KR870001283B1

KR870001283B1 - 자성을 갖는 비정질 금속합금

Info

Publication number: KR870001283B1
Application number: KR8203736A
Authority: KR
Inventors: 하세가와 류수케; 에드워드 휘시 고든
Original assignee: 로이 에이취. 맷신길; 알라이드 코오포레이션
Priority date: 1981-08-21
Filing date: 1982-08-19
Publication date: 1987-06-30
Also published as: EP0072893A1; DE3274562D1; KR840001228A; AU8433882A; JPH0639663B2; JPH04314846A; AU557318B2; EP0072893B1; CA1222646A

Abstract

내용 없음.

Description

자성을 갖는 비정질 금속합금

본 발명은 높은 투자율, 낮은 항자율, 낮은 AC코어손실, 낮은 여자력 및 높은 열안정성을 갖는 비정질 금속합금에 관한 것이다.

비정질 금속합금은 긴영역에 걸친 질서도가 결여된 준안정성 물질이다.

비정질 금속합금의 X-선 회절 스캔(scans)은 무기산화물 유리에서 관찰되는 것과 유사한 확산된 무리(halo)를 보여준다.

일단의 비정질 금속합금류가 미국특허 3,856,513호(1974.12.24 : 에이취, 에스, 첸등)에 밝혀져 있다. 이들 합금류는 일반식 M_aY_bZ_c를 갖는 조성을 포함한다.

식중, M은 철, 니켈, 코발트, 바나듐 및 크롬으로부터 선택된 금속이고, Y는 인, 붕소 및 탄소로부터 선택된 원소이며, Z는 알루미늄, 실리콘, 주석, 게르마늄, 인듐, 안티몬 및 베릴륨으로부터 선택된 원소이다. 또한 a는 약 60-90원자퍼센트, b는 약 10-30원자퍼센트, c는 약 0.1-15원자퍼센트를 의미한다.

일반식 T_iX_j를 갖는 금속합금 와이어 또한 알려져 있다. 식중, T는 최소한 하나 이상의 전이금속이고, X는 인, 붕소, 탄소, 알루미늄, 실리콘, 주석, 게르마늄, 인듐, 베릴륨 및 안티몬으로 구성되는 그룹으로 부터 선택되는 원소이며, i는 70-87원자퍼센트, j는 13-30원자퍼센트를 의미한다.

이러한 물질들은 이 기술분야에서 잘 알려진 공정기술을 사용한, 용융물로부터의 급속냉각에 의하여 편리하게 제조될 수 있다.

그밖의 금속합금류가 미국특허 제4,067,732호(1978.1.10)에 밝혀져 있다. 이들 합금류는 일반식 M_aM'_bCr_eM″_dB_e를 갖는 조성을 포함한다. 식중, M은 하나의 철족원소, M′는 나머지 칠족원소중의 하나 또는 둘이고, M″는 바나듐, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀 및 탄탈로부터 선택된 최소한 한개의 원소이며, B는 붕소이다. a는 약 40-85원자퍼센트, b는 45원자퍼센트 이하, c+d는 20원자퍼센트 이하, e는 15-25원자퍼센트이되, 단 b,c,d가 동시에 0은 아니다. 이러한 비정질 합금류는 예기치않은 향상된 인장강도, 경도 및 열안정성을 갖는 것으로 밝혀졌다.

상기한 많은 비정질 금속합금류는 예외적이고 독특한 자성을 갖고 있으나, 테이프레코더헤드, 릴레이코어트랜스 등과 같은 특수한 적용에 요구되는, 기존 비정질 합금류보다 더 높은 투자율, 낮은 자기변형, 낮은 항자율, 낮은 코어손실, 낮은 여자력 및 높은 열안정을 갖는 금속합금이 필요하게 되었다. 그러므로 이러한 합금류를 제공하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 따라서, 약 66-82원자퍼센트의 철(약 1-8원자퍼센트는 니켈, 코발트 또는 그혼합물로 대체될 수 있음) ; 약 1-6원자퍼센트의 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소한 하나 이상의 원소 ; 약 17-28원저퍼센트의 붕소로 구성되는 금속합금이 제공되는데, 여기서 약 0.5-6.0원자퍼센트의 붕소 및 약 2원자퍼센트 이하의 붕소가 각각 실리콘 및 탄소로 대체될 수 있다.

