合金組成物、鐵基納米結(jié)晶合金及其制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是【申請(qǐng)?zhí)枴?01080024778. 6,申請(qǐng)日：2010. 07. 20,發(fā)明名稱："合金組成 物、鐵基納米結(jié)晶合金及其制造方法"的申請(qǐng)（PCT/JP2010/062155)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及適合在變壓器、電感器或馬達(dá)磁芯等中使用的軟磁性合金，及其制造 方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為軟磁性非晶質(zhì)合金之一，有專利文獻(xiàn)1公開的Fe-B-P_M(M=Nb、Mo、Cr)系的 軟磁性非晶質(zhì)合金。本非晶質(zhì)合金具有良好的軟磁特性，是相較于市售的鐵系非晶質(zhì)而言 熔解溫度低的合金，因此容易非晶質(zhì)化，另外，還適合作為粉塵材料。
[0004] [現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0005][專利文獻(xiàn)]
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2007-231415號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](發(fā)明要解決的問題）
[0008] 但是，在專利文獻(xiàn)1的非晶質(zhì)合金中具有下述問題：使用Nb、Mo或Cr等非磁性金 屬元素時(shí)飽和磁通密度Bs下降。另外，飽和磁致伸縮為17XKT6,有比Fe、Fe_Si、Fe-Si_Al、 Fe-Ni等其它軟磁性材料大的問題。
[0009] 所以，本發(fā)明目的在于，提供具有高飽和磁通密度且磁致伸縮低的軟磁性合金及 其制造方法。
[0010] (用于解決課題的手段）
[0011] 本案發(fā)明人等傾力研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以使用在Fe-B-P中加入Cu并以非晶質(zhì)為主 相的特定合金組成物作為用于獲得鐵基納米結(jié)晶合金的初始原料。
[0012] 特別是通過以與Fe的共晶組成位于高Fe側(cè)的P與B作為主要構(gòu)成元素，由此為 高Fe組成，且能降低熔解溫度。詳細(xì)而言，特定的合金組成物以規(guī)定的組成式來表示，并具 有非晶相作為主相。在對(duì)該特定的合金組成物進(jìn)行熱處理時(shí)，可以析出含有25nm以下的 bccFe的納米結(jié)晶。由此，可以提高鐵基納米結(jié)晶合金的飽和磁通密度，并可以降低飽和磁 致伸縮。
[0013] 本發(fā)明的一個(gè)方面提供組成式FeQ(l(l_x_Y_z)BxPYCuz的合金組成物，其中 4 彡X彡 14at%，0 <Y彡 10at%，0. 5 彡Z彡 2at%。
[0014] 關(guān)于Fe-Nb等常用工業(yè)原料，除了價(jià)格較高之外，也有含有大量A1或Ti等雜質(zhì)且 由于這些雜質(zhì)的混入程度而造成非晶質(zhì)形成力與軟磁特性顯著下降的情況。
[0015]為此，即便使用雜質(zhì)較多的工業(yè)原料也能穩(wěn)定進(jìn)行制造，對(duì)適合工業(yè)化的軟磁性 合金有所需求。
[0016] 為了響應(yīng)這種需求，本發(fā)明人等進(jìn)行了研宄，結(jié)果在合金組成物中的A1、Ti、Mn、S、 〇、N的含量處在特定范圍的情況下，即使使用低價(jià)的工業(yè)原料也能夠容易地制造合金組成 物。
[0017] 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種組成式是Fe(1QQ_X_Y_Z)BxPYCuz的合金組成物，其中 4 彡X彡 14at%，0 <Y彡 10at%，0? 5 彡Z彡 2at%，且Al、Ti、Mn、S、0、N的含量是： 0彡A1彡0? 5質(zhì)量％，0彡Ti彡0? 3質(zhì)量％，0彡Mn彡1. 0質(zhì)量％，0彡S彡0? 5質(zhì)量％，0 < 0彡0? 3質(zhì)量％，0彡N彡0? 1質(zhì)量％。
[0018](發(fā)明的效果）
[0019] 使用本發(fā)明的合金組成物作為初始原料而制造的鐵基納米結(jié)晶合金，因?yàn)轱柡痛?通密度高且磁致伸縮低，故適于磁性部件的小型化、高效率化。
[0020] 另外，本發(fā)明的合金組成物，其主要構(gòu)成元素較少，為4種元素，容易控制大量生 產(chǎn)時(shí)的主成分組成及雜質(zhì)。
[0021] 另外，本發(fā)明的合金組成物，因?yàn)槿劢鉁囟鹊?，故合金容易熔解，非晶質(zhì)容易形成， 即使利用現(xiàn)有裝置也能制造，并且能減輕給予該裝置的負(fù)荷。
[0022] 另外，本發(fā)明的合金組成物，熔湯狀態(tài)的粘性也低。所以，在構(gòu)成粉末形狀的合金 組成物時(shí)，也有易于得到球狀的微粉末、非晶質(zhì)也容易形成的優(yōu)點(diǎn)。
