超低磁心損失・高鉄濃度軟磁性合金」の最新研究開発動向「NANOMET
牧

野

彰

宏

けて，研究を推進中である．

.

は じ

め

に

以下では，著者らがナノ結晶軟磁性合金ナノメット(1)の開発に至った経緯を研究開発の時代背景とともに解説する．ナ

本稿では，著者が研究代表者を務める東北発 素材技術先

ノメットは， 1970 年以降，東北大学を中心とする我が国が導プロジェクト超低損失磁心材料技術領域( 2012 年 6 月～

研究を牽引してきたアモルファス合金(金属ガラス)の研究分

2017年 3 月)で進められている超低磁心損失・高鉄濃度軟磁

野の流れを汲んでいる． Fe 基アモルファス合金は，アモル性合金「 NANOMET(ナノメット)」の最新研究開発動向

ファス合金の三大特性として広く知られている強靭性，超耐を紹介する．本技術領域では，東北大学で生み出された Fe

食性，および軟磁性の全てに関与する重要な合金系であり，と半金属元素からなる新しいナノ結晶軟磁性材料ナノメット

特に，軟磁性は実用化に最も近い特性として着目され，古くをベースに，東北を中心とする関連企業と一体となった取りから研究開発が進められてきた．

組みにより東北での産業化を目指している．この目標達成のFe 基アモルファス合金は，歴史的に，アモルファス合ため，拠点形成から最終目標の東北での産業集積・新産業の金，ナノ結晶合金，バルクアモルファス合金(バルク金属ガ

創出に至るロードマップ(図)を設定し，()拠点形成，ラス)の順で研究が進展した．まず，B, C, Si, P などの半金()基礎研究，()実証研究および()最終目標の達成に向属を含む Fe 半金属アモルファス合金(2) の研究が 1970 年代に進展したことに端を発し，その後， Fe Si B 系アモルフ
ァス合金として知られる Metglassに継承されて商用ベース
で現在に至っている．続いて， 1980 年代後半に Fe 半金属
系 の Fe 基 ナ ノ 結 晶 軟 磁 性 合 金 が 開 発 さ れ た ． 例 え ば ，
FINEMET(ファインメット Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 at )合金(3)は，前期遷移金属の Nb の添加によるナノ結晶化と極微
少量の Cu 添加によるナノ結晶組織制御により優れた軟磁気特性が得られる．ほぼ同時期に，著者らは Zr, Hf, Nb 等の前期遷移元素(M 元素)と半金属の B を含有する，いわゆる，
FeMB 系ナノ結晶軟磁性合金(NANOPERM)(4)の開発に成功している．これらのナノ結晶軟磁性合金も商用ベース研
究開発がなされている．なお， NANOPERM の高温特性改善のために，Co を添加した HITPERM(5)も海外の研究グループにより開発されている．
図1

東北発 素材技術先導プロジェクト超低損失磁心材料技術領域のロードマップ．

その後，1995年に臨界直径 1 mm の Fe 基バルク金属ガラス(Fe73Al5Ga2P11C5B4 at)(6)が報告されて以来，Fe 基アモ

東北大学リサーチプロフェッサー，東北大学金属材料研究所教授(〒980
8577 仙台市青葉区片平 211)
The Latest Research and Development Trends of SuperLow CoreLoss and High FeContent Nanocrystalline Soft Magnetic Alloy``NANOMET''; Akihiro Makino(Institute for Materials Research, Tohoku University, Sendai)
Keywords: coreloss, soft magnetic alloy, nanocrystalline alloy, amorphous alloy, energysaving
2015年11月27日受理[doi:10.2320/materia.55.89]

ま て り あ 第55巻 第 3 号(2016)
Materia Japanルファス合金の研究は，一時，バルクアモルファス合金(バァス合金の原点回帰を果たすとともに，その集大成に位置づ