이러한 본 발명의 금속합금은 높은 투자율, 낮은 포화자기변형, 낮은 항자율, 낮은 AC코어손실, 낮은 여자력 및 높은 열안정성을 갖기 때문에 테이프 레코더헤드,릴레이코어, 변압기 등에의 사용에 적합하다.

철은 실온에서 높은 포화자기화를 제공한다. 따라서, 금속성분은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄그룹의 존재에 기인한 실온에서의 포화자기화의 감소를 상충하기 위하여, 8% 이하의 니켈, 코발트 또는 그 혼합물을 포함하여, 근본적으로 철로 이루어지는 것이 바람직하다. 니켈의 부가는 투자율을 향상시킨다.

한편, Cr,Mo,W,V,Nb,Ta,Ti,Zr 또는 Hf의 농도가 1원자퍼센트 이하가 되면 투자율, 포화자기변형, 항자율, AC코어손실 및 열안정성에 있어서 충분한 향상을 기대할 수 없으며, 그 농도가 6원자퍼센트 이상이 되면 허용할 수 없을 정도의 낮은 큐리온도(Curie temp.)를 초래하게 된다.

크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 또는 하프늄의 존재는 결정화온도를 높이는 동시에 합금의 큐리온도를 낮춘다. 이러한 온도변위는 자기적 소둔(magnetic annealing), 큐리온도 부근에서의 열적소둔(thermal annealing)을 용이하게 하여 준다.

잘 알려진 바와같이, 그 큐리온도 부근에서의 자성물질의 소둔은 향상된 물성을 가져온다. 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄그룹의 농도증가에 따른 결정화온도의 증가의 결과로서, 큐리온도 근처 및 결정화온도 이하의 높은온도에서의 소둔이 쉽게 성취될 수 있다. 반면에 너무 높은 농도의 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄그룹은 일단의 적용에서는 바람직하지 못할 정도로 큐리온도를 낮춘다.

붕소와 실리콘이 각각 비금속원소의 주성분 및 부성분인 비정질 금속합금에 있어서 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄그룹의 바람직한 농도범위는 약 2-4원자퍼센트이다.

한편, 비금속성분은 근본적으로 다음과 같이 구성되는 그룹으로부터 선택된 것이 바람직하다. (1) 근본적으로 붕소로 되되 소량의 실리콘을 포함, (2) 붕소와 실리콘, (3) 붕소, 실리콘 및 소량의 탄소.

붕소와 실리콘은 금속성분과 함께 용융되어 합금조성용융물의 급속냉각 및 소둔단계에서의 비정질화에 기여한다.

여기서, 이들 비금속성분의 조성비가 너무 커지면 비정질 매트릭스내에 성분입자의 석출이 과다하게 되고 입자의 부피분율이 너무 커져서 결과의 비정질금속합금의 자성에 역효과를 준다. 반대로 조성비가 너무 감소하면 성분입자의 석출이 너무 감소하여 강자성 구역크기(ferromagnetic domain size)가 너무 커져서 결과 금속합금의 자성에 역효과를 가져온다. 비금속성분의 바람직한 조성비는 17-28원자퍼센트이다.

한편, 실리콘은 입자크기가 상대적으로 큰 알파-(Fe-Si)입자석출을 유도하므로 붕소보다 소량이어야 하는데, 바람직한 조성비는 1-6원자퍼센트이다. 탄소는 임의적인 성분으로서 소둔단계에서 생성되는 불연속 결정성 성분입자의 부피분율을 조절하기 위하여 소량첨가될 수 있는데, 바람직한 참가량은 2원자퍼센트 이하이다.

본 발명의 비정질 금속합금들은 예를들면 다음과 같은 것들이다.

