KR900007666B1 - 자기헤드용 비정질 합금 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자기헤드용 비정질 합금

제1도는 비정질 합금의 비저항(p)과Si/Si+B(=c/c+d)와의 관계도.

제2도는 결정화 온도와 b(=Si+B의 온도)와 c/c+d와의 관계도.

제3도는 100시간당의 마모량과 c/c+d와의 관계도.

제4도는 비정질 합금의 초투자율(μi)과 c/c+d와의 관계도.

제5도 내지 제7도는 각각의 b와 최초투자율과 소둔온도와의 관계도.

제8도는 μi와 c/c+d와의 관계도.

제9도는 μi＞10⁴인 값이 얻어지는 소둔 온도의 범위와 c/c+d와의 관계도.

제10도는 Ru의 첨가량과 시간당의 마모량과의 관계도.

제11도는 A1₂O₃의 첨가 유무에 의한 비정질 합금의 실효투자울(μe)과 주파수와의 관계도이다.

본 발명은 자기 헤드용 자성합금에 관한 것이며, Co를 주성분으로한 자기헤드용 비정질 합금에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 자기헤드 재료로서는 퍼머로이, 센더스트등의 결정질 금속재료 및 Mn-Zn 페라이트, Ni-Zn 페라이트 등의 산화물재료가 주로 사용된다. 결정질 금속재료는 산화물 재료인 페라이트와 비교하여 포화 자속 밀도가 높다고 하는 이점을 가지나 비저항이 100μ

ㆍcm이하로 낮기 때문에 비디오 테이프 레코더등에서 사용되는 주파수 대역(MHz 정도)에서는 투자율이 현저히 저하된다.

한편 페라이트는 비저항이 크고 고주파 대역에서도 우수한 전자 변환 특성을 나타내고 더우기 높은 내마모성을 나타내기 때문에, Mn-Zn계가 비디오용의 영상헤드에 중심적으로 사용된다. 그러나 페라이트는 포화자화가 작기 때문에 기록 변형이 발생하고 잡음이 많아진다.

일반적으로 고밀도 기록은 높은 주파수를 사용대역으로 한다. 따라서 고밀도 자기헤드용 코어재는 와전류손실에 의한 투자율의 열하를 방지하기 위하여 박판화 하거나 또는 비저항(p)을 크게할 필요가 있다. 센더스트는 포화자화가 크고 비저항도 퍼머로이에 비하여 높으나. 취약하기 때문에 박판화할수가 없다.

근래에 결정 구조를 갖지 않은 비정질 합금이 우수한 자기적 성질 및 기계적 성질이 있음을 발견하였다.즉 비정질 합금은 결정 구조를 갖지 않기 때문에 비저항(p)이 결정질의 금속합금에 비교하여 수배정도로 높고, 결정 자기이방성이 없기 때문에 보자력이 작고 투자율도 높다. 또한 빅커스 경도가 1000정도로 결정질의 금속 보다 높다.

또 자기 변형을 영으로 하는 조성도 기본적으로 거의 해명되어 자기 헤드용 코어재로서 검토가 진행되고있다.

그러나 보다 고밀도 기록용 자기헤드 코어로서 비정질 합금을 사용하려면 낮은 주파수 대역 뿐만 아니라 1MHz 이상의 고주파수 대역에서 높은 투자율을 갖는 것이 필요하다 . 그러기 위해서는,

1. 높은 비저항을 가질것,

2.높은 최초투자율을 가질것,

3. 높은 내마모성을 가질것,

4. 높은 열적 안정성을 가질것,

5. 높은 내식성을 가질것,

을 만족시킬 필요가 있으며, 상기 1,2,3,4.5 모두를 만족시키는 비정질 합금은 대단히 좁은 조성 영역에서만 얻을 수 있음을 발견하였다.