ルク金属ガラス)の研究に派生することとなる． Fe 基合金

けられる 21 世紀型の革新的軟磁性材料として開花するに至は，他の Zr や Mg 合金と比較して融点が高いためガラス形っている．

成能が低く(7)，ガラス形成能の向上を目的として多量の溶質

ナノメットは，現在，図に示す本領域の概要に則って研元素を添加する方策が講じられ，Fe 族元素濃度は概ね73原

究開発がすすめられている．研究機関としての大学を中心と子程度以下に低減することとなった．このため，主成分はして，液体急冷による薄帯サンプルおよびアトマイズによる

かろうじて Fe であるものの Fe 濃度が 40 at 台の Fe48Cr15

粉体サンプルの作製を行い，ヘテロアモルファス合金および(at)バルク金属ガラスがセンチメートル級

ナノ結晶化の基礎研究を行っている．応用実証化に向かうたの臨界直径をもつ Fe 基バルク金属ガラス(8)として開発されめには，次のステップとして加工などの工程が必要となる

たが，当然，得られたバルク金属ガラスは常磁性であった．

が，この段階からは産学連携を展開している．実証として

その他の強磁性 Fe 基バルク金属ガラスも飽和磁化が 1 T 未

は，モータ，トランス，磁性部品などを想定している．最後

Mo14Er2C15B6満であり， Fe アモルファス合金の軟磁性が軽視される研究の項目である貢献については，火力発電所 7 基分に相当す

風潮が 2000 年代前半まで続いた．この間，著者らは時代のるナノメットを利用した省電力とベンチャー設立による復潮流に流されることなく，高鉄濃度強磁性アモルファス合金

興・雇用創出をねらっている．

の研究を地道に継続し，その結果， 2008 年にナノメットの

省電力については，図に示すように，現行の珪素鋼を比プロトタイプと位置づけられる Fe76Si9B10P5(at)バルク金

較材とした場合，現段階の 72 の電力損失改善が可能であ属ガラス(9) の開発に成功するに至った．この Fe76Si9B10P5

り，将来的にはナノメットの改良型により，さらなる電力損

合金のバルク金属ガラス生成の臨界直径は 2.5 mm である

失量の低減がシミュレーション結果から予測されている．ナが，飽和磁化( Js )および保磁力( Hc )は，それぞれ， 1.5 1.6

ノメットが軟磁性材料として優れている点は，図に示すよT および 0.8 A/m の優れた軟磁性を示す．これら一連の Fe

うに，既存材料との比較において，省エネ化および小型化に

基アモルファス系合金の歴史的背景を踏まえ，著者らは，寄与する透磁率および飽和磁束密度の特性の二律背反(トレ2009 年に FeSiBPCu から成るナノ結晶軟磁性合金ナノメッードオフ)の限界線を越えて位置する点を挙げることができ

ト(1)の開発に成功した．ナノメットの特徴は，珪素鋼板に匹る．ここで，既存材料とはフェライト， Co 基アモルファス

敵する 1.81.9 T の高い飽和磁束密度(Bs)ときわめて低い磁合金，センダスト，パーマロイ， Fe 基アモルファス合金，

心損失(W ＜1 W/kg)であるが，この優れた軟磁気特性は，

電磁鋼板，純鉄などの代表的軟磁性材料である．特に，ナノ85 at台の高 Fe 濃度が大きく寄与している．このように，ナノメットは1970年代以降に開発が始まった Fe 基アモルフ

