高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金和使用它的磁芯及制法制造技术

本发明专利技术涉及含有Ｆｅ↓［ｂ］Ｚｒ↓［ｘ］Ｎｂ↓［ｙ］Ｂ↓［β］或Ｚｎ的作为通式为（Ｆｅ↓［１－ａ］Ｑ↓［ａ］）↓［ｂ］Ｂ↓［β］Ｍ↓［λ］Ｚｎ↓［ｚ］组成中，Ｑ是Ｃｏ、Ｎｉ中任一种或它们两种，Ｍ从Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ中选出的一种或两种以上的元素，满足ａ≤０．０５、ｂ≥８０原子％、５原子％≤ｘ＋ｙ≤７．５原子％、１．５／６≤ｘ／（ｘ＋ｙ）≤２．５／６、５原子％≤β≤１２．５原子％等条件，且ｂｃ ｃＦｅ的微细结晶粒和其余部分是非晶质合金相构成的高饱和磁通密度低铁损Ｆｅ基软磁性合金及使用它的低铁损磁芯以及它们的制造方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于磁头、变压器、轭流圈的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金和使用它的磁芯以及其制法，特别是涉及饱和磁通密度高、铁损低的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金、磁芯以及其制法。对于用于磁头、变压器、轭流圈的软磁性合金，一般要求的特性是高饱和磁通密度、高导磁率、低顽磁力等。另外，特别是用于变压器时，要求低铁损。因此，在制造软磁性合金时，从这些观点看，对于各种合金体系中的材料进行研究。以往，对于上述用途，使用Fe、Si合金、FeNi合金等，最近渐渐地使用Fe基或Co基的非结晶形合金。由于FeSi合金的饱和磁通密度高，但铁损大，所以在用于变压器时，存在电力损耗变大的问题。另外，对于FeNi合金的软磁性优良的合金组成，存在饱和磁通密度变低的问题。进而，Fe基的非结晶形合金的饱和磁通密度及铁损优良，但热稳定性低，所以存在着磁特性随时间变化而变大的问题。另外，Co基的非结晶形合金饱和磁通密度低，所以存在着不适于电力变换的变压器的问题。可是，作为变压器用的软磁性合金的重要特性是铁损小的同时饱和磁通密度高。以往，作为变压器广泛使用的硅钢的铁损是1.0W/kg(1.7T、50Hz)、饱和磁通密度是2.0T，所以需要将铁损变成更小。另外，以往，作为一部分用途使用的变压器所用的Fe基的非结晶合金，其铁损是0.25W/kg(1.4T、50Hz)、饱和磁通密度是1.56T，进而有希望铁损变小，饱和磁通密度变大的问题。基于这样的背景，本专利技术者们，首先对于高饱和磁通密度的Fe基软磁性合金，在专利公告第65145/1995号说明书、专利公开第93249/1993号说明书中进行了专利申请。与该专利申请有关的合金之一是以下式表示的组成为特征的高饱和磁通密度软磁性合金。(Fe1-a1Qa1)bBx1Ty1但是，Q是Co、Ni中的任何一种或其两种，T是从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W组成群选出的一种或两种以上的元素、且含有Zr、Hf中的任何一种或其两种，a1≤0.05、b≤93原子％、x1＝0.5～8原子％、y1＝4～9原子％。另外，上述专利申请的合金的另外一种是以下式表示的组成为特征的高饱和磁通密度软合金。FebBx2Ty2但是，T是从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W组成群选出的一种或两种以上的元素、且含有Zr、Hf中任何一种或其两种，b≤93原子％、x2＝0.5～8原子％、y2＝4～9原子％。要想得到具有这些特性的软磁性合金，可通过加入新的元素或调节其组成比等得到发挥所希望的软磁特性的材料。可是，决定材料特性时，一般只是设置关于这些组合的规定是不充分的，对于其制造方法也需给予充分注意。例如，在通过使用具有冷却辊和喷嘴的坩埚等的单面辊液体急冷法得到大部分成为非晶质相的合金时的后工序中，其合金的热处理，例如退火处理进行得如何，对于所制造的材料特性有很大影响。更具体地，退火处理实际上进行到什么程度(热处理温度决定的)，另外，达到该热处理温度的温度与时间关系，即受到升温速度达到怎样的程度等影响，合金的特性也就有所变化。另外，通过使用具有冷却辊和喷嘴的坩埚的单面辊液体急冷法得到合金时，从其喷嘴喷射出金属溶液时的该金属溶液温度，即喷射温度对于制造的材料特性有很大的影响。进而，将上述软磁性合金做为变压器等使用时，在制造加工时必须长时间置于加热状态，但若这样制造的软磁性合金长时间置于加热状态(高温状态)，则存在磁特性随时间而变化的大问题。