专利名称：软磁性合金薄带、用其所制的磁性部件及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及用单辊法所制的软磁性合金薄带，涉及薄带宽向的翘曲度小并且薄带表面状态优良的长尺寸的软磁性合金薄带；以及用其所制成的磁性部件以及该软磁性合金薄带的制造方法。
由于用单辊法所制造的非晶质合金、毫微晶体合金等软磁性合金薄带具有优良软磁特性，可用于各种变压器、扼流圈、传感器和磁屏蔽等。作为其代表性的材料已知的有特公平4-4393号(USP 4881989)公报和特开平1-242755号公报所记载的Fe-Cu-(Nb，Ti，Zr，Hf，Mo，W，Ta)-Si-B系合金和Fe-Cu-(Nb，Ti，Zr，Hf，Mo，W，Ta)-B系合金等。已知毫微晶体软磁性合金是将非晶质合金微晶化而具有良好软磁特性的合金其晶体粒径在50nm以下，几乎没有如非晶质合金中的热不稳定性，显示出与Fe系非晶质合金同等程度的高饱和磁通密度和低磁致伸缩的优良软磁特性。而且还知道毫微结晶软磁性合金的经时变化小，其温度特性优越。
由于与双辊法等方法相比，单辊法的大量生产性优越，因此，它正成为现在非晶质合金薄带和毫微晶体合金用的非晶质合金薄带制造方法的主流。
图1是单辊装置一例的示意图。将母合金在陶瓷和石英所制喷嘴中熔化，在压力p下加压，将合金熔液从喷嘴的缝隙喷到高速旋转的冷却辊上，通过超急冷却可制造厚度为2～100μm程度的非晶质合金薄带。以非晶质合金薄带和毫微晶体合金用的非晶质合金薄带作为原料的合金薄带来说是相同的，因此，在本发明中将两者总称之为软磁性合金薄带。
已知以单辊法所制的软磁性合金薄带为了防止结晶化和薄带的脆化，尽快地加快冷却速度，降低薄带的温度是必要的。
又，当软磁性合金薄带的宽度大时，薄带就粘结在冷却辊上，必须强制地将其从辊子上剥离下来。一般以尽可能远离喷嘴正下方的位置，其薄带的温度低，因此，即使从非晶质化和脆化观点看来，剥离的距离以尽量远些为宜。
然而，在实际制造过程中，各种条件综合在一起，有时，只能制造在宽度方向上翘曲大而长度短的薄带。翘曲的薄带在卷绕时或叠层时，难以处理，当制造卷绕磁芯和叠层磁芯时，造成在薄带间的空隙，发生占空因数低等问题。又，当必要时将薄带分切时，对短而破断的薄带来说，将薄带安装在切条机上的次数增加所以有成本也增加的问题。又，如将翘曲的薄带强制地摊平而使用时，则存在应力易于残留、软磁特性也下降这样的问题。
另一方面，已知在与辊接触的一侧的薄带表面(以下称为辊接触面)上，由于卷入空气而形成空气囊。图2示出在辊子接触面一侧所形成的空气囊的形状的示意图。该空气囊一般以薄带纵向上延伸的形状而凹陷着。为此，在将这样薄带作磁芯使用时，形成占空因数低的原因，因此，尽量减少空气囊的数目是重要的。然而，在大量制造宽幅的薄带中，仅仅减少空气囊的数目，从而减少其所占面积率时，则得不到它本来应该得到的优良磁性。
已知，这些翘曲和空气囊的影响特别在大量制造作为Fe基毫微晶体软磁合金薄带母材料的Fe-(Cu，Au)-M-Si-B系和Fe-(Cu，Au)-M-B系的宽幅非晶质薄带中更为明显的。还已知即使在非晶质状态下将其用于磁芯时，特别是由于空气囊部分的结晶化，其低频率的磁性有低下的问题。
因此，本发明的目的在于，以单辊法制造在宽向的翘曲小而长度长的软磁性合金薄带而且其辊接触面一侧的空气囊大小和凹坑都小的软磁性合金磁带；本发明还提供用其所制造的其占空因数和软磁特性都高的磁性部件；以及上述软磁性合金的制造方法。
本申请的发明人为弄清在制造中产生上述软磁性合金薄带的翘曲和空气囊的主要原因，通过制定该翘曲和空气囊的范围而解决上述问题的。首先，关于薄带翘曲的发生，虽然在纵向上也有发生，但这里专指宽向的翘曲。宽向的翘曲在宽度较小的薄带上几乎不成问题，但在幅宽的薄带中，如果制造条件不恰当则明显出现，特别是薄带的厚度薄时，翘曲更为明显地呈现。作为用于磁芯等各种磁性部件的合适的软磁性合金薄带，当其幅宽为dmm时，薄带的宽向翘曲则应在0.2×dmm以下；而且，该薄带的全长为50m以上的连续长尺寸者为宜。又，当该薄带的厚度为25μm以下，幅宽d为10mm以上时；还有，薄带的厚度在25μm以下，幅宽为20μm以上时要求其翘曲也如上所述。
