(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｘ−ｙ−ｚＣｕａＮｂｂＭｃＴｄＳｉｘＢｙＺｚと、最大１ａｔ％の不純物とからなり、Ｍが元素Ｍｏ、ＴａまたはＺｒの１種または複数種であり、Ｔが元素Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏまたはＮｉの１種または複数種であり、Ｚが元素Ｃ、ＰまたはＧｅの１種または複数種であり、０ａｔ％≦ａ＜１．５ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ＜２ａｔ％、０ａｔ％≦（ｂ＋ｃ）＜２ａｔ％、０ａｔ％≦ｄ＜５ａｔ％、１０ａｔ％＜ｘ＜１８ａｔ％、５ａｔ％＜ｙ＜１１ａｔ％および０ａｔ％≦ｚ＜２ａｔ％である、
テープの形に構成されている合金であって，
粒子の少なくとも５０ｖｏｌ％の平均径が１００ｎｍ未満であるナノ結晶性構造と、
非線形因子ＮＬが３％未満であるヒステリシスループと、
残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓ＜０．１と
保磁力Ｈｃ対異方場強度Ｈａ比＜１０％と、を有する、
合金であって、
前記非線形因子ＮＬは以下の式（１）のように計算される合金。
ＮＬ（％）＝１００（δＪｕｐ＋δＪｄｏｗｎ）／（２Ｊｓ）  （１）
（式中、δＪｕｐおよびδＪｄｏｗｎは、飽和磁気分極Ｊｓの±７５％の磁化値間のヒステリシスループの上昇（ｕｐ）分岐または下降（ｄｏｗｎ）分岐を通る最良適合線からの磁化の標準偏差である。）
【請求項２】
残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓが＜０．０５である、請求項１に記載の合金。
【請求項３】
保磁力対異方場強度比が＜５％である、請求項１または２に記載の合金。
【請求項４】
４０〜３０００の透磁率μをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の合金。
【請求項５】
２ｐｐｍ未満の飽和磁歪をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の合金。
【請求項６】
１ｐｐｍ未満の飽和磁歪をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の合金。
【請求項７】
５００未満の透磁率および５ｐｐｍ未満の飽和磁歪を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の合金。
【請求項８】
ｂ＜０．５である、請求項１から７のいずれか一項に記載の合金。
【請求項９】
ａ＜０．５である、請求項１から８のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１０】
１４ａｔ％＜ｘ＜１７ａｔ％および５．５ａｔ％＜ｙ＜８ａｔ％である、請求項１から９のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１１】
前記テープが、１０μｍ〜５０μｍの厚さを有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１２】
前記粒子の少なくとも７０％が５０ｎｍ未満の平均径を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１３】
前記結晶性粒子が、特定の方向に少なくとも０．０２％の伸度を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の合金からなる磁心。
【請求項１５】
巻き付けたテープの形を有する、請求項１４に記載の磁心。
【請求項１６】
前記テープが絶縁層で被覆されている、請求項１４または１５に記載の磁心。
【請求項１７】
透磁率が１５００〜３０００である、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の磁心を備える耐直流変流器。
【請求項１８】
透磁率が２００〜１５００である、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の磁心を備える電力変圧器。
【請求項１９】
透磁率が５０〜２００である、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の磁心を備える蓄積チョーク。
【請求項２０】
請求項１〜１３のいずれかの合金からなるテープを製造する方法であって、
Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｘ−ｙ−ｚＣｕａＮｂｂＭｃＴｄＳｉｘＢｙＺｚと、最大１ａｔ％の不純物とからなる組成を有する非晶質合金で作製されるテープを提供する工程であって、Ｍが元素Ｍｏ、ＴａおよびＺｒの１種または複数種であり、Ｔが元素Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏまたはＮｉの１種または複数種であり、Ｚが元素Ｃ、ＰまたはＧｅの１種または複数種であり、０ａｔ％≦ａ＜１．５ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ＜２ａｔ％、０ａｔ％≦（ｂ＋ｃ）＜２ａｔ％、０ａｔ％≦ｄ＜５ａｔ％、１０ａｔ％＜ｘ＜１８ａｔ％、５ａｔ％＜ｙ＜１１ａｔ％および０ａｔ％≦ｚ＜２ａｔ％である工程と、
４５０℃≦Ｔａ≦７５０℃である温度Ｔａの連続炉内引張応力下において、前記テープを熱処理する工程と、を含む
方法。
【請求項２１】
温度Ｔａの前記連続炉の温度ゾーンにおいてテープが費やす時間が２秒〜２分となるように、前記テープが速度ｓで前記連続炉を通過する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記テープが、５ＭＰａ〜８００ＭＰａの引張応力下で前記連続炉を通過する、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記引張応力σａは、前記合金の組成ごとに、比σａ≒σＴｅｓｔμＴｅｓｔ／μで与えられる式に従って選択され、μが所望の透磁率、μＴｅｓｔが試験応力σＴｅｓｔで実現される透磁率である、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記温度Ｔａが、比率（Ｔｘ１＋５０℃）≦Ｔａ≦（Ｔｘ２＋３０℃）に従って前記ニオブ含有量ｂに依存して選択される、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
所望の透磁率または異方場値、０．１未満の最大残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓの値、異方場強度に対する保磁力の比Ｈｃ／Ｈａの１０％未満の最大値、およびこれらの値それぞれについての許容される偏差範囲があらかじめ定められ、
前記テープの磁気特性が、前記テープが連続炉を離れると連続的に測定され、
