JPS61243152A - 高透磁率アモルフアス合金及びその製造法 - 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】 本発明は、高透磁率アモルファス合金に関するものであ
る。

従来結晶構造を有する高透磁率金属材料として、Ｐｅ−
３ｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−１合金、Ｆｅ−３ｉ
−ＡＡ金合金どがあり、それぞれの特性に応じて多くの
分野で使用されているが、これらの合金にはなおそれぞ
れ特性上及び使用上の欠点がある。

Ｆｅ−５ｉ合金は、変圧器、モータ等の鉄心として高透
磁率合金中量も多量に使用されているが、製造工程が複
雑であり、これを製造するのに要する燃料ならびに電力
も多大であるから、終局的には原材料費の割合には高価
な合金となっている。

Ｐｅ−Ｎｉ合金は、弱電関係の鉄心として使用されてお
り、なかでもＮｉ７８％を含有するパーマロイは透磁率
が非常に高く、変成器、磁気ヘッド用として、またデル
タマックス（Ｎｉ　５０％と鉄を含有する磁性合金の商
品名）は履歴曲線が急峻な角形性を有するので、磁気増
幅器等の鉄心として使用されている。しかし製造方法は
Ｆｅ−３ｉ合金と同様に複雑である上に高価なＮｉを多
量に使用するので非常に高価な材料である点で実用上難
点がある。

Ｐｅ−＾１１合金あるアルパームはＡＩ約１６％を含有
する高透磁率合金であるが、塑性加工が非常に困難であ
り、またＦｅ−３ｉ−Ａ　１合金であるセンダス）　（
Ｆｅ−１０％５ｉ−５％Ａｌ＞　は全く塑性加工ができ
ないという欠点があるので、特に高い硬度と高い固有抵
抗を有しているという特性が生かされる特殊な用途に限
って特殊加工の上使用されている。

すなわち前者は録画用磁気ヘッドとして温間加工により
製作され、後者はカードリーダー用の磁気ヘッドとして
放電加工或いは研削加工によって製作されているが前記
欠点のためその用途は自から制限されている。

本発明は、従来用いられている高透磁率金属材料が有す
る前記諸欠点のない新規な高透磁率合金を提供すること
を目的とし、Ｐ、ＣおよびＢのうち何れか１種または２
種以上を７〜３５原子％を含み、残部常温で強磁性を有
するＰｅおよびＣＯの少なくとも１種よりなるものを主
成分として含み、副成分として原子％で（イ）Ｎｉ５０
％以下、（ロ）Ｓｉ　２５％以下、（ハ）ＣｒおよびＭ
ｎの少なくとも１種１５％以下、Ｍｏ、　Ｚｒ、　Ｔｉ
、　　Ａｌ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ。

Ｃｕ、　Ｇｅ、　ＢｅおよびＢｉのうちから選ばれた何
れか１種または２種以上を１０％以下、ならびに（ホ）
　Ｐｒ。

Ｎｄ、　Ｐｍ、　Ｓｍ、　Ｂｕ、　Ｇｄ、　Ｔｄ、　ロ
ｙおよびＨＯのうちから選ばれた何れか１種または２種
以上を、５％以下の前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ
）および（ホ）のうちから選ばれたいずれか１種または
２種以上の成分を合計５０％以下含有するアモルファス
合金を特徴とする。

通常金属は固体状態では結晶状態であるが、ある特殊な
条件（合金の塑性、急冷凝固）下では固体状態でも液体
に類似した結晶構造をもたない原子構造が得られ、この
ような金属又は合金はアモルファス金属（又は非晶質金
属）と呼ばれている。

本発明者等は、先にアモルファス合金ならびに、それを
製造する新規な方法を発明し、アモルファス合金の中に
はその成分塑性によって特に機械特性および耐食性が驚
異的に優れたものがあることを新規に知見した。

本発明は、前記の組成を有するアモルファス合金が極め
て優れた高透磁率、低保磁力、高硬度、高固有抵抗およ
び優れた高周波特性を有することをさらに新規に知見し
たことに基づくものである。

