JPH0637666B2 - パルス高電流によるアモルファス合金の磁気および機械特性の改良方法 - Google Patents
パルス高電流によるアモルファス合金の磁気および機械特性の改良方法Info
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Description
流によってアモルファス合金の磁気特性および機械特性
を改良する方法に関するものである。
作成された鉄ベースおよびニッケルベースのアモルファ
ス合金は、優れた機械特性を持つ。しかし、優れた軟磁
性(低磁気エネルギー損失、低磁気飽和保磁力(low ma
gnetic coercivity)、高透磁率など)を得るために
は、熱処理炉の中に長時間(1〜2時間)の磁場焼きな
まし(アニール)処理を経過したあと、焼きなましぜい
化(Annealing Embrittlement)現象が伴って起き、実
用化が困難であった。
械特性を改良する方法であり、パルス高電流を使用して
直接加熱方法により、強磁性アモルファス合金リボンに
対して急速加熱および急速磁区(Magnetic Domain)衝
撃を施すことで、強磁性アモルファス合金の磁気特性お
よび機械特性を改良し、焼きなましによるぜい化(Anne
aling Embrittlement)を低減しもしくは避けるように
したものである。
たのは、ジュール効果(P(出力)=IR2、I(電
流)=JA、ここで、Jは電流密度を示し、Aは試料の
断面積を示し、Rは試料の抵抗値を示すものである。)
は、本発明の加熱工程に用いられるものである。試料に
対する加熱速度は、出力Pに比例する。要求される加熱
速度を得るためには103A/cm2より大きな電流密度
Jを要求することは、ぜい化することなしにアモルファ
ス合金の磁気特性を改良するために重要なことである。
したのは、この範囲に限定された周波数が最も制御しや
すいものであり、1Hzより低い周波数の場合は、パル
ス持続時間が長すぎて、試料片は直流による加熱工程に
より行われるものと同様の歪を受けることになり、10
00Hzより高い周波数が適用された場合は、出力Pが
十分に働かないためである。
したのは、パルス継続時間が周波数およびパルス電流密
度に依存するものだからである。概して言えば、短いパ
ルス継続時間は周波数およびパルス電流密度が高い時に
必要とされ、一方長いパルス継続時間は、周波数および
パルス電流密度が低いときに必要とされるものである。
に限定したのは、加熱時間もまた、パルス電流密度
(J)、周波数(f)、およびパルス継続時間(tp)
に依存して決定されるものだからである。一般に、要求
される加熱時間は、J、fおよびtpが高い場合により
短く、一方、J、fおよびtpが低い場合により長いt
hが要求される。
急速磁区(Magnetic Domain)衝撃を施すことで、強磁
性アモルファス合金の磁域効果および機械特性を改善す
る。このことにより熱処理炉に長時間の磁場焼きつけ処
理により構造弛め(Structure Relaxation)を避け、強
磁性アモルファス合金の磁気特性を改善でき、しかもぜ
い化現象も低減でき、実用化が可能となる。
明する。
線状の試験片とドーナッツ状の試験片に関する加工表示
図を参照して説明する。パルス高電流法は一種の急速直
接加熱熱処理方式であり、瞬間高電流のジュール効果
(Joule Effect)のもとで温度が急速に上昇して、しか
も急速に降下する。このため、試験片では結晶を発生し
ないで非結晶構造を維持できる。
片(Straight Specimen)あるいはドーナツ状試験片(T
oroidal Specimen)を使用できる。また、直線状試験片
(51)は長形アモルファス合金薄ベルトの両端を別々に方
形銅板(52)で挟み、電流を流通する両端とし、この両端
をパルス発生器(Pulse generator)(53)の出力と繋が
る。そして環状試験片(54)は等幅ベルト状非結晶質合金
を環状(Toroid)に巻き、二つ丸形銅板(55)で平行方向
に環状試験片(54)の両幅を挟み、この二つ銅板(55)をパ
ルス発生期(Pulse geneator)(56)の出力端と繋がる。
圧の出力で、より広い周波数・電流となり得、その範囲
は次のようにある。
