JPS62988B2

JPS62988B2 -

Info

Publication number: JPS62988B2
Application number: JP53136563A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kimura; Kenji Abiko; Takashi Sato; Isamu Yoshii; Sadao Watanabe; Yutaka Takei
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1987-01-10
Also published as: NL7908117A; JPS5565349A; DE2944790A1; US4299622A

Description

【発明の詳細な説明】 Fe―Al―Si系合金、即ちセンダスト系合金
は、透磁率μが高く、飽和磁化Bsが大、抗磁力
Hcが小さいという特徴を有すると共に、更に硬
度が高いので、磁気ヘツドのコア材として用いて
好適なものである。特に、近時、高密度記録化が
促進され、磁気記録媒体として高抗磁力の磁性材
が用いられるものにあつては、これに対する記
録、消去を行う磁気ヘツドとしては、特にBsの
高いコア材が用いられることが要求され、この種
磁気ヘツドのコア材としてFe―Al―Si系合金が
脚光を浴びるに至つている。ところが、このFe
―Al―Si系合金は極めてもろくこの材料を鍛造、
圧延加工することは殆んど不可能であつた。

ところが一方、磁気ヘツドにおいて、例えばト
ラツク幅の小さい磁気ヘツドを得るために、或い
は高周波を取り扱うビデオ用磁気ヘツドにおいて
渦流損による高周波特性の低下の改善をはかる積
層コアを得るために、このFe―Al―Si系合金を
薄板状に加工する必要がある。通常、この種合金
を薄板状に加工するには、鍛造、圧延法によら
ず、鍛造によつて得たインゴツトをスライスし、
研摩して目的とする薄板を得ている。しかしなが
ら、この方法による場合には更に、その脆性によ
る破損や、内部歪の発生が多い為、量産性に極め
て乏しい。

センダスト合金は、日本金属学会誌第１巻
（1937年）127〜135ページの論文「新合金“セン
ダスト”及びFe―Al―Si系合金の磁気的並に電
気的性質に就いて」において報告され、爾来40年
間余りに亘つて数多くの改善の試みがなされてい
る。これらの試みは、センダスト系合金に適当な
添加元素を加えることによつて磁気的性質はもと
より耐摩耗性、加工性、耐蝕性などを改善しよう
とするものと、この種合金の製造法ならびに加工
法に関するものとに大別される。例えば、前者に
あつては、特開昭51−88418号公報のように、主
成分として、Siを3.0〜13.0重量％、Alを3.0〜
10.0重量％に、Ｙを0.1〜7.0重量％加えた残部Fe
の合金を溶製した耐摩耗性高透磁率合金が提案さ
れている。更に、特開昭51−88419号公報には、
主成分としてSiを3.0〜13.0重量％、Alを3.0〜
10.0重量％、Ｙを0.1〜7.0重量％に、Ti、Zr、ラ
ンタン系元素のうちの少くとも１種以上を0.1〜
3.0重量％含む鉄合金を耐摩耗性高透磁率合金と
して提案している。また、特開昭51−115696号公
報には、Siが３〜13重量％、Alが３〜13重量％、
Ceが0.01〜７重量％、残部がFeから成る成分を
主成分とした耐摩耗性高透磁率合金が、特開昭51
−145421号公報には、Siが５〜12重量％、Alが４
〜８重量％、Ceが0.05〜６重量％、Ti、Zr、ラ
ンタン系元素（Ceを除く）の少くとも１種以上
が0.1〜３重量％、残部Feを主成分とする耐摩耗
性高透磁率合金が、特開昭51−128618号公報に
は、主成分としてSiが3.0〜13.0重量％、Alが3.0
〜13.0重量％、Laが0.01〜7.0重量％、残部Feの
合金が、特開昭52−4420号公報には、主成分とし
てSiが３〜13重量％、Alが３〜13重量％、Laが
0.01〜７重量％、Ti、Zr、ランタン系元素
（Ce、Laを除く）の少くとも１種以上が0.1〜３
重量％残部Feからなる耐摩耗性高透磁率合金が
提案されている。更に、特開昭51−41622号公報
には、Siが６〜12重量％、Alが３〜８重量％、
Feが80〜91重量％に、Tiを0.3〜７重量％添加
し、適切な熱処理により耐摩耗性を改善した磁性
合金の製造法が提案されている。そして、特開昭
52−56397号公報には、主成分として、Al2〜９
重量％、Si4〜12重量％、Cr2〜16重量％、残部
Feより成る耐摩耗性高透磁率合金が提案されて
いる。特開昭50−119298号公報には主成分が、
Al2.5〜17重量％、Si4〜16重量％、Cr0.2〜15重
量％、Ni0.2〜10重量％、残部Feからなる耐蝕性
高透磁率合金が提案されている。特開昭52−
94822号公報には、センダスト合金、又はセンダ
スト系合金において、Tiが0.01〜4.5重量％、Ｃ
が0.005〜1.5重量％を添加した耐欠損性、高透磁
率合金の発明が、特開昭51−30388号公報には、
Siが３〜８重量％、Alが２〜５重量％、Niが６重
量％以下、残部Feよりなる磁気ヘツド材が熱間
圧延によつて0.05mm厚の薄板にすることが可能で
あるとして提案されている。一方、1978年秋期応
用磁気学会講演概要179ページの「Fe―Si―Al―
Ni系“スーパーセンダスト（）”磁気特性に示
されるように、Siが４〜８重量％、Alが２〜６重
量％、Niが０〜７重量％、残部Feよりなる合金
は熱、温間圧延が可能である上、磁気的性質が優
れているものであるが、耐摩耗性と関係深いヴイ
ツカス硬度Hvが410となつて従来のセンダスト系
合金のそれより約100低いことが欠点となる。ま
た、特開昭51−121427号公報には、Siが３〜８重
量％、Alが２〜５重量％、Niが６重量％以下、
残部Feからなる合金を熱間および冷間圧延によ
り0.2mmの厚さに圧延することができることが開
示されている。特開昭52−138012号には、Alが
３〜８重量％、Siが３〜12重量％、Ｙが0.01〜５
重量％、残部Feを主成分とした加工性、耐摩耗
性、耐蝕性を改良する磁性合金が提案されてい
る。