Fe₈₀Ni₁Mo₁B₁₆Si₂, Fe₇₆Ni₄Mo₂B_17.5Si_0.5, Fe₇₅Ni₂Co₂Mo₃B₁₆Si₂, Fe₇₅Co₄Mo₃B₁₆Si₂, Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂, Fe₇₇Ni₂Mo₃B₁₆Si₂, Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₄Si₄, Fe₇₁Ni₄Mo₃B₁₇Si₅, Fe₇₄Ni₄Mo₄B₁₆Si₂, Fe₇₀Ni₆Mo₆B₁₅Si₃, Fe₇₅Ni₄V₃B₁₄Si₂C₂, Fe₇₁Ni₄Mo₃B₁₆Si₄C₂, Fe₇₈Ni₂Mo₂B₁₂Si₄C₂, Fe₇₈Ni₂Cr₂B₁₆Si₂, Fe₇₅Ni₄Nb₃B₁₆Si₂, Fe₇₅Ni₄W₃B₁₆Si₂, Fe₇₅Ni₄V₃B₁₆Si₂, Fe₇₉Ni₄Ta₁B₁₆Si₂, Fe₇₅Ni₄Ti₃B₁₆Si₂, Fe₇₅Ni₄Zr₃B₁₆Si₂, Fe₇₉Ni₄Hf₁B₁₆Si₂, Fe₇₂Ni₂Mo₂B₂₂Si₂, Fe₇₀Ni₁Mo₂B₂₂Si₄, Fe₇₀Ni₂Mo₂B₂₄Si₂,

이제 본 발명의 바람직한 비정질 금속합금류를 설명한다.

1. Fe-M-Mo-B-Si시스템 : Fe_{100_a_b_c_d}M_aMo_bB_cSi_d로서 표현될 수 있는데, 여기서 M은 니켈, 코발트 또는 그 혼합물이다. (c+d)가 약 18인 경우 a,b,c 및 d의 바람직한 범위는 각각 2-8, 1-4, 14-17.5 및 0.5-4이다. (c+d)가 약 22인 경우에는 각각 2-8, 1-6, 16-21.5 및 0.5-6이며, (c+d)가 약 25인 경우에는 각각 2-8, 1-6, 21-24 및 1-4이다.

이러한 금속합금류는 약 0.1-0.4테슬라(Tesla)의 포화 인덕션(Bs, Saturatio n induction), 약 12-24ppm의 포함 자기변형(), 약 475-705°K의 큐리온도(θf) 및 75-880°K의 최초결정화온도를 갖는다. 최적으로 열처리되었을 때, 이들 합금류는 특히 고주파(f〉10³Hz)에서 뛰어난 AC자성을 갖는다.

예를들면, f=50KHz에서 인덕션(Bm)=0.1 테슬라수준의 열처리된 Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂금속합금은 6.5W/kg의 AC코어손실(L) 및 13.4V_A/Kg의 여자력(Pe)을 갖는다. 한편, Fe₇₉B₁₆Si₅조성을 갖는 동일두께의 기존금속합금의 경우 L=7W/kg이고 Pe=20VA/kg이다. 또한 열처리된 Fe₇₅Ni₃Mo₄B₁₆Si₂및 Fe₇₉B₁₆Si₅에 대한 B_m=0.01테슬라에서의 투자율(μ)은 각각 10500 및 8000이며 포화자기변형(λ_s)은 각각 20ppm 및 30ppm이다.

이러한 성질을 갖는 본 발명의 합금류는고주파변압기 철심등에의 적용에 특히 유용한 것이다.

f=50kHz를 넘어서면, 본 발명의 합금류는 약 0.8테슬라의 포화인덕션을 갖는 결정성 슈퍼말로이(super-malloys)에 비하여 매우 높은 투자율을 갖는다.

2. Fe-M-M′-B-Si시스템 : Fe_{100_a_b_c_d}M_aM′_bB_cSi_d로서 표현될 수 있는데 여기서 M은 니켈, 코발트 또는 그 혼합물이고, M′는 Cr,W,B,Nb,Ta,Ti,Zi,Hf로부터 선택된 금속이다.

