JPS6218620B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はコバルト、マンガン、ケイ素およびホ
ウ素を含む非晶質軟質磁性合金に関する。 非晶質合金は公知のように、適当な融体を凝固
が結晶化なしに起きるように急速に冷却すること
によつて製造できる。その合金はその場合その生
成の際にすぐに薄い帯の形で得ることができ、そ
の帯の厚さは例えば百分の数mmでそしてその幅は
二，三mmmmないし数cmにすることができる。 非晶質合金は結晶質合金とはＸ線回折試験によ
つて区別できる。特有の鋭い回折線を示す結晶質
材料とは異なり、非晶質合金においてはＸ線回折
像は回折角とともに、液体においても通常のガラ
スにおいてもそうであるように徐々に強度が変化
する。 製造条件に従つて非晶質合金は完全に非晶質で
あるかあるいは非晶質状態と結晶質状態の二相混
合物を包含することもあり得る。一般に非晶質合
金としては少くとも50％まで、特に少くとも80％
まで非晶質である合金を意味している。 すべての非晶質合金に対して結晶化温度と呼ば
れる特有の温度が存在する。非晶質合金をこの温
度に、あるいはそれ以上に加熱すると、合金は結
晶質状態に移行し、冷却後においてもその状態に
留まる。結晶化温度の下の熱処理においてはそれ
に対して非晶質状態が維持される。 これまで知られている軟質磁性非晶質合金は一
般式Ｍ_100-tＸ_tに相当する組成を有し、ここでＭ
はCo，NiおよびFeの各金属の少くとも一つ、そ
してＸはＢ，Si，ＣおよびＰのいわゆるガラス形
成元素の少くとも一つであり、ｔは約５と40との
間にある。さらにそのような非晶質合金は金属Ｍ
に付加してCr，Mo，Ｗ，Ｖ，Nb，Ta，Ti，
Zr，HfおよびMnの各遷移金属のようななお別の
金属を含むことができ、ガラス形成元素に付加し
て、あるいはその代りに例えばAl，Ga，In，
Ge，Sn，Pb，As，Sb，BiまたはBeの各元素が
場合によつては存在することができる（ドイツ連
邦共和国特許出願公開第2364131号明細書、ドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第2553003号明細書、
ドイツ連邦共和国特許出願公開第2605615号明細
書、日本国昭和51年特許出願公開第73923号公
報）。 軟質磁性合金の中で小さい、できるだけ微小な
磁歪を持つた合金が特に重要である。できるだけ
小さい飽和磁歪λ_sを持つた合金はそれ故良好な
軟質磁気特性、即ち低い抗磁力および高い透磁率
に対する重要な前提条件である。さらに微小な磁
歪を持つ非晶質合金の磁気特性は実際には変形に
よつて影響を受けず、従つてそのような合金は容
易に鉄心に巻いたり、あるいは例えば網のような
変形可能な遮蔽体に加工できる。その上に磁歪零
の合金は交流駆動条件の下では振動を生ぜず、そ
れ故機械的振動にエネルギーが失われない。従つ
て鉄心損失は非常に僅かである。そのほかにそう
でなければ電磁装置においてしばしば現れる障害
となる雑音がなくなる。 軟質磁性非晶質合金の上述の一般の組成範囲の
中で、すでに特に低い磁歪を持つ合金の種々のグ
ループも知られている。そのような合金の一つの
グループは（Co_aFe_bT_c）_yＸ_1-yの組成を持ち、こ
こでＴはNi，Cr，Mn，Ｖ，Ti，Mo，Ｗ，Nb，
Zr，Pd，Pt，Cu，AgおよびAuの各元素の少く
とも一つを、ＸはＰ，Si，Ｂ，Ｃ，As，Ge，
Al，Ga，In，Sb，BiおよびSnの各元素の少くと
も一つを意味し、そしてｙ＝0.7〜0.9；ａ＝0.7〜
0.97；ｂ＝0.03〜0.25；ａ＋ｂ＋ｃ＝１である
（ドイツ連邦共和国特許出願公開第2546676号明細
書）。 約＋５・10^-6〜−５・10^-6の間の磁歪値をもつ
非晶質合金の別の公知のグループは、一般式
（Co_xFe_1-x）_aＢ_bＣ_cに対応する組成を持ち、ここ
でｘはほぼ0.84ないし1.0の範囲に、ａはほぼ78
ないし85原子％の範囲に、ｂはほぼ10ないし22原
子％の範囲に、ｃはほぼ０ないし12原子％の範囲
に、そしてｂ＋ｃはほぼ15ないし22原子％の範囲
