WO2018181604A1 - Fe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボン及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy and a method for manufacturing the same.
- Iron (Fe) -based amorphous alloy ribbons (Fe-based amorphous alloy ribbons) are spreading as transformer core materials, and nanocrystalline soft magnetic materials have also been proposed.
- Fe-based nanocrystalline alloy is known as a nanocrystalline soft magnetic material.
- Fe-based nanocrystalline alloys are produced by crystallizing amorphous alloys.
- the molten alloy is discharged onto the surface of a cooling roll whose outer peripheral surface is, for example, a copper (Cu) alloy, and rapidly solidified.
- the outer peripheral surface of the cooling roll is managed so as to be maintained as a smooth surface having a surface roughness of 0.5 ⁇ m or less, for example.
- the outer peripheral surface of the normal cooling roll has been conventionally polished with a polishing brush roll or the like. That is, a molten Fe-based amorphous alloy is discharged onto the surface of the cooling roll and rapidly solidified by the cooling roll to produce an alloy ribbon. The produced alloy ribbon is peeled off from the cooling roll. However, a part of the solidified alloy tends to remain on the outer peripheral surface of the cooling roll even after peeling. The alloy remaining on the outer peripheral surface of the cooling roll tends to impair the cooling ability of the Fe-based nanocrystalline alloy discharged thereafter to the molten metal.
- the amorphous alloy generally has a lower thermal conductivity than the Cu alloy, if the remaining amorphous alloy exists in a convex shape on the outer peripheral surface, the cooling efficiency with respect to the newly discharged molten metal on the outer peripheral surface of the cooling roll is reduced, resulting in The produced alloy ribbon becomes brittle, and in some cases, the amorphous state cannot be maintained after cooling and solidification, and a part of the alloy ribbon may be crystallized. In some cases, only alloy ribbons with poor cooling surface flatness can be obtained.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-316243
- the Fe-based amorphous alloy melt containing Fe—Si—B—Cu—Nb for the Fe-based nanocrystalline alloy is easily crystallized and has low wettability to the Cu alloy. Therefore, even if the outer peripheral surface of the cooling roll is kept smooth as described above, the molten metal is discharged onto the outer peripheral surface of the cooling roll, and when it is rapidly solidified, a shrinkage stress is generated. The alloy tends to peel (release) from the surface of the cooling roll immediately after solidification. For this reason, the magnetic properties tend to deteriorate due to slow cooling.
- the width of the alloy ribbon that can be stably cast is limited to, for example, about 50 mm to 60 mm. Even when the outer peripheral surface of the cooling roll is uniformly polished as described above, stable casting may not be possible in the case of producing a wide alloy ribbon of 70 mm or more.
- the present disclosure has been made in view of the above.
- the problem to be solved by an embodiment of the present invention is to provide an Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy having a wide width (preferably a width of 70 mm or more; the same applies hereinafter) and excellent magnetic properties.
- Another problem to be solved by another embodiment of the present invention is to provide a method for producing an Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy having a wide width and excellent magnetic properties.
- the conventional cooling roll polishing is intended to remove the residual alloy on the outer peripheral surface of the cooling roll, but in the normal polishing, an alloy with shrinkage stress that can occur during rapid solidification of the molten metal. If stripping (release) of the ribbon is suppressed, it is considered that a wide alloy ribbon can be cast. Specifically, the inventors have come up with the idea that by selecting the conditions for the polishing brush roll, it is possible to form an effective polishing flaw on the outer peripheral surface of the cooling roll for suppressing the separation (release) of the alloy ribbon.
- a Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy which is a molten metal cooling body applied to the surface of a cooling roll,
- the cooling surface has a recess having a depth of 1 ⁇ m or more in a region of 0.647 mm ⁇ 0.647 mm in the center of the ribbon width direction on the ribbon surface, and the maximum area of the recess having a depth of 1 ⁇ m or more is 3000 ⁇ m 2 or less.
- ⁇ 2> The Fe-based amorphous alloy ribbon according to ⁇ 1>, wherein the area ratio of the recesses having a depth of 1 ⁇ m or more and an area of 100 ⁇ m 2 or more in the region is 1% or more and less than 10%. is there.
- ⁇ 3> The Fe-based amorphous alloy ribbon according to ⁇ 2>, wherein the area ratio is 1% or more and less than 5%.
- ⁇ 4> The Fe-based amorphous alloy ribbon according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the maximum area of the recess is 2500 ⁇ m 2 or less.
- Brush hair composition of the polishing brush roll containing polyamide resin and inorganic abrasive grains (2) Particle size of the inorganic abrasive grains: 60 ⁇ m to 90 ⁇ m (3) Cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction of the brush hair: Circular shape with a diameter of 0.7 mm or more and 1.0 mm or less (4) Relative rotation speed of the polishing brush roll with respect to the cooling roll: 10 m / second or more and 23 m / second (5) Angle ⁇ between the rotation direction of the tip of the bristle and the rotation direction of the cooling roll: 5 ° or more and 30 ° or less (6) Pressure when applying molten metal (discharging pressure of molten metal): 20 kPa or more and 30 kPa or less ⁇ 9>
- the polishing brush roll is a method for producing an Fe-based amorphous alloy ribbon according to ⁇ 8>, further satisfying the following conditions (7) to (8).
- an Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy having a wide width (preferably a width of 70 mm or more) and excellent magnetic properties is provided.
- a method for producing a Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy having a wide width and excellent magnetic properties is provided.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view conceptually showing an example of an Fe-based amorphous alloy ribbon manufacturing apparatus by a single roll method suitable for an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic perspective view showing the positional relationship of the polishing brush roll with respect to the cooling roll.
- FIG. 3 is a schematic front view showing the positional relationship between the cooling roll and the polishing brush roll of FIG.
- FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a magnetic core.
- FIG. 5 is an SEM photograph showing the surface of the Fe-based amorphous alloy ribbon of Example 1.
- FIG. 6 is a SEM photograph showing the surface of the Fe-based amorphous alloy ribbon of Comparative Example 1.
- a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
- the term “process” in this specification is not limited to an independent process, and even if it cannot be clearly distinguished from other processes, the term is used as long as the intended purpose of the process is achieved. included.
- the Fe-based amorphous alloy ribbon refers to a ribbon (thin ribbon) made of an Fe-based amorphous alloy. Further, in this specification, the Fe-based amorphous alloy refers to an amorphous alloy in which the element having the largest content (atomic%) among the contained metal elements is Fe (iron).
- the Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy according to the present disclosure is an Fe-based amorphous alloy ribbon for producing an Fe-based nanocrystalline alloy by crystallizing the Fe-based amorphous alloy ribbon.
- the “Fe-based amorphous alloy ribbon for Fe-based nanocrystalline alloy” according to the present disclosure is also simply referred to as “Fe-based amorphous alloy ribbon”.
- Fe-based amorphous alloy ribbon The Fe-based amorphous alloy ribbon according to the present disclosure (hereinafter, also simply referred to as “alloy ribbon” or “ribbon”) is a molten metal cooling body applied to the surface of the cooling roll during manufacturing, and is cooled by the cooling roll.
- alloy ribbon also simply referred to as “alloy ribbon” or “ribbon”
- the Fe-based amorphous alloy melt containing Fe-Si-B-Cu-Nb for the Fe-based nanocrystalline alloy is easily crystallized and has low wettability with respect to the copper (Cu) alloy used in the cooling roll. Therefore, as the molten metal is cooled on the outer peripheral surface of the cooling roll, it becomes easy to peel off from the outer peripheral surface. As a result, cooling of the molten metal that needs to be rapidly solidified by the cooling roll is slow or insufficient, and as a result, the magnetic properties of the produced alloy ribbon may be deteriorated and embrittlement may be caused. This tends to be conspicuous as the width of the alloy ribbon to be produced (that is, the length in the axial direction of the cooling roll) increases.
- the Fe-based amorphous alloy ribbon of one embodiment of the present invention has low wettability to the cooling roll, and even when it is in a wide ribbon form, it is easy to be rapidly solidified by the cooling roll. Provides adhesion that is difficult to peel off, and maintains a rapid cooling rate during cooling.
- the maximum area of a recess having a depth of 1 ⁇ m or more existing in a 0.647 mm ⁇ 0.647 mm region in the center of the ribbon width direction on the ribbon surface as a cooling surface is 3000 ⁇ m 2 or less.
- Formation of a recess having a depth of 1 ⁇ m or more and a maximum area of 3000 ⁇ m 2 or less can be performed by appropriately selecting the conditions of the polishing brush roll.
- the conditions for the polishing brush roll it is possible to form a polishing flaw inclined with respect to the roll rotation direction, not a linear polishing flaw in the roll rotation direction, on the outer peripheral surface of the cooling roll.
- there are polishing scratches in the roll rotation direction only slender concave portions (referred to as air pockets, where air means atmospheric gas, also referred to as gas pockets) can be obtained, whereas inclined polishing scratches.
- a plurality of recesses (air pockets) finely dispersed on the ribbon surface can be obtained. Thereby, it can be set as the recessed part whose depth is 1 micrometer or more and whose maximum area is 3000 micrometers 2 or less.
- the molten metal enters the polishing flaw when the molten metal is applied to the roll surface.
- an anchor effect suitable for preventing peeling can be obtained.
- the size and number of recesses (air pockets) on the cooling surface of the cast alloy ribbon can be compared with the case where the conditions of the polishing brush roll are not properly selected. , Can be greatly reduced.
- the size and number of recesses (air pockets) on the cooling surface are suppressed, an improvement in the space factor in the core when the ribbon is wound can be expected. .
- the recesses (air pockets) having a depth of 1 ⁇ m or more on the ribbon surface the recesses (air pockets) having a depth of 1 ⁇ m or more present in the region of 0.647 mm ⁇ 0.647 mm in the central portion in the ribbon width direction.