(c+d)가 약 18일 경우 a,b,c,d의 바람직한 범위는 각각 2-8, 1-4, 14-17.5 및 0.5-4이고. (c+d)가 약 22인 경우에는 각각 약 2-8, 1-6, 16-21.5 및 0.5-6이며, (c=d)가 약 25인 경우에는 각각 2-8, 1-6, 21-24 및 1-4이다.

3. Fe-M-M′-B-Si-C시스템 : Fe_{100_a_b_c_d_e}M_aM′_bB_cSi_dC_e로서 표현될 수 있는데 여기서 M은 니켈, 코발트 또는 그 혼합물이고, M′는 Cr,Mo,W,V,Nb,Ta,Ti,Zr 및 Hf로부터 선택된 금속이다.

(c+d)가 약 18일 때 a,b,c,d 및 e의 바람직한 범위는 각각 2-8, 1-4, 12-17.5, 0.5-4 및 2 이하이고, (c+d)가 약 22일 때 a,b,c,d 및 e의 범위는 각각 약 2-8, 1-6, 14-21.5, 0.5-4 및 2이하이며, (c+d)가 약 25인 경우에는 각각 약 2-8, 1-6, 20-24, 1-4 및 2이하이다.

투자율(permeability)은 적용된 저장에 대한 인덕션의 배율이다. 높은 투자율은 테이프레코더 헤드와 같은 일련의 적용에 있어서, 그의 증가된 감응도에 기인하여 물질을 더욱 유용하게 해준다. 본 발명의 금속합금의 투자율은 중간 주파수영역(1-50kHz)에서는 4-79퍼말로이(permalloys)의 투자율과 비슷하나, 더 높은 주파수(50KHl-1MHz)에서는 수퍼말로이의 투자율에 필적할 만한 것이다.

특히, 1KHz 및 B_m=0.01레슬라에서 열처리된 본 발명의 Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂금속합금은 24,000의 투자율을 갖는데 반해, 가장 잘 열처리된 선행기술의, Fe₄₀Ni₃₆Mo₄B₂₀금속합금은 약 14,000의 투자율을 가짐은 주목할 만한 것이다.

포화자기변형(Saturation magnetostriction)은 포화자장영향하에서의 길이(le ngth)의 변화를 가리킨다. 낮은 포화자기변형은 일련의 적용에 있어서 물질을 더욱 유용하게 하여준다. 자기변형은 통상 최초길이에 대한 길이의 변화비율로서 ppm으로 주어진다. 기존의 철기금속합금은 약 30ppm 정도의 포화자기변형을 갖는다.

예를들면, 고주파적용에 사용되도록 선정한, 선행기술의 Fe₇₉B₁₆Si₅조성의 금속합속은 약 30ppm의 포화자기변형을 갖는다. 반면에 본 발명의 Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂금속합금은 약 20ppm의 포화자기변형을 갖는다. 이러한 낮은 포화 자기변형은 여자장(exc iting field)과 인덕션 사이에 낮은 위상각도(phase angle)를 유도하므로 결과적으로 낮은 여자력을 갖게 해준다.

AC코어손실(core loss)은 열로 발산되는 에너지손실이다. 이것은 AC장내에서의 자기이력으로 저주파에대한 B-H루우프의 면적 및 고주파에 대한 여자코일 내에서의 복합 입력으로부터 측정된다. 고주파에서 AC코어손실의 대부분은 플럭스 변화동안 발생되는 와동전류로부터 일어난다. 그러나, 낮은 이력손실 및 작은 항자율이 바람직한 것이다.

코어손실의 단위는 W/kg이다. 열처리된 기존금속 합금은 0.1테슬라 및 1kHz에서 전형적으로 약 0.05-0.1W/kg의 AC코어손실을 갖는다. 예를들면, Fe₄₀Ni₃₆Mo₄B₂₀의 조성을 갖는 기존의 열처리금속 합금은, 0.1테슬라의 인덕션 및 1kHz의 주파수에서, 0.07W/kg의 AC코어손실을 가지며 Fe₇₆Mo₄B₂₀의 금속합금은 동일조건에서 약 0.08W/kg의 AC코어손실을 갖는다. 반면에, Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂의 조성을 갖는 본 발명의 금속합금은 동일조건에서 약 0.02W/kg의 AC코어손실을 갖는다.