図3

図2




東北発 素材技術先導プロジェクト超低損失磁心材料技術領域の概要．

図4

ナノメットによる電力削減の効果．

ナノメットおよび比較材の軟磁気特性の比較．

最近の研究

図6

図5

ナノメット薄帯の幅広化と基本磁気特性の薄帯
試料幅依存性．

ナノメットおよび比較材の鉄損特性．
薄帯試料の幅広化は，基礎研究から応用実証研究に展開する際に取り組むべき重要事項のひとつである．通常，研究室メットの鉄損特性は，図に示すように，1.5～1.6 T の磁束レベルで作製される液体急冷薄帯試料の幅は，およそ 1 ～ 2密度領域でも 0.3 W/kg 程度以下の低鉄損を達成しており，

mm であり，この幅の試料があれば基礎研究を展開するのに珪素鋼板と比較しても優れた鉄損特性が得られる．

量的に十分である．しかしながら，本技術領域では応用実証

次章では，上述の背景をもつナノメットの最近の研究動向への展開を図るために，薄帯試料の幅広化に取り組んだ．そを本技術領域のロードマップに沿って概説することとする．

の 結 果 ， 2012 年 6 月 時 点 で 5 mm 幅 ， 2013 年 時 点 で は 80mm 幅薄帯試料を安定的に作製する技術を確立した．次いで，

.


研究開発成果2014 年 6 月時点で 120 mm 幅に到達して，プレスリリースを行った(11) ．さらに， 2014 年 12 月には， JIS 規格で定めら拠点形成れている 170.2 mm 幅に対応するために，富谷サテライトに2012 年 6 月に本技術領域が始動したことに伴い，東北大

超幅広液体急冷装置を導入して，薄帯試料のさらなる幅広化

学金属材料研究所に超低損失軟磁性ナノ結晶材料研究開発セと安定的な製造技術の確立に向けた研究を行っている．とこ

ンター(ナノ結晶センター)を設立し，金研敷地内で基礎研究

ろで，応用実証に向けた薄帯試料の幅広化に伴い，幅広薄帯を開始した．続いて，同 11 月に応用実証を目的とする大型試料の軟磁気特性の劣化が危惧される．しかしながら，図

設備の設置を目的として，仙台郊外の宮城県黒川郡富谷町にに示されるように，ナノメットの基本磁気特性は薄帯試料幅

株 金属材料研究所を借り受けて富谷サテライトをある YKK

に依存しないことが検証されている．これにより，一気に応設置した．その後，2014年 9 月に開所した東北大学 産学連

用実証化が促進されることになった．

Solution

第二に，ナノメットの急冷材および熱処理材の合金組織おCenter)に基礎研究メンバーが移り，拠点の集積化が完了しよび微細構造を精緻に観察，分析するために， 2013 年 3 月

携先端材料研究開発センター( MaSC:

Materials

た．拠点形成については，この間，東北大学 BIP (ビジネに透過電子顕微鏡(日本電子製，JEMARM200F Beluga)を

ス・インキュベーション・プログラム)の採択および実施を導入して，ナノメットのヘテロアモルファス構造の本質を究通じて，大学および大手企業 5 社出資による大学発ベンチ

明した(図)(12) ．さらに， SPring 8 施設を利用した XAFS

ャー( 2015 年 11 月設立，東北大としては第一号)10) に発展し解析を行い，ナノメットの合金組織および構造の特徴を明らている．これらにより，本技術領域の拠点形成が完成し，現かにした(13)(14)．この構造・組織観察の結果，ナノメットの在に至っている．

ナノ結晶組織を特徴づけるのは微少添加された Cu であり，




基礎研究成果通常， fcc 構造をとる Cu が温度変化に伴って，アモルファ
ス→ fcc (～ Tx1 50 K )→ bcc (～ Tx1 )→ fcc (～ Tx2 )( Tx1, Tx2 本技術領域は，文部科学省プロジェクトであり，基礎研究

第一，第二結晶化温度)のように同素変態することが明らかにも十分重点を置いた研究を行っている．以下では，本研究になった．このような Cu の同素変態は，FINEMET では認

領域で得られた主な基礎研究成果として，以下の 5 つの研

められず，また， FINEMET における Cu の役割が Fe ( Si )