- the maximum area of a recess (air pocket) having a depth of 1 ⁇ m or more existing in this region is set to 3000 ⁇ m 2 or less.
- the center part in the ribbon width direction is an area having a width of 10% of the ribbon width including the center in the ribbon width direction.
- the depth of the recess refers to the distance ( ⁇ m) from the cooling surface in contact with the cooling roll in the thickness direction of the alloy ribbon.
- the area of the recess (air pocket) refers to the area of the recess (air pocket) in the plane including the cooling surface in contact with the cooling roll, and when there are a plurality of recesses (air pockets),
- the area of the concave portion (air pocket) having the largest area in the plane to be included is defined as the maximum area.
- the presence or absence of a recess (air pocket), the length L, the width W, the depth of the recess (air pocket), and the area of the recess (air pocket) are measured using a high resolution laser microscope OLS4100 (manufactured by Olympus Corporation). Measured.
- the maximum area of depth 1 ⁇ m or more recesses (air pockets), in order to suppress a decrease in the cooling rate during quenching of the molten alloy preferably 2500 [mu] m 2 or less, 2000 .mu.m 2 or less being more preferred.
- the maximum area of the recess (air pocket) having a depth of 1 ⁇ m or more is preferably 100 ⁇ m 2 or more.
- the total area ratio of the recesses (air pockets) having an area of 100 ⁇ m 2 or more is preferably less than 10%.
- the range of 1% or more and less than 8% is more preferable, the range of 1% or more and less than 5% is more preferable, and the range of 3% or more and less than 5% is more preferable.
- the total area ratio of the recesses (air pockets) having an area of 100 ⁇ m 2 or more is less than 8%, a decrease in cooling rate due to air (air pockets) entering the recesses is suppressed, and magnetic characteristics are improved. Easy to keep. Moreover, industrial productivity can be ensured that the area ratio of the recessed part (air pocket) whose area is 100 ⁇ m 2 or more is 1% or more.
- the area ratio of the recesses is measured using the image analysis software SCANDIUM (manufactured by Olympus Co., Ltd.) by measuring all the areas of the recesses having a depth of 1 ⁇ m or more existing in the specific region. It is obtained by calculating the ratio of the total area of 1 ⁇ m or more).
- the maximum area of a recess (air pocket) having a depth of 1 ⁇ m or more existing in a specific region is 2500 ⁇ m in that industrial productivity can be secured while suppressing a decrease in the cooling rate during rapid cooling of the molten alloy. 2 or less, and, in certain areas, if the area ratio of a in depth 1 ⁇ m or more area is 100 [mu] m 2 or more recesses (air pockets) is less than 5% 1% or more is particularly preferable.
- the recess (air pocket) having a depth of 1 ⁇ m or more preferably has a length L ( ⁇ m) in the casting direction and a length W ( ⁇ m) in the ribbon width direction that satisfies the following formula 1. Furthermore, the aspect in which 60% or more of the recesses (air pockets) among the recesses (air pockets) satisfy Formula 1 is more preferable.
- the ratio of the number of recesses (air pockets) satisfying Formula 1 to the number of all recesses (air pockets) is more preferably 70% or more, and still more preferably 80% or more.
- a casting direction refers to the longitudinal direction of the alloy ribbon produced in elongate shape
- a ribbon width direction refers to the transversal direction orthogonal to a casting direction.
- L / W satisfies the following formula 2. Further, it is more preferable that 30% or more of the recesses (air pockets) satisfy the expression 2 with respect to the total number.
- the ratio of the recesses (air pockets) satisfying Equation 2 to the number of all the recesses (air pockets) is more preferably 45% or more, and further preferably 55% or more.
- the ribbon width is preferably as long as possible, more preferably 70 mm or more and 300 mm or less, and further preferably 100 mm or more and 250 mm or less.
- the Fe-based amorphous alloy ribbon according to the present disclosure is particularly suitable as a wide alloy ribbon having a width of 70 mm or more.
- the width of the alloy ribbon is 70 mm or more, a large-capacity and practical transformer can be obtained.
- the productivity (manufacturability) of the alloy ribbon is excellent.
- the width of the alloy ribbon is preferably 100 mm or more and 250 mm or less, and more preferably 140 mm or more and 220 mm or less, from the viewpoints of magnetic properties and alloy ribbon productivity (manufacturability).
- the thickness of the alloy ribbon is preferably in the range of 10 ⁇ m to 26 ⁇ m. When the thickness is 10 ⁇ m or more, the mechanical strength of the alloy ribbon is secured, and breakage of the alloy ribbon is suppressed. Thereby, continuous casting of the alloy ribbon becomes possible.
- the thickness of the alloy ribbon is preferably 12 ⁇ m or more. Further, when the thickness is 26 ⁇ m or less, a stable amorphous state can be obtained in the alloy ribbon.
- the thickness of the alloy ribbon is more preferably 22 ⁇ m or less.
- the element having the largest content (atomic%) among the contained metal elements is Fe (iron), and has an Fe—Si—B—Cu—Nb composition.
- the Fe-based amorphous alloy contains at least Fe (iron), but preferably further contains Si (silicon) and B (boron), more preferably, in addition to Fe, Si and B, copper ( Cu) and niobium (Nb) are contained.
- the Fe-based amorphous alloy may further contain C (carbon), which is an element contained in pure iron or the like that is a raw material for molten alloy.
- Niobium (Nb) can be replaced with molybdenum (Mo) or vanadium (V), and a part of iron (Fe) can be replaced with nickel (Ni) or cobalt (Co).
- Fe-based amorphous alloy when the total content of Fe, Si, B, Cu, Nb, C and inevitable impurities is 100 atomic%, the Fe content is 72 atomic% to 84 atomic%.
- the content of B is 2 atomic% to 20 atomic%, the content of B is 5 atomic% to 14 atomic%, the content of Cu is 0.2 atomic% to 2 atomic%, and the content of Nb Is an Fe-based amorphous alloy having a C (carbon) content of 0.5 atomic% or less and the balance of impurities.
- the saturation magnetic flux density of the alloy ribbon becomes higher, so that an increase in size or weight of a magnetic core manufactured using the alloy ribbon is further suppressed.
- the shape of the magnetic core manufactured using the alloy ribbon may be a circular shape as shown in FIG.
- the C (carbon) content is preferably 0.1 atomic% to 0.5 atomic%.
- a more preferable C (carbon) content is 0.15 atomic% to 0.35 atomic%.
- a more preferred Fe-based amorphous alloy is (A) When the total content of Fe, Si, B, Cu, Nb, C and inevitable impurities is 100 atomic%, the Si content is 12 atomic% to 18 atomic%, and the B content is 5 atomic percent to 10 atomic percent, Cu content is 0.8 atomic percent to 1.2 atomic percent, Nb content is 2.0 atomic percent to 4.0 atomic percent, A Fe-based amorphous alloy having a content of 0.1 atomic% to 0.5 atomic%, the balance being Fe and inevitable impurities; (B) When the total content of Fe, Si, B, Cu, Nb, C and inevitable impurities is 100 atomic%, the Si content is 14 atomic% to 16 atomic%, and the B content is 6 atom% to 9 atom%, Cu content is 0.9 atom% to 1.1 atom%, Nb content is 2.5 atom% to 3.5 atom%, A Fe-based amorphous alloy having a content of 0.15 atomic% to 0.35 atomic% and
- the C (carbon) content is 0.1 atomic% to 0.5 atomic% when the total content of Fe, Si, and B is 100 atomic%. Preferably there is.
- the Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy according to the present disclosure is not particularly limited as long as it is a method that can have a predetermined recess (air pocket) in a specific region on the cooling surface as described above. However, it is preferably manufactured by the following method for manufacturing an Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy.
- a method for producing an Fe-based amorphous alloy ribbon for an Fe-based nanocrystalline alloy includes placing the cooling roll on the surface of the cooling roll.
- the surface of the cooling roll on which polishing scratches inclined with respect to the roll rotation direction are formed using the polishing brush roll satisfying the above conditions (1) to (6).
- the molten metal is added to the. First, the polishing brush roll will be described.
- polishing brush roll it is possible to use a polishing brush roll (for example, the polishing brush roll 60 in FIG. 1) having a roll shaft member and a polishing brush composed of a large number of brush hairs and disposed around the roll shaft member. preferable.
- the bristles constituting the polishing brush contain a polyamide resin.
- the bristle contains the polyamide resin, it is difficult to cause deep polishing scratches on the outer peripheral surface of the cooling roll, and the polishing scratches formed on the outer peripheral surface of the cooling roll can be selected depending on how the brush bristle is brought into contact. Thereby, peeling (release) of the alloy ribbon from the cooling roll can be suppressed.
- the polyamide resin include nylon resins such as 6 nylon, 612 nylon, and 66 nylon.
- the content of the polyamide resin in the brush hair (the content of the polyamide resin relative to the total amount of the brush hair; the same shall apply hereinafter) is preferably 50% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more.
- the upper limit of the content of the resin in the brush hair may be 100% by mass, but may be 60% by mass, 65% by mass, 75% by mass, or 80% by mass.
- Brush hair contains inorganic abrasive grains in addition to the polyamide resin.
- the bristle contains inorganic abrasive grains, the polishing ability for the outer peripheral surface of the cooling roll is further improved. For this reason, it is easy to form a polishing scratch having a shape suitable for obtaining the anchor effect of the alloy ribbon.
- the inorganic abrasive grains include alumina and silicon carbide.
- the particle size of the inorganic abrasive grains is preferably 40 ⁇ m to 120 ⁇ m, more preferably 60 ⁇ m to 90 ⁇ m.
- the particle size of the inorganic abrasive grains represents the size of the mesh of the sieve (sieving) mesh through which the particles of the inorganic abrasive grains can pass.
