JPS604257B2 - 高飽和磁束密度高硬度高透磁率磁性合金及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、主として高保磁力メタルテープ対応磁気ヘ
ッドコア用材料として使用される高飽和磁束密度高硬度
高透磁率磁性合金及びその製造方法に関する。

オーディオ用磁気テープは薄い磁性層から大きな記録記
号を取り出すために高残留磁化、記録密度をあげるため
に高保磁力を具備するメタルテープが主流になりつつあ
る。

そのため、磁気ヘッドの磁気飽和が問題となり、飽和磁
束密度の高いコア材料が必要となる。

市販されているメタルテープの保磁力は約８０ＫＡ／の
であり、これに対応できるコア材料の飽和磁束密度は最
低０．８テスラが必要である。

一方、メタルテープの特徴の一つは高周波特性の良いこ
とである。したがって、テープの摺動によってコアが摩
耗すれば、電磁変換特性は大幅に低下する。さらに、テ
ープレコーダーは頭出し機溝付きが普通となり、その場
合テープ送り速度は約１肌／ｓｅｃと高速であるため、
磁気ヘッドの摩耗にとって苛酷である。そのため、コア
材料の耐摩耗化に対する要望が一段と強くなった。この
要望に答えて、高飽和磁束密度、耐摩耗性を備えた高透
磁率磁性合金としてセンダスト合金が再評価されてきた
。

そしてセンダスト合金の薄板を液体急冷法によって作製
することも研究されているが、いまだ量産化に致らず、
鋳物から切削と研削によってコア片を作製しており、ど
うしてもコスト高になる。この発明は、かかる現状に鑑
み、熱間及び冷間加工によって薄板をつくることができ
、さらにその薄板を打抜きやフオトヱッチングでコア片
に容易に加工できる高飽和磁束密度高硬度高透磁率磁性
合金及びその製造方法を提案するものである。

すなわち、この発明は、重量比で、鉄１１．０〜１７．
９％、ニッケル８０．０〜８４．８％、チタン０．４〜
ｉ．２％、ベリリウム０．０１〜０．０４％、バナジウ
ム、クロム、モリブデンを単独の場合、バナジウム０．
５〜２．８％、クロム０．５〜２．８％、モリブデン０
．７〜３．７％、複合の場合総量で０．５〜３．３％、
酸素含有量０．００２％以下、及び不可避的不純物から
なり、飽和磁束密度が０．８テスラ以上、ビッカース硬
さが１５０以上を有することを要旨とする高飽和磁束密
度高硬度高透磁率磁性合金、及び当該磁性合金の溶製時
に、脱酸剤としてマグネシウム０．０２〜０．２％、カ
ルシウム０．０４〜０．４％、アルミニウム０．０２〜
０．２％、ランタン０．１〜１％、セリウム０．１〜１
％、ニオブ０．１〜０．９％、炭素０．０１〜０．１％
、ゲルマニウム０．０８〜０．８％のうち１種又は２種
以上或いは更にマンガン０．２〜２％、シリコン０．０
３〜０．３％を併用添加し、酸素含有量を０．００２％
以下とすることを要旨とする。この発明における磁性合
金の化学成分を限定したのは次の理由による。

磁気ヘッドコァ用材料としては、次の条件を満足するこ
とが望まれる。

■ 透磁率を高くして感度をよくする、 ■ 保磁力を小さくして帯磁ノイズも低くする、■ 硬
度を高くして耐摩耗性をよくする、■ 飽和磁束密度を
高くして、磁気飽和し１こく〈し歪率を小さくする、■
樹脂モールドーこよる磁気特性の劣化を小さくしてヘ
ッド製造工程での特性バラッキを少なくして歩留りを向
上させる、一方磁性理論から上記条件■，■を満足させ
るためには、■ 磁気的に有効なニッケル濃度Ｎｉｅｆ
ｆ（原子％）とＦｅ（原子％）との比Ｎｊｅｆｆ／Ｆｅ
を磁歪定数（＾ｓ）が零になるように調整し、滋気焼錨
後の冷却過程で合金組成に通した冷却速度コントロール
を行なってＮｉ３Ｆｅの規則度を調整して結晶磁気異万
性定数（Ｋ，）を零にしてまず直流磁気特性を向上させ
、さらに渦電流損失を小さくするために、バナジウム、
クロム、モリブデンといった鉄族遷移金属を含有せしめ
て体積抵抗率を高くすれば交流実効透磁率も高くなる。