 薄帯試料の幅広化の取り組み， 透過
究成果を紹介する．

結晶の核形成サイトであることとも異なっている．

電子顕微鏡観察結果およびナノメットにおける Cu の役割の第三の熱処理に関しては，ナノメットの特徴のひとつとし 合金組織形成機構の解明と急速加熱が合金組織に与解明，て，ナノ結晶化の熱処理の際に急速加熱を要する点を挙げる

 熱力学計算，第一原理シミュレー
える影響の解析，および

ことができる．示差走査熱量計( DSC )測定を行った場合，

 ナノメットの基本磁気特性である．
ション，

ナノメットは， Tx1 ＝ 660 K 付近で a Fe が析出し， Tx2 ＝

ま て り あ 第55巻 第 3 号(2016)
Materia Japan

820 K 近傍の温度で化合物の析出が生じる．この際， Tx1に存性が高い点も特徴のひとつである．図は，熱処理条件における結晶化エンタルピー(DHx1)は 5 kJ/mol 程度であり発よるナノメットの組織の違いを模式的に示している．最適組

熱量としては他の Fe 基アモルファス合金の DHx1 と比較し織である 10 ナノメートル程度の結晶粒から成る均一組織をてかなり大きく，かつ， DSC トレースの第一結晶化ピーク得るためには，毎分数百 K の急速加熱が必要であることがが急峻である特徴をもつ．換言すれば，ナノメットは Tx1 で明らかになっている(15)．

一気に結晶化が生じる．この大きな DHx1 は，実証を指向し第四として，計算機科学のアプローチによるナノメットのて作製した大形状サンプルを熱処理した場合，結晶化の自己基礎研究成果を紹介する．手法としては，熱力学に立脚する

発熱(熱暴走)によるサンプルの炎上を起こす場合がある程の状態図および Gibbs 自由エネルギー解析と第一原理シミュ熱量であり，開発おいては熱処理条件の制御に留意を要し

レーションなどを行っている(16)(17)．例えば，熱力学計算でた．その他，ナノメットで得られる合金組織は，昇温速度依は， Fe85B15 二元系アモルファス合金からナノメットの 5 元系合金を系統的に比較することにより，ナノメットの結晶化の特徴を Gibbs の自由エネルギー解析により解明し，前述
したナノメットの特異な結晶化機構の自由エネルギー的解析に成功した(16)．一方，第一原理シミュレーションでは， Feと半金属の間の電荷移動を精緻に解析して，今後，ガラス形
成能および軟磁性の改善の指針を提示している(17)．
最後に，これらの基礎研究のまとめとして，ナノメットの
基本磁気特性を表18) に示す．ナノメットの特長は，高い
飽 和 磁 束 密 度 ( Bs ＝ 1.85 T ) と 低 い 磁 心 損 失 ( W ～ 0.3 W ･kg－1 ) を 併 せ も つ 点 に あ り ， 飽 和 磁 束 密 度 に つ い て は
Fe78Si9B13 (2605)アモルファス合金やナノ結晶ファインメッ

図7

Fe85.2Si2B8P4Cu0.8 ヘテロアモルファス合金急冷材の球面収差補正高分解能電顕像および制限視
野電子回折パターン．原子クラスターが○印の領域で観察される12)．

トをはるかに凌ぎ珪素鋼板に迫る高い値を示す．さらに，磁心損失については珪素鋼板をよりも 1 オーダー，アモルフ
ァス合金の 1 / 3 程度の優れた軟磁気特性を示す．総じて言えば，ナノメットは，既存の軟磁性材料の様々な特性の特長を併せ持つ画期的な軟磁性材料であるといえる．ナノメットの実証研究を指向した具体的な基礎研究の取り組みとして，
図に示すように C 元素添加による軟磁気特性のリボン厚さ依存性を測定した．その結果， C 添加により 40 mm 超厚さのサンプルにおいても，Hc10 A/m の軟磁気特性を保持しており，厚肉化が可能であることが明らかになった(19)．