- the particle size of the inorganic abrasive grains is 60 ⁇ m to 90 ⁇ m” means that the inorganic abrasive grains pass through a mesh with an opening of 90 ⁇ m and do not pass through a mesh with an opening of 60 ⁇ m.
- the ratio of the content of the inorganic abrasive grains to the content of the polyamide resin in the bristles is 10 mass% / 90 mass% to 40 mass% / 60 mass%.
- the ratio is preferably 25% by mass / 75% by mass to 35% by mass / 65% by mass, and more preferably 30% by mass / 70% by mass.
- the content of the inorganic abrasive grains is 40% by mass or less, mixing of the abrasive grains into the molten alloy is further suppressed, and defects in the alloy ribbon caused by the abrasive grains are suppressed.
- the content of the inorganic abrasive grains is 10% by mass or more, it is easy to adjust the polishing scratches on the outer peripheral surface of the cooling roll.
- the composition of the brush bristles of the polishing brush roll is that the inorganic abrasive grains are silicon carbide in that the abrasive scratches on the outer peripheral surface of the cooling roll can be easily adjusted.
- the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction of the bristles of the polishing brush roll is a circular shape, and the circular shape includes a true circle and an ellipse.
- the diameter of the circular cross section of a bristle is 0.7 mm or more and 1.2 mm or less, and 0.8 mm or more and 1.0 mm or less are preferable.
- the brush hair preferably has a bristle density at the tip of 0.2 / mm 2 or more and 0.45 / mm 2 or less. More preferably, it is 27 / mm 2 or more and 0.40 / mm 2 or less.
- the density of the brush bristles is 0.2 / mm 2 or more, the polishing ability for the outer peripheral surface of the cooling roll is further improved, and minute polishing flaws are easily formed on the outer peripheral surface.
- it is excellent in the heat dissipation of the frictional heat at the time of a brush hair density being 0.45 piece / mm ⁇ 2 > or less.
- the roll diameter of the polishing brush roll is preferably in the range of 120 mm to 300 mm, more preferably in the range of 130 mm to 250 mm, and in the range of 140 mm to 200 mm. Is more preferable.
- the axial direction length of a polishing brush roll it can set suitably according to the width
- the relative speed of the polishing brush roll to the cooling roll is 10 m / second or more and 23 m / second or less.
- the relative speed is 10 m / second or more, the polishing ability for the outer peripheral surface of the cooling roll is further improved, and it becomes easy to form minute irregularities on the outer peripheral surface by polishing.
- the relative speed is 23 m / sec or less, it is advantageous in terms of reducing frictional heat during polishing.
- the relative speed is more preferably 12 m / second to 23 m / second, and further preferably 13 m / second to 20 m / second.
- the relative speed of the polishing brush roll with respect to the cooling roll is the rotation speed of the polishing brush roll when the rotation direction of the polishing brush roll and the rotation direction of the cooling roll are opposite to each other (for example, in the case of FIG. 1). It means the absolute value of the difference between (absolute value) and the rotation speed (absolute value) of the cooling roll.
- the specific point on the outer peripheral surface of the cooling roll and the specific brush bristles of the polishing brush roll move in the same direction.
- the relative speed of the polishing brush roll to the cooling roll is the same as the rotation speed (absolute value) of the polishing brush roll and the rotation of the cooling roll. It means the sum of speed (absolute value).
- the angle ⁇ formed by the rotation direction of the tip of the bristle of the polishing brush roll and the rotation direction of the cooling roll is 5 ° or more and 30 ° or less.
- a cooling roll and a polishing brush roll may be arranged. That is, the cooling roll 30 and the polishing brush roll 60 are arranged in a positional relationship in which the rotation directions of each other form an angle ⁇ .
- the rotation direction R of the tip of the bristle provided along the outer periphery of the polishing brush roll with respect to the rotation direction P of the cooling roll 30 forms an angle ⁇ , and the angle ⁇ Is adjusted to 5 ° or more and 30 ° or less.
- tip part of a bristle points out the surface direction of the plane containing the circular main surface of a disk shaped polishing brush roll, for example like FIG.
- the angle ⁇ it is possible to form, on the outer peripheral surface of the cooling roll, not a linear polishing flaw along the roll rotation direction P but a polishing flaw inclined with respect to the roll rotation direction P.
- a plurality of recesses (air pockets) dispersed on the ribbon surface can be formed when the molten metal is applied and rapidly solidified to produce an alloy ribbon. That is, when the angle ⁇ is 5 ° or more, the plurality of concave portions (air pockets) dispersed on the ribbon surface are uniformly formed without being biased.
- angle ⁇ is 30 ° or less, it is advantageous because it is easy to form polishing scratches over the entire rotation axis direction (alloy ribbon width) of the outer peripheral surface of the cooling roll.
- the angle formed by the rotation direction R of the brush bristle tip of the polishing brush roll and the rotation direction of the cooling roll is preferably 10 ° to 25 °, preferably 12 ° to 20 °. More preferably, it is not more than °.
- the rotation direction of the polishing brush roll (the arrow direction A in FIG.
- a substantially linear shape with respect to the vertical direction at an arbitrary position on the outer peripheral surface of the cooling roll on which the alloy ribbon is cast.
- the longitudinal direction of the bristle does not match and is not parallel, and the vertical direction and the longitudinal direction of the bristle form an angle (an angle in the range of 5 ° to 30 °), and this angle is
- the time can be changed periodically. More specifically, when viewed from the cooling roll, the inclination of the rotation direction of the polishing brush roll can be periodically changed within an angle range of ⁇ ⁇ according to the rotation speed of the polishing brush roll. In addition, since it changes periodically with time, it is allowed that the vertical direction and the longitudinal direction of the brush bristles may temporarily coincide or become parallel.
- the depth of polishing scratches formed on the surface of the cooling roll is preferably in the range of 1 ⁇ m to 2 ⁇ m.
- the pushing amount of the brush bristles (polishing brush) with respect to the outer peripheral surface of the cooling roll is appropriately adjusted, and can be, for example, 1 mm to 10 mm.
- the pressure when applying the molten metal is in the range of 20 kPa to 30 kPa, preferably 23 kPa to 28 kPa, and more preferably 25 kPa to 28 kPa.
- the discharge pressure of the molten metal is 20 kPa or more, formation of a recess (air pocket) is suppressed, and cooling can be performed more efficiently. Thereby, coarse crystal grains are hardly generated in the alloy structure, and good magnetic properties (B 800 ) are obtained.
- the discharge pressure of the molten metal is 30 kPa or less, it is advantageous in that the shape of the paddle (molten pool) is stabilized and stable casting is possible.
- the distance between the tip of the molten metal nozzle and the outer peripheral surface of the cooling roll is preferably 0.1 mm to 0.4 mm, more preferably 0.1 mm to 0.3 mm.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view conceptually showing an example of an Fe-based amorphous alloy ribbon manufacturing apparatus by a single roll method.
- the alloy ribbon manufacturing apparatus is perpendicular to the axial direction of the cooling roll 30 and the width direction of the alloy ribbon.
- the cut surface when cut by a smooth surface is shown.
- the alloy ribbon 22C is an example of an Fe-based amorphous alloy ribbon according to an embodiment of the present invention.
- the axial direction of the cooling roll 30 and the width direction of the alloy ribbon 22C are the same direction.
- an alloy ribbon manufacturing apparatus 100 that is an Fe-based amorphous alloy ribbon manufacturing apparatus includes a crucible 20 including a molten metal nozzle 10, a cooling roll 30 whose outer peripheral surface faces the tip of the molten metal nozzle 10, It has.
- the crucible 20 has an internal space that can accommodate the molten alloy 22A as a raw material of the alloy ribbon 22C, and the internal space and the molten metal flow path in the molten metal nozzle 10 communicate with each other. Thereby, the molten alloy 22A accommodated in the crucible 20 can be discharged to the cooling roll 30 by the molten metal nozzle 10 (in FIG. 1, the discharge direction and the flow direction of the molten alloy 22A are indicated by arrows Q). )
- the crucible 20 and the molten metal nozzle 10 may be comprised integrally, and may be comprised as a different body.
- a high frequency coil 40 as a heating means is disposed at least at a part of the periphery of the crucible 20.
- the crucible 20 in a state in which the mother alloy of the alloy ribbon is accommodated can be heated to generate the molten alloy 22A in the crucible 20, or the liquid state of the molten alloy 22A supplied to the crucible 20 from the outside can be maintained. It has become.
- the molten metal nozzle 10 has an opening (discharge port) for discharging the molten alloy in the direction of the arrow Q.
- This opening is preferably a rectangular (slit-shaped) opening.
- the distance (closest distance) between the tip of the molten metal nozzle 10 and the outer peripheral surface of the cooling roll 30 is close enough to form a paddle 22B (molten pool) when the molten metal 22A is discharged by the molten metal nozzle 10. Yes.
- the cooling roll 30 rotates in the direction of the rotation direction P.
- a cooling medium such as water is circulated inside the cooling roll 30, and the coating film of the molten alloy formed on the outer peripheral surface of the cooling roll 30 can be cooled.
- an alloy ribbon 22C Fe-based amorphous alloy ribbon
- the material of the cooling roll 30 includes Cu and Cu alloy (Cu—Be alloy, Cu—Cr alloy, Cu—Zr alloy, Cu—Cr—Zr alloy, Cu—Ni alloy, Cu—Ni—Si alloy, Cu—Ni.
- the surface roughness of the outer peripheral surface of the cooling roll 30 is not particularly limited, but the arithmetic average roughness (Ra) of the outer peripheral surface of the cooling roll 30 is preferably 0.1 ⁇ m to 0.5 ⁇ m, and preferably 0.1 ⁇ m to 0.3 ⁇ m. More preferred.
