JPS6037179B2 - 非晶質磁性合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱的に安定で、しかも初透磁率温度特性が改良
された非晶質磁性材料に関するものである。

最近に至り、これまでの合属磁性材料より優れた磁気特
性に加えて、電気抵抗が高く、薄板加工性がすぐれてい
ることから非晶質合金が高周波磁心用として注目される
ようになった。

通常、金属は固体状態においては結晶として存在してい
る。しかしながら、ある種の合金融液を１ぴ〜１ぴ℃／
ｓｅｃという大きい速度で急冷凝固させたような場合、
団体状態でも、溶融状態に類似した原子配列をもつもの
、すなわち非晶質の合金が得られる。この非晶質合金は
、Ｘ線回折、電子線回折によっても結晶構造を示すよう
な回折像は得られず、結晶質としては異なるァト・ラン
ダムな原子配列を有するものであることが確認されてい
る。このような非晶質合金からなる磁性材料は、通常の
結晶に起因する磁気異方性を有しないため、一般に保磁
力が小さい、初透磁率が大きい、電気抵抗が大きい、硬
度が高いなどの磁性材料に適した特徴を有している。こ
れまでに高透磁率非晶質磁性材料として、Ｆｅ４．７Ｃ
ｏ７。．３Ｓｉ，５Ｂ，。およびＦｅ６Ｃｏ７４区。、
などの組成点を有する磁性材料が発表されている。しか
しながらこれらの組成の磁気特性は常温ではすぐれてい
るが、２００ｑ○前後の温度で数時間加熱すると常温に
おける初透磁率が最初の値から６０％〜８０％減少し、
熱的に極めて不安定であることが明らかになった。例え
ばＦｅ５Ｃｏ？ｏＳｉ，５Ｂ，ｏは３００ｑｏで加熱す
ることによって常温で初透磁率が１′６に減少すること
が報告されている。このように初透磁率が熱に対して不
安定であることは非晶質材料の実用化の観点から大きな
問題点となっていた。特に非晶質磁性合金を磁気へッド
‘こ応用しようとする場合上記の熱不安定性は大きな問
題点であった。これは磁気ヘッドを製作するに際し、渦
電流損失を少なくするために、ヘッドのコアは磁性材料
の薄板を多数枚接着して積層化して製作する必要がある
が、この際薄板の積層工程における接着材の熱硬化、お
よび樹脂モールドなどのために１００ｑｏ〜２０びＣの
加熱が必要である。これまでに発表されている非晶質磁
性材料、例えばＦｅＭＣｏゆぶｉ，５Ｂ，ｏ、Ｆｅ６Ｃ
ｏ７４＆ｏなどの高透磁率非晶質磁性合金は、この加熱
によって初透磁率が１０，００疎前後から２，０００〜
３，０００へ減少してしまい、十分な磁気ヘッド特性が
得られなかった。

また初透磁率の温度特性についても、第１図に示す初透
磁率の温度特性からも明らかなように、従来の非晶質磁
性合金の温度特性（図中付号１）例えば初透磁率の温度
に対する変化が大きく、しかも１２０℃までの昇縞時の
温度特性に比較し、冷却時の温度特性は、初透磁率が低
く、２０ｑｏでは６０％以上低く、初期値（２０ｑｏ）
に戻らず磁性材料としては大きな問題点であった。なお
、図中付号２は本発明非晶質磁性合金の初透磁率の温度
特性を示す。

本発明者らは、結晶化温度よりもかなり低い温度での加
熱によって、初透磁率が減少する原因について研究を重
ねた結果、８０瓜ｈｏｅ以下の低磁場では第２図に示さ
れるごとく加熱によりＢ−日ヒステリシスループが数十
ｍ戊移動し、保磁力が増加するためであることを見出し
た。

第２図は、２００ｑＣＩ時間加熱した場合の非晶質磁性
合金例えば（Ｆｅｏ．的Ｃｏｏ．８５Ｎｉｏ．ｏ８）鷹
Ｓｉ，５ＢｏのＢ−日ヒステリシスループの移動を示す
もので、図中符号１は加熱前、２は加熱後のＢ一日ヒス
テリシスループを示すものである。

