JPS58210150A - アモルフアス金属およびその製品 - 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 この発明はアモルファス金属合金に関する。詳しくは、
すぐれた磁性および物性を有する鉄−ホウ素−ケイ素の
アモルファス金搗およびこれから作製される製品に関す
る。

従来技術 アモルファス金属は合金を融解した状態から固体の状態
に急速に凝固させることによって作製できる。急速凝固
の技法として知られた種々の方法には数ある中、スピン
（ｓｐｉｎｊｇ造並びにドロー（ｄｒａｗ　）鋳造が含
まれる。蒸着および電着もアモルファス金属を作製する
のに使用される。上記。

のいずれかの方法によって作られたアモルファス金属は
その非晶質構造に関連した独特の性質を有する。このよ
うな材料は、結晶構造をもつ対応する金属合金にまさる
特性、例へば、すぐれた機械的、電気的、磁気的および
音響的特性を与えることが知られている。一般に、金属
合金の非晶質的な性質は金属組織学的技法あるいはＸ線
回折によって測定できる。ここで用いるように、その合
金が実質的に非晶質で少なくとも７５％が非晶質であれ
ば「アモルファス」と見なされる。最良の特性はＸ線バ
ックグランドレベルをこえる２、５４ｃｍ（１インチ）
以下の（２００）Ｘ線回折ピークを持つことによって得
られる。体心立方フエラ・イト（亜共晶固溶体）の場合
には、このピークはＣｒｋ６放射線を用いる場合１０６
°の回折角に生じる。

別に明記しない場合は、ここに掲げた全ての組成の百分
率は原子チである。

種々のＦｅ−Ｂ−８ｉの合金組成が知られている。

例へば、チェノ（Ｃｈｅｎ　）　　らの米国特許３，８
５６，５１３号には一般式Ｍ６０−９０　ＹＩＯ−３０
ｚＯ，１−１５（ココでＭは鉄、ニッケル、クロム、コ
バルト、バナジウムまたはこれらの混合物、Ｙはリン、
炭素、ホウ素またはこれらの混合物、そして２はアルミ
ニウム、ケイ素、スズ、アンチモン、ケルマニウム、イ
ンジウム、ベリリウムおよびこれらの混合物であって実
質的に非晶質に作ることができる）で示される合金およ
びシート、リボンおよびこれらから作られる粉末が開示
されている。キーターや変圧器のような電気機器におけ
るすぐれた性能のための磁性や池の特性を保証している
Ｆｅ−Ｂ−８ｉの合金組成もまた知られている。ラボー
スキイ（Ｌｕｂｏｒｓｋｙ　）の米国特許には鉄−ホウ
素−ケイ素合金が開示されており、この合金は少なくと
も３２０°Ｇ（６０８°Ｆ）の結晶化温度（その温度で
アモルファス金属が結晶状態に変る温度）、０．０３エ
ルステツド以下の保磁力、および少なくとも１７４　ｅ
ｍｕ／ｇ（はぼ１７．　ＯＯＯガウス）の飽和磁化を有
する。普通、この合金は８０またはこれ以上の原子−の
鉄、１０ｆたはこれ以上の原子係のホウ素および約６原
子−以下のケイ素を含んでいる。巾が１インチ（２，５
４ｃｍ）より大きく、厚さが０．００３インチ（０，０
０７６２ｃｍ）未満で、特定の磁気特性を有し、かつ総
て原子係で本質的に７７−８０％の鉄、１２−１６％の
ホウ素および５−１０％のケイ素からなるアモルファス
金属合金ス）　ＩＪツブが本出願と同一の出願人（譲受
人）による米国特許出願番号２３５，０６４に開示され
ている。

電気的用途向の合金組成を最適化するため池の元素を添
加してこのようなアモルファス材料を改番しようとする
試みがなされた。デクＩ）ストファｏ　（ＤｅＣｒｉｓ
ｔｏｆａｒｏ　）の米国特許４，２１７，１３５には磁
気特性を強化するために１．５ないし２；５原子チの炭
素を有する鉄−ホウ素−ケイ素合金力を開示されている
。アソ（Ａｓ２）らの米国特許４．１９０，４３８には
２−２０原子％　（７）　／Ｌ／　テ＝ウムを含む魅−
ホウ素−ケイ素磁性合金が開示されている。

