KR102042641B1

KR102042641B1 - 연자성 합금 및 자성 부품

Info

Publication number: KR102042641B1
Application number: KR1020180011316A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 하라다; 히로유키 마쓰모토; 겐지 호리노; 가즈히로 요시도메; 아키토 하세가와; 하지메 아마노; 겐스케 아라; 세이고 도코로; 쇼타 오쓰카
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-11-08
Also published as: JP2018123362A; US20180218812A1; CN108461245B; JP6226094B1; CN108461245A; TWI655298B; US11328847B2; KR20180089317A; TW201827620A; EP3364425A1

Abstract

조성식 ((Fe_{(1-(α＋β))}X1_αX2_β)_{(1-(a＋b＋c＋e))}M_aB_bP_cCu_e)_1- _fC_f로 이루어지는 연자성 합금이다. X1는 Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. X2는 Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, N, O 및 희토류 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. M은 Nb, Hf, Zr, Ta, Ti, Mo, W 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. 0.030＜a≤0.14, 0.028≤b≤0.20, 0≤c≤0.030, 0＜e≤0.030, 0＜f≤0.040, α≥0, β≥0, 0≤α＋β≤0.50인 것을 특징으로 한다.

Description

연자성 합금 및 자성 부품{SOFT MAGNETIC ALLOY AND MAGNETIC DEVICE}

본 발명은, 연자성 합금 및 자성 부품에 관한 것이다.

근래, 전자·정보·통신 기기 등에 있어서 저소비 전력화 및 고효율화가 요구되고 있다. 또한, 저탄소화 사회를 향해 상기의 요구가 한층 강해지고 있다. 그 때문에, 전자·정보·통신 기기 등의 전원 회로에도, 에너지 손실의 저감이나 전원 효율의 향상이 요구되고 있다. 그리고, 전원 회로에 사용되는 자성 소자의 자심에는 포화 자속 밀도의 향상, 코어 로스(자심 손실)의 저감 및 투자율의 향상이 요구되고 있다. 코어 로스를 저감하면, 전력 에너지의 로스가 작아지고, 투자율을 향상시키면, 자성 소자를 소형화할 수 있으므로 고효율화 및 에너지 절약화가 도모된다.

특허문헌 1에는, (Fe₁ _- _aQ_a)_bB_xT_yT′_z(Q는 Co, Ni 중 어느 하나 또는 양쪽이며, 원소 Q가 Co일 때 T는 Zr, 원소 Q가 Ni일 때 T는 Nb이며, T′는 Ga이며, a≤0.05, b=75~92원자%, x=0.5~18원자%, y=4~10원자%, z≤4.5원자%)로 표시되는 조성으로 이루어지는 Fe계 연자성 합금이 기재되어 있다. 본 연자성 합금은 고포화 자속 밀도, 고투자율을 겸비하고, 또한 높은 기계적 강도와 높은 열안정성을 겸비하고, 본 연자성 합금으로부터 얻어지는 자심의 코어 로스도 저감되어 있다.

일본국 특허 제3294938호

또한, 상기의 자심의 코어 로스를 저감하는 방법으로서, 자심을 구성하는 자성체의 보자력을 저감하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 현재는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 연자성 합금보다 한층 더한 보자력의 저감 및 투자율의 향상을 달성한 연자성 합금이 요구되고 있다.

본 발명자들은, 특허문헌 1에 기재된 조성과는 다른 조성에 있어서, 한층 더한 보자력의 저감 및 투자율의 향상을 달성할 수 있는 것을 알아냈다.

본 발명은, 높은 포화 자속 밀도, 낮은 보자력 및 높은 투자율(μ′)을 동시에 갖는 연자성 합금 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 연자성 합금은,

조성식 ((Fe_{(1-(α＋β))}X1_αX2_β)_{(1-(a＋b＋c＋e))}M_aB_bP_cCu_e)_1- _fC_f로 이루어지는 연자성 합금으로서,

X1은 Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,

X2는 Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, N, O 및 희토류 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,

M은 Nb, Hf, Zr, Ta, Ti, Mo, W 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,

0.030＜a≤0.14

0.028≤b≤0.20

0≤c≤0.030

0＜e≤0.030

0＜f≤0.040

α≥0

β≥0

0≤α＋β≤0.50인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, 상기의 특징을 가짐으로써, 열처리를 행함으로써 Fe기 나노 결정 합금이 되기 쉬운 구조를 갖기 쉽다. 또한, 상기의 특징을 갖는 Fe기 나노 결정 합금은 포화 자속 밀도가 높고 보자력이 낮고 투자율(μ′)이 높다는 바람직한 연자기 특성을 갖는 연자성 합금이 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, 0≤α｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.40이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, α=0이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, 0≤β｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.030이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, β=0이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, α=β=0이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, 비정질 및 초기 미결정으로 이루어지고, 상기 초기 미결정이 상기 비정질 중에 존재하는 나노 헤테로 구조를 갖고 있어도 된다.