本発明者らはＢ−日ヒステリシスループの加熱による移
動を０付近に押える方法について種々検討した結果、初
期の磁気特性において優れたＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系非晶質
合金にＴｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ〇，ＶＶ
，Ｚｎ，ＡＩ，Ｇａ，ｌｎ，Ｃｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，船，Ｓ
ｂおよびＢｉの少くとも一種を添加する場合、熱的に安
定でしかも初透磁率の温度特性が良好な非晶質合金から
なる特に磁気ヘッドとして好適な磁性材料が得られるこ
とを見出し本発明をなすにいたつた。

すなわち本発明は熱的に安定で初透磁率の温度特性が良
好な実質的に非晶質な磁性合金からなる磁性材料を提案
するもので、鉄、コバルト、ニッケル、シリコンおよび
ボロンからなり、これを一般式（ＦｅａＣＱＮｉｃ）ｘ
（ＳｉｅＢｆ）ｙと表わすとき、×十ｙ＝１０い２３．
１≦ｙ≦３５ａ十ｂ＋ｃ＝１．０い０．０３ＳａＳＯ．
０９１、０．４０ミｂＳＯ．８ふ０．０５９Ｓｃミ０．
５７、 ０＜ｅｙ≦２５ ０＜ｆｙ≦３０ なる関係を有する非晶質な磁性合金にＴｉ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，ＶＶ，Ｚｎ，ＡＩ，Ｇａ，ｌ
ｎ，Ｗ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｓ，ＳｂおよびＢｉの内から選
ばれた少くとも一種を０．５〜６．瓜ｔ％添加すること
を特徴とするものである。

また上記非晶質磁性合金において所望に応じて半金属成
分であるシリコン、ボロンの８瓜ｔ％以下をリン又は炭
素あるいはその両方で置換することができる。

本発明をさらに詳しくいえば■Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの三元
系組成からなる遷移金属成分６５〜７６．単ｔ％と佃Ｂ
又はＳｉからなる半金属成分２３．１〜３母ｔ％からな
り、遷移金属成分Ｆｅ，ＣＯＮｉ中のＦｅの含有量が０
．０３以上０．０９１以下、Ｃｏの含有率が０．４０以
上、０．８５以下、より好ましくは初透磁率の大きさの
関係から０．４０〜０．７０、Ｎｉの含有量は０．０５
９以上、０．５７以下、Ｓｉの含有量が２弦ｔ％以下、
好ましくは５〜２仇ｔ％、Ｂの含有量が３山ｔ％以下、
である基本組成にＴｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃて，
Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｎ，Ｇａ，ｌｎ，Ｃだ，Ｓｎ，Ｐｂ，
Ａｓ，ＳｂおよびＢｉの中から選ばれる何れか少なくと
も１種を０．５〜６．瓜ｔ％添加した熱的に安定でしか
も初透磁率の温度特性が良好な非晶質磁性材料である。

またこの磁性合金において、遷移金属成分を６５〜７６
．鱗ｔ％、半金属成分を２３．１〜３弦ｔ％の範囲で選
択し、Ｆｅの含有量を０．０３以上０．０９１以下、Ｃ
ｏの含有量を０．４０以上０．８５以下、Ｎｉの含有量
を０．０５９以上、０．５７以下、Ｓｉの含有量を２９
ｔ％以下、Ｂの含有量を３瓜ｔ％以下とした場合、所望
に応じ、半金属成分すなわちボロンまたはシリコンある
いは両方の多くとも８瓜ｔ％までをリンまたはカーボン
あるいはその両方で置換することができる。遷移金属成
分Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ中のＮｉの存在は保磁力を小さくし
、透磁率を高くする作用を有し、ニッケル含有は熱的安
定性を改善する。Ｎｉが０．５７以上であると飽和磁束
密度を低下させるものであり、０．０５９以下では熱的
な安定性が減少するためである。次に本発明の合金の成
分組成範囲を限定する理由を述べる。遷移金属成分Ｆｅ
，Ｃｏ，Ｎｉ中のＦｅが０．０３より少ないとき、及び
０．０９１より多いときは熱的に安定でしかも磁歪の４
・さな組成の選択が不可能になり、初透磁率が減少し、
磁性材料として十分な特性が得られないので０．０３〜
０．０９１の範囲に限定する必要がある。

