特許ウォッチ

公開番号2024132846
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-01
出願番号2023201698
出願日2023-11-29
発明の名称高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金を調製するための過冷却凝固法
出願人浙江大学,ZHEJIANG UNIVERSITY
代理人個人
主分類H01F 1/153 20060101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金を調製するための過冷却凝固法及び非晶質ナノ結晶成分を提供する。
【解決手段】過冷却凝固を行った合金を、溶融物の急速冷却法又は噴霧法により帯状部材又は粉末に急速に固化し、熱処理して結晶合金を得る。非晶質ナノ結晶合金の化学式がFeSiBMであり、ここでMがP、C、Nb、Mo、Zr、Hf、Mo、Y、Cu及びCoの1種以上の元素であり、各合金元素の原子百分率は、Feが80.0～89.0at%、Siが1.0～9.0at%、Bが3.0～12.0at%、Pが0～5.0at%、Cが0～5.0at%、Nbが0～3.0at%、Zrが0～3.0at%、Hfが0～3.0at%、Moが0～3.0at%、Yが0～5.0at%、Cuが0～2.0at%、Coが0～16.0at%であり、合計が100%である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ガラス純化を循環的過熱又は電磁懸濁溶融と組み合わせる方法を用いて合金を過冷却凝固にさせ、鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金に添加される非磁性元素の量を減らし、Ｆｅ元素の割合を増やすことにより、飽和磁化強度を高め、保磁力を下げるという目標を達成する
ことを特徴とする高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金を調製するための過冷却凝固法。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記のガラス純化を循環的過熱と組み合わせる方法は、
Ｓ１、非晶質ナノ結晶合金の化学式がＦｅＳｉＢＭであり、ここでＭがＰ、Ｃ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｙ、Ｃｕ及びＣｏの１種以上の元素であり；
合金原料の酸化物被膜を除去して洗浄し、特定の質量比に従って原料を量り、量られた原料を真空感応溶融炉又は真空アーク溶融炉に装填し、真空化が１０
-3
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れてそれの保護で溶融を行い、４～６回溶融を繰り返して合金鋳塊を得ることと、
Ｓ２、合金鋳塊を坩堝に入れ、それの上面と下面を特定の質量比のガラス純化剤で覆い、ガラス純化剤に合金鋳塊を完全に包ませるようにすることと、
Ｓ３、真空化が１０
-2
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れてそれの保護で合金を加熱して溶かし、ひいては温度を１２００～１５００℃に上げ、１～１０分間保温し、加熱電源が止まって合金を自然に冷却させることと、
Ｓ４、「加熱－保温－凝固」循環的な処理を３～６回実施し、合金に所望の過冷却度を獲得させるようにすることと、
Ｓ５、過冷却凝固を行った合金を、溶融物の急速冷却法又は噴霧法により帯状部材又は粉末に急速に固化することと、
Ｓ６、得られたストリップまたは粉末を焼鈍して内部応力を除去して鉄基非晶質合金を得るか、結晶化焼鈍して鉄基ナノ結晶合金を得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の過冷却凝固法。
【請求項３】
前記不活性ガスは純度が９９．９ｖｏｌ％以上のアルゴン又は窒素であることを特徴とする請求項２に記載の過冷却凝固法。
【請求項４】
前記坩堝の耐熱温度は１４００°Ｃ以上であることを特徴とする請求項２に記載の過冷却凝固法。
【請求項５】
前記ガラス純化剤の調製プロセスは、純度９８％以上の粉末
TIFF
2024132846000022.tif
10
52
を計量してそれぞれ高純度鋼玉坩堝に置き、４００～６００℃で１～８時間焼成した後、ひいては８００～１０００°Ｃで２～１６時間溶融焼成し、焼成された