このような合金組成は比較的良好な磁気特性を与えてい
るが、これらには欠点がないわけで（まない。以上のす
べての合金は比較的ホウ素の門が多いため高価である。

もつとホウ素を少なくしたものが非常に望ましい。また
、合金が結晶状・態に逆もどりしないために、より高い
結晶化温度が望ましい。またアモルファスの状態に鋳造
するのを容易にするために組成は共晶組成に近づけるべ
きである。さらには、鋳造性を良くするために共晶温度
は出来るだけ低くすべきである。また、磁気飽和は高く
少なくとも１４，０００ガウスのオーダーにするのが望
ましい。

発明の目的 本発明の目的は、重量％で公称４８％ニッケルー５２％
鉄よりなるＡＬ−４７５０のような従来周知の市販ニッ
ケルー鉄合金に対抗できる合金を提供することである。

発明の開示 本発明によれば、周知の鉄−ホウ素−ケイ素アモルファ
ス金属の諸問題を克服するアモルファス合金および製品
が提供される。本質的に原子係で７３−８０％の鉄、４
−１０％のホウ素および１４−１７％のケイ素からなり
、かつこのほかは不可避不純物であるアモルファス金属
が提供される。ここに開示された合金がとって代わろう
とする池の周知のアモルファス合金または市販の使用で
きるＮｉ−Ｆｇ金合金いずれよりもこの合金はコストが
安い。

本発明のアモルファス金属合金から作られた製品が提供
され、少なくとも１方向の延性（ここに定義するように
）をもち、ＡＬ　４７５０のような市販のＮｉ−Ｆｅ合
金に匹敵する鉄損、詳しくは６０ヘルツで１２．６キロ
ガウス（１，２６テスラ）における０、１６３ワツト／
ポンド（ＷＰＰ）以下の鉄損な有する。この合金の製品
は少なくとも１４．０キロガウス（１，４０テスラ）の
７５エルステツド（Ｂ２Ｓ３（）で測定した飽和磁化お
よび０．０４５エルステツドより少ない保磁力（Ｈａ）
を有し、薄いストリップまたはリボン材製品の形にする
ことができる。この合金およびこれから作製される製品
は結晶化温度（Ｔｘ）が９１．４°Ｆ（４，９００Ｇ）
よりも低くない特徴をもつすぐれた熱的安定性を有して
いる。

発明を実施するための最良の形態 一般に１本発明のアモルファス合金は本質的に７３−８
０％の鉄、４−１０％のホウ素および１４−１７％のケ
イ素からなる。第１図において、点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄおよ
びＥで示された関係を規定する文字囲いの区域内にある
組成は本発明の広い範囲内に含まれる組成である。点Ａ
、Ｆ、ＧおよびＨは組成が本発明の好ましい範囲にある
関係を示す。こ、の本明細書で定めた組成領域を横切り
外側に延びている点ＩとＪの間の線はＦｅ−Ｂ−８ｉの
３成分図表においてこの領域における共晶釜についての
各共晶点（最も低い融解温度）の軌跡をあられす。

第１図に示された本発明のＦｅ−Ｂ−ｓｉ組成範囲は共
晶線または共晶帯に充分近接しており鋳造した状態で実
質的にアモルファスである。ホウ素含有量はこの合金の
非晶質性にとって決定的である。ホウ素含有量が高い程
合金がアモルファスになる傾向が強い。しかしながらホ
ウ素含有ｌが堆すに゛つれてその合金は高価になる。好
ましいホウ素の範囲は４チ以上１０％未満であって、さ
らに好ましくは７チ以上１０チ未満である。ホウ素含有
量が７％未満の低価格合金は本発明に含まれるが良好な
特性を維持して鋳造するのは困難になる。

合金中のケイ素は主に合金の熱的安定性に影響し、非晶
質性にはホウ素よりも影響が少ない。好まし°くは、ケ
イ素は１５％以上１７％までである。

本発明の合金では鉄分が多い。鉄分は合金の全磁気飽和
て寄与し、鉄の含有量は好ましくは７３ないし７８％で
ある。

本発明の合金組成はある種の電気的用途部Ｆ　ｅＲ，−
８ｉ合金の必要、な特性の最適化を与える。ある種の特
性はその池の特性を得るためには犠牲にされなければな
らないが本発明の組成はこれらの特性間のバランスが理
想的である。必要な磁気飽和を得るためには鉄含有量は
８０％を超えてはならないことが判明している。鉄含有
量を８０チ以下に保つことによって、他の主成分、すな
わちホウ素特にケイ素の量を増量することができる。本
発明の合金から作られた製品が、すぐれた熱的安定性を
有するためにはケイ素の含有量は最大にされる。ケイ素
の含有量を多くする程結晶化温度が上昇し、ストリップ
材が結晶化することなくより高温で熱処理されやすくな
る。より高温で熱処理できることは、生産される製品に
おける内部応力を解放するのに役立ち、このことは磁気
特性を改善する。また、結晶化温度が高い程、作られる
製品にとって最良の磁気特性が維持される有用な温度範
囲が拡大される。

