KR20180093033A

KR20180093033A - Fe 기 합금 조성물, 연자성 재료, 자성 부재, 전기·전자 관련 부품 및 기기

Info

Publication number: KR20180093033A
Application number: KR1020187019659A
Authority: KR
Inventors: 히사토 고시바; 다카오 미즈시마; 다카후미 히비노; 데루오 비토
Original assignee: 알프스 덴키 가부시키가이샤; 고리츠다이가쿠호징 아키타켕리츠 다이가쿠
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2018-08-20
Also published as: CN108603272A; US20180322991A1; JPWO2017154561A1; US10950374B2; WO2017154561A1; CN108603272B; JP6548059B2; KR102231316B1

Abstract

P 를 함유하지 않고 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스 연자성 재료를 형성 가능한 Fe 기 합금 조성물로서, 조성식이 (Fe₁ _- _aT_a)₁₀₀ _원자％ _{-(x＋b＋c＋d)}M_xB_bC_cSi_d 로 표시되고, T 는 Ni 등의 임의 첨가 원소로서, M 은 Cr 등의 임의 첨가 원소로서, 하기 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 Fe 기 합금 조성물이 제공된다.
0 ≤ a ≤ 0.3
11.0 원자％ ≤ b ≤ 18.20 원자％,
6.00 원자％ ≤ c ≤ 17 원자％,
0 원자％ ≤ d ≤ 10 원자％, 또한
0 원자％ ≤ x ≤ 4 원자％

Description

Fe 기 합금 조성물, 연자성 재료, 자성 부재, 전기·전자 관련 부품 및 기기

본 발명은 Fe 기 합금 조성물에 관한 것으로, 상세하게는, 연자성 재료로서 사용되는 Fe 기 합금 조성물에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 상기 Fe 기 합금 조성물로 이루어지는 연자성 재료, 당해 연자성 재료를 포함하는 자성 부재, 상기 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품, 당해 전기·전자 관련 부품을 구비하는 기기에 관한 것이다.

우수한 자기 특성을 갖는 연자성 재료로서, 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료 (본 명세서에 있어서, 「아모르퍼스 연자성 재료」라고도 한다.) 가 주목받고 있다.

그러한 아모르퍼스 연자성 재료의 하나로, Fe 기 합금 조성물을 사용하여 형성되는 수 (水) 아토마이즈법에 의해 형성된 대략 구상 분말로서, 그 분말은, Fe 를 주성분으로 하고, P, C, B 를 적어도 포함하며, ΔT_x= T_x-T_g (단 T_x는 결정화 개시 온도, T_g는 유리 천이 온도를 나타낸다.) 의 식으로 나타내는 과냉각 액체의 온도 간격 (과냉각 액체 영역) (ΔT_x) 이 20 K 이상인 비정질상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질 연자성 합금 분말이 거론되고 있다 (특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2004-156134호

특허문헌 1 에 기재되는 비정질 연자성 합금 분말 (아모르퍼스 연자성 재료) 은, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖기 때문에, 당해 분말을 가공 (성형 가공을 구체예로서 들 수 있다.) 하여 얻어지는 자성 부재 (압분 코어를 구체예로서 들 수 있다.) 로부터 가공시의 변형을 제거하는 어닐 처리 (구체적으로는 소정 시간 가열함으로써 행해진다.) 가 용이해진다. 이 때문에, 특허문헌 1 에 기재되는 비정질 연자성 합금 분말과 같은 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스 자성 재료를 함유하는 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품 (인덕터를 구체예로서 들 수 있다.) 은, 자기 특성이 우수한 것이 얻어지기 쉽다. 특히, 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 의 온도역이 넓은 경우에는, 어닐 처리에 허용되는 온도역이나 가열 시간의 폭이 넓어져, 어닐 처리를 보다 안정적으로 실시할 수 있다.

여기서, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스 연자성 재료를 얻기 위해 사용되는 아모르퍼스화 원소 중, Fe 이외의 천이 금속을 포함하지 않는 합금에 있어서는, 반금속 원소로는 P 를 함유시키는 것이 실질적으로 필수였다. P 는 우수한 아모르퍼스화 원소이지만, 얻어진 아모르퍼스 연자성 재료의 자기 특성, 특히 포화 자화 (Js) (단위 : T) 를 높이는 것에 대해 저해 요인이 되는 경우가 있었다. 또, Fe 기 합금 조성물로 이루어지는 아모르퍼스 연자성 재료 (본 명세서에 있어서 「Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료」라고도 한다.) 는, 소정의 조성을 갖는 Fe 기 합금 조성물의 용탕을 급랭함으로써 얻어지는 바, 그 용탕 중에 P 가 포함되어 있는 경우에는, 용탕 내의 P 가 증발되기 쉬워, 아모르퍼스 연자성 재료의 제조 과정에서 Fe 기 합금 조성물의 조성을 안정화시키는 것이 곤란해지는 경우나, 용탕으로부터 증발된 P 가 용탕 주변의 제조 장치에 부착되어 다른 강종에 대한 컨태미네이션을 일으키거나, 또는 이것을 방지하기 위한 청소에 시간을 필요로 하여, 작업성을 저하시키는 경우가 있었다.

본 발명은, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 형성 가능하고, 실질적으로 P 를 함유하지 않는 Fe 기 합금 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 실질적으로 P 를 함유하지 않고 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 제공하는 것도 목적으로 한다. 또한 본 발명은, 상기 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 포함하는 자성 부재, 상기 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품, 및 당해 전기·전자 관련 부품을 구비하는 기기를 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들이 검토한 결과, 종래에는 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 얻기 위해서는, 비금속 원소의 아모르퍼스화 원소로서 P 를 함유시키는 것이 필요하다는 것이 상식이었지만, 아모르퍼스화 원소로서 B 및 C 그리고 필요에 따라서 Si 를 함유하고, 실질적으로 P 를 함유하지 않는 Fe 기 합금 조성물이라도 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스 연자성 재료를 형성 가능하다는 새로운 지견을 얻었다.

이러한 지견에 기초하여 완성된 본 발명은, 일 양태에 있어서, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료를 형성 가능한 Fe 기 합금 조성물로서, 조성식이 (Fe_1-aT_a)_{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}M_xB_bC_cSi_d 로 표시되고, T 는 임의 첨가 원소로서 Co 및 Ni 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종이고, M 은 임의 첨가 원소로서, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 및 Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지고, 하기 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 Fe 기 합금 조성물이다.

0 ≤ a ≤ 0.3

11.0 원자％ ≤ b ≤ 18.20 원자％,

6.00 원자％ ≤ c ≤ 17 원자％,

0 원자％ ≤ d ≤ 10 원자％, 또한

0 원자％ ≤ x ≤ 4 원자％

이와 같은 조성을 갖는 Fe 기 합금 조성물은, P 가 실질적으로 첨가되어 있지 않음에도 불구하고, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료를 형성 가능하다.

