軟磁性合金及使用該軟磁性合金的磁氣部件以及它們的制造方法
【專利摘要】含有P、B、Cu為必需成分的軟磁性合金。優選例是Fe基合金，具有下述組成：含有70原子%以上的Fe、5～25原子%的B、1.5原子%以下的Cu（不包括0）、10原子%以下（不包括0）的P。
【專利說明】軟磁性合金及使用該軟磁性合金的磁氣部件以及它們的制造方法
[0001]本申請是申請號:200880008743.6,申請日:2008.03.19，發明名稱:“軟磁性合金及使用該軟磁性合金的磁氣部件以及它們的制造方法”的申請的分案申請 。
【技術領域】
[0002]本發明涉及軟磁性粉末或軟磁性薄帶等軟磁性合金及使用其的磁芯或感應器、以及它們的制造方法。
【背景技術】
[0003]近年，由于需要便攜設備的發展或地球溫暖化所帶來的環境負荷小的設備，所以比以往更強烈地要求電子設備的小型化、節能化。因此，用于變壓器、抗流圈等電子設備的磁性電子部件也比以往更強烈地要求小型化、高頻、高效、薄化等。作為上述磁性電子部件的材料，迄今為止大多使用Mn - Zn、Ni 一 Zn鐵素體等。但是，現在，開始換成用樹脂等實施了絕緣的飽和磁通密度高的金屬磁性材料的層疊磁芯、線束磁芯(wound cores)、壓粉磁芯(dust cores)。其中,壓粉磁芯是將磁性粉末與承擔絕緣、結合作用的結合劑(粘接劑)結合而成型為部件形狀的磁芯，由于可以容易地成型為三維形狀，所以用于廣范圍用途的可能性聞而受到關注。
[0004]作為磁芯的材料，例如可以舉出飽和磁通密度較高的Fe、Fe — Si,Fe - S1- Cr。另外，可以舉出磁致伸縮或結晶磁各向異性小、軟磁特性優異的透磁合金(N1- Fe系合金)或Sendust (注冊商標、Fe — Si — Al合金)。但是,上述材料具有下述問題。首先，Fe、Fe - Si,Fe 一 Si — Cr雖然飽和磁通密度比其他磁芯材料優異，但軟磁特性差。透磁合金和Sendust (注冊商標)雖然軟磁特性比其他磁芯材料優異,但是與Fe或Fe — Si相比時，飽和磁通密度為一半。
[0005]另一方面，最近，非晶質軟磁性材料受到關注。作為這種非晶質軟磁性材料，有Fe基、Co基的非晶質材料。由于Fe基的非晶質材料沒有結晶磁各向異性，所以與其他磁芯材料相比是低鐵耗的材料，但非晶質形成能力低，只限于利用單輥液體驟冷法等制作的厚度為20~30 μ m的薄帶等。Co基的非晶質材料存在零磁致伸縮組成,具有比其他磁芯材料優異的軟磁特性，但飽和磁通密度比鐵素體低，并且由于昂貴的Co是主成分，所以具有不適合商業材料等缺點。另外，關于非晶質形成能力優異的Fe — Al — Ga — P — C 一 B — Si(專利文獻1、2)和(Fe、Co) - S1- B - Nb (非專利文獻I)等金屬玻璃合金，近年報告有Fe含量低，所以飽和磁通密度較大降低至1.2T左右。另外，與Co基的非晶質材料相同，工業上不適合使用Ga或Co等高價格的原料。
[0006]另外，作為低頑磁力、聞透磁率的磁芯材料，關注了 Fe — Cu — Nb — Si — B (非專利文獻2、3、專利文獻3、4)和Fe — (Zr,Hf,Nb) — B (非專利文獻4、專利文獻5),Fe —Al-S1-Nb-B (非專利文獻5)之類納米結晶材料。納米結晶材料是使非晶質組織中析出數nm~數IOnm左右的納米結晶的材料,磁致伸縮比現有的Fe基非晶質材料小,其中也存在飽和磁通密度高的材料。此處，納米結晶材料由于從非晶質狀態通過熱處理析出納米結晶，所以具有較高的非晶質形成能力，雖然必須為可以析出納米結晶的組成，但含有上述組成的納米結晶材料通常非晶質形成能力低。