- the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface of the cooling roll 30 is 0.5 ⁇ m or less, the space factor when manufacturing the transformer using the alloy ribbon is further improved.
- the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface of the cooling roll 30 is 0.1 ⁇ m or more, the adjustment of Ra is easier.
- Arithmetic average roughness Ra refers to the surface roughness measured in accordance with JIS B 0601: 2001.
- the diameter of the cooling roll 30 is preferably 200 mm to 1000 mm, more preferably 300 mm to 800 mm, from the viewpoint of cooling ability.
- the rotation speed of the cooling roll 30 can be in a range usually set in the single roll method, but the peripheral speed is preferably 10 m / s to 40 m / s, and more preferably the peripheral speed is 20 m / s to 30 m / s. .
- the alloy ribbon manufacturing apparatus 100 further peels the Fe-based amorphous alloy ribbon from the outer peripheral surface of the cooling roll on the downstream side in the rotation direction of the cooling roll 30 (hereinafter also simply referred to as “downstream side”) from the molten metal nozzle 10.
- a peeling gas nozzle 50 is provided as a peeling means.
- the alloy ribbon 22C is peeled from the cooling roll 30 by blowing the peeling gas from the peeling gas nozzle 50 in the direction opposite to the rotation direction P of the cooling roll 30 (the direction of the broken arrow in FIG. 1). .
- a high-pressure gas such as nitrogen gas or compressed air can be used.
- the alloy ribbon manufacturing apparatus 100 further includes a polishing brush roll 60 as a polishing means for polishing the outer peripheral surface of the cooling roll 30 on the downstream side of the peeling gas nozzle 50.
- the polishing brush roll 60 includes a roll shaft member 61 and a polishing brush 62 disposed around the roll shaft member 61.
- the polishing brush 62 is composed of a large number of brush bristles.
- the polishing brush roll 60 is rotated in the direction of the rotation direction R, whereby the outer peripheral surface of the cooling roll 30 is polished by the brush bristles of the polishing brush 62.
- the purpose of polishing by the polishing means is not necessarily limited to cutting the outer peripheral surface of the cooling roll, but also includes removing residues remaining on the outer peripheral surface of the cooling roll.
- the purpose of polishing is preferably at least one of the following first object and second object.
- the first purpose is to repair the deterioration of the smoothness of the outer peripheral surface of the cooling roll.
- a small part of the outer peripheral surface of the cooling roll for example, Cu alloy
- a minute recess dropout
- the smoothness of the outer peripheral surface of the cooling roll may deteriorate.
- the deterioration of the smoothness of the outer peripheral surface of the cooling roll can cause the deterioration of the smoothness of the roll surface of the alloy ribbon to be manufactured (the surface in contact with the outer peripheral surface of the cooling roll; the same applies hereinafter).
- the second purpose is to remove the residue (alloy) remaining on the outer peripheral surface of the cooling roll after peeling the alloy ribbon.
- the molten alloy discharged to the outer peripheral surface of the cooling roll is rapidly cooled to form an alloy ribbon, and then peeled off from the outer peripheral surface of the cooling roll.
- a part of the alloy which is the material of the alloy ribbon, may remain as a residue without being peeled from the outer peripheral surface of the cooling roll, and this residue may adhere to the outer peripheral surface of the cooling roll to form a convex portion.
- the molten alloy is discharged again onto the outer peripheral surface of the cooling roll on which the convex portion due to the residue is formed.
- the smoothness of the roll surface of the alloy ribbon may deteriorate.
- the thermal conductivity of the residue (alloy) constituting the convex portion is lower than the thermal conductivity of the outer peripheral surface of the cooling roll (for example, Cu alloy)
- the rapid cooling characteristic by the cooling roll is locally present in the convex portion. May deteriorate, and the magnetic properties of the alloy ribbon may be reduced.
- the residue can be removed by the polishing.
- the fall of the magnetic characteristic of an alloy ribbon resulting from the said residue can be suppressed.
- the rotation direction R of the polishing brush roll and the rotation direction P of the cooling roll are opposite directions (in FIG. 1, the rotation direction R is counterclockwise and the rotation direction P Is clockwise).
- the cooling roll and the polishing brush roll are arranged with the positional relationship shown in FIGS. 2 to 3, and when the rotation direction of the cooling roll and the polishing brush roll is viewed from the front of the apparatus, the polishing brush roll
- the rotation direction of the polishing brush roll and the rotation direction of the cooling roll are opposite directions, the specific point on the outer peripheral surface of the cooling roll and the specific brush hair of the polishing brush roll are in the same direction at the contact portion between the two Move to.
- the rotation direction of the polishing brush roll and the rotation direction of the cooling roll may be the same direction.
- the specific point on the outer peripheral surface of the cooling roll and the specific brush hair of the polishing brush roll are in opposite directions at the contact portion between them. Move to.
- the alloy ribbon manufacturing apparatus 100 sprays CO 2 gas, N 2 gas, or the like on elements other than the elements described above (for example, a winding roll for winding the manufactured alloy ribbon 22C, a paddle 22B made of molten alloy, or the vicinity thereof. Gas nozzle or the like).
- the basic configuration of the alloy ribbon manufacturing apparatus 100 includes conventional amorphous alloy ribbon manufacturing apparatuses using a single roll method (for example, International Publication No. 2012/102379, Japanese Patent No. 3494371, Japanese Patent No. 3594123, Patent No. 4244123, Japanese Patent No. 4529106, etc.).
- a molten alloy 22A that is a raw material for the alloy ribbon 22C is prepared in the crucible 20.
- the temperature of the molten alloy 22A is appropriately set in consideration of the composition of the alloy, and is, for example, 1210 ° C. to 1410 ° C., preferably 1280 ° C. to 1400 ° C.
- the molten alloy is discharged by the molten metal nozzle 10 on the outer peripheral surface of the cooling roll 30 that rotates in the rotational direction P, and a coating film made of the molten alloy is formed while forming the paddle 22B.
- the formed coating film is cooled by the outer peripheral surface of the cooling roll 30, and the alloy ribbon 22C is formed on the outer peripheral surface.
- the alloy ribbon 22C formed on the outer circumferential surface of the cooling roll 30 is peeled off from the outer circumferential surface of the cooling roll 30 by blowing a peeling gas from the peeling gas nozzle 50, and wound into a roll shape by a winding roll (not shown). Take and collect.
- the outer peripheral surface of the cooling roll 30 after the alloy ribbon 22C is peeled off is polished by the polishing brush 62 of the polishing brush roll 60 that rotates in the rotation direction R.
- the molten alloy is again discharged onto the polished outer peripheral surface of the cooling roll 30.
- the alloy ribbon 22C which is an example of the Fe-based amorphous alloy ribbon of the present embodiment, is manufactured by the manufacturing method according to the above example.
- the thickness of the alloy ribbon 22C is 10 ⁇ m to 26 ⁇ m.
- Examples 1 to 5 ⁇ Production of Fe-based amorphous alloy ribbon> An alloy ribbon manufacturing apparatus similar to the alloy ribbon manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 was prepared.
- the cooling roll a cooling roll having a material of the outer peripheral surface made of Cu—Ni alloy, a diameter of 400 mm, and an arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface of 0.3 ⁇ m was used.
- the polishing brush roll will be described later.
- a molten alloy composed of Fe, Si, B, Cu, Nb, C and inevitable impurities (hereinafter also referred to as “Fe—Si—B—Cu—Nb alloy molten metal”) was prepared in a crucible. Specifically, when pure iron, ferrosilicon, and ferroboron are mixed and dissolved, and the total content of Fe, Si, B, Cu, Nb, C and unavoidable impurities is 100 atomic%, Si content The content is 15 atomic percent, the B content is 7 atomic percent, the Cu content is 1 atomic percent, the Nb content is 3 atomic percent, and the C content is 0.2 atomic percent. %, And a molten alloy consisting of Fe and inevitable impurities was prepared. The numerical value of atomic% is the amount measured by ICP emission spectroscopy after taking a part of the alloy from the molten metal.
- the Fe—Si—B—Cu—Nb-based alloy molten metal is used for the molten nozzle having a rectangular (slit-shaped) opening having a long side length of 142 mm and a short side length of 0.5 mm. Then, it was discharged onto the outer peripheral surface of a rotating cooling roll and rapidly solidified to produce (cast) 3000 kg of an amorphous alloy ribbon having a ribbon width of 142 mm and a thickness of 18 ⁇ m. The casting time was 80 minutes, and the alloy ribbon was continuously cast without breaking. In all examples, the alloy ribbon was continuously cast without being cut. The casting was performed while polishing the outer peripheral surface of the cooling roll with a polishing brush (brush hair) of a polishing brush roll. As shown in FIGS.
- the polishing is performed by removing the brush bristles of the polishing brush roll arranged with the rotation direction P of the cooling roll inclined at an angle ⁇ with respect to the rotation direction R of the polishing brush roll. The contact was made.
- the molten alloy was discharged to the outer peripheral surface of the polished cooling roll to produce a Fe-based amorphous alloy ribbon having a width of 142 mm (see FIG. 1).
- Example 2 an Fe-based amorphous having a width of 142 mm was obtained in the same manner as in Example 1, except that the discharge pressure of the molten metal was changed as shown in Table 1 below.
- An alloy ribbon was prepared.
- Example 1 an Fe-based amorphous alloy ribbon having a width of 142 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that the discharge pressure of the molten metal was changed as shown in Table 1 below.
- Example 2 An Fe-based amorphous alloy ribbon having a width of 142 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that the discharge pressure of the molten metal was changed as shown in Table 1 below.
- Example 3 (Comparative Example 3) In Example 1, except that the angle ⁇ formed by the rotation direction of the tip of the bristle and the rotation direction of the cooling roll was changed from 15 ° to 0 °, the width of 142 mm was the same as in Example 1. A Fe-based amorphous alloy ribbon was produced.