상기 조성식에 있어서, R = (b＋c)/[(1-a)×{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}] 로 했을 때에, 0.25 ≤ R ≤ 0.429 인 것이 바람직한 경우가 있다.

상기 조성식에 있어서, 100 원자％-(x＋b＋c＋d) 가, 67.20 원자％ 이상 80.00 원자％ 이하인 것이 바람직한 경우가 있다.

상기 조성식에 있어서, b 가 11.52 원자％ 이상 18.14 원자％ 이하인 것이 바람직한 경우가 있다.

상기 조성식에 있어서, c 가 6.00 원자％ 이상 16.32 원자％ 이하인 것이 바람직한 경우가 있다.

상기 조성식에 있어서, d 가 0 원자％ 초과 10 원자％ 이하인 것이 바람직한 경우가 있다.

상기 조성식에 있어서, M 이 Cr 을 포함하는 것이 바람직한 경우가 있다. 특히, Fe 기 합금 조성물로부터 연자성 재료를 형성하는 방법이 수 아토마이즈법 등 물을 사용하는 경우에는, 얻어진 연자성 재료의 내식성을 높이는 관점에서, Cr 을 첨가하는 것이 바람직하다. M 이 Cr 을 포함하는 경우에 있어서, Cr 첨가량이 0 원자％ 이상 4 원자％ 이하인 것이 바람직한 경우가 있고, Cr 첨가량이 0 원자％ 이상 3 원자％ 이하인 것이 보다 바람직한 경우가 있다.

본 발명은, 다른 일 양태에 있어서, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료를 형성 가능한 Fe 기 합금 조성물로서, 조성식이 (Fe_1-aT_a)_{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}M_xB_bC_cSi_d로 표시되고, 하기 조건을 만족하는 Fe 기 합금 조성물이다. 여기서, T 는 임의 첨가 원소로서 Co 및 Ni 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종이고, M 은 임의 첨가 원소로서, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 및 Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어진다.

0 ≤ a ≤ 0.3

11.0 원자％ ≤ b ≤ 20.0 원자％,

1.5 원자％ ≤ c ＜ 6 원자％,

0 원자％＜ d ≤ 10 원자％,

0 원자％ ≤ x ≤ 4 원자％, 또한

0.25 ≤ R ≤ 0.32

여기서, R = (b＋c)/[(1-a)×{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}] 이다.

이러한 Fe 기 합금 조성물은, P 가 첨가되어 있지 않고, C 의 첨가량 (c) 이 6.00 원자％ 미만이어도, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료를 형성 가능하다.

상기 조성식에 있어서, b 가 15.0 원자％ 이상 19.0 원자％ 이하인 것이 바람직한 경우가 있다.

R 이 0.25 이상 0.30 이하인 것이 바람직한 경우가 있다.

본 발명은, 다른 일 양태에 있어서, 상기 Fe 기 합금 조성물의 조성을 갖고, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 것을 특징으로 하는 연자성 재료이다.

상기 연자성 재료는, 대형 (帶型) 의 형상을 가지고 있어도 되고, 와이어상이나 분체의 형상을 가지고 있어도 된다.

상기 연자성 재료의 결정화 개시 온도 (T_x) 와 상기 유리 천이 온도 (T_g) 의 온도차 (T_x-T_g) 에 의해 정의되는 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 이 넓을수록, 아모르퍼스 형성능이 높은 것으로 기대된다. 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 은, 25 ℃ 이상인 것이 바람직한 경우가 있고, 40 ℃ 이상인 것이 보다 바람직한 경우가 있다.

상기 연자성 재료를 포함하는 자성 부재의 동작 보장 온도를 높이는 것이 용이해지는 관점에서, 퀴리 온도 (T_c) 가 340 ℃ 이상인 것이 바람직한 경우가 있다.

상기 연자성 재료에 대해, 결정화 개시 온도 (T_x) 를 초과하는 온도까지 가열하여 결정화시켜 연자성 재료를 얻고, 얻어진 연자성 재료에 대해 X 선 회절 측정했을 때에,α-Fe 에 귀속되는 피크에 추가하여, Fe₃B 로 귀속되는 피크 및 Fe₃(B_yC_1-y) (y 는 0 이상 1 미만) 로 귀속되는 피크의 적어도 일방을 갖는 X 선 회절 스펙트럼이 얻어지는 것이 바람직한 경우가 있다.

본 발명은, 또 다른 일 양태에 있어서, 상기 연자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 부재이다. 이 자성 부재는, 자성 코어여도 되고, 자성 시트여도 된다.

본 발명은, 또 다른 일 양태에 있어서, 상기 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품이다.

본 발명은, 또 다른 일 양태에 있어서, 상기 전기·전자 관련 부품을 구비하는 기기이다.

본 발명에 의하면, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스 연자성 재료 (아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료) 를 형성 가능하고, 실질적으로 P 를 함유하지 않는 Fe 기 합금 조성물이 제공된다. 또, 본 발명에 의하면, 실질적으로 P 를 함유하지 않고 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료도 제공된다. 또한 본 발명에 의하면, 상기 실질적으로 P 를 함유하지 않고 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 포함하는 자성 부재, 상기 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품, 및 당해 전기·전자 관련 부품을 구비하는 기기가 제공된다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 자성 코어의 형상을 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료 (실시예 13 및 실시예 25) 의 DSC 차트를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖지 않는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료 (실시예 23) 의 DSC 차트를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 실시예에 있어서 제조된 Fe 기 합금 조성물의 융점과 Si 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는 실시예에 있어서 제조된 Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료인 박대 (薄帶) 의 퀴리 온도와 Si 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은 실시예에 있어서 제조된 Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료인 박대의 과냉각 액체 영역과 Si 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은 Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료인 박대의 과냉각 액체 영역과 Cr 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 실시예에 있어서 제조한 Fe 기 합금 조성물로 이루어지는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 Fe 기 합금 조성물의 조성 (B 의 첨가량, C 의 첨가량 및 Fe＋Si 의 첨가량) 과 유리 천이 온도 (T_g) 가 측정되었는지 여부의 관계를 나타내는 의사 (擬似) 삼원도이다.
도 9 는 실시예 7 에 관련된 박대의 X 선 회절 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 10 은 실시예 25 에 관련된 박대의 X 선 회절 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스 연자성 재료 (아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료) 를 형성 가능하고, 그 조성은, 조성식이 (Fe_1-aT_a)_{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}M_xB_bC_cSi_d로 표시되고, 하기 식을 만족한다. T 는 임의 첨가 원소로서, Co 및 Ni 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종이고, M 은 임의 첨가 원소로서, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 및 Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은 P 가 첨가되어 있지 않고, 실질적으로 P 를 함유하지 않는다.