用历来的制造条件得不到具有上述翘曲量和长度的薄带。例如，已知当辊温度过低时，薄带发生翘曲。其理由还不十分清楚，但可认为，以喷嘴喷到冷却辊上的金属熔液，其在辊子上固化和非晶质化时的、在喷嘴附近的凝固过程和薄带的温度分布有关联。已知如果从喷嘴正下方到薄带剥离的距离不适当的话，则在制造幅宽的薄带中薄带就断裂，制造不出连续的长尺寸的薄带。
也就是，本发明的软磁性合金薄带是将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转中的金属冷却辊上，用单辊法制造合金薄带，将合金熔液喷出后经5秒钟以上后的冷却辊表面的温度保持在80℃以上、300℃以下，并且，在作为从喷嘴缝隙正下方的辊子外周的位置到沿辊子外周所测距离为100mm到1500mm的范围内进行合金薄带从冷却辊上剥离，从而，如果幅宽为d的薄带，则可制造其薄带宽向的翘曲在0.2×dmm以下，而且纵向为50m以上的连续的软磁性合金薄带。用该薄带制成磁芯等时，可制造尺寸精度和空占因数都高、而且软磁特性优良的磁芯等。再者，这样的翘曲是由所制造的非晶质合金薄带的薄带状态所决定的，但它并不规定热处理和加工后或用于磁芯后的翘曲。
本发明还涉及辊接触面的表面性质。这个发明是从如下知识所得在薄带制造中，当辊子温度上升时，尺寸大的空气囊部结晶化，磁性变坏；以及当与空气囊凹坑深度相关的表面粗糙度Ra也不小时，磁性低劣。
也就是，当软磁性合金薄带在辊子接触面上所形成的空气囊的宽度为35μm以下；空气囊的长度为150μm以下；辊子接触面中心线平均粗度Ra在0.5μm以下时，则其空占因数和软磁特性都优良。
这里，已知在磁性能方面具有特定的辊接触面的表面性质是重要的，从这点可知在本发明中，制造时的熔液喷出喷嘴的压力、冷却辊的周向速度以及冷却辊和喷嘴端的间隔是重要的。也就是，将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转中的金属冷却辊上，以单辊法来制造合金薄带中，通过将合金熔液的喷出喷嘴的喷出压力控制在270gf/cm2以上，还将冷却辊的周向速度控制在22m/s以上；优选是将冷却辊和喷嘴顶端的间隔控制在20μm以上、200μm以下，就可制造高质量且稳定的大量生产的合金薄带。
再者，辊接触面的空气囊大量形成，尺寸大小的分布也大，但本发明中所定义的空气囊宽度是将在辊接触面的0.4mm×0.5mm范围内所形成多数的空气囊中其宽度最大的空气囊宽度定为W；本发明所定义的空气囊的长度是将辊接触面的0.4mm×0.5mm范围内所形成多数空气囊中的其最长的空气囊的长度定为L。W和L按照图2示意图所示那样来定义。又，和辊接触的表面中心线平均粗度Ra是在上述软磁性合金薄带的宽向上、按JISB 0601中所规定的切断(Cut off)值λc定为0.8mm、将测定长度定为切断值的至少5倍时所求的值。
图1是制造本发明软磁性合金薄带的单辊装置示意图；图2是在本发明软磁性合金薄带的辊接触面一侧所形成的空气囊形状示意图；图3是本发明软磁性合金薄带的翘曲测定装置的示意图；图4是本发明软磁性合金薄带的翘曲量和冷却辊表面温度关系的示例图；图5是本发明软磁性合金薄带的长度和剥离距离关系的示例图；图6是本发明软磁性合金薄带中辊接触面一侧的最大空气囊宽度W、最大空气囊长度L，中心线平均粗糙度Ra、热处理后的上述磁芯的矩形比Br/Bs以及在50Hz下比初导磁率μiac分别对辊子周向速度的关系图；图7是本发明软磁性合金薄带中辊接触面一侧最大空气囊宽度W、最大空气囊长度L、中心线平均粗糙度Ra、热处理后的上述磁芯的矩形比Br/Bs以及在50Hz下比初导磁率μiac分别对出喷出压力的关系图；图8是本发明热处理前的软磁性合金薄带的辊接触面一侧的组织的示例图；图9是本发明软磁性合金薄带的辊接触面一侧组织的x射线衍射花样的示例图；图10是本发明热处理模式图；图11是本发明另一热处理模式图；图12是本发明又一热处理模式图；图13是本发明有关漏电断路器的回路结构的示例图；图14是本发明有关变换器回路的示例图。
