JPS5924177B2 - 角形ヒステリシス磁性合金 - Google Patents

角形ヒステリシス磁性合金

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JPS5924177B2
JPS5924177B2 JP52023742A JP2374277A JPS5924177B2 JP S5924177 B2 JPS5924177 B2 JP S5924177B2 JP 52023742 A JP52023742 A JP 52023742A JP 2374277 A JP2374277 A JP 2374277A JP S5924177 B2 JPS5924177 B2 JP S5924177B2
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JP
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less
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coercive force
tungsten
squareness
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JP52023742A
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量 増本
雄悦 村上
直司 中村
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DENKI JIKI ZAIRYO KENKYUSHO
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DENKI JIKI ZAIRYO KENKYUSHO
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄およびタングステン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、ク
ロム、モリブデン、タンタル、ニッケル、銅、コバルト
、チタン、ジルコニウム、珪素、アルミニウム、ゲルマ
ニウム、錫、アンチモン、ベリリウム、マツカリ、希土
類元素(イットリウム、ランタン系元素)および炭素の
1種あるいは2種以上の合計0.01〜60%の元素か
らなり、少量の不純物を含む角形ヒステリシス磁性合金
に関するもので、その目的とするところは残留磁束密度
が大きく、良好な角形ヒステリシス特性を有しかつ鍛造
、加工が容易な角形ヒステリシス磁性合金を得るにある
現在、電磁機器における記憶素子、フエリードおよびラ
ッチングリレー用の磁性材料として、残留磁束密度が大
きく、角形性のヒステリシスを示し、用途に応じて数エ
ルステッドから数100エルステッドの保磁力を有する
角形性磁性合金が使用されている。
これら成品においては高度な加工を必要とするもの、あ
るいはガラス封着などの作業を必要とするものなどがあ
り、したがつて加工性に富み、かつ磁気特性が高温加熱
(約800℃)によつても安定であることが望まれてい
る。従来、このような特性を有する磁性材利としてはF
e−C系合金、Fe−Mn系合金、Fe一Co系合金お
よびFe−Ni系合金等がある。しかしFe−C系合金
およびFe−Mn系合金は安価で加工性にすぐれている
が、高温加熱によつて磁気特性が著るしく劣化する欠点
を有し、また′Fe−Co系合金およびFe−Ni系合
金は高価なコバルトあるいはニッケルを多量に含み、か
つ高度な加工技術を必要とするため工業的に充分満足し
得るものとは云い難い。本発明者らは幾多研究の結果、
タングステン1〜20%および残部鉄からなる合金およ
びこれを主成分としさらに副成分としてバナジウム10
%以下、ニオブ0.5%未満、クロム15%以下、モリ
ブデン10%以下、タンタル10%以下、ニッケル15
%以下、銅10%以下、コバルト50%以下、チタン5
%以下、ジルコニウム5%以下、珪素5%以下、アルミ
ニウム5%以下、ゲルマニウム501)以下、錫5%以
下、アンチモン5(f)以下、ベリリウム3%以下、マ
ンガン1501)以下、希土類元素2%以下、および炭
素1.5%以下の1種または2種以上の合計0.01〜
60%と、少量の不純物とからなる合金は残留磁束密度
が大きく、すぐれた角形ヒステリシスを示し、保磁力が
2エルステツド以上を有し、かつ加工が容易で高温加熱
によつても磁気特性が安定な磁性合金であることを見い
だした。
即ち本発明は残留磁束密度が大きく角形ヒステリシスを
示し、保磁力が2エルステツド以上を有し、かつ鍛造、