一方磁壁の運動を阻害する酸化物系介在物を少なくする
ために酸素含有量を少なくする必要があり、港製時に脱
酸剤として酸素との親和力の強いマグネシウム、カルシ
ウム、アルミニウム、ランタン、セリウム、ニオブ、炭
素、ゲルマニウムの添加が有効であり、或いは更にマン
ガン、シリコンの併用添加が特に有効である。又条件■
を満足させるためには、 ＠ チタン、バナジウム、モリブテンによる固溶体硬化
、ベリリウムの析出硬化が有効である。

条件■を満足させるためには、■ 原子磁気能率が２．
８ボーア磁子の鉄、０．６ボーア磁子の磁気的に有効な
ニッケルを多くする必要がある。

条件■を満足させるためには、 ＠ 磁気的に有効なニッケル濃度Ｎｉｅｆｆ（原子％）
とＦｅ（原子％）との比Ｍｅｆｆ／Ｆｅを磁歪定数が負
になるように調整して、樹脂モールドによる圧縮応力を
緩和してやる必要がある。

ここで磁気的に有効なニッケル濃度は次のように考える
。外殻電子ｎｉ個持つ鉄族遷移元素をＣｉ（原子％）添
加したときｎｉ個のうち０．針副ま伝導帯へ入り、（ｎ
ｉ−０．６）個がニッケルの０．針固の幻正孔を埋めて
ニッケルを非磁性化する。

したがって、磁気的に有効なニッケル濃度ＮｉｅＨ（原
子％）は次式で与えられる。Ｎｉｅｆｆ＝Ｎｊ−亨Ｃｉ
（山一。

・６）０．６ 鉄は１１．０％未満では飽和磁束密度が０．８テスラ未
満となり、１７．９％を越えるとＮｉｅｆｆ／Ｆｅ比が
小さくなって飽和磁歪定数が正で大きくなり、樹脂モー
ルドによる磁気特性の劣化が大きくなるため、１１．０
〜１７．９％とした。

ニッケルは８０．０％未満ではＮｉｅｆｆ／Ｆｅ比が小
さくなって飽和磁歪定数が正で大きくなり、樹脂モール
ドもこよる磁気特性の劣化が大きくなり、８４．８％を
越えると飽和磁束密度が０．８テスラ未満となるばかり
か、Ｎｉｅｆｆ／Ｆｅ比が大きく飽和磁歪定数が負で大
きくなり過ぎ磁気特性が悪いため、８０．０〜８４．８
％とした。

チタンは０．４％未満では、ベリリウムによる析出硬化
、バナジウム、モリブデンによる固溶体硬化があっても
ビツカース硬さが１５０以上とならず、１．２％を越え
ると磁気特性が悪くなるため、０．４〜１．２％とした
。

ベリリウムは０．０１％未満では、チタン、バナジウム
、モリブデンによる固溶体硬化があってもビッカース硬
さが１５０以上とならず、０．０４％を越えると磁気特
性が悪くなるため、０．０１〜０．０４％とした。

バナジウム、クロム、モリブデンは体積抵抗率を高め、
交流実効透磁率を高くするのに有効であるが、単独の場
合バナジウムは０．５％未満、クロムは０．５％未満、
モリブデンは０．７％未満、複合の場合総量で０．５％
未満では、体積抵抗率が低くて渦電流損失が大きく、交
流実効透磁率が低くなるばかりかチタンの固溶体硬化、
ベリリウムの析出硬化があってもビッカーズ硬さが１５
０以上とはならない。

一方単独の場合バナジウムは２．８％、クロムは２．８
％、モリブデンは３．７％をそれぞれ越え、又複合の場
合総量で３．３％を越えると前記式よりＮｉｅｆｆが小
さくなり、その状態で良磁気特性及び樹脂モールドによ
る磁気特性の劣化を少なくするために飽和磁歪定数を、
零又は負になるようにＮｉｅｆｆ／Ｆｅ比を調整すると
、鉄の含有量も減らさざるを得ず、飽和磁束密度が０．
８テスラ禾満となるためである。

又０２含有量が０．００２％を越えると透磁率（Ａｃ）
、及び保磁力（Ｈｃ）等の磁気特性が劣下するため、好
ましくないので、０２含有量は０．００２％以下にする
必要がある。

マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ランタン、
セリウム、ニオブ、マンガン、炭素、けし、素、ゲルマ
ニウムは脱酸剤として有効であるが、マグネシウム０．
０２％、カルシウム０．０４％、アルミニウム０．０２
％、ランタン０‐１％、セリウム０．１％、ニオブ０．
１％、炭素０．０１％、ゲルマニウム０．０８％それぞ
れ未満では、酸素含有量０．００２％以下に低減するこ
とができず透磁率（仏ｅ）、保磁力（Ｈｃ）等の磁気特
性が悪くなり、又マグネシウムは０．２％、カルシウム
は０．４％、アルミニウムは０．２％、ランタンは１％
、セリウムは１％、ニオブは０．９％、炭素は０．１％
、ゲルマニウムは０．８％をそれぞれ越えると脱酸剤と
しては過剰で合金中に残存し、磁気特性及び飽和磁束密
度を低下させるから望ましくない。

又前記脱酸剤にマンガン、けし、素の１種又は２種を併
用添加することにより、酸素含有量は低減し、磁気特性
は更に改善するが、マンガンは０．２％、けし、素は０
．０３％未満では磁気特性の改善効果がなく、又マンガ
ンは２％、けし、素は０．３％を越えると合金中に残存
して、磁気特性を低下させるので望ましくない。

次に、この発明の実施例について説明する。

第１表に示した組成を有する各合金を高周波真空溶解炉
で脱酸剤を添加しながら溶製しィンゴットを作製した。
このィンゴットに熱間鍛造、熱間圧延及び冷間圧延を施
して厚さ０．１柳の冷延板を作った。蚤 台 ＊ 」 聡 母 口 ド 馨 雪 霊 この冷延板から外径１仇駁、内径６柳の磁気特性測定用
試験片、体積抵抗率測定用試験片及びビッカース硬さ測
定用試験片を作製した。

これらの試験片は１，１００℃の水素ガス雰囲気の炉中
で３時間加熱した後、６００℃まで炉中冷却し、６００
００から３００００まで５００℃／日の冷却速度で冷却
し、以降炉外で放冷した。

これらの試験片について磁気特性、熱硬化型工ポキシ樹
脂でモールドした後の磁気特性、体積抵抗率及びビカー
ス硬さを測定した。

その結果を第２表に示す。磁気特性は直流磁気特性とし
て磁化力８０血／机における飽和磁束密度Ｂｓ（Ｔ）と
保磁力Ｈｃ（Ａ／机）、交流磁気特性として磁化力０．
船／仇、周波数ｌｋＨＺ及び１０舷ＨＺでの実効比透磁
率仏ｅ（ｌｋＨＺ）、ムｅ（１０倣日２）を掲げた。

略鮒 合金Ｎｏ．１，２，３，４，１１，１２，１３，１５は
欧２０．９Ｔを満足し、センダスト合金と同等の飽和磁
束密度を有する代表例である。

保磁力及び実効比透磁率はセンダスト合金と比較してや
や悪いが、磁気ヘッドコア材料として使用可能な特性で
ありセンダスト合金に比べてはるかに高い生産性を考慮
すれば有用な磁性合金である。合金Ｎｏ．５，６，７，
１４，１７，１８，１９，２０は松２０．８Ｔを満足す
る代表例である。

飽和磁束密度は０．８０〜０．８２テスラ、ビッカース
硬さ１５０〜１６０でありメタルテープ対応磁気ヘッド
コァ材料として十分使用できる。さりこ磁気ヘッドの感
度バイアス電流及び帯磁ノイズに関連する実効比透磁率
山ｅ（ｌｋＨＺ）、〃ｅ（１００ｋＨＺ）及び保磁力Ｈ
ｃも従来のノーマルテープ用磁気ヘッドコア材料と同一
レベルであるからテープレコーダーの電気回路を変更す
る必要もない。又ビッカース硬さが１５０以上と機械的
強度が大きいのでヘッド組立て工程での変形が少なく自
動組立ても可能である。さらに樹脂モール日こよる磁気
特性の劣化もほとんどなくヘッド製造工程の特性バラッ
キが少なく歩留り向上が大いに期待できる。合金Ｎｏ．
８，９，１０，１６，２１，２２，２３，２４はＮｂを
０．８％添加することによって酸素含有量を下げた材料
であり酸素含有量の減少に応じて磁気特性は向上してい
る。

