JPS63118097A - 非晶質合金材料の表面処理方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、変圧器１回転機等の電気機器の鉄心として使
用される非晶質合金材料の表面処理方法に関する。

〔従来の技術〕

変圧器１回転機等の電気機器に使用される鉄心材料とし
ては、励磁特性が良好であり、鉄１員の低いことが要求
される。この鉄１１Ｍを低下させるためには、材料の欠
陥を少な（し、内部応力を下げることにより、ヒステリ
ツスＨＡを低減させ、また電気抵抗を高め、板厚を薄く
することにより、渦電）禿損を低減させることが必要で
ある。このような条件を満たす材ｒｌとして、珪素鋼板
がこれまで用いられている。

珪素綱板は、鋳造、熱延、冷延、焼鈍等の工程を経る従
来の方法により製造されるものである。

これに対して、合金を高温の溶融状態から超急冷するこ
とにより、液体と同様な構造をもつ非晶質合金薄帯を製
造する方法が最近開発された。

この非晶質合金の製造方法によるとき、薄帯を圧延等の
工程を経ず直接的に製造することができる。また、得ら
れた非晶質合金薄帯の電気抵抗が高く、非晶質構造のた
め鉄損が著しく低減され、異方性もない。更に、この非
晶質合金薄帯は、励磁特性も優れているので、鉄心材料
として大いに期待される材料である。

この非晶質合金薄帯を加工して電気機器の鉄心等として
使用する場合、眉間抵抗、耐食性等が問題となる。

しかし、表面に絶縁被膜を設けることにより層間抵抗を
増加させ、渦電流損に起因する鉄損の悪化を防止しよう
とすると、非晶質合金薄帯の表面にある凹凸のために、
その絶縁被膜の厚みが不均一になる。たとえば、通常の
浸漬法、ロールコートバーコード、スプレーコート等の
塗布方法によって絶縁被膜を非晶質合金薄帯の表面に設
けようとすると、凸部における絶縁被膜の厚みが小さく
なり、凹部においてはそれが大きくなる。その結果、被
覆された非晶質合金薄帯を焼鈍すると、非晶質合金薄帯
に加わる力が不均一になり、磁束に対して抵抗となるよ
うな磁区が発生し、鉄［貝の劣化を招く。

このような欠点を解消すべく、本発明者等は、陽極処理
によって非晶質合金薄帯の表面に酸化物系絶縁被膜を形
成することを開発し、これを特願昭６０−６７２１５号
として出願した。この酸化物系絶縁被膜は、陽極処理に
よって施されたものであるから、被処理対象である非晶
質合金薄帯の表面形状に倣って均一に設けられる。した
がって、酸化物系絶縁被膜によりコーティングされた非
晶質合金薄帯に不均一な応力が加わることなく、層間抵
抗の増加及び耐食性の向上を図ることが可能となった。

（発明が解決しようとする問題点） この陽極処理によって非晶質合金薄帯の表面に設けられ
る酸化物系絶縁被膜は、前述の特願昭６０−６７２１５
号においては、単位板厚−当たり通常１．０＋ｗ／ｄ以
下の厚みとしている。これは、酸化物系絶縁被膜の厚み
が大きすぎると、不均一応力を生じ易く、圧縮応力によ
り磁気特性、特に商用周波数鉄頃を劣化させる傾向がで
てくることを防ぐ観点から定められたものである。

ところが、本発明者等は、このように設けられた酸化物
系絶縁被膜が非晶質合金薄帯の磁気特性を改善する上で
も効果があることを、その後の研究により解明し、これ
を別途出願した。

本発明は、この酸化物系絶縁被膜を設けた非晶質合金材
料の特性を更に向上させるべく、陽極処理による酸化物
の付着に加えて他の絶縁物コーティングを併用すること
により、鉄１員１層間抵抗。

耐食性等を改善した非晶質合金材料を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の表面処理方法は、その目的を達成するため、非
晶質合金材料を陽極として電解液に接触させることによ
り、高絶縁抵抗の酸化物を前記非晶質合金材料の表面に
付着させ、次いで前記非晶質合金材料を陰極としてクロ
ムイオンを含有する電解液に接触させることにより、ク
ロムの水和酸化物を含む被膜を形成させることを特徴と
する。

このような処理に引き続いて、クロムイオンを含む水溶
液に接触させることにより、クロムの水和酸化物を主体
とする被膜を形成させても良い。

以下、本発明を具体的に説明する。なお、本願明細書で
いう非晶質合金材料としては、薄帯、板材、線材等の種
々の形態のものがあるが、以下の説明では薄帯を例にと
っている。