成形加工が容易な角形ヒステリシス磁性合金を提供する
ものであり、本発明合金は角形ヒステリシス特性を必要
とする上記の電磁機器の磁性材刺として好適である。
本発明の合金を造るには、まず主成分のタングステン1
〜20%および残部鉄と、副成分としてバナジウム10
%以下、ニオブ0.5(F6未満、クロム15%以下、
モリブデン10%以下、タンタル10(f)以下、ニツ
ケル15(fl)以下、銅10%以下、コバルト50(
!l)以下、チタン5%以下、ジルコニウム5(Ff)
以下、珪素5%以下、アルミニウム5%以下、ゲルマニ
ウム5%以下、錫5%以下、アンチモン5%以下、ベリ
リウム3%以下、マンガン15%以下、希土類元素2%
以下、および炭素1.5%以下の1種または2種以上の
合計0.01〜60%の適当量を空気中、好ましくは非
酸化性雰囲気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、珪素、アルミニウヘチタ
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(1%以下)添加してできるだけ不純
物を取り除き、充分に撹拌し、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
な鋳塊を得、さらにこれに約800℃〜1200℃の高
温において鍛造あるいは熱間加工並びに冷間加工を施し
て適当な形状のもの、例えば棒あるいは板となし、90
0℃以上の高温度で適当な時間加熱して焼鈍あるいは溶
体化処理を施す。
ついでこれをスエージング、線引あるいは圧延などの方
法によつて加工率50%以上の冷間加工を施し、目的の
形状のもの例えば細線あるいは薄板にする。さらにこれ
ら冷間加工状態の成品を空気中、好ましくは非酸化性雰
囲気中あるいは真空中で400℃以上1000℃位迄の
温度で加熱することにより、保磁力2エルステツド以上
を有するすぐれた角形ヒステリシス磁性合金が得られる
。上記の焼鈍或は溶体化処理は合金の組成に応じて適宜
選択して施されるものであるが、焼鈍は加熱することに
よつて加工歪を除去し、組織を均質化するために必要で
あり、また溶体化処理は高温度の加熱によつて、過飽和
な組織を形成せしめて冷間加工後に施される加熱におい
て、微細な金属間化合物を析出させ、保磁力を増大させ
るために必要である。
上記の冷間加工は合金の結晶の優越方向をそろえる効果
があり、特に力旺率50(f)以上の加工を施した場合
にこの効果が著るしい。
また上記の冷間加工に次いで行われる加熱は、加工歪の
除去、再結晶、変態、析出などを経て角形特性を向上さ
せるが、特に400℃以上1000℃位迄の加熱におい
てその効果が大きい。次に本発明の実施例について述べ
る。
実施例 1 合金番号8(組成Fe=87.8%、W=122%)の
合金の製造原料としては99.9%純度の電解鉄および
99.8%純度のタングステンを用いた。
試利を造るには原料を全重量700tでアルミナ坩堝に
入れ、空気中で高周波誘導電気炉によつて溶かした後、
よく撹拌して均質な溶融合金とした。次にこれを直径2
5Tm.高さ170wnの孔をもつ鋳型に注入し、得ら
れた鋳塊を約1000℃で鍛造して直径4wr1nの丸
棒とし、1000℃で1時間加熱した後水冷し、ついで
冷間線引によつて直径0.5wnの線とした。この場合
の加工率(減面率)は98%である。さらにこの線より
長さ20ctnを切りとつて試刺とし、種々な熱処理を
施した後残留磁束密度Brと、磁場100エルステツド
のときの磁束密度B,OOとの比率で表わした角形率B
r/BlOOおよび保磁力Hcの値を測定し、第1表に
示すような特性が得られた。実施例 2 合金番号52(組成Fe=85.7%、W=11.3%
、Cr=301))の合金の製造原判は実施例1と同じ
純度の鉄およびタングステンと99.8%純度のクロム
を用いた。
試料の製造法は実施例1と同じである。試料に種々の熱
処理を施して第2表に示すような特性を得た。実施例
3合金番号120(組成Fe=85.2%、W二11.
6%、Ge=3.2(!))の合金の製造原料は実施例
1と同じ純度の鉄およびタングステンと99.8%純度
のゲルマニウムとを用いた。
試判の製造法は実施例1と同じである。試料に種種の熱
処理を施して第3表に示すような特性を得た。なお代表
的な合金の磁気特性を第4表に示す。
第1図には種々なタングステン量を含んだFe一W系合
金について1000℃で1時間加熱した後水冷し、つい
で加工率98%の冷間加工を施した線材を、700℃の
真空中で加熱した場合の保磁力Hc、残留磁束密度Br
および角形率Br/BlOOが示してある。図に見るよ
うにタングステン量の増加と共に保磁力Hcは著るしく