スト表示図を参照すると、試験片(1)は、パルス電流
(2)によって加熱される。すなわち、フィラメントで
構成された(毛髪の細さの)熱電対(Hair Thin Thermo
couple)(3)の先端を試験片(1)の上に挟み他の部
分をマイカで絶縁して試験片(1)との接触を避ける。
熱電対(3)によって計測した温度曲線は、温度決定の
基準としてオメガラク(OMEGALAQ、米国オメガ社製の温
度測定のための装置、商品名)(200℃〜1,000℃)
で換算することができる。この方法は一種の膠状薬物
(4)を用いて、アモルファス合金試験片(1)の上に
滴る。これが乾いて凝ったあと、試験片(1)を加熱す
る。もし試験片(1)が薬物の温度に達すれば、この薬
物はすぐに半透明状色沢に転換し、故に違った参考温度
を決定できる。
スト表示図を参照して、試験片(5)はパルス電流
(6)によって加熱する。そして試験片(5)を平均磁
場に置ける。この磁場は一つ電磁コイル(Solenoid Coi
l)あるいはヘルムホルツコイル(Helmholtz Coils)
(7)によって一つ直流電源器(8)と連接することで
発生される。試験片(5)の片方に一本のホール深針
(Holl Probe)(9)を放置する。その深針(9)が一
つガウスメータ(Gauss Meter)(10)と連接する。ガウ
スメータ(10)を資料獲得器(Data Acqyusutuib)(11)と
繋がれば、見本の誘導磁場値(Magnetic Induction)を
計ることができ、この誘導磁場値が温度の上昇に従って
減っていく。温度がある臨界値(鉄磁性と順磁性の転換
温度)を超えたら、この誘導磁場値が迅速に低下する。
故に誘導磁場と温度変化の特性曲線で、我々は適当な作
業点(Optimal Operating Point)を選択できる。第4
図の試験片2826MBによって15秒の加熱時間内にある誘
導磁場が温度変化に伴う曲線および熱処理前後試験片の
誘導磁場値の比較を示す図を参照しする。ただし、 t:加熱時間(Heating time)(秒) B:誘導磁束(Magnetic induction) B1:参考磁場(Reference Magnetic field) B2:加熱前誘導磁場値 B3:加熱後誘導磁場値 Tc:キュリー温度(Curie temperature) となる。
結晶化温度より低い点で最適な操作条件を選択できる。
表示図を参照して、直線状見本(12)をヘルムホルツコイ
ル(Helmholtz Coils)(13)によって発生した平均磁場
の中に置き、測定コイル(Search Coil)(14)を試験片
(12)の外回りに囲む。測定コイル(14)をフラクスメータ
(Fluxmeter)若しくは1つ積分器(15)に繋がれば、誘
導磁束(Magnetic Induction)B(G)の大きさを計る
ことができる。そして平均磁場の方向および大きさを制
御するのに両極性の直流電源器(DCBi-polar Power Sup
ply)(16)或いは信号発生器(Function Generator)を
連接できる。これにより外加磁場(Applied Magnetic F
ield)(Oe)の大きさを決定できる。外加磁場Hと誘
導磁束Bの両端を別々にX−Y記録器(X-Y Recorder)
(18)に連接する、そして見本(12)のB−H磁気うず曲線
(Hysteresis loop)を量られ、また交流部分はスコー
プ(Oscilloscope)(19)に繋がって量られる。
を参照して、環状試験片(20)の上にワニスワイヤーを用
いて主コイル(21)を両極性直流電源器(23)あるいは信号
発生器(24)と繋がる。そして副コイル(22)をフラクスメ
ータ(Fluxmeter)若しくは積分器(25)と繋がる。別々
にX−Y記録器(X-Y Recorder)(26)あるいはスコープ
(27)に連接して、直流および交流のB−H磁気うず曲線
(Hyste-resis loop)を量られる。
(Bending Test)表示図を参照して、非結晶質合金熱処
理後の焼きつけぜい化程度を応力変化実験によって決定
できる。その方法は試験片(28)を曲げて両金属平板(29)
の間に置き、この両平板(29)を試験片(28)が折断される
まで段々内へ迫る。試験片(28)が折断された時点に両平
