(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
[(Co1-xFex)0.75B0.25-aSia]100-yMy（ただし、Mは、Nb,Zr,W,Cr,Mo,Hf,V及びTiの中から
選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０．２≦ｘ≦０．３、０．０３≦ａ≦０．０
７、１≦y≦４（原子％）である）で示されることを特徴とするCo-Fe系軟磁性金属ガラス
合金。
【請求項２】
ΔTｘ＝Tx-Tg（ただし、Txは結晶化開始温度、Tgはガラス遷移温度）の式で表される過冷
却液体の温度間隔が３５K以上で、換算ガラス化温度Tg/Tl（Tgはガラス遷移温度、Tlは液
相線温度（いずれも絶対温度））が０．５５以上であることを特徴とする請求項1記載のC
o-Fe系軟磁性金属ガラス合金。
【請求項３】
飽和磁歪(λs)が５×１０-6以下、１KHｚでの透磁率（μe）が１４０００以上、保磁力(H
c)が１．８２A/m以下、 飽和磁束密度(T)が０．７８T以上、の軟磁気特性を有することを
特徴とする請求項１記載のCo-Fe系軟磁性ガラス合金。
【請求項４】
厚さ又は直径２ｍｍ〜４ｍｍの範囲でガラス相の体積分率が１００％であることを特徴と
する請求項１記載のCo-Fe系軟磁性ガラス合金。
【請求項５】
室温で、圧縮強度が３７００MPa以上、ヤング率が１８０GPa以上、ビッカース硬さ(荷重
：100 g、保持時間：15 s)が１０００Hv以上であることを特徴とする請求項1記載のCo-Fe
系軟磁性金属ガラス合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高いガラス形成能を有する低磁歪、高透磁率及び高強度を有するCo-Fe系軟磁
性金属ガラス合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
高透磁率の磁心材料として厚み５〜２５μｍ程度のＣｏ基非晶質合金の薄帯が知られてい
る（特許文献１）。多元素合金のある種のものは、組成物を溶融状態から急冷するとき、
結晶化せず、一定の温度幅を有する過冷却液体状態を経過してガラス状固体に転移する性
質を有していて、この種の非晶質合金は「金属ガラス合金」（glassy alloy）と呼ばれて
いる。
【０００３】
薄帯やファイバーでしか得られなかったアモルファス合金をバルク状で作るという夢を実
現したのが「金属ガラス合金」である。すなわち、ガラス形成能が非常に高い合金が１９
８０年代にPd-Si-Cu合金で見出だされた。さらに、１９９０年になってから、実用的な合
金組成でガラス形成能が非常に高い合金が見出された。一般に、「アモルファス合金」で
は加熱によりガラス転移点に到達する前に結晶化が進行してしまい、ガラス転移は実験的
には観察できない。
【０００４】
これに対して、「金属ガラス合金」は加熱によって明瞭なガラス転移が観察され、結晶化
温度までの過冷却液体領域の温度範囲が数十Ｋにも達する。この物性を備えることにより
初めて、冷却速度の遅い銅金型等に鋳込む方法によってバルク状のアモルファス合金を作
ることができるようになった。このようなアモルファス合金が、特に、「金属ガラス」と
呼ばれているのは、金属でありながら、酸化物ガラスのように安定な非晶質で、高温で容
易に塑性変形（粘性流動）できるためである。
【０００５】
「金属ガラス合金」は、ガラス形成能が高い、すなわち、ガラス相からなる、より寸法の
大きな、いわゆるバルクの金属鋳造体を銅金型鋳造法等により溶湯から過冷却液体状態に
おいて冷却凝固して製造できる特性を有するものであり、また、過冷却液体状態に加熱し
て塑性加工できる特性を有するものであり、これらの特性を有しない、従来のアモルファ
ス合金薄帯やファイバーなどの「アモルファス合金」とは本質的に異なる材料であり、そ
の有用性も非常に大きい。
【０００６】
高ガラス形成能を示す合金系とし、1988年〜2004年にかけて、Ln-Al-TM、Mg-Ln-TM、Zr-A
l-TM、Pd-Cu-Ni-P、(Fe,Co,Ni）-(Zr,Hf,Nb)-B、Fe-Ga-P-C-B、Fe-B-Si-Nb、Co-Fe-Si-B-
Nb、Fe-Co-B-Si-M（ただし、Lnは希土類元素、TMは遷移金属、MはZr,Nb,Ta,Hf,Mo等の金
属を示す）系などの組成のものが本発明者らによって発見された。これらの合金系では、
直径又は厚さ1mm以上のバルク金属ガラスが作製できる。
【０００７】
