JPH06285595A - 多層非晶質合金薄帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非晶質度、平担度がともにすぐれた多層非晶
質合金薄帯の製造方法を提供する。 【構成】 多重スリット法を用いる多層非晶質合金薄帯
の製造において、隣りあう層を構成する合金の融点の差
が８０℃以下となるように合金を組み合わせる。 【効果】 冷却過程で発生する熱応力による薄帯のそ
り、エッジ波うちがない平担で形状のよい非晶質薄帯が
安定に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁気材料、機械材
料、耐食材料などとして用いられる多層非晶質合金薄帯
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】性質の異なる少なくとも２種類の合金を
複合化することにより、新しい機能の創成や特性の改善
が実現できる。バイメタルや複合磁性材料はその例であ
る。近年、非晶質合金においても多層化した新材料およ
びその製造法が提案されている。液体急冷法で作製され
る多層合金は、複数のノズルから異なる合金溶湯が冷却
基板に噴出され、重ね会わされて薄帯に形成される。冷
却基板は、一般には回転する金属製のロールであり、大
別して双ロール法と単ロール法がある。

【０００３】双ロール法は、対となるロールの面に個別
に溶湯が噴出された後、ロールの接触部で複数の薄帯を
圧延あるいは圧着する方法である。この方法は、合金間
の密着性がよいとされるが、非晶質合金同士の場合、噴
出位置の制約によりロールの接触部では凝固はほぼ完了
しているため、硬い非晶質合金を圧延ないし圧着して接
合強度を高めることは困難であり、ロールが傷つく欠点
があった。一方、単ロール法においては、特開昭５６−
１６３０６４号公報に開示されるようにＰｄ−ＳｉとＦ
ｅ−Ｓｉ−Ｂのともに非晶質の２層合金が得られてい
る。しかし、この場合も密着性は十分でなく、１８０℃
曲げ試験で直径を小さくすると剥離が生じた。

【０００４】単ロール法を用いて多層非晶質合金をつく
る際に密着性を高める手段は、特開昭６４−２９１４０
８号公報に開示されている。すなわち、２種類の合金
Ａ，Ｂの溶湯を噴出するノズルの間隔を１〜６mmに接近
させる方法である。これにより、合金Ａ，Ｂは境界の薄
い層（＜２μｍ）を除いて混じり合うことなく、密着性
も改善されるとされている。

【０００５】しかし、多層非晶質合金の材質は密着性だ
けでなく、その以上に薄帯の非晶質性や形状が重要であ
る。本発明者等は、上記特開昭６４−２９１４０８号公
報において、開示される要件だけでは実用性の高い多層
非晶質合金薄帯が得られない場合があることを見い出し
た。合金Ａ，Ｂの組合せによっては、合金の一方あるい
は両方が結晶化したり、形状の良くない薄帯が形成され
る問題点があった。ここで良くない形状とは、そりや波
うちがあり平担度が良くないもので、ドラムやボビンに
正常に巻き取ることができない形状をいう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、非晶質度が
高く、平担度の高い非晶質合金薄帯を安定に製造する方
法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の事項を要
旨するものである。 多重スリット法を用いる多層非晶質合金薄帯の製造
において、隣りあう層を構成する合金の融点の差が８０
℃以下であるように合金を組み合わせることを特徴とす
る多層非晶合金薄帯の製造方法、および、 多層非晶質合金薄帯の各層を構成する合金の噴出時
の温度差が１００℃以下となるように溶湯温度を設定す
ることを特徴とする多層合金薄帯の製造方法。

【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
の多層非晶質合金の製造は、図１に示すような単ロール
装置を用いて行われる（ただし、図１は、２層薄帯の製
造例を示す）。すなわち、冷却媒体である金属製ロール
４に接触して配置された複数のノズルを有するるつぼか
らなる。るつぼ１は、異種の合金Ａ，Ｂが混じり合わな
いように、仕切り板３によって仕切られている。仕切り
板は、単に異種の合金の混合を防ぐためのものであるか
ら、るつぼは上部まで仕切る心要はない。るつぼの下部
には加熱手段（図示せず）によって溶解された合金Ａ，
Ｂが収容されている。

【０００９】るつぼの底面には、合金溶湯を噴出するた
めのノズルが複数個配設されている。ノズの形状と相互
の配置をダブリスリット２ａ，２ｂを例に、図２に示
す。すなわち、ノズルの開口部は細長い矩形状（スリッ
ト状）をしており、スリットの長手方向はロール面の移
動方向に対して直角に配置する。また、隣りあうスリッ
ト開口部の間隔は、所定の距離ｌとする。

【００１０】本発明の特徴は、上記の多重スリット法を
用いる多層非晶質薄帯の製造において、まず融点の近い
合金同士を組み合わせることにある。具体的には、隣り
あう層を構成する合金の融点の差は、８０℃を超えない
こと、好ましくは５０℃以下となるように合金を選定す
ることである。隣りあう合金の融点の差が８０℃を超え
ると形成された薄帯は少なくとも一部が結晶化したり、
薄帯の形状がきわめて悪くなる。表１は、融点の異なる
合金の組合せからなる２層合金薄帯について、融点の差
（ΔＴｍ）と得られた薄帯の非晶質性および形状の関係
について示したものである。ただし、噴出時の溶湯温度
は、５０℃以下となるように設定した。