前記許容される磁気特性偏差からの逸脱が認められた場合、それに応じてテープの引張応力は、測定した磁気特性値が前記許容される偏差範囲内に戻るように調整される、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は合金、特に、磁心としての使用に適した軟磁性合金、磁心および合金からテープを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｘ−ｙ−ｚＣｕａＮｂｂＭｃＴｄＳｉｘＢｙＺｚの組成に基づくナノ結晶性合金を、様々な用途において磁心として使用することができる。米国特許第７，５８３，１７３号明細書には、数ある用途の中でも変流器において使用され、（Ｆｅ１−ａＮｉａ）１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａ−ｂ−ｃＣｕｘＳｉｙＢｚＮｂαＭ’βＭ’’γからなる巻き磁心が開示されている。式中、ａ≦０．３、０．６≦ｘ≦１．５、１０≦ｙ≦１７、５≦ｚ≦１４、２≦α≦６、β≦７、γ≦８であり、Ｍ’が元素Ｖ、Ｃｒ、ＡｌおよびＺｎの少なくとも１種、Ｍ’’が元素Ｃ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、ＩｎおよびＢｅの少なくとも１種である。
【０００３】
欧州特許出願公開第０２７１６５７号明細書にも、類似の組成に基づく合金が開示されている。
【０００４】
テープの形も取るこれらの合金は、たとえば電力変圧器、変流器および蓄積チョークなど、様々な部品における磁心として使用することができる。
【０００５】
一般に、磁心用途に置いて可能な限り低い製造コストを実現することが望ましい。しかしながら、このようなコスト削減は、可能であれば、磁心の機能性に全く、または最小限の影響しか与えないべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一部の磁心用途においては、部品自体の大きさおよび重量をさらに縮小するために、磁心の大きさおよび重量をさらに縮小することが望ましい。しかしながら、同時に製造コストの増加は望ましくない。
【０００７】
したがって、目的は、よりコスト効率よく製造することができる磁心としての使用に適した合金を提供することである。さらなる目的は、従来の磁心と比較して磁心の大きさおよび／または重量を縮小することができるようにして、使用する合金を選択することである。
【０００８】
この目的は、独立請求項の対象によって実現される。さらなる改良が従属請求項に詳細に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｘ−ｙ−ｚＣｕａＮｂｂＭｃＴｄＳｉｘＢｙＺｚと、最大１ａｔ％の不純物とからなる合金を開示する。Ｍが元素Ｍｏ、ＴａおよびＺｒの１種または複数種、Ｔが元素Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏおよびＮｉの１種または複数種、Ｚが元素Ｃ、ＰおよびＧｅの１種または複数種であり、０ａｔ％≦ａ＜１．５ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ＜２ａｔ％、０ａｔ％≦（ｂ＋ｃ）＜２ａｔ％、０ａｔ％≦ｄ＜５ａｔ％、１０ａｔ％＜ｘ＜１８ａｔ％、５ａｔ％＜ｙ＜１１ａｔ％および０ａｔ％≦ｚ＜２ａｔ％である。加えて、この合金はテープの形に構成され、粒子の少なくとも５０ｖｏｌ％の平均径が１００ｎｍ未満であるナノ結晶性構造を有する、また、この合金のヒステリシスループが中央の線形領域を有し、残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓ＜０．１を有し、保磁力Ｈｃ対異方場強度Ｈａ比＜１０％を有する。
【００１０】
したがって、この合金の組成は、ニオブ含有量が２ａｔ％未満である。ニオブは比較的高価な元素であるため、これは、ニオブ含有量がより高い組成についてよりも原材料コストが低いという利点を有する。加えて、合金のケイ素含有量下限およびホウ素含有量上限は、連続炉内で引張応力下、テープの形で合金を製造することができるように設定され、それにより上記磁気特性が実現される。したがって、この製造方法を用いると、合金は、ニオブ含有量がより低いにもかかわらず、磁心用途に望まれる軟磁気特性を有することが可能である。
【００１１】
テープの形であることで、連続炉内で引張応力下、合金を製造することが可能となるだけでなく、任意の巻数の磁心を製造することも可能となる。したがって、磁心の大きさおよび磁気特性は、巻数の適当な選択によって単に用途に合わせて調整することができる。合金の少なくとも５０ｖｏｌ％中の粒径が１００ｎｍ未満であるナノ結晶性構造により、高い飽和分極で低い飽和磁歪が生じる。適切な合金選択によって、引張応力下の熱処理の結果、中央の線形領域を有する磁気ヒステリシスループ、０．１未満の残留磁気率、および異方性場の１０％未満の保磁力が得られる。これにより、低ヒステリシス損失と、加えられた磁場および／またはヒステリシスループの線形性中央部分における事前磁化とは大部分が無関係である透磁率値とが組み合わされるが、これらはいずれも、変流器、電力変圧器、蓄積チョークなどの用途向けの磁心に望まれる。
【００１２】
本発明の目的のために、ヒステリシスループの中央領域を、飽和への移行を特徴付ける異方場強度点間にあるヒステリシスループの領域と定義する。同様に、ヒステリシスループのこの中央領域の線形領域は、３％未満の非線形因子ＮＬによって定義され、非線形因子は以下のように計算される。
ＮＬ（％）＝１００（δＪｕｐ＋δＪｄｏｗｎ）／（２Ｊｓ）  （１）
【００１３】
式中、δＪｕｐおよびδＪｄｏｗｎは、飽和磁気分極Ｊｓの±７５％の磁化値間のヒステリシスループの上昇（ｕｐ）分岐または下降（ｄｏｗｎ）分岐を通る最良適合線からの磁化の標準偏差である。
【００１４】
したがって、この合金は、より小さく、より軽く、したがって原材料コストがより低く、また磁心としての使用のための所望の軟磁気特性を有する磁心に特に適している。
【００１５】
一実施形態においては、この合金の残留磁気率は０．０５未満である。したがって、この合金のヒステリシスループはさらに線形性またはフラットとなる。別の実施形態においては、異方性場強度に対する保磁力の比が５％未満である。この実施形態においても、ヒステリシスループはさらに線形性となるため、ヒステリシス損失がさらに低くなる。
【００１６】
一実施形態において、この合金はまた、４０〜３０００または８０〜１５００の透磁率μを有する。別の実施形態においては、合金の透磁率は約２００〜９０００である。これらの、また他の例において、主に熱処理中の引張応力を設定することによって透磁率を決定する。ここで、引張応力は、テープ破壊なしで最大約８００ＭＰａとなり得る。したがって、所定の組成物により、全透磁率がμ＝４０からおよそμ＝１００００の範囲内の透磁率を有するテープを網羅することが可能である。この結果、低透磁率、すなわち、およそμ＝４０〜３０００の領域において特に線形性のループが得られる。
