技術論文＞ Fe-Co 系合金の組織と磁気特性におよぼす Si と Al 添加の影響

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技術論文
Technical Paper

Fe-Co 系合金の組織と磁気特性におよぼす Si と Al 添加の影響
佐藤誉将＊，高林宏之＊

Effect of Si and Al Addition on Microstructure and Magnetic Propertiesof Fe-Co Alloy
Takamasa SATO and Hiroyuki TAKABAYASHI
Synopsis
Fe-Co alloys are promising materials for high power density motors, since they have higher Bs than Fe-Si steels which are mostcommonly used for motor cores. It is known, however, that Fe-Co alloys generally have poor workability due to the existence ofa brittle phase, ordered B2. In this study, effects of Co content and Si/Al addition to the Fe-Co alloys on their workability andmagnetic properties were investigated. The neutron diffraction measurements of Fe-Co alloys with different Co contents of 5,18, 27, and 49 mass% were first conducted to determine the existence of an ordered B2 phase. The results showed that the B2phase was observed in the Fe-Co alloys with Co contents of 27 and 49 mass%, while it did not exist in the alloys with 5 and 18
mass%, which suggests the latter two alloys have better workability. Then, we checked the effect of Si/Al addition on the magnetic
properties of the Fe-18Co alloy, and found that the co-addition of Si/Al reduces the coercivity, Hc , to about 60 A/m and iron loss toless than 170 W/kg while maintaining a high B value at 30 000 A/m above 2.2 T.

1．緒言

電気モータ駆動システムは全世界の電力消費の 43 %～ 46 % を占め，年間 6 Gt 以上の CO2 排出をもたらすと1）

としては Fe に Si を添加した合金である電磁鋼板が最も一般的に使用されている．しかし，電気自動車，電動
航空機，ドローン，空飛ぶ車など，今後登場するであろう未来のモビリティに搭載される，高出力密度モータの推定されている ．そのため，持続可能な社会を実現さ

仕様を満たすには，従来の電磁鋼板では，飽和磁束密度せるためには，モータの効率を向上させることが重要で（以下，Bs という）がやや低く，課題がある．そのため，あり，モータコアに使用される軟磁性材料は，モータの鉄損失が小さく，かつ，高い Bs を有する材料の開発が高効率化を実現するための重要な材料の一つである．

強く望まれている．

一般に，Fe に Si や Al を添加すると，電気抵抗率がFe-Co 合金は安定したバルク材料の中で，最も高い Bs

増加し，結晶磁気異方性が減少し，磁歪定数が 0 に近づを持つことがよく知られている．Fe-49Co-2V（mass%）

いて鉄損失が減少するなど，軟磁気特性が向上することの組成を有するパーメンジュールは良好な軟磁気特性を2）が知られている ．このため，モータコア用軟磁性材料有するため，既に一部の高性能モータに使用されてい2023年 3月 22日 受付＊ 大同特殊鋼㈱技術開発研究所（Corporate Research & Development Center, Daido Steel Co., Ltd.）

電気製鋼 第 94 巻第 1 号 2023 年

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るが，パーメンジュールには脆い B2 相（規則相）が存

Fe-18Co 合金への Si，Al 添加影響調査のため，0 ～1.5 mass% の範囲で Si と Al を添加した試料を真空溶解在するため，加工性や被削性が悪いという欠点がある．
B2 相の生成を抑制する手段の一つとして，Fe-Co 合金炉にて作製した．それらの化学成分を Table 2 に示す．

相の生成と Fe-Co 合金中の Co 量の関係について，実験保持し，鋳造によって板厚 40 mm，幅 100 mm に成形し中の Co 量を減少させることが挙げられる．しかし，B2作製したインゴットを大気雰囲気炉にて 1373 K で 7.2 ks
た．この鍛造材を大気雰囲気中において 1173 K で 7.2 ks

的に求めた報告は少ない．またパーメンジュールは，その Fe-Co 比率を変化させると急激に軟磁気特性が劣化保持した後，板厚 4 mm まで熱間圧延を行い，さらに組損，良好な加工性を有するモータコア用軟磁性材料を保持する焼なまし処理を実施した．焼なまし処理材から開発するために，まず，Co 含有量の異なる Fe-Co 合金