高絶縁抵抗の酸化物は、陽極処理によって非晶質合金薄
帯の表面にたとえば粒子状となって形成される。すなわ
ち、非晶質合金薄帯を陽極として電解液中に浸漬し、或
いは電解液を非晶質合金薄帯表面に塗布し、陰極との間
に電圧を印加することにより、電解液から析出する酸化
物を非晶質合金薄帯の表面に均一に付着させる。この陽
極処理の採用によって、酸化物は、凸部に薄く凹部に厚
くなることなく、非晶質合金薄帯表面の凹凸に倣って均
一に付着される。

ここで使用される酸化物としては、溶液電解法により陽
極上に付着する全ての酸化物を使用することができ、具
体的にはＡｌ　ｚｏｏ、　ＺｒＯ２，ＴａＯ２等がある
。ただし、この酸化物としては、非晶質合金薄帯の眉間
抵抗を増加させることから、高絶縁性のものであること
が必要である。

この酸化物は、非晶質合金薄帯の両面又は片面のいずれ
に付着させても良い。片面にのみ付着させる場合、単ロ
ール法で鋳造された非晶質合金薄帯においては、表面粗
さの大きなロール側表面に酸化物を付着させる方が、自
由面に付着させることに比較し、鉄損を向上させる上で
より効果的である。また、片面に酸化物を付着させる方
法は、ロール面上で非晶質合金薄帯の電解液を連続的に
塗布することにより行うことができるので、生産性に優
れている。

この陽極処理による酸化物の付着量は、５〜５００■／
イ、望ましくは５０〜１００■／ｄとすることが良い。

この付着量を厚みに換算すると、おおよそ平均厚みで０
．００３〜０．３戸となる。この付着量が５ｎｙ／ｒｒ
＋を下回ると、初期の絶縁抵抗が得られず、また耐食性
の向上も図られない。他方、付着量が５００■／ｄを越
えるとき、不均一応力を生し易く、鉄を貝が劣化するこ
とになる。また、付着された酸化物が発粉し易（なる欠
点も生じる。

次いで、この陽疫処理によって酸化物を付着した非晶質
合金薄帯の表面に、クロムの水和酸化物を含む被膜を形
成させる。ここでいう、クロムの水和酸化物を含む被膜
とは、クロムの水和酸化物の外に、金属クロムを含むも
のであっても良い。

このような被膜は、非晶質合金薄帯を陰極として電解す
ることにより形成される。この被膜の形成は、前工程で
ある陽極処理と同様に、非晶質合金薄帯の両面又は片面
のいずれに対して行っても良い。ここで使用する電解液
としては、クロムイオンを含む水溶液又は非水系の溶液
、或いは更に硫酸イオン、弗素イオン等を含む水溶液又
は非水系の溶液が使用される。

このクロムの水和酸化物の付着量は、１〜１０００ｗｇ
／ｍとすることが望ましい。この付着量が１０００■／
ｄを越えるとき鉄損の劣化を生じ、１■／ｄ未満では磁
性、耐食性等の改善がみられない。この付着量のより好
ましい範囲は、１〜ｉｏｏｎｗ／ｍである。

更に、このクロムの水和酸化物を含む被膜を形成した後
、その表面にクロムの水和酸化物を主体とする被膜を形
成させても良い。このとき、後者の被膜は、非晶質合金
薄帯の表面にクロムイオンを含む水溶液を塗布し、余分
の液を除去した後、乾燥処理を施すことにより設けられ
る。或いは、塗布に代えて、クロムイオンを含む水７８
液に非晶質合金薄帯を浸漬させることもできる。このク
ロムの水和酸化物を主体とする被膜は、好ましくは１〜
１００ｏ＋ｇ／ｎ（の付着量で設けることが良い。

Ｃ′作用〕 鋳造されたままの非晶質合金材料の表面には、鋳造時に
空気や不活性ガス等が溶湯とロール表面との間に巻き込
まれること等に起因して、凹凸が生じる。この凹凸は、
非晶質合金板を重ねた場合に、仮同士が面接触すること
を防ぎ、層間抵抗の低下ひいては渦電流の増加を生起さ
せない上で効果があるものとされている。しかし、この
ような凹凸面をもつ非晶質合金材料においても、その表
面に絶縁被膜を設けることにより、鉄心に積層した場合
の層間抵抗が増加し、渦電′／Ｘｔｊｉｉの改善が図ら
れることは勿論である。