[0007]因此，用單輥液體驟冷法只能制作厚度為20 μ m左右的薄帶，另外，用冷卻速度較慢的水噴霧法等制法無法直接制作粉末。當然，雖然能將薄帶粉碎來制作粉末，但由于追加粉碎的工序，所以壓粉磁芯的制造效率降低。另外，由于粉碎中難以控制粉末粒徑，并且粉末不是球狀，所以也難以提高成形性和磁特性。雖然還報告了能直接制作粉末的納米結晶材料(專利文獻4)，但由實施例的組成明確可知，該納米結晶材料由于使Fe含量小于現有的納米結晶材料，使B含量較多，由此提高非晶質形成能力，所以明顯飽和磁通密度比現有的納米結晶材料低。無論如何，現有的組成得不到具有優異的軟磁特性、具有可以直接制造粉末的程度的高非晶質形成能力、飽和磁通密度高的磁芯材料。[0008]非專利文獻I:Baolong Shen, Chuntao Chang, AkihisaInoue, “Formation, ductile deformation behavior and soft-magnetic propertiesof (Fe, Co, Ni) -B-S1-Nb bulk glassy alloys，，，Intermetallics, 2007，Volumel5, Issuel,p9
[0009]非專利文獻2:山內、吉澤、“超微細結晶粒組織*、h 4 h Fe基軟磁性合金”、日本金屬學會志、社團法人日本金屬學會、1989年2月、第53卷、第2號、p241
[0010]非專利文獻3:山內、吉澤、“Fe基超微結晶磁性材料”、日本應用磁氣學會志、社團法人日本應用磁學會、1990年、第14卷、第5號、p684
[0011]非專利文獻 4:Suzuki, Makino, Inoue, and Masumoto, “Low core lossesof nanocrystalline Fe — M — B(M = Zr, Hf, or Nb)alloys，，，Journal of AppliedPhysics, The American institute of Physics, September,1993, Volume74, Issue5, p3316
[0012]非專利文獻5:渡邊、齊藤、高橋、“Fe — Al — Si — Nb — B微結晶合金薄帶Q軟磁特性i構造”、日本應用磁學會志、社團法人日本應用磁學會、1993年、第17卷、第2號、pl91
[0013]專利文獻1:日本專利特開平09 - 320827號公報
[0014]專利文獻2:日本專利特開平11 - 071647號公報
[0015]專利文獻3:專利第2573606號公報
[0016]專利文獻4:日本專利特開2004 - 349585號公報
[0017]專利文獻5:專利第2812574號公報
【發明內容】
[0018]本發明是鑒于上述問題而得到的，其目的在于提供具有優異的軟磁特性、同時實現可以容易制作薄帶或粉末的程度的高非晶質形成能力與高飽和磁通密度的非晶質或納米結晶的軟磁性合金。
[0019]本發明人為了解決上述課題，對各種合金組成進行了潛心研究，結果發現，在含有P、B、Cu作為必需成分的Fe基合金系中限定各種組成成分時，非晶質形成能力提高，能得到作為非晶質相的軟磁性薄帶或軟磁性粉末、構件等。還發現通過在本發明的范圍內實施熱處理，可以使非晶質中析出平均粒徑為50nm以下的α — Fe結晶相(具有以Fe為主成分的bcc結構的結晶粒)。進一步發現通過使用上述非晶質或納米結晶的薄帶或粉末，能得到磁特性優異的線束磁芯或層疊磁芯、壓粉磁芯及感應器。并且，基于以上認識完成了以下的發明。
[0020]即，本發明提供一種軟磁性合金，其是使下述熔融狀態的Fe基合金組合物驟冷凝固而成的，所述Fe基合金組合物含有70原子％以上的Fe、5~25原子％的B、1.5原子％以下的Cu (不包括O)、10原子％以下(不包括O)的P。
[0021]所述軟磁性合金可以具有非晶質相，可以具有混相組織，所述混相組織主要具有非晶質相和分散在所述非晶質相中的平均粒徑為50nm以下的α — Fe的結晶相。
[0022]根據本發明，可以提供具有優異的軟磁特性和高非晶質形成能力，能析出非晶質或納米結晶的軟磁性合金。
[0023]另外，上述軟磁性合金中，可以提供使用其的薄帶或粉末、以及使用該薄帶的線束磁芯或層疊磁芯、使用粉末的壓粉磁芯等，以及使用其的感應器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 【圖1】是表示本發明實施例的軟磁性薄帶及軟磁性粉末的熱處理前X射線衍射輪廓的圖。此處，軟磁性薄帶具有Fe75.91BnP6Si7Cu0.C?的組成，軟磁性粉末具有Fe79.S1B10P2Si2Nb5Cr1Cu0.01 的組成。