他方、後者、すなわち、センダスト系合金の製
造法、ならびに加工法に関する試みに関しても数
多くの報告がある。例えば、雑誌「電子材料」
1977年８月号75〜80ページに記載されている「高
純度センダストと磁気ヘツドへの応用」において
は、センダストの素材を吟味した上で、真空遠心
鍛造法によつて健全なセンダストインゴツトを製
造し得ると述べている。特開昭50−38097号公報
には、Siが８〜11重量％、Alが４〜８重量％、
Feが83〜86重量％含む合金組成の原料を溶解鋳
造後粉砕して粉末とし、この粉末を成形後、900
〜1250℃で150Kg／cm²以上の圧力でホツトプレス
する方法が開示されている。また、「粉体および
粉末治金」第14巻1967年１号20〜27ページに記載
の論文「センダスト合金の粉末圧延法とそれらの
電磁気的特性」において、機械的粉砕粉末および
液体噴霧粉末を用いて、粉末圧延法によつて、
0.6〜0.8mmのセンダストシートを製造することが
記載されている。特公昭52−26505号公報には、
センダスト合金インゴツトを保温材を介してシー
ス材に封入し、900〜1100℃の温度範囲に加熱
し、圧延することによつて５mm厚さより15回の圧
延で、0.23mmにできたことが開示されている。日
本金属学会誌第37巻（1973年）第８号922〜926ペ
ージに記載の論文「熱間鍛造されたFe―Al―Si
合金の二、三の機械的、磁気的性質」において、
Alが6.44重量％、Siが10.32重量％、Tiが0.68重
量％、残部Feよりなるセンダストを厚肉シース
材を用いて800〜1000℃において曲げ試験、シー
ス鍛造試験を行つた結果、1000℃での鍛造により
70％の圧縮変形を与えることができ、800℃でも
塑性変形ができると述べている。特開昭52−
123919号公報には、Fe―Al―Siを主成分とする
溶湯を冷却金型に注湯することによりインゴツト
全体を少くとも200℃／分以上の冷却速度で冷却
させ、健全な鋳塊を製造する方法が述べられてい
る。「粉体および粉末治金」第15巻、1968年１号
５〜13ページの「放電焼結法によるセンダストシ
ートの製造並びにそれらの電磁気的性質」には、
Alが5.38重量％、Siが9.26重量％、残部Feよりな
る粒度325メツシユの粉体を用いて放電焼結によ
つてセンダストシートを製造することができたと
述べられている。特開昭50−56313号には、Siが
５〜12重量％、Alが３〜８重量％、残部Feより
なる合金の粉末を金属製の缶に詰め、900〜1280
℃の範囲で加工比３以上で熱間押出しを行つて結
晶粒径が30μｍ以下の合金を製造する方法が提案
されている。また、特開昭51−138517号公報には
高周波によつて浮揚溶解したFe―Al系およびFe
―Al―Si系合金を鋼鉄製ロールによつて薄板状と
する方法が示され、特開昭52−123314号公報に
は、リボン状センダスト系合金の製造法が述べら
れている。このように、Fe―Al―Si系合金のも
つ優れた磁気的諸性質を改善させた上、加工性、
耐摩耗性、耐蝕性などの機械的性質を向上させる
研究や、特殊な溶製法、加工法、成形法の開発に
より、磁気的諸性質を害なわずに所望の形状に仕
上げるための多くの研究と報告がなされている。