另外，在将上述软磁性合金用于小型电子机器时，例如磁头时，为了进一步提高输出而增加正常检测电流时，磁头超过200℃左右的高温程度，若在这样的高温状态长时间使用，上述软磁性合金的磁特性随时间变化大，所以在得到的产品的可靠性上存在问题。如以上所述，本专利技术者们开发了上述各组成的各种Fe基软磁性合金，但对于上述组成的合金进行反复研究的结果表明，若在上述合金的元素T中，将Zr和Nb的组成比限定在某个范围内，则可显示出优良的软磁特性。另外，以往完全没有予想到的是，通过限定Zr和Nb的组成比，在数100Hz以下时铁损大幅度地降低，另外，破坏应变也非常大。这样，本专利技术者们就提出了本专利技术。因此，本专利技术的第一个目的在于提供了软磁特性优良、铁损小、破坏应变大、加工性优良的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金或磁芯。进而，本专利技术的第二个目的在于提供铁损在0.10W/kg(1.4T、50Hz)以下，饱和磁通密度在1.5T以上、在加热状态下长时间放置其磁特性随时间变化小、可适合变压器等制造时的弯曲加工、作为变压器用等的优良的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金或磁芯。本专利技术的第三个目的，是鉴于以上所述而进行的，其目的在于提供低顽磁力、高导磁率、高饱和磁通密度的软磁特性优良的合金的制造方法。本专利技术的第四个目的是上述软磁性合金制造方法的发展，其在于提供软磁特性高、在高温状态下长时间放置磁特性随时间变化小、适于变压器制造时的加工的作为变压器用的优良Fe基软磁性合金的制造方法。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下构成。本专利技术的第一高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金是将非晶质相作为主体的合金进行热处理、做成以组织的50％以上为平均结晶粒径100nm以下的bcc-Fe相作为主体的微细结晶组织，且由下式构成的。FeaZrxNbyBz但是，表示组成比的a、x、y、z是80原子％≤a、5原子％≤x+y≤7原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6、5原子％≤z≤12.5原子％。另外，表示上述组成比的a、x、y、z也可以是83原子％≤a、5.7原子％≤x+y≤6.5原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6、6原子％≤z≤9.5原子％。进而，表示上述组成比的a、x、y、z也可以是85原子％≤a≤86原子％、5.7原子％≤x+y≤6.5原子％、x/(x+y)＝2/6、8原子％≤z≤9原子％。进而，表示Zr、Nb的组成比的x、y优选的是，1.5原子％≤x≤2.5原子％、3.5原子％≤y≤5.0原子％。另外，本专利技术的第一高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，在将上述bcc-Fe相的结晶化温度取为Tx1、将由Tx1在高温侧结晶化的化合物相的结晶化温度取为Tx2、将结晶化温度的间隔(ΔTx)取为ΔTx＝Tx2-Tx1时，是200℃≤ΔTx。另外，本专利技术的第一高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其饱和磁通密度是1.5T以上。进而，本专利技术的第一高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，在频率50Hz、外加1.4T的磁通时的铁损是0.15W/kg以下。另外，本专利技术的第一高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，在200℃下，时效500小时左右的铁损变化率是10％以下。本专利技术的第一高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其破坏应变是1.0×10-2以上。另外，将合金进行热处理的条件，优选的是升温速度10℃/分钟以上、更优选的是10℃/分钟以上200℃/分钟以下、最优选的是30℃/分钟以上100℃/分钟以下、热处理温度优选的是490℃以上670℃以下、最优选的是500℃以上560℃以下，保持时间，优选的是无或1小时以下。本专利技术的第一高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，含有Fe、Zr、Nb和B，特别是使Zr(x)和Nb(y)的组成比本文档来自技高网...