応用実証および協業

本技術領域では工業化を指向した応用実証を研究項目に掲げている．研究開発を開始した 2012 年 6 月以降，約 3 年数カ月の間に，前述した幅広リボン(120 mm 幅)の作製成功の
図8

ナノメット組織の熱処理条件依存性(15)．文献15)から許可を得て転載．

表1
名

称

合金組成

板厚
t/mm

株 との共同研究による超低損失モータ試
他に，パナソニック作(図，表)(20) および高性能な軟磁性粉の開発と圧粉コ

ナノメットと他の軟磁性材料との特性比較(18)．
磁束 飽和磁実効透磁率 磁心損失 磁心損失 比抵抗
キュリー
保磁力
磁歪
密度 束密度温度
me
W
W
15/50/
17/50/
－
－
1
6
/ ･
/
Hc/A･m(at 1 kHz) W･kg－1 W･kg－1 r mQ m ls 10
Bm/T Bs/T
Tc/°
C

ナノメット
FeSiBPCu
1723 1.82
方向性珪素鋼板Fe3 massSi
2701.92
無方向性珪素鋼板Fe3 massSi3501.51
無方向性珪素鋼板 Fe6.5 massSi
100
1.29
アモルファス合金 Fe78Si9B13(2605)
20
1.49
ナノ結晶
Fe
18
1.23
73.5Si13.5B9Nb3Cu1
ファインメット

1.85
2.03
2.03
―
1.54

5.8
7.8
26
22
2.6

27000
6100
720
2100
10600

0.25
0.61
2.03
2.7
0.68

0.38
0.84
3.48
―
―

0.736
0.478
0.572
0.817
1.35

2.3
1.2
6.8
－0.1
27

728
740
740
690
395

1.24

0.5

150000

―

―

1.15

2.1

571

可変




最近の研究

図10 試作したモータ(左)新ナノ結晶合金ナノメットを積層したステータコア．(右)特性評価用モータ(20)．

図9Fe85.2Si0.5B9.5P4Cu0.8, (Fe85.2Si0.5B9.5P4Cu0.8)99C1
お よ び Fe81.2Co4Si0.5B9.5P4Cu0.8 ナ ノ 結 晶 合 金 の
Hc および Bs のリボン厚さ依存性(19) ．文献( 19 )から許可を得て転載．

今回の試作
モータでの実績

鉄アの試作に成功(図)(21)し，それぞれプレスリリースを行電磁鋼板とナノメットのモータ特性比較(20)．

表2

損

モータ効率

家電用モータへ適用した場合の試算

電磁鋼板

ナノメット

電磁鋼板

ナノメット

1.4 W
(基準)

0.4 W
(Y
70)

2.2 W
(基準)

0.7 W
(Y
70)

85
(基準)

91
＋6

93
(基準)

96
＋ 3

っている．
これらのプレスリリースを起点として，企業との協業を展開しており， 2015年 11 月現在，外資系一社を含む 26社との共同研究を展開するに至っている．実証研究に関しては，液体急冷薄帯とアトマイズ粉体のうち，前者がリアクトル，トランス，モータの実証研究を通じて，ロードマップの前倒しで先行している．一方，粉末については， 2014 年に東北大学の BIP (ビジネス・インキュベーション・プログラム)で端緒を付け，2015年 3 月のプレスリリース(21)を経て，11月の大学発ベンチャー設立へと発展している．なお，大学発ベンチャーの設立は，別途，プレスリリースを行っている(10)．粉末材については，ヘテロアモルファス状態および

図 11

ナノ結晶状態での使用の双方が目的に応じて可能である．例
えば，前者では電子部品などへの展開が可能であり，一方，
高 Bs を要する用途ではナノ結晶状態粉末で対応できる．中コアの外観写真(21)．(左)成形体，(右)製品体．
鉄粉なみの高飽和磁束密度≒1.6 T と，金属ガラ
ス な み の 低 コ ア ロ ス ＜ 500 ( kW / 100 kHz, 100mT)を兼備する高い性能が実現．