この点、先願の特願昭６０−６７２１５号では、陽極処
理によって酸化物を非晶質合金材料の表面に付着させて
いる。しかし、この酸化物の付着量は、鉄Ｉ員を劣化さ
せないために、その上限が板厚ＩＪｊ１１当たり１０■
／Ｍとされている。ところが、その後の研究によりおの
陽極処理によって非晶質合金材料の表面に付着した酸化
物は、その付着量を５〜５００ｗ／ｒｄの範囲に維持す
る限り、焼鈍時における磁区の整列に悪影響を与えるこ
となく、眉間抵抗の向上に有効なものであることが判っ
た。

このように、比較的大きな付着量で酸化物の被膜を非晶
質合金材料の表面に設けるとき、非晶質合金材料の内部
構造を顕微鏡で観察すると、ときとして磁区の境界が不
鮮明になることがあった。

これは、焼鈍時に酸化物が収縮するときの力が、非晶質
合金材料内部の磁区の成長に影否を与えた結果であると
推察される。すなわち、酸化物の収縮力が、非晶質合金
材料の長手方向に交叉して、たとえば板厚方向に沿って
非晶質合金材料に作用した場合に、その作用方向に沿っ
て磁区が整列する。そのため、配向性の異なるものが磁
区に含まれて、磁区の境界を不鮮明にしているものであ
ろう。

これに対し、本発明にあっては、陽極処理に続いて陰極
処理を行うことにより、陽極処理によって生成した酸化
物の間隙を充填し、或いは覆うようにクロムの水和酸化
物からなる被膜を設ける。

このとき、処理対象である非晶質合金材料がすでに陽極
処理によって酸化物により覆われているので、クロムの
水和酸化物は良好な付着性をもって非晶質合金材料の表
面に析出する。そして、電解処理であるため、析出した
クロムの水和酸化物は微細な間隙、たとえば前工程で生
成した酸化物の間隙にも侵入する。

この陰極処理によって析出したクロムの水和酸化物は、
次のような理由により磁気特性の改善に効果を奏するも
のとｔｌＩ察される。すなわち、焼鈍時におけるクロム
の水和酸化物の収縮によって、陽極処理により析出した
酸化物が収縮するときの力が非晶質合金材料の表面方向
に沿って延びる張力に変換され、鉄損に悪影響を及ぼす
磁区の成長が抑制される。そのために、配向性に優れた
磁区が得られる。また、この表面方向に沿った張力のた
め、非晶質合金材料内部に磁区が細分化され、磁壁の移
動に必要なエネルギーが軽減される。このような理由か
ら、得られた非晶質合金材料は、優れた鉄損を示すよう
になる。また、磁区が細分化されているために、その被
覆された非晶質合金材料は、高周波用鉄心を始めとして
種々の鉄心として適した材料となる。

また、このクロムの水和酸化物が陽極処理によって生成
した酸化物と共同して非晶質合金材料の全面を覆うこと
になるので、非晶質合金材料表面の電気抵抗ひいては層
間抵抗が増加し、渦電２Ｒｔ員を少なくすることができ
る。また、活性度の高い非晶質合金が雰囲気に直接さら
されることがなくなるので、耐食性の向上も図られる。

そのため、磁気特性の経時的な劣化も少ない。

更に、この陰極処理された非晶質合金材料の表面にクロ
ムの水和酸化物を主体とする被膜を形成するとき、非晶
質合金材料の耐食性が一層向上する。そのため、得られ
た製品は、長期にわたり安定した磁気特性を示すものと
なる。

〔実施例〕

以下、実施例により、本発明の効果を具体的に説明する
。

単ロール法で製造されたＰｅｗｓ、　ｓＢ＋＊、　＋Ｓ
ｌｂ、　９ＣＯ，Ｓ（原子％）のキ］成を持ち板厚が２
５−の非晶質合金薄帯を、アルミン酸ソーダ２５ｇ／Ａ
を含む電解液中で陽極として電流密度５．５Ａ／ｄｉ”
で電解した。電解を１秒間継続したところ、付着量６０
ｕ／＋ｙｌのυ１合でＡＩｚＯｘが非晶質合金薄帯の表
面に付着した。

次いで、ＡＩ、Ｏ，が付着された非晶質合金薄帯を陰極
として次の電解液Ａ及びＢに浸漬し、電流密度５０Ａ／
ｄｍ”で２秒間電解を行った。

Ｑ　ＡＨ’／（ｌ　Ａ　　　　　　Ｎ　解ンＩ！Ｂ無水
クロム酸　　　　１００．■／ｐ　　　　５０■／ｌ硫
酸　　　　　　　０．１曙／Ａ　　　　　　−ケイ弗化
ソーダ　　　２ｇ／ｌ　　　　　　−ｐＨ１，５− 温度　　　　　　　４０℃　　　　　４０℃その結果、
電解液Ａを使用したとき、ＣｒｚＯｔ　換算で２０ｗ／
ｍのクロムの水和酸化物が付着した。

