｅ　ａｎｄＴ
、ＭａｓｕｍｏＬｏ　：　Ｓｃ、ｉ　、　Ｒｅｐ、ＲＩ
ＴｔｌＡ２９（１，９８１）↑８４．では、最も形成能
の高いどされる５ｉ−Ｂの］］”金金属台ぜて、（二ｏ
−３ｉ−Ｂ３元合金の臨界厚さが実勝！的に求ソ）られ
、ＣＯ１２，ＢＳ、’：、１−１ｉａで最大値を示すこ
とか示されている。また、Ｍ、ＩＩａｇｉｗａｒａ、　
Ａ、　１ｎｏｕｅａｎ（ｌ　　Ｔ、肚ｔｓｕｍｏｔｎ　
　：　　Ｍａｔｃｒｉａｌｙ、　Ｓｒ＋１ｅｎｃｃ　　
ａｎｄ丁５ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　　５／］（１９８
２）　　１９７−２０７．　で　は、　　（Ｃｏ　　、
　。

アＭ　ｙ’）？１．Ｉ　Ｓｉｌ＋、５Ｆ３＋ｈてＭとし
て、１２元素を最大Ｘ＝２０よで添加したときの１″、
）ｉｉ５界厚さが・＞１多告され、１’ｌＡ４界厚さを
高めるためには’Ｉ’ａ、　Ｎｂ、　Ｖ　、Ｍｏ、ＷＦ
ｅの各元素の一定量までの添加が有効で、効果はこの順
に高いことか述べられている。

リボン製造条件の面では、具体的な単ロール法の製造パ
ラメータに触れるものはないが、たとえば増本健、齢木
謙爾、藤森啓安、橋本功二；アモルファス金か１０基礎
、オーム字１刊（１９８２）　Ｐ、３／］には、各組成
固有の１−１．１１界冷却速度を超える冷却性１度が確
保されることが必要であること、また同文献Ｐ　、　ｌ
　５には、冷却速度は主として、冷却用回転体の月質（
熱伝導度、熱容量など）と融体の厚さにほぼ依存し、融
体の厚さは噴出量（ノズル孔月法と噴出圧力に依存）と
回転体の周速との相力関係ににり決まることが述べられ
ている。

しかしながら上記の知見は、アモルファス形成能に列す
る主７１．素および板厚の−・般的影響を記述するにｈ
（４７；４、す、アモルファスリボンの靭性（ｉｉｌ、
保、なかんずく局ｊζ［Ｓ的な脆性の改良という品質の
均一性の観点では不十分なものである。ずなわぢ、現実
に適用し得るＡシ料組成は、・靭性より１１Ｊ最適熱処
理後の高周波磁性の観点から設定されるため、必ずしも
最大板厚をなず組成とはならないこと、仮に最大板厚な
いしその近傍組成となっても高周波磁性上有効な１５〜
３０μｍｌｌのりホンの局部的な脆性の改良とは直接つ
なからないという問題があった１゜本づ旧す」の目的は
、磁歪の低いＣｏ系アモルファス合金リボンのコア、セ
ンサー等最終製品に至るまでの各種加工二ロ程で必要な
靭性を向上させること、特に局部的な脆性を改良して、
均一・な晶質をｔｌ）ることである。

〔課題を解決するための、−ｆ−段１ 上記目的に鑑み、鋭忌検問の結果、本発明者は、いわゆ
る磁、歪を零ないし零近傍に調整し、磁場中熱処理を施
して亮角形比と低損失ｑ１ｙ性を得る１、あるいは高透
磁率を得るためキュリー温度以」二結晶化温瓜以ドの温
度において加熱保持後常温に１０　’Ｃ／！、ｅ〔２以
上の冷却速度で急冷する熱処理を施して実一 用に供されるＣＯ系アモルファス合台において、不純物
元素としてＣＬＩを低減することによって、該Ｃｏ系ア
モルファス合金の溶湯急冷状態の靭性が向」−すること
を見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明は、 基本組成（Ｃｏ、−８−ｂ、４Ｎｉ８ＦｅｂＭｎｏ）ｘ
Ｍ２ここに、 Ｍ：Ｃ，Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元素の一種」ン、
−［二 で、ｘ、ｚは原子％であって、 ｘ　＋ｚ　＝］、００ ］３≦ｚ≦２８ ａ、Ｊｃは原子比であって、 Ｏ≦ａ≦０．２０　０≦ｂ≦０．２０ Ｃ≦ｃ≦０．２０ で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×ｔｏ−ｎ
以内のアモルファス合金であって、不可避不純物である
Ｃｕ含商邦（重量）が１５Ｐ、Ｐ、Ｍ以下であることを
特徴とするアモルファス合金である。