- Example 4 (Comparative Example 4) In Example 4, except that the angle ⁇ formed by the rotation direction of the tip of the bristle and the rotation direction of the cooling roll was changed from 15 ° to 0 °, the width of 142 mm was the same as in Example 1. A Fe-based amorphous alloy ribbon was produced.
- the length L, width W and depth of the recess (air pocket), the maximum area of the recess (air pocket) having a depth of 1 ⁇ m or more, and the area ratio were determined.
- the scanning electron microscope (SEM) photograph of the alloy ribbon of Example 1 is shown in FIG. 5, and the SEM photograph of the alloy ribbon of Comparative Example 1 is shown in FIG.
- the Fe-based amorphous alloy ribbon having a width of 142 mm produced above was cut (slit) into a width of 33 mm except for 5 mm at both ends in the width direction to obtain a quadruple ribbon in which four sheets were stacked. Thereafter, as shown in FIG. 4, the alloy ribbon was wound so as to have a size of an outer diameter of 19 mm and an inner diameter of 15 mm, and a toroidal wound body was obtained.
- the outermost peripheral part was fixed by spot welding at the position of about 1 to 2 mm from the end of the outermost peripheral ribbon in the width direction by spot welding. In order to nanocrystallize the obtained wound body, the following heat treatment was performed to produce a magnetic core.
- the temperature was raised from room temperature (for example, 20 ° C.) to 550 ° C. over 4 hours in a nitrogen atmosphere, held at 550 ° C. for 20 minutes, and then cooled to 100 ° C. or lower over 2 hours.
- B 800 is 1.18 T or more, which is an excellent numerical value. While a wide alloy ribbon, a decrease of B 800 is not permitted. This is because peeling or liberation in the state of insufficient cooling on the surface of the cooling roll is suppressed, and after the molten alloy ribbon is discharged and solidified on the cooling roll and cooled sufficiently, the ribbon can be peeled off. It is estimated that That is, since the cooling rate is sufficient, it is presumed that the alloy ribbon cast by the cooling roll is stable amorphous (amorphous).
- the magnetic flux density B 800 is a magnetic core made of a conventionally used narrow ribbon having a width of 50 mm to 60 mm. And comparable results were obtained.
- the surface of the alloy ribbon of Example 1 is in contrast to the state in which elongated concave portions (referred to as air pockets) are formed on the surface. In FIG. 5 shown, it turns out that the several recessed part (air pocket) scattered on the surface is formed.
- the concave portion (air pocket) is considered to be air or atmospheric gas caught in the interface when the molten alloy comes into contact with the cooling roll.
- air and gas have low thermal conductivity, and thus cooling of the molten alloy on the cooling roll tends to be insufficient.
- the magnetic property B 800 is excellent.
- the value of B 800 in the comparative example is low because the cooling at the concave portion (air pocket) is insufficient, and coarse crystal grains are generated in a part of the alloy structure, deteriorating the magnetic property B 800. I guess that.
- the alloy ribbon after casting with a cooling roll is different from the embodiment in which the amorphous ribbon is stable (amorphous). Note that the deterioration of magnetic properties due to coarse crystal grains is not improved even by heat treatment for nanocrystallization.
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Abstract
Description
Fe基ナノ結晶合金は、アモルファス合金を結晶化することにより製造される。そして、アモルファス合金のリボン(薄帯)を鋳造する場合、外周面が例えば銅(Cu)合金である冷却ロールの表面に合金溶湯を吐出し、急冷凝固させる。これにより、合金リボンが作製される。この場合、合金リボンの表面の平坦性を安定的に保つため、冷却ロールの外周面は、例えば表面粗さが0.5μm以下である平滑面に維持されるように管理されている。
すなわち、冷却ロールの表面にFe基アモルファス合金の溶湯が吐出され、冷却ロールにて急冷凝固されて合金リボンが作製され、作製された合金リボンは、冷却ロールから剥離される。ところが、剥離後にも、冷却ロールの外周面に凝固合金の一部が残留する傾向がある。冷却ロールの外周面に残留した合金は、その後に吐出されたFe基ナノ結晶合金の溶湯に対する冷却能力を損ないやすい。つまり、一般にアモルファス合金はCu合金より熱伝導率が低いため、残留したアモルファス合金が外周面に凸状に存在すると、冷却ロールの外周面に新たに吐出された溶湯に対する冷却効率が低下し、結果、作製される合金リボンが脆くなり、場合によっては冷却凝固後にアモルファス状態が保てず、一部結晶化してしまう場合がある。また、冷却面の平坦性に劣る合金リボンしか得られない場合もある。
本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、広幅(好ましくは幅長70mm以上;以下同じ)で磁気特性に優れたFe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボンを提供することにある。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、広幅で磁気特性に優れたFe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボンの製造方法を提供することにある。
<1> 冷却ロールの表面に付与された溶湯の冷却体である、Fe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボンであって、
冷却面であるリボン表面のリボン幅方向中央部の0.647mm×0.647mmの領域に深さ1μm以上の凹部を有し、前記深さ1μm以上の凹部の最大面積が3000μm2以下である、Fe基アモルファス合金リボンである。
<2> 前記領域における、深さ1μm以上であり、かつ、面積が100μm2以上である凹部の面積率が、1%以上10%未満である前記<1>に記載のFe基アモルファス合金リボンである。
<3> 前記面積率が、1%以上5%未満である前記<2>に記載のFe基アモルファス合金リボンである。
<4> 前記凹部の最大面積が、2500μm2以下である前記<1>~前記<3>のいずれか1つに記載のFe基アモルファス合金リボンである。