また、電解液Ｂを使用したとき、Ｃｒ２Ｏ３換算で３５
■／イのクロムの水和酸化物が付着した。

このようにして表面処理された非晶質合金薄帯を、単板
及びトロイダル鉄心として、窒素ガス雰囲気中で磁場焼
鈍した。得られた製品の鉄損を、単板に付いては鉄損Ｉ
として、トロイダル鉄心に付いては鉄損■として、それ
ぞれ第１表に示す。

なお、この表には、湿度９８％の湿潤雰囲気下で５０℃
の恒温恒ンＷ発錆テスＩ・を行った結果を相対評価した
ものを併せて示している。

第　　　　１　　　　表 この表から明らかなように、本発明の非晶質合金薄帯に
あっては、その単板としての鉄損は無垢の非晶質合金の
それにほぼ等しく、従来のコーティング被膜を設けたも
のより優れている。

ところが、無垢の非晶質合金薄帯をトロイダル鉄心とし
て巻き加工した場合、鉄損が急激に劣化する。これに対
し、本実施例の場合は、０．１８Ｗ　／ｋｇ及び０．２
０Ｗ／ｋｇと極めて低い値を示している。

また、無機系の絶縁被膜を設けた従来例にあっては、０
．３６Ｗ／ｋｇと大きな１失…になっている。

更に、電解液Ａを使用してクロムの水和酸化物を設けた
非晶質合金薄帯に、無水クロム酸５０暉／ｐ２　シリカ
ゾル２０　ｇ　／　７！及びエチレングリコール（還元
剤）２　ｇ／ｌの組成の水溶液を塗布し、余分な液を拭
い取った後、１２０℃で２秒間加熱乾燥した。

これにより、Ｃｒ２ｏｚ換算で２５ｎｖ／ｍの付着量で
クロムの水和酸化物被膜が形成された。

このようにして得られた製品０を、発錆テストに付し、
錆発生状況を観察し、その結果を相対評価したものを第
２表に示す。なお、発錆条件は、ｌ！度９８％、温度５
０゛Ｃの雰囲気の下で１時間保持とした。また、第２表
には、表面処理を行わない非晶質合金薄帯（ハ）、陰極
処理のみを行った非晶質合金薄帯（ハ）及び陰極処理ま
でを行った非晶質合金薄帯に）を、比較のために掲げて
いる。

第　　　　２　　　　表 この表から明らかなように、クロムの水和酸化物被膜を
、陰極処理及び溶液塗布によって二重に設けるとき、耐
食性が著しく向上する。したがって、鉄心として使用し
たとき、その磁気特性の経時劣化を抑制することができ
た。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の表面処理方法によると
き、陽極処理により非晶質合金材料表面に付着している
酸化物の上に更に陰極処理によってクロムの水和酸化物
被膜を形成しているので、焼鈍時に酸化物が収縮するこ
とにより非晶質合金材ギ４に与える力が、クロムの水和
酸化物によって非晶質合金材料の表面方向に沿った張力
に変換される。そのため、磁束に対して抵抗となるよう
な磁区の発生を１１１え、磁区の整列化及び細分化が促
進されて、銖（員の（Ｉれだ材料が得られる。また、酸
化物及びクロムの水和酸化物によって非晶質合金材料の
全面を覆っているので、層間）氏抗及び耐食性も優れた
製品が得られる。したがって、このようにして得られた
非晶質合金材料を電気機器の鉄心として使用するとき、
長期間に渡って優れた磁気特性を発揮させることができ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非晶質合金材料を陽極として電解液に接触させるこ
   とにより、高絶縁抵抗の酸化物を前記非晶質合金材料の
   表面に付着させ、次いで前記非晶質合金材料を陰極とし
   てクロムイオンを含有する電解液に接触させることによ
   り、クロムの水和酸化物を含む被膜を形成させることを
   特徴とする非晶質合金材料の表面処理方法。 ２、非晶質合金材料を陽極として電解液に接触させるこ
   とにより、高絶縁抵抗の酸化物を前記非晶質合金材料の
   表面に付着させ、次いで前記非晶質合金材料を陰極とし
   てクロムイオンを含有する電解液に接触させることによ
   り、クロムの水和酸化物を含む被膜を形成させ、更にク
   ロムイオンを含む水溶液に接触させることにより、クロ
   ムの水和酸化物を主体とする被膜を形成することを特徴
   とする非晶質合金材料の表面処理方法。