[0025]【圖2(a)】是表示實施例的感應器的圖，是透視線圈的側視圖。
[0026]【圖2(b)】是表示圖2 (a)的感應器的圖，是透視線圈的側面圖。
[0027]【圖3】是實施例的感應器的直流重疊特性圖。
[0028]【圖4】是表示實施例的感應器的安裝效率的圖。
[0029]符號說明
[0030]I壓粉磁芯
[0031]2 線圈
[0032]3表面安裝用端子
【具體實施方式】
[0033]以下，詳細說明適合本發明的實施方案。
[0034]首先，說明第I實施方案的軟磁度下實施熱處理，能呈現在非晶質相中分散有平均粒徑為50nm以下的α —性合金的組成及結構。本發明人進行了各種研究，結果發現在含有P、B、Cu作為必需成分的Fe基合金組合物中，可以容易地制作為非晶質單相且具有優異的軟磁特性的薄帶或隔壁材料、粉末。還發現通過在適合該合金的溫Fe的結晶相的混相組織，進而通過使用該薄帶或粉末，能得到磁特性優異的線束磁芯、層疊磁芯、壓粉磁芯及感應器。
[0035]特別是通過限定P、B、Cu的組成成分，將Fe基合金組合物的組成限定為含有70原子％以上的Fe、5~25原子％的B、1.5原子％以下的Cu (不包括O)、10原子％以下(不包括O)的P的組成，可以容易地制作為非晶質單相且具有優異的軟磁特性的薄帶或隔壁材料、粉末。
[0036]在上述Fe基合金中，作為主成分的Fe是承擔磁性的元素，為了具有磁特性而必須。其中，Fe比例少于70原子％時，導致飽和磁通密度降低。因此，Fe比例優選為70原子％以上。
[0037]B是承擔非晶質形成的元素，為了提高非晶質形成能力而必須。其中，B比例小于5原子％時，得不到充分的非晶質形成能力。另外，B比例超過25原子％時，Fe含量相對減少，導致飽和磁通密度降低，同時因熔點急劇上升，非晶質形成能力降低等，導致難以制作薄帶或粉末。
[0038]認為Cu是必需元素，具有將納米結晶的粒徑微細化的作用。另外，通過與P同時添加，具有提高非晶質形成能力的作用。其中，Cu比例超過1.5原子％時，非晶質形成能力降低，難以直接制作粉末，所以優選為1.5原子％以下。
[0039]P是與B相同承擔非晶質形成的元素，為了提高非晶質形成能力而必須。其中，P比例超過10原子％時，承擔磁性的Fe含量相對減少，導致飽和磁通度降低，同時熱處理后析出Fe — P的化合物，是導致軟磁特性降低的原因之一。因此，P比例優選為10原子％以下。
[0040]此處,上述Fe基合金組合物具有由ΔΤχ (過冷卻液體區域)=Tx (結晶化開始溫度)一 Tg (玻璃化溫度)表示的過冷卻液體區域。所謂具有Λ Τχ，是指非晶質相穩定、非晶質形成能力高。因此，上述Fe基合金組合物即使利用冷卻速度比單輥液體驟冷法慢的水噴霧法或模具鑄造法等制作方法也可以非晶質化，可以提高非晶質形成能力。另外，通過在Tg溫度附近進行熱處理，應力完全緩和，呈現優異的軟磁特性，同時在用于析出納米結晶的熱處理中，由于通過ATx，所以粘性降低，能緩和粉末的應力。另外，為了得到更優異的非晶質形成能力、軟磁特性，優選Λ Tx為20°C以上。
[0041]上述Fe基合金組合物通過如下所述從熔融狀態驟冷而形成具有非晶質相的軟磁性合金。另外，通過將非晶質的軟磁性合金進行熱處理，能得到具有非晶質相和α — Fe的結晶相的混層組織的軟磁性合金。本發明的Fe基合金組合物是具有非晶質相或非晶質相和α — Fe的結晶相的混層組織的軟磁性合金，軟磁特性優異、低鐵耗，飽和磁通密度高。需要說明的是，α — Fe的結晶粒的平均粒徑超過50nm時，導致軟磁特性降低。因此，優選結晶粒的平均粒徑為50nm以下，更優選為30nm以下。另外，即使在驟冷狀態下析出結晶粒的情況下，結晶粒也為50nm以下即可。
