JPH04136139A - Ｆｅ基軟磁性合金およびその製造方法 - 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】 ［発明の目的Ｊ （産業上の利用分野） 本発明は、商用周波数から高周波までの各種トランス、
可飽和リアクトル、各種チョークコイル、オーディオ用
あるいは薄膜磁気ヘット、各種センサーなどに適した高
い飽和磁束密度と高透磁率を合せ持つＦｅ基基磁磁性合
金よびその製造方法に関する。

（従来の技術） 電源用各種磁性部品や磁気ヘッド用の軟磁性材料として
は、従来、パーマロイ、Ｆｅ−Ａｌ−３ｉ系合金、ケイ
素鋼、フェライトなとか用いられてきた。

ところで、近年、電子機器に対する小型軽量化、高性能
化などの要求が高まっており、このような要求を満足す
るために、たとえば電源なとの動作周波数は高周波化さ
れつつある。そこで、磁性部品を構成する軟磁性ヰ（料
には、高周波域における低損失化や飽和磁束密度の増大
なとの特性向上が強く望まれている。

しかし、上述（、たような従来材では、これらの要求を
充分に満足することかできないことから、高周波対応の
軟磁性材料としてアモルファス合金か最近注目を集めて
いる。

アモルファス合金は、高透磁率、低保磁力なとの優れた
軟磁気特性を示し、また高周波域で低鉄損、高角形比が
得られるなとの特性を有することから、スイッチング電
源用の磁性部品などとして一部実用化されている。たと
えばＣ。

基アモルファス合金は可飽和リアクトルなととして、ま
たＦｅ基アモルファス合金はチョークコイルなどとして
実用化されている。

しかし、これらアモルファス合金においても、解決しな
ければならない課題も多い。たとえば、Ｃｏ基アモルフ
ァス合金は、高周波域で低鉄損、高角形比が得られるな
と、特性的には優れているものの、比較的高価で汎用性
に乏しいという難点かある。また、Ｆｅ基アモルファス
合金は、安価で汎用性には優れているものの、低磁歪か
得られないため、樹脂モールドなとによる磁気特性の劣
化か比較的大きく、また磁歪振動によってノイズの発生
が大きいなとの難点かある。

一方、最近、Ｃｏ基アモルファス合金とほぼ同等の軟磁
気特性を有する、超微細な結晶粒を析出させたＦｅ基基
磁磁性合金提案されている（特開昭６．３−３２０５０
４号公報、同６４７９３４２号公報など参照）。このＦ
ｅ基超超微細結晶合金、優れた軟磁気特性を有するとと
もに、低磁歪を満足し、さらにＦｅを主としていること
から比較的安価であり、ＣＯ基アモルファス合金に代る
軟磁性材料として注目されている。

（発明か解決しようとする課題） このように、Ｆｅ基超超微細結晶合金、優れた軟磁性特
性に加えて、安価である吉いう長所をあわせもっている
。

しかしながら、前記Ｆｅ基超超微細結晶合金飽和磁束密
度は、電子機器用磁性部品の小形化、あるいは高密度磁
気記録用の磁気ヘラ）・とじては−層の改善が必要であ
り、高飽和磁束密度と優れた軟磁気特性を合せ持つ＋Ａ
料が望まれていた。

本発明は、この様な課題に対処するためになされたもの
で、高飽和磁束密度、高透磁率低鉄損、低磁歪を満足し
、安価で汎用性に優れたＦｅ基基磁磁性合金その製造方
法に関する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） すなわち、本発明の合金は一般式 ％式％ Ｍ：Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる少なくとも一種以上 Ｍ’　　：Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖから選ばれる少な
くとも一種以上 Ｙ：Ｂ、Ｐから選ばれる少なくとも一種以上Ｙ’：Ｃ，
Ｎから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ：Ｓｉ、ＡＩ、Ｇｅから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ’：Ｃｒ、白金族元素から選ばれる少なくとも一種以
上 ２≦ａ≦１２ ０≦ｂ≦５ ０．１≦Ｃ≦１２ ０．１≦ｄ≦１０ ０≦ｅ≦５ ０≦ｆ≦Ｂ　　　　　（ａ　ｔ、％） で表わされることを特徴とする超微細な結醒９才立から
なるＦｅ基基磁磁性合金ある。

