專利名稱：合金組合物、Fe基納米晶合金及其制造方法和磁性部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合變壓器、電感器和電動機的磁芯等使用的Fe基納米晶合金及其制造方法。
背景技術(shù)：
在取得納米晶合金時，若使用Nb等非磁性金屬元素，則產(chǎn)生飽和磁通密度降低這樣的問題。若使Fe量增加，減少Nb等非磁性金屬元素的量，則雖然能夠使飽和磁通密度增力口，但卻會產(chǎn)生晶粒粗大這一另外的問題。作為清除這樣的問題的Fe基納米晶合金，例如在專利文獻I中被公開。專利文獻I :特開2007-270271號公報但是，專利文獻I的Fe基納米晶合金具有14X10_6這樣的大磁致伸縮，并且具有低的導(dǎo)磁率。另外，因為在急冷狀態(tài)下使結(jié)晶大量析出，所以專利文獻I的Fe基納米晶合金缺乏韌性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有高飽和磁通密度且具有高導(dǎo)磁率的Fe基納米晶合金及其制造方法。本發(fā)明的發(fā)明人進行了潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為用于得到具有高飽和磁通密度且具有高導(dǎo)磁率的Fe基納米晶合金的起始原料，能夠使用特定的合金組合物。在此，特定的合金組合物由規(guī)定的組成式表示，作為主相具有非晶相，并且具有優(yōu)異的韌性。若對特定的合金組合物進行熱處理，則能夠析出由bccFe相構(gòu)成的納米晶。該納米晶能夠大幅降低Fe基納米晶合金的飽和磁致伸縮。此被降低的飽和磁致伸縮帶來高飽和磁通密度和高導(dǎo)磁率。如此，特定的合金組合物作為用于得到具有高飽和磁通密度且具有高導(dǎo)磁率的Fe基納米晶合金的起始原料是有益的材料。本發(fā)明的一個方面，是提供一種合金組合物，其作為Fe基納米晶合金的有益的起始原料，是組成式FeaBbSicPxCyCuz的合金組合物，其中，79彡a彡86at%, 5彡b彡13at%,0
<c ^ 8at%, I ^ x ^ 8at%, 0 ^ y ^ 5at%, 0. 4 ^ z ^ I. 4at% 以及 0. 08 < z/x < 0. 8。本發(fā)明的另一方面，是提供一種合金組合物，其作為Fe基納米晶合金的有益的起始原料，是組成式FeaBbSicPxCyCuz的合金組合物，其中，81彡a彡86at%,6彡b彡IOat%,
2^ c ^ 8at%, 2 ^ X ^ 5at%, 0 ^ y ^ 4at%, 0. 4 ^ z ^ I. 4at% 以及 0. 08 < z/x < 0. 8。使用上述任意一種合金組合物作為起始原料制造的Fe基納米晶合金，飽和磁致伸縮低，還具有高飽和磁通密度且具有高導(dǎo)磁率。


圖I是表示本發(fā)明的實施例和比較例的熱處理溫度與矯頑磁力He的關(guān)系的圖。圖2是比較例的高分辨率TEM像的拷貝。左圖表示熱處理前的狀態(tài)的像，右圖表示熱處理后的狀態(tài)的像。圖3是 本發(fā)明的實施例的高分辨率TEM像的拷貝。左圖表示熱處理前的狀態(tài)的像，右圖表示熱處理后的狀態(tài)的像。圖4是表示本發(fā)明的實施例的DSC譜圖和比較例的DSC譜圖的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方式的合金組合物，適合作為Fe基納米晶合金的起始原料，為組成式 FeaBbSicPxCyCuz 的合金組合物。在此，79 彡 a 彡 86at% , 5 ^ b ^ 13at%, 0 < c ^ 8at%,I ^ x ^ 8at%, 0 ^ y ^ 5at%, 0. 4 ^ z ^ I. 4at% 以及 0. 08 < z/x < 0. 8。關(guān)于 b、c、x優(yōu)選滿足以下的條件6 < b < IOat%, 2 ^ c ^ 8at*%和 2 < x < 5at*%。