【００１７】
このような比較的低い透磁率は、高電流が磁心の周りのコイルに流れた場合に誘導損失を防止するために磁心の強磁性飽和を回避する必要がある変流器、電力変圧器、チョークコイルおよび他の用途にとって有利である。
【００１８】
様々な用途の特定の要件により、適切な透磁率範囲が決まる。適切な範囲は１５００〜３０００、２００〜１５００および５０〜２００である。したがって、たとえば、約１５００〜約３０００の透磁率μが直流変流器には有利である一方、約２００〜１５００の透磁率範囲が電力変圧器には特に適し、約５０〜２００の透磁率範囲が蓄積チョークには特に適している。
【００１９】
透磁率が低くなればなるほど、磁心の巻きを流れる電流は、材料を飽和させることなくより大きくなり得る。同様に、同一の透磁率では、材料の飽和分極Ｊｓが大きくなればなるほど、これら電流は大きくなり得る。対照的に、磁心の誘導は、透磁率および大きさとともに増大する。したがって、誘導も大きく電流耐性も高い磁心を構築するためには、飽和分極レベルがより高い合金を使用すると有利である。一実施形態においては、たとえば、ニオブ含有量を削減することよって、飽和分極がＪｓ＝１．２１ＴからＪｓ＝１．３４Ｔに、すなわち、１０％を超えて増大する。これを利用して、損失なく磁心の大きさおよび重量を削減することができる。
【００２０】
合金の飽和磁歪量は、５ｐｐｍ未満とすることができる。この限界値を下回る飽和磁歪を有する合金は、内部応力がある場合でさえ、特に透磁率が５００を大きく超えない場合、特に優れた軟磁気特性を有する。より高い透磁率では、飽和磁歪値がより低い合金を選択すると有利である。
【００２１】
さらに、合金の飽和磁歪量は２ｐｐｍ未満、好ましくは１ｐｐｍ未満となり得る。この限界値を下回る飽和磁歪を有する合金は、内部応力がある場合でさえ、特に透磁率μが５００を超える、または１０００を超える場合、特に優れた軟磁気特性を有する。
【００２２】
一実施形態においては、合金はニオブを含まない、すなわちｂ＝０である。この実施形態は、ニオブが完全に省かれるため、原料コストがさらに削減されるという利点を有する。
【００２３】
さらなる一実施形態においては、合金は銅を含まない、すなわちａ＝０である。さらなる一実施形態においては、合金はニオブも銅も含まない、すなわちａ＝０およびｂ＝０である。
【００２４】
さらなる諸実施形態においては、合金はニオブおよび／または銅を０＜ａ≦０．５および０＜ｂ≦０．５で含む。
【００２５】
さらなる諸実施形態においては、ケイ素および／またはホウ素の含有量も定義され、合金は１４ａｔ％＜ｘ＜１７ａｔ％および／または５．５ａｔ％＜ｙ＜８ａｔ％で含む。
【００２６】
既に上述した通り、合金はテープの形を有する。このテープの厚さは１０μｍ〜５０μｍでよい。この厚さにより、磁心を大きい巻数で巻くことが、また、外径を小さくすることが可能となる。
【００２７】
さらなる一実施形態においては、粒子の少なくとも７０ｖｏｌ％の平均径が５０ｎｍ未満である。これにより、磁気特性をさらに増大させることが可能となる。
【００２８】
この合金を、引張応力下、テープの形で熱処理して、所望の磁気特性を発生させる。したがって、この合金、すなわち、完成した熱処理後のテープは、この製造方法によって作り上げられた構造も特徴とする。一実施形態においては、結晶子は約２０〜２５ｎｍの平均径を、またテープに沿って約０．０２％〜０．５％の残留伸度を有し、この残留伸度は、熱処理中に加わる引張応力に比例する。たとえば、１００ＭＰａの引張応力下の熱処理により、約０．１％の伸度がもたらされる。
【００２９】
結晶性粒子は、好ましい方向に少なくとも０．０２％の伸度を有することができる。
【００３０】
先の諸実施形態の１つで開示されている合金で作製される磁心もまた提供される。この磁心は、巻きテープの形を取ることができ、その場合、テープを一平面内で、または軸を中心としたソレノイドとして巻いて、用途に応じた磁心を形成することができる。
【００３１】
磁心のテープを絶縁層で被覆して、磁心の巻きを互いに電気的に絶縁することができる。この層は、たとえば、ポリマー層またはセラミック層でよい。テープは、巻いて磁心を形成する前および／または形成した後に、絶縁層で被覆することができる。
【００３２】
既に述べた通り、先の諸実施形態の１つで開示されている磁心は、様々な部品において使用することができる。これら実施形態の１つで開示されている磁心を有する電力変圧器、変流器および蓄積チョークもまた提供される。
【００３３】
テープを製造する方法が以下を含む。すなわち、Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｘ−ｙ−ｚＣｕａＮｂｂＭｃＴｄＳｉｘＢｙＺｚと、最大１ａｔ％の不純物とからなる組成を有する非晶質合金で作製されるテープの提供であって、Ｍが元素Ｍｏ、ＴａおよびＺｒの１種または複数種、Ｔが元素Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏおよびＮｉの１種または複数種、Ｚが元素Ｃ、ＰおよびＧｅの１種または複数種であり、０ａｔ％≦ａ＜１．５ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ＜２ａｔ％、０ａｔ％≦（ｂ＋ｃ）＜２ａｔ％、０ａｔ％≦ｄ＜５ａｔ％、１０ａｔ％＜ｘ＜１８ａｔ％、５ａｔ％＜ｙ＜１１ａｔ％および０ａｔ％≦ｚ＜２ａｔ％である提供を含む。このテープは、４５０℃≦Ｔａ≦７５０℃である温度Ｔａの連続炉内で、引張応力下で熱処理される。
【００３４】
この組成物は、引張応力下、４５０℃〜７５０℃における熱処理によって、磁心として使用するための適切な磁気特性を伴って製造される。この熱処理により、粒子の少なくとも５０ｖｏｌ％の平均径が１００ｎｍ未満であるナノ結晶性構造が形成される。特に、中央の線形領域を有するヒステリシスループ、残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓ＜０．１および保磁力Ｈｃ対異方場強度Ｈａ比＜１０％が得られるように、この方法を使用して、２ａｔ％未満のニオブを含むこの組成を生成することができる。
【００３５】
テープは連続的に熱処理される。その結果、テープは速度ｓで連続炉を通過する。この速度ｓは、温度Ｔａの５％以内の温度の連続炉の温度ゾーンにおいてテープが費やす時間の長さが２秒〜２分となるように設定することができる。この方法において、温度Ｔａまでテープを加熱するために必要となる時間の長さは、加熱処理自体の長さの桁と同等である。同じことが、後に続く冷却期間の長さについても当てはまる。このアニーリング温度範囲におけるこの時間の長さの熱処理により、所望の構造および所望の磁気特性がもたらされる。
【００３６】
一実施形態において、テープは、５〜１６０ＭＰａの引張応力下で連続炉内を通過する。さらなる一実施形態において、テープは、２０ＭＰａ〜５００ＭＰａの引張応力下で連続炉内を通過する。最大約８００ＭＰａのより高い引張応力の炉内でテープを破壊なく通過させることも可能である。この引張応力範囲は、上記組成物で所望の磁気特性を実現させるために適している。