0 ≤ a ≤ 0.3

11.0 원자％ ≤ b ≤ 18.20 원자％,

6.00 원자％ ≤ c ≤ 17 원자％,

0 원자％ ≤ d ≤ 10 원자％, 또한

0 원자％ ≤ x ≤ 4 원자％

이하, 각 성분 원소에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은, 하기 성분 이외에, 불가피적 불순물을 함유하고 있어도 된다.

B 는 우수한 아모르퍼스 형성능을 갖는다. 따라서, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 B 의 첨가량 (b) 은 11.0 원자％ 이상이 된다. 그러나, Fe 기 합금 조성물 내에 B 를 과도하게 첨가시키면, 합금의 융점이 높아져, 아모르퍼스 형성이 어려워지는 경우가 있다. 따라서, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 B 의 첨가량 (b) 은, 25 원자％ 이하로 되는 경우가 있고, 18.20 원자％ 이하로 되는 경우가 있다. Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 자기 특성을 보다 안정적으로 높이는 관점에서, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 B 의 첨가량 (b) 을, 10 원자％ 이상 25 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 10.5 원자％ 이상 15 원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 11.81 원자％ 이상 14.59 원자％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Fe 기 합금 조성물에 있어서의 B 의 첨가량 (b) 이, 11.52 원자％ 이상 18.14 원자％ 이하인 경우에는, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 아모르퍼스 연자성 재료가 얻어지기 쉽고, 12.96 원자％ 이상 18.14 원자％ 이하인 경우, 바람직하게는 14 원자％ 이상 17 원자％ 이하인 경우에는, 유리 천이가 명료한 아모르퍼스상을 함유하는 아모르퍼스 연자성 재료가 얻어지기 쉽다.

C 는, Fe 기 합금 조성물의 열적 안정성을 높이고, 우수한 아모르퍼스 형성능을 갖는다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은 C 의 첨가량 (c) 은 6.00 원자％ 이상이 된다. 그러나, Fe 기 합금 조성물 내에 C 를 과도하게 첨가시키면, 합금화가 어려운 경우가 있다. 따라서, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 C 의 첨가량 (c) 은, 15 원자％ 이하가 되는 경우가 있고, 17 원자％ 이하가 되는 경우가 있다. 융점을 낮게 하는 관점에서, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 C 의 첨가량 (c) 을, 6.00 원자％ 이상 10 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 6.00 원자％ 이상 9.0 원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 6.02 원자％ 이상 8.16 원자％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. Fe 기 합금 조성물에 있어서의 C 의 첨가량 (c) 이, 16.32 원자％ 이하인 경우에는, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 아모르퍼스 연자성 재료가 얻어지기 쉽고, 15 원자％ 이하인 경우, 보다 바람직하게는 14.5 원자％ 이하인 경우, 더욱 바람직하게는 14.40 원자％ 이하인 경우에는, 유리 천이가 명료한 아모르퍼스상을 함유하는 아모르퍼스 연자성 재료가 얻어지기 쉽다.

본 발명의 Fe 기 합금 조성물의 조성에 있어서, B 및 C 의 첨가량의 총합의 Fe 의 첨가량에 대한 비율 (이하, 「BC/Fe 비」라고도 한다.) 을 0.25 이상 0.429 이하로 하는 것이 바람직하다. Fe 기 합금 조성물의 기본 원소인 Fe 의 첨가량에 대한, 주요 아모르퍼스화 원소인 B 및 C 의 첨가량의 총합의 비율인 BC/Fe 비가 어느 정도 높은 (구체적으로는, BC/Fe 비가 0.25 이상인) 것에 따라, Fe 기 합금 조성물로부터 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료 (아모르퍼스 연자성 재료) 를 형성하는 것이 용이해져 있을 가능성이 있다.

아모르퍼스 연자성 재료를 안정적으로 얻는 관점에서, BC/Fe 비는, 0.261 이상인 것이 바람직하고, 0.282 이상인 것이 바람직하고, 0.333 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 아모르퍼스 연자성 재료의 포화 자화 (Js) 를 보다 높게 하는 관점에서, BC/Fe 비는 작은 것이 유리하다. 구체적으로는, BC/Fe 비는, 0.370 이하인 것이 바람직하고, 0.333 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.282 이하인 것이 더욱 바람직하다.

이상으로부터, 아모르퍼스 연자성 재료가 안정적으로 얻어지고, 높은 포화 자화 (Js) 와의 밸런스를 고려하면, BC/Fe 비는, 0.261 이상 0.370 이하인 것이 바람직하고, 0.261 이상 0.333 이하인 것이 바람직하고, 0.282 이상 0.333 이하인 것이 바람직하다.

Si 는, Fe 기 합금 조성물의 열적 안정성을 높이고, 우수한 아모르퍼스 형성능을 갖는다. 또, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 Si 의 첨가량 (d) 을 증대시키면, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료에 대해, 유리 천이 온도 (T_g) 보다 결정화 개시 온도 (T_x) 를 우선적으로 높이고, 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 을 넓힐 수 있다. 또, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 Si 의 첨가량 (d) 을 증대시키면, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 퀴리 온도 (T_c) 를 높이는 것이 가능하다. 또한, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 Si 의 첨가량 (d) 을 증대시킴으로써 Fe 기 합금 조성물의 융점을 저하시키고, 용탕을 사용한 작업성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은 Si 를 함유해도 된다.

그러나, Fe 기 합금 조성물 내에 Si 를 과도하게 첨가하면, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 유리 천이 온도 (T_g) 가 급격하게 상승하여, 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 을 넓히는 것이 곤란해진다. 또, Fe 기 합금 조성물 내에 Si 를 과도하게 첨가하면, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 포화 자화 (Js) 의 저하가 현저해지는 경향을 나타내는 경우도 있다. 따라서, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 Si 의 첨가량 (d) 은 12 원자％ 이하가 된다. Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 열적 특성을 양호하게 하는 것과 자기 특성을 양호하게 하는 것을 보다 안정적으로 실현시키는 관점에서, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 Si 의 첨가량 (d) 을, 0 원자％ 초과 10 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.0 원자％ 이상 8.0 원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 2 원자％ 이상 6.0 원자％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물에는, Co 및 Ni 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종으로 이루어지는 원소 (임의 첨가 원소) T 를 첨가해도 된다. Ni 및 Co 는 Fe 와 마찬가지로 실온에서 강자성을 나타내는 원소이다. Fe 의 일부를 Co 혹은 Ni, Co 및 Ni 로 치환함으로써, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 자기 특성을 조정할 수 있다. 원소 T 는 Fe 의 첨가량 (단위 : 원자％) 에 대해 3/10 이하 정도 치환하는 것이 바람직하다. 원소 T 가 Co 인 경우, Fe 의 첨가량 (단위 : 원자％) 에 대해 2/10 정도 치환하면 포화 자화 (Js) 도 커지지만, Co 는 고가이기 때문에 너무 많이 치환하는 것은 바람직하지 않다. 또, 원소 T 가 Ni 인 경우, 치환량을 증가시키면 융점이 내려가기 때문에 바람직하지만, 치환량을 많게 하면 포화 자화 (Js) 가 작아지기 때문에 바람직하지 않다. 이 관점에서 Fe 의 첨가량 (단위 : 원자％) 에 대해 원소 T 의 치환량은 2/10 이하가 보다 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물에는, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 및 Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 임의 첨가 원소 M 을 첨가해도 된다. 이들 원소는, Fe 의 치환 원소로서 기능하거나, 아모르퍼스화 원소로서 기능하거나 한다. Fe 기 합금 조성물에 있어서의 임의 첨가 원소 M 의 첨가량 (x) 이 과도하게 높은 경우에는, 다른 원소 (C, B, Si 등) 의 첨가량이나 Fe 의 첨가량이 상대적으로 저하되어, 이들 원소를 첨가했던 것에 기초한 이익을 누리기 어려워질 수도 있다. 임의 첨가 원소 M 의 첨가량 (x) 의 상한은, 이 점을 고려하여 4 원자％ 이하가 된다.

