(57)【要約】【課題】      本発明は、高保磁力を有するFePtP３元合金を提供する。【解決手段】  その合金組織がL１0-FePt相、Feが固溶していないP2Pｔ相およびリン化鉄相からなる３相組織であることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
FePtP３元合金で、その合金組織がL１0-FePt相、Feが固溶していないP2Pｔ相およびリン化鉄相からなる３相組織であることを特徴とするFePtP3元合金。
【請求項２】
請求項１記載のFePtP3元合金において、その合金組織を形成する３つの相の粒径がそれぞれ１００μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、FePtP3元合金に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高保磁力を有するFePtP3元合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
FePtP3元合金については、冷却速度の向上や圧延などの加工プロセスにより組織をナノメートルスケールまで微細化することによって4.5kOe程度の保磁力が得られている（たとえば、非特許文献１参照）。最近、FeおよびPtのシートを複数枚重ね、圧延を繰り返すというプロセスにより１０kOe程度の保磁力が得られている（たとえば、非特許文献２参照）。これらの技術では、基本的にL10-FePt組織に、加工や熱処理により微細な双晶や逆位相界面を導入し、それをピンニングサイトとして保磁力を向上させるという手法がとられている。
【０００３】
また、最近、厚さ数ナノメートルの極薄膜の研究により、２０kOe以上の保磁力を得るためには、粒径５０nm以下で個々の粒子が孤立していることが重要であることが明らかにされた（たとえば、非特許文献３参照）。薄膜では、単磁区粒子を分散させることにより反磁区の核生成を抑制し、回転磁化によって磁化反転を起こさせるようなナノ構造を作ることにより大きな保磁力を実現している。
【非特許文献１】K.Watanabeand H.Masumoto, Trans., JIM, 24.627(1983)
【非特許文献２】N.H.Haietal., J.Magn.Magn.Mater. 262,353(2003)
【非特許文献３】T.Shimaetal., App.Phys.Lett.81,1050(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、薄膜でなくても上記と類似した構造が得られれば、２０kOeを超える高保磁力が得られる可能性がある。
【０００５】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高保磁力を有するFePtP3元合金を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、FePtP３元合金で、その合金組織がL１0-FePt相、Feが固溶していないP2Pｔ相およびリン化鉄相からなる３相組織であることを特徴とするFePtP3元合金を提供する。
【０００７】
Fe元素の分布がほぼ均一である場合には大きな保磁力は得られない。Fe元素が不均一に分布し、非磁性P2Pt相が形成されることが重要である。
【０００８】
この出願の発明は、第２には、上記第１のFePtP3元合金において、その合金組織を形成する３つ
の相の粒径がそれぞれ１００μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
非磁性P2Pt相が形成される場合でも組織が粗大化しては大きな保磁力は得られにくい。
非磁性P2Pt相も含めた複相組織の粒径が100μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
この出願の発明によれば、高保磁力を有するFePtP3元合金が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１（ａ）にこの出願の発明において高保磁力材料となりうる合金の組成範囲を示した。組成式が、組成図でFe15Pt70P15、Fe15Pt50P35、Fe55Pt10P35およびFe70Pt15P15を結ぶ四角形の組成範囲内にあり、かつFe100-X-YPtxPy（１５＜Ｘ＜７０，１５＜Ｙ＜３５）で示されている範囲には、合金組織にL10-FePt相とFeが固溶していないP2Pt相が少なくとも形成されている。
以下、実施例を示し、この出願の発明のFePtP3元合金についてさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００１２】
図１（ｂ）は得られたFePtPバルク合金の一例を示した写真である。FePtP合金には３元共晶が存在し、３元共晶付近で融点が低下する。このため、たとえば液体急冷を行うことによりリボン状試料の作製が可能となり、また、射出鍛造によってもナノ結晶が分散した組織が得られるものと考えられる。
【００１３】
上記組成範囲においてFePtPバルク合金は、図２に示したＸ線回折測定に示されるように、液体急冷直後に組織は、L10-FePt規則相とP2Pt相の２相から主として構成されることが確認された。
【００１４】
以下、Fe35Pt35P30合金を例にあげ、組織と磁気特性との関係を示す。
【００１５】