にある。そのほかにこの合金は全体の組成に関し
て所望の磁気特性を実質的に劣化させることな
く、なお約４原子％までのTi，Ｗ，Mo，Cr，
Mn，NiおよびCuのような他の遷移金属の少くと
も一つと、約６原子％までのSi，AlおよびＰのよ
うな他のメタロイド元素の少くとも一つを含んで
もよい（ドイツ連邦共和国特許出願公開第
2708151号明細書）。 さらに実質的に約13ないし73原子％のCo、約
５ないし50原子％のNiおよび約２ないし17原子
％のFeからなり、その場合Co，NiおよびFeを総
計して約80原子％であり、残りは実質的にＢおよ
び僅かな不純物からなるような非晶質合金におい
て低い飽和磁歪が見出される。この合金も全組成
に関して約４原子％までのTi，Ｗ，Mo，Cr，
MnあるいはCuの各元素の少くとも一つ、および
約６原子％までのSi，Al，ＣおよびＰの各元素の
少くとも一つを含んでもよい（ドイツ連邦共和国
特許出願公開第2835389号明細書）。 又式（Fe_aCo_bNi_c）_x（Si_eB_fP_gC_h）_yに相当し、こ
こでａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇおよびｈはそれ
ぞれ対応する元素のモル分率で、ａ＋ｂ＋ｃ＝
１、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＝１であり、ｘもしくはｙは
それの付いた括弧の中にある元素の原子％におけ
る総量を意味し、0.03≦ａ≦0.12；0.40≦ｂ≦
0.85；０≦ey≦25；０≦fy≦30および０≦ｇ＋ｈ
≦0.8（ｅ＋ｆ）の関係が成立するような低い飽
和磁歪を持つ非晶質合金のグループがなお公知で
ある。さらにこの合金は、その全体の組成に関し
て0.5ないし６原子％のTi，Zr，Ｖ，Nb，Ta，
Cr，Mo，Ｗ，Zn，Al，Ga，In，Ge，Sn，Pb，
As，SbおよびBiの各元素の少くとも一つを付加
して含んでもよい（ドイツ連邦共和国特許出願公
開第2806052号明細書）。 本発明の目的はその飽和磁歪の値が｜λ_s｜≦
５・10^-6であるような軟質磁性合金を提供するこ
とにある。 この目的は本発明によれぼ、 （Co_aT_cMn_d）_100-t（Si_xB_y）_t の組成を有し、Ｔ_cは元素のクロム、モリブデ
ン、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタ
ル、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムの内
の少くとも一つであり、 0.39≦ａ≦0.99 0.01≦ｃ≦0.08 0.01≦ｄ≦0.13 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ 18≦ｔ≦35 ８≦xt≦24 ４≦yt≦24 なる値を有する合金によつて達成される。 また上述の目的は本発明によれば、前記の合金
において、コバルトの成分が部分的に32.8原子％
以内のニツケルで置き換えられることによつても
達成される。 また上述の目的は本発明によれば、前記の合金
において、ケイ素とホウ素の成分が部分的に合計
で８原子％以内のＰ，Ｃ，Al，Ca，In，Ge，
Sn，Pb，As，Sb，Bi，Beの少なくとも一つによ
り置き換えられることによつても達成される。 さらに上述の目的は本発明によれば、前記の合
金において、1.64原子％以内の鉄成分が付加され
ることによつても達成される。 本発明において、成分のＴ_cは飽和磁歪をでき
るだけ小さく、すなわち約２×10^-6より小さくす
るのに寄与する。また成分Ｔ_cの遷移元素は結晶
化温度を高めるのに役立ち、非晶質合金を作りや
すくする。さらに成分Ｔ_cは非晶質合金の磁気特
性の長時間安定性を高める。この成分Ｔ_cはキユ
リー温度を下げないようにするため上限を6.5原
子％とするのが好ましい。 ケイ素とホウ素の含有量は主としてコストの点
から定められる。非晶質合金を製造するために
は、例えばホウ素、ケイ素のようなメタロイド元
素が約15〜30原子％必要である。ケイ素に比して
極めて高価なホウ素の含有量は非晶質合金のコス