[0042]下面，說明第I實施方案的Fe基合金組合物的制造方法。首先，將前面所說組成的Fe基合金熔融。然后，用單輥液體驟冷法或水噴霧法、模具鑄造法等冷卻方法將熔融的Fe基合金驟冷，制作具有非晶質相的軟磁性薄帶或軟磁性粉末、軟磁性構件。此處，對于制作的軟磁性薄帶或軟磁性粉末，通過在可以維持非晶質狀態的溫度、時間下進行熱處理，緩和內部應力，可以提高軟磁特性。另外，在可以析出結晶的溫度以上進行熱處理，在非晶質相中析出50nm以下的結晶粒。即，通過熱處理，能得到具有非晶質相和α — Fe的結晶相的混層組織的軟磁性薄帶或軟磁性粉末。此處，熱處理溫度低于300°C時，無法緩和內部應力，另外，低于400°C時，不析出α — Fe的結晶相，超過700°C時，α — Fe的結晶相的結晶粒徑超過50nm，軟磁特性降低。因此，以非晶質狀態使用時，優選在300°C~600°C的范圍下進行熱處理。另外，析出α — Fe的結晶相的結晶粒而言，即使在低溫下長期保持，也能結晶化，優選在400°C~700°C的范圍下進行熱處理。熱處理例如在真空，氬、氮等氣氛下進行，但也可以在大氣中進行。需要說明的是，熱處理時間例如為10分鐘至100分鐘左右。進而，在磁場中或應力下進行熱處理，可以調制軟磁性薄帶或軟磁性粉末的磁特性。[0043]此處，第I實施方案的Fe基合金組合物的特征在于，通過合金組成的調整、以及用于充分呈現該合金特性的從熔融狀態的驟冷凝固和熱處理而得到的非晶質單相或非晶質與50nm以下的α — Fe的結晶相的混相組織，所以作為Fe基合金組合物的制造裝置，能直接利用現有的裝置。也就是說，為了進行熱處理工序，需要能調整氣氛、能控制在300~700°C的范圍的爐，此外，能使用現有的裝置，例如為了得到母合金，能使用現有的高頻加熱裝置或電弧熔解裝置，薄帶化中能使用單輥液體驟冷裝置或雙輥裝置，粉末化中能使用水噴霧裝置、氣體噴霧裝置，隔壁構件中能使用模具鑄造裝置或噴射成形裝置等。[0044]然后，說明使用第I實施方案的Fe基合金組合物中軟磁性薄帶的線束磁芯、層疊磁芯的制造方法。首先，將熱處理前的軟磁性薄帶切成規定的寬度，卷繞成環狀，通過粘接劑或焊接固定，制成線束磁芯。另外，將熱處理前的軟磁性薄帶沖裁成規定的形狀，層疊進行使用，制成層疊磁芯。作為層疊間的結合材料，可以使用具有絕緣或粘接功能的樹脂。然后，說明使用第I實施方案的Fe基合金組合物中軟磁性粉末的壓粉磁芯的制造方法。首先，將熱處理前的軟磁性粉末(具有非晶質相的軟磁性粉末)與結合劑結合，制作混合物。然后，將混合物用加壓機成型為所希望的形狀，制作成型體。最后，對成型體進行熱處理，完成壓粉磁芯。作為用于線束磁芯、層疊磁芯、壓粉磁芯的結合材料，使用熱固化性高分子，可以根據用途或所需的耐熱性適當選擇。作為例子，可以舉出環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹月旨、二甲苯樹脂、苯二甲酸二烯丙酯樹脂、硅酮樹脂、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺等，當然但并不限定于此。直接以非晶質狀態使用時，在300°C~600°C左右不結晶化的范圍中實施緩和應力的熱處理。另外，以納米結晶化的狀態使用時，通過在400°C~700°C的范圍中進行熱處理，使非晶質相中析出50nm以下的結晶粒，能同時析出結晶粒和緩和因成型所產生的內部應力。需要說明的是，可以不使用熱處理前的軟磁性薄帶或軟磁性粉末，而使用熱處理后的軟磁性薄帶或粉制作線束磁芯、層疊磁芯、壓粉磁芯。此時，最后的熱處理工序的熱處理溫度可以為使結合材料固化的程度的溫度，還可以進行緩和應力的熱處理。需要說明的是，制造線束磁芯、層疊磁芯、壓粉磁芯的工序中，也基本上能直接使用現有的裝置。