TIFF
2024132846000023.tif
10
52
を混合して純化剤を得、両方の質量比が１：１～２０である
ことを特徴とする請求項２に記載の過冷却凝固法。
【請求項６】
前記ガラス純化剤と前記合金鋳塊の質量比は１：１～５であることを特徴とする請求項２に記載の過冷却凝固法。
【請求項７】
前記の電磁懸濁溶融の方法は、
Ｓ１、非晶質ナノ結晶合金の化学式がＦｅＳｉＢＭであり、ここでＭがＰ、Ｃ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｙ、Ｃｕ及びＣｏの１種以上の元素であり；
合金原料の酸化物被膜を除去して洗浄し、特定の質量比に従って原料を量り、量られた原料を真空感応溶融炉又は真空アーク溶融炉に装填し、真空化が１０
-3
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れてそれの保護で溶融を行い、４～６回溶融を繰り返して合金鋳塊を得ることと、
Ｓ２、真空化が１０
-3
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れて保護を行い、合金鋳塊をぶら下っているコイルの下方に送り、電磁界と誘導電流との間の相互作用によって形成されたローレンツ力の作用下で母合金を加熱コイルの中心に安定して浮かせることと、
Ｓ３、加熱コイルの感応で合金を加熱して溶かし、ひいては温度を１２００～１５００℃に上げ、１～１０分間保温し、その後加熱電源が止まって合金を自然に冷却させることと、
Ｓ４、「加熱－保温－凝固」循環的な処理を３～６回実施し、合金に所望の過冷却度を獲得させるようにすることと、
Ｓ５、過冷却凝固を行った合金を、溶融物の急速冷却法又は噴霧法により帯状部材又は粉末に固化することと、
Ｓ６、得られた帯状部材又は粉末を応力除出又は結晶化に焼き戻して鉄基ナノ結晶合金を得ることとを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の過冷却凝固法。
【請求項８】
前記高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金の化学式がＦｅＳｉＢＭであり、ここでＭがＰ、Ｃ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｙ、Ｃｕ及びＣｏの１種以上の元素であり、各合金元素の原子百分率は、Ｆｅが８０．０～８９．０ａｔ％であり、Ｓｉが１．０～９．０ａｔ％であり、Ｂが３．０～１２．０ａｔ％であり、Ｐが０～５．０ａｔ％であり、Ｃが０～５．０ａｔ％であり、Ｎｂが０～３．０ａｔ％であり、Ｚｒが０～３．０ａｔ％であり、Ｈｆが０～３．０ａｔ％であり、Ｍｏが０～３．０ａｔ％であり、Ｙが０～５．０ａｔ％であり、Ｃｕが０～２．０ａｔ％であり、Ｃｏが０～１６．０ａｔ％であり、合計が１００％である
ことを特徴とする請求項２又は７に記載の過冷却凝固法。
【請求項９】
前記不活性ガスは純度が９９．９ｖｏｌ％以上のアルゴン又は窒素であることを特徴とする請求項７に記載の過冷却凝固法。
【請求項１０】
非晶質合金の焼き戻しは結晶化温度以下５０～１００°Ｃ温度範囲内にあり、ナノ結晶の焼き戻し温度は結晶化温度以上０～１００°Ｃ温度範囲内にあることを特徴とする請求項７に記載の過冷却凝固法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、過冷却凝固により高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金を調製する方法に関し、金属軟磁性材料の分野に属する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金は、それの特殊な微細構造のため、結晶質軟磁性合金に比べて低い保磁力や高い抵抗率等の大きな利点を備える。しかしながら、鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金には大量の非晶質形成元素が存在すると飽和磁化強度が低下するようになるため、関連する軟磁性部品の高出力及び小型化の開発を制限する。飽和磁化強度の約１．５５Ｔである典型的な非晶質軟磁性合金（国際記号Ｍｅｔｇｌａｓ２６０５ＳＡ１、中国記号１Ｋ１０１）と、飽和磁化強度の約１．２４Ｔである典型的なナノ結晶軟磁性合金（国際記号Ｆｉｎｅｍｅｔ、中国記号１Ｋ１０７）とは、どちらもケイ素鋼の飽和磁化強度（約２．１２Ｔ）よりもはるかに低くなる。