トに非常に影響するので、ケイ素または他のメタ
ロイドに対するホウ素の含有量は低くすることが
望ましい。 同様のことはコバルトの含有量を一部ニツケル
に置き換えることについても当てはまる。ニツケ
ルはキユリー温度を低下させるが、一方透磁率を
高め、したがつて低い温度における熱処理が可能
である。ニツケル含有量があまり高いと飽和が低
くなるので好ましくない。 ケイ素とホウ素の成分を部分的に置き換える
Ｐ，Ｃ，Al，Ga，In，Ge，Sn，Pb，As，Sb，
Bi，Beの量はガラス形成に良好に作用する。 付加される鉄成分は、飽和磁歪の値を零近傍に
調整するのに役立つ。 小さい磁歪を持つ種々の公知の合金とは本発明
による合金はその組成において、特に必須成分と
してマンガンは最低含有量d′_nio＝ｄ_nio・（100−
ｔ_nio）＝0.65原子％であり、ケイ素は最低含有量
x′＝xt＝８原子％であることが規定されているこ
とにおいて、ならびに任意の成分の鉄のｅ_nio
（100−ｔ_nio）＝1.64原子％の比較的小さい最高含
有量において異つている。 驚くべきことには本発明による合金において、
適切なマンガン含有量の値によつて磁歪定数を零
まで減少させることができることが判つた。ケイ
素は結晶化温度の上昇と融解温度の低下との結果
を生じ、それ故非晶質合金の製造性の改善をもた
らす。融解温度と結晶化温度との間の差の減少の
結果、非晶質合金の製造の際の冷却速度はそれ故
あまり際どくない。遷移元素Ｔも結晶化温度を高
め、一方メタロイド含有量が増加するとそのほか
に合金のキユリー温度が低下する。双方とも合金
の磁気特性の長時間安定性を改善する結果を生ず
る。メタロイド含有量の上限は、合金が通常の温
度でもはや強磁性でなくなるほどキユリー温度が
低下してはならないことによつて制限される。 本発明に係る合金のメタロイド含有量に対して
次の条件が成立つならば特に有利である。 ４≦yt≦10 ０≦zt≦５。 磁歪定数の零点通過が起こるようなマンガン含
有量は、合金のメタロイド含有量の増加ならびに
ニツケルおよびその他の遷移元素Ｔの含有量の増
加とともに小さくなる。飽和磁歪定数λ_S＝０を
持つ合金のマンガン含有量に対してはその場合近
似的に ｄ＝0.09−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）² なる関係が0.01≦ｄの副条件とともに当てはま
る。 磁歪定数｜λ_S｜≦３・10^-6の値を持つ合金は
マンガン含有量に対して次の条件が当てはまる場
合が望ましい。 0.05−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）²≦ｄ＋ｅ≦0.13−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）²， 0.01≦ｄ≦0.13，０≦ｅ≦0.02。 磁歪定数｜λ_S｜≦１・10^-6はマンガン含有量
が次の条件に当てはまる場合に得られる。 0.07−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）²≦ｄ＋ｅ≦0.11−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）²， 0.11≦ｄ≦0.13，０≦ｅ≦0.02。 本発明による合金は融体からの急速な冷却によ
る製造の後にすでに良好な軟質磁気特性、即ち低
い抗磁力、高い透磁率および低い交流損失を示
す。結晶化温度より下の焼鈍処理によつて、特に
合金からつくられた磁心の磁気特性はしばしばさ
らになお改善できる。そのような熱処理は約250
ないし500℃の温度、特に300ないし460℃の温度
で行われ、そして約10分ないし24時間、特に30分
ないし４時間続ける。それは例えば真空、水素、
ヘリウムあるいはアルゴンのような不活性ふん囲
気中で、そして１ないし200A／cm、特に５ない
し50A／cmの磁場の強さを持つ帯の方向に走る外
部磁場、即ち縦磁場中で行われるのが有効であ
る。 熱処理の後の冷却速度によつて磁化曲線の形を
調節できる。即ち、１時間当り400Kと10000Kの
間の冷却速度を持つ急速冷却によつて小さい制御