임의 첨가 원소 M 의 일례인 Cr 은, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료에 내식성을 향상시키는 것도 가능하다. 따라서, Fe 기 합금 조성물이 Cr 을 함유하는 경우에는, Cr 의 첨가량을 0.5 원자％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Fe 기 합금 조성물에 있어서의 Cr 의 첨가량이 4 원자％ 정도까지이면, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 에 미치는 영향은 경미하기 때문에, Fe 기 합금 조성물이 Cr 을 함유하는 경우에는, Cr 의 첨가량을 4 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 원자％ 이하, 더욱 바람직하게는 2.88 원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은, 전술한 BC/Fe 비를 0.25 이상으로 함으로써, C 의 첨가량 (c) 을 6.00 원자％ 보다 낮게 할 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스 연자성 재료 (아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료) 를 형성 가능하고, 그 조성은, 조성식이 (Fe_1-aT_a)_{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}M_xB_bC_cSi_d로 표시되고, 하기 식을 만족하고 있어도 된다. T 는 임의 첨가 원소로서 Co 및 Ni 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종이고, M 은 임의 첨가 원소로서, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 및 Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어진다. 본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물은 P 가 첨가되어 있지 않고, 실질적으로 P 를 함유하지 않는다.

11.0 원자％ ≤ b ≤ 20.0 원자％,

1.5 원자％ ≤ c ＜ 6 원자％,

0 원자％＜ d ≤ 10 원자％,

0 원자％ ≤ x ≤ 4 원자％, 또한

0.25 ≤ R ≤ 0.32

여기서, R = (b＋c)/[(1-a)×{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}] 이고, R 이 BC/Fe 비이다.

BC/Fe 비가 0.25 이상임으로써, Fe 기 합금 조성물로부터 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료 (아모르퍼스 연자성 재료) 를 형성하는 것이 용이해져 있을 가능성이 있다. 아모르퍼스 연자성 재료를 안정적으로 얻는 관점에서, BC/Fe 비는, 0.25 이상인 것이 바람직하고, 0.26 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.261 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.266 이상인 것이 특히 바람직하다. 한편, 아모르퍼스 연자성 재료의 포화 자화 (Js) 를 보다 높게 하는 관점에서, BC/Fe 비는 작은 것이 유리하다. 구체적으로는, BC/Fe 비는 0.30 이하인 것이 바람직하고, 0.29 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.290 이하인 것이 더욱 바람직하다.

이상으로부터, 아모르퍼스 연자성 재료가 안정적으로 얻어지고, 높은 포화 자화 (Js) 와의 밸런스를 고려하면, BC/Fe 비는, 0.25 이상 0.30 이하인 것이 바람직하고, 0.26 이상 0.29 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.261 이상 0.290 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.266 이상 0.290 이하인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물의 B 의 첨가량 (b) 은, 융점 변동을 고려하면서 B 에 의한 아모르퍼스 형성능을 적절히 발휘시키는 관점에서, 11.0 원자％ 이상 20.0 원자％ 이하가 된다. B 의 첨가량 (b) 이, 15.0 원자％ 이상 19.0 원자％ 이하인 경우에는, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 아모르퍼스 연자성 재료가 얻어지기 쉽고, 15.5 원자％ 이상 18.0 원자％ 이하인 경우, 바람직하게는 15.84 원자％ 이상 17.28 원자％ 이하인 경우에는, 유리 천이가 명료한 아모르퍼스상을 함유하는 아모르퍼스 연자성 재료가 얻어지기 쉽다. 또한, 본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물의 경우에는 Si 의 첨가가 필수가 된다 (즉, Si 의 첨가량 (d) 은 0 원자％ 초과이다). B 및 C 이외의 원소의 첨가량의 범위에 대해서는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물의 경우와 거의 동일하므로, 자세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료는, 상기한 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물의 조성 또는 본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물의 조성을 갖고, P 를 실질적으로 함유하지 않고, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 아모르퍼스 연자성 재료이다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료에 있어서의 아모르퍼스상은 연자성 재료의 주상 (主相) 인 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서 「주상」이란, 연자성 재료의 조직에 있어서, 가장 체적 분율이 높은 상을 의미한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료는, 실질적으로 아모르퍼스상으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 본 명세서에 있어서 「실질적으로 아모르퍼스상으로 이루어지는」이란, 연자성 재료의 X 선 회절 측정에 의해 얻어진 X 선 회절 스펙트럼에 두드러진 피크가 인정되지 않는 것을 의미한다.

본 발명의 각 실시형태에 관련된 Fe 기 합금 조성물로부터 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 제조하는 방법은 한정되지 않는다. 주상이 아모르퍼스인 연자성 재료, 혹은, 실질적으로 아모르퍼스상으로 이루어지는 연자성 재료를 얻는 것을 용이하게 하는 관점에서, 단일 롤법, 쌍롤법 등의 급랭 박대법, 가스 아토마이즈법, 수 아토마이즈법 등의 아토마이즈법 등에 의해 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 제조하는 방법으로서 급랭 박대법을 사용한 경우에는, 얻어진 연자성 재료는 대형의 형상을 갖는다. 이 대형의 형상을 갖는 연자성 재료를 분쇄함으로써, 분체의 형상을 갖는 연자성 재료를 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 제조하는 방법으로서 아토마이즈법을 사용한 경우에는, 얻어진 연자성 재료는 분체의 형상을 갖는다.

