JPS635460B2

JPS635460B2 -

Info

Publication number: JPS635460B2
Application number: JP61074348A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masumoto; Akihisa Inoe; Shunsuke Arakawa
Original assignee: TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
Current assignee: TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1988-02-03
Also published as: JPS61235539A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高透磁性に優れた炭素系非晶質鉄合
金に関するものである。通常、固体の金属又は合金は結晶状態である
が、液体より超急冷（冷却速度は合金の組成に依
存するが、およそ10⁴〜10⁶℃／秒である）すれば
液体に類似した周期的原子配列を持たない非結晶
構造の固体が得られる。このような金属を非晶質
金属あるいはアモルフアス金属と呼ぶ。一般に、
この型の金属は２種以上の元素からなる合金であ
り、通常、遷移金属元素と非金属元素の両者の組
合せよりなり、半金属量は約15〜30原子％程度で
ある。本発明者等は先に特開昭51−73920号により下
記成分組成範囲を有する高透磁率アモルフアス合
金を開示した。 (1) 燐、炭素及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、鉄及びコバルトの
何れか１種または２種を93〜65原子％とを含む
ことを特徴とする高透磁率アモルフアス合金。 (2) 原子％で (イ) ニツケル50％以下、 (ロ) 珪素25％以下、 (ハ) クロム及びマンガンの少なくとも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
ム及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、ユウロピウム、ガトリニウム、
テルビウム、ジスプロシウム及びホルミウム
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)及び(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％
以下含有する前記(1)記載の高透磁率アモルフア
ス合金。この合金は原料費、結晶化温度、硬さ、強さ、
脆化温度等の点で未だ十分には満足されていなか
つた。本発明は、前記諸特性を有しながら、製造が容
易でかつ安価な炭素系高透磁率非晶質鉄合金を提
供することを目的とするものである。すなわち本
発明は実質的に下記の式で示される成分組成より
なることを特徴とする炭素系高透磁率非晶質鉄合
金である。 Fe_aM_cQ_d （式中Fe_aはFeがａ原子％、M_cはCr，Mo，Ｗ
のうちから選ばれる何れか１種または２種以上が
ｃ原子％、Q_dはＣがｄ原子％含有されているこ
とを示し、ａは72〜84、ｃは４〜10、ｄは12〜26
の範囲内にあり、ａ，ｃ及びｄの和は実質的に
100であり、かつＱを構成するＣの一部が４原子
％以下のＮで置換されてなるもの。但しＭがＷの
みよりなることはない。）本発明者等は、非金属元素として炭素と窒素と
を含む鉄合金が広い組成範囲で容易に非晶質化
し、しかも優れた高透磁率の特性をもつ安価な合
金であることを新規に知見して、本発明を完成し
たのである。次に本発明を詳細に説明する。これまで良く知られている非晶質合金において
廉価な合金は鉄を主体としたものであり、例えば
Fe₈₀P₂₀、Fe₈₀B₂₀、Fe₈₀P₁₂B₈、Fe₇₅Si₁₅B₁₀、
Fe₇₅Si₁₅P₁₀、Fe₈₀P₁₃C₇などのように鉄と非金属
元素Ｐ，Ｂ，Si，Ｃとの組合せであつた。しかる
に、本発明者らは非晶質化するために必要な添加
剤であるこれら半金属元素には各々一長一短があ
ることを見出した。その効果を纏めて第１表に示
す。同表中には特性を◎（優）、〇（良）、×（可）
でもつて評価してある。