本発明の成分組成を有する溶融金属を急冷凝固させるこ
とによってアモルファス合金とすることができる。上記
組成の金属を溶湯とし、これを１０４℃／秒以上の冷却
速度で超急冷すとアモルファス合金ができる。

次ニ本発明のアモルファス合金を製造する方法の１例に
ついて図面により説明する。

図は本発明のアモルファス合金を製造する装置の一例を
示す概略図である。図において、１は下方先端に水平方
向に噴出するノズル２を有する石英管で、その中には原
料金属３が装入され、溶解される。４は原料金属３を加
熱するための加熱炉であり、５はモーター６により高速
度、例えば５０００ｒ、　ｐ、　ｍ、で回転される回転
ドラムで、これは、ドラムの回転による遠心力負荷をで
きるだけ小さくするため、軽量で熱伝導性の良い金属、
例えばアルミニウム合金よりなり、内面には更に熱伝導
性の良い金属、例えば銅板７で内張すされている。

８は石英管１を支持して上下に移動するためのエアピス
トンである。原料金属は、先ず石英管１の送入口１ａよ
り流体搬送等により装入され加熱炉４の位置で加熱溶解
され、次いでエアピストン８により、ノズル２が回転ド
ラム５の内面に対向する如く、石英管１が図に示す位置
に下降され、次いで上昇を開始するとほぼ同時に溶融金
属３にガス圧が加えられて、金属が回転ドラムの内面に
向かって噴流される。石英管内部へは金属３の酸化を防
ぐため絶えず不活性ガス、例えばアルゴンガス９を送太
し不活性雰囲気としておくものとする。

回転ドラム内面に噴流された金属は高速回転による遠心
力のため、回転ドラム内面に強く接触せしめられること
により、超高速冷却が与えられてアモルファス金属とな
る。

本発明の研究において、アモルファス合金が特にすぐれ
た機械的特性と共にすぐれた磁気特性を有することを新
規に知見したことにより、種々成分組成を変化させて磁
気特性を調べた結果を第１表に示す。なお従来知られた
Ｆｅ−３ｉ合金、Ｆｅ−Ａ　Ｉ２合金およびＦｅ−３ｉ
−Ａ　Ｉ２合金等の磁気特性を測定して比較した。

同表から分る如く、本発明のアモルファス合金（Ｎｏ、
　　１〜１２）の基本組成中には、Ｆｅ−３ｉ合金やＦ
ｅ−Ａ　Ｉｔ合金よりもすぐれ、Ｆｅ−３ｉ−Ａ　Ｉｔ
合金に匹敵する磁気特性を有するものがある。しかも、
これ等のアモルファス合金の固有抵抗は２００μΩ−ｃ
ｍあり、Ｆｅ−Ａ　Ｉ！金合金１４０μΩ−ｃｍよりも
高く、また硬さくＨｖ）はＦｅ−ＡＩ１合金の２９０　
に対して７５０以上と著しく硬い。さらに高硬度にもか
かわらすＰｅ−Ａ１合金、Ｆｅ−３ｉ　−Ａ［合金の様
に脆くないから、非常に成形し易いということは大きな
特徴である。

本発明において、さらに前記本発明のＦｅ基、Ｆｅ−Ｃ
ｏ基、Ｃｏ基アモルファス合金のＦｅおよびまたはＣＯ
を前記種々の元素をもって部分的に置換すると機械特性
ならびに耐食性が向上すると共に、優れた磁気特性を有
すること、またＣｏ基アモルファス合金にふいては、Ｓ
ｉがアモルファス化ならびに磁気特性を顕著に向上する
ことを新規に知見した。

本発明のこれらの材料の組成と磁気特性を示すと第２表
の如くである。

第１表に例示の本発明合金中のＦｅおよびまたはＣＯを
他の元素で部分的に置換することにより第２表に示す如
く同様に高透磁率を有するアモルファス合金を得ること
ができることが判る。特にＣｒ。