상기 초기 미결정의 평균 입경이 0.3~10㎚이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, Fe기 나노 결정으로 이루어지는 구조를 갖고 있어도 된다.

상기 Fe기 나노 결정의 평균 입경이 5~30㎚이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, 박대(薄帶) 형상이어도 된다.

본 발명에 따른 연자성 합금은, 분말 형상이어도 된다.

또, 본 발명에 따른 자성 부품은, 상기의 연자성 합금으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 따른 연자성 합금은, Fe, M, B, P, Cu 및 C의 함유량이 각각 특정 범위 내인 조성을 갖는다. 구체적으로는, 조성식 ((Fe_{(1-(α＋β))}X1_αX2_β)_(1- _{(a＋b＋c＋e))}M_aB_bP_cCu_e)_1-fC_f로 이루어지는 연자성 합금으로서,

X1는 Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,

0.030＜a≤0.14

0.028≤b≤0.20

0≤c≤0.030

0＜e≤0.030

0＜f≤0.040

α≥0

β≥0

0≤α＋β≤0.50인 조성을 갖는다.

상기의 조성을 갖는 연자성 합금은, 비정질로 이루어지고, 입경이 30㎚보다 큰 결정으로 이루어지는 결정상을 포함하지 않는 연자성 합금으로 하기 쉽다. 그리고, 당해 연자성 합금을 열처리하는 경우에는, Fe기 나노 결정을 석출하기 쉽다. 그리고, Fe기 나노 결정을 포함하는 연자성 합금은 양호한 자기 특성을 갖기 쉽다.

바꾸어 말하면, 상기의 조성을 갖는 연자성 합금은, Fe기 나노 결정을 석출시킨 연자성 합금의 출발 원료로 하기 쉽다.

Fe기 나노 결정이란, 입경이 나노 오더이며, Fe의 결정 구조가 bcc(체심 입방 격자 구조)인 결정이다. 본 실시 형태에 있어서는, 평균 입경이 5~30㎚인 Fe기 나노 결정을 석출시키는 것이 바람직하다. 이러한 Fe기 나노 결정을 석출시킨 연자성 합금은, 포화 자속 밀도가 높아지기 쉽고, 보자력이 낮아지기 쉽다. 또한, 투자율(μ′)이 높아지기 쉽다. 또한, 투자율(μ′)이란 복소 투자율의 실부를 가리킨다.

또한, 열처리 전의 연자성 합금은 완전히 비정질만으로 되어 있어도 되지만, 비정질 및 입경이 15㎚ 이하인 초기 미결정으로 이루어지고, 상기 초기 미결정이 상기 비정질 중에 존재하는 나노 헤테로 구조를 갖는 것이 바람직하다. 초기 미결정이 비정질 중에 존재하는 나노 헤테로 구조를 가짐으로써, 열처리시에 Fe기 나노 결정을 석출시키기 쉬워진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 초기 미결정은 평균 입경이 0.3~10㎚인 것이 바람직하다.

이하, 본 실시 형태에 따른 연자성 합금의 각 성분에 대해 상세하게 설명한다.

M은 Nb, Hf, Zr, Ta, Ti, Mo, W 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. 또, M의 종류로서는 Nb, Hf 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. M의 종류가 Nb, Hf 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것으로 인해 열처리 전의 연자성 합금에 입경 30㎚보다 큰 결정으로 이루어지는 결정상이 더 발생하기 어려워진다.

M의 함유량(a)은 0.030＜a≤0.14를 만족한다. M의 함유량(a)은 0.032≤a≤0.14이어도 되고, 0.032≤a≤0.12인 것이 바람직하다. a가 작은 경우에는, 보자력이 높아지기 쉬워지고, 투자율(μ′)이 낮아지기 쉬워진다. a가 큰 경우에는, 포화 자속 밀도가 낮아지기 쉬워진다.