以下对本发明最佳实施方案进行说明(A)合金组成本发明的软磁性合金薄带的原材料是Fe基非晶质合金和Co基非晶质合金，二者都是优良的，作为典型的Co基非晶质合金由下组成的合金表示，Co100-x-yMxXy(原子％)，式中M选自Ti、Zr、Hf、Mo、Nb、Ta、W、V、Cr、Mn、Ni、Fe、Zn、In、Sn、Cu、Au、Ag铂族元素、Sc中的至少一种元素，X是选自Si、B、Ga、Ge、P、C中的至少一种元素，x和y满足0≤x≤15，5≤y≤30、10≤x+y≤30的关系式。作为软磁性材料，以含Fe为0原子％以上、10原子％以下；含Mn为0原子％以上、10原子％以下的合金为宜。
又，作为典型的Fe基非晶质合金由下组成式表示，Fe100-x-a-y-zAxMaSiyBz(原子％)，式中，A选自Cu、Au中的至少一种元素、M是选自Ti、Zr、Hf、Mo、Nb、Ta、W、Nb、V中至少一种元素，x、y、z和a分别是满足0≤x≤3、0≤a≤10、0≤y≤20、2≤z≤25的关系式。用该合金时对制造条件的依赖性大，特别是本发明的效果显著。这里，也可将Fe的一部分以选自Co、Ni中至少一种元素取代；或者将B的一部分以选自Al、Ga、Ge、P、C、Be、N中的至少一种元素取代；或者将M的一部分以选自Mn、Cr、Ag、Zn、Sn、In、As、Sb、Sc、Y、铂族元素、Ca、Na、Ba、Sr、Li，稀土元素中的至少一种元素取代。
A是选自Cu、Au中的至少一种元素，作为制造的非晶质合金薄带热处理而结晶化的毫微结晶磁性材料使用时，A具有特别优良的效果，具有使热处理后所形成的晶粒微细化的效果和提高导磁率的效果，当作为毫微结晶磁性材料时，能实现优越的软磁特性。A量x最好是0.1≤x≤3。
M和B是对促进非晶质形成有效的元素。Si量y以20原子％以下为宜，如Si量超过20原子％，则薄带脆化，难以制成连续的薄带。B量z最好在25原子％以下。当B量z小于2原子％时，金属熔液的流动性不好。制造性能下降，因而不好；当z超过25原子％时，则薄带在制造中易于脆化，所以也不好。优选的是B量z的范围在4～15原子％内。在此范围可得翘曲小的合金薄带。特别优选的B量z的范围是6～12原子％，在这范围内易于得到翘曲特小的合金薄带。
在本发明中也可含有从周围气体，耐火材料和原料的熔化中混入的N、O、S等不可避免的杂质。
(B)为使翘曲量小的制造方法这制造方法须将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转中的金属的冷却辊上，用单辊法制造合金薄带，将经过合金熔液喷出喷嘴后的5秒钟以上后的冷却辊表面温度保持在80℃以上、300℃以下，并且，在作为从喷嘴缝隙正下方的辊子外周位置到沿辊子外周所测距离的100mm到1500mm范围内从冷却辊上剥离合金薄带。这里，当熔液喷出喷嘴开始后小于5秒钟，则辊子温度和压力急剧地变化，薄带和辊子间的粘结性不良，所以质量不稳定。与翘曲和断裂的关系并不清楚，但可认为当在5秒钟以上时，辊子表面温度的变化和熔液喷出喷嘴的压力稳定，薄带与辊子粘结，这是因为翘曲和断裂等依赖于制造条件的缘故。又，关于薄带从冷却辊剥离的距离，特别是当在从150mm到1000mm范围内时，更难于引起破断，所以能制造纵向200m以上长度的连续薄带。这时薄带从辊子的剥离通常通过将空气、氮气、氩等气体对辊子表面喷吹而进行的。当大量制造薄带时，将剥离后的薄带卷绕于辊上，为了卷绕薄带，虽然薄带明显破断是必然的，但这也不好。在大量生产中，恒定状态是能制造质量优良的连续薄带的一个关键，从这一点来说，本发明效果是明显的。
而且，由于将冷却辊表面温度特别保持在100℃以上、250℃以下，可以制造难以脆化的、宽dmm的、薄带宽向的翘曲为0.1×dmm以下的、翘曲小的长尺寸的合金薄带。金属冷却辊在大量生产时大多使用水冷，需要时也可提高辊冷却水的温度。Cu和Cu-Be、Cu-Zr、Cu-Cr等Cu合金的冷却能力高，当制造宽幅薄带时可得到满意结果，特别是，冷却上述辊的水量为0.1m3/分钟以上，10m3/分钟以下时；生产量达5Kg以上的场合，也可制造几乎没有翘曲、破断、脆化的薄带。当制造特薄的薄带时，优选的水量是0.1m3/分钟以上、1m3/分钟以下。又，冷却辊的直径通常是300mm到1200mm程度，优选是400mm到1000mm程度，特别优选的是500mm到800mm。