본 발명은 Co,Fe,Si,B의 4원소의 비정질 합금에 있어서 상기 1 내지 5의 모두를 만족시키는 조성 영역을 나타내고, 또한 내식성을 부가하기 위하여 Cr를 그리고 이보다도 내마모성을 더욱 향상시키가 위해 Ru를 첨가하고, 이 합금 패트릭스 중에 제2상 입자(예를 들어 Al₂O₃입자)를 분산시킨 것이다. 즉 본 발명은 최초 투자율이 높고 또 비저항이 높기 때문에 1MHz 이상의 대역에서도 페라이트 이상의 투자율을 나타냄과 동시에 뛰어난 내마모성 및 높은 열적 안정성을 나타내는 비정질 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 주합금은(Fe_1-a,CO_a)_100-b(Si_c,B_d)_b인식에 의해 표현되고 특히 C,d,b가 한정된다. 그리고 본발명의 합금은 이 주합금에 다시 Cr을 1.0-2.0원자%, Ru를 0.01-4.0원자% 첨가한 합금 매트릭스 중에 제2상 입자를 3차원적으로 균일하게 분산한 것이다 . 그리고 식에서 c+d=1, a는 통상자왜를 영으로 하기 위하여 0.93-0.95로 하는 것이 알려져 있다.

상기 주합금에서의 조성의 한정 이유는 다음과 같다. 먼저 b의 값은 반금속(Si,B)의 농도를 나타내며, b가 27원자%를 초과하면 포화 자속밀도가 저하되고, 자기 헤드용 코어재로서는 바람직하지 못하다. 한편 반금속 농도가 20원자% 이하에서는 투자율이 저하하고, 균일한 비정질 합금의 형성이 곤란하게 된다. 또 40μm 이상인 두께의 비정질 박판대를 안정적으로 얻기 위해서는 반금속 농도가 23원자% 이상이어야 할 필요가 있다.

이하, 본 발명의 주합금의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

표로 나타낸 조성의 비정질 합금 박판대는 편(片)를 액체 급냉법에 따라 작성되었다. 즉 하나의 회전하는 동제(銅製) 롤상에 놓여진 석영 노즐로 부터 응용금속을 알곤 가스의 압력에 의해 분출 시킨다.

롤 회전수는 500-2000rpm, 분출가스압은 0.1-lkg/㎠ 이었다 적성된 박판은 폭이 약 25mm, 두께가 32-49μm, 길이는 약 20-30m 이었다. 작성된 모든 박판은 x선 회절에 의해 비정질상이라는 것이 확인되고, 자왜는 10^-6정도에서 거의 영이었다. 결정화 온도는 DSC[시차(示差)주사형 열량계]로 결정하였다. 두께는 마이크로메터에 의해 측정하였다. 투자율은 박대(薄帶)를 타발(打拔) 작업으로 성형한 외경 10mm,내경 6mm의 링을 10매 적층한 것에 권선(1차,2차측에 각각 20권회)하고, 인덕턴스법에 의해 측정하였다. 또한 투자율은 액체로 급냉한 박대로 부터 얻어진 링의 상태 및 일부의 샘플을 제외하고 그 링을 소둔(100℃-500℃에서 10분간 유지한 후 물로 담금질하고 유지온도는 l0℃간격)한 상태에 대하여 실온에서 측정되었다.

최초 투자율로서는 3mOe,lKHz에서의 그 실효 투자율은 채용하였다. 포화자화(

s)는 VSM에 의해 10KOe의 자계에서 측정하였다. 비저항은 4단자법에 의해 측정하였다.

[표]

제1도에 비저항(P)과 c/c+d와의 관계를 나타낸다. b=23∼27원자%의 범위에서 P는 c/c+d가 큰쪽이 높다.