B의 함유량(b)은 0.028≤b≤0.20을 만족한다. 또, 0.028≤b≤0.15를 만족하는 것이 바람직하다. b가 작은 경우에는, 열처리 전의 연자성 합금에 입경 30㎚보다 큰 결정으로 이루어지는 결정상이 발생하기 쉽고, 결정상이 발생하는 경우에는, 열처리에 의해 Fe기 나노 결정을 석출시키지 못하고, 보자력이 높아지기 쉽고, 투자율(μ′)이 낮아지기 쉬워진다. b가 큰 경우에는, 포화 자속 밀도가 저하하기 쉬워진다.

P의 함유량(c)은 0≤c≤0.030을 만족한다. c=0이어도 된다. 즉, P를 함유하지 않아도 된다. P를 함유함으로써 투자율(μ′)이 향상하기 쉬워진다. 또, 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)을 모두 바람직한 값으로 하는 관점에서는, 0.001≤c≤0.020을 만족하는 것이 바람직하고, 0.005≤c≤0.020을 만족하는 것이 더 바람직하다. c가 큰 경우에는, 보자력이 높아지기 쉬워지는 것 외에 투자율(μ′)도 저하하기 쉬워진다. 한편, P를 함유하지 않는 경우(c=0)에는, P를 함유하는 경우와 비교하여 포화 자속 밀도를 높게 하기 쉬워지고, 보자력을 낮게 하기 쉬워진다는 이점이 있다.

Cu의 함유량(e)은 0＜e≤0.030을 만족한다. 또, 0.001≤e≤0.030을 만족해도 되고, 0.001≤e≤0.015인 것이 바람직하다. e가 작은 경우에는 보자력이 높아지기 쉽고, 투자율(μ′)이 낮아지기 쉬워진다. e가 큰 경우에는, 열처리 전의 연자성 합금에 입경 30㎚보다 큰 결정으로 이루어지는 결정상이 발생하기 쉽고, 결정상이 발생하는 경우에는, 열처리에 의해 Fe기 나노 결정을 석출시키지 못하고, 보자력이 높아지기 쉽고, 투자율(μ′)이 낮아지기 쉬워진다.

Fe의 함유량(1-(a＋b＋c＋e))에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 0.77≤(1-(a＋b＋c＋e))≤0.94인 것이 바람직하다. (1-(a＋b＋c＋e))를 상기의 범위 내로 함으로써 포화 자속 밀도를 높게 하기 쉬워진다.

C의 함유량(f)은 0＜f≤0.040을 만족한다. 0.001≤f≤0.040이어도 되고, 0.005≤f≤0.030인 것이 바람직하다. f가 작은 경우에는, 보자력이 높아지기 쉬워지고, 투자율(μ′)이 낮아지기 쉬워진다. f가 큰 경우에는, 열처리 전의 연자성 합금에 입경이 30㎚보다 큰 결정으로 이루어지는 결정상이 발생하기 쉽고, 결정상이 발생하는 경우에는, 열처리에 의해 Fe기 나노 결정을 석출시키지 못하고, 보자력이 높아지기 쉽고, 투자율(μ′)이 낮아지기 쉬워진다.

또, 본 실시 형태에 따른 연자성 합금에 있어서는, Fe의 일부를 X1 및/또는 X2로 치환해도 된다.

X1은 Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. X1의 함유량에 관해서는 α=0이어도 된다. 즉, X1은 함유하지 않아도 된다. 또, X1의 원자수는 조성 전체의 원자수를 100at%로 하여 40at% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 0≤α｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.40을 만족하는 것이 바람직하다.

X2는 Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, N, O 및 희토류 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. X2의 함유량에 관해서는 β=0이어도 된다. 즉, X2는 함유하지 않아도 된다. 또, X2의 원자수는 조성 전체의 원자수를 100at%로 하여 3.0at% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 0≤β｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.030을 만족하는 것이 바람직하다.

Fe를 X1 및/또는 X2로 치환하는 치환량의 범위로서는, 원자수 베이스로 Fe의 절반 이하로 한다. 즉, 0≤α＋β≤0.50으로 한다. α＋β＞0.50의 경우에는, 열처리에 의해 Fe기 나노 결정 합금으로 하는 것이 곤란해진다.

또한, 본 실시 형태에 따른 연자성 합금은 상기 이외의 원소를 불가피적 불순물로서 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 연자성 합금 100중량%에 대해서 1중량% 이하, 포함하고 있어도 된다.

이하, 본 실시 형태에 따른 연자성 합금의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 따른 연자성 합금의 제조 방법에는 특별히 한정은 없다. 예를 들면 단롤법에 의해 본 실시 형태에 따른 연자성 합금의 박대를 제조하는 방법이 있다. 또, 박대는 연속 박대여도 된다.