しかしながら、いずれもすぐれた磁気的諸特性
を有し、且つ量産性および歩留りにすぐれた鍛
造、圧延加工を可能にし、十分薄い薄板を製造す
ることのできるFe―Al―Si系合金は提案されて
いない。

本発明においては、Fe―Al―Si系合金におい
て、上述したすぐれた諸特性を害うことなく、し
かも圧延加工法の適用を可能にした磁性合金を提
供するものである。

すなわち、本発明においては、Fe―Al―Si系
合金に燐Ｐを添加し、このＰを結晶粒界に特定量
以上存在させることによつて結晶粒界における脆
性を改善して、結晶粒界を強靭化し、加工性を顕
著に向上させるものである。

以下、本発明について説明するに、本発明にお
いては、Ｐ（燐）を0.03〜5.0重量％、Alを4.7〜
8.5重量％、Siを6.1〜9.1重量％含み、残部が主と
してFe（即ち残部には添加物として微量の他の
元素を含み得るもその主成分はFe）よりなるFe
―Al―Si―Ｐ系の磁性合金の結晶粒界に、例えば
偏析によつて結晶粒界を構成する原子の0.5重量
％を越えるＰを存在させるようにする。

また、本発明においては、上述の本発明による
Fe―Al―Si―Ｐ系磁性合金において、前記残部
のFeの一部に置換してTiを5.0重量％以下、Ｖを
5.0重量％以下、Crを7.0重量％以下、Mnを5.0重
量％以下、Coを5.0重量％以下、Niを7.0重量％以
下、Cuを6.0重量％以下、Geを5.0重量％以下、
Ｙを5.0重量％以下、Zrを5.0重量％以下、Nbを
6.0重量％以下、Moを5.0重量％以下、Hfを5.0重
量％以下、Taを5.0重量％以下、Ｗを5.0重量％以
下、希土類元素を3.0重量％以下、Ｂを0.5重量％
以下、Caを0.5重量％以下、Ｃを0.8重量％以下、
Ｎを0.1重量％以下、Snを3.0重量％以下、Sbを
3.0重量％以下、Pbを0.5重量％以下、Beを3.0重
量％以下のうちより選ばれた少くとも１種以上の
元素が、副成分としてその総量で0.01〜10.0重量
％を含むようにし、且つその結晶粒界に、結晶粒
界を構成する原子の0.5重量％を越えるＰが存在
するようになす。尚、ここに、Ti、Ｖ、Ge、
Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Ｗ、Sn、Sbは硬度の増
加のために添加されるものである。また、Mn、
Ni、Cu、Ｙ、希土類、Ｂ、Pb、Beは、圧延性及
び加工性の増加をはかるために添加されるもので
あり、Crは耐蝕性の改善をはかるためのもので
ある。

更に、Ｃ、Ｎは夫々炭化物、窒化物を形成して
強度を高めるために、Caはその脱酸作用によつ
て健全なインゴツト、即ち亀裂の発生や異常な組
識が生じないようにするために添加される。そし
て、これらの添加物は、Ｂに関しては0.001重量
％以上の添加によつて、その添加の効果が生じ、
他のTi、Ｖ、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ge、Ｙ、
Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Ｗ、希土類元素、Ca、
Ｃ、Ｎ、Sn、Sb、Pb、Beに関しては、0.01重量
％以上の添加によつてその添加の効果が生ずる。