本発明の合金にあっては、ある程度の不可避不純物、ま
たは残留物、があってもよい。かがる不゛町避不純物は
一緒にして合金組成の０．８３原子チを超へてはならな
い。以下は本発明の合金に許容できる代表的残留物の表
である。

代表的な残留物量 （原子％）　　　　　元　　素 ０．００３８錫 ０．００４５　　　　　アルミニウム ０．００４９　　　　チタン ０．０１７　　　　　　モリブデン ０．０１２　　　　　　　リン ０．０２９　　　　　　ニッケル ｏ、ｏｓｏ　　　　　　マンガン ０．０２２銅 ０．００６２　　　　　ナトリウム ０．００１２　　　　　カリウム ０、．０５５　　　　　　クロム （原子チ）　　　　　元　　素 ０．００２３鉛 ０．００６　　　窒素 “０．′α２０　　　酸素 ０．１３　　　　炭素 ０．００３２　　　硫黄 ０．０００３６　　　　マグネシウム ０．０００４９　　　　カルシウム ０．０００５８　　　　ジルコン ０．２以下　　　　　その他 種々の周知の急速凝固法が本発明のアモルファス金属合
金の鋳造ＶＣ使用できる。特にこの合金はドロー（ｄｒ
ａｗ　）鋳造方法を用いて鋳造できる。

普通、ドロー鋳造法では、鋳造表面から０．０２５を連
続的に流出し、鋳造表面は約６１ないし３０４８ｍ／分
（２００ないし１０，０００フイ一ト／分）の直線表面
速度でノズルを通過して移動しアモルファスストリップ
材を作る。鋳造表面は普通、例へば銅製の水冷金属車輪
の外周表面である。鋳造表面の急速移動が金属プールま
たは溜から金属の連続薄層を引き出す。この層は冷却速
度Ｉ　Ｘ　１０５０Ｃ／秒のオーダーで急速に凝固して
ストリップ材となる。代表的には、本発明の合金は、は
じめの温度が約１．６〜３２°Ｃ（３５〜９０°Ｆ）の
範囲である鋳造表面上に約１３１５℃（約２４００°Ｆ
）以上の温度で鋳造される。このストリップは固化温度
及び結晶化温度以下に急冷され鋳造表面で固化された後
鋳造表面から分離される。

代表的には、このようなストリップの巾は２．５４ｃｒ
ｒＬ（１インチ）またはそれ以上で厚さが０．００７６
２ｃｒＩＬ（０，００３インチ）以下であり、巾対厚さ
の比は少なくとも１０対１であり好ましくは２５０対ｌ
である。

実施例 本発明の合金から、以下の第１表に示される合金組成に
対してドロー鋳造法を用いて薄いストリップ材が作製さ
れた。

第　　１　　表 組　成（原子％） ”１５８　　　　７５　　　　”’９　　　　１６６７
１　　　　７５　　　　　９　　　　１６６００　　　
　７６　　　　１０　　　　１．４６１０　　　　７３
　　　　１０　　　　１７６２１　　　　　？３　　　
　　７　　　　２０６２２　　　　７４．５　　　　８
．５　　　−１７各ストリツプは１０エルステツドＤＣ
磁場において３５００Ｃ（６６２°Ｆ）４時間焼なまし
された。

夫々のアモルファス特性がＸ線回折装置によって確認さ
れた。さらに、簡単な曲げ試験によって判定サレルよう
に、各ストリップは少なくとも１方向の延性を有してい
ることが判った。

曲げ試験によって測定される延性には願性を測るために
ストリップをいずれかの方向に１８０゜横に折りまげる
ことか含まれる。もしストリップがストリップを横切っ
てのびる曲げ線に沿って（すなわち、鋳造の方向に直角
に）曲げられ破壊せずに非回復の永久曲げができるなら
ば、ス）　１１ツブは延性を示す。もしス）　ＩＪツブ
が２方向において破壊せずに１８０°屈曲できればダブ
ル（ｄｏｕｂｌｅ　）延性であり、もし破壊せずに１方
向だけ１８０°屈曲できればシングル（ｓｉｎｇｌｅ　
’）またはシングラリ−（ｓｉｎｇｕｌａｒｌｙ　）延
性である。