단롤법에서는, 우선, 최종적으로 얻어지는 연자성 합금에 포함되는 각 금속 원소의 순금속을 준비하고, 최종적으로 얻어지는 연자성 합금과 동일 조성이 되도록 칭량한다. 그리고, 각 금속 원소의 순금속을 용해하고, 혼합하여 모합금을 제작한다. 또한, 상기 순금속의 용해 방법에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 챔버 내에서 진공 흡인한 후에 고주파 가열로 용해시키는 방법이 있다. 또한, 모합금과 최종적으로 얻어지는 Fe기 나노 결정으로 이루어지는 연자성 합금은 통상, 동일 조성이 된다.

다음에, 제작한 모합금을 가열하여 용융시키고, 용융 금속(용탕)을 얻는다. 용융 금속의 온도에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 1200~1500℃로 할 수 있다.

단롤법에 있어서는, 주로 롤의 회전 속도를 조정함으로써 얻어지는 박대의 두께를 조정할 수 있지만, 예를 들면 노즐과 롤의 간격이나 용융 금속의 온도 등을 조정하는 것으로도 얻어지는 박대의 두께를 조정할 수 있다. 박대의 두께에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 5~30㎛로 할 수 있다.

후술하는 열처리 전의 시점에서는, 박대는 입경이 30㎚보다 큰 결정이 포함되어 있지 않은 비정질이다. 비정질인 박대에 대해서 후술하는 열처리를 실시함으로써, Fe기 나노 결정 합금을 얻을 수 있다.

또한, 열처리 전의 연자성 합금의 박대에 입경이 30㎚보다 큰 결정이 포함되어 있는지의 여부를 확인하는 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 입경이 30㎚보다 큰 결정의 유무에 대해서는, 통상의 X선 회절 측정에 의해 확인할 수 있다.

또, 열처리 전의 박대에는, 입경이 15㎚ 이하의 초기 미결정이 전혀 포함되어 있지 않아도 되지만, 초기 미결정이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 열처리 전의 박대는, 비정질 및 상기 비정질 중에 존재하는 상기 초기 미결정으로 이루어지는 나노 헤테로 구조인 것이 바람직하다. 또한, 초기 미결정의 입경에 특별히 제한은 없지만, 평균 입경이 0.3~10㎚의 범위 내인 것이 바람직하다.

또, 상기의 초기 미결정의 유무 및 평균 입경의 관찰 방법에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 이온 밀링에 의해 박편화한 시료에 대해서, 투과 전자현미경을 이용하여, 제한 시야 회절상, 나노 빔 회절상, 명시야상 또는 고분해능상을 얻음으로써 확인할 수 있다. 제한 시야 회절상 또는 나노 빔 회절상을 이용하는 경우, 회절 패턴에 있어서 비정질의 경우에는 링형의 회절이 형성되는데 반해, 비정질이 아닌 경우에는 결정 구조에 기인한 회절 반점이 형성된다. 또, 명시야상 또는 고분해능상을 이용하는 경우에는, 배율 1.00×10⁵~3.00×10⁵배로 육안으로 관찰함으로써 초기 미결정의 유무 및 평균 입경을 관찰할 수 있다.

롤의 온도, 회전 속도 및 챔버 내부의 분위기에는 특별히 제한은 없다. 롤의 온도는 4~30℃로 하는 것이 비정질화를 위해 바람직하다. 롤의 회전 속도는 빠를수록 초기 미결정의 평균 입경이 작아지는 경향이 있고, 25~30m/sec.로 하는 것이 평균 입경 0.3~10㎚의 초기 미결정을 얻기 위해서는 바람직하다. 챔버 내부의 분위기는 비용면을 고려하면 대기 중으로 하는 것이 바람직하다.

또, Fe기 나노 결정 합금을 제조하기 위한 열처리 조건에는 특별히 제한은 없다. 연자성 합금의 조성에 따라 바람직한 열처리 조건은 다르다. 통상, 바람직한 열처리 온도는 대체로 400~600℃, 바람직한 열처리 시간은 대체로 0.5~10시간이 된다. 그러나, 조성에 따라서는 상기의 범위를 벗어난 곳에 바람직한 열처리 온도 및 열처리 시간이 존재하는 경우도 있다. 또, 열처리 시의 분위기에는 특별히 제한은 없다. 대기 중과 같은 활성 분위기 하에서 행해도 되고, Ar 가스 중과 같은 불활성 분위기 하에서 행해도 된다.