(C)为使空气囊和表面粗糙度小的制造方法这制造方法是将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转中的金属制的冷却辊上的单辊法，必须将合金熔液喷出喷嘴中的喷出压力设为270gf/cm2以上，冷却辊的周向速度设为22m/s以上。
本发明软磁性合金薄带用上述制造方法同样进行，将加热到熔点以上(通常的Fe系、Co系材料约为1000℃～1500℃)的合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转中的金属冷却辊上而制造的，即通过单辊法制造的。喷出喷嘴中所使用的喷嘴缝隙以约为所制薄带宽度×0.3～0.8mm的形状为宜。喷嘴材料使用石英、氮化硅、BN等陶瓷。有时使用多重缝隙来制造。在这单辊法中，合金熔液喷出喷嘴的冷却辊和喷嘴顶端的间隔(gap)为20μm以上、500μm以下，通常为250μm以下，特别是由于该间隔设定为20μm以上、200μm以下，设熔液喷出喷嘴的压力为270gf/cm2以上，设冷却辊的周速为22m/s以上，则使薄带的辊接触面上形成的空气囊宽度为35μm以下，空气囊的长度为150μm以下，中心线平均粗糙度Ra为0.5μm以下。特别优选的熔液喷出喷嘴的压力是350gf/cm2以上、450gf/cm2以下，特别优选的冷却辊的周速度是22m/s以上、40m/s以下，在这范围内易于得到特别高的导磁率。必要时，也可在He、Ar等惰性气体中进行制造。又，在制造中，在喷嘴附近的流动He气体、CO气体和CO2气体中进行制造，从而可得到表面改进的好结果。
再者，在实际制造中，如果同时组合使用以上所述的使翘曲量减小的制造方法和使空气囊和表面粗糙度减少的制造方法的条件进行实施，则当然是有效的。
(D)热处理等使用上述所得的软磁性合金薄带，例如当制造磁芯等磁性部件时，将所制非晶质状态的软磁性合金薄带卷绕或叠层，做成磁芯形状后，进行热处理。当作为非晶质合金磁芯使用时，通常在结晶化温度以下进行热处理。另一方面，当作为毫微晶体软磁性合金磁芯使用时，通常在结晶化以上温度下加热进行热处理而使其组织中至少一部分析出平均粒径50mm以下的晶粒量优选是50％以上，而作为磁芯使用。
热处理通常在氩气、氮气等惰性气体中进行，但在大气中等含氧气氛和真空中进行也可。又，按照需要，在热处理期间的至少一部分期间内，可施加使合金大致饱和程度以上强度的磁场，以进行磁场热处理，以使其具有感应磁各向异性。对磁芯的形状也有依赖，一般，为使具有高矩形比而在薄带的纵向(卷磁芯时是磁芯的磁路方向)上施加磁场时是8A/m以上；为使具有低矩形比而在薄带的幅宽方向(如是卷磁芯时，则是磁芯的高度方向)上施加磁场时是80KA/m的上的磁场。热处理最好在露点为-30℃以下的惰性气体气氛中进行，特别是在露点为-60℃以下的惰性气体气氛中进行热处理，则导磁率更高，对于必须有高导磁率的用途可得到更满意的结果。当用保持一定温度的热处理模式进行热处理时，在一定温度下的保温时间，通常从大量生产性的观点来看，是在24小时以下，优选在4小时以下。热处理时的平均升温速度优选是0.1℃/min到200℃/min，更好是1℃/min到40℃/min，平均冷却速度优选是0.1℃/min到3000℃/min，更好是1℃/min到1000℃/min，在此范围内可获得特别优良的软磁特性。
又，当本发明合金薄带热处理时，不仅可进行一级热处理，也可进行多级热处理和多次热处理。而且，也可在上述非晶质合金薄带上通以交流、直流或者脉冲电流，使合金发热而进行热处理。又，由于在合金薄带上在施加张力或压力的同时进行热处理，以使其具有各向异性，从而改良磁性。
(E)磁性部件和用途本发明软磁性合金薄带按照需要也可用SiO2、MgO、Al2O3等粉末或膜包覆合金薄带；或通过化学形成处理使表面上形成绝缘层，或通过阳极氧化处理，使在表面上形成氧化物层，而形成层间绝缘层。将本发明合金薄带作为磁芯使用时，特别是为在高频下降低涡流的影响，进一步改善导磁率和磁芯损耗，层间绝缘处理是有效的。又，按照需要，所制宽幅合金薄带也可分割成适当宽度而使用。分割的合金薄带当然也包含在本发明之内。又，本发明合金薄带也可将非晶质合金薄带、或由此作为原材料的毫微结晶合金薄带用片状树脂复合成片；以及将本发明合金薄带或以它作为原材料的毫微结晶薄带粉碎的薄片，或粉末状和树脂复合而制成片和块。也可使用于屏蔽材料和电波吸收体中。