増大し、残留磁束密度Brは暫次減少するが、角形率B
r/BlOOはタングステン量に関係なく80%以上の
すぐれた特性を示す。しかしタングステン1(L以下で
は保磁力Hcは2エルステツド以下となり、またタング
ステン2091)以上では加工が困難となる。第2図は
タングステン1242(f)を含む合金について同様に
力旺率98%の冷間加工を施した後、各温度で加熱した
場合の保磁力Hc、残留磁束密度Brおよび角形率Br
/BlOOが示してある。
図に見るように400℃以上の温度における加熱では角
形率が80(L以上を示すが、400℃以下の温度の加
熱では角形率が80%以下となり角形ヒステリシス磁性
合金として不適当である。この角形率が高温加熱によつ
ても80(!)以上を示すことは本発明合金の大きな特
長である。第3図はFe−127%W−220(LCO
合金を種々の高温度で1時間加熱した後水冷し、ついで
加工率98%の冷間加工を施した後750℃で加熱した
本発明合金の磁気特性を示す特性図である。
図から明らかなように高温、加熱後水冷による溶体化処
理では、水冷開始温度の広い範囲に亘つて保磁力、残留
磁束密度および角形率とも高く、すぐれた磁気特性を示
している。第4図はFe−122(!)W合金にCr,
NiあるいはCOを添加し、同様に冷間加工と熱処理を
した本発明合金の磁気特性を示す特性図で、図から明ら
かなようTccr,NlあるいはCOを添加すると保磁
力、角形率の何れも大きくなる。
残留磁束密度はCO添加では増大するが、Crl5%以
上、Nll5%以上となると下るので好ましくない。ま
たCO5O(Fll以上では加工が困難となり好ましく
ない。第5図は同じくFe−122%W合金にV,MM
OあるいはMnを添加し、同様に冷間加工と熱処理をし
た本発明合金の磁気特性図を示す特性図で、図から明ら
かなようにV,MO,Mnの何れかを添加すると保磁力
、角形率は大きくなるが、VlO%以上、MOlO%以
上、Mnl5%以上となると残留磁束密度が下るので好
ましくない。
第6図は同じくFe−122(f)W合金にTa,Cu
,At,Tl,ZrあるいはSiを添加し、同様に冷間
加工と熱処理を施した本発明合金の磁気特性を示す特性
図で、図から明らかなように、Fe−122%W合金に
Ta,CU,At,Ti,Zr,Slの何れかを添加す
ると保磁力、角形率は大きくなるが、TalO%以上、
CulOOl)以上、At5%以上、Tl5%以上、Z
r5%以上Sl5Ol)以上となると残留磁束密度が下
るので好ましくなく、またAt5%以上、Tl5%以上
、Zr5%以上、S!5%以上になると加工が困難とな
り好ましくない。第7図は同じくFe−122%W合金
にGe,Sn,Sb,Be,C,CeあるいはNbを添
加し、同様に冷間加工と熱処理を施した本発明合金の磁
気特性を示す特性図で、図から明らかなようにGe,S
n,Sb,Be,C,Ceの何れかを添加すると保磁力
、角形率は大きくなるが、Sn5(f)以上、Sb5%
以上、Be3%以上となると残留磁束密度が下り、加工
が困難となるので好ましくなく、またGe5(Ft)以
上、Cl.5%以上Ce(希土類元素)2%以上になる
と加工が困難となり好ましくない。
Nbを添加すると保磁力、残留磁束密度が大ぎくなるが
、NbO.5%以上では加工性を損うので好ましくない
。さらに上記各実施例および第4表かられかるようにF
e−W系合金およびこれを主成分とし、副成分としてV
,Nb,Cr,MO,Ta,Ni,Cu,CO,Ti,
Zr,Si,At,Ge,Sn,Sb,Be,Mn,希
土類元素、およびCの1種または2種以上の合計0.0
1〜60%を添加した本発明合金は焼鈍あるいは溶体化
処理後加工率50%以上の冷間加工を施した後、400
℃以上で加熱することにより、保磁力が2エルステツド
以上で、残留磁束密度の大ぎな優れた角形ヒステリシス
特性を有する磁性合金が得られる。
また本発明合金は加工率50%以上の冷間加工を施し、
400℃以上の加熱により角形特性を付与した後、これ
をさらに加熱するかあるいはこれに冷間加工を施しても
その角形性が容易に劣化しない特長がある。したがつて
本発明合金はガラス封着を必要とし、あるいは最終熱処
理後さらに加工を必要とする成品を製造する場合に有利
である。以上本発明合金の特性は加工率50(L以上の
冷間加工を行つた後、400℃以上の温度で加熱するこ
とにより得られることを述べたが、この冷間加工と加熱
を繰り返し行つても、良好な角形特性が得られることは
当然である。なお図面、実施例および第4表に掲げた合
金には比較的純度の高い金属Nb,Cr,MO,W,M
n,v,Ti,At,si,希土類元素およびC等を用
いたが、これらの代りに経済的に有利な一般市販のフエ