型・小型モータに関しては，急冷薄帯を積層させる 2 次元
設計よりも，粉末の固化成形による 3 次元設計モータが求

大学発ベンチャー「東北マグネット インスティテュート

められており，ナノメット粉末はその期待に十分応えられる(TMI)(22)」がその中心的役割を担う予定である．

ポテンシャルを有している．



貢献




スピンオフ(L10FeNi 規則相，隕石磁石)

軟磁性合金であるナノメットの性能改善の研究の一環とし

本技術領域では，東北地域を中心とした東日本大震災からて，Fe の一部を Ni に置換した合金を研究した結果，スピンの復興を目指して，地域活動，ネットワーク形成，最先端機オフとして硬質磁性合金(隕石磁石)の開発に成功し(23)，プ

器共用，ベンチャー設立などの活動を展開している．地域とレスリリースを行った(24)．この開発の経緯と現在得られてのネットワーク形成では， 2012 年以来，毎年仙台で地域連いる成果を以下に概説する．言うまでもなく，永久磁石技術

携研究フォーラムを開催してきたが， 2015 年 10 月には，第開発は日本の代表的得意分野であり，KS 鋼から近年の Nd

4 回地域連携研究フォーラムをいわき産業創造館(福島県いFeB 系磁石まで世界をリードし，さらに，新規材料出現をわき市)で開催し，いわき市長およびいわき商工会議所会頭

基に非連続的な広範な技術発展，新産業形成を成し遂げてきのご臨席いただくとともに，140余名の参加者と東北地域のた．とくに， 1980 年代に開発された高性能永久磁石である

復興について貴重な意見交換を行った．復興貢献とともに，ネオジム磁石は，ハイブリッド車(HEV)や電気自動車(EV)東北地方を中心として雇用創出が目標のひとつとして重要でのエネ自動車用駆動モータをはじめ，電動パワーステアリン

あり， 2015 年 11 月に設立された東北大学と大手 5 社によるグの駆動モータ，省エネルギー型のエアコン用圧縮機のモー

ま て り あ 第55巻 第 3 号(2016)
Materia Japanタ，傾斜ドラム式洗濯機のドラム駆動用モータ，産業用モーを反転させるためには少なくとも～3.5 kOe の印加磁場が必

タやハードディスクドライブ駆動モータなどの幅広い用途で要であることを示している．この値は等方性ネオジムボンド

使われ，産業や社会基盤を支えてきた．かつてネオジム磁石

磁石(～ 4.4 kOe)に匹敵する優れた硬磁性であり，本研究では日本企業のみが生産し，世界を牽引してきたが，基本特許得られた L10FeNi 規則相の優れた硬磁性を示唆している．

等排他的独占権が切れつつある中，中国の生産額は我が国をこの研究成果は，従来必須とされていた Sm, Nd や Dy など

上回ってきており，また，希土類の輸出規制とあいまって，のレア・アース元素(希土類)を全く含まない完全レア・アー

わが国の産業基盤上の大きなリスクとなっている．次世代自スフリー磁石の創製に世界で初めて成功した事例であり，学動車や家電，産業機械の心臓部であるモータの省エネ化・競術的にも産業的にもきわめて意義深い成果である．

争力を確保し，我が国産業全体を活性化のためにレア・アー

本合金における L10FeNi 規則相の形成メカニズムは，以スに依存しない革新的な新規高性能磁石の開発が最重要課題

下のように理解されている(図)．宇宙空間で数十億年かけとなっている．現状，多くの研究は，ネオジム磁石の高温にた超徐冷(新規学術概念・用語として「超平衡状態」と命名)