본 명세서에 있어서, 연자성 재료의 열 물성 파라미터인 퀴리 온도 (T_c), 유리 천이 온도 (T_g) 및 결정화 개시 온도 (T_x) 는, 연자성 재료를 측정 대상으로 하여, 승온 속도를 40 ℃/분으로 하는 시차 주사 열량 측정 (측정 장치로서 네취 게라테바우사 제조의 「STA449/A23 jupiter」가 예시된다.) 을 실시함으로써 얻어진 DSC 차트에 기초하여 설정된다. 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 은, 상기 유리 천이 온도 (T_g) 및 결정화 개시 온도 (T_x) 로부터 산출된다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료에 있어서의 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 은, 이러한 연자성 재료를 함유하는 자성 부재의 열처리를 용이하게 하는 관점에서, 25 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 35 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 45 ℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료에 있어서의 퀴리 온도 (T_c) 는 340 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 제공하는 Fe 기 합금 조성물은, 전술한 바와 같이 P 를 실질적으로 함유하지 않는다. P 는 포화 자화 (Js) 를 저하시키는 인자이기 때문에, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료는 포화 자화 (Js) 가 높아지는 경향이 있다. 이 때문에, 자화가 실질적으로 없어지는 퀴리 온도 (T_c) 는 높아지기 쉽다. 퀴리 온도 (T_c) 가 높은 것은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 함유하는 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품의 동작 보장 온도를 높이게 되어, 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를, 결정화 개시 온도 (T_x) 를 초과하는 온도까지 가열함으로써, 연자성 재료 내에서 결정화가 발생한다. 이렇게 해서 얻어진 결정질을 갖는 연자성 재료에 대해 X 선 회절 측정을 실시하면,α-Fe 에 귀속되는 피크를 갖는 X 선 회절 스펙트럼이 얻어진다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료의 경우에는, 아모르퍼스화 원소로서 B 및 C 를 함유하기 때문에, 상기한 X 선 회절 스펙트럼은, Fe₃B 로 귀속되는 피크 및 Fe₃(B_yC_1-y) (여기서, y 는 0 이상 1 미만이고, 0.7 을 전형예로서 들 수 있다.) 로 귀속되는 피크의 적어도 일방을 갖는 것이 바람직하다. 연자성 재료 내의 아모르퍼스상이 가열되어 결정상으로 변화할 때에, 주원소인 Fe 로 이루어지는 결정 (α-Fe 를 구체예로서 들 수 있다.) 은 비교적 용이하게 형성되지만, 상기와 같은 복수의 원소로 이루어지는 결정은 Fe 로 이루어지는 결정에 비하면 생성되기 어려운 경우가 있다. 이 때문에, 아모르퍼스상으로부터 결정상으로의 천이가 상대적으로 잘 발생하지 않아, 어닐 처리시에 결정질이 생성되기 어려워지는 것으로 기대된다. Fe 와 B 로 이루어지는 결정상의 예로서 Fe₂₃B₆ 도 들 수 있고, 상기한 X 선 회절 스펙트럼은 Fe₂₃B₆ 에 귀속되는 피크를 가지고 있어도 된다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 자성 부재는, 상기 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 함유한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 자성 부재의 구체적인 형태는 한정되지 않는다. 상기 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 포함하는 분체 재료를 압분 성형하는 것 등에 의해서 얻어지는 자성 코어여도 된다. 도 1 에는 그러한 자성 코어의 일례로서 링 형상을 갖는 트로이달 코어 (1) 를 나타냈다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 자성 부재의 구체적인 형태의 다른 예로서, 상기 본 발명의 일 실시형태에 관련된 연자성 재료를 포함하는 슬러리상 조성물을 시트상으로 성형하는 것 등에 의해서 얻어지는 자성 시트를 들 수 있다.

연자성 재료의 조제 과정 (예를 들어 분쇄) 이나, 자성 부재의 제조 과정 (예를 들어 압분 성형) 등에 의해서, 자성 부재 내의 연자성 재료에 변형이 축적되면, 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품의 자기 특성 (철손, 직류 중첩 특성 등을 구체예로서 들 수 있다.) 의 저하를 가져오는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 자성 부재에 대해 어닐 처리를 실시하여, 연자성 재료 내의 변형에 근거한 응력을 완화하여, 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품의 자기 특성의 저하를 억제하는 것이 일반적으로 실시된다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 자성 부재는, 이것에 함유되는 연자성 재료가 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖고, 바람직한 일례에서는 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 이 25 ℃ 이상이기 때문에, 어닐 처리를 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품은, 우수한 자기 특성을 가질 수 있다. 그러한 본 발명의 일 실시형태에 관련된 전기·전자 관련 부품의 구체예로서, 인덕터, 모터, 트랜스, 전자 간섭 억제 부재 등을 들 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 기기는, 상기 본 발명의 일 실시형태에 관련된 전기·전자 관련 부품을 구비한다. 이러한 기기의 구체예로서 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 단말 등의 휴대 전자 기기 ; 퍼스널 컴퓨터, 서버 등의 전자 계산기 ; 자동차, 이륜차 등의 수송 기기 ; 발전 설비, 트랜스, 축전 설비 등의 전기 관련 기기 등이 예시된다.

이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 기재된 것으로서, 본 발명을 한정하기 위해서 기재된 것은 아니다. 따라서, 상기 실시형태에 개시된 각 요소는, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다.

실시예

이하, 실시예 등에 의해서 본 발명을 한층 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위는 이들 실시예 등으로 한정되는 것은 아니다.

표 1 내지 표 3 에 나타나는 조성의 Fe 기 합금 조성물을 용제 (溶製) 하고, 단일 롤법에 의해 박대로 이루어지는 연자성 재료를 얻었다. 박대의 두께는 약 20 ㎛ 였다. 얻어진 박대에 대해 X 선 회절 측정 (선원 : CuKα) 을 실시한 결과, 모든 X 선 회절 스펙트럼에 있어서 결정질의 존재를 나타내는 피크는 인정되지 않고, 모든 박대가 아모르퍼스상으로 이루어지는 것임이 확인되었다. 표 1 내지 표 3 중, 구조 열의 「A」는 아모르퍼스상으로 이루어지는 것인 것을 의미한다. 또한, 표 1 내지 표 3 중, 「(B＋C)/Fe」의 열에는, BC/Fe 비의 수치를 기재하였다.

얻어진 박대를 측정 대상으로 하여, 시차 주사 열량계를 사용해서, 퀴리 온도 (T_c) (단위 : ℃), 유리 천이 온도 (T_g) (단위 : ℃), 결정화 개시 온도 (T_x) (단위 : ℃) 및 융점 (T_m) (단위 : ℃) 을 측정하고, 얻어진 DSC 차트에 기초하여, 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) (단위 : ℃) 을 산출하였다. 결과를 표 4 내지 표 6 에 나타낸다. 또, 얻어진 박대의 밀도를 측정하였다. 밀도는 F. E. Luborsky, J. J. Becker, J. L. Walter, D. L. Martin, "The Fe-B-C Ternary Amorphous Alloys," IEEE Transactions on Magnetics, MAG-16 (1980) 521. 의 Fig.9 에 나타난 합금 조성의 밀도로부터 환산한 것이다. 그 결과도 표 4 내지 표 6 에 나타낸다.