關(guān)于 y、z、z/x優(yōu)選滿足以下的條件0彡y彡3at%,0. 4彡z彡I. lat%以及0. 08 ( z/x ( 0. 55。還有，也可以用 Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Co、Ni、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、0 和稀土類元素之中的一種以上的元素對Fe的3at%以下進行置換。在上述合金組合物中，F(xiàn)e元素是主要元素，是擔(dān)負磁性的必須元素。為了飽和磁通密度的提高和原料價格的降低，基本上優(yōu)選Fe的比例大。若Fe的比例比79&七％少，則得不到期望的飽和磁通密度。若Fe的比例比86at %多，則液體急冷條件下的非晶相的形成變得困難，晶粒直徑有波動或粗大化。即，若Fe的比例比86at %多，則得不到均質(zhì)的納米晶組織，合金組合物會具有劣化的軟磁特性。因此，F(xiàn)e的比例優(yōu)選為79at%以上、86at%以下。特別是需要I. 7T以上的飽和磁通密度時，優(yōu)選Fe的比例為81at%以上。在上述合金組合物中，B元素是擔(dān)負著非晶相形成的必須元素。若B的比例比5&七％少，則液體急冷條件下的非晶相的形成變得困難。若B的比例比13at%S，則AT減少，不能獲得均質(zhì)的納米晶組織，合金組合物會具有劣化的軟磁特性。因此，B的比例優(yōu)選為5at%以上、13at%以下。特別是為了量產(chǎn)化而需要合金組合物具有低的熔點時，優(yōu)選B的比例為10at%以下。在上述合金組合物中，Si元素是擔(dān)負非晶形成的必須元素，在納米晶化時有助于納米晶的穩(wěn)定化。若不含Si，則非晶相形成能力降低，進而得不到均質(zhì)的納米晶組織，其結(jié)果是軟磁特性劣化。若Si的比例比8at%多，則飽和磁通密度和非晶相形成能力降低，進而軟磁特性劣化。因此，Si的比例優(yōu)選為8at%以下(不含0)。特別是若Si的比例為2at%以上，則非晶相形成能力得到改善，能夠穩(wěn)定制作連續(xù)薄帶，另外A T增加，從而能夠得到均質(zhì)的納米晶。在上述合金組合物中，P元素是擔(dān)負非晶形成的必須元素。在本實施方式中，使用B元素、Si元素和P元素的組合，這與只使用任意一種的情況相比，會提高非晶相形成能力和納米晶的穩(wěn)定性。若P的比例比lat%少，則液體急冷條件下的非晶相的形成變得困難。若P的比例比8at%S，則飽和磁通密度降低，軟磁特性劣化。因此，P的比例優(yōu)選為lat%以上、8at 以下。特別是若P的比例為2at 以上、5at 以下，則非晶相形成能力提聞，能夠穩(wěn)定制作連續(xù)薄帶。在上述合金組合物中，C元素是擔(dān)負非晶形成的元素。在本實施方式中，使用B元素、Si元素、P元素和C元素的組合，這與只使用任意一種的情況相比，會提高非晶相形成能力和納米晶的穩(wěn)定性。另外，因為C廉價，所以通過C的添加可使其他半金屬量降低，總材料成本得到降低。但是，若C的比例超過5at %，則合金組合物脆化，存在發(fā)生軟磁特性的劣化這樣的問題。因此，C的比例優(yōu)選為5at%以下。特別是若C的比例在3at%以下，則能夠抑制由于熔化時C的蒸發(fā)所引起的組成的波動。
在上述合金組合物中，Cu元素是有助于納米晶化的必須元素。在此，Si元素、B元素及P元素與Cu元素的組合，或者Si元素、B元素、P元素及C元素與Cu元素的組合有助于納米晶化這一點，是一個在本發(fā)明之前不被知曉而應(yīng)該著眼的點。另外，Cu元素基本上為高價，在Fe的比例為81at%以上時，應(yīng)該注意到合金組合物的脆化和氧化容易產(chǎn)生這一點。還有，若Cu的比例比0. 4&七％少，則納米晶化變得困難。若Cu的比例比1.4at%S，則由非晶相構(gòu)成的前體變得不均質(zhì)，因此在Fe基納米晶合金的形成時得不到均質(zhì)的納米晶組織，軟磁特性劣化。因此，Cu的比例優(yōu)選為0. 