【０００３】
非晶質ナノ結晶軟磁性合金につては、様々な電子機器における潜在用途を十分に広めるために、鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金中のＦｅを主とする磁性素子含有量と飽和磁化強度を高めることが急務となる。高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金を調製する難題は、非晶質基質を得るための厳しい要件という点にあり、即ち溶融合金の冷却速度は１０
5
℃／Ｓ以上に達する必要がある。Ｉｎｏｕｅ非晶質原則によるとは、非晶質結構の形成を促進するように常に合金に約２０ａｔ％の非磁性元素を添加する必要がある。ナノ結晶軟磁性合金は、非晶質合金を結晶化し焼き戻すことで形成され、多くの場合、結晶核を形成し結晶粒成長を抑制する非磁性元素を追加する必要がある。これらの元素の導入は、非晶質ナノ結晶軟磁性合金中の強磁性元素の含有量を大幅に制限するため、高い飽和磁化強度を得ることが難しくなる。
【０００４】
現在、鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金の飽和磁化強度を高める方法は、主に成分制御の方に焦点を当てている。一方では、Ｃｏ元素を添加して合金中の強磁性交換強度を強めることで合金の飽和磁化強度を高める。例えば、特許ＺＬ２０１４１０７２８５４０．１は、６～２０ａｔ％Ｃｏを添加することでナノ結晶合金の飽和磁化強度を１．８０Ｔに高め、並びに保磁力が１０～３５Ａ／ｍの範囲に入るという
TIFF
2024132846000001.tif
10
62
合金を開示した。他方では、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐ等の半金属元素の量を調節する。例えば、特許ＺＬ２００５１００６６８６２．５は、ｃが１２～１８ａｔ％の範囲に入り、且つｂ≦（０．５×ａ－３６）×ｄ
1/3
の条件を満たす場合、鉄基非晶質部材の飽和磁化強度が１．６０Ｔ以上に達する可能性があるという
TIFF
2024132846000002.tif
10
44
合金を開示した。その上、特許ＺＬ２０１４１０２８５９７６．８は、半金属元素の添加割合を調整することで得られた
TIFF
2024132846000003.tif
10
84
合金が最も高い飽和磁化強度１．６９Ｔを備えるという
TIFF
2024132846000004.tif
9
52
合金を開示した。これらの方法は、一方では、Ｉｎｏｕｅ非晶質原則により、半金属元素の添加割合を調整して合金の混合エンタルピー及び原子サイズの違いに影響を与えることで、合金の非晶質形成能力を向上させ、ひいては強磁性元素の含有量を増やす。他方では、半金属元素の２ｐ電子がＦｅの３ｄ電子に影響を及ぼす可能性があり、ひいてはＦｅ原子の磁気モーメントの大きさに影響を与えることで合金の飽和磁化強度を調節する。上記の特許から、半金属元素の含有量を調節する方法については、異なる元素の比例関係を正確に制御する必要があり、且つ強磁性元素の添加量の増加が依然として有限であるため、飽和磁化強度の更なる改善を制限することがわかる。
【０００５】
本発明は、ガラス純化を循環的過熱と組み合わせるか、電磁懸濁溶融を利用することで鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金の過冷却凝固を実現し、合金に添加される非磁性元素の量を減らし、合金に添加される強磁性元素の量を有効的に高め、合金の飽和磁化強度を強め、低い保磁力を維持することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、既存の鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金の調製技術の欠点を克服し、過冷却非平衡凝固法により、合金に添加されるア非晶質形成元素の量を減らし、高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金の調製を実現し、ひいては鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金の設計範囲を広げ、合金の飽和磁化強度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によって採用される技術的解決策は以下のとおりである：