또, 얻어진 Fe기 나노 결정 합금에 있어서의 평균 입경의 산출 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들면 투과 전자현미경을 이용하여 관찰함으로써 산출할 수 있다. 또, 결정 구조가 bcc(체심 입방 격자 구조)인 것을 확인하는 방법에도 특별히 제한은 없다. 예를 들면 X선 회절 측정을 이용하여 확인할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 따른 연자성 합금을 얻는 방법으로서, 상기한 단롤법 이외에도, 예를 들면 물 아토마이즈법 또는 가스 아토마이즈법에 의해 본 실시 형태에 따른 연자성 합금의 분체를 얻는 방법이 있다. 이하, 가스 아토마이즈법에 대해 설명한다.

가스 아토마이즈법에서는, 상기한 단롤법과 같이 하여 1200~1500℃의 용융 합금을 얻는다. 그 후, 상기 용융 합금을 챔버 내에서 분사시키고, 분체를 제작한다.

이때, 가스 분사 온도를 4~30℃로 하고, 챔버 내의 증기압을 1hPa 이하로 함으로써, 상기의 바람직한 나노 헤테로 구조를 얻기 쉬워진다.

가스 아토마이즈법으로 분체를 제작한 후에, 400~600℃에서 0.5~10분, 열처리를 행함으로써, 각 분체들이 소결하고 분체가 조대화하는 것을 막으면서 원소의 확산을 촉진하고, 열역학적 평형 상태에 단시간에 도달시킬 수 있고, 변형이나 응력을 제거할 수 있고, 평균 입경이 10~50㎚인 Fe기 연자성 합금을 얻기 쉬워진다.

이상, 본 발명의 일실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시 형태로 한정되지 않는다.

본 실시 형태에 따른 연자성 합금의 형상에는 특별히 제한은 없다. 상기한 바와 같이, 박대 형상이나 분말 형상이 예시되지만, 그 이외에도 블록 형상 등도 생각할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 연자성 합금(Fe기 나노 결정 합금)의 용도에는 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 자성 부품을 들 수 있고, 그 중에서도 특히 자심을 들 수 있다. 인덕터용, 특히 파워 인덕터용 자심으로서 적합하게 이용할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 연자성 합금은, 자심 외에도 박막 인덕터, 자기 헤드에도 적합하게 이용할 수 있다.

이하, 본 실시 형태에 따른 연자성 합금으로부터 자성 부품, 특히 자심 및 인덕터를 얻는 방법에 대해 설명하지만, 본 실시 형태에 따른 연자성 합금으로부터 자심 및 인덕터를 얻는 방법은 하기의 방법으로 한정되지 않는다. 또, 자심의 용도로서는, 인덕터 외에도, 트랜스 및 모터 등을 들 수 있다.

박대 형상의 연자성 합금으로부터 자심을 얻는 방법으로서는, 예를 들면, 박대 형상의 연자성 합금을 감는 방법이나 적층하는 방법을 들 수 있다. 박대 형상의 연자성 합금을 적층할 때에 절연체를 개재하여 적층하는 경우에는, 특성을 더 향상시킨 자심을 얻을 수 있다.

분말 형상의 연자성 합금으로부터 자심을 얻는 방법으로서는, 예를 들면, 적절히 바인더와 혼합한 후, 금형을 이용하여 성형하는 방법을 들 수 있다. 또, 바인더와 혼합하기 전에, 분말 표면에 산화 처리나 절연 피막 등을 행함으로써, 비저항이 향상하고, 보다 고주파 대역에 적합한 자심이 된다.

성형 방법에 특별히 제한은 없고, 금형을 이용하는 성형이나 몰드 성형 등이 예시된다. 바인더의 종류에 특별히 제한은 없고, 실리콘 수지가 예시된다. 연자성 합금 분말과 바인더의 혼합 비율에도 특별히 제한은 없다. 예를 들면 연자성 합금 분말 100질량%에 대해, 1~10질량%의 바인더를 혼합시킨다.

예를 들면, 연자성 합금 분말 100질량%에 대해, 1~5질량%의 바인더를 혼합시키고, 금형을 이용하여 압축 성형함으로써, 점적률(분말 충전율)이 70% 이상, 1.6×10⁴A/m의 자계를 인가했을 때의 자속 밀도가 0.45T 이상이고, 또한 비저항이 1Ω·㎝ 이상인 자심을 얻을 수 있다. 상기의 특성은, 일반적인 페라이트 자심과 동등 이상의 특성이다.