又，本发明软磁性合金薄带也可用于防盗传感器、识别传感器等磁传感器中。而且，加工成磁性部件后按照需要，可进行树脂浸渍；或涂层，树脂浸渍后可再进行切断等。
又，使用以上述软磁性合金薄带作磁芯的变压器、扼流圈、可饱和电抗线圈、传感器等磁性部件中的至少一部分使用的电源、变换器、漏电断路器、个人计算机、通信仪器等的装置有可能小型化、效率提高或低噪声化。
以下以实施例说明本发明但不限制本发明。
实施例1使用与图1同样的单辊装置，将按原子％计的Si 15.5％、B 6.7％、Nb 2.9％、Cu 0.5％、余量实质上是Fe所构成的合金熔液从以氮化硅为主体的陶瓷所制喷嘴喷到外径800mm的Cu-Be合金制的冷却辊上，制成宽25mm的非晶质状态的合金薄带10Kg。熔液喷出喷嘴的温度是1300℃，喷嘴的缝隙是25mm×0.6mm，喷嘴顶端与冷却辊之间的间隙是100μm，加热冷却辊表面使温度改变，在从喷嘴缝隙正下方外周的位置到沿辊子外周所测距离为630mm的位置进行剥离，制成宽25mm的非晶质状态的薄带。冷却辊表面的温度是由离喷嘴位置100mm、与制造磁带的方向相反的位置的辊表面连续地用红外线放射温度计进行测定。冷却辊表面的温度是通过预先加热辊子测定其变化，对实际制造中的测定值进行修正而求得。
其次，在此薄带制造开始30秒钟后将在适当位置的薄带切断、制成宽25mm×长5mm×厚18μm的试料，用激光测定薄带宽向的翘曲而求得。图3表示测定方法。在该图中，将从基准面到最大高度定为薄带的翘曲。薄带方向的翘曲是在宽向上移动载物台，在薄带中心线上测定的。图4表示相当于薄带制造开始30秒钟后的位置的薄带翘曲量和薄带制造开始30秒钟后冷却辊的表面温度的关系。当冷却辊表面温度小于80℃时，薄带的翘曲超过5mm之多，因此不好；如超过300℃，则虽然翘曲小，但薄带脆化，因此也不令人满意。
实施例2用与图1同样的单辊装置，在与实施例1完全相同的组成和制造条件下制成薄带。在本例中改变从喷嘴缝隙正下方的辊外周的位置沿辊子外周所测的距离，将薄带从辊上剥离。制成宽25mm的非晶质状态的薄带10Kg。再者，薄带制造开始5秒钟后的辊表面温度是180℃；薄带制作终了时的温度是210℃。
测定本实施例中所制薄带的长度。当有破断时，则测定最长连续的薄带的长度。图5表示薄带长度和剥离距离的关系。当剥离距离d小于100mm，则薄带脆化，因此不令人满意；如超过1500mm，则薄带显著地易于破断，难以制造50m以上连续的薄带，难以大量生产。在150mm到1000mm范围，可制造100m以上连续的长尺寸薄带，因此令人满意。特别优选的是150mm到650mm之间的范围，可制造超过1000m那样的连续的长尺寸薄带。
从以上的探讨可知，将冷却辊表面温度保持在80℃以上、300℃以下，而且，合金薄带从冷却辊的剥离是从喷嘴正下方的辊子外周的位置起沿辊子外周所测距离为100mm到1500mm的范围内进行而制造薄带，因此，薄带的翘曲小而可制造长尺寸的薄带。
实施例3使用与图1同样的单辊装置，将按原子％计的Si 13.5％、B 8.7％、Nb 2.5％、Mo 0.5％、Cu 0.8％、余量实质上为Fe所构成的合金熔液从以氮化硅为主体的陶瓷制的喷嘴喷到外径600mm的Cu-Be合金冷却辊上，改变片厚度，制得宽为7.5mm、宽10mm、宽20mm和宽30mm的非晶质状态薄带10Kg。熔液喷出喷嘴的温度为1300℃，喷嘴顶端和冷却辊之间的间隔为100μm，冷却辊表面温度为190℃和30℃(比较例)，在从喷嘴缝隙正下方辊子外周位置起到沿辊子外周所测距离为630mm的位置进行剥离，制得宽25mm的非晶质状态的薄带。再者，用与实施例1同样的方法测定上述冷却辊表面温度。
其次，将此合金薄带的一部分切断，制成宽×5mm×厚形状的试料。通过与实施例1同样的激光测定法求得薄带幅宽方向的翘曲。表1中列出翘曲量。
当薄带的宽度为10mm以上时，用本发明以外的方法制造时其翘曲明显，可知本发明的效果显著。特别是薄带的宽度为20mm以上时，本发明效果更显著。又，片厚越薄，越易受辊表面温度的影响，可知本发明的效果明显。本发明效果在25μm以下的片厚更为显著，尤其是20μm以下片厚的情况，其效果尤为明显。