<5> 全個数に対して60%以上の前記凹部が、下記の式1を満たす前記<1>~前記<4>のいずれか1つに記載のFe基アモルファス合金リボンである。
下記式1において、Lは、凹部の鋳造方向における長さを表し、Wは、凹部の鋳造方向と直交するリボン幅方向における幅長を表す。
0.6≦L/W≦1.8 ・・・式1
<6> 全個数に対して30%以上の前記凹部が、下記の式2を満たす前記<5>に記載のFe基アモルファス合金リボンである。
0.6≦L/W≦1.2 ・・・式2
<7> リボン幅の長さが、70mm以上250mm以下である前記<1>~前記<6>のいずれか1つに記載のFe基アモルファス合金リボンである。
(1)前記研磨ブラシロールのブラシ毛の組成:ポリアミド樹脂及び無機研磨砥粒を含有
(2)前記無機研磨砥粒の粒径:60μm~90μm
(3)前記ブラシ毛の長手方向と直交する断面の形状:直径0.7mm以上1.0mm以下の円形状
(4)前記冷却ロールに対する前記研磨ブラシロールの相対回転速度:10m/秒以上23m/秒以下
(5)前記ブラシ毛の先端部の回転方向と前記冷却ロールの回転方向とのなす角度θ:5°以上30°以下
(6)溶湯を付与する際の圧力(溶湯の吐出圧力):20kPa以上30kPa以下
<9> 前記研磨ブラシロールは、更に、下記の条件(7)~(8)を満たす前記<8>に記載のFe基アモルファス合金リボンの製造方法である。
(7)前記研磨ブラシロールのロール径:直径120mm以上300mm以下
(8)ブラシ毛の先端部におけるブラシ毛密度:0.2本/mm2以上0.45本/mm2以下
<10> 前記ポリアミド樹脂がナイロンである前記<8>又は前記<9>に記載のFe基アモルファス合金リボンの製造方法である。
<11> 前記ポリアミド樹脂の含有量に対する前記無機研磨砥粒の含有量の比が、質量基準で10/90~40/60である前記<8>~前記<10>のいずれか1つに記載のFe基アモルファス合金リボンの製造方法である。
また、本発明の他の実施形態によれば、広幅で磁気特性に優れたFe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボンの製造方法が提供される。
また、本明細書中の「工程」の用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば本用語に含まれる。
また、本明細書中において、Fe基アモルファス合金とは、含有される金属元素の中で含有量(原子%)が最も多い元素がFe(鉄)であるアモルファス合金を指す。
本開示に係るFe基アモルファス合金リボン(以下、単に「合金リボン」又は「リボン」ともいう。)は、製造時に冷却ロールの表面に付与された溶湯の冷却体であり、冷却ロールで冷却された冷却面であるリボン表面のリボン幅方向中央部の0.647mm×0.647mmの領域に、深さ1μm以上の凹部を有し、深さ1μm以上の凹部の最大面積を3000μm2以下としたものである。
上記の事情に鑑みて、本発明の一実施形態のFe基アモルファス合金リボンでは、冷却ロールへの濡れ性が低く、広幅なリボン形態であっても、冷却ロールで急冷凝固される際に容易に剥離しにくい密着性を付与し、冷却時の急冷速度を維持する。そして、冷却面であるリボン表面のリボン幅方向中央部の0.647mm×0.647mmの領域に存在する深さ1μm以上の凹部の最大面積が3000μm2以下であるものとする。
深さ1μm以上で、かつ、最大面積3000μm2以下である凹部の形成は、研磨ブラシロールの条件を適正に選択することで行うことができる。研磨ブラシロールの条件の選択により、冷却ロールの外周面に、ロール回転方向の直線的な研磨傷ではなく、ロール回転方向に対して傾斜した研磨傷を形成することができる。ロール回転方向の研磨傷の存在する場合では、細長い凹部(エアポケットという。ここで、エアとは、雰囲気ガスを意味し、ガスポケットともいう。)しか得られないのに対し、傾斜した研磨傷が存在する場合では、リボン表面に細かく分散された複数の凹部(エアポケット)が得られる。これにより、深さ1μm以上で、かつ、最大面積3000μm2以下である凹部とすることができる。
また、冷却ロールの外周面に、ロール回転方向の直線的な研磨傷ではなく、ロール回転方向に対して傾斜した研磨傷を形成することにより、ロール表面へ溶湯付与時に、溶湯が研磨傷に入り込んで凝固する際、剥離を防ぐために適したアンカー効果が得られる。
また、溶湯とロール表面との間にエアが取り込まれるが、凹部(エアポケット)は細かく分散して存在するので、凹部(エアポケット)の存在で生じやすい溶湯の冷却速度の低下が抑えられている。
本開示に係るFe基アモルファス合金リボンでは、ロール面の回転方向に対して傾斜した研磨傷の存在により、凝固前に研磨傷に入り込んだ溶湯による、リボン幅方向の収縮応力で生じ得る剥離しようとする応力に対するアンカー効果が働き、剥離(遊離)が抑制されるものと推定される。
リボン表面には複数の凹部(エアポケット)が存在していてもよいが、リボンの冷却時における冷却速度はリボン幅方向中央部で最も低下しやすいと考えられるため、リボン幅方向中央部の0.647mm×0.647mmの領域(以下、「特定領域」ともいう。)に存在する凹部(エアポケット)において、最大面積を上記範囲に調整できていればよい。
ここで、リボン幅方向中央部とは、リボン幅方向の中央を含む、リボン幅の10%の幅の領域である。
凹部(エアポケット)の有無、並びに、凹部(エアポケット)の長さL、幅長W、深さ、及び凹部(エアポケット)の面積は、高分解能レーザー顕微鏡OLS4100(オリンパス株式会社製)を用いて測定されるものである。
また、工業的生産性を確保のために、深さ1μm以上の凹部(エアポケット)の最大面積は、100μm2以上が好ましい。
面積が100μm2以上である凹部(エアポケット)の合計の面積率が8%未満であると、凹部に入り込んだエア(エアポケット)に起因する冷却速度の低下が抑えられ、磁気特性を良好に保ちやすい。また、面積が100μm2以上である凹部(エアポケット)の面積率が1%以上であると、工業的生産性を確保できる。
式1を満たす凹部(エアポケット)の、全ての凹部(エアポケット)の個数に対する比率は、70%以上がより好ましく、80%以上が更に好ましい。
なお、鋳造方向とは、長尺状に作製された合金リボンの長手方向を指し、リボン幅方向とは、鋳造方向と直交する短手方向を指す。
0.6≦L/W≦1.8 ・・・式1
リボンを平面視した際の凹部(エアポケット)の形状において、リボン幅方向に対する鋳造方向の長さの比が0.6以上1.8以下であると、ロール回転方向に対して傾斜した研磨傷の存在によって、鋳造時に形成される凹部(エアポケット)の大面積化が抑制され、冷却速度の低下が抑制され、磁気特性の劣化が抑制される。
式2を満たす凹部(エアポケット)の、全ての凹部(エアポケット)の個数に対する比率は、45%以上がより好ましく、55%以上が更に好ましい。
0.6≦L/W≦1.2 ・・・式2
また、合金リボンの幅長が70mm以上であると、大容量で実用的な変圧器が得られる。一方、合金リボンの幅長が220mm以下であると、合金リボンの生産性(製造適性)に優れる。
合金リボンの幅長としては、磁気特性と合金リボンの生産性(製造適性)の観点から、100mm以上250mm以下がより好ましく、140mm以上220mm以下が更に好ましい。
厚さが10μm以上であることにより、合金リボンの機械的強度が確保され、合金リボンの破断が抑制される。これにより、合金リボンの連続鋳造が可能となる。合金リボンの厚さは、12μm以上であることが好ましい。また、厚さが26μm以下であることにより、合金リボンにおいて、安定したアモルファス状態が得られる。
合金リボンの厚さは、22μm以下であることがより好ましい。
Fe基アモルファス合金は、少なくともFe(鉄)を含有するが、更に、Si(ケイ素)及びB(ホウ素)を含有することが好ましく、より好ましくは、Fe、Si及びBに加え、更に、銅(Cu)及びニオブ(Nb)を含有するものである。Fe基アモルファス合金は、更に、合金溶湯の原料となる純鉄等に含まれる元素である、C(炭素)を含んでいてもよい。なお、ニオブ(Nb)はモリブデン(Mo)又はバナジウム(V)に置換可能であり、鉄(Fe)の一部をニッケル(Ni)又はコバルト(Co)に置換できる。
Fe基アモルファス合金としては、Fe、Si、B、Cu、Nb、C及び不可避不純物の総含有量を100原子%としたときに、Feの含有量が72原子%~84原子%であり、Siの含有量が2原子%~20原子%であり、Bの含有量が5原子%~14原子%であり、Cuの含有量が0.2原子%~2原子%であり、Nbの含有量が0.1原子%~5原子%であり、C(炭素)の含有量が0.5原子%以下であり、残部が不純物からなるFe基アモルファス合金が挙げられる。
上記Feの含有量が72原子%以上であると、合金リボンの飽和磁束密度がより高くなるので、合金リボンを用いて製造される磁心のサイズの増加又は重量の増加がより抑制される。合金リボンを用いて製造される磁心の形状は、図4に示す円形状でもよいし、径方向内側空洞部分に成形用の治具(心材)を用いて、略矩形状又はレーストラック形状にすることができる。
上記Feの含有量が84原子%以下であると、合金のキュリー点の低下及び結晶化温度の低下がより抑制されるので、磁心の磁気特性の安定性がより向上する。
また、上記C(炭素)の含有量が0.5原子%以下であると、合金リボンの脆化がより抑制される。
上記C(炭素)の含有量としては、0.1原子%~0.5原子%が好ましい。より好ましいC(炭素)の含有量としては、0.15原子%~0.35原子%である。
上記C(炭素)の含有量が0.1原子%以上であると、合金溶湯及び合金リボンの生産性に優れる。
(a)Fe、Si、B、Cu、Nb、C及び不可避不純物の総含有量を100原子%とした場合に、Siの含有量が12原子%~18原子%であり、Bの含有量が5原子%~10原子%であり、Cuの含有量が0.8原子%~1.2原子%であり、Nbの含有量が2.0原子%~4.0原子%であり、Cの含有量が0.1原子%~0.5原子%であり、残部がFe及び不可避不純物からなるFe基アモルファス合金;
(b)Fe、Si、B、Cu、Nb、C及び不可避不純物の総含有量を100原子%とした場合に、Siの含有量が14原子%~16原子%であり、Bの含有量が6原子%~9原子%であり、Cuの含有量が0.9原子%~1.1原子%であり、Nbの含有量が2.5原子%~3.5原子%であり、Cの含有量が0.15原子%~0.35原子%であり、残部がFe及び不可避不純物からなるFe基アモルファス合金
である。
本開示に係る、Fe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボンの製造方法(以下、単に「Fe基アモルファス合金リボンの製造方法」ともいう。)は、冷却ロールの表面に、前記冷却ロールを下記の条件(1)~(6)を満たす研磨ブラシロールで連続的に研磨しながら、溶湯を付与する工程を有している。