Ｎｉ、　Ｓｉは水系のアモルファス合金の透磁率を向上
させるに有効な成分元素であり、また前記各種の成分元
素を添加することにより固有抵抗が高くなり、高周波特
性が非常に向上する。

本発明のアモルファス合金の各種組成について、キュリ
一温度（℃）、結晶化温度（℃）、飽和磁束密度（ＫＧ
）　、有効透磁率、保磁力（ｒｎｏｅ）を測定した結果
は次の通りである。

以上により本発明のアモルファス合金が高透磁率材料と
して必須な磁気特性に優れていることが判る。すなわち
、本発明のアモルファス合金は急冷状態で強度、耐摩耗
性、固有抵抗が非常に大きく、かつ高透磁率、低保磁力
の優れた高透磁率合金を提供するもので、従来の磁性合
金材料が使用されている変圧器、モータ、磁気増幅器な
どの鉄心、あるいは音声用、録音用右よびカードリーグ
用などの磁気ヘッドのコア材、磁気シールド材などに非
常に好適な材料を提供することができる。

本発明のアモルファス合金における各成分の含有量を限
定する理由は次の如くである。Ｐ、ＣおよびＢはアモル
ファス組織とすることを助成する元素であるが、これ等
のうち少なくとも１種の含有量が７原子％未滴の場合と
、３５原子％を越えた場合にはアモルファス合金の製造
が困難になり、かつ合金を脆化するので７〜３５原子％
の範囲内にする必要があり、Ｐ、ＣおよびＢの含有量は
いずれも多いほど透磁率を高くするが、飽和磁束密度を
低下するのでＰ１２〜１５原子％および（Ｃ＋Ｂ）７〜
１０原子％で、これ等の合計が２０〜２５原子％の程度
とするのが最良の結果を与える。ＦｅとＣＯは常温で強
磁性を示し、互いに全量置換できる元素であるが、Ｆｅ
−Ｐ−Ｃ系の場合にはＦｅＧＣｏで置換して行くと飽和
磁束密度は直線的に減少し、また保磁力は徐々に増加し
約４０原子％で極大（０，１５００ｅ）となり、一方、
Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ系の場合には、ＣｏをＰｅで置換して行
くと飽和磁束密度が増大し、また保磁力は著しく減少し
約５原子％で極小（０，００８０ｅ）となる。

したがって要求される特性に応じてＰｅとＣｏ量は決定
することが必要である。

Ｎｉは、透磁率を向上させる元素であるが５０原子％を
越えても透磁率はそれほど向上せず飽和磁束密度を減少
させるだけであるので５０原子％以下にする必要がある
。Ｓｉは透磁率を高め、保磁力を減少させる有効な元素
であるがとくにＣｏ基アモルファス合金の場合顕著な効
果がある。しかし、２５原子％を越えてもそれぼど透磁
率は向上せず、飽和磁束密度を減少させるだけであるの
で２５原子％以下にする必要がある。

ＣｒおよびＭｎを１５原子％以下とする理由は、Ｃｒは
透磁率を高め、保磁力を減少させ、さらに硬さ、耐食性
を向上させる有効な元素であり、またＭｎは透磁率、保
磁力を害せずにアモルファス合金を硬化させる元素であ
るが、何れも１５原子％を越えると飽和磁束密度を著し
く低下させるからである。

Ｍｏ、　Ｚｒ、　Ｔｉ、　　Ａｌ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔ
ａ、　Ｗ、　Ｃｕ、　Ｇｅ、　ＢｅおよびＢｉを１０原
子％以下とする理由は、これ等の元素はアモルファス構
造の安定化、硬さ、耐食性に有効な元素であるが、１０
原子％以下の場合には磁気特性を余り害せずにその効果
があるからである。

Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｐｍ、　Ｓｍ、　Ｂｕ、　Ｇｄ、　Ｔ
ｂ、　Ｄｙ、　Ｈｏを５原子％以下とする理由は、５原
子％以下の場合は磁気特性を害せずにアモルファス合金
を製造できるが５原子％を越えるとアモルファス合金の
製造が困難になるからである。

なお特許請求の範囲第２項記載のアモルファス合金にお
いて、（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）および（ホ）の
うちから選ばれた何れか１または２以上の成分を合計５
０％以下とする理由は、これらの成分合計が５０％を越
えると透磁率が低下するからである。以上の様に各種金
属を添加して、磁気特性と強度或いは耐食性をも兼ね具
えた特徴のあるアモルファス合金を製造できるが、価格
的にはできるだけ添加量をすくなくすることが望ましい
。

本発明を実施例について説明する。

実施例 以上述べた方法により、２．３の非晶質金属を作製した
結果、厚さ約３０μｍ１幅約Ｑ、　５ｍｍの長さ約３Ｑ
ｃｍの均一な寸法のフィラメントが得られ、Ｘ線解析に
より完全な非晶質金属であることが確かめられ、第４表
てに示す如き特性が得られた。

同表によれば、機械的特性と共に、磁気特性の極めて優
れたアモルファス合金であることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアモルファス合金を製造する装置の一
例を示す概略図である。 １・・・石英管　　　　　　２・・・ノズル３・・・原
料金属　　　　　４・・・加熱炉５・・・回転ドラム　
　　　６・・・モータ７・・・銅板　　　　　　　訃・
・エヤピストン９・・・アルゴンガス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燐、炭素およびボロンのうち何れか１種または２種
   以上を７〜３５原子％と、残部鉄およびコバルトの何れ
   か１種又は２種を主成分として含み、副成分として原子
   ％で、 （イ）ニッケル５０％以下、 （ロ）珪素２５％以下、 （ハ）クロムおよび満俺の少なくとも１種１５％以下、 （ニ）モリブデン、ジルコニウム、チタン、アルミニウ
   ム、バナジウム、ニオブ、 タンタル、タングステン、銅、ゲルマ ニウム、ベリリウムおよびビスマスの うちから選ばれた何れか１種または２ 種以上１０％以下、ならびに （ホ）プラセオヂム、ネオヂム、プロメチウム、サマリ
   ウム、ユーロピウム、ガド リニウム、テルビウム、ジスプロシウ ムおよびホルミウムのうちから選ばれ た何れか１種または２種以上５％以下、 の前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）および（ホ）の
   群から選ばれた何れか１種または２種以上の成分を合計
   で５０％以下含有することを特徴とする高透磁率アモル
   ファス合金。 ２、燐、炭素およびボロンのうち何れか１種または２種
   以上を７〜３５原子％と、残部鉄およびコバルトの何れ
   か１種又は２種を主成分として含有し、副成分として原
   子％で、 （イ）ニッケル５０％以下、 （ロ）珪素２５％以下、 （ハ）クロムおよび満俺の少なくとも１種１５％以下、 （ニ）モリブデン、ジルコニウム、チタン、アルミニウ
   ム、バナジウム、ニオブ、 タンタル、タングステン、銅、ゲルマ ニウム、ベリリウムおよびビスマスの うちから選ばれた何れか１種または２ 種以上１０％以下、ならびに （ホ）プラセオヂム、ネオヂム、プロメチウム、サマリ
   ウム、ユーロピウム、ガド リニウム、テレビウム、ジスプロシウ ムおよびホルミウムのうちから選ばれ た何れか１種または２種以上を５％以 下、 の前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）および（ホ）の
   群から選ばれた何れか１種または２種以上の成分を合計
   で５０％以下含有する合金を不活性ガス雰囲気中で溶融
   し、この溶湯を超急冷し、最大透磁率４４０００μｍ以
   上の高透磁率、低保磁力、高硬度、高固有抵抗及び優れ
   た高周波特性をもったアモルファス合金を得ることを特
   徴とする高透磁率アモルファス合金及びその製造法。