おける特性劣化を防止するために必須とされる Dy の添加量の減少を試みている．しかしながら，これらは，既存のネオジム磁石を前提とする研究，換言すれば，ネオジムに依存する研究であり，高機能磁石を製造する際に希土類元素を全く使用しないわけではなく，将来的なリスクの根本的解決にはならない．完全レア・アースフリー磁石としては，Fe と Niを主成分とする天然隕石中に，ごく極微量含まれる L10 
FeNi 規則相が硬質磁性を発現することから1990年以降，学術的に注目を集めている．人工的に L10FeNi 規則相を作製する試みは，L10FeNi 相が発見された1960年台以来，粒子線の照射(25) ，微粒子法(26) ，メカニカルアロイング(27) ，単原子積層(28) ，高圧ひずみ加工(29) や化学合成等(30) の方法で試行されてきたが，残念ながら，極めて高い化学的規則度をもつ L10FeNi 相の硬質磁石の製造方法は未だに確立していなかった．今回の完全レア・アースフリー磁石は，ナノメッ
ト中の Fe を Ni で一部置換した FeNi半金属合金を用い，ナノメットと同じ製法で作製した．その結果，この L10 Fe
Ni 相を含む合金の XRD パターン(図)では明瞭な(001)規則回折が認められるとともに図の TEM 観察ではシミュレーション結果と比較して規則度(S)≧0.8のきわめて高い規則度をもつ L10 FeNi 粒を含有していることが分った．
一方，磁気測定結果の図の赤色曲線が示すように，印加
磁場( H )～ 3.5 kOe (キロエルステッド)で横軸を切ってお図13 電子顕微鏡による組織観察および電子回折像の観察ならびに計算結果．a走査透過型電子顕微鏡
明視野像， b 走査透過型電子顕微鏡エネルギ
ー分散型 X 線分光法による元素マッピング，cおよび d 図 5a および b の〇印は位置から得た
ナノビーム電子回折( NBD)像， e 規則度( S )＝0.8 を も つ L10 FeNi 構 造 の 計 算 NBD パ タ ーン(23)．

り，このことは本合金中に存在する L10FeNi 結晶粒の磁化

図 14
図12




X 線回折パターン(実験黒色，計算赤色)(23)．

本合金の磁気ヒステリシス曲線(黒色)および dc
減磁曲線(赤色第 2, 3 象限)および磁気力顕微
鏡像(23)．

最近の研究

で形成された天然隕石中に極微量含まれる Fe Ni 磁石はネルのように数十億年かかるものを300時間に短縮し，より

1960 年代の発見により知られているが，これを人工的に短高品質に作製することに成功した．本研究成果で得られた時間で作製することは不可能と考えられていた．我々はアモ

L10FeNi 規則相と他の研究成果との特性比較を表にまとルファス金属が熱処理によりナノ結晶化する時に生じる通常

める．

の粒界拡散・体拡散よりも数オーダー高い拡散(新規学術用

今回の研究成果は世界で初めて完全レアースフリー磁石開語として，「超高速原子移動」と命名)を利用し，タイムトン

発のドアを開いたといえる(24)．今後，本材料は人類が始めて手にした材料として，物質としての基礎的物性，磁気特性の把握を優先する．並行して，材料としての研究・開発を着 L10
実に進める予定である．具体的には，
FeNi 相の体積
 人工的規則相の磁気物性の把握，磁石材料と分率を増加，
 工業化への課題の抽してのポテンシャルの明確化および

出，その解決法の構築を進める計画である．さらに，この結果を踏まえて，近い将来の量産化を見越した開発を進め，モータ等への実装を指向した応用研究も推進する計画である．

.