[0045]然后，說明使用第I實施方案的Fe基合金組合物中軟磁性薄帶或軟磁性粉末的感應器的制造方法。如上所述地制作線束磁芯、層疊磁芯或壓粉磁芯，將壓粉磁芯配置于線圈附近，完成感應器。需要說明的是，也可以不使用熱處理前的軟磁性薄帶或軟磁性粉末，而使用熱處理后的軟磁性薄帶或軟磁性粉末來制造感應器。此時，最后的熱處理工序的熱處理溫度可以為使結合材料固化的程度的溫度，還可以進行緩和應力的熱處理。需要說明的是，制造感應器的工序中，也基本上能直接使用現有的裝置。然后，說明使用第I實施方案的軟磁性粉末的感應器的制造方法變形例。首先，將熱處理前的軟磁性粉末與有機硅樹脂等及結合劑結合，制作混合物。然后，將混合物與線圈用加壓機等一體成型為所希望的形狀，制作一體成型體。接著，直接以非晶質狀態使用一體成型體時，在300°C~600°C左右不結晶化的范圍中實施緩和應力的熱處理。另外，以納米結晶化的狀態進行使用時，在400°C~700°C的范圍中進行熱處理，由此使非晶質相中析出50nm以下的結晶粒，完成感應器。需要說明的是，可以不使用熱處理前的軟磁性粉末，而使用熱處理后的軟磁性粉末制造感應器。此時，最后的熱處理工序的熱處理溫度可以為使結合材料固化的程度的溫度，還可以進一步進行緩和應力的熱處理。需要說明的是，上述變形例中，由于也對與壓粉磁芯一體化的線圈實施熱處理，所以必須考慮構成線圈的線材(wire)的絕緣體的耐熱性。[0046]如上所述，第I實施方案的軟磁性粉末是含有P、B、Cu作為必需成分的Fe基合金。因此，能直接用單輥液體驟冷法或噴霧法、模具鑄造法等制造非晶質薄帶或粉末、隔壁構件，除通過實施熱處理來緩和應力之外，還能使非晶質相中析出50nm以下的結晶粒來提高軟磁特性。因此，第I實施方案的軟磁性薄帶、粉末、隔壁構件具有優異的軟磁特性優異，飽和磁通密度高、鐵耗也低，通過使用該軟磁性薄帶或軟磁性粉末，可以得到具有優異特性的線束磁芯、層疊磁芯、壓粉磁芯。進而，通過使用該線束磁芯、層疊磁芯、壓粉磁芯，可以得到具有特性更優異的感應器。
[0047]然后，說明第2實施方案的Fe基合金組合物的組成及結構。本發明人進一步研究，結果發現在第I實施方案中，通過進一步限定Fe基合金的組成，可以制作具有更優異的軟磁特性、可以用單輥液體驟冷法等容易制作薄帶且可以用水噴霧法等直接制作非晶質粉末的程度的高非晶質形成能力。
[0048]即，第2實施方案的所述Fe基合金組合物具有下述(I)式所示的組成的成分。
[0049](Fe1 — aMa) ιοο — b — c — d — e — f — gM bBcPdCueM fM g...(I)
[0050]其中，M1是Co、Ni中的至少任一種的元素，M2是選自由Nb、Mo、Zr、Ta、W、Hf、T1、V、Cr、Mn構成的組中的至少I種元素，M3是選自由鉬族元素、稀土類元素、Au、Ag、Zn、Sn、Sb、In、Rb、Sr、Cs、Ba構成的組中的至少I種元素，M4是選自由C、S1、Al、Ga、Ge構成的組中的至少1種元素，&、13、(3、(1、6^4是分別滿足0≤a≤0.5、0≤b≤10、5≤ c≤ 25、0<d ≤ 10、0 < e ≤ 1.5、0 ≤ f ≤ 2、0 ≤ g ≤ 8、70 ≤ 100 — b — c — d — e — f — g 的數值。另外，鉬族元素包括Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Os，稀土類元素包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ru。
[0051]上述Fe基合金中，作為主成分的Fe是承擔磁性的元素，與第I實施方案相同，為了具有磁特性而必須。
[0052]M1與Fe相同，是承擔磁性的元素，能通過添加M1調整磁致伸縮或在磁場中用熱處理等賦予誘導磁各向異性。但是，M1的比例在(I)式中滿足a > 0.5的比例時，有可能導致飽和磁通密度降低或軟磁特性劣化。因此，M1的比例優選為以(I)式滿足af 0.5的比例，更優選為滿足a蘭0.3的比例。
[0053]M2是對于提高非晶質形成能力有效的元素，使薄帶或粉末的制作變容易。另外，納米結晶合金中，也同時具有抑制結晶粒成長的效果。但是，M2比例超過10原子％時，Fe濃度降低，飽和磁通密度降低，所以優選M2比例為10原子％以下。另外，作為非晶質組織，為了得到高飽和磁通密度而優選5原子％以下，進而，為了通過熱處理得到50nm以下的結晶粒，為了抑制結晶粒成長而優選I原子％以上，另外，由于非晶質形成能力或飽和磁通密度降低以及容易析出Fe - M2化合物而導致軟磁特性降低，優選為10原子％以下。
