JPS5922782B2 - 鉄基磁気ヘツド用高透磁率合金および磁気記録再生ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はケイ素、アルミニウム、バリウムおよび残部鉄
からなる合金あるいはこれを主成分とし、副成分として
バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、
タングステン、銅、ゲルマニウム、チタン、ハフニウム
、希土類元素（スカンジウム、イツトリウムおよびラン
タン系元素）、ニツケル、コバルト、マンガン、ジルコ
ニウム、錫、アンチモン、ベリリウム、ガリウム、イン
ジウム、タリウム、金、銀、白金族元素（パラジウム、
白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム
）、ホウ素、リンの少なくとも１種の元素と、少量の不
純物とを含み、高透磁率を有する鉄基磁気ヘツド用高透
磁率合金に関するものである。

更に本発明はこれら鉄基磁気ヘツド用高透磁率合金より
なる磁気記録再生ヘツドに関するものである。本発明者
の一人は先にＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金が高透磁率を有す
ることを発見し、かかる合金がもろく粉末になり易いこ
とからセンタストと称した（特公昭８−２４０９号、１
４−４７２１、４７２２、４７２３、４７２４号公報）
。

現在、センタストは磁気特性が優れ、且つ硬度が高いの
で耐摩耗性が良好である。このためセンタストは磁気記
録再生機器（例えばＶＴＲおよびオーディオテープレコ
ーダ一）における磁気ヘツド用磁性合金として使用され
ている。従来センタストは高い硬度を有するがもろいた
め、磁気ヘツドコアの製造は鋳塊を切断、研削および研
摩する成形加工法によつて行われている。

しかしセンタストの鋳塊は通常ピンホールが多く、また
加工研削中にクラツクおよび欠けが発生し易い大きな欠
点を有しており、成品の歩留りを著るしく低下させてい
る。従つてこれらセンタストの諸欠点を改善し、さらに
磁気特性、耐摩耗性および耐食性等を向上し、且つ製造
の容易な新らしいセンタスト系合金の出現が望まれてい
る。本発明者らはセンタスト系合金に関する永年の研究
の結果、ケイ素３〜１３％、アルミニウム３〜１３％、
バリウム０．００１〜５％および残部鉄と少量の不純物
とからなる合金がセンタストに比較してすぐれた磁気特
性および耐摩耗性を有し、鋳塊のピンホールおよび成形
加工時の欠けの少なフい鉄基磁気ヘツド用高透磁率合金
であることを見い出した。

バリウムはセンタストの成分の一つであるアルミニウム
と同様に面心立方格子の原子配列を有し、且つ脱酸効果
が著しく、その他の性質もアルミニウムと相似している
ため、センタスト系合金の磁気特性および耐摩耗性を改
善し、その溶湯の流動性を良好にして鋳塊のピンホール
を著るしく減少させ、さらに結晶粒界および粒内の強度
を高めて加工時のクラツクおよび欠けの発生を阻止する
ものと考えられた。

また上記合金を主成分とし、さらに副成分としてバナジ
ウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タング
ステン、銅、ゲルマニウム、チタン、ハフニウム、希土
類元素のそれぞれ０．０１〜５％、ニツケル、コバルト
、マンガンのそれぞれ０．０１〜７％、ジルコニウム、
錫、アンチモン、ベリリウム、ガリウム、インジウム、
タリウム、金、銀、白金族元素のそれぞれ０．０１〜３
％およびホウ素、リンのそれぞれ０．０１〜１％の少く
とも１種または２種以上の元素の合計０．０１〜７％を
含有する合金は、上記合金より磁気特性、耐摩耗性およ
び耐食性をより一層改善し、さらにピンホールおよび欠
けが少なく、成形加工性の良好な鉄基磁気ヘツド用高透
磁率合金であることを見い出した。

すなわち、本発明は初透磁率および最大透磁率が大きく
、実効透磁率および硬度が高く、かつ耐摩耗性、耐食性
が良好で、ピンホールおよび欠けが少なく、成形加工性
が優れ脆さの少ない鉄基磁気ヘツド用高透磁率合金を提
供するもので、高透磁率および耐摩耗性を必要とする磁
気記録機器の磁性材料として好適である。