また、本発明のＦｅ基基柱性合金製造方法（ｊ、一般式 ％式％ Ｍ：Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる少なくとも一種以上 Ｍ’　　：Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖから選ばｉする少
なくとも一種以上 Ｙ・Ｂ、Ｐから選ばれる少なくとも一種以上Ｙ’：Ｃ，
Ｎから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ：Ｓｉ、ＡＩ、Ｇｅから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ′　・Ｃｒ、白金族元素から選ばれる少なくとも一種
以上 ２≦ａ≦１２ ０≦ｂ≦５ ０．１≦Ｃ≦１２ ０．１≦ｄ≦１０ ０≦ｅ≦５ ０≦ｆ≦３　　　　　（ａ　ｔ、％） で表わされる溶融状態のＦｅ基合金を超急冷した後、そ
の結晶化温度付近あるいはそれ以上の温度で熱処理を行
い、組織内に微細な結晶粒を析出させることを特徴とす
るＦｅ基基磁磁性合金製造方法である。

本発明者らはＦｅ基基磁磁性合金ついて詳細に検討した
結果、前記一般式においてＭで表わしたＮｂ、Ｚｒ、Ｈ
ｆなとの元素が熱処理時に、Ｙ′　で表わしたＣ、Ｎと
結合して微細な炭化物、あるいは窒化物を形成すること
によりｂｃｃＦｅ固溶体の析出を促進すると共に、結晶
粒の粗大化およびｂｃｃ相以外の相の析出を抑制するこ
とを見出だした。

ここでまず、本発明のＦｅ基基磁磁性合金おれる各成分
元素の機能と成分比の限定理由について述べる。

Ｍはアモルファス化に有効であると同時に、前述したよ
うに熱処理時にＹ′　と結合して微細な炭化物、あるい
は窒化物を形成することにより、ｂｃｃＦｅ固溶体の析
出を促進するとともに、結晶粒の粗大化およびｂｃｃ相
以外の相の析出を抑制する。その効果は、２ａｔ％以下
では得られず、一方１２ａｔ％以上ては飽和磁束密度が
低すぎて好ましくない。より好ましい範囲は３〜１０ａ
ｔ％である。Ｍ′　は軟磁気特性の改善に有効な元素で
あるが、１０ａｔ％以」二の場合は、飽和磁束密度か低
下する。よって、特性の得られる範囲を１０ａ１％以下
とした。

好ましくは８ａｔ％以下である。Ｙはアモルファス化あ
るいは急冷時の超微細結晶析出に有効な元素であるが、
その量は０．１ａｔ％以下ではほとんど効果が見られず
、１２ａ　ｔ％以上では軟磁気特性が劣化するため、０
．１〜１２ａｔ％とした。より好ましい範囲は１〜１０
ａｔ％である。また、薄帯状の出来易さを考慮するとＢ
を用いることがより好ましい。Ｙ′　は上記したように
、Ｍと結び付くことにより結晶化温度を低下させ、ｂｃ
ｃＦｅ固溶体を析出させるのに有効である。その効果は
０．ｆａｔ％以下では得られず、一方１０ａｔ％以上で
は飽和磁束密度が低減する。好ましくは、０．５〜８ａ
ｔ％の範囲である。Ｘは析出するｂｃｃＦｅ相に固溶し
、磁気異方性を低減させ、軟磁気特性の改善に有効であ
るが、５ａｔ％以上では飽和磁束密度が低くなるため、
これ以下とした。好ましくは１２ａｔ％以下である。ま
た、Ｘ′　は耐蝕性改善に有効な元素であるが、８ａｔ
％以上では飽和磁束密度か低下するためにこれ以下とし
た。好ましくは、６ａｔ％以下である。

本発明のＦｅ基基磁磁性合金中存在する微細結晶粒は、
上記式中のＭの炭化物、窒化物が、熱処理により生成さ
れ、これが微細結晶の粒界、あるいは３重点に存在し、
結晶粒の粗大化を妨げるものと考えられる。

そして、本発明のＦｅ基基磁磁性合金おいて、上述した
ように合金組織中に存在する結晶物を超微細化すること
によって、軟磁気特性が熱処理温度に依存することを抑
制し、優れた軟磁気特性の再現性を高めている。すなわ
ち、結晶粒の粒径を超微細化することにより、磁気異方
性がより小さくなり、安定的に磁気特性が得られる。

また、本質的には結晶粒の微細化が軟磁気特性を向上さ
せるものであり、平均結晶粒径が５０ｎｍを超えると軟
磁気特性は劣化する。軟磁気特性および熱処理による再
現性から平均結晶粒径は３０ｎｍ以下が好ましい。平均
結晶粒径はＸ線回折法により、５ｃｈｅｅｒｅｒＯ式を
用いて得られる。

上記組成を有する本発明のＦｅ基基磁磁気合金、面積比
で合金組織の５０％以上が微細結晶粒により構成されて
いるものであり、上記微細結晶粒は合金組織中にほぼ均
一に分布している。