또한, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료 ((a) 실시예 13 및 (b) 실시예 25) 의 DSC 차트를 도 2 에 나타내고, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖지 않는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료 (실시예 3) 의 DSC 차트를 도 3 에 나타냈다. 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 일례 (실시예 13) 의 DSC 차트에서는, 퀴리 온도 (T_c) (420 ℃) 이후, 결정화 개시 온도 (T_x) (540 ℃) 를 나타내는 온도에 도달할 때까지의 범위, 구체적으로는, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 500 ℃ 정도 내지 540 ℃ 정도의 범위에서, 흡열 상태를 경유하는 것이 확인되었다. 또, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 다른 일례 (실시예 25) 의 DSC 차트에서는, 퀴리 온도 (T_c) (426 ℃) 이후, 결정화 개시 온도 (T_x) (560 ℃) 를 나타내는 온도에 도달할 때까지의 범위, 구체적으로는, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 520 ℃ 정도 내지 560 ℃ 정도의 범위에서, 명확한 흡열 상태를 경유하는 것이 확인되었다. 본 명세서에 있어서, 실시예 25 와 같이, DSC 차트에 있어서, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이 흡열 상태가 명확하게 인정되는 경우에는, 유리 천이가 명료하게 측정되었다고 표현하는 경우가 있다.

이에 대해, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖지 않는 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료 (실시예 3) 의 DSC 차트에서는, 퀴리 온도 (T_c) (380 ℃) 이후, 결정화 개시 온도 (T_x) (480 ℃) 를 나타내는 온도에 도달할 때까지의 범위에 있어서, 흡열 상태를 경유하고 있다고는 인정되지 않는 것이 확인되었다.

표 4 내지 표 6 에는, 이 DSC 차트에 근거하는 판단 결과를 「금속 유리」의 열에 나타냈다. 즉, 상기 흡열 상태가 인정되지 않은 경우에는, 금속 유리가 아니었던 것으로 판단하여 표 중에 「A」를 기재하였다. 상기 흡열 상태가 인정된 경우로서, 특히 그 정도가 큰 경우 (구체적으로는, 실시예 25 와 같이 유리 천이가 명료하게 측정된 경우) 에는, 금속 유리의 성질이 현저하다고 판단하여, 표 중에 「C」를 기재하였다. 상기의 흡열 상태가 인정되었지만 「C」라고 기재할 정도는 아닌 경우 (구체적으로는 실시예 13 과 같은 경우) 에는, 금속 유리인 것으로 판단하여 표 중 「B」를 기재하였다.

각 실시예에 관련된 연자성 재료의 포화 자화 (Js) (단위 : T) 를 측정하였다. 그 결과를 표 4 내지 표 6 에 나타냈다. 또, 실시예 5, 실시예 10, 실시예 15 및 실시예 22 에 관련된 연자성 재료 (박대) 에 대해, 보자력 (Hc) (단위 : A/m) 을 측정하였다. 그 결과는, 각각, 6.4 A/m, 4.0 A/m, 5.7 A/m, 5.4 A/m 이었다. 모든 연자성 재료 (박대) 가, 양호한 연자기 특성을 나타냈다.

실시예 9 내지 실시예 15 및 실시예 44 내지 실시예 46 에 관련된 Fe 기 합금 조성물의 조성은, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(Fe_0.793B_0.143C_0.064)_{100 원자％-α}Si_α

여기서, α 는 0 원자％ 이상 12 원자％ 이하이다.

따라서, 실시예 9 내지 실시예 15 및 실시예 44 내지 실시예 46 을 대비함으로써, 아모르퍼스화 원소로서의 Si 를 첨가한 것에 의한 효과를 확인할 수 있다. 그 결과를 도 4 내지 도 6 에 나타낸다. 도 4 는, Fe 기 합금 조성물의 융점 (T_m) 과 Si 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5 는, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료인 박대의 퀴리 온도 (T_c) 와 Si 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6 은, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료인 박대의 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 과 Si 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, Si 를 첨가하는 경우에는, 기본적인 경향으로서, Si 첨가량을 0 원자％ 로부터 증가시키면 1 원자％ 까지는 융점 (T_m) 이 높아지고, 2 원자％ 를 초과하여 첨가하면 융점 (T_m) 이 저하되는 경향이 인정되었다. Fe 기 합금 조성물의 융점 (T_m) 의 저하는 용탕의 취급성을 높여, Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료의 생산성 및 품질 향상을 가져온다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, Si 를 첨가하는 경우에는, 6 원자％ 까지는 Si 첨가량을 증가시키면 퀴리 온도 (T_c) 가 높아지지만, 6 원자％ 보다 Si 첨가량을 더욱 증가시키면 퀴리 온도 (T_c) 는 반대로 저하되는 경향이 인정되었다. 퀴리 온도 (T_c) 가 높아지는 것은, Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 사용하여 이루어지는 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품의 동작 보장 온도를 높이는 것에 기여한다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, Si 를 첨가하는 경우에는, 5 원자％ 까지는 Si 첨가량을 증가시키면 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 이 넓어지지만, 5 원자％ 보다 Si 첨가량을 더욱 증가시키면 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 은 반대로 좁아지는 경향이 인정되었다. 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 이 넓어짐으로써, Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 사용하여 이루어지는 자성 부재의 어닐 처리가 보다 용이해진다.

실시예 26 내지 실시예 29 에 관련된 Fe 기 합금 조성물의 조성은, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(Fe_0.793-βCr_βB_0.143C_0.064)_{96 원자％}Si_{4 원자％}

여기서, β 는 0 이상 0.03 이하이다.

따라서, 실시예 26 내지 실시예 29 를 대비함으로써, Fe 의 치환 원소로서의 Cr 을 첨가한 것에 의한 효과를 확인할 수 있다. 그 결과를 도 7 에 나타낸다. 도 7 은, Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료인 박대의 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 과 Cr 첨가량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, Fe 의 일부를 Cr 로 치환해도, 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 에 현저한 변화는 인정되지 않았다. 따라서, 수 원자％ 정도까지라면, Fe 기 합금 조성물에 있어서의 Fe 의 일부를 Cr 로 치환해도, 그 Fe 기 합금 조성물로 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 사용하여 이루어지는 자성 부재의 어닐 처리의 용이함에 현저한 변화가 생길 가능성은 낮을 것으로 기대된다. Cr 은 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료에 내식성을 부여할 수 있기 때문에, Fe 기 합금 조성물로부터 수 아토마이즈법을 사용하여 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 형성하는 경우에는, Fe 기 합금 조성물에 Cr 을 함유시키는 것이 바람직하다.