平面研削加工により板厚 0.67 mm の試験片を削り出し，織調整のために，Ar 雰囲気において 1023 K で 21.6 ks

することが知られている ．本研究では，高 Bs，低鉄
3）について中性子回折測定を行い，Co 含有量が B2 相生

続く最終圧延用の試料とした．最終圧延はシャルピー（mass%）合金の軟磁気特性を向上させるため，微細組

Ductile-Brittle Transition Temperature）を下回らないよう衝撃試験で得た各合金の延性 - 脆性遷移温度（DBTT：

成におよぼす影響を調査した．次に，選定した Fe-18Coに，保持温度 473 K の温間圧延とした．板厚 0.67 mm の織，加工性，軟磁気特性におよぼす Si と Al の添加影響

削り出し材を 0.2 mm まで温間圧延を行うことで圧下率を調査した．

70 % の圧延材を作製した．以下，この試料を圧延試料という．得られた圧延試料を窒素と水素の混合雰囲気中で

2．試験方法2.

1

昇温速度 287 K/s にて 1223 K まで加熱し，240 s 保持した
後，空冷した．以下，この試料を熱処理試料という．

供試材

2.

Co 含有量の異なる 4 種類の試料（Fe-49Co-2V，Fe-

2

評価方法

27Co，Fe-18Co，Fe-5Co（mass%））を真空溶解炉にて作試作した Fe-18Co-Si/Al 合金の加工性評価は，焼なまし製した．それらの化学成分を Table 1 に示す．作製した処理材から試験片を切り出し，シャルピー衝撃試験機（㈱た後，鍛造によって直径 20 mm の形状に成形した．

定して行った．各試験温度で測定した衝撃値から，DBTT

インゴットを大気雰囲気炉で 1373 K にて 14.4 ks 保持し

東京衝機製 ICA500J）にて室温から 423 K の衝撃値を測

中性子回折測定用試料はこの鍛造材から板厚 3 mm，を求めた．DBTT はエネルギー遷移温度（TrE）で評価し幅 3 mm， 長 さ 35 mm の 棒 状 小 片 を 切 り 出 し て 作 製

た．圧延試料および熱処理試料に対し，TD（Transverse

し た． 中 性 子 回 折 は J-PARC（Japan Proton Accelerator

Direction）方向から光学顕微鏡を用いた組織観察と，微小iMATERIA スペクトロメータで行った．

定を行った．組織観察には銅コーリング溶液で腐食した

Research Complex）の物質・生命科学実験施設にある硬さ計（㈱フューチュアテック製 FT-800）を用いた硬さ測

Table 1. Chemical composition of Fe-Co alloys (mass%)
Alloy

C

Si

Mn

S

Ni

Cr

V

Co

Al

Fe

Fe-49Co-2V

0.009

0.05

0.06

0.005

0.05

0.03

1.97

48.70

0.03

Bal.

73Fe-27Co

0.007

0.24

0.25

0.005

0.62

0.61

0.27

27.16

0.04

Bal.

82Fe-18Co< 0.001 < 0.01

< 0.010.00040.01< 0.01< 0.01

18.15

0.005

Bal.

95Fe-5Co< 0.001 < 0.01

< 0.010.00070.01< 0.01< 0.01

5.00

0.002

Bal.

Table 2 . Chemical composition of Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys (mass%)
Alloy
82Fe-18Co

C

Si

Mn

S

Ni

Cr

V

Co

Al

Fe

< 0.001 < 0.01

< 0.010.00040.01< 0.01< 0.01

18.15

0.005

Bal.

82Fe-18Co-1.5Si< 0.001

1.48< 0.010.00040.01< 0.01< 0.01

18.12

0.01

Bal.

82Fe-18Co-1.0Si-0.5Al< 0.001

0.99< 0.010.00050.01< 0.01< 0.01

18.1

0.47

Bal.

82Fe-18Co-0.5Si-1.0Al< 0.0010.50< 0.010.00060.01< 0.01< 0.01

18.02

1.02

Bal.

< 0.001 < 0.01

< 0.010.00040.01< 0.01< 0.01

17.9

1.51

Bal.

82Fe-18Co-1.5Al

技術論文＞ Fe-Co 系合金の組織と磁気特性におよぼす Si と Al 添加の影響試料を用いた．硬さ測定はビッカース硬度（荷重 0.1 kg，

3．結果および考察

各試料中心部 7 個所の平均値）を測定した．

圧延試料および熱処理試料は ND（Normal Direction）

面を機械研磨で板厚の 3/4 まで減厚し，液体アルミナ

17

3.