本発明において、Ｃ１１の低減によって、溶湯急冷まよ
のアモルファスリボンの靭性が向−］−１する。

この場合の靭・［４［とは、従来なされてきたような１
８０’密着曲げ可能か台かとか、あるいは完全ツ１］１
塑刺体に仮定しての曲げ歪灼では検知できない程度のも
のである。

本発明の靭性評価は、リボン長子方向の任５Ｇ：の位箔
′で、リボンを幅方向に１０ｍ＋ｎ／ｓｅｃ舅、下のス
ピードで引き裂いた場合のクラック進展の様相によって
なされる。すなわち、第１図に示ずように寸分な靭性を
有している場合は、タラツクの進展力別き裂き速度に同
じで、破断線が微細なピッチでジグザグだか、マクロ的
にはまっすぐ進む。第２図に示す脆い場合は、クラック
の進展が引き裂き速度より速くなり、破断線が直線的だ
か、マクロ的には方向が反れたり、−雪３］；リボンの
りくけが発生ずることもある。同様の分類は、たとえは
通常の弓Ｉｉ］（試験における破１ＩＪｊ血の観察によ
ってもなすことができるが、１ｏｎｕｎ／ｓｅｃ以下ち
り）つくりした引す１し重度て多数の試！１！を行なう
ことは工数か昌犬であるという河１点があり、実際の検
査では前述のｊシ１き裂きによる方法が簡便である。な
おこの引き裂き試験によって脆性と判断される場合でも
、いわゆる１８０’密着曲げ可能な場合があること、ま
た脆性部分も第３図に示すようにリボン幅方向全表でな
く一部に限られる場合もある。

本発明者はＣＵ含有量の低減によって、上記１ｆｌ’Ｃ
性部分の発生頻度が低減することを新たに見出したもの
である。

引き裂く部分に非金属介在物が存在する場合は、リボン
は脆くなるため、ノズルを通過する溶湯中のガス成分、
Ａ］、、Ｓなどの含有量は十分低くシ（例えば○、　（
５０ｐｐｍ、Ｎ　２（２５ｐｐｍ、Ａ、］＜４０ｐｐｍ
、　　Ｓ＜３０ｐｐｍ）、また母合金中の介在物面積率
をＪＩＳ法によって点算しても０．０１２％以下であり
、長尺リボンの箇所箇所に非金属介在物が現れるほどに
汚れていない状態であることが好ましい。

Ｃｕ低液によるリボン靭性向上のメカニズムは解明され
ていないが、アモルファスリボンの不純物分析を行なう
ことによって、Ｃｕの含有量を検知し、前記引き裂き試
験結果と対照することてその結果を検証し得る。

本発明のＣｕの含有量の少ない前記組成のアモルファス
合金は、通常溶湯から急冷する二［程によって製造する
ことかできる。工業的には、高周波炉ないしは電気炉に
より合金を溶解し、その溶融合金をガス圧によりるつぼ
の先端孔（丸形、矩形）から噴出させ、回転する冷却用
回転体の表面上で接触凝固させリボンとする方法が適用
される。物に、単ロール法と呼称されている方法、ずな
わら冷Ｊζ１１１−１１１回転体としてロールの外表面
を用いる方法が一般的である。

通常は、予め１す合金を溶製しておき、この母合金を手
記るつぼ内で再溶解することが多いので、母合金溶製時
にＣ＋＋量の低減を図ることが必要である。このための
手法は種々あるが、原料の純度、溶解−除滓−鋳造の温
度管理を含めた諸条件、鋳型、特に砂型の場合は訪砂等
の吟味によって、不純物を低減し得る。

これらＣ１１量の低減を図るべきベースとなる組成の限
定理由について、以下に述べる。

前述のように、高周波における低損失を得るため磁歪は
、零ないし零に近いことが必要で、具体的には、±５×
１０−６内の飽和磁歪定数とすることが必要である。そ
のためには、（Ｔｏｏ、　Ｎｊ、、　Ｆｅ、Ｍｎの原子
比を適当に調整してやればよく、　（Ｃ。

ｂ　、ＢＮｉａＦｅｂＭｎ、２）において、ａ、ｂ、ｃ
とも各々Ｏから０．２０の範囲の組合せで実施すること
ができる。ａ、ｂ、ｃのいずれか一つ以上が０．２０を
越えると飽オ「■磁歪定数は＋５Ｘ１０’を越えて大き
くなる。