(1)研磨ブラシロールのブラシ毛の組成:無機研磨砥粒/ポリアミド樹脂=30質量%/70質量%
(2)前記無機研磨砥粒の粒径:60μm~90μm
(3)研磨ブラシロールのブラシ毛の長手方向と直交する断面の形状:直径0.7mm以上1.0mm以下の円形状
(4)前記冷却ロールに対する前記研磨ブラシロールの相対速度:10m/秒以上23m/秒以下
(5)前記ブラシ毛の先端部の回転方向と前記冷却ロールの回転方向とのなす角度θ:5°以上30°以下
(6)溶湯を付与する際の圧力:20kPa以上30kPa以下
まず、研磨ブラシロールについて説明する。
研磨ブラシロールとしては、ロール軸部材と、多数のブラシ毛からなりロール軸部材の周囲に配置された研磨ブラシと、を有する研磨ブラシロール(例えば、図1の研磨ブラシロール60)を用いることが好ましい。
研磨ブラシを構成するブラシ毛は、ポリアミド樹脂を含有する。
ブラシ毛がポリアミド樹脂を含有することにより、冷却ロールの外周面に深い研磨傷が生じにくく、ブラシ毛の接触のさせ方によって冷却ロールの外周面に形成する研磨傷を選択することができる。これにより、合金リボンの冷却ロールからの剥離(遊離)を抑制することができる。
ポリアミド樹脂の例としては、6ナイロン、612ナイロン、66ナイロン等のナイロン樹脂が挙げられる。
ブラシ毛は、上記ポリアミド樹脂に加え、無機研磨砥粒を含有する。
ブラシ毛が無機研磨砥粒を含有することにより、冷却ロールの外周面に対する研磨能力がより向上する。このため、合金リボンのアンカー効果を得るのに適した形状の研磨傷の形成を行いやすい。
上記の条件(2)に関して、無機研磨砥粒の粒径は、40μm~120μmが好ましく、60μm~90μmがより好ましい。
ここで、「無機研磨砥粒の粒径」とは、無機研磨砥粒の粒子が通過できる篩(ふるい)のメッシュの目開きの大きさを表す。例えば、「無機研磨砥粒の粒径が60μm~90μmである」とは、無機研磨砥粒が、目開き90μmのメッシュを通過し、かつ、目開き60μmのメッシュを通過しないことを表す。
無機研磨砥粒の含有量が40質量%以下であると、合金溶湯への研磨砥粒の混入がより抑制され、研磨砥粒に起因する合金リボンの欠陥が抑制される。無機研磨砥粒の含有量が10質量%以上であると、冷却ロールの外周面の研磨傷の調節が行いやすい。
ブラシ毛の密度が0.2本/mm2以上であると、冷却ロールの外周面に対する研磨能力がより向上し、外周面に微小な研磨傷を形成し易い。また、ブラシ毛密度が0.45本/mm2以下であると、研磨時の摩擦熱の放熱性に優れる。
なお、研磨ブラシロールの軸方向長さについては、製造する合金リボンの幅に合わせて適宜設定することができる。
次に、冷却ロールの外周面の研磨条件について説明する。
上記の条件(4)に関して、冷却ロールに対する研磨ブラシロールの相対速度は、10m/秒以上23m/秒以下である。
相対速度が10m/秒以上であると、冷却ロールの外周面に対する研磨能力がより向上し、研磨により外周面に微小な凹凸を形成し易くなる。また、相対速度が23m/秒以下であると、研磨時の摩擦熱低減の点で有利である。
相対速度としては、12m/秒~23m/秒がより好ましく、13m/秒~20m/秒が更に好ましい。
一方、冷却ロールに対する研磨ブラシロールの相対速度は、研磨ブラシロールの回転方向と、冷却ロールの回転方向と、が同一方向である場合、研磨ブラシロールの回転速度(絶対値)と冷却ロールの回転速度(絶対値)との合計を意味する。
例えば図2~図3に示すように冷却ロールと研磨ブラシロールとが配置されていてもよい。すなわち、冷却ロール30と研磨ブラシロール60とは、互いの回転方向が角度θをなす位置関係で配置されている。この場合、研磨ブラシロール60は、冷却ロール30の回転方向Pに対して、研磨ブラシロールの外周に沿って付設されているブラシ毛の先端部の回転方向Rが、角度θをなし、角度θを5°以上30°以下に調節されている。
ここで、ブラシ毛の先端部の回転方向Rは、例えば図3のように、円盤状の研磨ブラシロールの円形の主面を含む平面の面方向を指す。
研磨ブラシロールのブラシ毛の先端部の回転方向Rと冷却ロールの回転方向とのなす角度(図2~図3中の角度θ)としては、10°以上25°以下が好ましく、12°以上20°以下がより好ましい。
従来、研磨ブラシロールの回転方向(図3中の矢印方向A)は、冷却ロールの回転方向Pと平行であるのが通常であったが、本発明の一実施形態のように、冷却ロールの回転方向Pと平行な矢印方向Aから研磨ブラシロールの回転方向を角度θ傾斜させた場合、冷却ロールの表面と接触しない状態では、ブラシ毛の先端の動きはブラシロール軸の回転方向と同一であるが、冷却ロールとブラシ毛の先端部とが接した状態では、ブラシ毛は、ブラシ毛の先端部の回転方向Rと、冷却ロールの回転方向Pと、がなす角度θを中心とした角度で回転方向Pに対して傾斜した研磨傷が冷却ロールの表面に形成する。
そして、本開示のFe基アモルファス合金リボンの製造方法では、合金リボンが鋳造される冷却ロールの外周面の任意の位置での鉛直方向(時間に対して一定方向)に対して、略直線形状のブラシ毛の長手方向が、一致せず、また、平行ともならず、前記鉛直方向とブラシ毛の長手方向とは角度(5°以上30°以下の範囲の角度)をなし、かつ、この角度は周期的に時間変化させることができる。より詳細に説明すると、冷却ロールからみた場合、研磨ブラシロールの回転速度に応じて、研磨ブラシロールの回転方向を±θの角度範囲で周期的に傾斜を変化させることができる。
なお、周期的に時間変化するため、前記鉛直方向とブラシ毛の長手方向とが一時的に一致したり平行になること場合があることは許容される。
溶湯の吐出圧力が20kPa以上であると、凹部(エアポケット)の形成が抑制され、より効率良く冷却が行える。これにより、合金組織に粗大な結晶粒が生成しにくく、良好な磁気特性(B800)が得られる。また、溶湯の吐出圧力が30kPa以下であると、パドル(溶湯溜まり)の形状が安定し、安定した鋳造が可能となる点で有利である。
図1は、単ロール法によるFe基アモルファス合金リボン製造装置の一例を概念的に示す概略断面図であり、合金リボン製造装置を、冷却ロール30の軸方向及び合金リボンの幅方向に対して垂直な面で切断した場合の切断面を示している。ここで、合金リボン22Cは、本発明の一実施形態のFe基アモルファス合金リボンの一例である。また、冷却ロール30の軸方向と合金リボン22Cの幅方向とは同一方向である。
坩堝20の周囲の少なくとも一部には、加熱手段としての高周波コイル40が配置されている。これにより、合金リボンの母合金が収容された状態の坩堝20を加熱して坩堝20内で合金溶湯22Aを生成したり、外部から坩堝20に供給された合金溶湯22Aの液体状態を維持できるようになっている。
この開口部は、矩形(スリット形状)の開口部とすることが好適である。
冷却ロール30の内部には水等の冷却媒体が流通されており、冷却ロール30の外周面に形成された合金溶湯の塗膜を冷却できるようになっている。合金溶湯の塗膜を冷却することにより、合金リボン22C(Fe基アモルファス合金リボン)が生成される。
冷却ロール30の材質としては、Cu及びCu合金(Cu-Be合金、Cu-Cr合金、Cu-Zr合金、Cu-Cr-Zr合金、Cu-Ni合金、Cu-Ni-Si合金、Cu-Ni-Si-Cr合金、Cu-Zn合金、Cu-Sn合金、Cu-Ti合金等)が挙げられ、熱伝導性が高い点で、Cu合金が好ましく、Cu-Be合金、Cu-Cr-Zr合金、Cu-Ni合金、Cu-Ni-Si合金、又はCu-Ni-Si-Cr合金がより好ましい。
冷却ロール30外周面の表面粗さには特に限定はないが、冷却ロール30外周面の算術平均粗さ(Ra)は、0.1μm~0.5μmが好ましく、0.1μm~0.3μmがより好ましい。冷却ロール30外周面の算術平均粗さRaが0.5μm以下であると、合金リボンを用いて変圧器を製造する際の占積率がより向上する。冷却ロール30外周面の算術平均粗さRaが0.1μm以上であると、Raの調整がより容易である。
算術平均粗さRaは、JIS B 0601:2001に準拠して測定された表面粗さを指す。
冷却ロール30の直径は、冷却能の観点から、200mm~1000mmが好ましく、300mm~800mmがより好ましい。
また、冷却ロール30の回転速度は、単ロール法において通常設定される範囲とすることができるが、周速10m/s~40m/sが好ましく、周速20m/s~30m/sがより好ましい。
本一例では、剥離ガスノズル50から、冷却ロール30の回転方向Pとは逆向き(図1中の破線の矢印の方向)に剥離ガスを吹きつけることによって、冷却ロール30から合金リボン22Cを剥離する。剥離ガスとしては、例えば、窒素ガスや圧縮空気等の高圧ガスを用いることができる。
研磨ブラシロール60は、ロール軸部材61と、ロール軸部材61の周囲に配置された研磨ブラシ62と、を含む。研磨ブラシ62は、多数のブラシ毛から構成される。
研磨ブラシロール60は、回転方向Rの方向に軸回転することにより、その研磨ブラシ62のブラシ毛によって冷却ロール30の外周面を研磨する。
上記研磨手段(例えば研磨ブラシロール60)による研磨の目的は、必ずしも冷却ロールの外周面を削ることには限定されず、冷却ロールの外周面に残留した残留物を除去することも含まれる。研磨の目的は、下記の第1の目的及び第2の目的の少なくとも一方であることが好ましい。
第2の目的は、合金リボン剥離後の冷却ロール外周面に残留した残留物(合金)を除去することである。冷却ロール外周面に吐出された合金溶湯は、急速に冷却されて合金リボンを形成し、その後、冷却ロール外周面から剥離される。このとき、合金リボンの材質である合金の一部が、冷却ロール外周面から剥離されずに残留物として残留し、この残留物が冷却ロール外周面に固着して凸部を形成する場合がある。合金リボンの鋳造は連続して行われるため、上記残留物による凸部が形成された冷却ロール外周面に対し、再度合金溶湯が吐出される。その結果、製造される合金リボンのロール面において、上記凸部に対応する位置に凹部が形成され、合金リボンのロール面の平滑性が劣化する場合がある。また、上記凸部を構成する残留物(合金)の熱伝導性が冷却ロール外周面(例えばCu合金)の熱伝導性よりも低い場合には、上記凸部において、冷却ロールによる急冷特性が局所的に劣化し、合金リボンの磁気特性が低下するおそれがある。合金リボン剥離後の冷却ロール外周面に上記残留物が残留した場合においても、上記研磨により、上記残留物を除去することができる。その結果、上記残留物に起因する、合金リボンのロール面の平滑性の劣化を抑制できる。また、上記残留物に起因する、合金リボンの磁気特性の低下を抑制できる。
研磨ブラシロールの回転方向と冷却ロールの回転方向とが反対方向である場合、両者の接触部分では、冷却ロールの外周面の特定の地点と、研磨ブラシロールの特定のブラシ毛と、が同一方向に移動する。
本実施形態は、この一例とは異なり、研磨ブラシロールの回転方向と冷却ロールの回転方向とが同一方向であってもよい。研磨ブラシロールの回転方向と冷却ロールの回転方向とが同一方向である場合、両者の接触部分では、冷却ロールの外周面の特定の地点と、研磨ブラシロールの特定のブラシ毛と、が反対方向に移動する。