尚、更に好ましい本発明合金はケイ素５〜１１％、アル
ミニウム４〜８％、バリウム０．０１〜３％および残部
鉄からなるか、あるいはこれを主成分とし、さらに副成
分としてバナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリ
ブデン、タングステン、銅、ゲルマニウム、チタン、ハ
フニウム、希土類元素のそれぞれ０．０１〜３％、ニツ
ケル、コバルト、マンガンのそれぞれ０．０１〜５％、
ジルコニウ為、錫、アンチモン、ベリリウム、ガリウム
、インジウム、タリウム、金、銀、白金族元素のそれぞ
れ０．０１〜２％およびホウ素、リンのそれぞれ０．０
１〜０．５％の少なくとも１種または２種以上の元素の
合計０．０１〜７％を含有するものがよい。

本発明の合金を造るには、先ずケイ素３〜１３％、アル
ミニウム３〜１３％、バリウム０．００１〜５％および
残部鉄の適当量又はこれを主成分とし、副成分のバナジ
ウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タング
ステン、銅、ゲルマニウム、チタン、ハフニウム、希土
類元素のそれぞれ０．０１〜５％、ニツケル、コバルト
、マンガンのそれぞれ０．０１〜７％、ジルコニウム、
錫、アンチモン ベリリウム、ガリウム、インジウムタ
リウム、金、銀、白金族元素のそれぞれ０．０１〜３％
およびホウ素、リンのそれぞれ０．０１〜１％の少なく
とも１種または２種以上の元素の合計０．０１〜７％と
の適当量を空気中、好ましくは非酸化性雰囲気（例えば
水素、窒素、アルゴンなど）中あるいは真空中において
適当な溶解炉を用いて溶解した後、マンガン、チタン、
カルシウム合金、マグネシウム合金、その他の脱酸剤、
脱硫剤を少量添加してできるだけ不純物を取り除き、充
分に攪拌し、組成的に均一な溶融合金を得る。

次にこれを適当な形および大きさの鋳型に注入して健全
な鋳造成品あるいは鋳塊を得る。鋳塊の場合にはさらに
切断、研削および放電加工またぱ電解研削等によつて所
要の成品を切り出す。このようにして得た成品を水素中
、その他の非酸化性雰囲気中あるいは真空中で再結晶温
度（約６００℃）以上融点以下の温度で加熱し、ついで
適当な速度で冷却することにより磁気特性、耐摩耗性お
よび耐食性が優れ、ピンホールおよび欠けが少なく、成
形加工性の良好な鉄基磁気ヘツド用高透磁率合金が得ら
れる。次に本発明の実施例について述べる。

実施例 １ 合金番号２６（ケイ素９．２％、アルミニウム５．７％
、バリウム０．９％、鉄残部）の合金の製造原料として
は９９．９８％純度のシリコン、９９．９９％純度のア
ルミニウム、バリウムおよび電解鉄を用いた。

試料を造るには、まず全重量６ｋｇをアルミナ坩堝に入
ぺ真空中で高周波誘導電気炉によつて溶かした後、よく
攪拌して均質な溶融合金とした。次にこれを一辺５０ｍ
ｍ、高さ２００闘の角柱孔をもつ鋳型に注入した。得ら
れた鋳塊から、研削および放電加工法によつて外径２３
ｍｍ、内径１５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの環状板を切り出
し、これを１１５０℃の水素中で２時間加熱後２００℃
／時の冷却速度で熱処理を施して磁気特性を測定した。
欠けた数はＧＣ−１００Ｎ（商品名）の砥石を使用し、
回転数３０００ｒ．ｐ．ｍとし、熱処理を施した３０Ｘ
３０Ｘ５０ｍ７７！の柱状の鋳塊を７０ｍｍ／ｍ！の一
定速度で３０Ｘ１５Ｘ５０ｍ７７！の板に切断した時の
稜の欠けた数をもつて表わしたものであり、ピンホール
の数はこの板をさらに鏡面仕上げした後、顕微鏡で観察
されたピンホールの数をもつて表わした。また、ビツカ
ース硬度および結晶粒平均直径もこの板によつて測定し
た。点食数は耐食性の程度を示すために、常温において
２０×２０關の鏡面を有する試料を３％食塩水に５時間
浸漬した場合に発生した点食の数で示した。磁気ヘツド
チツプの摩耗量は試料を用いて磁気ヘツドチツプを製造
し、これを磁気テープ３００時間走行後、チツプの摩耗
量をタリサーフ表面粗さ計によつて測定した。次に得ら
れた諸特性を示す。