非金属元素Ｍは、Ｃ＋　　Ｂ　＋　　Ｐ　＋　　Ｓ　ｌ
　ｌ　Ｇ　ｅからなる−・種属十が１３原子％以上２８
原子％以下含有される必要がある。。

１３原子％未横では、アモルファス形成か田１難になり
、２８原子％を越えるとアモルファス形成の困難性とと
もに飽和磁化の減少が著しくなる。また、これらＣ，Ｂ
、Ｐ、、Ｓｉ、Ｇｅは、通常の単ロール法の冷却速度１
０”〜１０”’Ｃ／ｓｅｃでは、単独でアモルファス形
成か可能なの（まＢ、＋°で、その他は２種Ｕ、Ｌの複
合添加か必要となる。総、金的には、増水「非晶質拐料
の特性と応用」日本金属学会セミナ（Ｘ９７９）　ｌ〕
、８５に示されているように５ｉ−Ｂの組合せが最ｔｌ
望ましい。

本発明において、（Ｃｏ、、−ｂ、２Ｎｉ、ＲｅｂＭｎ
（２）の−郡を遷移元素″「゛として、ＬＪ　Ａ　＋　
　４　Ａ、　＋　　５△。

６Ａ、Ｍｎを除＜　７　Ａ　＋　　Ｆ　ｅ、　　ｃｏ、
　　Ｎ　」を除く８族の元素で置換することができる。

これらは、］種種属二て合ｉｔ　ｓ　Ｍ子％以下まで含
むことができるが、８原子％を越えると飽和磁化の著し
い減少ないしアモルファス形成が国側になる。

［実施例１ 以下、本発明の詳細を実施例により説明する。

実施例］ 原子％て、（Ｃｏ。５ａＦｅｏ、ｏｏ）＋＋ＭＯ，Ｓ］
＋６Ｂ９のアモルファス合金薄帯を製造した。

薄帯製造に先立ち母合金を溶製した。溶解は、Ｃｏ、Ｂ
の原料を２種ずつ選択した上でその配合を変え、言１６
種の原料により不純物の含有量を変化させた３、他のＦ
ｅ、Ｍ（っは一定とした。溶解は１４５ｏ　’ｃとし、
１３５０’Ｃて生成した溶）宰を除去して１２８０°Ｃ
にて鋳鉄製鋳型へ鋳造した。

上記母合金２　、５　ｋｇを石英るつぼ内で再溶解し、
」２８０°Ｃの溶湯とした後、５　ｍｍ幅Ｘ　０　、６
　ｍｍ厚さのり１（形スリットから噴出させ、３００ｍ
ｍφのクロム銅単ロール上で急冷凝固させ、５　ｍ、ｍ
幅×１９〜２５μｍ［１厚さで長さ約３０００　ｍのア
モルファス合金リボンとした。

この合金リボンを、全長にわたって３００ｍ毎に引き裂
き、靭性の判定を行なった。各位置で２Ｑ　Ｉｉ’１の
引＠裂きを行ない、引き裂き方向に対して２　ｍｍ以上
ずれたものを脆性部分が存在するどして、各位置ごとの
脆性破断率（％）を求め、各々を比較した。

第１表に、６種の母合金によるアモルファス合金のＣｕ
含イ１蚤と、このアモルファスリボンの方角性破断率を
示ず。

Ｃｕの含有量が低くなるほど、各位置での脆性破断率が
減少する。

これら６種のリボンを外径２２ｍｍφ、内径］、　４　
ｍｍ中、厚み５　ｍｍ　ｔのトロイダル形状に巻き回し
た時の巻取中のりホン破断による停止回数を求めた。こ
の場合、リボンに負荷される張力は約１２　ｋｇＩ’　
／　ｍｍ　’で、リボンは装置内て１０　ｍｍ　Ｒの力
゛イドリールによって３回］８０°進行方向を転換する
。このような巻磁心製造装置は、特に一般的なものがあ
るわけてはなく、装置、製品仕様毎にリボンにかかる負
荷は種々異なっているが、一つの目安として例示するも
のである。

各々のリボンの長さ］、０００ｍ当りの＠断停止回数は
、Ｎ０１１〜Ｎ０．６で、各々２，１１，１４，５４，
８６，１０９回であった。

以−にから、Ｃ１１含有爪は、１．５　Ｐ　、　Ｐ　、
Ｍ以下とすると急冷ままのリボンの靭性向上、殊に局部
的な脆性の低減が図られ、その効果は太きい。

実施例２ 原子％で、（Ｃ○。、９４ドＣ０，ＩＩＬＧ　Ｓ’ｌｆ
ｌ　Ｂ９のアモルファス合金リボンを用い、実施例］と
同様の方法により、Ｃ）種類のリボンとし同様の評価を
イコなった。