实施例4将表2所示各种组成的软磁性合金薄带用与图1同样的单辊法，分别用本发明制造方法和本发明以外的制造方法进行制备。其熔化量当薄带宽度为20mm时为8Kg；当宽度为25mm时为10Kg；当宽度为30mm时为12Kg；当宽度为25mm时为7.1Kg；当宽度为50mm时为20Kg；当宽度为100mm时为40Kg。测定制造时的辊表面温度、薄带的翘曲、所制薄带的长度。当有破断时，则测定其最长而连续的薄带的长度。又，将所制合金薄带卷成外径50mm、内径45mm的卷绕磁芯，并对其软磁特性进行测定。以上所测定的结果示于表2。
对NO.1～No.10、No.16、No.19按图10所示热处理而进行毫微结晶化。用透过电子显微镜观察热处理后合金的显微组织，结果，可确认所形成平均粒径50nm以下的晶粒至少为组织的50％。另一方面，NO.11、No.12、No.15、No.17、No.18、No.20在结晶化温度以下的温度进行热处理。由x射线衍射结果看到热处理后的合金的非晶质特有的晕圈花样，确认了是非质晶状态。
然后，测定了这些试料在测定频率1KHz、测定磁场0.05Am-1下的比导磁率μr。由表2结果可见，翘曲小的本发明薄带所构成的磁芯显示高比导磁率，认为是作为磁芯材料的优良材料。
实施例5以下叙述有关空气囊的实施例将以原子％计为Si 15.6％、B 6.8％、Nb 2.9％、Cu 0.9％，余量实际上由Fe构成的合金熔液用与实施例1同样的装置，从陶瓷喷嘴的缝隙喷到800mm的Cu-Be合金的冷却辊上，制得宽15mm的非晶质合金薄带，熔液喷出温度为1300℃，喷嘴的缝隙为15mm×0.6mm、喷嘴端部和冷却辊之间的间隙为80μm，改变喷出压力和辊的周速，制成15mm的非晶质的合金薄带。
其次，用激光显微镜观察该非晶质合金薄带的辊接触面一侧的组织，求出在辊面上形成的空气囊尺寸。空气囊以薄带纵向伸延形成凹坑。测定了在视野内存在的最大空气囊的宽度W和长度L。而且，通过辊面一侧的x射线衍射和表面粗糙度计测定中心线平均粗糙度Ra。
其次，将所得的薄带接触辊面一侧作为外侧，卷绕成外径25mm、内径20mm，制成卷绕磁芯，用图10所示的模式进行了磁场热处理。磁场是在磁芯的高度方向上施加的。这时，矩形比与未在磁场中热处理者相比是低的。使用透过电子显微镜观察组织，结果认为热处理后构成磁芯的软磁性合金薄带组织的70％由粒径12mm程度的微细晶粒所构成。
其次，将该卷绕磁芯放入苯酚树脂制的芯箱中并进行绕线圈，测定其直流B-H回路和在50Hz下的比初导磁率μiac。
图6表示所制上述软磁合金薄带的辊接触面一侧的最大空气囊的宽度W、最大的空气囊长度L、中心线平均粗糙度Ra、热处理后的上述磁芯的矩形比Br/Bs和在50Hz下的比初导磁率μiac分别对辊子周向速度的依赖性关系。喷出喷嘴的压力定为350gf/cm2。当改变辊子周向速度时，最大空气囊的宽度在35μm以下，特别是不会变大。空气囊的长度L在辊子周向速度为22m/s以上范围时，在150μm以下，如小于22m/s，则急剧地增大，超过150μm。与辊接触的表面的中心线平均粗糙度Ra在辊子周向速度为22m/s以上时，为0.5μm以下，当小于22m/s时则急剧地增大。当其辊接触面的空气囊长度小并且Ra也小的辊周速度为22m/s以上时，可得到矩形比Br/Bs为20％以下，在50Hz时的比初导磁率μiac为100000以上的优越特性。与此相反，可知当辊的周向速度小于22m/s时，L、Ra都大；而且用它所制磁芯的矩形比Br/Bs低，比初导磁率μiac也低。
其次，图7表示所制的软磁性合金薄带的辊接触面一侧最大空气囊的宽度W、最大空气囊的长度L、中心线平均粗糙度Ra、热处理后的上述磁芯的矩形比Br/Bs以及在50Hz下的比初导磁率μiac分别对喷出喷嘴的压力之间的依赖性。辊的周向速度定为30m/s。喷出压力在270gf/cm2以上范围时，可得到在与辊接触的面上所形成的空气囊宽度为35μm以下、与辊接触的表面的中心线平均粗糙度为0.5μm以下，矩形比Br/Bs为20％以下、在50Hz的比初导磁率μiac为100000以上的优越特性。与此相反，当喷出压力小于270gf/cm2时，则W、Ra大而且磁芯的磁特性、矩形比Br/Bs低，比初导磁率μiac也低。
