JPS586776B2 - ベリリウム含有鉄↓−ホウ素ガラス状磁性合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラス状合金に関する。

より詳細には、本発明はベリリウムが添加された鉄−ホ
ウ素（ボロン）ガラス状合金に関する。

約１５〜２５原子パーセントのボロン、バランス量の鉄
から成る二成分系鉄−ボロンガラス状合金は従来のガラ
ス状合金にくらベてすぐれた物理的熱的および磁気的性
質を有していると１９７７年７月１９田こ刊行されたア
メリカ特許第４０３６６３８号に開示されている。

例えば、これらの合金は６００，０００ｐｓｉに達する
極限引張り強さ、１３００Ｋｇ／ｍｍ２に達する硬度、
示差熱分析測定によって約４７５℃の結晶温度、約１７
０ｅｍｕ／ｇの室温飽和磁化、約０．０８０Ｏｅの保磁
力及び約３７５℃（６４８°Ｋ）のキュリ一温度を有し
ていることが明らかである。

飽和磁化を減少させずに鉄−ポロンの熱安定性を向上さ
せようとの試みがなされてきた。

然しなから、モリブデンの様に熱安定性を向上させる多
《の元素は多くの応用面に好のましくない飽和磁化を実
質的に減少させる結果になる。

本発明により、鉄一ボロン基体ガラス状合金へベリリウ
ムを導入することによって該基体合金の飽和磁化を実質
的に保持しつつ熱安定性を向上することが出来る。

本発明の合金は実質質に約２〜１０原子（アトム）パー
セントのベリリウムおよび約７２〜８０アトムパーセン
トの鉄および付随的不純物から成っている。

図−１は、ガラス状合金であるＦｅ８２−×Ｂｅ×Ｂ１
８およびＦｅ８０Ｂｅ×Ｂ２０×のキュリ一温度（θｆ
）および結晶温度（Ｔｃ）の変化を表わして（る、ここ
でＫは温度および“×”はアトムパーセントである：図
−２は従来のＦｅ８０−×Ｍ０×Ｂ２０と比較した一連
のガラス状合金のＦｅ８２−×Ｂｅ×Ｂ１８およびＦｅ
８０Ｂｅ×Ｂ２０−×の飽和磁化（室温）の変化を表わ
していて、ここで飽和磁化はｅｍｕ／ｇおよび“ ×”
はアトムパーセントであるガラス状合金の熱安定性は多
くの応用面にとって重要な特性である。

熱安定性は合金の時間一温度転移動作に特徴付けられ且
つ示差熱分析又は磁気的方法（例えば、温度の函数とし
ての磁化）によって部分的には決定される。

熱安定性は延性の保持および熱処理後の曲げによっても
示される。

ＤＴＡで観察された相似結晶挙動を判うガラス状合金は
同じ熱処理サイクルにおいて異った脆化挙動を示す。

ＤＴＡ測定によって、結晶温度Ｔｃはガラス状合金をゆ
っくりと加熱（約２０°〜５００Ｋ／ｍｉｎ）し且つ制
限された温度を超えて過剰の熱が発生しているかどうか
又は特定の温度範囲（ガラス転移温度）以上に過剰の熱
が吸収されているかどうかをチェックすることによって
決定され得る。

特に、ガラス転移点Ｔｇは最低又は最初の結晶温度Ｔｃ
ｌに近く且つ周知の様に粘度が１０１３〜１０１４ポイ
ズの範囲の温度である。

又、Ｔｃを決定するために磁気方法を使用してもよい。

例えば、ガラス状から結晶状態へのガラス状物質の転移
は磁化の急速な向上を併う。

この転移温度は結晶温度として定義される。

Ｔｃは加熱速度に依存しているので、低加熱速度、典型
的には約１ °Ｋ／ｍｉｎを使用してＴｃを得る。

代表的には、鉄−ボロンガラス状合金は熱磁気測定によ
って約６００°〜６９０°Ｋの結晶温度を示ゴ。

これらの合金のキューリ一温度は約５００低い。

２つの理由から結晶温度を高めることが望ましい。

第１には、より高温の結晶温度は合金により高い使用温
度を供給する、というのもガラス状合金の結晶化はしば
しばもろい製品を供給することがある。

勿論、より高温が望ましい。第２に、磁性合金のアニー
ルはその磁気特性を向上させそして充分効果的であるた
めには、このアニールはキューリ一温度に近いか又はそ
れよりわずかに高い温度およびガラス状合金の結晶温度
以下で行うべきである。

キューリ一温度以上の温度では、ガラス状合金は非一磁
気的である。

それ故、キューリ一温度で冷却している間、磁気異方性
（アニソトロピー）はガラス状合金に希望する様に誘導
される。

勿論、結晶温度以下の温度でのアニールは結晶化および
ガラス状合金の脆化を防止する。

本発明のガラス状合金は実質的には約１０〜１８アトム
パーセント（約２．３〜４．５ｗｔ％）のボロン、約２
〜１０アトムパーセント（約０．４〜１．９ｗｔ％）の
ベリリウムおよび７２〜８０アトムパーセント（約９３
．４〜９５．８ｗｔ％）の鉄および誘導不純物から成る
。