本発明者らは、これまでCo基金属ガラス合金を軟磁性材料として開発してきた（特許文献
２〜５）。例えば、特許文献４に示すものは、ガラス相を１００％含む直径１ｍｍ以上の
バルク金属ガラスの作製ができる。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２７６８１０号公報
【特許文献２】特開平１０−３２４９３９号公報
【特許文献３】特開２０００−２０４４５２号公報
【特許文献４】特開２００３−３０１２４７号公報
【特許文献５】特開２００５−４８２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献1記載の合金はB+Siの量が合計で２５〜３２at％であり、共晶点とはかな
り離れているので２５μｍの厚み程度の非晶質リボン材しか作製できなかった。上記のよ
うに、これまで、本発明者らは、Co基バルク金属ガラス合金系を幾つか見出した。しかし
、ガラス形成能が十分高くないため、現実には、直径１．５ｍｍ以上のCo基バルク金属ガ
ラスの作製が困難で、実際に得られたバルク金属ガラス合金の強度と軟磁性はまだ不十分
であり、実用的に限界がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明者らは、上述の課題を解決することを目的として種々の合金組成及び元素
の組み合わせの方法について探査した結果、 [(Co1-xFex)0.75B0.25-aSia]100-yMy（ただ
し、Mは、Nb,Zr,W,Cr,Mo,Hf,V及びTiの中から選ばれる少なくとも１種の元素であり、か
つ０．２≦ｘ≦０．３、０．０３≦ａ≦０．０７、１≦y≦４（原子％）である）で示さ
れ、ΔTｘ＝Tx-Tg（ただし、Txは結晶化開始温度、Tgはガラス遷移温度）の式で表される
過冷却液体の温度間隔が３５K以上で、換算ガラス化温度Tg/Tl（Tgはガラス遷移温度、Tl
は液相線温度（いずれも絶対温度））０．５５以上を有し、本発明者らが従来開発したも
のと比べてガラス形成能が高く、さらに、磁歪、透磁率等の磁気特性が優れ、強度等の機
械的特性にも優れたCo-Fe系金属ガラス合金が得られることを見出し、本発明の完成に至
った。
【００１１】
本発明の合金は、飽和磁歪(λs)が５×１０-6以下、１KHｚでの透磁率（μe）が１４００
０以上、保磁力(Hc)が１．８２A/m以下、 飽和磁束密度(T)が０．７８T以上の極めて優れ
た軟磁気特性を持つCo-Fe系バルク金属ガラス合金である。
【００１２】
本発明のCo−Fe系バルク金属ガラス合金は、厚さ又は直径２ｍｍ〜４ｍｍ、室温で、圧縮
強度が３７００MPa以上、伸び（ε）が１．５％以上、ヤング率が１８０GPa以上、ビッカ
ース硬さ(荷重：100 g、保持時間：15 s)が１０００Hv以上の機械的性質を有する超高強
度合金である。
【００１３】
上記の合金組成において、単ロール液体急冷法により作製した厚さ０．２ｍｍmmの薄帯金
属ガラスについて測定したΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇの式で表される過冷却液体の温度間隔ΔＴ
ｘは３５K以上である。また、換算ガラス化温度Ｔｇ/Ｔｌが０．５５以上である。
【００１４】
この組成を持つ合金を用いて、銅鋳型鋳造法により作製した金属ガラスは、熱分析を行う
際、明瞭なガラス遷移及び結晶化による発熱が観察され、ガラス形成の臨界厚さ又は直径
の値は２ｍｍ以上であり、最大では４ｍｍに達するので、銅鋳型鋳造法によって厚さ又は
直径２ｍｍ〜４ｍｍの範囲でガラス相の体積分率が１００％であるバルク金属ガラス合金
を容易に製作できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明のCo−Fe系金属ガラス合金は、ガラス形成能に優れ、ガラス
形成の臨界厚さ又は直径が２ｍｍ以上であり、最大では直径４ｍｍの値を有する。従来の
リボン材は三次元部品の作製はできなかったが、本発明の合金は、このように、銅製鋳型
鋳造法により容易に金属ガラスを得られる高いガラス形成能を持つため、低磁歪、軟磁性
、高強度を有する大型の三次元構造の金属ガラス製品を実用的に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を説明する。本発明の上記合金組成は、基本的に下記５種の元
素を構成要素としている。Ｃｏ：コバルト、Ｆｅ：鉄、Ｍ群元素：Nb, Zr, W, Cr, Mo,H