4at%以上、I. 4at%以下，特別是若考慮合金組合物的脆化和氧化，則優(yōu)選Cu的比例為I. lat%以下。P原子和Cu原子之間有很強的引力。因此，若合金組合物含有特定比率的P元素和Cu元素,則形成IOnm以下的大小的團簇,該納米尺度的團簇在Fe基納米晶合金的形成時使bccFe結(jié)晶具有微細結(jié)構(gòu)。更具體地說，本實施方式的Fe基納米晶合金含有平均粒徑為25nm以下的bccFe結(jié)晶。在本實施方式中，P的比例(x)和Cu的比例(z)的特定的比率(z/x)為0.08以上、0.8以下。在該范圍以外，得不到均質(zhì)的納米晶組織，因此合金組成不具有優(yōu)異的軟磁特性。還有，若考慮合金組合物的脆化和氧化，則特定的比率(z/x)優(yōu)選為0. 08以上、0. 55以下。本實施方式中的合金組合物，能夠具有各種各樣的形狀。例如，合金組合物可以具有連續(xù)薄帶形狀，也可以具有粉末形狀。連續(xù)薄帶形狀的合金組合物能夠使用制造Fe基非晶薄帶等所使用的單輥制造裝置和雙輥制造裝置這樣的現(xiàn)有裝置形成。粉末形狀的合金組合物可以由水霧化法和氣霧化法制作，也可以通過粉碎薄帶的合金組合物來制作。若特別考慮對高韌性的要求，則優(yōu)選連續(xù)薄帶形狀的合金組合物在熱處理前的狀態(tài)下實施180°彎曲試驗時可以進行密貼彎曲。在此，所謂180°彎曲試驗是用于評價韌性的試驗，彎曲試樣而使彎曲角度為180°且使內(nèi)側(cè)半徑為零。即,根據(jù)180°彎曲試驗，試樣被密貼彎曲(〇)或斷裂(X)。在后述的評價中，從長3cm的薄帶試樣的中心將其彎折，檢測是能夠密貼彎曲(〇)還是斷裂(X)。將本實施方式的合金組合物成形，能夠形成卷繞磁芯、層疊磁芯、壓粉磁芯等磁芯。另外，使用該磁芯，能夠提供變壓器、電感器、電動機和發(fā)電機等部件?；诒緦嵤┓绞降暮辖鸾M合物具有非晶相作為主相。因此，若在Ar氣氣氛這樣的惰性氣氛中對本實施方式的合金組合物進行熱處理，則被晶化2次以上。設(shè)最初晶化開始的溫度為第一晶化開始溫度(Txl)，設(shè)第二次晶化開始的溫度為第二晶化開始溫度(Tx2)。另夕卜，設(shè)第一晶化開始溫度(Txl)和第二晶化開始溫度(Tx2)之間的溫度差為AT = Tx2-Txlo僅稱為“晶化開始溫度”時，是指第一晶化開始溫度(Txl)。還有，這些晶化溫度例如可以使用差示掃描量熱分析(DSC)裝置，以40°C /分鐘左右的升溫速度進行熱分析，從而進行評價。若以每分鐘100°C以上的升溫速度且在晶化開始溫度(即第一晶化開始溫度)以上對本實施方式的合金組合物進行熱處理，則能夠得到本實施方式的Fe基納米晶合金。為了在Fe基納米晶合金形成時得到均質(zhì)的納米晶組織，優(yōu)選合金組合物的第一晶化開始溫度(Txl)與第二晶化開始溫度(Tx2)的差A(yù)T為100°C以上200°C以下。
如此得到的本實施方式的Fe基納米晶合金，具有10，000以上的高導(dǎo)磁率和I. 65T以上的高飽和磁通密度。特別是通過選擇P的比例(X)和Cu的比例(Z)以及特定的比率(z/x)和熱處理條件，能夠控制納米晶的量而降低飽和磁致伸縮。為了避免軟磁特性的劣化，優(yōu)選飽和磁致伸縮為IOX 10_6以下，此外為了得到20，000以上的高導(dǎo)磁率，優(yōu)選飽和磁致伸縮為5X10_6以下。使用本實施方式的Fe基納米晶合金能夠形成磁芯。另外，使用該磁芯能夠構(gòu)成變壓器、電感器、電動機和發(fā)電機等部件。以下，一邊參照多個實施例，一邊對于本發(fā)明的實施方式進行更詳細的說明。
權(quán)利要求
1.一種組成式FeaBbSicPxCyCuz的合金組合物，其中，79≤a≤86at%, 5≤ b≤13at%, O≤c ≤8at%, I ≤ x ≤8at%, O≤ y ≤5at%, 0. 4 ≤ z ≤ I. 4at% 以及 0. 08 < z/x < 0. 8。