その他、合金リボン製造装置100の基本的な構成は、従来の単ロール法によるアモルファス合金リボン製造装置(例えば、国際公開第2012/102379号、特許第3494371号公報、特許第3594123号公報、特許第4244123号公報、特許第4529106号公報等参照)と同様の構成とすることができる。
まず、坩堝20に、合金リボン22Cの原料となる合金溶湯22Aを準備する。合金溶湯22Aの温度は、合金の組成を考慮して適宜設定されるが、例えば1210℃~1410℃、好ましくは1280℃~1400℃である。
次に、回転方向Pに軸回転する冷却ロール30の外周面に、溶湯ノズル10によって合金溶湯を吐出し、パドル22Bを形成しながら合金溶湯による塗膜を形成する。形成された塗膜を冷却ロール30の外周面で冷却し、外周面上に合金リボン22Cを形成する。次に、冷却ロール30の外周面に形成された合金リボン22Cを、剥離ガスノズル50からの剥離ガスの吹きつけによって冷却ロール30の外周面から剥離し、不図示の巻き取りロールによってロール状に巻き取って回収する。
一方、合金リボン22Cが剥離した後の冷却ロール30の外周面は、回転方向Rに軸回転する研磨ブラシロール60の研磨ブラシ62によって研磨される。研磨された冷却ロール30の外周面に対し、再び合金溶湯が吐出される。
以上の動作が繰り返されることにより、長尺状の合金リボン22Cが連続的に製造(鋳造)される。
<Fe基アモルファス合金リボンの作製>
図1に示す合金リボン製造装置100と同様の合金リボン製造装置を準備した。
冷却ロールとしては、外周面の材質がCu-Ni合金であり、直径が400mmであり、外周面の算術平均粗さRaが0.3μmである冷却ロールを用いた。研磨ブラシロールについては後記する。
原子%の数値は、溶湯から合金の一部を採取して、ICP発光分光分析法により測定された量である。
上記鋳造は、冷却ロール外周面を研磨ブラシロールの研磨ブラシ(ブラシ毛)によって研磨しながら行った。研磨は、図2~図3に示すように、冷却ロールの回転方向Pが研磨ブラシロールの回転方向Rに対して角度θの傾斜をもって配置された研磨ブラシロールのブラシ毛を、冷却ロール外周面に接触させて行った。合金溶湯は、研磨された冷却ロールの外周面に対して吐出し、幅長142mmのFe基アモルファス合金リボンを作製した(図1参照)。
-鋳造条件-
合金溶湯温度:1300℃
冷却ロールの周速:25m/s
合金溶湯の吐出圧力:20kPa~30kPaの範囲内で調整
溶湯ノズル先端と冷却ロールの外周面との距離(ギャップ):0.15mm~0.35mmの範囲内で調整
(1)ブラシ毛の組成:樹脂である612ナイロン(70質量%)及び無機研磨砥粒である炭化ケイ素(30質量%)を含む
(2)ブラシ毛(研磨ブラシ)中の炭化ケイ素の粒径:60μm~90μm
(3)ブラシ毛の長手方向と直交する断面の形状:直径0.8mmの円形状
(4)冷却ロールに対する研磨ブラシの相対速度:11m/s~23m/sの範囲で調整
(5)ブラシ毛の先端部の回転方向と前記冷却ロールの回転方向とのなす角度θ:15°
研磨ブラシロールの回転方向と冷却ロールの回転方向との関係:反対方向
(接触部分では、冷却ロールの外周面の特定の地点とブラシ毛とが同一方向に移動)
(6)研磨ブラシロールのロール径(直径):150mm
研磨ブラシロールの軸方向の長さ:300mm
(7)ブラシ毛の先端部におけるブラシ毛密度:0.27本/mm2
実施例1において、溶湯の吐出圧力を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、幅長142mmのFe基アモルファス合金リボンを作製した。
実施例1において、溶湯の吐出圧力を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、幅長142mmのFe基アモルファス合金リボンを作製した。
実施例1において、ブラシ毛の先端部の回転方向と前記冷却ロールの回転方向とのなす角度θを15°から0°に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、幅長142mmのFe基アモルファス合金リボンを作製した。
実施例4において、ブラシ毛の先端部の回転方向と前記冷却ロールの回転方向とのなす角度θを15°から0°に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、幅長142mmのFe基アモルファス合金リボンを作製した。
冷却ロールで急冷凝固された合金リボンを巻き取り、Fe基アモルファス合金リボンを作製した。作製したFe基アモルファス合金リボンの冷却面(冷却ロール接触面)の幅方向中央部における0.647mm×0.647mmの領域に存在する凹部(エアポケット)を、高分解能レーザー顕微鏡OLS4100(オリンパス株式会社製)を用いて測定した。測定の結果、いずれのFe基アモルファス合金リボンも、深さ1μm以上の凹部(エアポケット)を有していることを確認した。更に、凹部(エアポケット)の長さL、幅長W及び深さ、深さ1μm以上の凹部(エアポケット)の最大面積、並びに面積率を求めた。
また、実施例1の合金リボンの走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図5に、比較例1の合金リボンのSEM写真を図6に示す。
上記で作製した幅142mmのFe基アモルファス合金リボンを、幅方向両端部を5mmを除いて、幅33mmに切断(スリット)し、4枚を重ねた4重のリボンとした。その後、図4に示すように、合金リボンを、外径19mm及び内径15mmのサイズになるように巻き回し、トロイダル形状の巻き回体とした。最外周部分は、最外周リボン端部から約1~2mmの位置に、幅方向で1、2箇所をスポット溶接により固定した。得られた巻き回体をナノ結晶化させるため、以下の熱処理を行い、磁心を作製した。
熱処理は、窒素雰囲気中で室温(例えば20℃)から550℃まで4時間かけて昇温し、550℃で20分保持した後、2時間かけて100℃以下まで冷却した。
上記のようにして作製した磁心をプラスチック製の収納ケースに収納した後、収納ケースの外側に直径0.5mmの絶縁被覆導線を一次巻線10ターン、二次巻線10ターンを巻き、直流磁化測定装置SK110(メトロン技研株式会社製)を用いて、磁場強度800A/mでの磁束密度B800(T)を求めた。結果を下記表1に示す。
実施例1~5では、幅長が70mm以上の広幅なリボンでありながら、磁束密度B800が、幅長が50mm~60mmの従来より用いられている狭幅なリボンで作製された磁心に対して遜色のない同等の結果が得られた。
また、比較例1の合金リボンでは、図6に示すように、表面に細長い凹部(エアポケットを称する)が形成されている状態がみられるのに対して、実施例1の合金リボンの表面を示す図5では、表面に散在した複数の凹部(エアポケット)が形成されていることがわかる。
実施例では、凹部の面積が小さく、また面積率が小さいため、磁気特性B800が優れている。
他方、比較例でB800の値が低いのは、上記凹部(エアポケット)部分での冷却が不十分となり、合金組織の一部に粗大な結晶粒が生成し、磁気特性B800を劣化させていると推測される。この点において、冷却ロールで鋳造した後の合金リボンが安定したアモルファス(非晶質)である実施例と異なる。
なお、粗大結晶粒による磁気特性の劣化は、ナノ結晶化のための熱処理によっても改善されない。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (11)
- 冷却ロールの表面に付与された溶湯の冷却体である、Fe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボンであって、
冷却面であるリボン表面のリボン幅方向中央部の0.647mm×0.647mmの領域に深さ1μm以上の凹部を有し、前記深さ1μm以上の凹部の最大面積が3000μm2以下である、Fe基アモルファス合金リボン。 - 前記領域における、深さ1μm以上であり、かつ、面積が100μm2以上である凹部の面積率が、1%以上10%未満である請求項1に記載のFe基アモルファス合金リボン。
- 前記面積率が、1%以上5%未満である請求項2に記載のFe基アモルファス合金リボン。
- 前記凹部の最大面積が、2500μm2以下である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のFe基アモルファス合金リボン。
- 全個数に対して60%以上の前記凹部が、下記の式1を満たす請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のFe基アモルファス合金リボン。
0.6≦L/W≦1.8 ・・・式1
式1中、Lは、凹部の鋳造方向における長さを表し、Wは、凹部の鋳造方向と直交するリボン幅方向における幅長を表す。 - 全個数に対して30%以上の前記凹部が、下記の式2を満たす請求項5に記載のFe基アモルファス合金リボン。
0.6≦L/W≦1.2 ・・・式2 - リボン幅の長さが、70mm以上250mm以下である請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のFe基アモルファス合金リボン。
- 冷却ロールの表面に、前記冷却ロールを下記の条件(1)~(6)を満たす研磨ブラシロールで連続的に研磨しながら、溶湯を付与する工程を有する、Fe基ナノ結晶合金用のFe基アモルファス合金リボンの製造方法。
(1)前記研磨ブラシロールのブラシ毛の組成:ポリアミド樹脂及び無機研磨砥粒を含有
(2)前記無機研磨砥粒の粒径:60μm~90μm
(3)前記ブラシ毛の長手方向と直交する断面の形状:直径0.7mm以上1.0mm以下の円形状
(4)前記冷却ロールに対する前記研磨ブラシロールの相対回転速度:10m/秒以上23m/秒以下
(5)前記ブラシ毛の先端部の回転方向と前記冷却ロールの回転方向とのなす角度θ:5°以上30°以下
(6)溶湯を付与する際の圧力:20kPa以上30kPa以下 - 前記研磨ブラシロールは、更に、下記の条件(7)~(8)を満たす請求項8に記載のFe基アモルファス合金リボンの製造方法。
(7)前記研磨ブラシロールのロール径:直径120mm以上300mm以下
(8)ブラシ毛の先端部におけるブラシ毛密度:0.2本/mm2以上0.45本/mm2以下 - 前記ポリアミド樹脂がナイロンである請求項8又は請求項9に記載のFe基アモルファス合金リボンの製造方法。
- 前記ポリアミド樹脂の含有量に対する前記無機研磨砥粒の含有量の比が、質量基準で10/90~40/60である請求項8~請求項10のいずれか1項に記載のFe基アモルファス合金リボンの製造方法。
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