この微細結晶粒は。ｂｃｃＦｅ固溶体を主体とするもの
である。

上記微細結晶粒による合金組織の構成比を面積比で５０
％以上と規定したのは、微細結晶粒の存在が５０％未満
では、飽和磁束密度が対さく、透磁率が低く、鉄損が高
くなり、目的とする軟磁気特性が得られないためである
。より好ましくは７０％以上である。

本発明のＦｅ基基磁磁性合金、単ロール法、双ロール法
、回転液中紡糸法など公知の超急冷法によって急冷する
。ここで、本発明において上記急冷工程により得られる
合金組織はアモルファス状態であっても、一部微細結晶
が含まれていてもよい。また、急冷体の形状は、板状（
帯状）、線状、粉末状、薄片状など用途に応じて各種形
状を選択することができる。なお、急冷体を板状とする
場合には板厚を３〜５０μｍ１線状にする場合には線径
２００μｍ以下、粉末状にする場合にはその長径が１〜
５００μｍかつアスペクト比が５〜１５０００の範囲き
することが好ましい。

この後、上記アモルファス状態の急冷体に、この急冷体
の結晶化温度付近あるいはそれ以上の温度で熱処理を行
い、ｂｃｃＦｅ固溶体からなる超微細化結晶粒を析出さ
せる。

この熱処理工程は、たとえば巻回コアのように、所望の
形状を得るために変形を伴う加工を必要とする場合には
、所望の形状に成形した後に行うことが好ましい。

上記熱処理は、急冷体の結晶化温度に対して一５０〜＋
２５００Ｃの温度範囲で行うことが可能である。熱処理
温度が結晶化温度に対して５０℃以下の温度では微細な
結晶粒が析出しにくく、また結晶化温度に対して＋２５
０’Ｃを越えるとｂｃｃＦｅ固溶体以外の相が析出し、
軟磁気特性を劣化させるためである。好ましくは、−２
０〜２００℃の範囲である。

なお、本発明でいう結晶化温度は昇温速度を１０℃／ｍ
ｉｎ、で測定した値である。

上記したように広い熱処理温度範囲で所望の軟磁気特性
を満足するＦｅ基基磁磁性合金得られるのは、上述した
ように析出する結晶粒を超微細化させることが可能であ
るためであり、本発明の重要な特徴の一つである。

また、熱処理時間は使用した合金組成や熱処理温度によ
って適宜設定する事ができるが通常２分〜２４時間の範
囲が好ましい。熱処理時間が２分未満では結晶粒の析出
を十分に行うことが困難であり、まてた２４時間を越え
るとｂｃｃＦｅ相以外の相か析出やすくなるためである
。より好ましい熱処理時間は５分〜１０時間の範囲であ
る。また、熱処理は窒素雰囲気中。

Ａｒ雰囲気中など不活性雰囲気中、真空中、水素中など
の還元性雰囲気中、あるいは大気中など、各種雰囲気を
使用することができる。

なお、上記熱処理後の冷却は、急冷でも徐冷でもよく、
特に制限はない。

また、上記熱処理後の冷却過程、あるいは−旦冷却した
後に、微細結晶粒が析出したＦｅ基基磁磁性合金対して
、磁場熱処理を薄帯の長平方向、幅方向、板厚方向に磁
場を印加して、所望の軟磁気特性を得ることもできる。

この際の磁場は直流、交流のいずれでもよい。

本発明のＦｅ基基磁磁性合金用いた磁心としては、超微
細結晶粒を有するＦｅ基基磁磁性合金薄帯巻回体や積層
体などが例示される。これら磁心は、必要に応じて薄帯
の少なくとも片面に絶縁層を設けることによって層間絶
縁を行う。

この絶縁層は、たとえばＭｇＯ粉末やＳｉＯ□粉末を付
着させることによって形成したり、金属アルコキシド溶
液の塗布、焼成（結晶粒析出のための熱処理で可）によ
って形成する。また、エポキシ系樹脂を含浸させること
によっても、同様な効果が得られる。この樹脂含浸は、
カットコアなどを作製する際に有効である。さらに樹脂
含浸け、絶縁処理ばかりでなく、さび防止や耐環境性の
向上などにも寄与する。なお、耐環境性の向上は、磁心
をケースに収納したり、ボビンに巻くことなどによって
も達成される。

さらに、Ｆｅ基基磁磁性合金薄帯絶縁フィルムとともに
巻回し、層間絶縁を行ってもよい。

この方法は、レーザー電源用磁気圧縮回路に用いられる
場合などに有効である。ここで用いる絶縁フィルムとし
ては、ポリイミド系、ポリエステル系、ガラス繊維系な
どが例示されるが、本発明で用いる薄帯は、通常、脆化
した状態で優れた軟磁気特性が得られるため、ポリイミ
ド系フィルムを用いることが好ましい。

