JPH0310052A

JPH0310052A - 高耐食性，高強度，高耐摩耗性に優れる高透磁率非晶質合金とその合金の磁気特性の改善方法

Info

Publication number: JPH0310052A
Application number: JP2004575A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ebato; 江波戸　和男; Takeya Toge; 峠　竹弥; Yasuhide Kuroda; 黒田　康英
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1991-01-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、高透磁率非晶質合金とその合金の磁気特性の
改善方法に関し、特に本発明は、高耐食性、高強度、高
耐摩耗性に優れると共に窒素を含有させることにより磁
気特性を改善した高透磁率非晶質合金について提案する
。

〔従来の技術〕

本発明の如き窒素含前非晶質合金としては、例えば、特
開昭５４−９４４２８号では、Ｃｒ、　Ｆｅ、　Ｃｏお
よびＮｉからなる群から選択された少なくとも１つの遷
移金属と、Ｂ、　Ｓｉ、　ＡＩ、　ＣおよびＰからなる
群から選択された少なくとも１つの元素と、窒素との合
金で構成され、その窒素含有量がｌ　ａｔａ＋％（以下
は単に「％」で表示する。）よりも大であるアモルファ
ス金属膜を提案している。

また、特開昭６０−１５２６５１号には、ＭＸ　Ｌ、Ｎ
２（ただし、Ｎ：金属、Ｌ　：　Ｂ、　Ｓｔなどの半金
属または半導体元素、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００　、ｙ＋ｚ≧
１０、Ｘ≠０、ｙ≠０．２≠０）からなる窒素を含む非
晶質合金を提案している。

さらにまた特公昭５９−１８４６１号では、合金原料を
窒素雰囲気中で溶融して所望の形状に急冷凝固させるこ
とにより耐食性１８０°密着曲げに優れる急冷凝固金属
材料の製造方法を提案しており、特公昭６０−１３７３
号あるいは特公昭６０−１３７５号では、非晶質合金の
母合金中に窒素を含有させた原料を溶融状態から所定の
冷却速度で急冷凝固させることを特徴とする強度および
耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法を提案しており
、特公昭５８−１１８３号では、原子比率でＳｉ３〜１
６％、８５〜２４％で、しかもＳｔとＢとの和１８〜２
７％、　Ｎｉ　Ｏ，１〜４０％。

残部Ｆｅよりなる磁束密度が高く角形比の大きい高１Ｆ
ｉｔｉ率非晶質合金を提案し、そして特開昭６０−１２
８２３５号によれば、原子比率でＮｉ７６〜８１％、Ｃ
ｒ２〜６％、　Ｓｔ　Ｏ，０５〜１．５％、　ＯＯ，０
１％以下、ＮＯ，００５％以下、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなる高透磁率磁性合金が開示されており、
そこではＮはＯと同様に透磁率を低下させる元素であり
、含有量を０．００５％以下に抑える必要があることが
示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記特開昭５４−９４４２８号に記載された発明のアモ
ルファス金属膜の窒素含有量はｌ原子％より大であり、
これにより磁化（４ｘＭｓ）の下降、固有抵抗の増大を
図った非晶質金属膜である。なお、１原子％より大きな
窒素含有量となすためには、同公報特許請求の範囲第２
項に記載されているように、プラズマ中に少なくとも２
体積％のＮ２ガスを含む室内でスパッタリング法により
製造されることが前提となることが明らかであり、溶融
状態から高速移動冷却面上に噴射され、急冷・凝固され
てなるいわゆる急冷°・凝固非晶質金属帯ではない。そ
のため、同公報記載発明の金属膜では、高強度ならびに
耐摩耗性は期待できない。さらにまたこの金属膜は硬質
磁性膜であって高磁束密度、高電気抵抗ならびに高角型
比を有する金属膜であって、軟磁性材料ではないので、
高透磁率を目的とする材料ではない。