【００３７】
実現される透磁率μの値は、熱処理中に加わる引張応力σａに反比例する。したがって、方程式σａ≒α／μを満たす引張応力σａが、所定の相対透磁率値μを実現するために熱処理中に必要となる。一実施形態において、αの値はα≒４８０００ＭＰａである。別の実施形態においては、たとえば、αの値はα≒３６０００ＭＰａである。したがって、本発明で開示する合金および対応する熱処理プロセスには、α≒３００００ＭＰａからα≒７００００の範囲の値を使用することができる。αの正確な値は、個々の各場合において、組成に、アニーリング温度に、またある程度はアニーリング時間に依存する。
したがって、所望の磁気特性をもたらす引張応力は、合金の組成およびアニーリング温度に、また、アニーリング時間にも依存することがある。一実施形態において、所定の透磁率μに必要とされる引張応力σａは、下記方程式に従う引張応力σＴｅｓｔ下における試験アニーリングプロセスの透磁率μＴｅｓｔから選択される。
σａ≒σＴｅｓｔ・μＴｅｓｔ／μ
【００３８】
所望の磁気特性は、アニーリング温度Ｔａに依存することもあるため、アニーリング温度を選択することによって設定することができる。一実施形態において、温度Ｔａは、方程式（Ｔｘ１＋５０℃）≦Ｔａ≦（Ｔｘ２＋３０℃）に従いニオブ含有量ｂに依存して選択される。ここで、Ｔｘ１およびＴｘ２は、最大変換熱によって定義される結晶化温度に対応し、加熱速度１０Ｋ／分における示差走査熱量測定（ＤＳＣ）など、標準的な熱的方法によって決定される。
【００３９】
さらなる一実施形態においては、所望の透磁率または異方性場強度の値と、許容される偏差範囲とがあらかじめ定められる。テープの長さに沿ってこの値を実現するために、テープの磁気特性を、テープが連続炉を離れると連続的に測定する。許容される偏差範囲からの逸脱が認められた場合には、磁気特性の測定値が許容される偏差範囲内に戻るように、テープの引張応力を調整する。
【００４０】
この実施形態により、テープの長さに沿った磁気特性の偏差が低減され、それにより磁心内の磁気特性がより均一になり、かつ／または同じテープで作製される複数の磁心の磁気特性の偏差が低減される。したがって、特に、商業生産において、磁心の軟磁気特性の規則性を改善することが可能である。
【００４１】
以下の例、表および図面を参照して、諸実施形態について以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】テープの長さに垂直な磁場内熱処理後における、ニオブ含有量が異なるナノ結晶性Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５の対照例についてのヒステリシスループの図を示す。
【図２】異なるニオブ含有量について、テープの長さに沿って加わる引張応力下の熱処理後における、ナノ結晶性Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５についてのヒステリシスループの図を示す。
【図３】Ｎｂ含有量の関数としての、磁場内熱処理後および引張応力下熱処理後のナノ結晶性Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５の残留磁気率の図を示す。
【図４】Ｎｂ含有量の関数としての、Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５の飽和分極の図を示す。
【図５】異なるアニーリング温度における引張応力下熱処理後の、Ｆｅ７５．５Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の飽和磁歪λｓ、異方性場Ｈａ、保磁力Ｈｃ、残留磁気率Ｊｔ／Ｊｓおよび非線形因子ＮＬの図を示す。
【図６】引張応力下熱処理後の合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓおよび保磁力Ｈｃの図を示す。
【図７】合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の加熱速度１０Ｋ／分における示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて測定した結晶挙動、ならびに結晶化温度Ｔｘ１およびＴｘ２の定義を示す。
【図８】合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５について、その最初の非晶質状態における、また異なる結晶化段階における異なるアニーリング温度での応力下熱処理後のＸ線回折図を示す。
【図９】特定の引張応力σａ下熱処理後のナノ結晶性Ｆｅ７５．５Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の透磁率μ、異方性場Ｈａ、保磁力Ｈｃ、残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓおよび非線形因子ＮＬの図を示す。
【図１０】結晶化温度Ｔｘ１およびＴｘ２の関数として、異なる合金組成物についての最適な最高および最低アニーリング温度Ｔａ１およびＴａ２を示す。
【図１１】引張応力下熱処理後の合金Ｆｅ８０Ｓｉ１１Ｂ９および対照組成物Ｆｅ７８．５Ｓｉ１０Ｂ１１．５の保磁力Ｈｃおよび残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓの図を示す。
【図１２】異なる引張応力下熱処理後の合金Ｆｅ８０Ｓｉ１１Ｂ９および対照組成物Ｆｅ７８．５Ｓｉ１０Ｂ１１．５についてのヒステリシスループの図を示す。
【図１３】連続炉の概略図を示す。    （表１）磁場における熱処理後（対照例）、および機械的引張応力下の熱処理後（本発明による方法）における合金Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５の異なるＮｂ含有量についての非線形因子ＮＬを示す。    （表２）合金Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５の異なるＮｂ含有量について、測定した結晶化温度および約２秒〜１０秒のアニーリング時間で適切なアニーリング温度Ｔａを示す。    （表３）アニーリング時間ｔａの関数としての、約１２０ＭＰａの引張応力下、６１０℃の連続炉内における熱処理後の合金Ｆｅ７６Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１３．５Ｂ８の磁気特性を示す。    （表４）特定の引張応力σａを伴う熱処理後の合金Ｆｅ７６Ｃｕ０．５Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の磁気特性を示す。    （表５）作製した状態で測定した飽和分極レベルＪｓ、異なる合金組成物の熱処理後に異なるアニーリング温度Ｔａで測定した非線形性ＮＬ、残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓ、保磁力Ｈｃ、異方性場強度Ｈａおよび相対透磁率μの値を示す。    （表６）作製した状態で測定した飽和分極レベルＪｓ、異なる合金組成物の熱処理後に測定した非線形性ＮＬ、残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓ、保磁力Ｈｃ、異方性場強度Ｈａおよび相対透磁率μの値を示す。    （表７）作製した状態で、また特定のアニーリング温度Ｔａにおける応力下熱処理後に測定した異なる合金組成物の飽和磁歪λｓを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、テープの形のナノ結晶合金についてのヒステリシスループの図を示す。