제2도는 결정화 온도에 미치는 b 및 c/c+d의 영향을 나타낸다. 이 관계에 대해서는 이미 여러가지 보고가 있으나 우리들의 실험으로는 c/c+d가 약 0.65부근에서 결정온도의 급격한 변화가 발견되었다. 즉 c/c+d＞0.65에서는 결정화온도가 낮아진다. 이 사실은 이미 보고되어 있는 것과 상이하다. 제3도에서 100시간 정도의 마모량과 c/c+d의 관계가 표시되어 있다. 마모량의 측정은 액체에 의해 급냉시킨 비정질로부터 통상의 오디오형의 자기헤드를 형성하고, 시판되는 카셋트형의 덱크에 장작한 후 시판되는 상용테이프를 사용해서 행하였다. 또 마모량은 c/c+d가 0.2∼0.4에서 대략 일정하였으며,0.4보다 커지면 점차 작아져서,0.55이상에서 거의 일정하게 된다. c/c+d가 0.55이상에서 양호한 내마모성을 나타낸다는 것을 알수있다.

제4도에서 액체로 급냉되어 여러가지 조성을 갖는 비정질의 최초 투자율(μi)과 c/c+d의 관계를 나타낸다. 어느 경우에도 b가 다르면 μi의 값도 달라지나. c/c+d가 0.4이하에서는 일정치를 나타내고,0.4∼0.6에서 급격히 증가하여 점차 높은 일정치에 근접한다. 즉 액체 급냉 그대로는 c/c+d가 큰쪽이 μi가 높다. 보다 바람직하기로는 c/c+d가 0.55이상이 바람직하다.

일반적으로 비정질 자성 합금의 투자율은 적합한 조건에서의 소둔에 의해 개선된다것이 알려져 있으며, 이 투자율에 미치는 소둔 효과에 관하여 조사하였다.

제5도는 b=24에서 여러가지 c/c+d의 조성을 갖는 비정질 합금(No 17∼20)을 여러가지 온도에서 10분간 소둔한 후 물담금질을 하고, 그 상태에서 측정된 최초투자율과 소둔 온도의 관계를 나타낸 것이다. 여러가지 조성을 갖는 비정질 합금에 있어서 최초 투자율에 미치는 소둔 온도의 영향은 유사하며, c/c+d가 0.5, 0.63에서 높은 μi가 얻어지고 소둔에 의한 최초 투자율의 개선이 이들 조성에서 크다는 것이 확인되었다. 각 샘플의 여러가지 소둔후의 μi의 최대 값을 비교하고,μi가 높은 순으로 c/c+d를 나열하면 0.63,0.50,0.67,0.18이었다. 제6도는 b=25인 경우에 대한 제5도와 동일한 μi에 미치는 열처리 효과를 조사한 결과이다. 각 샘플의 여러가지 소둔후의 μi의 최대치를 비교하여,μi가 높은 순으로 c/c+d를 나얼하면 0.64,0.60,0.50,0.40,0.68,0.20이었다.

제 7도는 b=27의 경우 대해 제 5도와 동일한 μi에 미치는 열처리 효과를 조사한 결과이다. 각 샘플에서 여러가지 소둔후의 μi의 최대치를 비교하며,μi가 높은 순으로 c/c+d를 나열하면 0.63,0.50,0.40,0.20,0.76이었다.

제8도는 여러가지 조성에 대하여 소둔 후 얻어진 μi의 최대치와 c/c+d와의 관계를 나타낸 것이다. b=24,25,27의 어느 경우에 있어서도 μi는 c/c+d가 약 0.6 부근에서 가장 큰 값이 된다.

또 실용 재료로서의 관점에서 특성의 불균형을 고려할 필요가 있으며, 예를 들어 열처리 조작을 생각하면 넓은 열처리 온도 범위에서 높은 투자율이 얻어지는 것은 작업성, 양산성 혹은 재료의 신뢰성을 증가시킨다.

제 9 도는 μi＞10⁴인 값이 얻어지는 소둔 온도의 범위(△T)를 나타낸다. μi=10⁴인 값은 헤드(head)용 코어재로서 필요한 값과 가깝다고 생각된다. 현재 헤드용 코어재로서 사용되고 있는 퍼머로이. 센더스트의 μi는 거의 이 정도의 값이다. b가 클수록 △T도 커지게 되나 포학자속 밀도는 작아진다. c+d=24,25.27의 경우에 모든 곡선은 유사하며, c/c+d가 0.5∼0.65 부근에서 각각의 b에 대해 △T는 큰 값을 나타낸다.