合金Ｎｏ．２５，２６，２７，２＆ ２９，３０，３１
は脱酸剤としてＣａ，山，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃ，戊を添加し
た合金の代表例である。

従来脱酸法で溶製した合金地．３２は、飽和磁束密度母
が合金Ｎｏ．３２と同一の０．８０〜０．８のを有する
本発明合金と比較すると、磁気ヘッドの帯磁ノイズレベ
ルと相関のある保磁力Ｈｃ、再生感度と相関のあるｌｋ
ＨＺにおける透磁率仏ｅ（ｌｋＨＺ）バイアス電流と相
関のある１００ｋＨＺにおける透磁率ｒｅ（１００ｋＨ
Ｚ）共にいずれも悪い。

本実施例では原料としてＶ，Ｃｒ，Ｍｏ，茂，Ｎｂ地金
を使用したが、Ｆｅ−Ｖ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｍｏ，Ｎ
ｉ−Ｂｅ，Ｆｅ−Ｎｂ母合金を使用しても同等の特性が
得られることは確認されている。

以上まとめるとメタルテープ用磁気ヘッドコア材料とし
て生産性が高くて低価格なパーマロィＣ系で対応しよう
とすれば鉄族遷移金属の添加のみでは高飽和磁束密度と
高硬度の両立は困難であり、遷移金属と比較して飽和磁
束密度を減少させる効果がはるかに小さい非遷移金属で
あるＢｅの添加による析出硬化がどうしても必要となる
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比で、鉄１１．０〜１７．９％、ニツケル８０
   ．０〜８４．８％、チタン０．４〜１．２％、ベリリウ
   ム０．０１〜０．０４％、バナジウム、クロム、モリブ
   デンを単独の場合バナジウム０．５〜２．８％、クロム
   ０．５〜２．８％、モリブデン０．７〜３．７％、複合
   の場合総量で０．５〜３．３％、酸素含有量０．００２
   ％以下、及び不可避的不純物からなり、飽和磁束密度０
   ．８テスラ以上、ビツカース硬さ１５０以上を有するこ
   とを特徴とする高飽和磁束密度高硬度高透磁率磁性合金
   。 ２ 重量比で、鉄１１．０〜１７．９％、ニツケル８０
   ．０〜８４．８％、チタン０．４〜１．２％、ベリリウ
   ム０．０１〜０．０４％、バナジウム、クロム、モリブ
   デンを単独の場合バナジウム０．５〜２．８％、クロム
   ０．５〜２．８％、モリブデン０．７〜３．７％、複合
   の場合総量で０．５〜３．３％、及び不可避的不純物か
   らなる磁性合金の溶製時に、脱酸剤としてマグネシウム
   ０．０２〜０．２％、カルシウム０．０４〜０．４％、
   アルミニウム０．０２〜０．２％、ランタン０．１〜１
   ％、セリウム０．１〜１％、ニオブ０．１〜０．９％、
   炭素０．０１〜０．１％、ゲルマニウム０．０８〜０．
   ８％のうち１種又は２種以上を添加し、酸素含有量を０
   ．００２％以下とすることを特徴とする高飽和磁束密度
   高硬度高透磁率磁性合金の製造方法。 ３ 重量比で、鉄１１．０〜１７．９％、ニツケル８０
   ．０〜８４．８％、チタン０．４〜１．２％、ベリリウ
   ム０．０１〜０．０４％、バナジウム、クロム、モリブ
   デンを単独の場合バナジウム０．５〜２．８％、クロム
   ０．５〜２．８％、モリブデン０．７〜３．７％、複合
   の場合総量で０．５〜３．３％、及び不可避的不純物か
   らなる磁性合金の溶製時に、脱酸剤としてマグネシウム
   ０．０２〜０．２％、カルシウム０．０４〜０．４％、
   アルミニウム０．０２〜０．２％、ランタン０．１〜１
   ％、セリウム０．１〜１％、ニオブ０．１〜０．９％、
   炭素０．０１〜０．１％、ゲルマニウム０．０８〜０．
   ８％のうち１種又は２種以上とマンガン０．２〜２％、
   けい素０．０３〜０．３％の１種又は２種を添加し、酸
   素含有量を０．００２％以下とすることを特徴とする高
   飽和磁束密度高硬度高透磁率磁性合金の製造方法。