여자력(exciting power)은 자성물질내에 일련의 자속밀도(flux density)를 유지하는데 요구되는 힘의 척도이다. 그러므로, 전자기장치에 사용되는 자성물질은 가능하면 낮은 여자력을 갖는 것이 바람직하다. 여자력은 상술한바 있는 코어손실과 다음의 관계를 갖는다. 코어손실(L)=여자력(pe)cosδ, 여기서 δ는 여자장(exciting field)과 결과의 인덕션 사이의 위상변위이다.

한편 위상변위는 자기변형값이 작을수록 더 작게 된다. 따라서 자기변형은 가능한한 낮을수록 유리하다. 이미 언급하였듯이, 기존의 Fe₇₉B₁₆Si₅금속합금은 약 30ppm의 자기변형을 갖는 반면에 본 발명의 금속합금은 약 20ppm의 자기변형을 갖는다. 이러한 차이는 상당한 위상변위차를 초래한다. 예를들면, 임의로 어닐링된 기존 금속합금의 위상변위(δ)가 약 70°인데 반하여, 본 발명 금속합금의 위상변위는 약 50°정도이다.

따라서 상기한 바와같이 주어진 코어손실에 대하여 검토하면 기존 금속합금은 본 발명의 금속합금에 비하여 2배 이상의 여자력을 갖는 것이다. 결정화온도는 금속합금이 결정화하기 시작하는 온도이다. 높은 결정화온도는 물질의 그만큼 높은 온도에서의 적용을 유용하게 해줄 뿐 아니라 큐리온도(근본적으로 결정화온도보다 낮음) 이상에서의 자기적소둔(annealing)을 가능하게 해준다. 일련의 금속합금류는 다단계로 결정화한다. 이러한 경우에는 최초 결정화온도(가장 낮은 온도)가 의미있는 것이다.

결정화온도는 차동주사열량제(differential scanning calorimeter)에 의하여 측정된다. 기존의 금속합금류는 통상 660-750°K의 결정화온도를 갖는다. 예를들면, 기존의 Fe₇₈Mo₂B₂₀금속합금은 약 689°K의 결정화온도를, Fe₇₄Mo₆B₂₀금속합금은 약 750°K의 결정화온도를 갖는다. 반면에 본 발명의 금속합금은 750°K이상의 결정화온도를 갖는다.

본 발명의 금속합금의 자성은, 소둔온도(Ta), 유지시간(ta) 적용할 자장 및 후처리냉각속도의 선택에 의하여 특징지어지는 열처리에 의하여 향상된다. 본 합금류에 있어서, 열처리(소둔)은 비정질합금 매트릭스내에 일정수의 불연속성분입자들을 제어석출하는 조건에서 행한다.

약 17-20원자퍼센트의 붕소함량을 갖는 조성물에 있어서, 불연속적인 입자들은 bcc구조(body-centered cubic structure)를 갖는다. 그러한 입자들은 근본적으로 철과 붕소로 구성되는데, 약 22원자퍼센트 이하의 철이 니켈, 코발트, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 지르코늄 및 하프늄 그룹으로 대체될 수 있다. 약 21-25원자퍼센트의 붕소함량 및 약 69-78원자퍼센트의 철함량을 갖는 조성물에 있어서, 입자혼합물의 대부분은 불연속성 입자들로 구성되는데 그 대부분은 결정성 Fe₃B구조를 갖는 입자들이다.

결국 대부분의 입자들이 철과 붕소로 구성되는데, 약 14원자퍼센트까지의 철이 니켈, 코발트, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄그룹으로 대체될 수 있으며, 약 2원자퍼센트 이하의 붕소가 탄소로 대체될 수 있다. 소수의 그러한 입자들은 코어손실의 감소와 함께 평균구역벽공간(domain wall spacing)의 감소를 유도하나, 항자력 및 이력손실을 증가시킨다.

Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂의 조성을 갖는 본 발명의 금속합금은 높은 투자율, 낮은 코어손실은 물론 단지 2A/m정도의 항자율을 갖는다. 이에 반하여, 최적으로 소둔된 기존의 Fe₇₉B₁₆Si₅금속합금은 약 8A/m의 항자율을 갖는다.

소둔에 의한 본 발명금속합금의 자성향상은 상기 불연속 성분입자들의 크기, 입자간격 및 부피분율에 좌우된다. 입자들의 구역벽의 피닝(pinning)포인트로서 작용하기 때문에, 구역크기는 입자간격에 의하여 조절된다. 일반적으로 입자간격은 구역크기와 동일하게 된다. 평균입자간격이 너무 크면 구역크기 또한 너무커져서 입자의 구역벽운동에 의한 자성향상을 기대할 수 없으며, 너무 작아도 구역벽운동이 방해되므로 자성향상을 가져올 수 없다.

본 발명의 금속합금에 있어서 바람직한 입자간격은 1-10미크론이다. 한편, 입자들의 부피분율이 1%를 넘게 되면 비정질 금속합금의 특성이 저하되고 미소결정성 합금으로서 전환되기 시작하므로 본 발명의 금속합금에서의 성분입자들의 부피분율은 1% 이하로 하여야 한다. 입자크기는 입자간격 및 부피분율에 따라 결정되는 그들의 함수로서, 본 발명의 금속합금에서의 바람직한 입자크기는 0.1-0.3미크론이다.

요약하면, 본 발명의 금속합금은 높은 투자율, 낮은 항자율, 낮은 AC코어손실, 낮은 여자력 및 높은 결정화온도를 갖고 테이프 레코더헤드, 릴레이코어, 변압기 등과 같은 것에 매우 유용하며, 근본적으로 비정질, 즉, 최소한 90% 이상이 비정질인 물질이다.

본 발명의 금속합금은 특정한 조성이 선택되면, 원하는 각 원소들의 분말 또는 입자들을 용융하고 균질화한 다음 혼합된 용융합금을 급속회전 실린더와 같은 냉각표면 위에서 최소한 10⁵도/초의 속도로 급속냉각시키는 본 기술분야의 선행기술에 의하여 제조될 수 있다. (참조 : 미국특허 3,856,513호) 그리고 용도에 따라서, 연속적인 리본, 와이어, 시이트 등으로 다양하게 제조될 수 있다.

이하 실시예와 함께 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1 : Fe-Ni-Mo-B-Si 시스템)

Fe_{100_a_b_c_d}Ni_aMo_bB_cSi_d의 조성을 가지며 넓이 1-2.5cm 두께 25-50마크론인 합금리본을, 과압의 알곤에 의하여 약 3000-6000ft/min의 고속으로 회전하는 구리실린더 위에 그 조성용융물을 분사함에 의하여 제조하였다. 근본적으로 충분히 비정질인 리본을 얻기 위해서 몰리브덴의 함량을 약 1-6원자퍼센트로 하였다. 몰리브덴의 함량이 6원자퍼센트를 초과하면 큐리온도가 허용될 수 없을만큼 낮게 감소한다.

이들 합금류의 투자율, 자기변형, 코어손실, 자기화, 항자력은 B-H루우프, 금속스트렌인 거즈(metallic strain gauses) 및 진동샘플 마그네토미터(vibrating sample magnetrometer)에 의하여 측정하였으며, 큐리온도와 결정화온도는 각각 인덕션방법 및 차동주사열량계(differential scanning calorimeter)에 의하여 측정하였다. 실온에서의 포화인덕션(B_s) 강자성 큐리온도(θ_f), 포화자기변형(λ_s) 및 최초결정화온도 (T_cl)가 도표 Ⅰ에 요약되어 있다. 이들의 소둔후의 자성은 도표 Ⅱ에 요약되어 있다.

Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂조성의 금속합금의 최적소둔 조건은 도표 Ⅲ에 요악되어 있으며, 이들 합금류의 자성 및 AC코어손실의 주파수 의존성에 대한 결과는 도표 Ⅳ에 요약되어 있다. 몰리브덴의 존재는 투자율과 결정화 온도를 높이고 AC코어손실, 여자력 및 자기변형을 감소시켜주는 것으로 추정된다. 특히, 최적으로 열처리 된 본 발명의 Fe₇₅N i₄Mo₃B₁₆Si₂금속합금 50kHz 및 0.1테슬라에서 6.5w/kg의 낮은 코어손실 및 12,500의 높은 투자율을 가지면서 항자율이 2.5A/m정도로 낮음은 주목할 만한 것이다. 따라서 이들 합금류는 고주파 변압기 및 테이프레코더헤드 등의 적용에 매우 적합한 것이다.

[표 Ia]

Fe-Ni-Mo-B-Si 합금류의 기본자성

[표 Ib]

온도 Ta에서 15분간 결장 소둔한 다음 분당 1℃의 속도로 냉각시킨 Fe-Ni-Mo-B-Si 합금류의 Bm=0.1테슬라 및 f=50kHz에서의 AC코어손실(L), 여자력(Pe) 및 투자율(μ), 한편 별표로 표시한 값은 Bm=0.01테슬라에 대해 측정한 값임.

[표 IIa]

[표 IIb]

[표 IIc]

[표 III]

Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂조성을 가진 두께 32미크론의 리본에 대한 최적의 소둔 조건들 및 f=50KHz, B_m=0.1T에서 얻어진 AC코어손실(L), 투자율(μ) 및 항자율(Hc).

[표 IV]

최적으로 소둔된 32미크론 두께의 Fe₇₅Ni₄Mo₃B₁₆Si₂합금리본의 B_m=0.01 및 0.1렌슬라에서의 투자율(μ)과 AC코어손실(L)의 주파수 의존성

(실시예 2 : Fe-Ni-M-Si 시스템)

Fe_{100_a_b_c_d}M_aM′_bB_cSi_d의 조성(여기서 M과 M′는 앞서 정의한 바와 동일함)을 가지며 넓이 약 1cm, 두께 약 25-50미크론 정도의 합금리본을 실시예 1에서와 같이 제조하였다.

금속 M′의 함량은 1-6원자퍼센트로 하여 근본적으로 충분히 비정질인 리본이 되도록하였다. M′함량이 더 높아지면 큐리온도가 허용한도 이하로 낮아진다. 이들 합금류의 자성 및 열적성질에 대한 시험결과를 도표 Ⅴ에 요약하였으며, 소둔후의 자성은 도표 Ⅵ에 요약하였다. 도표에서 볼 수 있듯이, 본 합금의 금속합금은 고주파에서 낮은 AC 코어손실, 높은 투자율 및 높은 결정화온도를 가지며 열적으로 매우 안정함을 보여준다. 결과적으로 본 발명의 금속합금은 변압기의 철심, 테이프레코더 헤드 등과 같은 전자기장치에서의 적용에 매우 적합한 것이다.

[표 V]

상기 Fe_{100_a_b_c_d}M_aM′_bB_cSi_d합금류에 대한 실온에서의 포화인덕션(B_s), 큐리온도(θ_f), 포화자기변형(λ_s) 및 최초결정화온도(T_cl)

[표 Va]

[표 Vb]

[표 VI]

상기 합금류를 T_a에서 15분간 소둔한 후 f=50KHz 및 B_m=0.1테슬라에서 측정한 코어손실(L), 여자력(Pe) 및 투자율(μ).

[표 VIa]

[표 VIb]

(실시예 3 : Fe-Ni-M-B-Si-C 시스템)

Fe_{100_a_b_c_d_e}Ni_aM_bB_cSi_dC_e의 조성을 가지며 넓이 약 1cm, 두께 약 25-50미크론인 합금리본을 제조하였다. 식중 M은 Cr,Mo,W,V,Nb,Ta,Ti 또는 Zr이다. 근본적으로 충분히 비정질인 합금리본을 얻기 위하여 M의 함량은 약 1-6원자퍼센트, C의 함량은 1-2원자퍼센트로 하였다. M의 함량이 6원자퍼센트 이상이면 큐리온도가 허용할 수 없을 만큼 낮아진다.