[0054]另外，M4中，Cr是提高Fe基合金組合物的電阻率或利用組合物表面的鈍態層助于改善高頻特性的元素，優選為0.1原子％以上。另外，利用水噴霧制作粉末時優選為0.1原子％以上。進而，在要求耐腐蝕性的環境中使用時，優選為I原子％以上，能省略防銹處理等工序。
[0055]B是承擔形成非晶質的元素，與第I實施方案相同，為了得到高非晶質形成能力而必須。但是，B比例小于5原子％時，得不到充分的非晶質形成能力。另外，B比例超過25原子％時，Fe含量相對減少，導致飽和磁通密度降低，同時因熔點急劇上升、非晶質形成能力降低等，導致難以制作薄帶或粉末。因此，優選B比例為5~25原子％的范圍。另外，具有過冷卻液體區域Λ Tx,為了得到優異的非晶質形成能力，優選5~20原子％，進而，為了通過熱處理制成納米結晶組織而得到優異的軟磁特性，為了抑制磁特性差的Fe — B化合物析出而優選為5~18%。[0056]P與B相同是承擔形成非晶質的元素，為了得到高非晶質形成能力而必需。但是，P比例超過10原子％時，承擔磁性的Fe含量相對減少，有可能導致飽和磁通密度降低。因此，P比例優選為10原子％以下。另外，P比例超過8原子％時，通過熱處理使其納米結晶化時，有可能導致Fe — P化合物析出，軟磁特性降低，所以優選此時的P比例為8原子％以下，更優選5原子％以下。但是，小于0.2原子％時，非晶質形成能力降低，所以優選為0.2原子％以上。
[0057]Cu具有將納米結晶粒徑微細化的作用，另外，通過與P同時添加，具有提高非晶質形成能力的作用，必須為0.025原子％以上。另外，由于Cu比例超過1.5原子％時，非晶質形成能力降低，所以優選為1.5原子％以下。為了通過熱處理制成納米結晶組織而得到優異的軟磁特性與非晶質形成能力，優選為I原子％以下，另外，為了處于非晶質狀態、具有過冷卻液體區域Λ Tx并得到優異的非晶質形成能力，優選為0.8原子％以下。
[0058]M3具有將通過熱處理析出的結晶相的結晶粒徑微細化的效果。但是，M3比例超過2原子％時，非晶質形成能力降低，另外，Fe量相對減少，從而飽和磁通密度降低。因此，M3比例優選為2原子％以下。
[0059]M4通過與B或P—起添加，具有促進非晶質形成能力提高的同時調整磁致伸縮、提高耐腐蝕性等的作用。但是，如果M4比例超過8原子％，則非晶質形成能力降低，同時因熱處理使其納米結晶化時析出化合物，是導致軟磁特性降低的原因之一。另外，Fe量相對減少，飽和磁通密度降低。因此，M4比例優選為8原子％以下。
[0060]需要說明的是，由于軟磁性粉末的制造方法、壓粉磁芯的制造方法、感應器的制造方法與第I實施方案相同，所以省略說明。
[0061]如上所述，第2實施方案中，非晶質軟磁性薄帶和粉末是含有P、B、Cu作為必需成分的Fe基合金。因此，發揮與第I實施方案相同的效果。另外，根據第2實施方案，較第I實施方案進一步限定Fe基合金的組成，添加Μ1。因此，與第I實施方案相比，可以進一步減小磁致伸縮，且可以在磁場中通過熱處理等賦予誘導磁各向異性。另外，根據第2實施方案，較第I實施方案進一步限定Fe基合金組成，添加Μ2。因此，與第I實施方案相比，可以進一步提高飽和磁通密度。另外，根據第2實施方案，較第I實施方案進一步限定Fe基合金的組成，添加Μ3。因此，與第I實施方案相比，可以進一步將析出的結晶粒微細化。另外，根據第3實施方案，較第I實施方案進一步限定Fe基合金組成，添加Μ4。因此，與第I實施方案相比，可以進一步提聞非晶質形成能力，進一步減小磁致伸縮，并可以進而提聞耐腐蝕性。
[0062]以下，基于實施例具體說明本發明。
[0063](實施例1~24、比較例I~6)