シングル延性は本発明の合金から作られる製品にとって
最低必要条件である。ダブル延性は本発明の合金から作
られる製品にとって最適化状態である。

第■表のデータ（以下に示す）は、本発明の合金の鉄損
（鉄損はできるだけ低くあるべきである）が公称４８％
Ｎｉ−５２％Ｆｅからなる市販合金ＡＬ　４７５０の１
２．６　ＫＧ　（１，２６Ｔ　）での鉄損０．１６３　
ＷＰＰよりも常に低いことを示している。

試験したＡＬ　４７５０の厚さは０．０１５ｃｎＬ（０
，００６インチ）であり、認められた合金用商習慣に従
って調製されたものであった。本発明の合金のストリッ
プの厚さは約０．０３３ＣｒｒＬ（０，００１３インチ
）であった。

第Ｈ表 −−−−−−−−−−−−−，−−−１ＡＬＲ１５８Ａ
ＬＲ６７１１ＡＬＲ６００ｊＶＡＰＰ＠１．２　　Ｔ　
　：　　−０，７８９０，２３７’高さ　（イ／テ）＞
１　　　　　＜１；＜１＋１４５００　：　１２５００
　ｊ　　１４３００　１５０００１５０００　　　１３
５００　　・　　１４８００　　　１５５０００．０６
９７　　　０．０９９４　　　０．０８１６　　　０．
１４５０．０７７１　　　０．１０５　　　　０．０９
００　　　０．１６３０．０８２１　　　０．１１７　
　　、　０．０９６５　　　０．１７５０．０６４４　
’　　２．１７：’　　、　　０．３１３　　□　０２
５０．４６６’−２３，５９１，６３１，５１，８３・
　　　４．２０　　　　　４．０５２２　　　’　　−
’５２１ く１　　・　＞１　　　；’　　＜１．　　＜ｌ（２０
０）、Ｘ線回折ピークが最良の特性とされるパックグラ
ンドレベルをこえる最大２．５４ｃｒＩＬ（１インチ）
よりもわずかに大きいという理由でヒー）Ａｌ　５８に
対する磁気的データは池の合金データと不一致である。

同じ組成のヒー）　６７＝　１は後日鋳造されたがその
際は鋳造方法が改善され、改善された鋳造急冷速度によ
つ′〔実質的にアモルファスとなった。しかしながらヒ
ート１５８の特性は必要なレベルの飽和磁気およびそれ
から作られる製品を提供することにおいて合金組成の可
能性を示している。比較すると、本発明の範叩外である
合金組成Ｆｅ７３Ｂ７Ｓｉ２０で極端ｖｃｓｊのレベル
が高いヒート６２１は最良の急冷条件下で鋳造されても
なおかなりの程度結晶質であってかつ脆性である。この
合金は実質的にアモルファスではないため、所望の磁気
特性を示さない。

ＡＬＲ６２１を除いて、すべてのヒートは本発明の合金
組成である。第１表に示したデータは、本発明の合金が
ＡＬ　４７５０合金に匹敵するかまたはこれよりもすぐ
れた磁気特性の磁気飽和、保磁力、鉄損（ＷＰＰ）及び
皮相鉄損（ボルトアンペア／ボンド、ＶＡＰＰ）を有す
ることを示している。

産業上の利用可能性 本発明は電気的用途に有用な合金ならびに良好な磁気特
性をもつこれらの合金から作られる製品を提供する。こ
の合金はホウ素の原材料価格が低いために割安に作るこ
とができる。この合金はアモルファスで延性があり、か
つｌＯ原子−を超えるホウ素及び１４原子チ未満のケイ
素を含有する鉄−ホウ素−ケイ素合金よりも熱的安定性
が大きい。