使用される全物質の純度は通常の市販品のものでよい。

然しなから、少量（数アトム％まで）の他の元素が主要
元素からまたは添加され得るが、この際物性に殆ど影響
はない。

この様な元素は、例えばガラスー形成挙動を向上させる
ために使用され得る。

特に考えられる元素としては周期律表ＴＢから■Ｂまで
および■第４，５および６列の遷移金属および炭素、ケ
イ素、アルミニウムおよびリンの半金属元素がある。

Ｂｅの濃度は２つの考慮によって束縛される。

約２アトム係のベリリウムを添加すると鉄−ボロン基体
ガラス状合金のキュリーおよび結晶温度の両方を２００
以上高め、一方約１０アトム係以上のベリリウムを添加
するとガラス状物質よりむしろ結晶を形成する。

約２〜６アトム％の範囲のＢｅは飽和磁化をほとんど減
少させることなく改良された熱安定性を与え、従って好
ましい。

約２アトム％のＢｅは磁化および熱的特性の最良の組み
合せを与え、従って最も好ましい。

本発明のガラス状合金の大部分は基体の鉄−ボロン合金
にくらベてキュリ一温度および結晶温度の両面を高める
ことが明らかである。

更に、本発明のガラス状合金は基体合金にくらべて飽和
磁化をほとんど減少することがない。

例えば、実質的に１８アトム係のボロン６アトム係のベ
リリウムおよびバランス量の鉄から成る合金は鉄−ポロ
ン合金（１８アトム％のボロン、バランス量の鉄）の室
温飽和磁化１７１ｅｍｕ／ｇ、キュリ一温度が６４７°
Ｋおよび結晶温度が６５８°Ｋなのに比較して１５６ｅ
ｍｕ／ｇの室温飽和磁化、６９５°Ｋのキュリ一温度お
よび７２５°Ｋの結晶温度それ故、６アトム％の鉄を６
アトム％のベリリウムで置き換えることによって飽和磁
化をわずか約９％減少させるだけで熱安定性を実質的に
改良する。

対照的に、２０アトム％のボロン、バランス量の鉄の基
体合金の鉄を６アトム％のモリブデンと換えると飽和磁
化が４１％減少する。

更に、キュリ一温度は殆ど２００°Ｋ減少し、一方結晶
温度は約１００°Ｋ高められる。

図−１は二種のガラス状合金Ｆｅ８２−×Ｂｅ×Ｂ１８
およびＦｅ８０Ｂｅ×Ｂ２０−×のキューリ一温度（θ
ｆ）および結晶温度（Ｔｃ）の変化を“×”の画数とし
て表わしている。

ガラス状合金の前者シリーズにおいて両者の温度は“×
”の増加と共に高まることがわかる。

然しながら、結晶温度はキューリ一温度より幾分早く上
昇する。

高い値の“×”に向上された差があると結晶温度に極め
て接近させることなく合金のキューリ一温度を超える様
にアニール温度を調節するのが極めて容易になる。

図−１のガラス状合金の後者のシリーズでは、両方の温
度は最初“×”の増加と共に増加し、ついでより高い値
の“×”で減少することがわかる。

更に、より高い値の“×”におけるキューリ一温度と結
晶温度の差が大きいと合金をアニールするのが極めて容
易になる。

図−２は２つのシリーズのガラス状合金飽和磁化の変化
を表わしている。

“×”の値の増加と共にわずかの減少（“×”の大部分
の値に対して約９％以下）が最小であると考えられる。

これと対照的に、Ｆｅ８０−×Ｍｏ×Ｂ２０のＦｅをＭ
ｏえ置換すると図−２に示す様に飽和磁化が実質的に減
少する。

本発明のガラス状合金は必須の組成の溶融物を少くとも
約１０５℃／ｓｅｃの速度で冷却して製造される。

長形に急冷したフォイルおよび急冷した連続リボン、ワ
イヤー、シート等を製造するために現在当業界で周知の
種々の技術が利用出来る。

主として、特定の組成が選択され、必須元素（或はフエ
ロボロン（ｆｅｒｒｏｂｏｒｏｎ）の様に分解して必須
元素を形成する物質）の希望する比率の粉末を溶融して
均質化し、溶融合金を急速に回転する冷却されたシリン
ダーの如き冷却した表面でか又は冷却したブライン溶液
の如き適当な媒体内で急冷する。

ガラス状合金は空気中で形成される。然しなから、約５
ｃｍＨｇ以下の絶対圧で部分真空中でこれらのガラス状
合金を形成することによってすぐれた機械特性が得られ
る。

本発明のガラス状合金は主としてガラス状であり且つ好
ましくはＸ一線回折による測定で実質的にガラス状であ
る。

実質的なガラス質は改良された延性を示し且つ従ってこ
の様な合金は好ましい。

実施例 均一な巾および厚さを有するリボンのガラス状ストリッ
プの急速溶融および製造は真空下で実施される。

真空下で実施ゴることによって溶融又は噴出工程の間の
酸化および合金の汚染を最少にし且つ空気中又はｌａｔ
ｍの不活性ガス中で処理されたストリップスに通常観察
される表面損傷（ブリスター、バルブ等）が避けられる
。