実施例 ２ 合金番号５５（ケイ素９．４％、アルミニウム５．３％
、バリウム０．７％、バナジウム１．３％、鉄残部）の
合金の製造原料は実施例１と同じ純度の電解鉄、シリコ
ンアルミニウム、バリウムと９９．９９％純度のバナジ
ウムを用いた。

試料の製造法、熱処理法および測定法は実施例１と同じ
である。次に得られた諸特性を示す。

実施例 ３ 合金番号９５（ケイ素９．２％、アルミニウム５．６％
、バリウム１．３％、チタン１．６％、鉄残部）の合金
の製造原料は実施例１と同じ純度の電解鉄、シリコン、
アルミニウム、バリウムと９９．９％純度のチタンを用
いた。

試料の製造法、熱処理法および測定法は実施例１と同じ
である。次に得られた諸特性を示す。

さらに、Ｆｅ−Ｓｉ９．２％−Ａｌ５．７％合金にバリ
ウムを添加した場合の初透磁率μ。

、最大透磁率μＭ５ＭＨｚにおける実効透磁率μ。、点
食数Ｎ、ビツカース硬度Ｈｖ、磁気ヘツドチツプの摩耗
量Ａ、ピンホールの数ｍおよび稜の欠けた数ｎの諸特性
を第１図に示す。第１図から明らかな如く、バリウムの
添加によつてμ。、μ。、μ８およびＨｖは増大して磁
気特性、耐摩耗性を改善し、またＮ．ｍ．ｎは著しく減
少して耐食性、成形加工性が良好となる。尚、代表的な
合金の特性を第１表に示した。

上記の実施例、第１表および第１図から明らかな如く、
ケイ素３〜１３％、アルミニウム３〜１３％およびバリ
ウム０．００１〜５％および鉄残部からなる合金ぱ磁気
特性、耐摩耗性、耐食性が良好で、かつピンホールおよ
び欠けが少く成形加工性が容易な磁気ヘツド用高透磁率
合金である。さらに上述した合金組成を主成分とし、副
成分としてバナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モ
リブデン、タングステン、銅、ニツケル、コバルト、マ
ンガン、ゲルマニウム、チタン ハフニウム、ガリウム
、インジワム、タリウム、金、白金族元素、希土類元素
、ジルコニウムの添加はμｏおよびμ．を高める効果が
あり、またバナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モ
リブデン、タングステン、マンガン、銅、ゲルマニウム
、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、錫、アンチモン
ベリリウム、ガリウム、インジウム、タリウム、金、
銀、白金族元素、希土類元素、リン、ホウ素の添加は実
効透磁率を高める効果があり、さ二てらにバナジウム、
ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン
、銅、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、希土類元素
、錫、アンチモンベリリウム、ガリウム、インジウム、
タリウム、金、銀、白金族元素、ホウ素、リンの添加は
硬度を高め耐摩耗性を向上する効果があり、さらにまた
バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、銅、チタン、
・・フニウム、ジルコニウム、希土類元素、錫、アンチ
モン、ベリリウム、ガリウム、インジウム、タリウム、
銀、白金族元素、ホウ素、リンの添加は結晶粒を微細に
し、耐摩耗性を向上する効果があり、さらにまたクロム
、モリブデン、タングステン パナジウム、ニオブ、タ
ンタル、銅、コバルト、ニツケル、マンガン、ゲルマニ
ウム、希土類元素、金、銀、白金族元素の添加は耐食性
を高める効果がある。なお、副成分添加の効果を一括し
て表示すると第２表の通りであり、さらに副成分を添加
した代表的な合金の特性を第１表に示す。また、本発明
の合金（Ｆ８−Ｓｉ９．２％Ａｌ５．７％−ＢａＯ．９
％）に代表的な副成分としてバナジウムおよびチタンを
選び、それぞれ添加した場合を添加しない場合に比較し
て初透磁率μｏ、最大透磁率μｍ、実効透磁率μ８、ビ
ツカース硬度Ｈｖ、結晶粒平均直径Ｄ、磁気ヘツドのチ
ツプの摩耗量Ａ、点食数Ｎについてその特性図を第２図
および第３図に示す。