そして前記Ｆｅ分が０．０９１を超えると、即ち、非晶
質磁性合金中のＦｅ含有量が松ｔ％以上となると、初透
磁率の温度変化が大きく、好ましくないので、その点で
もＦｅ分が０．０９１（該合金中のＦｅ舎有量は７ａｔ
％未満）とすることが必要である。

遷移金属成分Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ中のＣｏが０．４０より
少ないときは、飽和磁束密度を低下させる。また０．８
５より多いときは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ
，Ｍ〇，Ｗ，Ｚｎ，ＡＩ，Ｇａ，１ｎ，Ｃだ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，＄，ＳｂおよびＢｊなどを添加しても、熱的に安定
で、しかも初透磁率の温度特性が良好な非晶質磁性材料
が得られないので、０．４０から０．８５の範囲に限定
する必要がある。遷移金属成分Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ中のＮ
ｉの存在は保磁力を小さくし、透磁率を高くする作用を
有し、ニッケル含有は熱的安定性を改善する。

Ｎｉが０．５７より多いと飽和磁束密度を低下させるも
のであり、０．０５９より少ないと熱的な安定性が減少
するためである。（ＦｅａＣｏＮｉ）ｘ（ＳｉＢ）ｙに
おいて示される半金属成分の童ｙは２３．１ａｔ％より
少ない場合には、熱的に安定で、初透磁率の温度特性が
良好な非晶質磁性材料が得られない。

また３３ｔ％より多い場合には、現在の融液を急冷して
製造する非晶質合金の製造技術の水準から、一般的に１
ぴ〜１び℃／ｓｅｃの急冷速度では非晶質化が不可能に
なるので、２３．１ａｔ％から３弦ｔ％の範囲に限定す
る必要がある。Ｓｉは合金組織の非晶質化を助長し、か
つ耐摩耗性の増大に寄与する元素であるが、２母ｔ％よ
り多いときは非晶質合金とすることが困難であり、かつ
合金を腕化するので、２母ｔ％以下にする必要がある。

なお、半金属成分としてシリコンを用いずポロンのみを
用いても本発明の非晶質磁性合金として使用することが
できる。ボロンはシリコンと同様、合金組織の非晶質化
を助長する元素であり、３位ｔ％より多いときは非晶質
合金とすることが困難であり、かつ合金を腕化するので
３蛇ｔ％以下にする必要がある。

リンおよびガーボンは合金組織の非晶質化を助長するが
、２斑ｔ％より多いと飽和磁束密度を低下させるので半
金属成分中のボロン、シリコンとの置換量は８瓜ｔ％以
下にする必要がある。Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｎ，Ｇａ，ｌｎ，戊，Ｓｎ，Ｐｂ
，船，Ｓｂ及びＢｊは、加熱による磁気特性の劣化すな
わち特に初透磁率の減少を抑止する添加効果を有し、初
透磁率の温度特性を改善する効果を有するが、これらの
添加物の中から選ばれる何れか少なくとも１種が０．９
ｔ％より少ない場合には磁気特性の熱的安定性を改善す
ることが不可能であり、透磁率の温度特性も悪く６．の
ｔ％より多い場合には飽和磁束密度が減少し、磁性材料
として十分な特性が得られず、しかも非晶質合金とする
ことがしだいに困難になり、合金が腕化する煩向にある
ので０．５〜６．仇ｔ％の範囲に限定する必要がある。

次に本発明の非晶質磁性合金の製造方法について説明す
る。

本発明の熱的に安定で、しかも初透磁率温度特性が良好
な非晶質磁性合金は合金溶湯を溶融状態から１ぴ。

０／秒以上の冷却速度で超急冷し、固化させることによ
って製造することができる。

溶融状態の合金を超急冷して、非晶質合金を得るには例
えば第３図に概略図で示すような装置が用いられる。第
３図において、１は溶融合金を噴出させるために、先端
が細くなった石英管ノズルである。この石英管ノズルの
中に、試料母合金３を装入し、加熱炉３で溶解する。こ
の際、試料母合金の酸化を防止するために、アルゴンガ
スなどの不活性ガスを石英管の上部７から低圧で流入さ
せる。４は溶融合金を超急冷させ、非晶質合金を得るた
めの金属製回転ロールである。