1

Fe-Co合金におけるB2相の存在

Fig. 1 に，Table 1 に示した Co 含有量の異なる 4 種類

研磨材で鏡面研磨した後，集合組織の測定に供した．
集 合 組 織 の 評 価 の た め，EBSD（Electron BackScatterの試料の中性子回折結果を示す．Fe-49Co-2V 合金と Fe-（Orientation Distribution Function）を作製した．また集合に検出されたのに対し，Fe-18Co 合金と Fe-5Co 合金でDiffraction）（日本電子㈱製 JSM-7800F）を用いて ODF
組織を定量的に評価するために，ODF から A パラメー

27Co 合金では規則相に由来する B2 相のピークが明確
は B2 相のピークが検出されず，後者 2 つの合金は良好タ 4）を算出した．パラメータ Aθ は，任意の磁場印加方な加工性を有することが示唆された．よって，B2 相が差で定義される Aθ（g）と，ODF で得られる任意の結晶

択し，この合金への Si と Al の添加効果を調査した．

∫

位を bcc-Feの磁化容易軸である〈100〉に設定して Aパラ
メータを算出した．この場合，Aパラメータとして算出される角度が小さいほど，圧延面内に〈100〉方位を持つ
結晶粒が多く集積していることを表し，軟磁気特性的に品質が高いことを意味する．
磁気特性評価用の試料は，熱処理後試料をエッチング

0.0

●
(200)

◆
(100)
◆

●

◆

Fe-27Co●●
Fe-5Co（2）

本研究では，磁場印加方向を圧延面内に設定し，結晶方

Fe-49Co-2V

Fe-18Co●

1.0

Fe-5Co●Fe-18Co●（1）

Fe-27Co●(g)= ∫ (g)Intensity ( a.u.)

して平均化し，A パラメータとして算出した（式（2））．

◆(100)

Fe-49Co-2V

面内で均等に分布するため，Aθ を圧延面内方向に積分●モータのような回転電機用途では，磁界の方向が圧延板●(211)◆(210)●(110)◆(111)

方位の頻度 f （g）との合成積で定義される（式（1））．

生成せず，より高い Bs が期待される Fe-18Co 合金を選●

向 θ と体積分率を考慮した任意の結晶方位 g との角度

● Disordered 2.0
Phases (BCC) 2.5◆ Ordered Phases(B2 )2.0
3.0
Lattice spacing (Å)

3.0

3.5

4.0

Fig. 1. Neutron diffraction patterns of the Fe-Co alloys.

3． 2． 1 Fe-18Co合金とFe-18Co-Si/Al
合金の加工性Fig. 2 に，Table 2 に示した試料の DBTT を示す．Fe-

加工にて外径 28 mm ×内径 20 mm のリング形状にした

18Co 合金と Fe-18Co-1.5Al 合金の DBTT は室温であっを交互に入れて作製した．ホルダに銅線を巻き，磁気特を 示 し，Si，Al を 複 合 添 加 し た Fe-18Co-Si/Al 合 金 の後，リングホルダにエッチングリング 5 枚と絶縁紙 5 枚

性評価に用いるトロイダルコアを作製した．直流磁化特性の測定は BH トレーサ（電子磁気工業㈱製 BH-1000）

た． 一 方，Fe-18Co-1.5Si 合 金 は 423 K と 高 い DBTT

DBTT は，これらの試料の中間値であった．一般に，bcc 構造を持つ Fe-Si 合金の脆性破壊は，塑性変形過程

を用い，最大印加磁界を 30 kA/m とした．鉄損失 Pc のの転位蓄積による応力の集中で生じる変形双晶が要因とを用いて，最大励磁磁束密度を 1.5 T で一定とし，周波Fe 結晶に固溶すると，Fe の積層欠陥エネルギーを低下

測定は，交流 BH アナライザ（岩通計測㈱製 SY8258）

考えられている 6），7）．また Grifﬁths らは Si 原子が bcc-

数を 0.05 ～ 10 kHz の範囲内で変化させて実施した．まさせ，転位の交差すべりが抑制されることを報告して失 Pe の分離は以下のように行った．式（3），式（4）に位の交差すべりが抑制されることで転位が蓄積されやす

た，鉄損失 Pc におけるヒステリシス損失 Ph と渦電流損いる 8）．これらの報告から，Fe に Si を添加すると，転示すように，鉄損失を周波数で割った値 Pc/f の周波数依