銅シリンターを真空回転供給系のシャフトに垂直にのせ
てステンレススチールの真空小室内に設置した。

この真空小室は２つの側面受口を有する２つの端面でフ
ランジを設けたシリンダーで拡散ポンプ系統に連結され
ている。

この銅シリンダーは供給系を経て可変速電気モーターで
回転される。

誘導コイルアセンブリーで周囲をまかれるつぼを小室内
の回転シリンダー上に設置した。

誘導力供給を使用して溶融石英で製造されているるつぼ
内の合金を溶融した。

適当な非反応性のるつぼ内の合金を溶融し、るつぼの底
のオリフイスを経る過圧のアルゴンで溶融物を回転（約
３０００〜６０００フィート／分、表面速度）シリンダ
ーの表面に噴出させることによってガラス状リボンを製
造した。

真空圧を調節するべくアルゴンの如き不活性ガスを使用
して約２ｃｍの部分真空下において溶融および噴出を実
施した。

上述した真空溶融成型装置を使用してベリリウムを含有
する多数のガラス形成鉄一ボロン合金を実質的に均一な
厚さおよび巾を有する連続リボンとして冷却成型した。

主として厚さは３５〜５０μｍで巾は２〜３ｍｍであっ
た。

リボンのガラス状態をＸ一線回折およびＤＴＡで検査し
た。

磁気特性は通常のＤＣヒステリシス装置および振動サン
プルマグネトメーターで検査した。

キューリーおよび結晶温度は温度の画数（温度上昇１°
Ｋ／分）としての磁化変化を測定して決定した。

ガラス状リボンは急冷条件下で延性であった。１ 鉄の
ベリリウム置換 実質的にボロン１８アトム％を含む組成を有するガラス
状合金を上述した様にして製造した、この合金において
ベリリウム含量は２〜１８アトム％の範囲でありバラン
ス（約８０〜７２アトム％）は実質的に鉄であった。

測定された種々の組成の飽和磁化、キューリ一温度およ
び結晶温度を表−１にリストする。

表−１ ガラス状Ｆｅ８２−×Ｂｅ×Ｂ１８の磁気および熱的性
質 ×、アトム％ 飽和磁化 キューリ 結晶温度
一温度 （室温） （°Ｋ） （。

Ｋ）０ １７１ ６４７ ６
５８２ １６８ ６６８ ６
９０４ １５９ ６７６ ７
０６６ １５６ ６９５ ７
２５８ １５６ ７０５ ７
４０１０ １５８ ７１０
７５２２ ボロンのベリリウム置換 ８０アトム％の鉄から実質的に成るガラス状合金を上述
した様にして製造した、この合金でベリリウムは２〜１
０アトムチでバランス（約１８〜１０アトム％）は実質
的にボロンであった。

飽和磁化、キューリ一温度および結晶温度を表−２に記
録する。

表−２ ガラス状Ｆｅ８０Ｂｅ×Ｂ２０−×の磁気的および熱的
性質 ×、アトム％ 飽和磁化 キューリ 結晶温度
一温度 （室温） （°Ｋ） （°Ｋ）０
１７０ ６４７ ６５８２
１６８ ６６８ ６８７４
１６７ ６４３ ６７３６ １６４
６２１ ６５０８ １５５
５９０ ６５０１０ １４１
５６７ ６４０

【図面の簡単な説明】

第１図はガラス状合金Ｆｅ８２−×Ｂｅ×Ｂ１８および
Ｆｅ８０Ｂｅ×Ｂ２０ −×のキューリ一温度（θｆ）
および結晶温度（Ｔｏ）の変化を“×”の画数として表
わしたグラフである。 第２図は涛のガラス状合金の飽和磁化の変化を表わして
いるグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に約１０〜１８原子パーセントのホウ素、約
   ２〜１０原子パーセントのベリリウムおよび約７２〜８
   ０原子パーセントの鉄および付随する不純物から成るベ
   リリウムで置換した鉄−ホウ素の主としてガラス状の磁
   性合金。 ２ ベリリウム含量が約２〜６原子パーセントである特
   許請求の範囲第１項記載の合金。 ３ ベリリウム含量が約２原子パーセントである特許請
   求の範囲第２項記載の合金。 ４ 実質的に約１８原子パーセントのホウ素、２〜１０
   原子パーセントのベリリウムおよび約８０〜７２原子パ
   ーセントの鉄および付随する不純物から成る特許請求の
   範囲第１項記載の合金。 ５ 実質的に約２〜１０原子パーセントのベリリウム、
   約１８〜１０原子パーセントのホウ素および約８０パー
   セントの鉄および付随する不純物から成る特許請求の範
   囲第１項記載の合金。 ６ 実質的にガラス状である特許請求の範囲第１項記載
   の合金。