【表】同表より、Geは総ての点で好ましくなく、Ｐ
は原料費、非晶質形成能、耐食性等の性質は良い
が、それら以外の性質は好ましくない。特に溶解
中に有害ガスを発生し、また加熱中に材料の脆化
を促進するので問題の多い元素である。同表中Si
およびＢは耐食性を低下させる作用を有する点で
好ましくなく、またＢは原料費が高いという欠点
を有する。とくに、Ｃは磁束密度を最も低下させ
ない元素である。すなわち前記諸元素に対してＣ
及びＮは同表より明らかな如く総ての点において
好ましい性質を有する元素であることが判つた。かくして本発明者等は、非晶質化に寄与する前
記半金属中ＣとＮとを含む非晶質鉄合金について
詳細に研究して本発明を完成したのである。一般に、非晶質合金は液体状態から急速に冷却
することによつて得られるが、このために種々の
冷却方法が考えられている。例えば高速回転する
１つの円板の外周面上（第１図ａ）または高速に
お互い逆回転する２つのロールの間（第１図ｂ）
に液体金属を連続に噴出させて、回転円板または
双ロールの表面上で10⁵〜10⁶℃／秒程度の速度で
急冷凝固させる方法が公知である。また最近本発
明者等が発明した溶融金属から直接幅広薄帯板を
製造する方法ならびにその製造装置（特開昭53−
125228号、同53−125229号）を用いることができ
る。本発明の非晶質鉄合金も同様に液体状態から急
速に冷却することによつて得ることができ、上記
の諸方法によつて線または板状の本発明の非晶質
合金を製造することができる。また、高圧ガス
（窒素、アルゴンガスなど）により液体金属を吹
き飛ばし、対向する冷却用銅板上で微粉状に急冷
凝固させる例えばアトマイザーなどにより数μｍ
〜数10μｍ程度の非晶質合金粉末を製造すること
ができ、この合金は半金属としてＣ及びＣの一部
の代替として４原子％以下のＮで置換することが
でき、したがつて従来の非晶質合金に較べて安価
であるばかりでなく、製造が容易であるため本発
明の炭素系非晶質鉄合金よりなる粉末、線、ある
いは板を工業的規模で製造することができる点に
おいて極めて有利である。なお本発明合金にあつ
ては通常の工業材料に存在する程度の不純物、例
えばＰ，Si，As，Ｓなどが小量含まれていても
本発明の目的を達成することができる。本発明の非晶質鉄合金は成分組成上から下記の
諸グループに大別することができる。 (a) Fe―Cr―Ｃ―Ｎ (b) Fe―Mo―Ｃ―Ｎ (c) Fe―Cr―Mo―Ｃ―Ｎ (d) Fe―Cr―Ｗ―Ｃ―Ｎ (e) Fe―Mo―Ｗ―Ｃ―Ｎ (f) Fe―Cr―Mo―Ｗ―Ｃ―Ｎ次に本発明において、成分組成を限定する理由
を説明する。 Feが72原子％より少ないと、磁化が低下し約
2000G以下となり、また84原子％より多いと非晶
質合金を容易に得ることが困難であるのでFeは
72〜84原子％の範囲内にする必要がある。ＱのＣは12原子％より少ないか、あるいは26原
子％より多いと非晶質合金を得ることが困難であ
るのでＱのＣは12〜26原子％の範囲内にする必要
がある。 M_cのｃが10以上では磁化が低下し、約2000G
以下となり、またＣが４以下では非晶質が得難い
のでＣは４〜10の範囲内にする必要がある。また
ＭがＷのみよりなるときは、非晶質化することが
困難である。またＱのＣの一部をＮで置換する場合Ｎが４原
子％より多いと急冷凝固時にＮが合金組織中に気
泡として析出し、合金の形状が悪化し、機械的強
度が低下するのでＮは４原子％以下にすることが
必要である。一般に非晶質合金は加熱することにより結晶化
し、非晶質合金の特徴である延性および勒性を失
なうと共に優れた高透磁率特性も低下するので、
結晶化温度（Tx）がが高い合金であることが実
用上有利である。本発明の非晶質合金のTxは大
凡350〜550℃の範囲内であり、Cr，Mo，Ｗの含
有量の増加と共に結晶化温度（Tx）が上昇する
傾向があり、したがつて本発明合金は高い結晶化
温度（Tx）を有し、熱に対して安定な合金であ
ることがわかる。また硬さ（Hv）および破壊強
度（σ_f）はそれぞれ800〜950DPNおよび280〜
350Kg／mm²であり、Cr，Mo，Ｗの含有量の増加
と共に何れも上昇する。また一般に非晶質鉄合金は結晶化温度より低温
域でも脆化してしまう欠点のあることが知られて
いる。本発明者等の研究によれば、非晶質鉄合金
の脆化現象はその合金中に含有される半金属元素
の含有量と種類に大きく依存することを知見し
た。種々の半金属元素を含む非晶質鉄合金と本発
明のＣとＮとを含む非晶質鉄合金との脆化温度を
比較した結果、本発明合金の大部分は、Fe₈₀P₂₀
合金よりもより高い脆化温度を持ち、脆化し難
く、従来脆化し難い合金として知られている
Fe₈₀B₂₀合金にほぼ匹敵する脆化温度を有するこ
とを知つた。この性質は磁気特性を改善するため
に結晶化温度以下で熱処理する際、合金を脆化し
ない点で有利である。以上のように、本発明合金においてａが72〜
84、ｃが４〜10、ｄが12〜26の範囲内にある非晶
質鉄合金は高透磁率特性を有し、しかも本発明合
金は原料費が安く、結晶化温度、硬さ、強さ、脆
化温度等の点で優れており、新規な高透磁率合金
である。第２表に本発明の前記特性を有する合金
を市販現用材料について比較して示す。