【技术保护点】
高饱和磁通密度低铁损Ｆｅ基软磁性合金，其特征在于，其是将非晶质相作为主体的合金进行热处理，做成组织的５０％以上是由平均结晶粒径１００ｎｍ以下的ｂｃｃ－Ｆｅ相作为主体的微细结晶质组织，且由下式组成构成的，Ｆｅ↓［ａ］Ｚｒ↓［ｘ］Ｎｂ↓［ｙ ］Ｂ↓［ｚ］但是，表示组成比的ａ、ｘ、ｙ、ｚ是８０原子％≤ａ、５原子％≤ｘ＋ｙ≤７原子％、１．５／６≤ｘ／（ｘ＋ｙ）≤２．５／６、５原子％≤ｚ≤１２．５原子％。

【技术特征摘要】
JP 1998-11-10 319662/98;JP 1998-11-10 319663/98;JP1.高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是将非晶质相作为主体的合金进行热处理，做成组织的50％以上是由平均结晶粒径100nm以下的bcc-Fe相作为主体的微细结晶质组织，且由下式组成构成的，FeaZrxNbyBz但是，表示组成比的a、x、y、z是80原子％≤a、5原子％≤x+y≤7原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6、5原子％≤z≤12.5原子％。2.根据权利要求1所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，表示组成比的a、x、y、z是83原子％≤a、5.7原子％≤x+y≤6.5原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6、6原子％≤z≤9.5原子％。3.根据权利要求1所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是将上述bcc-Fe相的结晶化温度作为Tx1、从Tx1在高温侧结晶化的化合物相的结晶化温度作为Tx2，将结晶化温度的间隔(ΔTx)做成ΔTx＝Tx2-Tx1时，200℃≤ΔTx。4.根据权利要求1所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其饱和磁通密度是1.5T以上、在频率50Hz下外加1.4T的磁通时的铁损是0.15W/kg以下、在200℃下500小时时效的前后的铁损变化率是10％以下。5.根据权利要求1所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其破坏应变是1.0×10-2以上。6.高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是由下式表示的组成而构成，组织的至少50％以上是由平均结晶粒径100nm以下的bccFe的微细结晶粒构成、其余部分由非晶质合金相构成、上述bccFe的微细结晶粒是将合金进行急冷，做成大致是非晶质相的单相组织后，使上述非晶质相加热到结晶化温度以上后，冷却、析出的，(Fe1-aQa)bBxMyZnz但是，Q是Co、Ni中的任何一种或它们两种，M是从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W中选出的一种或两种以上的元素，表示组成比的a、b、x、y、z是0≤a≤0.05、80原子％≤b、5原子％≤x≤12.5原子％、5原子％≤y≤7原子％、0.025原子％≤z≤0.2原子％。7.根据权利要求6所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是在上述高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金中，在320℃下加热100小时，铁损的变化率20％以下，饱和磁通密度1.5T以上，导磁率30000以上。8.根据权利要求6所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其破坏应变是10×10-3以上。9.高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是由下式所示的组成而构成，组织的至少50％以上是由平均结晶粒径100nm以下的bccFe的微细结晶粒构成，其余部分由非晶质合金相构成，上述bccFe的微细结晶粒是将合金进行急冷，做成大致非晶质相的单相组织后，将上述非晶质相加热到结晶化温度以上后，冷却、析出的，(Fe1-aQa)bBxMyZnzM’u但是，Q是Co、Ni中的一种或两种，M是从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W中选出的一种或两种元素，M’是从Cr、Ru、Rh、Ir中选出的一种或两种元素，表示组成比的a、b、x、y、z、u是0≤a≤0.05、80原子％≤b、5原子％≤x≤12.5原子％、5原子％≤y≤7原子％、0.025原子％≤z≤0.2原子％、u≤5原子％。10.根据权利要求9所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是在上述高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金中，在320℃下加热100小时的铁损变化率20％以下，饱和磁通密度1.5T以上，导磁率30000以上。