【００１１】

【表１】 表１によれば、合金の種類によらず、ΔＴｍが８０℃以
下であれば非晶質性、形状ともすぐれている。一方、Δ
Ｔｍが８０℃を超えると薄帯は結晶化したり、形状が悪
くなる。３種類以上の合金を複合する場合も同様で、隣
りあう合金の融点の差が８０℃以下となるように、合金
を組み合わせ配列することが必要である。合金Ａ，Ｂ，
Ｃの融点がそれぞれ１３００℃、１１８０℃、１２５０
℃の場合、合金の配列はＡ，Ｃ，Ｂ（逆も可）でなけれ
ばならない。Ａ，Ｂ，Ｃの順にすると、合金ＡとＢの融
点の差は、８０℃を超えてしまい、よい形状の薄帯が得
られない。

【００１２】融点の差、ΔＴｍが大きいと結晶化しやす
くなる理由は明らかではないが、形状が悪くなる理由に
ついては次のように考えられる。融点の異る２つの合金
Ａ，Ｂ（融点は、ＴmA＞ＴmBとする）を考える。図１の
ように仕切り板を介して一つのるつぼで溶解されるとき
溶湯Ａ，Ｂの温度を同じ温度にすることは容易である。
たとえ溶湯温度に若干の差があっても、同時に噴出され
た２つの合金は、薄い層で形成されるから、急冷中の層
間の温度差は小さい。しかし、融点の違いから固化する
温度は、融点に対応して異なるであろう。すなわち、融
点がＴmA＞ＴmBの場合、固化温度は、ＴsA＞ＴsBであ
り、固化温度の差と融点の差は、近似的に比例関係にあ
ると考えられる。したがって、Ａ合金が固化したとき、
Ｂ合金は、まだ液体のままである。このように一方が液
体で他方が固体の状態が長く続くほど、薄帯の形状を悪
化させるものと本発明者等は推察している。それは液体
と固体で熱膨張率は大きく異なるためである。合金Ａ，
Ｂがそれぞれ固体と液体にある温度領域では、熱膨張の
大きな差により冷却過程で大きな熱歪みが生じるであろ
う。これにより、薄帯にそりや波うちが発生するものと
考えられる。

【００１３】本発明のもう一つの要件は、噴出時の合金
溶湯の温度差が１００℃を超えないこと、好ましくは８
０℃以下となるように溶湯温度を設定することである。
表２に示すように、融点の差が小さな合金を組み合わせ
ても、溶湯の温度差が１００℃を超えるとよい形状の薄
帯が得られなくなる。

【００１４】

【表２】 噴出時の溶湯温度の差が小さくあるべき必要性も、上記
と同様に考えることができる。融点の差が十分に小さい
合金同士でも、溶湯温度の差が大きいと固化するまでの
時間に差が生じ、熱歪みが大きくなる。このため、噴出
時の溶湯温度は、なるべく近いことが要求されるのであ
る。

【００１５】次に、多層化する合金の選定法について詳
細に述る。多層合金薄帯は、単体では得られない機能を
付与することを目的に構成する合金が選定される。例え
ば、特開昭６４−２９１４０８号公報に開示されている
多層合金は、磁気歪が正と負の合金を組み合わせたもの
である。正および負の磁気歪を示す非晶質合金は無限に
存在するが、本発明では、これらの合金の組合せを、融
点の差が８０℃以下となるように規定する。合金の融点
は、公知の方法で測定することができる。例えば、冷却
曲線による方法がある。合金の冷却曲線において時間的
に停滞する温度として融点を知ることができる。また、
示差温度計（ＤＴＡ）で測定した曲線で吸熱を示す温度
から融点を求めることができる。

【００１６】上記のように前もって求めた融点から、品
質形状のすぐれた多層非晶薄帯をつくるための合金の組
合せが容易に決定できる。上記の正負の磁歪層をもつ薄
帯の場合、負磁歪の合金を先に特定すれば、正磁歪の合
金はその融点が負磁歪合金の融点に対してその差が８０
℃以下である合金の中かに選定することによって達成で
きる。

【００１７】組合せの決まった合金は、図１に示すよう
な、内部を仕切られたるつぼに充填される。合金の順序
は、特に指定しないが、経験的には融点の高い合金を下
流側に配置する方がよい。るつぼの底面には矩形状の開
口部が、図２のように所定の間隔で配置されている。開
口部の幅（ロール面の移動方向に平行）は、０．２〜
０．８mmであり、開口部の間隔は、１〜６mmが好まし
い。充填された合金は、高周波加熱、抵抗加熱などの公
知の手段で溶解される。噴出前の各合金溶湯は、温度差
が１００℃以下となるように調整する。図１のように複
数の合金が仕切り板を介して近接している場合、この条
件は容易に満足されるが、独立したるつぼを用いる場合
は、各合金の温度および溶湯噴出のタイミングを厳密に
調整する必要がある。