前記特開昭６０−１５２６５１号記載の発明の窒素を含
む非晶質合金は、前記特開昭５４−９４４２８号記載の
発明を改良した非晶質合金であり、同公報には窒素含有
量は５原子％以上が望ましいと記載されている。しかし
、このように多量の窒素を含有させるのは硬質磁性を向
上させることを目的とし、かつスパッタリング法により
製造される非晶質合金であるが、それ故に高強度ならび
に耐摩耗性は期待できず、また前述したように高磁束密
度、高電気抵抗ならびに高角型比を有する硬質磁性非晶
質合金を提供することを達成しているが、軟磁性材料で
はないため高透磁率を有する金属材料は得られない。

次に前記特公昭５９−１８４６１号記載の発明によれば
、製造されるＦｅ−Ｐ−Ｃ−Ｃｒ系急冷凝固金属材料の
特性として耐食性、　　１８０＠密着曲げ等を改善する
ことを目的とし、窒素雰囲気中で溶融して、所定量の窒
素を含有させることにより、前記特性を改善することを
提案している。しかし、そこには、該発明により製造さ
れる材料の電磁気特性については何らの教示あるいは示
唆もなされていない。

また、前記特公昭６０−１３７３号および特公昭６０１
３７５号記載の発明によれば、基本成分としてＦｅ。

ＣＯおよびＮｉの１種または２種以上と、ＮおよびＡＩ
の１種または２種以上とさらに半金属元素としてＢ、Ｃ
，ＰおよびＳｉの２種以上に、ＴｉおよびＺｒの１種ま
たは２種を含有する原料を、溶融状態から所定温度まで
の温度範囲内で所定冷却速度で急冷凝固させて強度およ
び耐食性のすぐれた非晶質合金を製造することができる
と記載されているが、このように製造された合金につい
ての電磁気特性については何らの教示あるいは示唆もな
されていない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上述したような特性を有する急冷凝固金
属材料は、前記既知の特性以外にも成る種の工夫を加え
れば簡単に高透磁率特性を有する材料になることを知見
して、高耐食性、高強度。

高耐摩耗性を具えるとともに、高透磁率に優れる本発明
の非晶質合金に想到したのである。

すなわち本発明は、高透磁率非晶質合金と、その合金の
磁気特性を改善する方法を提供することを目的とし、さ
らに他の目的は、高透磁率と共に高耐食性、高強度、高
耐摩耗性にも優れる非晶質合金とその合金の磁気特性の
改善方法を提供することを目的とするものであり、特許
請求の範囲記載の合金とその合金の磁気特性の改善方法
を提供することによって前記目的を達成することができ
る。なお、本発明の非晶質合金は、同合金中に少なくと
も５０％の非晶質組織を有する合金を意味するものとす
る。

すなわち、本発明は、原子比率で下記の式％式％（但し、Ｍは、Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉのなかから選ばれ
るいずれか少なくとも１種の遷移金属元素；Ｙは、Ｓｉ
、　Ｂ、　　Ｐ、　Ｇｅ、　Ｓｅのなかから選ばれるい
ずれか少なくとも１種の半金属元素：Ｚは、Ｗ、　Ｎｏ
、　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｈｆ、　Ｍｎ、
　Ｃｕのなかから選ばれるいずれか少なくとも１種の金
属元素；Ｎは窒素であり、ａ、　ｂ、　ｃおよびｆは、それぞれ
５５．０５　ａ≦９０．０％、　１０．０≦ｂ≦４０．
０％、　０．０１≦ｃ≦３０．０％、　０．００２≦ｒ
≦０．３％である。）よりなる高耐食性、高強度、高耐
摩耗性に優れる高透磁率非晶質合金である。

また本発明は、高耐食性、高強度、高耐摩耗性に優れる
上記高透磁率非晶質合金を、非酸化性雰囲気中で結晶化
温度範囲内で焼鈍することにより、磁気特性を改善する
方法を提供するものである。

〔作　用〕

本発明者らは、前記特公昭５Ｂ−１１８３号記載の高透
磁率非晶質合金の磁気特性をさらに改善することを目的
として研究を開始した。ところで、上述したように、従
来電磁気特性に優れる結晶質合金にあっては、Ｎの含有
が前記特性に悪影響を及ぼすことが、例えば前記特開昭
６０−１２８２３５号により知られていることから、非
晶質合金を溶製する際の雰囲気中のＮ含有量が磁気特性
に定量的にどのように影響するかの予備試験を行った。