【表】また本発明の高渡磁率合金は結晶化温度及び脆
化温度が高いので、本発明者等が先に出願した特
開昭51−73923号の高透磁率アモルフアス合金の
磁気特性改質方法を適用して、容易に結晶化温度
以下で焼鈍処理することができ、また必要により
前記焼鈍処理を応力下及びまたは磁場中でも行な
うことができる。これらの焼鈍処理により例えば
用途に応じて履歴曲線の形状を調整することがで
きる。本発明の高透磁率合金は従来の金属系高透
磁率材料が使用されている変圧器、モータ及び磁
気増幅器等の鉄心、あるいは音声用、録画用及び
カードリーダー用等の磁気ヘツドのコア材、磁気
フイルター、熱センサーなどの線材または板材と
して使用することができる。次に本発明の非晶質合金の用途例を示す。実施例１本発明合金の１種Fe₇₄Cr₄Mo₄C₁₀N₂合金を第
１図ａの装置を用いて幅0.5mm、厚さ0.05mmのフ
イラメント材とし、これを20mm直径の石英ガラス
管の中央に５cmだけ詰めた。これに外部より約
100エルステツドの磁場をかけながら、石英ガラ
ス管中にFe₃O₄粉末を２％懸濁させた水溶液を10
c.c.／秒の速度で流した。この方法により、溶液中
の強磁性粉末を98〜99％除去することができた。
すなわち、本合金はフイルターとして有用な材料
である。以上本発明合金は、硬さ及び強さが大きく、耐
食性に優れ、しかも高透磁率を有し、その上従来
の非晶質合金に比し、安価でかつ製造が容易であ
る等の数々の特徴を有し、多方面での使用が期待
される。本発明の合金は用途により粉末、線あるいは板
に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはそれぞれ溶融合金を急冷するこ
とによる非晶質合金の製造装置の原理図である。１…溶融金属、２…急冷凝固した非晶質合金の
線あるいは板、３…冷却用円板、４…ロール。

Claims

【特許請求の範囲】１下記の式で示される成分組成よりなる炭素系
高透磁率非晶質鉄合金。 Fe_aM_cQ_d （式中Fe_aはFeがａ原子％、M_cはCr，Mo，Ｗ
のうちから選ばれる何れか１種または２種以上が
ｃ原子％、Q_dはＣがｄ原子％含有されているこ
とを示し、ａは72〜84、ｃは４〜10、ｄは12〜26
の範囲内にあり、ａ，ｃ及びｄの和は実質的に
100であり、かつＱを構成するＣの一部が４原子
％以下のＮで置換されてなるもの。但しＭがＷの
みよりなることはない。）