또한 샘플(No1)∼샘플(No24)의 합금을 높은 온도의 공기중에 방치하고, 표면 상태를 관찰하여 내식성을 조사하였다. 내식성은 b의 대소에 불구하고 c/c+d가 클수록 양호하였다.

이상 설명한 것을 정리하면 이하에 나타낸 바와 같이 된다.

비 저 항(p) c/c +d→커 짐

결정화 온도 c/c+d＜0.65

내마모성 0.55＜c/c+d

μi(AsQ) 0.55＜c/c+d

μi(열처리후) 0.55＜c/c+d＜0.65

μi(△T) 0.5＜c/c+d＜0.65

내 식 성 c/c+d→커 짐

모든 조건을 만족시키려면 0.55＜c/c+d＜0.65 이어야 할 필요가 있다.

다음에 상기 주합금에 Cr 및 Ru 원소를 첨가하고, 이들 원소를 첨가한 합금의 제조방법에 관하여서는 상술한 주합금과 같이 편롤 액체 급냉법에 따라 형성하였다. Cr을 첨가하는 이유는 내식성을 향상하기 위한것이며, 상기 주합금에 대하여 1.0-2.0원자%를 첨가하였다.

첨가한 합금에 대하여 염수 분두시험(40℃,48시간)을 행하고, 외부 관찰한 결과 충분한 내식성을 얻어졌다. 또한 첨가량이 l.0원자% 보다 작으면 효과가 없고,2.0원자%를 초과하면 포화자속 밀도가 저하되었다. 또 Cr 첨가에 따라 열처리후에 합금이 취약하게 되지 않는 효과도 나타났다.

Ru에 대해서는 첨가량이 많으면 많을수록 더욱 내마모성을 향상시킬수 있으나,4.0원자%를 초과하면 합금이 비정질 상태로 되기가 어렵고, 또 타발 가공성도 나빴다.

제10도는 상기 표에 나타낸 주합금 조성 샘플(No 19 및 No 23)에 각각 사전에 1.5원자%의 Cr을 첨가하고, 다시 Ru를 1.0원자% 또는 3.0원자% 첨가한 것에 대한 주행시간에 대한 마모량(μm)을 그래프로 표시한 것이다. 동 도면에서 19a는 주합금 조성 샘플(No 19)에 Cr만을 1.5원자% 첨가한 것,19b는 동 샘플(No 19)에 Cr을 1.5원자% 또 Ru를 1.0원자% 첨가한 것,19c는 동 샘플 (No 19)에 Cr을 1.5원자% 또 Ru를 3.0원자% 첨가한 것을 각각 나타낸 것이다. 그리고 23a는 주합금 조성 샘플(No 23)에 Cr만을 1. 5원자% 첨가한 것,23b는 Cr을 1.5원자% 및 Ru를 1.0원자% 첨가한 것이고.23c는 Cr을 1.5원자% 및 Ru를3.0원자% 첨가한 것이다. 도면에서 알수 있는 바와 같이 l9a∼c와 23a∼c와의 사이에서 내마모에 대한 차는 없으며. 어떠한 주합금 조성에 있어서도 Ru의 첨가량이 증가함에 따라서 마모량이 크게 감소되었다.

그리고 비저항 ρ,μi등의 특성 향상에 관해서, 상기 주합금의 Si, B의 양이 0. 55＜c/c+d＜0.65의 조건을 만족시키는 것이라면 좋다는 것은 Cr,Ru 원소를 첨가하여도 변하지 않는다.

다음에 본 발명의 비정질 합금은 상기 주합금에 Cr 및 Ru 원소를 첨가하고 다시 이 합금 메트릭스 중에 제2상 입자를 분산한 것이라는 사실이다. 제2상 입자의 첨가량은 0.5∼3.0체적%를 분산시키는 것이 바람직하다.