11.根据权利要求9所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其破坏应变是10×10-3以上。12.高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，含有Fe、Zr、Nb和B，进而添加Zn，组织的至少50％以上是由平均结晶粒径100nm以下的bccFe的微细结晶粒构成，其余部分是由非晶质合金构成。13.根据权利要求12所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是在上述高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金中，在320℃下加热100小时的铁损变化率20％以下，饱和磁通密度1.5T以上，导磁率30000以上。14.根据权利要求12所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是由下式所示的组成而构成，组织的至少50％以上是由平均结晶粒径100nm以下的bccFe的微细结晶粒构成，其余部分是由非晶质合金相构成，上述bccFe的微细结晶粒是将合金进行急冷，做成大致是非晶质相的单相组织后，将上述非晶质相加热到结晶化温度以上后，冷却、析出的，(Fe1-aQa)bZrxNbyBtZnz其中，Q是Co、Ni中的任何一种或它们两种、表示组成比的a、b、x、y、t、z是0≤a≤0.05、80原子％≤b、1.5原子％≤x≤2.5原子％、3.5原子％≤y≤5.0原子％、5原子％≤t≤12.5原子％、0.025原子％≤z≤0.2原子％、5.0原子％≤x+y≤7.5原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6。15.根据权利要求12所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其是由下式所示的组成而构成，组织的至少50％以上是由平均结晶粒径100nm以下的bccFe的微细结晶粒构成，其余部分由非晶质合金相构成，上述bccFe的微细结晶粒是将合金进行急冷，做成大致是非晶质相的单相组织后，将上述非晶质相加热到结晶化温度以上后，冷却、析出的，(Fe1-aQa)bZrxNbyBtZnzM’u但是，Q是Co、Ni中的任何一种或它们两种、M’由从Cr、Ru、Rh、Ir中选出的一种或两种以上元素，表示组成比的a、b、x、y、t、z、u是a≤0.05、80原子％≤b、1.5原子％≤x≤2.5原子％、3.5原子％≤y≤5.0原子％、5原子％≤t≤12.5原子％、0.025原子％≤z≤0.2原子％、u≤5原子％、5.0原子％≤x+y≤7.5原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6。16.根据权利要求12所述的高饱和磁通密度低铁损Fe基软磁性合金，其特征在于，其破坏应变是1.0×10-2以上。17.低铁损磁芯，其特征在于，其是将非晶质作为主体的合金进行热处理，组织的50％以上做成平均结晶粒径100nm以下的bcc-Fe相作为主体的微细结晶质组织，且由下式表示的组成的低铁损Fe基软磁性合金构成，FeaZrxNbyBz但是，表示组成比的a、x、y、z是80原子％≤a、5原子％≤x+y≤7.5原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6、5原子％≤z≤12.5原子％。18.根据权利要求17所述的低铁损磁芯，其特征在于，上述低铁损Fe基软磁性合金组成比的a、x、y、z是83原子％≤a、5.7原子％≤x+y≤6.5原子％、1.5/6≤x/(x+y)≤2.5/6、6原子％≤z≤9.5原子％。19.根据权利要求17所述的低铁损磁芯，其特征在于，其是将上述低铁损Fe基软磁性合金的上述bcc-Fe相的结晶化温度作为Tx1，将从Tx1在高温侧结晶化的化合物相的结晶化温度作为Tx2，结晶化温度的间隔(ΔTx)作为ΔTx＝Tx2-Tx1时，200℃≤ΔTx。20.根据权利17所述的低铁损磁芯，其特征在于，使用低铁损Fe基软磁性合金该合金的饱和磁通密度是1.5T以上，在频率50Hz下外加1.4T的磁通时的铁损是0.15W/kg以下，200℃下500小时时效前后的铁损变化率是10％以下。21.根据权利要求17所述的低铁损磁芯，其特征在于，由破坏磁应变1.0×10-2以上的低铁损Fe基软磁性合金薄带构成的。22.根据权利要求17所述的低铁损磁芯，其特征在于，其是将上述低铁损Fe基软磁性合金薄带形成的环状体层叠一个或两个以上而成的。23.根据权利要求17所述的低铁损磁芯，其特征在于，其是将上述低铁损Fe基软磁性合金薄带卷绕成环状环构成的。24.低铁损Fe基软磁性合金组成的低铁损磁芯，其特征在于，具有下式表...

【专利技术属性】
技术研发人员：牧野彰宏，尾藤辉夫，村上润一，山本丰，小岛章伸，高馆金四郎，井上明久，增本健，
申请(专利权)人：阿尔卑斯电气株式会社，井上明久，增本健，
类型：发明
国别省市：JP[日本]