オーデイオテープレコーダ一およびＶＴＲ等の磁気記録
再生機器は、その構造上磁気テープが磁気ヘツドに密接
して走行するため、ヘツドの摩耗が起り、音質あるいは
画質を損われる。

従つてヘツドに用いる合金はできるだけ硬度が高く、結
晶粒が微細で結晶粒界および粒内の強度が高く耐摩耗性
に富んでいることが望まれる。また磁気録音の場合には
１００ＫＨｚ以下の比較的低い周波数の交流磁界によつ
て録音再生が行われるので、初透磁率および最大透磁率
が大きいことが必要であるが、ＶＴＲの場合には数１０
０ＫＨｚ〜数ＭＨｚの高い周波数の交流磁界で録画再生
が行われるので、この高い周波数範囲における実効透磁
率が大きいことが望まれる。さらに使用環境に耐えるに
充分な耐食性があることが望まれる。従つて本発明合金
は上述の諸特性が全く満足されるように適宜副成分を選
択するとよい。すなわち、第１〜２表および第２〜３図
から明らかなように上記した少なくとも１種の副成分を
添加すると耐食性、硬度、初透磁率、最大透磁率あるい
は実効透磁率は増大し、あるいは硬度が高く、結晶粒が
極めて微細となる。その上本発明合金はバリウムを含有
しているので、その鋳塊はピンホールが少なくかつヘツ
ド製造の工程中にクラツクおよび欠けの発生が少ないの
が特長である。なお、本発明合金は上記のように磁気特
性が優れているので、高い透磁率を必要とする一般の電
気機器の磁性合金としても利用される。

なおまた各実施例、表および図面における合金は比較的
純度の高いチタン、ケイ素、アルミニウム、バナジウム
、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン、ニツケ
ル、マンガン、ベリリウム、希土類元素、リンおよびホ
ウ素等を用いたが、これらの代りに一般市販のこれらの
フエロ合金、母合金およびミツシユメタルを用いてもよ
い。