从上可知，在喷出压力为270gf/cm2以上；冷却辊的周向速度为22m/s以上，则可能实现在与辊接触的表面所形成的空气囊宽度为35μm以下，空气囊的长度为150μm以下，与辊接触的表面中心线平均粗糙度Ra为0.5μm以下的软磁性合金薄带。可认为，特别是在喷出压力在350gf/cm2以上、450gf/cm2以下；冷却辊的周向速度为22m/s以上、40m/s以下范围时，可得低的矩形比Br/Bs特高的导磁率，令人满意。
图8表示出所制热处理前的软磁性合金薄带的辊接触面一侧的组织示例。可知，以喷出压力为400gf/cm2、辊的周向速度32m/s的本发明制造条件所制的软磁性合金薄带，其空气囊宽度和长度小、空气囊的尺寸小。与此相反，偏离本发明制造条件的喷出压力为280gf/cm2、辊的周速为20m/s的条件下所制合金薄带存在许多长形状尺寸的大空气囊。
图9表示软磁性合金薄带的辊接触面一侧的x射线衍射花样。在上部所示的本发明制造条件所制本发明软磁性合金薄带仅有晕圈花样，而看不出结晶峰，与此相反，在下部所示的用不是本发明方法所制的软磁性合金薄带，除有晕圈花样以外，还可看到bcc Fe-Si相的(200)峰，可知有一部分晶体存在。用透过电子显微镜观察断面的结果确认晶体在辊子面一侧的空气囊部存在着，比热处理后所形成的晶体的粒径大。由此可知，由本发明以外的软磁性合金薄带所构成的磁芯，其磁性低劣的理由之一是，它与空气囊部分的尺寸小的相比，当空气囊部分的尺寸比某些大尺寸还大时，它在薄带制造时与冷却辊不直接接触，这一部分的冷却就变为不良，故在薄带制造时易于引起表面结晶化。
实施例6按照图1所示单辊法将表3所示各种组成的宽25mm的非晶质合金薄带用本发明制造方法和本发明以外的制造方法制得。一方面本发明制造方法的喷出压力为450gf/cm2、冷却辊的周向速度为32m/s的条件下制造；另一方面用本发明以外制造方法的喷出压力为350gf/cm2、冷却辊的周向速度为20m/s的条件下制造。测定了所制软磁性合金薄带的辊接触面一侧的最大空气囊的宽度W、空气囊的长度度L、中心线平均粗糙度Ra。其次，将该合金薄带卷绕成外径50mm、内径45mm而制得环式磁芯，将其升温到结晶化温度以上，按图11所示的热处理模式进行热处理。这时，为了获得适用于要求低矩形比特性的用途，按图11所示时间阶段在磁芯高度方向上施加400KA/m的直流磁场。热处理后的磁芯材料中至少50％形成粒径50mm以下的微细晶粒。其次，测定了该磁芯的直流B-H回路和在50Hz下的比初导磁率μiac。表3列出所制得的软磁性合金薄带的辊子接触面一侧的最大空气囊宽度W、空气囊的长度L、中心线平均粗糙度Ra、矩形比Br/Bs和在50Hz下的比初导磁率μiac。
用本发明方法所制的合金薄带，其辊接触面一侧的空气囊长度和Ra小，由这种薄带所构成的本发明磁芯，其Br/Bs小、比初导磁率μiac高因而优越。与此相反，用本发明以外的制造方法所制的合金薄带，其辊接触面一侧的空气囊尺寸和Ra大，由这种薄带所制的磁芯，其矩形比Br/Bs不够小，比初导磁率μiac也有低的倾向，而本发明磁芯因矩形比低而得到高导磁率，因此是优越的。
实施例7用图1所示的单辊法通过本发明制造方法和本发明以外的制造方法制得表4所示各种组成的非晶质合金薄带。一方面用本发明制造方法的喷出压力为450gf/cm2、冷却辊的周向速度35m/s的条件下进行制造；另一方面用本发明以外的制造方法其喷出压力250gf/cm2，冷却辊的周向速度为35m/s的条件进行。测定了所制软磁性合金薄带的辊接触面一侧的最大空气囊宽度W、空气囊长度L、中心线平均粗糙度Ra。其次，将这合金薄带卷成外径50mm、内径45mm，制得环形磁芯，将其升温到结晶化温度以上，用图12所示的模式进行热处理。这时，为了获得适用于要求高矩形比特性的可饱和的抗流圈用途，按图12所示的时间阶段，在磁芯的磁路方向上施加最大值为400A/m的50Hz交流磁场。热处理后的磁芯材料的至少一部分形成粒径50mm以下的微细晶粒。其次，测定该磁芯的直流B-H回路和在频率100KHz、磁通密度的峰值0.2T下的每单位体积的磁芯损耗Pcv。表4表明，所制软磁性合金薄带的辊接触面一侧的最大空气囊宽度W、空气囊长度L、中心线平均粗糙度Ra、矩形比Br/Bs和在频率100KHz、磁通密度的峰值0.2T下的每单位体积的磁心损耗Pcv。