ところが、従来磁気特性に悪影響を及ぼすことの知られ
たＮの含有量の増加が磁気特性、なかでも透磁率に対し
ては、逆に悪影響を及ぼきず、むしろＮの所定の含有量
範囲内においては、含有量が高いほど顕著な効果を示す
ことを新規に知見し、本発明を完成した。

さらに本発明者らは、Ｚ元素群すなわち、Ｗ。

Ｍｏ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｈｆ、　Ｍｎ
、　Ｃｕなどの元素は、耐食性１強度、耐摩耗性の向上
に寄与する元素であることは知られていることから、磁
気特性に対してどのような影響を及ぼすかについて試験
した。

その結果、前記Ｚ元素群中の１部の元素を添加含有させ
た非晶質合金は、磁気特性に対して悪影響を及ぼすこと
がわかった。そこで、上述したＮに対する知見にもとづ
き、前記Ｚ元素群の含有による耐食性９強度、耐摩耗性
の向上を維持しながら、さらにそれらの添加に伴う磁気
特性の低下を抑制する手段としてＮに着目し、このＮを
含有させることの効果について研究を行った。その結果
、Ｚ元素群およびＮの複合添加は、前記本発明合金の目
的とするすべての特性を満足させることができることを
知見した。

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、　Ｃｏ、　Ｎｉのなかから選ばれるいずれか少な
くとも１種の遷移元素であるＭが５５．０％より少ない
と、十分な強度、耐摩耗性ならびに透磁率が得られず、
一方、９０．０％より多いと溶融状態から急冷・凝固さ
せても非晶質合金が得られないので、Ｍは５５．０〜９
０．０％の範囲内にする必要がある。

Ｓｉ、　Ｂ、　　Ｐ、　Ｇｅ、　Ｓｅのなかから選ばれ
るいずれか少なくとも１種の半金属元素Ｙが１０．０％
より少ないと、溶融状態から急冷・凝固させても非晶質
合金が得られず、一方、４０．０％より多いと十分な耐
食性９強度、耐摩耗性ならびに透磁率が得られないので
、Ｙは１０．０〜４０．０％の範囲内にする必要がある
。

なお、Ｙ元素を２種以上含有させると、非晶質化がさら
に容易になるので好ましい。

Ｗ、　Ｎｏ、　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｈｆ
、　Ｍｎ、　Ｃｕの中から選ばれるいずれか少なくとも
１種の周期律表ＩＶａ。

Ｖａ、　Ｖｌａ、■ａ、Ｉｂ族の金属元素Ｚが０．０１
％より少ないと十分な耐食性２強度ならびに耐摩耗性が
得られず、一方、３０．０％より多いと十分な透磁率が
得られないので、Ｚはｏ、ｏｉ〜３０．０％の範囲内に
する必要がある。

窒素は、透磁率の向上に寄与することを本発明者らが初
めて知見した元素であり、Ｎが０．００２％より少ない
と十分な透磁率が得られず、一方、０．３％より多く合
金中にＮを含有させることは実質的に困難であるので、
Ｎは０．００２〜０．３％の範囲内にする必要がある。

〔実施例〕

実施例１第１表は、Ｆｅ−Ｎｉ−５ｔ　−Ｂ　−Ｎ系とＦｅ−Ｃ
ｏ−３ｉＢ−Ｎ系にさらにＷを加えた成分組成を有する
アモルファス合金リボンを作製したものである。

このアモルファスリボンは、第１表に示すそれぞれの母
合金を、石英ガラス管内で加熱・溶融し、前記管の先端
に設けられた０、３ｗｍ　Ｘ　５　ｍｌのスリット状ノ
ズルから銅製単ロールの回転表面上に噴出・急冷・凝固
させることにより作製した。その際のロールの周速は２
７ｍ／ｓｅｃであり、噴出させるときの石英ガラス管内
のガス圧は＋０．４　ｋｇ／ｃｍｉ”であり、噴出・急
冷・凝固させたときの雰囲気はＮまたはＡｒを用いた。