ロあるいは母合金およびミツシユメタルを用いても溶解
の際脱酸、脱硫を充分に行えば、これらの金属を用いる
場合とほぼ同様な磁気特性と加工性が得られる。
上記のように本発明合金は角形特性がすぐれ保磁力も大
きいので角形特性を必要とする上記の電磁機器をはじめ
、ヒステリシスモーターのコア用磁性材料としても好適
である。
次に本発明において合金の組成をタングステン1〜20
%および残部鉄と限定し、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10%以下、ニ
オブ0.5%未▲ クロム15%以下、モリブデン10
%以下、タンタル10%以下、ニツケル15%以下、銅
10%以下、コバルト50%以下、チタン5%以下、ジ
ルコニウム5(16以下、珪素5(fl)以下、ア゛ル
ミニウム5%以下、ゲルマニウム5(fl)以下、錫5
%以下、アンチモン5%以下、ベリリウム3%以下、マ
ンガン15(:L以下、希土類元素2(F6以下および
炭素1.5%以下と限定した理由は図面、各実施例およ
び第4表で明らかなようにその組成範囲の保磁力は2エ
ルステツド以上ですぐれた角形ヒステリシス特性を示し
、かつ加工性も良好であるが、組成がこの範囲をはずれ
ると磁気特性は劣化し、かつ加工が困難となり角形ヒス
テリシス磁性合金として不適当となるからである。
即ちタングステン1〜20(fl)および残部鉄の組成
範囲の合金は保磁力2エルステツド以上で角形特性のす
ぐれた磁気特性を有し、さらに高温加熱によつても磁気
特性の劣化が少く、その上加工性が良好であるが、一般
にこれにさらにNb,Cr,MO,W,Ni,Cu,C
O,Ti,Zr,At,Sn,Sb,Be,Mn,希土
類元素およびCの添加は角形特性を改善し、保磁力を高
める効果があり、またTi,At,Si,Ge,Vの添
加は高温加熱による磁気特性の劣化を減少させる効果が
あり、Ti,Cr,Niの添加は鍛造加工を良好にする
効果がある。
なお用途に応じて本発明合金の切刷加工を必要とする場
合には、本発明合金にさらにPb,P,Te,S,Ca
,SeおよびBN(窒化硼素)の1種または2種以上を
添加することにより角形特性を損わずに快削性を付与す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はFe−W系合金を1000℃で1時間加熱後水
冷し、ついで加工率98%の冷間加工を施した後、70
0℃で加熱した場合の磁気特性を示す曲線図、第2図は
タングステン12.2%を含むFe−W系合金に同様に
加工率98%の冷間加工を施した後、種々の温度で加熱
した場合の磁気特性を示す曲線図、第3図はFe−12
7%W−22,0%CO合金を種々の高温度で1時間加
熱後水冷し、ついで加工率98%の冷間加工を施した後
750℃で加熱した場合の磁気特性を示す曲線図、第4
図はFe−12.2%W合金にCr,NiあるいはCO
を添加し、同様に冷間加工と熱処理を施した場合の磁気
特性を示す曲線図、第5図は同じくFe−122%W合
金にV,MOあるいはMnを添加し、同様に冷間加工ど
熱処理を施した場合の磁気特性を示す曲線図、第6図は
同じくFe−12,2%W合金にTa,CU,At,T
i,ZrあるいはSlを添加し、同様に冷間加工と熱処
理を施した場合の磁気特性を示す曲線図、第7図はFe
−122%W合金にGe,Sn,Sb,Be,C,Ce
あるいはNbを添加し、同様に冷間加工と熱処理を施゛
した場合の磁気特性を示す曲線図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量比にてタングステン1〜20%および残部鉄と
    、少量の不純物とからなり、保磁力が2エルステッド以
    上を有することを特徴とする角形ヒステリシス磁性合金
    。 2 重量比にてタングステン1〜20%および残部鉄を
    主成分とし、副成分としてバナジウム10%以下、ニオ
    ブ0.5%未満、クロム15%以下、モリブデン10%
    以下、タンタル10%以下、ニッケル15%以下、銅1
    0%以下、コバルト50%以下、チタン5%以下、ジル
    コウム5%以下、珪素5%以下、アルミニウム5%以下
    、ゲルマニウム5%以下、錫5%以下、アンチモン5%
    以下、ベリリウム3%以下、マンガン15%以下、希土
    類元素2%以下および炭素1.5%以下の1種または2
    種以上の合計0.01〜60%と、少量の不純物とから
    なり、保磁力が2エルステッド以上を有することを特徴
    とする角形ヒステリシス磁性合金。
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