図２に示したＸ線回折の結果、急冷のままの試料（単ロール法を用いた液体急冷法においてCuロールの回転速度を３０m/s〜４０m/s）と急冷後熱処理（200℃/sの加熱速度で500℃〜800℃の温度範囲に１０秒間保持）を行った試料では、回折ピークの幅に差は見られるものの、ピーク位置には変化がなく、いずれもL10-FePt規則相とP2Pt相の２相が主構成相であることが分かる。第３相として、微量のリン化鉄の存在が、熱処理前ではＸ線回折により、また、熱処理後は電子回折により確かめられた。このように主構成相には熱処理前後でほとんど差が見られないのに対し、図３に示した磁化曲線は熱処理前後で大きく異なっている。図３にas-quenchedとして示した液体急冷ままの試料ではほとんど保磁力が
現れない。これに対し、annealedとして示した熱処理後の試料では磁化曲線に20kOeとい
うきわめて大きな保磁力が出現し、９８kOeまで磁場を印加しても磁化曲線を飽和させる
ことができない。しかし、急冷のままの試料では、２０kOe程度の磁場中で試料の磁化を
飽和させることは困難である。このことは、Ｘ線回折データにも示されるように、急冷のままでもすでにL10-FePt規則相が存在していることを裏付けている。したがって、L10-FePt規則相の存在だけでは高保磁力は得られないと結論される。
【００１６】
そこで、高保磁力の原因について検討を行った。図４（ａ）は急冷のままの試料の透過電子顕微鏡像であり、組織はきわめて微細（粒径およそ20nm）である。熱処理を行った試料の組織は、図４（ｂ）に示したように、５０nm程度まで大きくなっている。したがって、２０kOeという高保磁力を得るためには、微細なL10-FePt規則相の存在だけでは不十分
であることが分かる。
【００１７】
次に、熱処理前後の元素の分布状態をエネルギーフィルター電子顕微鏡により調べた。
【００１８】
PtとPは、エネルギーギャップ位置が近接しており、両者の分布を検討することは難しいため、Fe元素の分布状態を調べた。その結果を図５に示した。図５（ａ）に示した熱処理前の試料では、Fe元素の分布はほぼ一様であり、P2Pt相にもL10-FePt相と同等な濃度でFeが固溶している。一方、図５（ｂ）に示した熱処理後の試料では、Fe元素の分布はきわめて不均一であり、Fe元素がほぼ欠損した領域、中間的領域、Feリッチな領域の３種類が観察される。Ｘ線回折および電子回折の結果から、各領域は、P2Pt相、L10-FePt相、リン化鉄相の３相であると判明した。したがって、２０kOeの高保磁力の出現には、熱処理に
より完全にFeを排出した非磁性P2Pt相の存在が不可欠であると結論される。非磁性P2Pt相
の存在が、L10-FePt相を磁気的に孤立化させるかあるいは非磁性P2Pt相の存在によるFe濃度の大きな差が強力なピンニングサイトとして働いているかなどの理由により、２０kOe
という巨大な保磁力がもたらされたと推測される。
【００１９】
以上からは、急冷後の熱処理の有効性が理解されるが、Feを含まない非磁性P2Pt相とL10-FePt規則相との混相組織は、冷却速度を抑制することでも実現される。たとえば、単ロール法においてCuロールの回転速度（冷却速度に対応する）を２０m/sにした場合、リボ
ン状試料は熱処理なしで２０kOeという高保磁力を示した。
【００２０】
FePtPバルク合金の形状についてはリボン状に限られることはなく、射出鍛造によるたとえば直径２mmのロッド状とすることもできる。この場合、200℃/sの加熱速度で800℃以上の高温に１０秒間保持することにより、５kOeの保磁力が得られた。このようにバルク
合金の形状により熱処理条件が異なるが、これは主に組織のスケールに基づいていると考えられる。すなわち、粒径数１０nmのリボン状合金では、P2Pt相に過飽和に固溶していたFe元素が排出されるのに必要な拡散距離が短く、このため、低温、短時間で高保磁力が得られるのに対し、粒径100nm前後のロッド状合金では、P2Pt相に過飽和に固溶していたFe
元素が排出されるのに必要な拡散距離が長いため、高温、長時間の熱処理が必要になると考えられる。
【００２１】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。作製条件、熱処理条件等の細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、高保磁力を有するFePtPバルク合金が提供される。FePtPバルク合金は、高保磁力とともに高耐食性をも有し、また、人体への害がほとんどないPを構成元素としていることから、FePtバルク合金と同様に、義歯用磁性アタッチメントの磁石構造体材料をはじめ、他の生体材料に適用可能である。また、過酷な条件で使用される電気モーターにも適用可能でもある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、組成探査を行った範囲（黒い四角）とP2Pt相とL10-FePt規則相の混相組織が得られた領域を示す図である。（ｂ）は、実施例で得られた試料の一例を示した写真である。
【図２】急冷のままの試料（as-q）と873K（600℃）で１０秒間熱処理を行った試料のＸ線回折図形である。
【図３】急冷のままの試料（as-quenched）と873K（600℃）で１０秒間熱処理を行った試料（annealed）の磁化曲線である。
【図４】（ａ）は、急冷のままの試料（as-quenched）の透過電子顕微鏡像および電子回折図形である。（ｂ）は、873K（600℃）で１０秒間熱処理を行った試料（annealed）の透過電子顕微鏡像および電子回折図形である。
【図５】（ａ）は、急冷のままの試料（as-quenched）のFe元素の分布状態を示したエネルギーフィルター電子顕微鏡像である。（ｂ）は、873K（600℃）で１０秒間熱処理を行った試料（annealed）のFe元素の分布状態を示したエネルギーフィルター電子顕微鏡像である。
【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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