【００４４】
幅が６ｍｍおよび１０ｍｍ、典型的には厚さが１７μｍ〜２５μｍのメタルテープについて、例として試験を行った。しかしながら、本発明の着想は、これらの寸法に限定されない。
【００４５】
これらのテープの組成はＦｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５である。ヒステリシスループは、磁場において熱処理後に測定するが、熱処理は、テープの長さに垂直であるＨ＝２００ｋＡ／ｍの磁場において５４０℃で０．５時間行う。図１は、Ｎｂ含有量が減少するにつれてヒステリシスループがより非線形になることを示している。この非線形ヒステリシスループは、ヒステリシスによる損失が増大するため、一部の磁心用途では望ましくない。
【００４６】
表１は、異なる熱処理および異なるＮｂ含有量についての図１および図２に示すヒステリシスループについて非線形因子ＮＬを示す。特に、表１は、異なるＮｂ含有量について、温度５４０℃で０．５時間の磁場における熱処理後、および６００℃で４秒間の１００ＭＰａの引張応力下の熱処理後のナノ結晶性Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５についての非線形因子を示す。
【００４７】
図３は、Ｎｂ含有量の関数として、熱処理後の試料の残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓの図を示す。特に、図３は、Ｎｂ含有量の関数としての、４８０℃〜５４０℃の温度で０．５時間の磁場における熱処理後、および５２０℃〜７００℃の温度で４秒の引張応力下熱処理後のナノ結晶性Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１５．５Ｂ６．５の残留磁気率を示す。
【００４８】
磁場における熱処理の場合、図３に白丸で示すように、残留磁気率が０．１未満で非線形因子が３％未満である特に線形性のループが、Ｎｂ含有量が２ａｔ％を超える場合のみ確実に得られる。引張応力下の熱処理の場合、対照的に、残留磁気率が０．１未満で非線形因子が３％未満である線形性のループを、２ａｔ％未満のＮｂ含有量で、またニオブなしの組成物についてさえ確実に実現することができる。
【００４９】
図１および図３に示されている結果は、熱処理を磁場において行う場合、好ましくは２ａｔ％を超える最小Ｎｂ含有量が、磁心としての使用に適した磁気特性を有するテープを製造するためには必要となることを示している。
【００５０】
表１〜表６および図２〜図１２は、テープに沿った機械的引張応力下で熱処理を行う場合、残留磁気率が小さい線形性のループを、ニオブ含有量が２ａｔ％未満である組成物において実現することができることを示している。ニオブが比較的高価な元素であるため、これらの組成物は原材料コスト削減の利点を有する。
【００５１】
図２は、６００℃の温度で有効アニーリング時間が４秒である連続炉内における、約１００ＭＰａの引張応力下の熱処理後のテープについてのヒステリシスループの図を示す。
【００５２】
連続炉内におけるアニーリング時間は、温度がここで特定されているアニーリング温度の５％以内である温度ゾーンを、テープが通過する期間と定義される。テープをアニーリング温度まで加熱するために必要となる時間の長さは、加熱処理自体の長さの桁と同等である。
【００５３】
図２は、中央の線形領域を有し、２ａｔ％未満のＮｂ含有量では残留磁気率が小さいヒステリシスループを得ることが可能であることを示している。３ａｔ％のＮｂを含む組成物は対照例、Ｎｂ＜２ａｔ％である組成物は本発明による例である。矢印は、異方性場強度Ｈａの定義を例として示す。
【００５４】
図３は、Ｎｂ含有量の関数として、図３において黒のひし形で示される残留磁気率など、引張応力下で焼き戻された試料の残留磁気率と、白丸で示されるような磁場内において焼き戻された試料の残留磁気率との比較の図を示す。Ｎｂ含有量が２ａｔ％未満である合金は、引張応力下で熱処理された場合のみ残留磁気率が０．０５未満と小さい。一方、これら組成物が磁場内において焼き戻された場合、残留磁気率ははるかに高く、したがって、このような合金は一部の磁心用途には適さない。合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５、すなわち、添加Ｎｂを含有しない合金でさえ、引張応力下で熱処理された場合には、残留磁気率が０．０５未満の概して線形性のループを生じる。
【００５５】
図４は、Ｎｂ含有量の関数として、Ｆｅ７７−ｘＣｕ１ＮｂｘＳｉ１１５．５Ｂ６．５の組成を有する合金の飽和分極の図を示す。Ｎｂ含有量が少ない合金の飽和分極がはるかに高い。このことは、重量と製造コストとを両方削減するために有利に利用することができる。原材料コスト削減に加えて、磁心を含むデバイスをより小さくすることができるという点でさらなる利点ももたらされる。
【００５６】
図５は、アニーリング温度の関数として、約５０ＭＰａの引張応力下、約４秒間の熱処理後の組成物Ｆｅ７５．５Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の飽和磁歪λｓ、異方性場Ｈａ、保磁力Ｈｃ、残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓおよび非線形因子ＮＬの図を示す。図２に示すように、異方性場Ｈａは、ヒステリシスループの線形領域が飽和する場に対応する。
【００５７】
図中網掛けで示すように、その間で所望の特性を実現することができるアニーリング温度は、約５３５℃〜６７０℃の範囲にある。
【００５８】
網掛け領域は、飽和磁歪が小さく、異方性場が高く、残留磁気率が低い線形性ループの領域を示す。これもまた、合金が特に線形性のループを有する領域である。したがって、図５に開示する実施形態では、最も適切なアニーリング温度は、５３５℃〜６７０℃間にある。
【００５９】
これらの温度限界は、大部分が引張応力のレベルとは無関係である。しかしながら、熱処理の長さおよびＮｂ含有量には依存する。したがって、たとえば、図６および表２に示すように、Ｎｂ含有量が低下する、または熱処理の長さが増大するにつれて降下する。
【００６０】