이들 합금류의 자성 및 열적성질을 도표 Ⅶ에, 소둔후의 자성을 도표 Ⅷ에 요약하였는데, 이들 역시 낮은 AC코어손실, 높은 투자율 및 열안정성을 갖는다.

[표 VII]

Fe_{100_a_b_c_d_e}Ni_aM_bB_cSi_dC_e합금류의 자성 및 열적성질.

[도표 VIII]

상기 합금류를 T_a에서 15분간 소둔한 후의 자성(f=50kHz ; B_m=0.1T)

Claims

(2회정정) 62-80원자퍼센트의 철 ; 1-8원자퍼센트의 니켈, 코발트 또는 그 혼합물 ; 1-6원자퍼센트의 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속원소 ; 11-27.5원자퍼센트의 붕소(여기서 2원자퍼센트 이하의 붕소가 탄소로 대체될 수 있음) ; 및 0.5-6원자퍼센트의 실리콘으로 구성된, 자성을 갖는 비정질 금속합금.
(2회정정) 제1항에 있어서, 금속원소 그룹의 함량이 철은 62-79원자퍼센트이고, 니켈, 코발트 또는 그 혼합물은 2-8원자퍼센트이며, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속원소는 2-4원자퍼센트임을 특징으로 하는 자성을 갖는 비정질 금속합금.
(2회정정) 제1항에 있어서, 비금속원소그룹(붕소, 실리콘, 탄소)에서, 실리콘의 함량은 0.5-4원자퍼센트이고 탄소의 함량은 2원자퍼센트 이하의 소량임을 특징으로 하는 자성을 갖는 비정질 금속합금.
(2회정정) 제1항에 있어서, 비금속원소그룹(붕소, 실리콘, 탄소)의 총함량은 17-26원자퍼센트임을 특징으로 하는 자성을 갖는 비정질 금속합금.
(2회정정) 제1항에 있어서,70-79원자퍼센트의 철 ; 2-4원자퍼센트의 니켈, 코발트 또는 그 혼합물 ; 2-4원자퍼센트의 몰리브덴 또는 크롬 ; 및 17-22원자퍼센트의 붕소 또는 붕소와 실리콘의 혼합물(여기서 실리콘의 함량은 0.5-6원자퍼센트임)로 구성됨을 특징으로 하는, 자성을 갖는 비정질 금속합금.
(2회정정) 62-80원자퍼센트의 철 ; 1-8원자퍼센트의 니켈, 코발트 또는 그 혼합물 ; 1-6원자퍼센트의 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속원소 ; 11-27.5원자퍼센트의 붕소(여기서, 2원자퍼센트 이하의 붕소가 탄소로 대체될 수 있음) ; 및 0.5-6원자퍼센트의 실리콘으로 구성되는 조성을 가지고 그 구조는 근본적으로 비정질이며, 그 내부에 평균 입자크기는 0.1-0.3미크론이고 평균입자간격은 1-10미크론인 불연속적인 성분입자들이 석출 분산되어 있음을 특징으로 하는, 자성을 갖는 비정질 금속합금.
(2회정정) 제6항에 있어서, 내부에 석출분산된 불연속적인 성분입자들의 평균 부피분율이 0.005-0.01임을 특징으로 하는, 자성을 갖는 비정질 금속합금.
(2회정정) 비정질금속 매트릭스 내에, 평균입자크기는 0.1-0.3미크론이고 평균입자간격은 1-10미크론이며 평균부피분율은 0.005-0.01인, 불연속적인 성분입자들의 석출을 유도하도록 350-520°의 온도에서 15-180분동안 합금을 소둔시킴을 특징으로 하는, 62-80원자퍼센트의 철 ; 1-8원자퍼센트의 니켈, 코발트 또는 그 혼합물 ; 1-6원자퍼센트의 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄 및 하프늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속원소 ; 11-27.5원자퍼센트의 붕소(여기서 2원자퍼센트 이하의 붕소가 탄소로 대체될 수 있음) ; 및 0.5-6원자퍼센트의 실리콘으로 구성된 비정질 금속합금의 자성을 향상시키는 방법.
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