또, 예를 들면, 연자성 합금 분말 100질량%에 대해, 1~3질량%의 바인더를 혼합시키고, 바인더의 연화점 이상의 온도 조건 하의 금형으로 압축 성형함으로써, 점적률이 80% 이상, 1.6×10⁴A/m의 자계를 인가했을 때의 자속 밀도가 0.9T 이상이고, 또한 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상인 압분 자심을 얻을 수 있다. 상기의 특성은, 일반적인 압분 자심보다 뛰어난 특성이다.

또한, 상기의 자심을 이루는 성형체에 대해, 변형 교정 열처리로서 성형 후에 열처리함으로써, 코어 로스가 더 저하하고, 유용성이 높아진다. 또한, 자심의 코어 로스는, 자심을 구성하는 자성체의 보자력을 저감함으로써 저하한다.

또, 상기 자심에 권선을 실시함으로써 인덕턴스 부품을 얻을 수 있다. 권선의 실시 방법 및 인덕턴스 부품의 제조 방법에는 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 상기의 방법으로 제조한 자심에 권선을 적어도 1턴 이상 감는 방법을 들 수 있다.

또한, 연자성 합금 입자를 이용하는 경우에는, 권선 코일이 자성체에 내장되어 있는 상태로 가압 성형하고 일체화함으로써 인덕턴스 부품을 제조하는 방법이 있다. 이 경우에는 고주파 또한 대전류에 대응한 인덕턴스 부품을 얻기쉽다.

또한, 연자성 합금 입자를 이용하는 경우에는, 연자성 합금 입자에 바인더 및 용제를 첨가하여 페이스트화한 연자성 합금 페이스트, 및, 코일용의 도체 금속에 바인더 및 용제를 첨가하여 페이스트화한 도체 페이스트를 교대로 인쇄 적층한 후에 가열 소성함으로써, 인덕턴스 부품을 얻을 수 있다. 혹은, 연자성 합금 페이스트를 이용하여 연자성 합금 시트를 제작하고, 연자성 합금 시트의 표면에 도체 페이스트를 인쇄하고, 이들을 적층하고 소성함으로써, 코일이 자성체에 내장된 인덕턴스 부품을 얻을 수 있다.

여기서, 연자성 합금 입자를 이용하여 인덕턴스 부품을 제조하는 경우에는, 최대 입경이 체지름으로 45㎛ 이하, 중심 입경(D50)이 30㎛ 이하인 연자성 합금 분말을 이용하는 것이, 뛰어난 Q특성을 얻는데 있어서 바람직하다. 최대 입경을 체지름으로 45㎛ 이하로 하기 위해서, 체눈 45㎛의 체를 이용하고, 체를 통과하는 연자성 합금 분말만을 이용해도 된다.

최대 입경이 큰 연자성 합금 분말을 이용할수록 고주파 영역에서의 Q값이 저하하는 경향이 있고, 특히 최대 입경이 체지름으로 45㎛를 초과하는 연자성 합금 분말을 이용하는 경우에는, 고주파 영역에서의 Q값이 크게 저하하는 경우가 있다. 단, 고주파 영역에서의 Q값을 중시하지 않는 경우에는, 편차가 큰 연자성 합금 분말을 사용 가능하다. 편차가 큰 연자성 합금 분말은 비교적 염가로 제조할 수 있기 때문에, 편차가 큰 연자성 합금 분말을 이용하는 경우에는, 비용을 저감하는 것이 가능하다.

[실시예]

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

하기 표에 나타내는 각 실시예 및 비교예의 합금 조성이 되도록 원료 금속을 칭량하고, 고주파 가열로 용해하고, 모합금을 제작했다.

그 후, 제작한 모합금을 가열하여 용융시키고, 1300℃의 용융 상태의 금속으로 한 후에, 대기 중에 있어서 20℃의 롤을 회전 속도 30m/sec.로 이용한 단롤법에 의해 상기 금속을 롤에 분사시키고, 박대를 작성했다. 박대의 두께 20~25㎛, 박대의 폭 약 15㎜, 박대의 길이 약 10m로 했다.

얻어진 각 박대에 대해서 X선 회절 측정을 행하고, 입경이 30㎚보다 큰 결정의 유무를 확인했다. 그리고, 입경이 30㎚보다 큰 결정이 존재하지 않는 경우에는 비정질상으로 이루어진다고 하고, 입경이 30㎚보다 큰 결정이 존재하는 경우에는 결정상으로 이루어진다고 했다. 또한, 비정질상에는 입경이 15㎚ 이하인 초기 미결정이 포함되어 있어도 된다.