なお、母合金は同様にＣｏ、Ｂの原料を２種ずつ選択し
た上でその配合を変え、計６種どした、。

第２表に、６種の母合金によるアモルファス合金リボン
のＣｕ含有量と、このアモルファスリボンの脆性破断率
を示す。

Ｃｕの含有量が低くなるほど、各位置での脆・ｌ’ｆイ
岐断率が減少し、はぼ１５Ｐ、Ｐ、Ｍを境に、これ舅、
下とすれば、局部的な脆化が大きく改善されることがわ
かる。

実施例３ 原子％で、（ＣＯｏ　、　９２トｅ　Ｈ、Ｈ）　Ｍ　ｎ
。、。、）、、Ｎｂ。

Ｓ」１．Ｂ３のアモルファス合金リボンを用い、実施例
］と同様の方法により同様にリボンを製造し評価を行な
った。

母合金は、Ｂ原わ１を変人て２種とした。第３表に２種
の母合金によるアモルファス合金リボンのＣｕ含有量と
、脆性破断率を示す。

ＣＩ］の含有量が低い本発明例では、脆・（１［イ妓断
率か減少して、Ｉｆｆａ性か改硝されることがわかる。

。 実施例４ 原子％で、（Ｃｏ。、０３　Ｅ”ｅ、、、２Ｍｎ。、ｏ
ｓ）＋ｏＣｒｎＳ　ｉ、　１　ｉ　Ｂ　ｓのアモルファ
ス合金リボンを用い、実施例１ど同様の方法により同様
にリボンを製造し評価を行なった、。

ＩＪ金合金Ｂ原料を変えて２種とした。第４表に２種の
母合金によるアモルファス合金リボンの○（」含有量ど
、Ｉｔ／ａ性破断率を示ず。

Ｃｕの含有量が低い本発明例では脆性破断率か減少して
、脆性が改１ｇされることがわかる。

実力色例す 原子％て、（ＣＯ８＋　Ｉ　）、　Ｎ　ｊ。、Ｑ、Ｆｅ
。、。、）、、Ｎｂ。

Ｔ”　ｆ１２　Ｓ　ｌ＋　ｏ　Ｂ＋　ｏのアモルファス
合金リボンを用い、実施例コと同様の方法により同様に
リボンを製造しＨ゛１′価を行なつ／−３５ １−、Ｊ合金はＢ原料を変えて２睡とした。第１１表に
２秤のＩ＋Ｊ合金によるアモルファス合金リボンのＣｕ
含有川用と、脆性破断率を示す。

Ｃｕの含有量が低い本発明例では脆性破断率か減少して
、脆性が改善されることかわかる。

〔発明の効果］ 本発明のアモルファス合金によれば、高周波用の各種コ
ア、センサー等最終製品に至る各加工工程で必要なリボ
ンの靭性が向上し、生）λ“６歩留と効率向−１−が図
られ、そのＩ集的価値カニ高い３、図１ｒｉｉの筒中な
説明 第」図は、本発明の「Ｉ標とする局部的な脆性のないリ
ボンの引き裂き状態を示した模式図、第２図は脆性な引
き裂き状態を示した模式図、第３図は靭性、１詭性が混
在する状態を示ず模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　基本組成（Ｃｏ＿１＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃＮｉ
   ＿ａＦｅ＿ｂＭｎ＿ｃ）＿ＸＭ＿Ｚここに、Ｍ：Ｃ、Ｂ
   、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元素の一種以上で、ｘ、ｚは
   原子％であって、 ｘ＋ｚ＝１００、 １３≦ｚ≦２８ ａ、ｂ、ｃは原子比であって、 ０≦ａ≦０．２０、０≦ｂ≦０．２０ ０≦ｃ≦０．２０ で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×１０＾−
   ＾６以内のアモルファス合金であって、不可避不純物で
   あるＣｕ含有量（重量）が１５Ｐ．Ｐ．Ｍ以下であるこ
   とを特徴とするアモルファス合金。 ２　基本組成（Ｃｏ＿１＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃＮｉ
   ＿ａＦｅ＿ｂＭｎ＿ｃ）＿ＸＴ＿ＹＭ＿Ｚここに、Ｔ：
   遷移金属、Ｍ：Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元素の
   一種以上で、ｘ、ｙ、ｚは原子％であって、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、ｙ≦８、 １３≦ｚ≦２８ ａ、ｂ、ｃは原子比であって、 ０≦ａ≦０．２０、０≦ｂ≦０．２０ ０≦ｃ≦０．２０ で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×１０＾−
   ＾６以内のアモルファス合金であって、不可避不純物で
   あるＣｕ含有量（重量）が１５Ｐ．Ｐ．Ｍ以下であるこ
   とを特徴とするアモルファス合金。