ま

と

め

東北発 素材技術先導プロジェクト超低損失磁心材料技術領域で研究開発が行われているナノメットの基礎研究および応用実証の現状を中心に最新研究動向を紹介した．基礎研究
図15(a)L10FeNi 相の生成の模式図．(b)一般的に知られている Fe Ni 二元系状態図(背景図)と隕石関係の論文でみられる状態図．後者では赤色太線で描かれている超平衡 L10FeNi 規則相が含まれている(24)．

表3では，高 Bs と超低磁心損失を両立するナノメットの原子構
造，合金組織を理解するとともに，ナノ結晶化機構について理解を深めることに成功した．一方，応用実証研究では，省
エネモータの試作，電子部品用の粉末材等について，企業との協業により目に見える出口戦略を展開した．拠点形成につL10FeNi 相の従来研究との比較(X 印は，XRD 観察で明瞭な結果が認められない結果)．

サンプル作製方法

規則度，S

規則/不規則
変態温度
(°
C)

磁気異方性
エネルギー
Ku/erg･cm－3

XRD
規則
回折

薄

膜

0.330(AuN)
0.379(Cu)
0.395(CuNi)

5.8×106

X

薄

膜

0.66

6.1×106

(001)

石

本研究

0.608±0.04

≧0.8

550

(001)

磁気特性
M(emu/g)Hc(Oe)

Sp＝0.41
Sq＝0.453201200 emu/cm3

高圧ひずみ加工(31)(32)

a＝3.582c＝3.607c/a＝1.007(011)

a＝3.560c＝3.615 ～10
c/a＝1.015

1100 emu/cm3
900 Oe(面直方向)(33)
500 Oe(面内方向)(500 Oe～3 kOe)～100 emu/g
700 Oe(23)(26)

K1＝3.2×106
K2＝2.3×106(25)～145 eum/g―

X
0.6±0.2

参考
文献

―
(30)
54 kA/m(678 Oe)(001)

メカニカルアロイング
単原子積層

体積
分率

320

実験状態図
ディスク状 FeNi 単結晶への粒子線照射

格子定数
( Å)

(001)

化学合成(塩化物還元法)

隕

TEM
規則
斑点

6.3×106

(001)

X

(27)
(28)

(001)

(29)

バッファー，(001)デバイリング．

ま て り あ 第55巻 第 3 号(2016)
Materia Japanいては，最先端の分析機器を配備するとともに，研究環境を整備して，ヒトと知識の集積を行った．今後，プロジェクト研究の残り一年数カ月の間に，本技術領域の目標を確実に達成するため，東北地域への貢献と雇用創出に務めてゆく所存である．前者については，地域連携研究フォーラムを通じて
ネットワーク作りをした成果を生かしてゆく．後者については，直近に設立された東北大学と大手 5 社とのベンチャー「東北マグネット インスティテュート(TMI)(22)」がその鍵を握っている．さらに，軟磁性ナノ結晶合金であるナノメッ
トのスピンオフとして，Fe の一部を Ni に置換した合金を研究した結果， L10FeNi 相を含む硬質磁性合金(隕石磁石)の開発に成功した．ナノメットおよびナノメットを源流とする
完全レア・アースフリー磁石の開発は，日本の強みである磁性材料分野において産業界を巻き込んで 21 世紀の骨格を担う重要な役割を果たすであろう．
本研究は，文部科学省・復興庁「東北発 素材技術先導プ
ロジェクト」において実施されたものであり，ここに謝意を
表する．

文

献

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★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
1980年 3 月 東北大学大学院工学研究科修士課程修了
後，民間企業入社，同研究所副所長を経て1991年 2 月 博士学位取得(東北大学)
1999年 4 月 秋田県立大学システム科学技術部教授
2005 年 4 月 東北大学金属材料研究所附属金属ガラ
ス総合研究センター(現 新素材共同研
究開発センター) 教授
2012年 6 月 東北発 素材技術先導プロジェクト(文部牧野彰宏
科学省，復興庁)に従事し，東北大学，
超低損失磁心材料技術領域，研究委代表
者，教授
2015年 4 月より現職
専門分野非平衡磁性材料◎ Fe 基アモルファス合金，ナノ結晶軟磁性合金，完全レア・アースフリー
FeNi 硬質磁性合金に関する研究に従事．

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最近の研究