図６は、最適なアニーリング温度が約５００℃〜５７０℃の範囲にある、すなわち、図５に示す組成物のアニーリング温度をはるかに下回るニオブを含まない合金異形のアニーリング挙動を示す。特に、図６は、約５０ＭＰａの引張応力下、Ｔａ＝６１３℃で４秒間の熱処理後の合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の残留磁気率Ｊｔ／Ｊｓおよび保磁力Ｈｃの図を示す。ここで、本発明で開示する最適なアニーリング温度は、約５００℃〜５７０℃の範囲内にある。差し込み図に概略的に示されるように、残留磁気率が０．１未満であるフラットな線形性のヒステリシスループがこれで与えられる。
【００６１】
図７は、合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の例を用いて１０Ｋ／分の加熱速度で示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定した結晶化挙動を示す。この図は、結晶化温度Ｔｘ１およびＴｘ２によって特徴付けられる２つの結晶化段階を示している。ここで、ＤＳＣ測定におけるＴｘ１およびＴｘ２によって区切られる温度範囲は、図６に示すようなこの合金についての５００℃〜５７０℃間にある最適なアニーリング温度範囲に対応する。
【００６２】
図８は、合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５について、その元の非晶質状態における、またＴｘ１およびＴｘ２によって定義される異なる結晶化段階に対応する異なるアニーリング温度における応力下熱処理後のＸ線回折図を示す。特に、図８は、５１５℃で４秒間の応力下熱処理後の、すなわち、本発明で開示する磁気特性が実現されるアニーリング範囲における、また６８０℃における、すなわち、残留磁気率が低い線形性のヒステリシスループがもはやもたらされない好ましくないアニーリング範囲におけるＸ線回折図を示す。
【００６３】
残留磁気率が低い線形性のヒステリシスループをもたらすアニーリング温度では、結晶相において生じる結晶子だけが、少量の非晶質マトリックスに埋め込まれている本質的に立方晶系のＦｅ−Ｓｉ結晶子であることが、最大回折値の解析によって明らかとなる。合金Ｆｅ７７Ｃｕ１Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の場合、これら結晶子の平均径が約３８〜４４ｎｍの範囲にある。合金組成物Ｆｅ７５．５Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５を用いて同じ分析を行った場合、対応する最適なアニーリング温度で実現される平均結晶子径が、２０〜２５ｎｍの範囲にある。
【００６４】
結晶化の第２の段階では、磁気特性に好ましくない影響を及ぼし、また残留磁気率が高く保磁力が高い非線形ループにつながるホウ化物相が、非晶質残留マトリックスから結晶化する。
【００６５】
表２は、それぞれ体心立方ＦｅＳｉおよびホウ化物の結晶化に対応する、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって２５１０Ｋ／分で測定した結晶化温度Ｔｘ１およびＴｘ２の形で、さらなる例および追加のデータを示す。適切なアニーリング温度はおよそＴｘ１とＴｘ２との間にあるが、そのアニーリング温度の結果、非晶質マトリックスに埋め込まれている平均粒径が５０ｎｍ未満である、また所望の磁気特性を有するナノ結晶粒子の構造体が得られる。
【００６６】
しかしながら、Ｔｘ１およびＴｘ２ならびにアニーリング温度Ｔａは、加熱速度および加熱処理の長さに依存する。このため、１０秒未満の加熱処理のための最適なアニーリング温度は、表２に示す１０Ｋ／分で示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて測定される結晶化温度Ｔｘ１およびＴｘ２よりも高い。したがって、より長いアニーリング時間１０分〜６０分間における最適なアニーリング温度Ｔａは、たとえば、数秒の熱処理について表２に示すＴａ値よりも通常５０℃〜１００℃低い。
【００６７】
したがって、図５の教示に従って必要に応じ、また表２の通り示差走査熱量測定を用いて測定した結晶化温度を用いて組成および熱処理の長さにアニーリング温度Ｔａを適応させることができる。
【００６８】
表３は、組成Ｆｅ７６Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１３．５Ｂ８の合金の例を用いたアニーリング時間の影響を示す。数秒〜数分の範囲のアニーリング時間は、結果として得られる磁気特性に対して大きな影響は示さない。これは、アニーリング時間Ｔａが表２に記載の限界温度間にある限り当てはまる。本実施形態においては、１０Ｋ／分で示差走査熱量測定を用いて測定したＴｘ１＝４８９℃およびＴｘ２＝６３０℃、あるいは４秒続く熱処理についてのＴａ１＝５４０℃およびＴａ２＝６４０℃である。
【００６９】
本実施形態においては、アニーリング温度がＴａ＝６１０℃であるため、定義した２つの限界温度の上限値と下限値との間にある。１０Ｋ／分の加熱速度で測定される結晶化温度は、数分続く等温熱処理についての最適なアニーリング範囲にほぼ対応する。
【００７０】
図９は、透磁率、異方性場、保磁力、残留磁気率および非線形因子の、熱処理中に加わる引張応力への依存度を示す。特に、図９は、特定の引張応力σａ下６１３℃で４秒間の熱処理後のナノ結晶性Ｆｅ７５．５Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の透磁率、異方性場、保磁力、残留磁気率および非線形因子の図を示す。あらゆる場合において、典型的にはＪｒ／Ｊｓ＜０．０４未満である残留磁気率および２％未満の非線形因子がこれでもたらされた。
【００７１】
表４は、透磁率、異方性場、保磁力、残留磁気率および非線形因子の、熱処理中に加わる引張応力への依存度のさらなる例を示す。特に、この表は、特定の引張応力σａ下６０５℃で４秒間の熱処理後のナノ結晶性Ｆｅ７６Ｃｕ０．５Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の透磁率、異方性場、保磁力、残留磁気率および非線形因子を示す。あらゆる場合において、典型的にはＪｒ／Ｊｓ＜０．１未満である残留磁気率および３％未満の非線形因子がこれでもたらされた。
【００７２】
図９および表４により、引張応力σａを調整することによって異方性場強度Ｈａおよび透磁率μを正確に設定することができることが示される。所定の異方性場強度Ｈａまたは透磁率μの値を実現するには、熱処理中引張応力σａ≒αμ０Ｈａ／Ｊｓまたはσａ≒α／μが必要で、式中、μ０＝（４π１０−７Ｖｓ／（Ａｍ））は磁場定数である。ここで、αは、主として合金組成物に依存するが、アニーリング温度およびアニーリング時間にも依存することがある材料パラメータを示す。典型的な値は、α≒３００００ＭＰａ１０〜α≒７００００ＭＰａの範囲にある。特に、図９に示す例では結果としてα≒４８０００ＭＰａの値が得られ、表３に示す例では結果としてα≒３６０００ＭＰａの値が得られる。
【００７３】