くなり，その結果，変形双晶が発生し素材の脆化を引りのヒステリシス損失係数（Kh=Ph/f）とし，これらよFe-Co 合金の脆化は，これらの先行文献と同様の理由に存性から，この Pc/f を 0 Hz に外挿した値を 1 周期当た

き起こすことが予想される．Fig. 2 に示す Si 添加によるり各周波数でのヒステリシス損失 Ph を算出した 5）．

よるものと考えられる．

f

f

（3）
（4）

18

電気製鋼 第 94 巻第 1 号 2023 年と γ-ﬁber から成り，その主方位が γ-ﬁber の｛111｝
〈112〉

450

であることを報告している 9）．従って，Fe-18Co 合金

DBTT, TrE (K)400

は，圧延集合組織の形成挙動において鉄と同様の挙動を示したと考えられる．Fe-18Co-Si/Al 合金の圧延集合組

350

織も α-ﬁber と γ-ﬁber が確認された．Al を単独添加した
Fe-18Co-1.5Al 合金は Fe-18Co 合金と類似した圧延集合

300

組織となった．一方で，Fe-18Co-Si/Al 合金の Si 添加量

250が増加すると，圧延集合組織は γ-ﬁber から α-ﬁber に遷

200

Fe-18Co

Fe-18Co-1.5Si

Fe-18Co
Fe-18Co-1.0Si-0.5Al -0.5Si-1.0Al

移していき，Si を単独添加した Fe-18Co-1.5Si 合金では，

Fe-18Co-1.5Alλ-ﬁber（ND//〈100〉）に分類される｛100｝〈110〉が主方

Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys (mass%)位になった．Tomita らは純鉄の圧延において，圧下率

Fig. 2. Effect of Si and Al addition on the ductile-brittle

を 90 % から 99.8 % に高めることで，圧延集合組織がα-fiber と γ-fiber の 混 成 状 態 か ら，α-fiber へ 変 化 す るtransition temperature of Fe-18Co alloy.

ことを報告しており 10），その挙動は本研究の Fe-18Co-

3. 2. 2 Fe-18Co合金とFe-18Co-Si/Al

Si/Al 合金における Si 添加量を増加した際の圧延集合
組織形成過程と類似している．従って，今回は圧下率

合金の微細組織と集合組織

が 70 % と比較的低いにもかかわらず，Fe-Co 格子に Si

Fig. 3(a)，(b) に Fe-18Co 合金と Fe-18Co-Si/Al 合金の圧原子が固溶することで交差すべりが抑制され，既に述べ

延試料と熱処理試料を，TD 方向から光学顕微鏡にて観たように転位が蓄積しやすくなったことで，見かけ上強察した組織写真を示す．Fig. 3 にはビッカース硬度と，熱圧下で圧延されたような圧延集合組織となったことが予想される．Shingaki ら 11） や Ruzakov ら 12） は，冷間圧延処理試料においては画像解析から算出した平均結晶粒径
D も併せて示す．圧延試料は圧延方向に延びた組織が観した Fe-3.2 mass%Si 合金において，変形双晶を伴う圧下率 66 % の圧延で｛100｝〈110〉が主方位として安定する察された．熱処理後，これらの組織は等軸粒へと変化し，ことを報告している．本研究で圧延後の Fe-18Co-1.5Si

硬さの低下も確認されることから，いずれの試料も再結の主配向が｛100｝〈110〉であったことは，上記の推定晶が完了したと分かる．Si を添加した試料の硬さは，Siを添加していない試料よりも高いが，これは Fig. 2 につを支持するものと考えることができる．熱処理試料の集合組織を Fig. 4(b) に示す．熱処理後，再結晶した Fe-

いて述べた内容と同様の理由であると考えられる．また，
Fe-18Co-Si/Al 合金の熱処理試料の平均結晶粒径はいずれ18Co 合金の集合組織はランダムな配向に変化している．