に対してすでに高い透磁率が、そして例えば20K
Hzの高周波において低い損失が得られる。それに
対して縦磁場の存在中での１時間当り約20ないし
400Kの冷却速度による徐冷によれば特に高い最
大透磁率と小さい抗磁力が得られる。 次に図面と実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。 飽和磁歪定数と本発明の合金のマンガン含有量
との関係を第１図に線図で示す。この場合縦軸に
磁歪定数が、そして横軸にマンガン含有量d′＝ｄ
（100−ｔ）が原子％で与えられている。第１図か
ら見られるように、二つの値の間には直線的な関
係がある。磁歪定数の零点通過が起きるマンガン
含有量はメタロイド、ニツケルおよび遷移金属Ｔ
の分量の増加と共に減少する。 第１表ないし第３表には上述の例によりつくら
れた一連の本発明に係る合金がまとめられてい
る。第２表に挙げられた合金は展延された帯で測
つて、特に低い磁歪定数λ_S、比較的高い飽和磁
束密度Ｊ_sおよびすでに製造後で熱処理なしの状
態で非常に低い抗磁力Hcを持つ。

【表】 第２表にあげられた合金においては磁歪定数の値
は約１・10^-6にある。 第２表 合 金 Ｊ_s〔Ｔ〕 Co₄₇.₅Ni₂₀Mn₅Si₁₁.₅₁B₁₆ 0.30 Co₅₆.₅Ni₁₀Mn₃.₅Si₁₂B₁₈ 0.25 Co₅₆Ni₁₀Mn₆.₅Si₁₁B₁₆.₅ 0.50 Co₆₆Mo₃Mn₆Si₁₅B₁₀ 0.65 Co₆₆.₅Cr₃Mn₅.₅Si₁₅B₁₀ 0.65 Co₆₉.₅Fe₁Mn₄.₅Si₁₅B₁₀ 0.75 Co₆₇Mn₆Si₁₅B₁₀C₂ 0.65 値において若干高い磁歪定数をもつ別の合金が
第４表にあげられている。

【表】 次の例において熱処理の影響を説明する。 第一の例によりつくられた
Co₄₈.₅Ni₂₀Mn₇.₅Si₁₁B₁₃の組成の合金の帯から巻
かれた環状磁心はその透磁率が50Hzの交番磁場で
測定された。第２図の曲線１は透磁率と磁場の最
大振幅との関係を示す。その場合縦軸には透磁率
μを、横軸にはｍＡ／ｃｍで磁場の振幅Ｈが与えられて いる。続いて同じ磁心に約10A／cmの縦磁場にお
いて水素中で約１時間380℃における熱処理を行
い、続いて約100K／ｈの冷却速度で冷却した。
続いて50Hzの交番磁場で測定した透磁率を第２図
の曲線２に示す。 本発明による合金は特に磁気しや蔽、磁気ヘツ
ドおよび磁心の材料として、特に磁心が高い周波
数、例えば20kHzにおいて使用されなければなら
ない場合に適している。さらに本発明による合金
はその低い磁歪とそのすでに製造状態において非
常に良好な軟質磁気特性のために、軟質磁性材料
が変形されねばならずそして続いてもはや熱処理
が不可能であるような用途に対しても特に適して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の合金の磁歪定数とマンガン含
有量との一般的な関係を示す線図、第２図は本発
明の一実施例の透磁率と交番磁場の最大振幅との
関係を示す線図である。 １……熱処理前の特性曲線、２……熱処理後の
特性曲線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （CO_aT_cMn_d）₁₀₀―_t（Si_xB_y）_tの組成を有し、
   Ｔ_cは元素のクロム、モリブデン、タングステ
   ン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジ
   ルコニウムおよびハフニウムの内の少くとも一つ
   であり、 0.39≦ａ≦0.99 0.01≦ｃ≦0.08 0.01≦ｄ≦0.13 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ 18≦ｔ≦35 ８≦xt≦24 ４≦yt≦24 なる値を有することを特徴とするコバルト、マン
   ガン、ケイ素およびホウ素を含む非晶質軟質磁性
   合金。 ２ 元素のモリブデン、クロムおよびバナジウム
   の少くとも一つを１〜３原子％含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の非晶質軟質磁性