また、その際の冷却速度は約１０’℃／ｓｅｅであり、
得られたリボンの寸法は幅約４．５■ｌ、厚さ３５μ−
であった。

次に、これらの製造したアモルファス合金リボンを、作
製したまま無処理（ａｓ　ｃａｓｔ）のもの、および４
５０℃でｌｈｒ非酸化性雰囲気中で焼鈍したものについ
て最大透磁率μ、および初期透磁率μ。

を測定した。

また、前記ａｓ　ｃａｓｔのリボンについて、引張強さ
（ｋｇ７ａｍす、硬度（Ｈｖ）およびｌＮ−ＨＣｌ水溶
液に３５℃で１００　ｈｒ浸漬したときの腐食量（μｍ
／１００　ｈｒ）を測定した。

これらの結果を第１表に示す。なお、結晶化温度（℃゛
）およびキュリー点（’Ｃ）も同表に示す。

なお、前記透磁率はソレノイドコイル中において測定し
た。

この第１表かられかるように、患１〜４発明鋼にあって
は、ａｓ　ｃａｓｔＯものよりも、４５０℃×１ｈｒ焼
鈍したものの方が、μ、は１．５〜３．０倍と増加して
おり、μ。も１．３〜２倍と増加している。

次にＮｉ　４，４％、Ｗ　０．５％を含有し、Ｎを０．
００５５％含有する嵐１発明鋼と、Ｎｉ　４．４％、　
Ｗ　０．５％。

Ｎ　Ｏ，００１７％含有する！１１１Ｌ５比較鋼にあっ
ては、μ。

は前者のａｓ　ｃａｓｔのもの、焼鈍したものの方が後
者のものよりそれぞれ約２倍と高く、μ。はほぼ同一で
ある。

Ｎｉ　２４，７％、　Ｗ　０．４４％、Ｎを０　、００
３４％含有する１ｌｈ２発明鋼と、Ｎｉ、　Ｗは同一含
有量でＮのみが０．００１７％と低い隘６比較鋼のμ、
は前者ａｓ　ｃａｓｔのものでば約２倍、焼鈍したもの
では３〜４倍と高くなっており、μ。は前者のａｓ　ｃ
ａｓｔおよび焼鈍したものの方が後者比較鋼よりそれぞ
れ約２倍になっていることがわかる。

なお、Ｎｉ０代わりにＣＯを含有させた患３，４発明鋼
および患７．８比較鋼についてのμ。、μ。

の挙動は上記Ｎｉを含有する発明鋼、比較鋼とほぼ同一
の傾向がみられる。

１Ｉｋ１１〜４発明鋼と、胤５〜８比較鋼とは、ともに
Ｗを含有することにより引張強さ（ｋｇ／ｍｍ”）、　
Ｉｌｖ。

腐食量はそれぞれ大差はなく、高強度、高耐摩耗性　高
耐食性を有しているが、一方、Ｗの含有により比較鋼に
みられる低いμ７が、本発明鋼にあってはＮの含有量を
多くすることによって、上記緒特性が維持されながら極
めて顕著な磁気特性の改善された非晶質合金である点に
おいて、本発明は刑目すべき発明である。

実施例２第２表はＦｅ　−（Ｎｉ、　Ｃｏ）　−５ｉ−Ｂ−Ｎ系
合金に対し、さらにＰ、　Ｍｏ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ
、　Ｔｉ、　Ｍｎ、　Ｃｕ。

Ｈｆ、　ＧｅおよびＳｅのいずれか少なくとも１種を加
えた成分組成を有するアモルファス合金リボンを、実施
例１と同一条件で作製した。第２表に発明鋼（隘２１〜
２８）と比較鋼（隠２９〜２１６）について透磁率、硬
度や引張強さなどの機械的性質、耐食性、結晶化温度、
キュリー点を測定した結果を示す。