図９および表３の諸実施形態により、透磁率が低く設定されればされるほど、ループの線形性がより大きくなることも実証される。したがって、およそμ＝３０００未満の透磁率の結果、非線形性が２％未満で残留磁気率がＪｒ／Ｊｓ＜０．０５である特に線形のループが得られる。
【００７４】
先の諸実施形態におけるテープは、下記組成を有する合金を含む。
Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｘ−ｙ−ｚＣｕａＮｂｂＭｃＴｄＳｉｘＢｙＺｚ、式中、
Ｃｕ  ０≦ａ＜１．５、
Ｎｂ  ０≦ｂ＜２、
Ｍは、元素Ｍｏ、Ｔａ、またはＺｒの１種または複数種で、０≦ｂ＋ｃ＜２、
Ｔは、元素Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏまたはＮｉの１種または複数種で、０≦ｄ＜５、
Ｓｉ  １０＜ｘ＜１８、
Ｂ  ５＜ｙ＜１１、
Ｚは、元素Ｃ、ＰまたはＧｅの１種または複数種で、０≦ｚ＜２、
この合金は最大１ａｔ％の不純物を含有する。典型的な不純物がＣ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＴａである。
【００７５】
一部の熱処理の下では、組成物が磁気特性に影響を及ぼすことができる。所与の組成物の所望の磁気特性を実現するために、熱処理、特に引張応力を調整することが可能である。
【００７６】
表５は、問題となっている組成について最適なアニーリング温度Ｔａで５０ＭＰａの引張応力の下約４秒間熱処理された合金の例、および２ａｔ％を超える含有量のニオブを含有する組成を有する対照例を示す。連続して１〜１０の番号が付けられている他の例は、Ｎｂ含有量が２ａｔ％未満である本発明で開示する組成物を示す。加えて、図１０は、合金例１〜１０の最適なアニーリングおよび結晶化温度を示す。特に、図１０は、１０Ｋ／分でＤＳＣを用いて測定した結晶化温度Ｔｘ１およびＴｘ２の関数として、４秒間のアニーリング時間についての最適な上限および下限アニーリング温度Ｔａ１およびＴａ２を示す。
【００７７】
これらの例により、本発明で開示する合金の組成物をある範囲内で変化させることができることが実証される。上記範囲内において、（１）Ｎｂの代わりにＭｏ、Ｔａおよび／またはＺｒなどの元素を合金に添加することができ、（２）Ｆｅの代わりにＶ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏおよび／またはＮｉなどの遷移金属を合金に添加することができ、かつ／あるいは（３）特性を大幅に変化させることなく、Ｃ、Ｐおよび／またはＧｅなどの元素を合金に添加することができる。この知見を裏付けるために、さらなる一実施形態において、下記合金組成物、
【００７８】
Ｆｅ７１．５Ｃｏ２．５Ｎｉ０．５Ｃｒ０．５Ｖ０．５Ｍｎ０．２Ｃｕ０．７Ｎｂ０．５Ｍｏ０．５Ｔａ０．４Ｓｉ１５．５Ｂ６．５Ｃ０．２
を、厚さ２０μｍ幅１０ｍｍのテープで作製した。この合金は、Ｊｓ＝１．２５Ｔの飽和分極を有し、たとえば、表３における合金例２〜５と同様にして引張応力下で熱処理に対して反応する。したがって、５０ＭＰａの引張応力下、６００℃で約４秒間続く熱処理の結果、０．４％の非線形因子、Ｊｒ／Ｊｓ＝０．０１の残留磁気率、Ｈｃ＝６Ａ／ｍの保磁力、Ｈａ＝８５５Ａ／ｍの異方性場およびμ＝１１６０の透磁率の値が得られる。
【００７９】
表５により、Ｃｕの添加なしでも所望の磁気特性が実現されることが示される。
【００８０】
したがって、表６は、Ｃｕ含有量を系統的に変化させ、約１５ＭＰａの引張応力下、６００℃で約７秒間熱処理を行うさらなる合金例を示す。特に、表６では、Ｆｅ元素が段階的にＣｕと置き換えられたが、他の合金成分は変化しないままであった。
【００８１】
表６は、１．５ａｔ％を下回るＣｕ含有量では、磁気特性に対するＣｕ含有量の大きな影響を示してはいない。しかしながら、Ｃｕの添加により、製造中のテープの脆性傾向が促進される。特に、Ｃｕ含有量が１．５ａｔ％を超える合金（たとえば、表６における合金Ｎｏ．１５など）は、作製した状態で高い脆性を示す。たとえば、合金Ｆｅ７４．５Ｃｕ２Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５の厚さ２０μｍのテープは、約１ｍｍの曲げ径で割れることがある。
【００８２】
製造中に到達するテープ速度が高速であるため（２５〜３０ｍ／秒）、鋳造プロセス中にこの脆性テープを捕獲し、冷却ローラから離れるや否や巻くことが不可能、または非常に困難である。これにより、テープの製造は不経済となる。加えて、最初から脆性である多くのこのようなテープが、熱処理中に、特により高い温度ゾーンに到達する前に割れる。このように割れてしまうと、熱処理プロセスが中断され、テープは再度炉内を通過しなければならない。
【００８３】
対照的に、Ｃｕ含有量が１．５ａｔ％未満である合金は、テープ厚さの２倍の曲げ径、すなわち、典型的には０．０６ｍｍ未満まで、破壊なく曲げることができる。これにより、鋳造中に直接テープを巻き上げることが可能となる。加えて、最初から延性のあるこのようなテープの熱処理はかなり簡単である。Ｃｕ含有量が１．５ａｔ％未満である合金は熱処理中に脆化するが、炉から離れ冷却されるまでは脆化しない。したがって、加熱処理中のテープ亀裂の可能性は著しく低い。加えて、ほとんどの場合、炉内を通るテープ輸送は、亀裂ににもかかわらず継続することができる。概して、最初から延性のあるテープを、問題をより少なくして製造することも熱処理することもでき、したがってより経済的である。
【００８４】
表５および表６に示す組成は、化学分析において典型的には±０．５ａｔ％の精度で見出される個々の元素の濃度に対応するａｔ％の点で公称組成である。
【００８５】
ケイ素およびホウ素の含有量もまた、ニオブ含有量が２ａｔ％未満であるこの種のナノ結晶性合金の磁気特性に、引張応力下で作製された場合、影響を及ぼす。
【００８６】
表３〜表６に挙げられている例は、以下の特性、線形性の中央領域を有する磁化ループ、残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓ＜０．１、および典型的には異方性場強度Ｈａの数パーセントしか示さない低い保磁力Ｈｃの所望の組合せを有する。
【００８７】
図１１および図１２では、組成物Ｆｅ８０Ｓｉ１１Ｂ９およびＦｅ７８．５Ｓｉ１０Ｂ１１．５の磁気特性を比較する。図１１は、アニーリング温度Ｔａを関数として、約５０ＭＰａの引張応力下の熱処理後の両合金についての保磁力Ｈｃおよび残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓ曲線の図を示す。黒丸で示される、本発明で開示する合金Ｆｅ８０Ｓｉ１１Ｂ９の、また白三角で示される対照組成物Ｆｅ７８．５Ｓｉ１０Ｂ１１．５の保磁力Ｈｃおよび残留磁気率Ｊｒ／Ｊｓは、約５０ＭＰａの引張応力下のアニーリング温度Ｔａにおける４秒間の熱処理後で示してある。
【００８８】
図１２は、５０ＭＰａ（破線）および２２０ＭＰａ（実線）の引張応力下、約５６５℃における４秒間熱処理後のこれらの２種の合金についてのヒステリシスループの図を示す。本発明で開示する合金Ｆｅ８０Ｓｉ１１Ｂ９についてのヒステリシスループは左側に、対照組成物Ｆｅ７８．５Ｓｉ１０Ｂ１１．５についてのヒステリシスループは右側に示してある。