[0064]分別稱量Fe、B、Fe75P25、S1、Fe8QC2Q、Cu、Al的原料，使其達到下述表1所述的本發明實施例1~24及比較例I~6的合金組成，放入氧化鋁坩堝中，配置于高頻感應加熱裝置的真空腔室內進行真空抽吸，然后在減壓Ar氣氛中利用高頻感應加熱熔解，制作母合金。將該母合金用單輥液體驟冷法處理，制作具有各種厚度的寬度約3mm、長度約5m的連續薄帶。用X射線衍射法評價上述薄帶的冷卻速度為最慢的驟冷時不與銅輥接觸的薄帶的面，由此對各個薄帶測定最大厚度tmax。最大厚度tmax增加是指即使在慢冷卻速度下也能得到非晶質結構，具有高非晶質形成能力。需要說明的是，作為輪廓的例子，圖1表示本發明所包含的以Fe75.91BnP6Si7Cua(l9的組成調制的厚度為260 μ m的薄帶的X射線衍射輪廓。然后，對于上述薄帶，使用DSC在40°C /分鐘(0.670C /秒)的條件下，對熱性質進行評價，求出Tx (結晶化開始溫度)、Tg (玻璃遷移溫度)，由Tx與Tg算出ΛΤχ (過冷卻液體區域)。另外，對于完全為非晶質單相的薄帶，用振動樣品磁強計(VSM:Vibrating-Sample Magnetometer)評價飽和磁通密度(Bs)。本發明的實施例1~24及比較例I~6的組成的非晶質合金組合物的飽和磁通密度Bs、最大厚度tmax、厚度40 μ m的薄帶的X射線衍射結果及其薄帶寬度的測定結果分別示于表1。
[0065][表 I]
【權利要求】
1.一種軟磁性合金， 其是將熔融狀態的下述Fe基合金組合物驟冷凝固而成的，所述Fe基合金組合物含有70原子％以上的Fe，5~25原子％的B，1.5原子％以下且不包括O的Cu，以及大于5原子％但在10原子％以下的P。
2.如權利要求1所述的軟磁性合金， 其具有非晶質相。
3.如權利要求1所述的軟磁性合金， 其具有混相組織，所述混相組織具有非晶質相和分散于所述非晶質相中的平均粒徑為50nm以下的α — Fe的結晶相。
4.如權利要求1~3中任一項所述的軟磁性合金，其中， 所述Fe基合金組合物具有下述所示組成的成分，
(Fe1- aM a) loo — b — c — d — e — f — gM bBcPdCueM fM g 此處，M1是Co、Ni中的至少任一種的元素，M2是從由Nb、Mo、Zr、Ta、W、Hf、T1、V、Cr、Mn構成的組中選擇的至少I種元素，M3是從由鉬族元素、稀土類元素、Au、Ag、Zn、Sn、Sb、In、Rb、Sr、Cs、Ba構成的組中選擇的至少I種元素，M4是從由C、S1、Al、Ga、Ge構成的組中選擇的至少1種元素，&、13、(3、(1、6^4是分別滿足0蘭a蘭0.5、0蘭b蘭10、5 ^ c ^ 25、5<d 芻 10、0 < e 芻 1.5、0 芻 f 芻 2、0 芻 g 芻 8、70 芻 100 — b — c — d — e — f — g 的數值，鉬族元 素包括 Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Os，稀土類元素包括 Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ru。
5.如權利要求2所述的軟磁性合金， 其具有下述所示組成的成分，
(Fe1- aM a) loo — b — c — d — e — f — gM bBcPdCueM fM g M1是Co、Ni中的至少任一種元素，M2是從由Nb、Mo、Zr、Ta、W、Hf、T1、V、Cr、Mn構成的組中選擇的至少I種元素，M3是從由鉬族元素、稀土類元素、Au、Ag、Zn、Sn、Sb、In、Rb、Sr、Cs、Ba構成的組中選擇的至少I種元素，M4是從由C、S1、Al、Ga、Ge構成的組中選擇的至少I種兀素，a、b、c、d、e、f、g是分別滿足O蘭a蘭0.5、0蘭b蘭5、5蘭c蘭25、5<d蘭10、O< e 芻 1.5、0 芻 f 芻 2、1 芻 g 芻 8、70 芻 100 — b — c — d — e — f — g 的數值。
6.如權利要求3所述的軟磁性合金，其具有下述所示組成的成分，