次に本発明において合金の組成をケイ素３〜１３％、ア
ルミニウム３〜１３％、バリウム０．００１〜５％およ
び鉄残部からなる合金、あるいはこれを主成分とし、副
成分として添加する元素をバナジウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、モリブデン、タングステン、銅、ゲルマニ
ウム、チタン、ハフニウム、希土類元素のそれぞれ０．
０１〜５％、ニツケル、コバルト、マンガンのそれぞれ
０．０１〜７％、ジルコニウム、錫、アンチモン、ベリ
リウム、ガリウム、インジウム、タリウム、金、銀、白
金族元素のそれぞれ０．０１〜３％およびホウ素、リン
のそれぞれ０．０１〜１％の少くとも１種または２種以
上の元素の合計０．０１〜７％と限定した理由は、各実
施例、表および図面から明らかなように、上記組成範囲
内では初透磁率および最大透磁率が大きく、実効透磁率
および硬度が高く、耐摩耗性が良好で、かつピンホール
および欠けが少く成形加工性が良好であるが、ケイ素１
３％以上、アルミニウム１３％以上、バリウム５％以上
では初透磁率および最大透磁率は小さくなり、また、ケ
イ素３％以下およびアルミニウム３％以下では透磁率、
硬度が低いので磁気特性および耐摩耗性が悪くなり、さ
らにバリウム０．００１％以下ではその添加効果が小さ
いからである。また、副成分として添加する元素はバナ
ジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タン
グステン、銅、ゲルマニウム、チタン、ニフニウム、希
土類元素のそれぞれ５％以上、ニツケル、コバルト、マ
ンガンのそれぞれ７％以上、ジルコニウム、錫、アンチ
モン、ベリリウム、ガリウム、インジウム、タリウム、
金、銀、白金族元素のそれぞれ３％以上、ホウ素、リン
のそれぞれ１％以上の添加で初透磁率および最大透磁率
は小さくなり、磁気ヘツド用高透磁率合金として不適当
となるからである。なお、快削性を付与するため、本発
明の合金にさらにカルシウム、タリウム、イオウ、セレ
ン、鉛を磁気特性を損わない程度の少量を添加してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂはセンタスト（Ｆｅ−Ｓｉ９．２％一Ａｌ
５．７％合金）にバリウムを添加した場合の初透磁率μ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比にてケイ素３〜１３％、アルミニウム３〜１
   ３％、バリウム０．００１〜５％および残部鉄と、少量
   の不純物とからなることを特徴とする鉄基磁気ヘッド用
   高透磁率合金。 ２ 重量比にてケイ素５〜１１％、アルミニウム４〜８
   ％、バリウム０．０１〜３％および残部鉄と、少量の不
   純物とからなる特許請求の範囲第１項記載の鉄基磁気ヘ
   ッド用高透磁率合金。 ３ 重量比にてケイ素３〜１３％、アルミニウム３〜１
   ３％、バリウム０．００１〜５％および残部鉄よりなる
   合金を主成分とし、これに副成分としてバナジウム、ニ
   オブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、
   銅、ゲルマニウム、チタン、ハフニウム、希土類元素の
   それぞれ０．０１〜５％、ニッケル、コバルト、マンガ
   ンのそれぞれ０．０１〜７％、ジルコニウム、錫、アン
   チモン、ベリリウム、ガリウム、インジウム、タリウム
   、金、銀、白金族元素のそれぞれ０．０１〜３％、ホウ
   素、リンのそれぞれ０．０１〜１％の少くとも１種また
   は２種以上の元素の合計０．０１〜７％を含有する鉄基
   磁気ヘッド用高透磁率合金。 ４ 特許請求の範囲第２項記載の合金を主成分とし、副
   成分としてバナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モ
   リブデン、タングステン、銅、ゲルマニウム、チタン、
   ハフニウム、希土類元素のそれぞれ０．０１〜３％、ニ
   ッケル、コバルト、マンガンのそれぞれ０．０１〜５％
   、ジルコニウム、錫、アンチモン、ベリリウム、ガリウ
   ム、インジウム、タリウム、金、銀、白金族元素のそれ
   ぞれ０．０１〜２％およびホウ素、リンのそれぞれ０．
   ０１〜０．５％の少くとも１種または２種以上の元素の
   合計０．０１〜７％を含有する鉄基磁気ヘッド用高透磁
   率合金。 ５ 特許請求の範囲第２項記載の合金を主成分とし、副
   成分としてバナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モ
   リブデン、タングステン、銅、ゲルマニウム、チタン、
   ハフニウム、希土類元素のそれぞれ０．０１〜３％、マ
   ンガン０．０１〜５％、ジルコニウム、金、銀、白金族
   元素のそれぞれ０．０１〜２％の少くとも１種または２
   種以上の元素の合計０．０１〜７％を含有することを特
   徴とする鉄基磁気ヘッド用高透磁率合金。 ６ 特許請求の範囲第２項記載の合金を主成分とし、副
   成分としてバナジウム、ニオブ、タンクル、クロム、モ
   リブデン、銅、ゲルマニウム、チタンのそれぞれ０．０
   １〜３％、マンガンのそれぞれ０．０１〜５％、ジルコ
   ニウム０．０１〜２％の少くとも１種または２種以上の
   元素の合計０．０１〜７％を含有することを特徴とする
   鉄基磁気ヘッド用高透磁率合金。 ７ 特許請求の範囲第２項記載の合金を主成分とし、副
   成分としてバナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、銅
   のそれぞれ０．０１〜３％、マンガン０．０１〜５％の
   少くとも１種または２種以上の元素の合計０．０１〜７
   ％を含有することを特徴とする鉄基磁気ヘッド用高透磁
   率合金。 ８ 特許請求の範囲第１乃至第７項のいずれかに記載し
   た鉄基磁気ヘッド用高透磁率合金を使用した磁気記録再
   生ヘッド。