도 8 은, 실시예에 있어서 제조한 Fe 기 합금 조성물 중, Si 의 첨가량이 4 원자％ 이고 Cr 이 첨가되어 있지 않은 것의 일부 (실시예 2, 실시예 4, 실시예 6, 실시예 8, 실시예 13, 실시예 17, 실시예 19, 실시예 21, 실시예 23, 실시예 25, 실시예 30 내지 실시예 43, 및 실시예 47 내지 실시예 54 의 32 개 실시예) 의 각각으로부터 형성된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료에 대해, Fe 기 합금 조성물의 조성 (B 의 첨가량, C 의 첨가량 및 Fe＋Si (4 원자％) 의 첨가량) 과 유리 천이 온도 (T_g) 가 측정되었는지 여부의 관계를 나타내는 의사 삼원도이다. 도 8 중, 별표 (☆) 는, 유리 천이 온도 (T_g) 가 명료하게 측정된 (DSC 차트에 있어서 흡열 상태가 명확하게 인정된) 실시예를 나타내고, 검은 원 (●) 은 별표의 경우만큼은 아니지만 유리 천이 온도 (T_g) 가 측정된 실시예를 나타내고, 흰 원 (○) 은 유리 천이 온도 (T_g) 가 측정되지 않은 실시예를 나타내고 있다. 이들 표시의 근방에 나타내는 수치는, 각 실시예의 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) (단위 : ℃) 이다.

도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 조성 범위를 만족하는 실시예 (실시예 8, 실시예 13, 실시예 17, 실시예 19, 실시예 21, 실시예 23, 실시예 25, 실시예 30, 실시예 31, 실시예 33, 실시예 36, 실시예 37, 실시예 39, 실시예 40, 실시예 42, 실시예 43, 실시예 47 내지 실시예 50, 및 실시예 52 내지 실시예 54 의 24 개 실시예) 에 관련된 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료에서는, 유리 천이 온도 (T_g) 가 측정되고, 특히, 실시예 23, 실시예 25, 실시예 30, 실시예 33, 실시예 37, 실시예 39, 실시예 40, 실시예 42, 실시예 43, 실시예 48 내지 실시예 50, 및 실시예 53 의 13 개 실시예에서는, 유리 천이 온도 (T_g) 가 명료하게 측정되었다. 이에 대해, C 첨가량이 과도하게 낮은 조성을 갖는 경우 (실시예 2 및 실시예 4), B 첨가량이 과도하게 낮은 조성을 갖는 경우 (실시예 8 및 실시예 32), B 첨가량이 과도하게 높은 조성을 갖는 경우 (실시예 35, 실시예 38 및 실시예 41) 에는, 유리 천이 온도 (T_g) 가 측정되지 않았다.

본 발명의 조성 범위를 만족하는 Fe 기 합금 조성물은, 당해 조성 범위 이외의 조성의 Fe 기 합금 조성물보다도 Fe 기 아모르퍼스 연자성 재료를 생성하기 쉬운 것을, 다음과 같이 하여 확인하였다. 실시예 7 (본 발명의 조성 범위 외) 에 관련된 Fe 기 합금 조성물 및 실시예 25 (본 발명의 조성 범위 내) 에 관련된 Fe 기 합금 조성물로부터 박대 형상을 갖는 연자성 재료를 형성할 때에, 용탕의 적하 속도, 롤 회전 속도 등을 조정하여, 박대의 두께가 상이한 것을 준비하였다. 구체적으로는, 실시예 7 에 관련된 박대는, 2 종류 (22 ㎛, 34 ㎛) 를 준비하였다. 실시예 25 에 관련된 박대는, 6 종류 (17 ㎛, 40 ㎛, 49 ㎛, 68 ㎛, 120 ㎛, 135 ㎛) 를 준비하였다.

이들 박대에 대해 X 선 회절 측정 (선원 : Cuα) 을 실시하여, X 선 회절 스펙트럼을 얻었다. 측정 결과를 도 9 (실시예 7) 및 도 10 (실시예 25) 에 나타냈다. 박대의 두께가 두꺼워질수록, 박대 형성시의 Fe 기 합금 조성물의 냉각 속도는 느려지기 때문에, 얻어진 박대 내에 결정이 형성되기 쉬워진다. 따라서, 박대의 X 선 회절 스펙트럼에 있어서, 결정 생성이 인정되는 박대의 두께의 하한치가 클수록, Fe 기 합금 조성물의 아모르퍼스 형성능이 높다고 할 수 있다.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 조성 범위 외의 조성을 갖는 Fe 기 합금 조성물로 형성된 실시예 7 에 관련된 박대에서는, 두께가 34 ㎛ 인 경우에 45°정도로 샤프한 선단을 갖는 피크가 인정되었다. 이에 대해, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 조성 범위 내의 조성을 갖는 Fe 기 합금 조성물로 형성된 실시예 25 에 관련된 박대에서는, 두께가 120 ㎛ 인 경우라도, 샤프한 선단을 갖는 피크는 인정되지 않고, 두께가 135 ㎛ 인 경우가 되어 비로소, 45°정도로 샤프한 선단을 갖는 피크가 인정되었다. 따라서, 본 발명의 조성 범위 내의 조성을 갖는 실시예 25 에 관련된 Fe 기 합금 조성물은, 본 발명의 조성 범위 외의 조성을 갖는 실시예 7 에 관련된 Fe 기 합금 조성물에 비해, 아모르퍼스 형성능이 높은 것이 확인되었다.

표 7 에 나타나는 조성 (단위 : 원자％) 의 Fe 기 합금 조성물을 준비하였다. 또한, 실시예 58 및 실시예 59 에 관련된 조성은 실시예 28 과 동일하고, 참고예 2 에 관련된 조성은 P 를 함유한다.

이들 Fe 기 합금 조성물로부터 수 아토마이즈법을 사용하여 연자성 분말을 제작하였다. 모든 연자성 분말이 아모르퍼스상을 주상으로 하는 아모르퍼스 연자성 분말이었다. 이들 연자성 분말의 입도 분포를 닛키소사 제조 「마이크로트랙 입도 분포 측정 장치 MT3000 시리즈」를 사용하여 체적 분포로 측정하였다. 체적 기준의 입도 분포에 있어서 소입경측에서부터의 적산 입경 분포가 각각 10 ％, 50 ％ 및 90 ％ 가 되는 입경 D10 (10 ％ 체적 누적 직경), D50 (50 ％ 체적 누적 직경), D90 (90 ％ 체적 누적 직경) 은, 표 8 과 같았다.

상기 실시예 57 내지 실시예 60 및 참고예 2 에 관련된 연자성 분말, 그리고 참고예 1 (표 7 에 조성을 나타냈다.) 에 관련된 시판되는 연자성 분말의 각각에 대해, 연자성 분말 97.2 질량부, 아크릴 수지 및 페놀 수지로 이루어지는 절연성 결착재를 2 ∼ 3 질량부, 및 스테아르산아연으로 이루어지는 윤활제 0 ∼ 0.5 질량부를, 용매로서의 물에 혼합하여 슬러리를 얻었다. 얻어진 슬러리로부터 조립 분말을 얻었다.