ガラス純化を循環的過熱又は電磁懸濁溶融と組み合わせる方法を用いて合金を過冷却凝固にさせ、鉄基非晶質ナノ結晶軟磁性合金に添加される非磁性元素の量を減らし、Ｆｅ元素の割合を増やすことにより、飽和磁化強度を高め、保磁力を下げるという目標を達成する高鉄含有量の非晶質ナノ結晶軟磁性合金を調製するための過冷却凝固法。
【０００８】
好ましくは、前記のガラス純化を循環的過熱と組み合わせる方法は、
Ｓ１、非晶質ナノ結晶合金の化学式がＦｅＳｉＢＭであり、ここでＭがＰ、Ｃ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｙ、Ｃｕ及びＣｏの１種以上の元素であり；合金原料の酸化物被膜を除去して洗浄し、特定の質量比に従って原料を量り、量られた原料を真空感応溶融炉又は真空アーク溶融炉に装填し、真空化が１０
-3
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れてそれの保護で溶融を行い、４～６回溶融を繰り返して合金鋳塊を得ることと、
Ｓ２、合金鋳塊を坩堝に入れ、それの上面と下面を特定の質量比のガラス純化剤で覆い、ガラス純化剤に合金鋳塊を完全に包ませるようにすることと、
Ｓ３、真空化が１０
-2
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れてそれの保護で合金を加熱して溶かし、ひいては温度を１２００～１５００℃に上げ、１～１０分間保温し、加熱電源が止まって合金を自然に冷却させることと、
Ｓ４、「加熱－保温－凝固」循環的な処理を３～６回実施し、合金に所望の過冷却度を獲得させるようにすることと、
Ｓ５、過冷却凝固を行った合金を、溶融物の急速冷却法又は噴霧法により帯状部材又は粉末に急速に固化することと、
Ｓ６、得られたストリップまたは粉末を焼鈍して内部応力を除去して鉄基非晶質合金を得るか、結晶化焼鈍して鉄基ナノ結晶合金を得る。
【０００９】
好ましくは、前記不活性ガスは純度が９９．９ｖｏｌ％以上のアルゴン又は窒素である。
好ましくは、前記坩堝の耐熱温度は１４００°Ｃ以上である。
好ましくは、前記ガラス純化剤の調製プロセスは、純度９８％以上の粉末
TIFF
2024132846000005.tif
10
52
を計量してそれぞれ高純度鋼玉坩堝に置き、４００～６００℃で１～８時間焼成した後、ひいては８００～１０００°Ｃで２～１６時間溶融焼成し、焼成された
TIFF
2024132846000006.tif
10
52
を混合して純化剤を得、両方の質量比が１：１～２０である。
好ましくは、前記ガラス純化剤と前記合金鋳塊の質量比は１：１～５である。
【００１０】
好ましくは、前記の電磁懸濁溶融の方法は、
Ｓ１、非晶質ナノ結晶合金の化学式がＦｅＳｉＢＭであり、ここでＭがＰ、Ｃ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｙ、Ｃｕ及びＣｏの１種以上の元素であり；合金原料の酸化物被膜を除去して洗浄し、特定の質量比に従って原料を量り、量られた原料を真空感応溶融炉又は真空アーク溶融炉に装填し、真空化が１０
-3
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れてそれの保護で溶融を行い、４～６回溶融を繰り返して合金鋳塊を得ることと、
Ｓ２、真空化が１０
-3
Ｐａに達した後、不活性ガスを入れて保護を行い、合金鋳塊をぶら下っているコイルの下方に送り、電磁界と誘導電流との間の相互作用によって形成されたローレンツ力の作用下で母合金を加熱コイルの中心に安定して浮かせることと、
Ｓ３、加熱コイルの感応で合金を加熱して溶かし、ひいては温度を１２００～１５００℃に上げ、１～１０分間保温し、その後加熱電源が止まって合金を自然に冷却させることと、
Ｓ４、「加熱－保温－凝固」循環的な処理を３～６回実施し、合金に所望の過冷却度を獲得させるようにすることと、
Ｓ５、過冷却凝固を行った合金を、溶融物の急速冷却法又は噴霧法により帯状部材又は粉末に固化することと、
Ｓ６、得られた帯状部材又は粉末を応力除出又は結晶化に焼き戻して鉄基ナノ結晶合金を得ることとを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許