この回転ロールはモーター５によって、周速が２０の／
ｓｅｃ以上の速さで高速回転している。６は石英管ノズ
ルを支持して上下に移動させるためのェァピストンであ
る。

試料母合金を石英管ノズル上部８からノズルの先端部に
挿入し、石英管ノズル上部７から流入される不活性ガス
による不活性雰囲気中で加熱し十分に溶解する。

加熱炉中心部で溶解した合金を高速回転ロールの円周部
に噴出させるために、すなわち第２図に示す状態にする
ために、ェアピストンを用い、石英管ノズルを押し下げ
、ノズルの先端を加熱炉の中心部から高速回転ロールの
円周部に近かずける。

次に石英管ノズル上部７から高圧の不活性ガスを流入し
、ノズルの先端から溶融合金を高速回転ロ−ルの円周部
に噴出させて超急冷することによって非晶質合金を得る
ことができる。このようにして厚さ２０仏の〜６０ムの
程度のリボン状薄板非晶質合金を製造することができる
。次に本発明の非晶質磁性合金について実施例によりさ
らに詳細に説明する。

実施例 １ （Ｆｅｏ．。

９Ｃｏｏ．６５Ｎｉｏ．２６）７５Ｓｉ．５Ｂ，ｏの基
本組成にモリブデンが０〜鞘ｔ％添加されるように、純
鉄（純度９９．９％）、電解コバルト（純度９９．９％
）モンドニッケル（純度９９．９５％）、クルスタルボ
。

ン（純度９９％）、シリコン（純度９９．９９９％）、
モリブデン（純度９９．９％）の原料をそれぞれ秤量し
、夕ンマン炉にてアルゴンガス気流中で熔解した。この
溶解した合金を石英管で吸上げ急冷し、母合金を調製し
た。次いでこの母合金を第３図の製造装置により、１ぴ
。

０／ｓｅｃで急冷し、非晶質の厚さ４０山肌のりボン状
試料を作製した。

この試料についてＸ線回折、電子線回折を行った結果、
結晶構造を示す回折像は全く検出されなかった。次に得
られた試料をトロイダル状に捲いて環状の捲鉄心とし、
その時の磁気特性と２００ｏｏ−ｌｈ加熱後、常温での
磁気特性を測定し、各々第１表に示す。

第１表 Ｍｏを添加した第１表の結果より、Ｍｏを０．虫ｔ％以
上添加することによって、２００００−１肋ロ熱による
初透磁率の減少が抑止され、熱的に安定な非晶質磁性材
料が得られることがわかる。

第１図にはまた上記のＭｏを添加した組成の昇温時と冷
却時における初透磁率の温度特性を示した。

図中付号１はＭｏを添加していない組成の温度特性であ
る。付号２はＭｏを弦ｔ％添加した組成の温度特性であ
る。図面より明らかなごと〈、Ｍｏが添加されていない
組成の温度特性は初透磁率の変化が大きく、しかも１２
０ｏＣまでの昇温時の温度特性に比べ、１２０００から
の冷却時の温度特性では初透磁率が常に低く、２０００
では昇温時に対して６０％以上低下している。一方Ｍｏ
を添加した紐成の温度特性は、初透磁率の変化が小さく
、昇温時と冷却時との温度特性にほとんど差がなく、温
度特性が良好な非晶質磁性材料が得られることがわかる
。実施例 ２ 実施例１と同様にして、磁歪がほぼ０である種々の組成
からなる鉄、コバルト、ニッケル、シリコン、ボロン、
リンおよび炭素系材料組成に添加物を添加した非晶質合
金を調製した。

これらの試料の急冷状態（初期値）と２００００−ｌｈ
加熱後の磁気特性を第２表に示す。

第２表から明らかなように、本発明の非晶質磁性合金は
熱的に安定で、しかも初透磁率温度特性が良好な磁性材
料であることがわかる。

船 船 ・ヲふ 雪雲 〇凸 Ｎき せＧ 霊 実登 ※ ・父 ３ またＣｏ含有量が０．７０以下の場合には初透磁率が高
く、高透磁率非晶質磁性材料としてはＣｏの含有量は０
．４０から０．７０の範囲が望ましいことがわかる。