本発明のいくつかの具体例が示され述べられてきたが、
本発明の範囲を逸脱することなく変形ができること＆、
ま当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の共晶線及゛び組成範囲を示す３成分図
表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　原子チで、本質的に７３−８０％の鉄、４−
   １０％のホウ素および１４−１７％のケイ素からなり、
   このほかは不可避不純物である、アモルファス金属合金
   。 （２）原子チで、４％以上ｌＯ％未満のホウ素を含む、
   特許請求の範囲＠（１）項に記載の合金Δ（３）　　原
   子チで、１５％を超え１７％までのケイ素を含む、特許
   請求の範囲第（１）項または第（２）項に記載の合金。 （４）原子チで、７％以上１０チ未満のホウ素を含む、
   特許請求の範囲第（３）項に記・載の合金。 （５）原子俤で、７３−７８％の鉄を含む、特許請求の
   範囲第（１）項に記載の合金。 （６）原子チで、本質的［７３−７８％の鉄、７９６以
   上ｌＯ％未満のホウ素および１５％を超え１７チまでの
   ケイ素からなり、このほかは不６工避不純物である、ア
   モルファス金属合金。 （７）原子チで、０．８３％を超えない不可避不純物を
   含むに過ぎない、特許請求の範囲第（１）項・または第
   （６）項に記載の合金。 （８）　　結晶化温度が４９０℃（９１４°Ｆ）以上で
   あることを特徴とするすぐれた熱的安定性を特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項または第（６）項に記載の合
   金。 （９）アモルファス金属合金製品であって、該合金が原
   子チで、本質的［７３−８０％の鉄、４−１０％のホウ
   素および１４−１７％のケイ素からなり、かつこのほか
   は不可避不純物であって、該製品は少なくとも１方向の
   延性を有する、アモルファス金属合金製品。 （ｌＯ］　　原子チで、４％以上１０％未満のホウ素を
   含む、特許請求の範囲第（９）項に記載の製品。 （１１）　　原子チで１５％を超え１７％までのケイ素
   を含む、特許請求の範囲第（９）項または第（ｌＯ）項
   に記載の製品。 （１２）　　原子チで、７％以上１０％未満のｙｈつ素
   を含む、特許請求の範囲第（１１）項に記載の製品。 （１３）　　原子饅で、７３−７８チの鉄を含む、特許
   請求の範囲第（９）項に記載の製品。・（１４）　　ア
   モルファス金属合金製品であって、該合金が原子係で、
   本質的に７３−７８％の鉄、７係以上１０％未満のホウ
   素および１５％を超え１−７％までのケイ素からなり、
   かつこのほかは不可避不純物であって、該製品は少なく
   とも１方向の延性を有する、アモルファス金属合金製品
   。 （１５）　　原子チで、０．８３％を超えない不可避不
   純物を含むに過ぎない、特許請求の範囲第（９）項また
   は第（１４）項に記載の製品。、（１６）　　６０ヘル
   ツで１２．６キロガウスにおける０、１６３７ツト／ボ
   ンド以下の比較的低い鉄損。 少なくとも１４キロガウスの飽和磁化（Ｂ７５１１）お
   よび０．０４５エルステツド以下の保磁力（Ｈａｄを有
   する、特許請求の範囲第（９）項または第（１４）項に
   記載の製品。 （１７）　　’０．０７６間（０，００３，インチ）以
   下の厚さおよび巾対厚さの比が少なくとも２５０対１の
   薄いス）　１３ツブ材である、特許請求の範囲第（９）
   項または第（１４）項、に記載の製品。 （１８）４９０℃（９１４°Ｆ）以上の結晶化温度を特
   徴とするすぐれた熱的安定性を有する、特許請求の範囲
   第（９）項または第（１４）項に記載の製品。 （１９）　　少なくとも２．５４い（１インチ）の巾、
   ０．０７６ｍｒｔｔＣＯ，００３インチ）以下の厚さ、
   １２．６キロガウスにおける０、１６３ワツト／ボンド
   以下の６０ヘルツ鉄損、少なくとも１４キロガウスの飽
   和磁化（Ｂ７５１１）、０．０４５エルステツド以下の
   保磁力および少なくとも１方向の延性を有するアモルフ
   ァスストリップ材を鋳造する方法であって、 本質的に原子チで、７３−８０％の鉄、４−１０％のホ
   ウ素、および１４−１７％のケイ素からなり、このほか
   は不可避不純物である合金を融解し； −合金を融解させておく一方、スロット付きノズルを通
   して融解した合金の゛流れケノズルから０．６４ｍｍ（
   ０，０２５インチ）以内に配置された鋳造表面に連続的
   に流出し； ６１ないし３０４８　ｍ／分（２００ないし１０．００
   ０フイ一ト／分）の直線表面速度でノズルを通過して鋳
   造表面を連続的に移動しり鋳造面上のストリップを少な
   くとも部分的に凝固させ；および 少なくとも部分的に凝固したストリップを鋳造表面から
   分離する； 工程からなることを特徴とするアモルファスのストリッ
   プ材を鋳造する方法。 （２０）　　該合金が本質的に原子係で、７３７８チの
   鉄、７％以上１０チ未満のホウ素、１５％を超え１７％
   までのケイ素からなり、このほがは不可避不純物である
   、特許請求の範囲第（１９）項に記載の方法。