本発明による磁性合金は、原材料を溶解鋳造
し、必要に応じて徐冷、或いは500〜1100℃の焼
鈍を行う。そして、この磁性合金によつて薄板を
得るには、鋳造によつて得たインゴツトを板状に
切り出し、800〜1100℃の熱間圧延を必要に応じ
て数回繰返えして300μｍ以下の例えば200μｍ程
度の厚さの板を得、これを冷間圧延する。この冷
間圧延を適当回数繰返えすことによつて数μｍ程
度にまで薄い薄板を製造できる。この薄板は、磁
気特性改善のためH₂雰囲気中で500〜1200℃の熱
処理を行う。

次に本発明の実施例を説明する。

実施例 99.9％Feよりなる電解鉄、99.99％Al，99.999
％Si及びFe―25％Ｐと、各種添加元素を総量500
ｇとし、アルミナるつぼを用いて１×10^-4mmHg
以上の真空度の真空炉中で高周波溶解し、この溶
湯を真空炉中で鋳型に注入し鋳造する。この鋳造
は、次に示す第１および第２の方法による。第１
の方法は、通常の鋳造法であつて単に金属鋳型に
よる鋳造を行う。第２の方法は、鋳型の外側にテ
ープヒータを巻き、この鋳型を約500℃に保持し
た状態で、上述の溶湯を注入し、800℃から500℃
の降温範囲においては約2.5℃／分の冷却速度を
もつて徐冷し、500℃に達した後はヒーターの電
源を断ち室温まで冷却する。このように第１およ
び第２の方法によつて得たインゴツトから約５mm
×30mm×20mmの薄板を切り出し、600〜1100℃の
温度で熱間圧延を行い、その後、冷間圧延を行つ
た。

次に、種々の成分比の試料の機械的特性、すな
わち、圧延性と硬度、及び磁気的特性の測定結果
を第１図の表に示す。試料番号の末尾にａが付さ
れたものは、上述の第１の鋳造方法によつて得た
もので、末尾にｂが付されたものは第２の鋳造方
法によるものである。試料番号４〜36のうち、４
ａを除くものが本発明よる磁性合金であつて、試
料番号１〜３と４ｂは、本実施例と同様の鋳造法
による本発明に非ざる磁性合金を比較のために示
したものである。

第１図の表において硬度の測定と磁気的特性の
測定は、夫々各インゴツトから切り出した圧延前
の板材で行つた。特に磁気的特性の測定用リング
は、外径が10mm、内径が６mm、厚さ1.0mmを、板
材からスパーク切断法によつて切り出した。この
リングは、H₂雰囲気中で500〜1200℃の熱処理を
施した後に、測定を行つた。即ち、印加磁場が
10oeでの磁束密度B₁₀oeと、1KHzでの交番磁界に
対する透磁率μ₁KHzと、抗磁力Hcを測定した。

第１図表中の圧延法は、５mmの厚さの板を十数
回の熱間圧延により１mm以下の厚さにした時に全
く割れが生じなかつたものを〇印で示し、若干の
割れを生じたが良好な圧延性を示したものを△印
で示し、数回の熱間圧延で多量の割れが生じ、圧
延不能となつたものを×印で示している。

また、第２図の表は、一部の試料の破断面にお
けるオージエ電子分光分析の結果を示したもの
で、結晶粒界に偏析したＰの量と圧延性との関連
を示すものである。

第１図の表からわかるように、Ｐの添加量が小
さい比較試料１〜３のものにおいては、その圧延
性が低いがＰの量が0.30重量％以上になると圧延
性が改善されている。また、第２図の表からわか
るように、Ｐの総量が同じでも例えば試料４ａと
４ｂとにおけるように、結晶粒界におけるＰの偏
析量の多いもの４ｂはその少いもの４ａよりも優
れた圧延性を示している。即ち、Ｐの添加量が少
ない場合は、上述の第２法のような加熱徐冷の熱
処理過程を経ることによつて結晶粒界にＰが偏析
し、その結果圧延性が向上するものである。言い
換えれば、Ｐの添加量が0.03〜0.5重量％では、
適当な熱処理によつて結晶粒界に、この粒界に対
し、0.5重量％を越えるＰが偏析し、Ｐの添加量
が0.5重量％を超えるときは、特別の熱処理を行
わずとも結晶粒界に0.5重量％を越えるＰが存在
する。この粒界におけるＰが0.5重量％を越える
ときすぐれた圧延性を示すことを認めた。