以上述べた実施例により、非晶質高透磁率材料の最大の
問題点であった、１００〜２０００Ｃの加熱による初透
磁率の大中な減少−すなわち熱に対する不安定さが解決
され、さらに初透磁率温度特性が改善されたことにより
−、−非晶質が結晶磁気異方性をもたないことにもよる
が、磁歪を組成的にｌｘｌｏ‐６以下におミえることで
、実用的でしかも綾秀な磁気特性を有する敵磁性材料を
得ることが可能になり、銭国用、カードリーダー用、オ
ーディオ用ヘッドおよび捲鉄心、リードスイッチなどの
磁性材料として非常に好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は初透磁率温度特性を示すものであり、図中符号
１は従来の非最質合金の初透磁率温度特性、図中符号２
は本発明非晶質磁性合金の初透磁率温度特性を示すもの
である。 第２図は２００００−ｉｈ加熱によるＢ−日ヒステリシ
スループの移動を示すものであり、図中符号１は加熱前
のＢ−日上ステリシスループ、符号２は加熱後のＢ−日
ヒステリシスループである。第３図は本発明の非晶質磁
性合金を作るに用いられた装置の１例を示す概略図であ
り図中符号１は石英管ノズル、符号２は試料母合金、符
号３は加熱炉、符号４は回転ロール、符号５はモーター
、符号６はェアピストンである。繁ー図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄、コバルト、ニツケル、シリコンおよびボロンか
   らなり、これを一般式（ＦｅａＣｏｂＮｉｃ）ｘ（Ｓｉ
   ｅＢｆ）ｙと表わすとき、ｘ＋ｙ＝１００、２３．１≦
   ｙ≦３５ ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、０．０３≦ａ≦０．０９１、０
   ．４０≦ｂ≦０．８５、０．０５９≦ｃ≦０．５７、 ０＜ｅｙ≦２５、０＜ｆｙ≦３０ なる関係を有する非晶質な磁性合金にＴｉ，Ｚｒ，Ｖ，
   Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ
   ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｓ，ＳｂおよびＢｉの中から選
   ばれて少なくとも一種を０．５〜６．０ａｔ％添加する
   ことを特徴とする実質的に非晶質な磁性合金。 ２ ｘ＋ｙ＝１００、２３．１≦ｙ≦３５ａ＋ｂ＋ｃ＝
   １．００、０．０３≦ａ≦０．０９１、０．４０≦ｂ≦
   ０．７０、０．２０９≦ｃ≦０．５７、 ０＜ｅｙ≦２５、０＜ｆｙ≦３０ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非
   晶質磁性合金。 ３ 鉄、コバルト、ニツケル、シリコンおよびボロンか
   らなり、これを一般式（ＦｅａＣｏｂＮｉｃ）ｘ（Ｓｉ
   ｅＢｆ）ｙと表わすとき、ｘ＋ｙ＝１００、２３．１≦
   ｙ≦３５ ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、０．０３≦ａ≦０．０９１、０
   ．４０≦ｂ≦０．８５０．０５９≦ｃ≦０．５７、 ０＜ｅｙ≦２５、０＜ｆｙ≦３０ なる関係を有する非晶質磁性合金において、シリコン、
   ボロンの８０ａｔ％以下をリン又は炭素あるいはその両
   方で置換し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ
   ，Ｗ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ａ
   ｓ，ＳｂおよびＢｉの内から選ばれた少なくとも一種を
   ０．５〜６．０ａｔ％添加することを特徴とする実質的
   に非晶質な磁性合金。 ４ ｘ＋ｙ＝１００、２３．１≦ｙ≦３５ａ＋ｂ＋ｃ＝
   １．００、０．０３≦ａ≦０．０９１、０．４０≦ｂ≦
   ０．７００．２０９≦ｃ≦０．５７、 ０＜ｅｙ≦２５、０＜ｆｙ≦３０ であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の非
   晶質磁性合金。