ｆ, V及びTi中から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｓｉ：けい素、Ｂ：ホウ素。 そして
、式[(Co1-xFex)0.75B0.25-aSia]100-yMy（ただし、Mは、Nb,Zr,W,Cr,Mo,Hf,V及びTiの中
から選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０．２≦ｘ≦０．３、０．０３≦ａ≦０
．０７、１≦y≦４（原子％）である）で示される組成を有する。
【００１７】
本発明のＣｏ−Ｆｅ系金属ガラス合金において、主成分であるＦｅとＣｏは、本発明の
低磁歪、高強度バルク金属ガラス合金の基となる元素である。これらの５種の元素の内、
ＣｏとＦｅの合計含有量は、上記の式に基づく計算により７２〜７４．２５ｗｔ％であり
、ＣｏとＦｅの割合は、Ｃｏ,Ｆｅ元素の原子数の合計を１とするときのＦｅの原子数比
を示すｘの値を０．１４≦ｘ≦０．４３、より好ましくは、０．２０≦ｘ≦０．４０とす
る。
【００１８】
上記の式において、Feの含有量を定めるｘが０．１４未満では、ΔTx、Tg/Tlが減少し、
ガラス形成能が低下し、機械的強度、磁気特性も十分ではない。ｘが０．４３を超えると
、図１に示すように、λsが６×１０-6超になり、磁気特性が劣化する。ｘは、磁気特性
の観点から実施例に示すとおり０．２≦ｘ≦０．３が最も好ましい。
【００１９】
本発明の上記合金組成において、半金属元素B, Siは、アモルファス相の形成を担う元素
であり、安定なアモルファス構造を得るために重要である。BとSiはともに含有される必
要があり、一方が上記組成範囲から外れると、ガラス形成能が劣り、バルクガラス合金の
形成が困難である。本発明合金の組成では、B+Siの量が合計で２４．０〜２４．７５at％
であり、共晶点に近い。
【００２０】
本発明の上記合金組成式において、M元素の添加はガラス形成能の向上に有効である。本
発明の合金組成においては、Mは１原子％以上４原子％以下の範囲で添加する。この範囲
を外れて、Mが１原子％未満であると過冷却液体の温度間隔ΔTｘが消滅するために好まし
くなく、４原子％よりも大きくなると飽和磁化とガラス形成能が減少するために好ましく
ない。
【００２１】
図２に示すように、Fe含有量の増加によって、示差走査熱量計曲線（DSC曲線）上のガラ
ス遷移の程度を示す吸熱量の面積ΔHが増加する。Fe含有量を示すｘが0.1, 0.2, 0.3及び
0.4の合金組成では、ΔH (J/g) がそれぞれ1.7, 4.3, 6.8及び10.8である。
【００２２】
これらの合金組成について、図３に、示差熱分析曲線（DTA曲線）を示す。Fe含有量の増
加に従って、DTA曲線上の二つの吸熱ピークが少しずつ接近し、Fe含有量を示すｘが0.4の
合金組成では、二つの発熱ピークが一つのように重なり、合金組成が共晶点に近づき、液
相線温度Tlが低下し、換算ガラス化温度Tg/Tlが増加する。Fe含有量を示すｘが0.1, 0.2,
0.3及び0.4の合金組成では、Tg/Tlがそれぞれ0.551, 0.562, 0.573及び0.580である。し
たがって、ガラス形成能はFe含有量の増加に従って増大することが分かる。
【００２３】
図４は、透磁率（μe）の周波数依存性を示す。図４に示すように、Ｆｅ含有量の増加に
よって、透磁率は低下する。Fe含有量を示すｘが0.1, 0.2, 0.3及び0.4の合金組成では、
周波数１ｋＨｚでのμeは、それぞれ32500, 25900, 14800及び13400であり、高い透磁率
を有することが分かる。また、周波数の増加によって、透磁率が低下する。
【００２４】
本発明の上記合金組成において、組成域からのずれにより、ガラス形成能が劣り、溶湯か
ら凝固過程にかけて、結晶核が生成・成長し、ガラス相に結晶相が混在した組織になる。
また、この組成範囲から大きく離れると、ガラス相が得られず、結晶相となる。
【００２５】
本発明の上記合金組成において、ガラス形成能が高いため、銅鋳型鋳造すると直径最大４
ｍｍの金属ガラス丸棒が作製できるが、同様な冷却速度で、回転水中紡糸法により、直径
０．５５ｍｍまでの細線、アトマイズ法により、直径０．６ｍｍまでの粒子の金属ガラス
を作製できる。
【実施例】
【００２６】
実施例１〜５、参考例１〜３、比較例１〜４
以下、実施例に基づき本発明を具体的に図面を参照して説明する。表１に示すような組成
になるように材料を調製し、銅鋳型鋳造法を実施し、バルク合金を得た。図５に、銅鋳型