の試料も約 90 μm でほぼ同じ大きさとなった．

IF 鋼では一般に圧下率が 70 % 以下の場合，γ-ﬁber に分

Fig. 4(a) に EBSD を用いて取得した Fe-18Co 合金と類される｛111｝〈110〉再結晶粒が発達するが 9），13），Fe-

Fe-18Co-Si/Al 合金の圧延試料の ODF を示す．Fe-18Co

18Co 合金は異なる挙動を示した．また，Fe-18Co-Si/Al合 金 の 圧 延 集 合 組 織 は α-ﬁber（RD//〈110〉） と γ-ﬁber

合金においても熱処理後，再結晶した集合組織はおお（ND//〈111〉）から成り，主方位は γ-ﬁber に分類される

むねランダムであった．Makita らは，純銅において結｛111｝〈011〉であった．Barnett らは，圧下率 65 % で圧晶粒界近傍と粒内の変形の不均一性が顕著になると，再延した IF（Interstitial Free）鋼の圧延集合組織は α-ﬁber

Alloy
Rolled(a)

Fe-18Co

100 μmAnnealed
at 1223 K(b)
100 μm

Fe-18Co-1.5Si

結晶集合組織がランダムになることを報告している 14）．
Fe-18Co-1.0Si-0.5Al

Fe-18Co-0.5Si-1.0Al

Fe-18Co-1.5Al242 HV 100 μm

345 HV 100 μm

314
HV 100 μm
314HV

293 HV 100 μm

275 HV

D: 70 μm

D: 86 μm

D: 92 μm

D: 89 μm

D: 83 μm

221 HV 100 μm

178 HV 100 μm

167 HV123 HV 100 μm

196 HV 100 μm

Fig. 3. Microstructures, Vickers hardness and average crystal grain size from TD of Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe18Co alloys. (a): Rolled samples, (b): Annealed samples (1223 K).

技術論文＞ Fe-Co 系合金の組織と磁気特性におよぼす Si と Al 添加の影響

Fe-18Co

Fe-18Co-1.5Si

Fe-18Co-1.0Si-0.5Al

Fe-18Co-0.5Si-1.0Al

Fe-18Co-1.5Al｛100｝〈110〉Rolled(a)｛113｝〈110〉｛111｝〈011〉Mainorientation

φ2=45 °section｛111｝〈110〉φ2=45 °section

φ2=45 °section

φ2=45 °section｛111｝〈112〉｛100｝<110>Φ(0 ° ‐ 90 °)

Alloy

19

φ1(0 °- 90 °)｛100｝<010>｛100｝<110>｛113｝<110>

α-fiber(＜110＞//RD)｛112｝<110>｛111｝<110>｛111｝<121>｛111｝<011>｛111｝<112>

γ-fiber(＜111＞//ND)

Goss

φ2=45 °section

φ2=45 °section｛113｝〈453〉Annealed
at 1223 K(b)

Intensity

φ1 (0.0 °-90.0 °)Mainorientation

φ2=45 °section

φ2=45 °section｛110｝〈001〉φ2=45 °section｛110｝〈001〉φ2=45 °section｛110｝〈001〉φ2=45 °section｛110｝〈001〉Φ(0.0 °-90.0 °)Fig. 4. φ2=45 ˚ ODF sections of Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys showing texture followed by (a) rolled
samples, (b) annealed samples (1223 K).
本研究では，Fe への Co の部分置換や，Si，Al を添加することで，Makita らの報告と同様の挙動を示した可能3． 2． 3 Fe-18Co合金とFe-18Co-Si/Al性がある．

合金の磁気特性

各試料の集合組織状態を定量的に評価するために，熱処理試料の ODF から A パラメータを算出した．その結次に各合金の磁気特性を調査した．熱処理試料の保磁

果を Fig. 5 に示す．熱処理試料の A パラメータは，Si，力 Hc，最大比透磁率 μrm を，Fig. 6，Fig. 7 にそれぞれ示

熱処理試料の A パラメータは Si，Al 添加比率を変化してが向上していることが分かる．

も大きく変化しなかった．Leo らは軟磁気特性が最も良いとされる｛100｝〈001〉方位の A パラメータを調査した結果，その値が 22.5 °となることを報告している 4）．本研究における A パラメータの値はこの値に比べるといずれも高いため，各合金間での A パラメータの違いはあまり大きな差異ではないと考えられる．またこの集合組織状態
は軟磁気特性にとって不利であることを示唆している．
35.0

す．Fe-18Co 合金へ Si と Al を添加することで軟磁気特性
120
100

Coercivity Hc (A/m)

Al 無添加の Fe-18Co 合金が最も小さい値を示した．また

80

60
40

20

34.0

A-parameter (deg.)