2.一種組成式FeaBbSicPxCyCuz的合金組合物，其中，81≤a≤86at%，6≤b≤10at%，2 ≤ c ≤ 8at%, 2 ≤ x ≤5at%, 0≤ y≤ 4at%, 0. 4≤ z ≤I. 4at% 以及 0. 08 < z/x < 0. 8。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的合金組合物,其中，0y 3at%,0. 4≤ z≤ I. Iat%以及 0. 08 ≤z/x ≤ 0. 55。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的合金組合物，其中，以Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Co、Ni、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、O和稀土類元素之中一種以上的元素置換Fe的3at%以下而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的合金組合物，其中，具有連續(xù)薄帶形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合金組合物，其中，180度彎曲試驗時可以進行密貼彎曲。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的合金組合物，其中，具有粉末形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的合金組合物，其中，具有差即AT= Tx2-Txl為100°C 200°C的第一晶化開始溫度即Txl和第二晶化開始溫度即Tx2。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項所述的合金組合物，其中，具有由非晶和存在于該非晶中的初期微晶構(gòu)成的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述初期微晶的平均粒徑為0. 3 10nm。
10.一種使用權(quán)利要求I至9中任一項所述的合金組合物構(gòu)成的磁性部件。
11.一種Fe基納米晶合金的制造方法，其中，包括如下步驟準備權(quán)利要求I至9中任一項所述的合金組合物的步驟；和在升溫速度為每分鐘100°C以上且處理溫度在該合金組合物的晶化開始溫度以上這樣的條件之下對所述合金組合物進行熱處理的步驟。
12.一種利用權(quán)利要求11所述的方法制造的Fe基納米晶合金，其中，具有10，000以上的導(dǎo)磁率和I. 65T以上的飽和磁通密度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的Fe基納米晶合金，其中，平均粒徑為10 25nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的Fe基納米晶合金，其中，具有10X10_6以下的飽和磁致伸縮。
15.—種使用權(quán)利要求12至14中任一項所述的Fe基納米晶合金構(gòu)成的磁性部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種組成式FeaBbSicPxCyCuz的合金組合物。參數(shù)滿足以下的條件79≤a≤86at％；5≤b≤13at％；0＜c≤8at％；1≤x≤8at％；0≤y≤5at％；0.4≤z≤1.4at％以及0.08≤z/x≤0.8?；蛘邊?shù)滿足以下的條件81≤a≤86at％；6≤b≤10at％；2≤c≤8at％；2≤x≤5at％；0≤y≤4at％；0.4≤z≤1.4at％以及0.08≤z/x≤0.8。
文檔編號C21D6/00GK102741437SQ20098010039
公開日2012年10月17日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者牧野彰宏 申請人:牧野彰宏