KR870000039B1 - 저철손 비정질합금 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저철손 비정질합금

도면은 본 발명의 비정질합금에 있어서의 Cr의 첨가량과 자속밀도 mB=3KG에 있어서의 주파수 10KHz, 20KHz에서의 철손(鐵損)과의 관계도이다.

본 발명은 전자기(電磁氣)장치의 자심에 유효하게 사용되는 저철손 비정질합금에 관한 것으로, 다시 상세히 말하면 고주파영역에서 철손(鐵損)저하의 자기특성을 지니고 스위칭 레귤레이터등 고주파용 자심에 호적한 저철손 비정질합금에 관한다.

종래부터 스위칭 레귤레이터등 고주파로 사용하는 자심으로는 퍼말로이, 페라이트등의 결정질재료가 사용되고 있다.

그러나, 퍼말로이는 비저항이 작기 때문에 고주파에서의 철손이 커진다. 또 페라이트는 고주파에서의 손실은 작으나 자속밀도도 겨우 5000G정도로 작고, 그러므로 큰 동작자속밀도에서의 사용시에는 포화에 가까와져서 그 결과 철손이 증대한다. 요즘 스위칭 레귤레이터에 사용되는 전원트랜스등 고주파에서 사용되는 트랜스에 있어서는 형상의 소형화가 요망되고 있으나 그 경우, 동작자속밀도의 증대가 필요해지므로 페라이트의 철손증대는 실용상 큰 문제가 된다.

한편 결정구조를 갖지 않는 비정질 자성합금은 고투자율, 저보자력등 뛰어난 연질자성 특성을 나타내기 때문에 최근 주목을 받고 있다. 이들의 비정질 자성합금은 Fe, Co, Ni 등을 기본으로 하고, 이것에 비정질화원소(메탈로이드(metalloid))로서 P, C, B, Si, Al, Ge 등을 포함하는 것이다.

그러나, 이들 비정질 자성합금의 전부가 고주파영역에서 철손이 작은 것은 아니다. 예를 들면 Fe계 비정질합금은 50-60Hz의 저주파 영역에서의 규소강의 약 1/4정도의 대단히 작은 철손을 나타내나, 10-50KHz의 고주파영역에 있어서는 현저히 큰 철손을 나타내고, 도저히 스위칭 레귤레이터등의 고주파영역에서의 사용에 적합한 것이 못된다. 또, 종래의 Fe계 비정질합금에 있어서 저손실을 얻기 위해서는 이 합금을 자장중에서 열처리하는 것이 필요하고, 그것을 위해 처리공정이 복잡화되는 등의 제조상의 난점이 있었다.

종래, Fe계 비정질합금에 있어서 Fe계 일부를 Nb, Cr, Mo, W, V 등의 원소로 치환하면 얻어진 비정질합금은 고투자율특성을 구비하는 것이 알려져 있다.

본 발명자들은 Fe계 비정질합금에 있어서 고투자율을 주는 조성은 반드시 저철손을 주는 조성이라고는 할 수 없다는 사실을 발견했다.

또 본 발명자등은 상기 사실을 전제로 해서 상기한 비정질합금에 관한 난점을 해소하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과 Fe의 일부를 Nb 또는 Cr, Mo, Ta, W, V의 1종류 또는 2종류이상의 원소로 소정의 원자%량 치환하면 얻어지는 Fe계 비정질합금은, 고주파영역에 있어서도 철손이 작고, 또 무자장중에서 열처리해서 제조할 수 있는 사실을 발견하여 본 발명 비정질합금을 완성하게 된 것이다.

본 발명은 고주파영역에 있어서 철손저하의 자기특성을 가지는 비정질합금의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 비정질합금은 다음식 : (Fe_1-a-bNb_aM_b)_100-cX_c(식중, M은 Cr, Mo, Ta, W, V의 군에서 선택되는 적어도 1종류의 원소이고, X는 B 또는 B와 Si (단, Si는 10원자%이하이다.)이고, a, b, c는 각각 0.01

a

0.065, 0.01

b

0.05, 0.02

a+b

0.075, 15

c

21의 관계를 만족하는 수이다.)로 나타내는 것을 구성상의 특징으로 하는 것이다.

본 발명 비정질합금에서 Nb와 M(Cr, Mo, Ta, W, V)은 고주파영역에서의 철손의 저하에 기여하는 성분이고, 그 포함되는 양 a, b는 각각 원자%로 표시해서 0.01

a

0.065, 0.01

b

0.05, 0.02

a+b

0.075를 만족하도록 설정된다. a가 0.01미만, b가 0.01미만, a+b가 0.02미만의 어느쪽이라도 비정질합금에 있어서의 상기한 효과는 그다지 없고, 또 a가 0.065, b가 0.05, a+b가 0.075를 초과하면 반대로 철손이 증대한다.