この第２表から判るように、Ｎｉ　２０．５％、　Ｓｉ
　９．８％、　　８１４．１％、　Ｎｏ　１．０％、　
Ｖ　０．５％、　Ｎを０　、００７％含有する嵐２１発
明鋼と、Ｎ　Ｏ，００１３％含有する尚２９比較鋼とを
比較すると、μ醜、μ。は前者のａｓｃａｓｔ材および
焼鈍材とも本発明鋼の方が後者（比較鋼）よりも、μ■
μ。ともにそれぞれ約１．６倍と高い。また、基本組成
の他に添加元素としてＰ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｔｉ、　
Ｍｎ、　Ｃｕ、　Ｉｆｆ、　ＧｅおよびＳｅのいずれか
１種を含有する魚２２〜２８発明鋼についてのμ■。

μ。の挙動は、上記のＭＯ，Ｖを含有する発明鋼（７に
２１）とほぼ同一の傾向がみられることが判った。

実施例３第１表に示す隘２発明鋼のリボンを作製し、４０００ｅ
の磁場中で４５０°Ｃまで加熱して２時間焼鈍した後、
前記磁場中で冷却した。その結果、第１表のＮ［Ｌ２発
明鋼のμ、およびμ。は、それぞれμ、　　：　３６０
，０００　、μ。：　３３，０００の磁気特性となり、
第１表階２発明鋼のａｓ　ｃａｓｔの磁気特性と比較し
て約２〜４倍改善された。

実施例４第１表に示す寛２発明鋼のアモルファスリボンについて
、１０ｋｇ／、１１２の張力を加えながら、４５０℃で
約１時間焼鈍した結果、μ、　　：ａｏｏ、ｏｏｏ、μ
。：　２９，０００の磁気特性が得られ、第１表１Ｉｋ
ｌＬ２発明鋼のａｓ　ｃａｓｔの場合の磁気特性と比較
して約３倍改善された。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、従来の高透磁率非
晶質合金に比べさらに磁気特性に優れた高透磁率非晶質
合金を得ることができる。また、本発明によれば、Ｎ元
素の添加により、強度、硬度が向上し、機械的性質をも
向上させることができる。すなわち、従来高透磁率合金
が使われている変圧器、モーターなどの鉄心、磁気ヘッ
ドのコア材として最適な強度、耐食性、耐摩耗性に優れ
た高透磁率非晶質合金を提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１、原子比率で下記の式ＭａＹｂＺｃＮｆ（但し、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのなかから選ばれるい
ずれか少なくとも１種の遷移金属元素；Ｙは、Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ｇｅ、Ｓｅのなかから選ばれるい
ずれか少なくとも１種の半金属元素；Ｚは、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｎ、
Ｃｕのなかから選ばれるいずれか少なくとも１種の金属
元素；Ｎは窒素であり、ａ、ｂ、ｃおよびｆは、それぞれ５５．０≦ａ≦９０．０ａｔｍ％、１０．０≦ｂ≦４０
．０ａｔｍ％、０．０１≦ｃ≦３０．０ａｔｍ％、０．
００２≦ｆ≦０．３ａｔｍ％である。）よりなる高耐食性、高強度、高耐摩耗性に優れる高透磁
率非晶質合金。２、原子比率で下記の式ＭａＹｂＺｃＮｆ（但し、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのなかから選ばれるい
ずれか少なくとも１種の遷移金属元素；Ｙは、Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ｇｅ、Ｓｅのなかから選ばれるい
ずれか少なくとも１種の半金属元素；Ｚは、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｎ、
Ｃｕのなかから選ばれるいずれか少なくとも１種の金属
元素；Ｎは窒素であり、ａ、ｂ、ｃおよびｆは、それぞれ５５．０≦ａ≦９０．０ａｔｍ％、１０．０≦ｂ≦４０
．０ａｔｍ％、０．０１≦ｃ≦３０．０ａｔｍ％、０．
００２≦ｆ≦０．３ａｔｍ％である。）よりなる高耐食性、高強度、高耐摩耗性に優れる高透磁
率非晶質合金を、非酸化性雰囲気中で結晶化温度以下の
温度で焼鈍することを特徴とする磁気特性の改善方法。３、焼鈍を、磁場および／または張力を付加した状態の
もとで行うことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の改善方法。４、焼鈍に当っては、焼鈍後の冷却を２００℃／ｓｅｃ
以下の速度で冷却することを特徴とする特許請求の範囲
第２項または３項に記載の改善方法。