上述したように、本発明による磁性合金は、す
ぐれた圧延性を示すが、これは第１図の表中、特
に試料４ｂと５〜８に示すところから明らかなよ
うに、副成分に因るところではなく結晶粒界にＰ
が存在することに因るものである。結晶粒界に
0.5重量％を越えるＰを存在させるためには総量
として0.03重量％のＰが必要である。しかしなが
ら、Ｐの添加量が5.0重量％を越えるときは、健
全な鋳物の製造ができず、また磁気的特性が低下
する。従つてＰの添加量を0.03〜5.0重量％に選
定する。またその製造方法に左右されることなく
圧延性にすぐれた磁性合金を得るには0.5重量％
を超え5.0重量％以下とすることが望まれる。

尚、Alを4.7〜8.5重量％、Siを6.1〜9.1重量％
に選定するのは、AlとSiが少な過ぎると加工性に
はすぐれているものの磁気的特性、耐摩耗性が低
下し、AlとSiが多過ぎると加工性も磁気的特性も
低下してくることによる。また上述した各副成分
としてのTi、Ｖ、Mn、Co、Ge、Ｙ、Zr、Mo、
Hf、Ta、Ｗが夫々5.0重量％を超え、Cr、Niが
7.0重量％を超え、Cu、Nbが6.0重量％を超え、
希土類元素、Sn、Sb、Beが3.0重量％を超え、
Ｂ、Ca、Pbが0.5重量％を超え、Ｃが0.8重量％
を超え、Ｎが0.1重量％を超え、これらの副成分
の総量が10.0重量％を超えると圧延性（加工性）
および磁気的特性が低下してくることによる。

上述したように、本発明による磁性合金は、す
ぐれた磁気特性を示し、しかもその圧延性は飛躍
的に向上したにもかかわらず、硬度の低下が全く
みられず、むしろビーカース硬度が約550〜650に
向上した。このように本発明では室温での硬度の
大幅な増加と、圧延が可能であるということを相
反することなく実現できるものであるから、工業
的に貢献するところ甚大である。

本発明による磁性合金を磁気ヘツドのコア材と
して用いるときは、狭トラツク幅の磁気ヘツドと
いえども、或いは積層コアといえども圧延加工に
よつて量産的に歩留りが高く生産でき、また硬度
の向上によつて耐摩耗性にすぐれた磁気ヘツドを
得ることができる。そして、充分薄く、板の製造
が可能となつたことによつて薄板を積層させるこ
とにより、オーデイオ用磁気ヘツドはもとより、
ビデオ用磁気ヘツドをも構成できる。即ち、本発
明による積層コアを用いることによつて磁気ヘツ
ドの周波数特性をキロヘルツオーダはもとよりメ
ガヘルツオーダの高周波においても改善できる。
例えば、従来の積層コアによらないセンダスト合
金によるヘツドにおいて10KHzで出力低下を来
しているが、本発明合金の0.1mm厚さの積層コア
を用いるときは、15KHz以上に及んで平坦な周
波数―出力特性を示す。

また、本発明による磁性合金は、磁気ヘツドの
コア材としてのみならず、高周波用トランスの積
層コア等に適用して好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の説明に供する表図
である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｐを0.03重量％以上5.0重量％以下、Alを4.7
重量％以上8.5重量％以下、Siを6.1重量％以上9.1
重量％以下を含み、残部が主としてFeよりな
り、かつその結晶粒界に、結晶粒界を構成する原
子の0.5重量％を越えるＰを存在させていること
を特徴とする磁性合金。２Ｐを0.03重量％以上5.0重量％以下、Alを4.7
重量％以上8.5重量％以下Siを6.1重量％以上9.1重
量％以下を含み、 Ti 5.0重量％以下Ｖ 5.0 〃 Cr 7.0 〃 Mn 5.0 〃 Co 5.0 〃 Ni 7.0 〃 Cu 6.0 〃 Ge 5.0 〃Ｙ 5.0 〃 Zr 5.0 〃 Nb 6.0 〃 Mo 5.0 〃 Hf 5.0 〃 Ta 5.0 〃Ｗ 5.0 〃希土類元素 3.0 〃Ｂ 0.5 〃 Ca 0.5 〃Ｃ 0.8 〃Ｎ 0.1 〃 Sn 3.0 〃 Sb 3.0 〃 Pb 0.5 〃 Be 3.0 〃のうちより選ばれた少くとも１種以上の元素を総
量で、0.01重量％以上10.0重量％以下含み、残部
は主としてFeよりなり、かつその結晶粒界に、
結晶粒界を構成する原子の0.5重量％を越えるＰ
を存在させていることを特徴とする磁性合金。