板(29)の距離を測定すれば、応力変化程度を決定でき
る。
熱処理前後に於て外加磁場(-10e〜10e)および(-20e
〜20e)の磁気うず曲線(解放磁路測定)を示す図であ
る。ただし、 H:外加磁場(Oe) B:誘導磁束(KG) が直線形Fe78B13Si9(Allied 2605S2)試験片で 長さ:7.5cm 幅 :7.0mm 厚さ:25μm パルス高電流法熱処理の条件: パルス電流密度 J=8.1×104A/cm2 周波数 f=9.4Hz パルス継続時間 tp=271μs 加熱時間 th=20sec とする。
後磁気うず曲線(32)、(33)を比較すれば、外加磁場に於
いてH=-20e〜20eの範囲内に、軟磁特性が明らかに以
下のように改善される。
が熱処理前後に於いて外加熱磁場(-0.50e〜0.50e)、
(-10e〜10e)および(-20e〜20e)の磁気うず曲線(解
放磁路測定)を示す図である。
験片で 長さ:7.5cm 幅 :7.0mm 厚さ:32μm パルス高電流法熱処理の条件: パルス電流密度 J=6.58×104A/cm2 周波数 f=9.4Hz パルス継続時間 tp=271μs 加熱時間 th=20sec 試験片熱処理前磁気うず曲線(34)、(35)、(36)と試験片
熱処理後磁気うず曲線(37)、(38)、(39)を比較すれば、
外加磁場に於いてH=-20e〜20eの範囲内に、軟磁特性
が明らかに以下のように改善される。
方法に用いられる強磁性アモルファス合金は、例えば、
鉄ベースの合金であれば、アライド2605,2605S2,2605SC
(Allied、アライドシグナル社 商品名)等が挙げら
れ、ニッケルをベースとしたものであれば、アライド28
26,2826MB等が挙げられ、さらにコバルトをベースとす
るものであれば、アライド2705MN等が挙げられる。
もので、第1−1図および第1−2図はパルス高電流に
よって直線形試験片と環状試験片に関する加工表示図、
第2図は試験片によって加熱過程に於ける温度テスト表
示図、第3図は試験片によって加熱過程に置ける磁性テ
スト表示図、第4図は試験片2826MBによって15秒の加
熱時間内にある誘導磁場が温度変化に従う曲線および熱
処理前後試験片の誘導磁場値曲線を示す図、第5図は直
線形試験片が熱処理したあとの磁性試験表示図、第6図
は環状試験片が熱処理したあとの磁性試験表示図、第7
図は試験片が熱処理したあとの応力変化実験表示図、第
8−1図は直線形試験片2605S2によって熱処理前後に置
いて外加磁場(-10e〜10e)の磁気うず曲線を示す、図
第8−2図は直線形試験片2605S2によって熱処理前後に
置いて外加磁場(-20e〜20e)の磁気うず曲線を示す
図、第9−1図は直線形試験片2826MBによって熱処理前
後に置いて外加磁場(-0.50e〜0.50e)の磁気うず曲線
を示す図、第9−2図は直線形試験片2826MBによって熱
処理前後に於いて外加磁場(-10e〜10e)の磁気うず曲
線を示す図、第9−3図は直線形試験片2826MBによって
熱処理前後に於いて外加熱磁場(-20e〜20e)の磁気う
ず曲線を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】パルス高電流を用いた直接加熱方法によ
り、強磁性アモルファス合金リボンを急激に加熱し、か
つ急激な磁区衝撃を加える強磁性アモルファス合金の磁
気特性および機械特性を改良する方法であって、 加熱処理条件が、 (1)パルス電流密度 J=103A/cm2以上 (2)周波数 f=1Hz〜1,000Hz (3)パルス継続時間 tp=1ns〜100ms (4)加熱時間 th=1sec〜100sec であることを特徴とするアモルファス合金の磁気および
機械特性の改良方法。 - 【請求項2】前記強磁性アモルファス合金が、鉄、ニッ
ケルもしくはコバルトをベースとした合金であることを
特徴とする請求項1記載のアモルファス合金の磁気およ
び機械特性の改良方法。 - 【請求項3】前記強磁性アモルファス合金リボンが、直
線状もしくはドーナッツ状であることを特徴とする請求
項1記載のアモルファス合金の磁気および機械特性の改
良方法。
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