また、磁心を形成する場合、特に巻回による場合には、
巻き始めおよび巻き終りに端末処理を施すことが好まし
い。これによって、熱処、理操作などにおける不都合が
防止される。端末処理きしては、レーザー照射、スポッ
ト溶接などによる局部的層間接着やポリイミド系などの
耐熱性フィルムによる接着がなどが用いられる。

このように本発明のＦｅ基基磁磁性合金高周波域での軟
磁気特性に優れるため、例えば磁気ヘッド、薄膜ヘッド
、大電力用を含む高周波トランス、可飽和リアクトル、
コモンモードチョークコイル、高電圧パルス用ノイズフ
ィルターレーザー電源などに用いられる磁気スイッチな
ど高周波で用いられる磁心、電流センサー、方位センサ
ー、セキュリティセンサーなどの各種センサー用の磁性
材料など、磁性部品用の合金として優れた特性を有して
いる。また、飽和磁束密度が高いため、商用周波数の磁
心にも有効である。

（実施例） 以下に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示した組成の合金をＡｒ雰囲気中で高周波誘導
加熱炉により溶融させ、単ロール法にて超急冷しアモル
ファス薄帯を得た。薄帯は板厚１５μｍ１幅５ｍｍであ
る。

この薄帯を外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍに巻回したのち
、結晶化温度の１５０℃上で１時間、熱処理を行いその
後、２℃／ｍａｎで徐冷した。

得られた磁心の軟磁気特性について、１ｋＨ２の初透磁
率と１００ｋＨｚ、２ｋＧの鉄損、および飽和磁化をＬ
ＣＲメータ、Ｕ関数針、試料振動型磁力計を用いて測定
した。結果を従来例と比較して第１表にまとめたが、本
発明の合金はいずれも高飽和磁束密度と高透磁率、およ
び低鉄損が得られていることがわかる。

（以下余白） ［発明の効果コ 本発明の合金によれば所望の合金組成において、微細結
晶粒を設けることにより、高飽和磁束密度と高周波域に
おける優れた軟磁気特性を有するＦｅ基基磁磁性合金提
供する事ができる。

代理人　弁理士　則　近　憲　佑 代理人　弁理士　湯　山　幸　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一般式 Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃ＿−＿ｄ＿
   −＿ｅ＿−＿ｆＭ＿ａＭ′＿ｂＹ＿ｃＹ′＿ｄＸ＿ｅＸ
   ′＿ｆ Ｍ：Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも一種以上 Ｍ′：Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖから選ばれる少なくと
   も一種以上 Ｙ：Ｂ，Ｐから選ばれる少なくとも一種以上Ｙ′：Ｃ，
   Ｎから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ：Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ′：Ｃｒ，白金族元素から選ばれる少なくとも一種以
   上 ２≦ａ≦１２ ０≦ｂ≦５ ０．１≦ｃ≦１２ ０．１≦ｄ≦１０ ０≦ｅ≦５ ０≦ｆ≦８（ａｔ．％） で表わされる超微細な結晶粒からなるＦｅ基軟磁性合金
   。 ２）Ｆｅ基軟磁性合金は平均結晶粒径が５０ｎｍ以下で
   あることを特徴とする請求項１に記載のＦｅ基軟磁性合
   金。 ３）前記超微細結晶粒はｂｃｃＦｅ固溶体からなること
   を特徴とする請求項１に記載のＦｅ基軟磁性合金。 ４）一般式 Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃ＿−＿ｄ＿
   −＿ｅ＿−＿ｆＭ＿ａＭ′＿ｂＹ＿ｃＹ′＿ｄＸ＿ｅＸ
   ′＿ｆ Ｍ：Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも一種以上 Ｍ′：Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖから選ばれる少なくと
   も一種以上 Ｙ：Ｂ，Ｐから選ばれる少なくとも一種以上Ｙ′：Ｃ，
   Ｎから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ：Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅから選ばれる少なくとも一種以上 Ｘ′：Ｃｒ，白金族元素から選ばれる少なくとも一種以
   上 ２≦ａ≦１２ ０≦ｂ≦５ ０．１≦ｃ≦１２ ０．１≦ｄ≦１０ ０≦ｅ≦５ ０≦ｆ≦８（ａｔ．％） で表わされる溶融状態のＦｅ基合金を超急冷した後、そ
   の結晶化温度付近あるいはそれ以上の温度で熱処理を行
   い、組織内に微細な結晶粒を析出させる工程を有するこ
   とを特徴とするＦｅ基軟磁性合金の製造方法。