【００１８】所定の温度に制限された複数の合金溶湯
は、各々異なる開口部から圧力によりほぼ同時にロール
面上に噴出され、冷却されて品質形状のよい多層非晶質
薄帯が形成される。

【００１９】本発明の方法が適用できる非晶質合金は、
液体急冷法により非晶質合金であれば特に制限はない。
遷移金属と半金属の合金、遷移金属同士の合金、アルカ
リ金属と遷移金属あるいは半金属、稀土類金属の組合せ
で非晶質相得られる合金であればすべてに適用ができ
る。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基いてさらに説明
する。実施例１ 図１に示した装置を用いて、２層合金薄帯を製造した。
ただし、るつぼの底面は、図２に示すように仕切り板を
はさんで２枚のスリットをもつ。スリットの幅は、上流
側０．６mm、下流側０．４mmで、長さがともに１５mm、
スリットの間隔は３mmである。合金組成は合金Ａ：Ｆｅ
₈₃Ｓｉ₂ Ｂ₁₅（ａｔ％）（Ｔｍ＝１１７０℃）と合金
Ｂ：Ｆｅ₈₁Ｓｉ₆ Ｂ₁₃（Ｔｍ＝１１６０℃）の２種類を
用い、それらを内部を仕切ったるつぼの上流側に、合金
Ａ２００ｇを、下流側に合金Ｂ２００ｇをそれぞれ充填
した。これら２種の合金を、一つの高周波コイルで同時
に加熱し、溶解した後、噴出圧力０．２kgf ／cm2 でＣ
ｕ製の単ロールで急冷し、薄帯に形成した。噴出時の溶
湯温度は、ともに１３５０℃であった。また、ロールの
周速は、２５ｍ／sec 、ロールとノズルのギャップは、
０．２mmとした。得られた薄帯は、平担でよい形状をし
ていた。また、Ｘ線解析の結果は、表裏ともに非晶質相
であることを示した。合金Ａと合金Ｂの順序を変えて、
Ａを下流側に、Ｂを上流側に配置した場合も同様に形状
がよく、表裏ともに非晶質相の２相合金薄帯が得られ
た。

【００２１】実施例２ 実施例１と同じ装置を用いて合金Ｃ：Ｆｅ_73.5Ｓｉ_13.5
Ｂ₉ Ｃｕ₁ Ｎｂ₃ （Ｔｍ＝１１３０℃）と合金Ｄ：Ｆｅ
_73.5Ｓｉ_14.5Ｂ₉ Ｎｂ₃ （Ｔｍ＝１１５０℃）の２層合
金薄帯を作製した。鋳造条件は、溶湯温度、噴出圧力、
ロール周速、ロールとノズルのギャップいずれも実施例
１と同一にした。得られた２層合金薄帯は、合金Ｃ，Ｄ
の順序に関係なく平担度がすぐれ、またＸ線解析で表裏
ともに非晶質相であることが確認された。

【００２２】比較例 実施例１と同じ装置、鋳造条件を用いて合金Ｅ：Ｆｅ₇₈
Ｓｉ₁₂Ｂ₁₀（Ｔｍ＝１１３５℃）と合金Ｆ：Ｆｅ₇₆Ｓｉ
₆ Ｂ₁₈（Ｔｍ＝１２５０℃）の２層合金薄帯を作製し
た。得られた薄帯は、合金Ｅ，Ｆの順序に関係なくエッ
ジの波うちが大きく、ボビンに正常に巻き取ることがで
きなかった。また、薄帯の一部は、結晶化していた。

【００２３】

【発明の効果】本発明の方法で作製された多層非晶質合
金は、薄帯の平担度および非晶質性にすぐれているの
で、各種の応用において好ましい結果をもたらすもので
ある。例えば、トランスの鉄心に用いる場合、高い占積
率が得られ、また、鉄心成形により加わる応力が一定、
かつ一様で熱処理の条件設定が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層非晶質合金薄帯を製造するための
るつぼの構造と単ロール急冷装置の概念を示す側面図。

【図２】本発明で用いるるつぼの底面に設置されたノズ
ル開口部を示す概念図。

【符号の説明】

１ るつぼ ２ａ，２ｂ ダブルスリット ３ 仕切り板 ４ 金属製ロール ５ ２層薄帯

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多重スリット法を用いる多層非晶質合金薄
   帯の製造において、隣りあう層を構成する合金の融点の
   差が８０℃以下であるように合金を組み合わせることを
   特徴とする多層非晶質合金薄帯の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において多層非晶質合金薄帯の各
   層を構成する合金の噴出時の温度差が１０℃以下となる
   ように溶湯温度を設定することを特徴とする多層非晶質
   合金薄帯の製造方法。