얻어진 조립 분말을 금형에 충전하고, 면압 0.5 ∼ 1.5 ㎬ 로 가압 성형하여, 외경 20 ㎜ × 내경 12 ㎜ × 두께 3 ㎜ 의 링 형상을 갖는 성형 제조물을 얻었다.

얻어진 성형 제조물을, 질소 기류 분위기의 노 내에 재치 (載置) 하고, 노 내 온도를, 실온 (23 ℃) 에서부터 승온 속도 10 ℃/분으로 표 8 에 나타낸 어닐 온도까지 가열하여, 이 온도에서 1 시간 유지하고, 그 후, 노 내에서 실온까지 냉각하는 열처리를 실시하여, 압분 코어로 이루어지는 트로이달 코어를 얻었다. 이들 트로이달 코어의 밀도를 측정한 결과를 표 8 에 나타냈다.

상기 트로이달 코어의 각각에 피복 구리선을 각각 40 회 감아 토로이달 코일을 얻었다. 이들 토로이달 코일의 각각에 대해, 임피던스 애널라이저 (HP 사 제조 「4192A」) 를 사용하여, 100 kHz 의 조건으로 비투자율 (μ) 을 측정하였다. 측정 결과를 표 8 에 나타냈다.

상기 트로이달 코어에 피복 구리선을 각각 1 차측 40 회, 2 차측 10 회 감아 얻어진 토로이달 코일에 대해, BH 애널라이저 (이와사키 통신기사 제조 「SY-8218」) 를 사용하여, 실효 최대 자속 밀도 (Bm) 를 100 mT 로 하는 조건으로, 측정 주파수 100 kHz 에서 철손 (Pcv) (단위 : kW/㎥) 을 측정하였다.

표 8 에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관련된 조성을 갖는 연자성 분말부터 얻어진 트로이달 코어의 자기 특성은, 시판되는 아모르퍼스 연자성 분말이나 P 를 함유하는 조성의 아모르퍼스 연자성 분말로부터 얻어진 트로이달 코어의 자기 특성과 동등하였다.

1 : 자성 코어 (트로이달 코어)

Claims

유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료를 형성 가능한 Fe 기 합금 조성물로서,
조성식이 (Fe_1-aT_a)_{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}M_xB_bC_cSi_d 로 표시되고,
T 는 임의 첨가 원소로서 Co 및 Ni 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종이고, M 은 임의 첨가 원소로서, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 및 Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지고,
하기 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 Fe 기 합금 조성물.
0 ≤ a ≤ 0.3
11.0 원자％ ≤ b ≤ 18.20 원자％,
6.00 원자％ ≤ c ≤ 17 원자％,
0 원자％ ≤ d ≤ 10 원자％, 또한
0 원자％ ≤ x ≤ 4 원자％
제 1 항에 있어서,
R = (b＋c)/[(1-a)×{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}] 로 했을 때에, 0.25 ≤ R ≤ 0.429 인 것을 특징으로 하는 Fe 기 합금 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, 100 원자％-(x＋b＋c＋d) 가, 67.20 원자％ 이상 80.00 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, b 가 11.52 원자％ 이상 18.14 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, c 가 6.00 원자％ 이상 16.32 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, d 가 0 원자％ 초과 10 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, M 이 Cr 을 포함하는, Fe 기 합금 조성물.
제 7 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, Cr 첨가량이 0 원자％ 이상 4 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 연자성 재료를 형성 가능한 Fe 기 합금 조성물로서,
조성식이 (Fe₁ _- _aT_a)₁₀₀ _원자％ _{-(x＋b＋c＋d)}M_xB_bC_cSi_d 로 표시되고,
T 는 임의 첨가 원소로서 Co 및 Ni 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종이고, M 은 임의 첨가 원소로서, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 및 Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지고,
하기 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 Fe 기 합금 조성물.
0 ≤ a ≤ 0.3
11.0 원자％ ≤ b ≤ 20.0 원자％,
1.5 원자％ ≤ c ＜ 6 원자％,
0 원자％＜ d ≤ 10 원자％,
0 원자％ ≤ x ≤ 4 원자％, 또한
0.25 ≤ R ≤ 0.32
여기서, R = (b＋c)/[(1-a)×{100 원자％-(x＋b＋c＋d)}] 이다.
제 9 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, b 가 15.0 원자％ 이상 19.0 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
R 이 0.25 이상 0.30 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 Fe 기 합금 조성물의 조성을 갖고, 유리 천이 온도 (T_g) 를 갖는 아모르퍼스상을 함유하는 것을 특징으로 하는 연자성 재료.
제 12 항에 있어서,
대형의 형상을 갖는, 연자성 재료.
제 12 항에 있어서,
분체의 형상을 갖는, 연자성 재료.
제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연자성 재료의 결정화 개시 온도 (T_x) 와 상기 유리 천이 온도 (T_g) 의 온도차 (T_x-T_g) 에 의해 정의되는 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 은, 25 ℃ 이상인, 연자성 재료.
제 15 항에 있어서,
상기 과냉각 액체 영역 (ΔT_x) 은 40 ℃ 이상인, 연자성 재료.
제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
퀴리 온도 (T_c) 가 340 ℃ 이상인, 연자성 재료.
제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
결정화 개시 온도 (T_x) 를 초과하는 온도까지 가열하여 결정화시켜 얻어지는 연자성 재료에 대해 X 선 회절 측정했을 때에,α-Fe 에 귀속되는 피크에 추가하여, Fe₃B 로 귀속되는 피크 및 Fe₃(B_yC₁ _-y) (y 는 0 이상 1 미만) 로 귀속되는 피크의 적어도 일방을 갖는 X 선 회절 스펙트럼이 얻어지는, 연자성 재료.
제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 연자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 부재.
제 19 항에 있어서,
자성 코어인, 자성 부재.
제 19 항에 있어서,
자성 시트인, 자성 부재.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 자성 부재를 구비하는 전기·전자 관련 부품.
제 22 항에 기재되는 전기·전자 관련 부품을 구비하는 기기.
제 3 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, 100 원자％-(x＋b＋c＋d) 가, 72.96 원자％ 이상 80.00 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 8 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, Cr 첨가량이 0.5 원자％ 이상 2.88 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 2 항에 있어서,
0.261 ≤ R ≤ 0.370 인, Fe 기 합금 조성물.
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
포화 자화가 1.56T 이상인, Fe 기 합금 조성물.
제 9 항에 있어서,
상기 조성식에 있어서, 100 원자％-(x＋b＋c＋d) 가, 72.96 원자％ 이상 75.84 원자％ 이하인, Fe 기 합금 조성물.
제 9 항에 있어서,
0.261 ≤ R ≤ 0.290 인, Fe 기 합금 조성물.