합금 메트릭스 중에 제2상 입자를 균일하게 분산시켜 이루어진 비정질 합금의 제조방법에 대하여 설명하면 먼저 상기 합금 메트릭스를 구성하는 합금 모재를 가열 용융한 후 그 합금 모재가 응고하기 전에 알곤가스 등의 불활성 가스로 이루어진 분사매체와 함께 상기 제2상 입자를 상기 합금 모재에 대하여 분사 분산시키고, 그후 냉각하여 제2상 입자를 함유한 잉고트를 만들며, 이 잉고트를 제2입상 입자가 용해되지않을 정도로 재용융한 후 편롤 액체 급냉법에 의하여 초급냉 응고시켜서 상기 합금 메트릭스 중에 제2상입자를 3차원적으로 균일하게 분산시킨다.

본 발명의 실시예로서 합금 메트릭스 제2상 입자인 Al₂O₃을 2.0체적%로 분산하여 아래의 (a) 조성의 비정질 합금을 형성하였다. 또 그 비교예로 제2상 입자(예를 를어 Al₂O₃}를 분산시키기 않은 아래의 (b)조성의 비정질 합금을 작성하였다.

(a)Co_69.5Fe_4.5Si_14.5B_9.0Cr_1.4Ru_l.0+2체적%A1₂O₃

(b) CO_69.5Fe_4.5Si_14.5B_9.0Cr_l.5RU_1.0

(a) 조성에서 제2상 입자(예를 들어 A1₂O₃)는 비정질 합금 메트릭스 중에 3차원적으로 분산되어 있는것은 주사형 전자현미경에 의해 확인되었다.

제11도는 상기 (a),(b) 조성합금의 주파수에 대한 실효 투자율(μe)의 변화를 나타낸 것이다. 도면에서 알수 있는 바와 같이 제2상 입자인 A1₂O₃를 분산시킨 (a) 합금이 분산시키지 않은 (b) 합금에 비하여 특히 고주파수 대역에서의 실효 투자율의 저하가 적다는 것을 알수 있다.

또한 제2상 입자로서는 AI₂O₃이외에 합금 메트릭스와 상용성(相溶性)이 없는 Fe₂O₃,SiO₂등의 산화물,C,WC,TiC, NbC등의 탄소 또는 그 화합물, Ti,Mo,W 등의 금속 또는 합금 또는 이들의 복합물이 적용될수 있다. 또 제2상 입자의 첨가량에 대하여서는 3.0체적% 보다 많으면 비정질 합금중에 분산되기 어렵고,또 0.5체적% 보다 적으면 그다지 효과를 나타내지 못한다.

Claims (4)

1. 조성식 (Fe_l-a,Co_a)_100-b(Si_c,B_d)_b

   단, a=0. 93∼0. 95

   c+d=1

   b=23∼27원자%

   c/c+d=0. 55∼0. 65

   로서 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 헤드용 비정질 합금.
2. 조성식 (Fe_1-a,Co_a)_100-b(Si_c,B_d)_b로서 이루어진 합금에 Cr을 1.0∼2.0원자% 및 RU를 0.01∼4. 0원자% 첨가한 것을 특징으로 하는 자기헤드용 비정질 합금.

   단, a=0. 93∼0.95

   c+d=1

   b=23∼27원자%

   c/c+d=0. 55·0. 65
3. 조성식(Fe_1-a,Co_a)_100-b(Si_c,B_d)_b로서 이루어진 합금에 Cr을 1.0∼2.0원자% 및 RU를 0. 01∼4.0원자% 첨가한 합금 메트릭스 중에 제2상 입자로 A1₂O₃입자를 분산하여 구성한 것을 특징으로 하는 자기 헤드용 비정질 합금

   단, a=0.93∼0.95

   c+d=1

   b = 23 ∼ 27원자%

   c/c-d=0.55∼0.65
4. 제3항에 있어서, 상기 제2상 입자가 0.5∼3.0체적%의 범위에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기헤드용 비정질 합금.

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