33.0
0

32.0
31.0

Fe-18Co-1.5Si

Fe-18Co
Fe-18Co-1.0Si-0.5Al -0.5Si-1.0Al

Fe-18Co-1.5Al

Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys (mass%)

30.0

Fig. 6. Effect of Si and Al addition on the coercivity (Hc)

29.0

of Fe-18Co alloy after annealing.

28.0
27.0
26.0
25.0

Fe-18Co

Fe-18Co

Fe-18Co-1.5Si

Fe-18Co
Fe-18Co-1.0Si-0.5Al -0.5Si-1.0Al

Fe-18Co-1.5Al

Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys (mass%)

Fig. 5. Effect of Si and Al addition on the A-parameter of
Fe-18Co alloy after annealing calculated fromthe ODF.

20

電気製鋼 第 94 巻第 1 号 2023 年

8000

Iron loss @ 1.5 T, 1 kHz (W/kg)

Maximum permeability μrm (a.u.)

250

7000

200

6000

150

5000

116

100

4000
3000
2000

Fe-18Co

Fe-18Co-1.5Si

Fe-18Co
Fe-18Co-1.0Si-0.5Al -0.5Si-1.0Al

Fe-18Co-1.5Al

50

0

Pe
P

e

209

Ph
P

h

137
83

94

Fe-18Co

55
Fe-18Co-1.5Si

156

152

95

93

61

59

Fe-18Co
Fe-18Co-1.0Si-0.5Al -0.5Si-1.0Al

166

103

63
Fe-18Co-1.5Al

Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys (mass%)

Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys (mass%)

Fig. 7. Effect of Si and Al addition on the maximum

Fig. 9. Effect of Si and Al addition on iron loss, hysteresis

permeability (μrm) of Fe-18Co alloy.
Fig. 8 に熱処理試料における，印加磁界 30 000 A/m の磁束密度（B30 000）を示す．各合金の B30 000 は 2.3 T から

2.2 T の高い値を示した．Si，Al 添加試料の B30 000 が Si，Al 無添加試料に比べてわずかに減少したのは，bcc 結晶
中の Fe サイトを Si，Al という非磁性元素が一部置換したためであると推察される．

次に，Si，Al 添加により軟磁気特性が向上した理由について考察する．軟磁気特性を左右する主な要因として，微細組織と材料の固有特性がある．まず，微細組織について再度磁気特性との相関を確認する．
Fig. 10 に，熱処理試料の A パラメータと Ph の関係を内方向に〈100〉方位粒が多く含まれることになり，軟磁2.35

Flux dentisty B30 000 (T)alloy after annealing.

示す．本研究では，A パラメータが小さければ，圧延面

2.40

気特性が改善される．しかし，Fig. 10 は逆の挙動を示2.30

しており，軟磁気特性に優れた Si，Al 添加試料は，Si，Al 無添加試料に比べて A パラメータが大きくなってい2.25

ることが分かる．その他の微細組織に関する磁気特性影2.20

響因子として平均結晶粒径が挙げられるが，平均結晶粒2.15

径については Fig. 3 で示したように各 Si，Al 添加試料

2.10

間ではほとんど差が無いことが確認されている．従って
本研究の試料においては，集合組織状態や平均結晶粒径

2.05
2.00

loss (Ph) and eddy current loss (Pe) of Fe-18Co

Fe-18Co

Fe-18Co-1.5Si

Fe-18Co
Fe-18Co-1.0Si-0.5Al -0.5Si-1.0Al

Fe-18Co-1.5Al

Fe-18Co alloy and Si/Al-added Fe-18Co alloys (mass%)

Fig. 8. Effect of Si and Al addition on the flux density at
30 000 A/m (B30 000) of Fe-18Co alloy.

などの微細組織が磁気特性の支配的要因ではないことが推察される．もう一つの要因である固有特性について
は，一般に Fe に Si や Al を添加すると結晶磁気異方性

Ku が減少し，磁歪定数 λ が減少することが知られている．Si，Al 添加後，こうした変化が Fig. 6 や Fig. 7 に示

Fig. 9 に，熱処理試料の 1.5 T，1 kHz での鉄損失 Pc

す軟磁気特性に影響したと考えられる．なお，Fe に Si

Fig. 9 に併せて示す．Pc，Ph，Pe は Si，Al の添加によりが報告されている 2）．Fig. 6 から分かるように，Fe-18Coを示す．また，ヒステリシス損失 Ph と渦電流損失 Pe もを添加すると，Al を添加するよりも Ku が低下すること減少した．また，Si の添加は Al よりも鉄損の低減に効合金に Si を添加すると，Al を添加するよりも Hc が低果的であることが分かった．