鋳造法により直径２〜４ｍｍの合金試料を作製するのに用いた装置を側面から見た概略構
成を示す。
【００２７】
まず、アーク溶解により所定の成分組成を有する溶融合金を作り、これを先端に小孔（孔
径0.5〜4mm）を有する石英管３に充填し、高周波発生コイル４により加熱溶融した。その
後、その石英管３を直径１．５ｍｍ，２ｍｍ，２．５ｍｍ，３．５ｍｍ，４ｍｍの垂直な
孔５を鋳込み空間として設けた銅製鋳型６の直上に設置した。次いで、石英管３内の溶融
金属１をアルゴンガスの加圧（0.1〜1.0 Kg/cm2）により石英管３の小孔２から噴出し、
銅製鋳型６の孔に注入してそのまま放置して凝固させて直径１．５ｍｍ，２ｍｍ，２．５
ｍｍ，３．５ｍｍ，４ｍｍ、長さ５０ｍｍの鋳造棒を得た。
【００２８】
表１に、実施例１〜５、参考例１〜３、比較例１〜４の合金組成及び示差走査熱量計を用
いて測定したガラス遷移温度（Ｔｇ）、結晶化開始温度（Ｔｘ）、ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ、
Ｔｇ/Ｔｌを示す。また、試料中に含まれるガラス相の率（Vf−体積分率（Vf−amo.）は
、示差走査熱量計を用いて、結晶化による発熱量を完全ガラス化した単ロール型液体急冷
法による薄帯との比較により評価した。さらに、圧縮破断強度（σf）、ヤング率（E）、
硬さ（Hv）をそれぞれ、インストロン(Instron)試験機及びビッカース微小硬度計を用い
て測定した結果を示す。また、各実施例、各参考例及び各比較例の鋳造棒のガラス化の確
認をX線回折法及び試料断面の光学顕微鏡観察で行った。得られた結果を表１にまとめて
示す。
【００２９】
本発明の実施例１〜５、参考例１〜３は、ΔＴｘは３５K以上であり、また、換算ガラス
化温度Tg/Tlが０．５５以上であるため、直径２ｍｍ〜４ｍｍの鋳造塊でガラス相の体積
分率（Vf−amo.）は１００％である。これに対して、比較例１の合金は、Fe 含有量を示
すｘが０．１未満であり、本発明の合金組成範囲を外れるので、直径１．５ｍｍの鋳造塊
でガラス相の体積分率１００％のものであるが、直径２ｍｍのものでは１００％ガラス相
が得られない。また、比較例２の合金では、直径４ｍｍの鋳造塊でガラス相の体積分率１
００％のものであるが、Ｆｅ含有量を示すｘが０．４５であり、本発明の合金組成範囲を
外れるので、磁歪（λｓ）は超過５×10-6超、保磁力（Ｈｃ）は１．８２A/m超であり、
透磁率が１４０００未満になる。
【００３０】
図６に、実施例１、２、参考例１、２のバルクガラス合金のX線回折パターンを示す。い
ずれもガラス構造のハローパターンを示している。図７に、実施例１、２、参考例１、２
のバルクガラス合金の外観写真を示す。金属ガラス合金特有の光沢を示している。
【００３１】
【表１】
0004694325.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のＣｏ−Ｆｅ基バルク金属ガラスは０．７８T以上の飽和磁化があり、高透磁率が
得られるので、三次元の高透磁率磁心材料アンテナコア材やモータコア材などの高透磁率
磁心材料として特に有用である。また、高強度、高ガラス形成能を有するため、機能材料
（磁気材料）のみならず、構造材料としての利用も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１、２、参考例１、２により得られたリボン材磁歪のＦｅ含有量依存性を示すグラフである。
【図２】実施例１、２、参考例１、２により得られたリボン材の示差走査熱量計曲線を示すグラフである。
【図３】実施例１、２、参考例１、２により得られたリボン材の示差熱分析曲線を示すグラフである。
【図４】実施例１、２、参考例１、２により得られたリボン材の透磁率の周波数依存性を示すグラフである。
【図５】金型鋳造法により鋳造棒の合金試料を作製するのに用いる装置を側面から見た概略図である。
【図６】実施例１、２、参考例１、２のバルクガラス合金のX線回折パターン図である。
【図７】実施例１、２、参考例１、２のバルクガラス合金の大きさと外観形状を示す図面代用写真である。
【図１】
0004694325.tif 000003
【図２】
0004694325.tif 000004
【図３】
0004694325.tif 000005
【図４】
0004694325.tif 000006
【図５】
0004694325.tif 000007
【図６】
0004694325.tif 000008
【図７】
0004694325.tif 000009