그 후, 각 실시예 및 비교예의 박대에 대해, 하기 표에 나타내는 조건으로 열처리를 행했다. 열처리 후의 각 박대에 대해, 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율을 측정했다. 포화 자속 밀도(Bs)는 진동 시료형 자력계(VSM)를 이용하여 자장 1000kA/m로 측정했다. 보자력(Hc)은 직류 BH트레이서를 이용하여 자장 5kA/m로 측정했다. 투자율(μ′)은 임피던스 애널라이저를 이용하여 주파수 1kHz로 측정했다. 본 실시예에서는, 포화 자속 밀도는 1.20T 이상을 양호한 것으로 하고, 1.40T 이상을 더 양호한 것으로 했다. 보자력은 2.0A/m 이하를 양호한 것으로 하고, 1.5A/m 이하를 더 양호한 것으로 했다. 투자율(μ′)은 55000 이상을 양호한 것으로 하고, 60000 이상을 보다 양호한 것으로 하고, 63000 이상을 더 양호한 것으로 했다.

또한, 이하에 나타내는 실시예에서는 특별히 기재가 없는 한, 모두 평균 입경이 5~30㎚이며 결정 구조가 bcc인 Fe기 나노 결정을 갖고 있던 것을 X선 회절 측정, 및 투과 전자현미경을 이용한 관찰로 확인했다.

표 1은 M의 함유량(a) 및 B의 함유량(b)을 변화시킨 실시예를 기재한 것이다. 또한, M의 종류는 Nb로 하고 있다.

각 성분의 함유량이 소정의 범위 내인 실시예는 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다. 또, 0.032≤a≤0.12 및 0.028≤b≤0.15를 만족하는 실시예는, 포화 자속 밀도 및 보자력이 특히 양호했다.

표 2는 Cu를 포함하지 않는(e=0) 및/또는 C를 포함하지 않는(f=0) 비교예를 기재한 것이다.

Cu 및/또는 C를 포함하지 않는 비교예는, 모두 보자력이 너무 높고, 투자율(μ′)이 너무 낮은 결과가 되었다.

표 3은 M의 함유량(a)을 변화시킨 실시예 및 비교예를 기재한 것이다.

0.030＜a≤0.14를 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다. 또, 0.032≤a≤0.12를 만족하는 실시예는, 포화 자속 밀도 및 보자력이 특히 양호했다.

이에 대해, a=0.030인 비교예는 보자력이 너무 높아지고, 투자율(μ′)이 너무 낮은 결과가 되었다. 또, a=0.15인 비교예는 포화 자속 밀도가 너무 낮아지는 결과가 되었다.

표 4는 M의 종류를 변화시킨 실시예를 기재한 것이다. M의 종류를 변화시켜도 각 성분의 함유량이 소정의 범위 내인 실시예는 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다. 또, 0.032≤a≤0.12를 만족하는 실시예는, 포화 자속 밀도 및 보자력이 특히 양호했다.

표 5는 B의 함유량(b)을 변화시킨 실시예 및 비교예를 기재한 것이다.

0.028≤b≤0.20을 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다. 특히 0.028≤b≤1.50을 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도 및 보자력이 특히 양호했다. 이에 대해, b=0.020인 비교예는 열처리 전의 박대가 결정상으로 이루어지고, 열처리 후의 보자력이 현저하게 커져 투자율(μ′)이 현저하게 작아졌다. 또, b=0.220인 비교예는 포화 자속 밀도가 너무 작아지는 결과가 되었다.

표 6은 Cu의 함유량(e)을 변화시킨 실시예 및 비교예를 기재한 것이다.

0＜e≤0.030을 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다. 특히 0.001≤e≤0.015를 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도 및 보자력이 특히 양호했다. 이에 대해, e=0인 비교예는 보자력이 너무 커지고, 투자율(μ′)이 너무 작아지는 결과가 되었다. 또, e=0.032인 비교예는 열처리 전의 박대가 결정상으로 이루어지고, 열처리 후의 보자력이 현저하게 커지고 투자율(μ′)이 현저하게 작아졌다.

표 7은 C의 함유량(f)을 변화시킨 실시예 및 비교예를 기재한 것이다.

0＜f≤0.040을 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다. 특히 0.005≤f≤0.030을 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도 및 보자력이 특히 양호했다. 이에 대해, f=0인 비교예는 보자력이 너무 커지고, 투자율(μ′)이 너무 작아지는 결과가 되었다. 또, f=0.045인 비교예는 열처리 전의 박대가 결정상으로 이루어지고, 열처리 후의 보자력이 현저하게 커지고 투자율(μ′)이 현저하게 작아졌다.