(Fe1 — aMa) ιοο-b-c-d-e-f-gM bBcPdCueM fM g 此處，M1是Co、Ni中的至少任一種元素，M2是從由Nb、Mo、Zr、Ta、W、Hf、T1、V、Cr、Mn構成的組中選擇的至少I種元素，M3是從由鉬族元素、稀土類元素、Au、Ag、Zn、Sn、Sb、In、Rb、Sr、Cs、Ba構成的組中選擇的至少I種元素，M4是從由C、S1、Al、Ga、Ge構成的組中選擇的至少1種元素，&、13、(3、(1、6^4是分別滿足0芻a芻0.5、1芻b芻10、5 ^ c ^ 18、5<d 芻 8、0.025 芻 e 芻 1、0 芻 f 芻 2、0 芻 g 芻 8、70 芻 100 — b — c — d — e — f — g 的數值。
7.如權利要求4~6中任一項所述的軟磁性合金，其中， M2元素中含有0.1原子％以上的Cr元素。
8.如權利要求7所述的軟磁性合金，其中， M2元素中含有1.0原子％以上的Cr元素。
9.如權利要求1~8中任一項所述的軟磁性合金， 其具有由Δ Tx = Tx — Tg表示的過冷卻液體區域,其中，Δ Tx表示過冷卻液體區域，Tx表不結晶化開始溫度，Tg表不玻璃化溫度。
10.如權利要求9所述的軟磁性合金，其中， 所述八1^為201:以上，Λ Tx表示過冷卻液體區域。
11.一種軟磁性薄帶， 其包括權利要求1~10中任一項所述的軟磁性合金，并且所述軟磁性薄帶的厚度為10 μ m以上、300μ--以下。
12.—種線束磁芯或層疊磁芯， 其包括權利要求11所述的軟磁性薄帶。
13.一種軟磁性構件， 其包括權利要求1~10中任一項所述的軟磁性合金，且具有厚度0.3mm以上的板狀或外徑Imm以上的棒狀形狀 。
14.一種軟磁性構件， 其包括權利要求1~10中任一項所述的軟磁性合金，且部分地具有厚度為1mm以上的板狀或棒狀的部位。
15.—種軟磁性粉末， 其包括權利要求1~10中任一項所述的軟磁性合金，且所述軟磁性粉末的平均粒徑為Iym以上、150μηι以下。
16.—種軟磁性粉末， 其包括權利要求1~10中任一項所述的軟磁性合金，是利用水噴霧法而制作的。
17.—種壓粉磁芯， 其是將下述混合物成型而成的，所述混合物主要包括權利要求15或16所述的軟磁性粉末和將所述軟磁性粉末絕緣、結合的結合劑。
18.—種感應器， 其是將權利要求12或17所述的線束磁芯或層疊磁芯或壓粉磁芯配置于線圈附近而成的。
19.軟磁性薄帶或軟磁性粉末的制造方法，包括: 使熔融狀態的下述Fe基合金組合物驟冷凝固而形成薄帶或粉末的工序(a)，所述Fe基合金組合物是權利要求1~10中任一項所述的Fe基合金組合物；以及將所述粉末在400°C以上、700°C以下的溫度下進行熱處理的工序(b)。
20.線束磁芯或層疊磁芯或壓粉磁芯的制造方法， 包括將權利要求12或17所述的線束磁芯或層疊磁芯或壓粉磁芯在400°C以上、700°C以下的溫度下進行熱處理的工序。
21.感應器的制造方法，包括: 將下述混合物成型得到壓粉體的工序(c)，所述混合物主要包括權利要求15或16所述的軟磁性粉末和將所述軟磁性粉末絕緣、結合的結合劑； 將所述壓粉體配置于線圈附近的工序(d);以及 將所述壓粉體在400°C以上、700°C以下的溫度下進行熱處理的工序(e)。
22.感應器的制造方法，包括: 將下述混合物與線圈成型為一體，得到一體成型體的工序(f)，所述混合物主要包括權利要求15或16所述的軟磁性粉末和將所述軟磁性粉末絕緣、結合的結合劑；以及將所述一體成型體在400°C以上、700°C以下的溫度下進行熱處理的工序(g)。
23.線束磁芯或層疊磁芯、壓粉磁芯或感應器的制造方法， 所述方法是使用權利要求2、4或5所述的軟磁性合金的線束磁芯或層疊磁芯、壓粉磁芯或感應器的制造方法 ，包括在300°C以上、600°C以下的溫度下進行熱處理的工序。
【文檔編號】C22C45/02GK103540872SQ201310459671
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2008年3月19日 優先權日:2007年3月20日
【發明者】浦田顯理, 松元裕之, 牧野彰宏 申請人:Nec東金株式會社, 國立大學法人東北大學