[0023] 進(jìn)而，若使合金組成物中的Al、Ti、Mn、S、0、N的含量在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)，即使 利用低價(jià)的工業(yè)原料也能容易地制造合金組成物。
【附圖說明】
[0024] 圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的熱處理溫度與矯頑磁力He的關(guān)系的圖。
[0025] 圖2是表示利用粉化法制作的具有Fe83.4B1QP6Cua6組成的合金組成物粉末的SEM照 片。
[0026] 圖3是表示利用粉化法制作的具有Fe83.4B1(lP6Cua6組成的合金組成物粉末的熱處 理前后的XRD輪廓圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的合金組成物，適于作為鐵基納米結(jié)晶合金的初始 原料，組成式是Fe(1(l(l_x_Y_z)BxPYCuz。在這里，本實(shí)施方式的合金組成物，其X、Y、Z滿足 4 彡X彡 14at%、0 <Y彡 10at%、0. 5 彡Z彡 2at%。
[0028] 需要說明的是，優(yōu)選使100-X-Y-Z、X、Y以及Z滿足以下條件： 79 彡 100-X-Y-Z彡 86at%、4 彡X彡 13at%、1 彡Y彡 10at%、0? 5 彡Z彡 1. 5at% ; 更優(yōu)選滿足以下條件：82彡100-X-Y-Z彡86at%、6彡X彡12at%、2彡Y彡8at%， 0? 5彡Z彡1. 5at%。此外，P與Cu的比值優(yōu)選滿足0? 1彡Z/Y彡1. 2。
[0029] 在這里，在上述合金組成物中，將Fe的一部分置換成Co、Ni中的1種以上的元素。 此時(shí)，Co、Ni中的1種以上的元素是合金組成物的全部組成的40at%以下，且Co、Ni中的 1種以上的元素與Fe的總量是合金組成物的全部組成的（lOO-X-Y-Z)at%。另外，可以將 Fe的一部分置換為 21~、1^、恥、1&、]\1〇、1、038、211、511、48、513、81、￥及稀土元素中的1種 以上的元素。此時(shí)，2!'、1^、恥、了 &、]\1〇、1、0、48、211、511、48、513、81、￥及稀土元素中的1種 以上的元素，是合金組成物的全部組成的3at%以下，Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y及稀土元素中的1種以上的元素與Fe的總量，是合金組成物的全部組成的 (lOO-X-Y-Z)at%。另外，可以將B及/或P的一部分置換為碳元素（C)。此時(shí)，C是合金組 成物的全部組成的l〇at%以下，B及P依然滿足14at%及0 <Y< 10at%，且C 與B及P的總量是在合金組成物的全部組成的4at%以上24at%以下。
[0030] 需要說明的是，上述合金組成物中的Al、Ti、Mn、S、0、N的含量?jī)?yōu)選滿足以下條 件：0彡A1彡0.5質(zhì)量％，0彡Ti彡0.3質(zhì)量％，0彡Mn彡1.0質(zhì)量％，0彡S彡0.5質(zhì) 量％，0彡0彡0. 3質(zhì)量％，0彡N彡0. 1質(zhì)量％ ;優(yōu)選滿足以下條件：0 <A1彡0. 1質(zhì) 量％，0 <Ti彡 0? 1 質(zhì)量％，0 <Mn彡 0? 5 質(zhì)量％，0 <S彡 0? 1 質(zhì)量％，0? 001 彡 0 彡 0? 1 質(zhì)量％，0 <N彡0. 01質(zhì)量％ ;進(jìn)一步優(yōu)選滿足以下條件：0. 0003彡A1彡0. 05質(zhì)量％， 0? 0002 彡Ti彡 0? 05 質(zhì)量 ％，0? 001 彡Mn彡 0? 5 質(zhì)量 ％，0? 0002 彡S彡 0? 1 質(zhì)量 ％， 0? 01彡0彡0? 1質(zhì)量％，0? 0002彡N彡0? 01質(zhì)量％。
[0031] 在上述合金組成物中，鐵元素（Fe)是主元素，且是擔(dān)負(fù)磁性的必需元素。為了提 高飽和磁通密度及降低原料價(jià)格，基本上優(yōu)選Fe的比例較高。在Fe的比例低于79at%時(shí)， AT減少，無法獲得均質(zhì)的納米結(jié)晶組織，另外，無法得到希望的飽和磁通密度。在Fe的比 例高于86at%時(shí)，在液體急冷條件下難以形成非晶質(zhì)相，結(jié)晶粒徑有偏差或粗大化，故使軟 磁特性劣化。所以，F(xiàn)e的比例優(yōu)選為79at%以上、86at%以下。尤其是在必須有1.7T以上 的高飽和磁通密度時(shí)，優(yōu)選Fe的比例是82at%以上。
[0032] 上述合金組成物中，硼元素（B)是擔(dān)負(fù)非晶相形成的必需元素。在B的比例低于 4at%時(shí)，難以在液體急冷條件下形成非晶相。在B的比例高于14at%時(shí)，無法得到均質(zhì)的 納米結(jié)晶組織，另外，因?yàn)橛泻蠪e-B的化合物析出，故合金組成物具有劣化了的軟磁特 性。所以，B的比例優(yōu)選4at%以上、14at%以下。進(jìn)而，在B的比例較