표 8은 P의 함유량(c)을 변화시킨 실시예 및 비교예를 기재한 것이다.

0≤c≤0.030을 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다. 특히 0.001≤c≤0.020을 만족하는 실시예는 포화 자속 밀도 및 보자력이 특히 양호하고, 투자율도 양호했다. 또한, 0.005≤c≤0.020을 만족하는 실시예는 투자율(μ′)이 특히 양호했다. 이에 대해, c=0.035인 비교예는 보자력이 너무 커지는 결과가 되었다. 또, 투자율(μ′)도 저하해 버리는 결과가 되었다.

표 9는 Fe 및 P 이외의 각 성분의 함유량을 본원 발명의 범위 내에서 저하 또는 상승시킨 다음, Fe의 함유량 및 P의 함유량을 변화시킨 실시예이다. 모든 실시예에 있어서 포화 자속 밀도, 보자력 및 투자율(μ′)이 양호했다.

표 10은 실시예 11에 대해 M의 종류를 변화시킨 실시예이다.

표 10으로부터, M의 종류를 변화시켜도 양호한 특성을 나타냈다.

표 11은 실시예 11에 대해 Fe의 일부를 X1 및/또는 X2로 치환한 실시예이다.

표 11로부터, Fe의 일부를 X1 및/또는 X2로 치환해도 양호한 특성을 나타냈다.

표 12는 실시예 11에 대해 롤의 회전 속도 및/또는 열처리 온도를 변화시킴으로써 초기 미결정의 평균 입경 및 Fe기 나노 결정 합금의 평균 입경을 변화시킨 실시예이다.

초기 미결정의 평균 입경이 0.3~10㎚이며, Fe기 나노 결정 합금의 평균 입경이 5~30㎚인 경우에는, 상기의 범위를 벗어나는 경우와 비교하여 포화 자속 밀도와 보자력이 모두 양호했다.

Claims

조성식 ((Fe_{(1-(α＋β))}X1_αX2_β)_{(1-(a＋b＋c＋e))}M_aB_bP_cCu_e)_1-fC_f로 이루어지는 연자성 합금으로서,
X1은 Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,
X2는 Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, N, O 및 희토류 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,
M은 Nb, Hf, Zr, Ta, Ti, Mo, W 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
0.030＜a≤0.14
0.028≤b≤0.20
0≤c≤0.030
0＜e≤0.030
0.005≤f≤0.030
α≥0
0≤β｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.030
0≤α＋β≤0.50 이고,
비정질 및 초기 미결정으로 이루어지고, 상기 초기 미결정이 상기 비정질 중에 존재하는 나노 헤테로 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 연자성 합금.
청구항 1에 있어서,
0≤α｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.40인, 연자성 합금.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
α=0인, 연자성 합금.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
β=0인, 연자성 합금.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
α=β=0인, 연자성 합금.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 초기 미결정의 평균 입경이 0.3~10㎚인, 연자성 합금.
삭제
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
박대(薄帶) 형상인, 연자성 합금.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
분말 형상인, 연자성 합금.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 연자성 합금으로 이루어지는 자성 부품.
조성식 ((Fe_{(1-(α＋β))}X1_αX2_β)_{(1-(a＋b＋c＋e))}M_aB_bP_cCu_e)_1-fC_f로 이루어지는 연자성 합금으로서,
X1은 Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,
X2는 Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, N, O 및 희토류 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상,
M은 Nb, Hf, Zr, Ta, Ti, Mo, W 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
0.030＜a≤0.14
0.028≤b≤0.20
0≤c≤0.030
0＜e≤0.030
0.005≤f≤0.030
α≥0
0≤β｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.030
0≤α＋β≤0.50 이고,
Fe기 나노 결정으로 이루어지는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 연자성 합금.
청구항 14에 있어서,
상기 Fe기 나노 결정의 평균 입경이 5~30㎚인, 연자성 합금.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
0≤α｛1-(a＋b＋c＋e)｝(1-f)≤0.40인, 연자성 합금.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
α=0인, 연자성 합금.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
β=0인, 연자성 합금.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
α=β=0인, 연자성 합금.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
박대(薄帶) 형상인, 연자성 합금.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
분말 형상인, 연자성 합금.
청구항 14 또는 청구항 15에 기재된 연자성 합금으로 이루어지는 자성 부품.