【００８９】
図１１および図１２に示す合金は、その化学組成がわずかに異なるだけであるが、これら２種の合金の磁気特性には著しい差がある。
【００９０】
たとえば、約５３０℃〜５７０℃間における熱処理後は、組成物Ｆｅ８０Ｓｉ１１Ｂ９の線形磁化ループは残留磁気率がＪｒ／Ｊｓ＜０．１と低く、保磁力が１００Ａ／ｍを大きく下回るほど低く、またこの組成物は異方性場強度Ｈａの数パーセントしか示さない。
【００９１】
対照的に、組成物Ｆｅ７８．５Ｓｉ１０Ｂ１１．５の残留磁気率は熱処理範囲全体にわたって高い。５４０℃〜５７０℃間のアニーリング温度で実現される最も低い残留磁気率の値さえ、Ｊｒ／Ｊｓ≒０．５前後である（図１１参照）。加えて、これら最も低いＪｒ／Ｊｓ値においては、保磁力がおよそＨｃ≒８００〜１０００Ａ／ｍと高く、好ましくない。したがって、磁化ループの中央領域は線形性を失い、またヒステリシスループにおける著しい発散が不都合に高いヒステリシス損失を招く（図１２参照）。
【００９２】
引張応力下の熱処理後、Ｓｉ含有量が１０ａｔ％を超え、Ｂ含有量が１１ａｔ％未満である合金組成物により、残留磁気率がＪｒ／Ｊｓ＜０．１で、１００Ａ／ｍを著しく下回る異方場の１０％しか示さない低い保磁力のフラットで大部分が線形性のヒステリシスループがもたらされることが、これら諸実施形態では示されている。ケイ素含有量がこれら限界値よりも低く、またホウ素含有量がこれら限界値よりも高い場合、このような引張応力下の熱処理後には所望の磁気特性が得られない。
【００９３】
Ｓｉ含有量の上限値およびＢ含有量の下限値も検討する。合金組成物Ｆｅ７５Ｃｕ０．５Ｎｂ１．５Ｓｉ１７．５Ｂ５．５（表５における合金Ｎｏ．５参照）は、非晶質で延性のあるテープとして難なく製造することができ、熱処理後所望の特性を有するが、熱処理後、合金組成物Ｆｅ７５Ｃｕ０．５Ｎｂ１．５Ｓｉ１８Ｂ５はボーダーラインの磁気特性しか示さず、合金組成物Ｆｅ７５Ｃｕ０．５Ｎｂ１．５Ｓｉ１８．５Ｂ４．５はもはや延性のある非晶質のテープとして製造することができなかった。
【００９４】
引張応力下の熱処理後、Ｓｉ含有量が１８ａｔ％未満で、Ｂ含有量が５ａｔ％を超える合金組成物により、残留磁気率がＪｒ／Ｊｓ＜０．１で、１００Ａ／ｍを著しく下回る異方場の１０％しか示さない低い保磁力のフラットで大部分が線形性のヒステリシスループがもたらされることが、これら諸実施形態では示されている。ケイ素含有量が１８ａｔ％を超え、ホウ素含有量が５ａｔ％未満である場合、所望の磁気特性が実現されない、またはこのような引張応力下の熱処理ではもはや非晶質および延性のテープを製造することができない。
【００９５】
表７は、作製した状態で、また特定のアニーリング温度Ｔａで５０ＭＰａの応力下４秒の熱処理後に測定した、異なる合金組成についての飽和磁歪定数λｓを示す。特に、選択したアニーリング温度は、所与の組成について特に小さい磁歪値を得るために、最大可能アニーリング温度Ｔａ２から５０℃にすぎず（図５参照）、これらの値は最終的に合金組成によって決まる。Ｓｉ含有量の効果を示す。
【００９６】
表７の補足として、図５は、引張応力下の熱処理の結果、飽和磁歪が明らかに減少し、この減少は再現性のある磁気特性をもたらすことができることを実証している。特に、小さい磁歪によって、機械的応力がヒステリシスループに全く、またはほんのわずかしか影響を及ぼさない。このような機械的応力は、熱処理したテープを巻いて磁心とした場合、あるいはさらなる加工の過程で、磁心をトラフもしくはプラスチック塊に埋め込んで保護する、または続いて針金コイルを設ける場合に生じることがある。これを利用して、特に有利な組成物、すなわち、磁歪が小さい組成物を考案することができる。
【００９７】
表７に挙げられている例によって実証されているように、５ｐｐｍ未満という量の特に有利な磁歪値は、Ｓｉ含有量が１３ａｔ％を超え、かつ熱処理温度が最適なアニーリング範囲の上限値Ｔａ２を下回る５０℃を超えない場合に実現することができる。２ｐｐｍ未満という量のさらに小さい飽和磁歪の値が、Ｓｉ含有量が１４ａｔ％を超え１８ａｔ％未満、かつ熱処理温度が最適なアニーリング範囲の上限値Ｔａ２を下回る５０℃を超えない場合に実現することができる。１ｐｐｍ未満という量のさらに小さい飽和磁歪の値は、Ｓｉ含有量が１５ａｔ％を超え、かつ熱処理温度が最適なアニーリング範囲の上限値Ｔａ２を下回る５０℃を超えない場合に実現することができる。
【００９８】
透磁率が高くなればなるほど、量の小さい磁歪値が重要になる。たとえば、透磁率の値が５００を超える、または１０００を超える合金は、飽和磁歪の量が２ｐｐｍ未満または１ｐｐｍ未満である場合、機械的応力への依存度が比較的低い。
【００９９】
この合金の飽和磁歪の量を５ｐｐｍ未満とすることもできる。この限界値を下回る飽和磁歪を有する合金は、透磁率が５００未満である場合内部応力があっても優れた軟磁気特性を保ち続ける。
【０１００】
飽和磁歪値は、熱処理中に加わる引張応力σａに依然としてわずかに依存することがある。たとえば、アニーリング応力に応じて、６１０℃で４秒の熱処理後合金Ｆｅ７５．５Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｓｉ１５．５Ｂ６．５について以下の値が測定される。すなわち、σａ≒５０ＭＰａでλｓ≒１ｐｐｍ、σａ≒２６０ＭＰａでλｓ≒０．７ｐｐｍ、およびσａ≒５００ＭＰａでλｓ≒０．３ｐｐｍ。これは、Δλｓ≒−０．１５ｐｐｍ／１００Ｍｐａのわずかな磁歪減少に相当する。その他の合金組成物は同等の挙動を示す。
【０１０１】
図１３は、先の諸実施形態の１つによる組成を有する、テープの形の合金の製造に適した装置１の概略図である。この装置１は、温度ゾーン３を有する連続炉２を備え、この温度ゾーンは、このゾーンにおける炉内の温度がアニーリング温度Ｔａから５℃以内となるように設定される。この装置１はまた、非晶質合金５が巻かれたコイル４と、熱処理したテープ７を巻き取る巻き取りコイル６とを備える。テープは、コイル４から連続炉２を通って受入れコイル６へと速度ｓで通過する。この過程で、テープ７は、装置９から装置１０へと進行方向にかかる引張応力σａを受ける。
【０１０２】
この装置１は、熱処理され連続炉２から取り出されたテープ６の磁気特性の連続測定のための装置８も備える。この装置８の領域では、テープ７はもはや引張応力下にない。測定した磁気特性を使用して引張応力σａを調整することができ、この引張応力σａ下、テープ７が連続炉２を通過する。これは、矢印９および１０によって図１３に概略的に示してある。この磁気特性の測定および引張応力の連続測定により、テープの長さに沿った磁気特性の規則性を改善することができる。
【０１０３】
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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