   合金。 ３ 10≦xt≦20 ４≦yt≦10 なる値を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の非晶質軟質磁性合金。 ４ （CO_aT_cMn_d）₁₀₀―_t（Si_xB_y）_tの組成を有し、
   Ｔ_cは元素のクロム、モリブデン、タングステ
   ン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジ
   ルコニウムおよびハフニウムの内の少くとも一つ
   であり、 0.39≦ａ≦0.99 0.01≦ｃ≦0.08 0.01≦ｄ≦0.13 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ 18≦ｔ≦35 ８≦xt≦24 ４≦yt≦24 なる値を有する合金において、コバルトの成分が
   部分的に32.8原子％以内のニツケルで置き換えら
   れていることを特徴とするコバルト、マンガン、
   ケイ素およびホウ素を含む非晶質軟質磁性合金。 ５ ニツケル成分が10〜20原子％であることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の非晶質軟質
   磁性合金。 ６ （CO_aT_cMn_d）₁₀₀―_t（Si_xB_y）_tの組成を有し、
   Ｔ_cは元素のクロム、モリブデン、タングステ
   ン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジ
   ルコニウムおよびハフニウムの内の少くとも一つ
   であり、 0.39≦ａ≦0.99 0.01≦ｃ≦0.08 0.01≦ｄ≦0.13 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ 18≦ｔ≦35 ８≦xt≦24 ４≦yt≦24 なる値を有する合金において、ケイ素とホウ素の
   成分が部分的に合計で８原子％以内のＰ，Al，
   Ga，In，Ge，Sn，Pb，As，Sb，Bi，Beの少く
   とも一つにより置き換えられていることを特徴と
   するコバルト、マンガン、ケイ素およびホウ素を
   含む非晶質軟質磁性合金。 ７ （CO_aT_cMn_d）₁₀₀―_t（Si_xB_y）_tの組成を有し、
   Ｔ_cは元素のクロム、モリブデン、タングステ
   ン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジ
   ルコニウムおよびハフニウムの内の少くとも一つ
   であり、 0.39≦ａ≦0.99 0.01≦ｃ≦0.08 0.01≦ｄ≦0.13 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ 18≦ｔ≦35 ８≦xt≦24 ４≦yt≦24 なる値を有する合金において、1.64原子％以内の
   鉄成分を付加されていることを特徴とするコバル
   ト、マンガン、ケイ素およびホウ素を含む非晶質
   軟質磁性合金。 ８ 鉄成分が１原子％であることを特徴とする特
   許請求の範囲第７項記載の非晶質軟質磁性合金。 ９ 0.05−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）² ≦ｄ＋ｅ ≦0.13−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）²、 0.01≦ｄ≦0.13 ０≦ｅ≦0.02（ｅは鉄の成分量） なる関係を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第７項記載の非晶質軟質磁性合金。 １０ 0.07−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）² ≦ｄ＋ｅ ≦0.11−0.001（ｔ−25＋10b＋10c）²、 0.01≦ｄ≦0.13 ０≦ｅ≦0.02 なる関係を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第９項記載の非晶質軟質磁性合金。