X는 비정질화를 위한 불가결의 원소를 나타내고, B 또는 B와 Si이다. B와 Si 양자를 포함시켰을 경우 Si의 양은 10원자%이하이고, Si가 10원자%를 초과하면 얻어진 합금의 철손이 커진다.

X의 양 : C는 15

c

21을 만족하는 범위로 설정되고, C가 15미만의 경우에는 합금의 비정질화가 곤란해지고, 또 21를 초과하면 철손에 대한 Nb, M의 첨가효과가 현저해지지 않는다. C가 17

c

19를 만족할 경우에는 고주파영역에 있어서의 철손이 한층 더 저하하므로 좋다.

본 발명의 비정질합금은 상기한 Fe, Nb, M, X (B 또는 B와 Si)의 각 성분을 소정의 비율로 혼합한 후, 용융하고 이것을 상법(예를 들면 용탕급냉법)으로 비정질합금화하고, 이것을 무자장중에서 380-520℃의 온도범위에서 가열처리하므로써 쉽게 제작할 수 있다.

이하에 본 발명을 실시예에 따라서 설명한다.

[실시예 1]

표에서 보인 조성의 비정질합금을 압연급냉법으로 제작했다. 즉, 2개의 고속회전하는 로울러의 사이에 석영관(石英管) 노즐로부터 상기 조성의 용융합금을 아르곤 가스압(1.0-2.0㎏/㎠)으로 분출시켜서 얻은 박체(薄體)를 급냉시켜서 폭 2mm, 두께 30㎛, 길이 10m의 박대(薄帶)시료를 제작했다. 이 시료에서 길이 140㎝를 절취해서 이것을 직경 20mm의 알루미나제 보빈에 감은 후, 전체를 무자장중에서 400℃, 15분간 열처리했다. 이것에 1차 및 2차 코일을 시설하고(권회수, 모두 70회), 자속밀도 Bm=3KG에 있어서의 철손(mW/cc)을 와트미터를 사용해서 주파수 10KHz, 20KHz에 대해서 측정했다.

또, 포화자화는 시료진동형 자력계를 사용하고, 결정화온도는 DTA(시차(示差)열분석법)를 사용해서 측정했다. 이들의 결과를 각 조성의 비정질합금에 대응시켜서 일괄해서 표시했다.

또, 비교를 위해 종래부터 스위칭 전원용으로 사용되고 있는 Mn-Zn페라이트의 결과도 같이 기술했다.

결과로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 비정질합금은 자속밀도가 페라이트보다 크고, 또 페라이트보다 철손이 작다.

[실시예 2]

M으로서 Cr을 선택하고 그 첨가량을 변화시켜서 실시예 1과 동일한 방법으로 (Fe_0.98-bNb_0.02Cr_b)₈₂Si₆B₁₂의 비정질합금(a=0.02)을 제작했다. 이것을 자속밀도 3KG하에서 10KHz, 20KHz의 주파수로 철손을 측정했다. 그 결과를 Cr첨가량(b)의 관계로서 도면에 표시했다. 도면에서 알 수 있듯이 0.01

b

0.05, 따라서 0.03

a+b

0.07 범위에서 그 철손이 특히 작아지는 것이 판명되었다.

동일하게 M로서 Mo, Ta, W, V를 각각 선택하고, 동일한 측정을 실시한 결과 Cr의 경우와 동일한 결과가 얻어졌다.

이상 본 발명의 비정질합금은 자속밀도가 페라이트보다 크고, 고주파에서의 철손이 페라이트보다 우수하고 또한 철을 주체로 한 재료이기 때문에 저가격이고 고주파 트랜스등의 소형화가 가능해지므로 공업상 유익한 것이다.

Claims (3)

1. 다음식 : (Fe_1-a-bNb_aM_b)_100-cX_c(식중, M은 Cr, Mo, Ta, W, V의 군에서 선택되는 적어도 1종류의 원소이고 X는 B 또는 B와 Si (단, Si은 10원자%이하이다)이고, a, b, c는 각각 0.01

   

   a

   

   0.065, 0.01

   

   b

   

   0.05, 0.02

   

   a+b

   

   0.075, 15

   

   c

   

   21의 관계를 만족하는 수이다.)로 표시되는 것을 특징으로 하는 저철손 비정질합금.
2. 제1항에 있어서, C가 17

   

   c

   

   19인 것을 특징으로 하는 저철손 비정질합금.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 무자장중에서 결정화온도이하의 온도로 열처리되어서 되는 것을 특징으로 하는 저철손 비정질합금.

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