JP6478061B2 - 非晶質合金薄帯 - Google Patents
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Description
Fe:80at%、B:10at%、Si:9at%およびC:0.5at%を含有する成分組成の合金溶湯を、図1に示したような単ロール式の急冷薄帯製造装置の高速回転している冷却ロールの外周面に射出し、急冷・凝固した後、コイルに巻き取ることによって、厚さ:25μm×幅:100mmの鉄系非晶質合金薄帯を製造した。この際、冷却ロールの表面粗さ(算術経金高さRa)を、ロール表面研摩時の研摩紙の番手を変えることで種々に変更するとともに、溶湯射出部の雰囲気中に含まれるCO2濃度を種々に変化させた。
まず、本発明の鉄系非晶質合金は、FexBySiz(ここで、x,y,zは各元素のat%を示す。)の化学式で表される成分組成を有するものであり、上記Fe,BおよびSiは、それぞれ以下の範囲であることが必要である。
Feは、本発明の鉄系非晶質合金のベース成分であり、78at%未満では、磁束密度が低くなり過ぎ、一方、83at%を超えると、非晶質の安定性と鉄損特性が低下する。よって、Feは78〜83at%の範囲とする。好ましく80〜82at%(x:80〜82)の範囲である。
Bは、FexBySiz合金を非晶質化するために必要な元素であり、8at%未満では、安定的に非晶質化することが困難になる。一方、15at%を超えると、磁束密度が低下するだけでなく、原料コストも増大する。よって、Bは8〜15at%の範囲とする。好ましくは9〜13at%(y:9〜13)の範囲である。
Siは、鉄損の低減と非晶質化に必要な元素であり、6at%未満では鉄損が増大する。一方、13at%を超えると、磁束密度が大きく低下する。よって、Siは6〜13at%の範囲とする。好ましくは7〜11at%(z:7〜11)の範囲である。
Cr:0.2〜1at%、Mn:0.2〜2at%
CrおよびMnは、巻鉄心の鉄損を低減する効果があるので、それぞれ0.2at%以上添加するのが好ましい。しかし、過剰に添加すると、飽和磁束密度が低下するので、Crは1at%、Mnは2at%を上限とするのが好ましい。より好ましくは、Crは0.2〜0.6at%、Mnは0.2〜0.8at%の範囲である。なお、CrおよびMnの添加によって鉄損が低減するメカニズムは十分に明らかとなっていないが、薄帯の磁気特性の応力感受性を低減しているものと推測している。
C:0.2〜2at%、P:0.2〜2at%
CおよびPは、特にFeの比率が大きい成分系において、非晶質状態を安定化させる効果がある。上記効果を得るためには、それぞれ0.2at%以上の添加が好ましい。一方、それぞれ2at%を超えると、磁束密度が大きく低下するので、上限もそれぞれ2at%とするのが好ましい。より好ましくは、C:0.2〜0.9at%、P:0.2〜0.9at%の範囲である。
Sn:0.2〜1at%、Sb:0.2〜1at%
SnおよびSbは、特にFe比率が大きい成分において、巻鉄心の鉄損を低減する効果がある。上記効果を得るためには、それぞれ0.2at%以上の添加が好ましい。一方、それぞれ1at%を超えると、却って鉄損が増大するので、上限はそれぞれ1at%とするのが好ましい。なお、上記SnおよびSbの鉄損低減効果は、コアを磁場中焼鈍したときの非晶質の結晶化が抑制されるためであると考えている。
CoおよびNiは、透磁率を向上する効果があるため、それぞれ上限を2at%として添加することができる。
なお、上記成分以外の残部は、不可避的不純物である。
本発明の鉄系非晶質合金薄帯は、冷却ロールに接した面(ロール側表面)に形成されたエアポケットは、その発生密度が1mm2当たり8個以下であることが必要である。エアポケットは、冷却ロールへの熱伝達を阻害し、非晶質化を阻害するため、部分的な結晶化をもたらす。また、磁壁移動を、ピン留め効果により抑制するため、鉄損を増大させる。そのため、エアポケットは極力少ないことが好ましく、0個であるのが最も望ましい。なお、このエアポケットは、合金薄帯の冷却ロール側表面を10mm四方にわたって20倍で撮影した写真において、幅および/または長さが0.5mm以上(元のサイズで幅および/または長さが25μm以上)の窪みとして定義される。
本発明の鉄系非晶質合金薄帯は、上記成分組成に調整した合金の溶湯を、急速冷却して凝固させることで得られる。上記急速冷却方法としては、図1に示したように、高速で回転している水冷された銅合金製の冷却ロール外周面に、スリット状のノズルから合金溶湯を射出し、急冷凝固させて非晶質化する一般的な薄帯製造方法を用いることができる。
さらに、上記エアポケットの発生密度の測定と同様、ロール側表面の幅方向の5箇所を3D−SEMを用いて2000倍で観察し、エアポケット以外の箇所における凹凸の大きさ(算術平均高さSa)を測定し、それらの平均値を、その製造条件における算術平均高さSaとした。
なお、上記のようにして得た非晶質合金薄帯について、ロール側表面の表面性状を測定したところ、エアポケットの発生密度は、いずれも1個/mm2で、エアポケット以外の箇所の凹凸の大きさ(算術平均高さSa)は0.15〜0.21μmの範囲であった。
また、上記のようにして得た非晶質合金薄帯から、幅:100mm×長さ:280mmの試験片を採取し、窒素雰囲気中かつ長手方向に1600A/mの磁界をかけた状態で、上記トロイダルコアで鉄損が最小となった条件で磁場中焼鈍を施した後、単板磁気測定装置で、磁束密度B8(磁化力800A/mにおける磁束密度)を測定した。
2:合金溶湯容器
3:合金溶湯
4:合金溶湯射出ノズル
5:鋳造雰囲気調整ノズル
6:エアースリットノズル
S:非晶質合金薄帯
Claims (3)
- 化学式:FexBySiz(ここで、x:78〜83at%、y:8〜15at%、z:6〜13at%)で表される成分組成からなり、
冷却ロールと接した面におけるエアポケットの発生密度が1mm2当たり8個以下で、かつ、エアポケットではない箇所における算術平均高さSaが0.2μm以下である非晶質合金薄帯。 - 上記成分組成に加えてさらに、Cr:0.2〜1at%およびMn:0.2〜2at%のうちから選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の非晶質合金薄帯。
- 上記成分組成に加えてさらに、C:0.2〜2at%およびP:0.2〜2at%のうちから選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の非晶質合金薄帯。
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