下するという結果は，この推定を裏付けている．一方，

技術論文＞ Fe-Co 系合金の組織と磁気特性におよぼす Si と Al 添加の影響

4．結Fig. 7 に示す μrm は少し複雑な挙動を示した．Si を単独添加した試料は μrm が最大にならず，Si と Al を複合添

加した試料の μrm が最大になった．この要因は磁区構造

21

言

Fe-Co 合金の Co 含有量が規則相生成へおよぼす影響の違いが影響していると予想されるが，詳細は不明なたと，Fe-18Co 合金への Si，Al 添加が，組織と磁気特性

め，今後これらの現象を解明するために更なる調査を進におよぼす影響を詳細に調べた結果，以下の結論が得らめていく予定である．

れた．

Fig. 11 に熱処理試料の電気抵抗率と Pe の関係を示す．

Fe-18Co 合金に Si と Al を添加することにより，電気抵（1）Fe-49Co-2V合金と Fe-27Co合金は B2相を有し，Fe-抗率が増加し，Pe が減少していることが分かるため，

18Co合金と Fe-5Co合金は B2相を有さない．後者 2固有特性として電気抵抗率も磁気特性改善の主要因であ合金は加工性が良好であることが示唆された．
（2）Fe-18Co合金へ Siを添加すると DBTTが上昇し，熱ると考えられる．

処理試料のビッカース硬度が上昇した．

Hysteresis loss Ph @1.5 T, 1 kHz(W/kg)

120（3）Fe-18Co合金へ Si，Alを添加すると，2.2 T以上の高110

い B30 000を維持しながら，μrm，Hc，Ph，Peといった

Fe-18Co100

軟磁気特性が著しく改善された．

90（4）（1）～（3）から，Fe-18Co-Si/Al合金は，高出力密度・高効率モータの軟磁性材料として有望である可能性

80
Fe-18Co-1.5Al

70が示唆さ れた．

Fe-18Co-0.5Si-1.0Al

60
50
40

Fe-18Co-1.0Si-0.5Al

30.0

31.0

Fe-18Co-1.5Si

32.0

A-parameter after annealing (deg.)

33.0

Fig. 10. Relationship between hysteresis loss (Ph) andA-parameter of Fe-18Co alloy and Fe-18Co-Si/
Al alloys after annealing.

Eddy current loss Pe @1.5 T,1 kHz(W/kg)

献）

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1405）武本聡：電気製鋼，82（2011），1，57．

6）R. Priestner and W. C. Leslie：Philos. Mag．
，11（1965），

130
Fe-18Co

120

895.

110

Fe-18Co-1.5Al

Fe-18Co1.0Si-0.5Al

100

90

7）W. D. Biggs and P. L. Pratt：Acta Metall．，6（1958），
694．

8）D. Grifﬁths and J. N. Riley：Acta Metall．
，14（1966），

Fe-18Co-0.5Si-1.0Al

755．

80

9）M. R. Barnett and L. Kestens：ISIJ International，39

70
60

（文

Fe-18Co-1.5Si

0.15

0.20

0.25

Resistiviy ρ (μΩ・m)

0.30

0.35

Fig.11. Relationship between eddy current loss (Pe) andresistivity (ρ) of Fe-18Co alloy and Fe-18Co-Si/
Al alloys after annealing.

（1999），9，923．
10）冨田美穂，稲熊徹，坂本広明，潮田浩作：鉄と鋼，
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11）Y. Shingaki，M. Takashima and Y. Hayakawa： Metall.
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12）G. M. Rusakov，M. L .Lobanov，A. A .Redikultsev

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143513）稲垣裕輔：日本金属学会誌，50（1986），3，250．

22

電気製鋼 第 94 巻第 1 号 2023 年

14）牧田春光，花田修治，和泉修：日本金属学会誌，49（1985），12，1027．
本論文は，「AIP Advances」13巻，035306に掲載された“Effect of Si/Al addition on magnetic properties of Fe-Co

alloy”©Takamasa Sato, Hiroyuki Takabayashi（2023）（CC

BY 4.0，https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）[DOI：
10.1063/9.0000457] の内容を翻訳し，加筆修正したもの
である．

佐藤誉将

高林宏之