表4
<p>用本发明制造方法所制合金薄带其辊接触面一侧的空气囊宽度和Ra小；由该薄带所构成的本发明磁芯，其矩形比Br/Bs高而优越。与此相反，用本发明以外的制造方法所制合金薄带，其辊接触面一侧的空气囊尺寸和Ra都大，由该薄带所制的磁芯其矩形比Br/Bs不够高，因此，本发明磁芯可得高矩形比，它作为用于磁开关，可饱和抗流圈的磁芯是优越的。
实施例8用图1所示单辊法，通过本发明制造方法和本发明以外的制造方法制得表5所示各种组成的宽15mm、厚约18μm的非晶质合金薄带。一方面是本发明制造方法的喷出压力为450gf/cm2、冷却辊的周向速度为33m/s的条件下制造；另一方面在本发明以外的制造方法的喷出压力为450gf/cm2、冷却辊的周向速度为20m/s的条件下进行制造。测定了不与所制软磁性合金薄带的冷却辊接触一方(自由面一侧)的合金薄带的表面粗糙度Rz和通过合金薄带重量而求得的平均板厚T，求得Rf＝Rz/T所构成的参数值。另一方面，测定在与冷却辊接触的面(辊子接触面一侧)上所形成的空气囊宽度W、长度L和与辊接触的面的中心线平均粗糙度Ra。又，为了调查制造时在辊面一侧的空气囊部分有无形成的晶体，进行辊面一侧的x-射线衍射测定。结果，用如表5所示本发明制造方法所制本发明合金薄带仅有晕圈花样而看不出结晶峰，而用本发明以外的制造方法所制薄带则合金薄带的一部分观察到，认为是bcc Fe-Si相的结晶峰。
其次，将这合金薄带卷成外径25mm、内径20mm，而制成卷磁芯。再将该卷磁芯升温到结晶化温度以上，按图11所示的模式进行热处理。这时，在磁芯高度方向施加400KA/m的直流磁场。测定热处理后的试料在50Hz下的比初导磁率μiac。用透过电子显微镜观察的结果，确认热处理后的合金薄带的组织的50％以上由粒径50nm以下的微细晶粒所构成。表5列出所制软磁性合金薄的凹坑的面积占有率、自由面一侧的Rf＝Rz/T、冷却辊接触面一侧的空气囊的宽度W、长度L、中心线平均粗糙度Ra、辊接触面一侧的X-射线衍射有无所得的结晶峰，热处理后的μiac。
表5
关于自由面一侧的Rf值，本发明范围内与范围外之间未见有大的差异，但辊接触面一侧的空气囊宽度W、长度L和中心线平均粗糙度Ra在本发明范围内的合金薄带，则在刚刚制造好后的薄带与辊接触面一侧的X-射线衍射花样中看不到结晶峰。与此相反，本发明范围以外的则看到有结晶峰，μiac也低。由以上所述可知，即使薄带的凹坑占有率和Rf小的本发明范围以外，其μiac则低，所以不令人满意。可以认为，如空气囊的宽度W、长度L和Ra在本发明范围以外，则易于在制造非晶质合金薄带时在空气囊部分形成粗大的结晶，导致μiac的下降。
实施例9以下，按本发明抑制翘曲和空气囊的单辊法制作以原子％计的Cu 1.1％、Nb 2.3％、Mo 0.7％、Si 15.7％、B 7.1％、余量实质上是Fe所组成的宽25mm、厚18μm的非晶质合金薄带。合金熔液的喷出温度是1300℃、喷嘴顶端和冷却辊之间的间隔是100μm，喷出压力是400gf/cm2，辊的周向速度是32m/s，冷却辊表面温度是200℃、剥离距离是650mm。所制本发明软磁性合金薄带的翘曲是0.9mm。将这切成宽10mm后卷绕，做成环形磁芯，进行了图10同样的热处理，制得了其组织的至少50％由50nm以下毫微晶粒所构成的本发明磁芯，构成图13所示的本发明的漏电警报器。为了比较，将相同组成的非晶质合金薄带按照喷出压力250gf/cm2、辊的周向速度20m/s、冷却辊表面温度180℃、剥离距离1800mm进行制造，用同样的工序制得本发明以外的磁芯。表6列出本发明软磁性合金薄带和比较用的软磁性合金薄带的辊子接触面一侧的最大空气囊宽度W、空气囊长度L、中心线平均粗糙度Ra。
表6<
>本发明软磁性合金薄带的空气囊长度L、中心线平均粗糙度Ra小。而作为比较例的薄带在制造过程中常常断裂，得不到50m以上长度的薄带。当由以上所构成的漏电警报器进行对漏电电流的试验时，认为本发明漏电警报器在与作为比较的漏电警报器相比时在小30％的电流下也可使之起动，它具有高敏感度。
实施例10用本发明的抑制翘曲和空气囊的单辊法制得的由以原子％计的Cu 0.8％、Nb 2.8％、W 0.2％、Si 13.5％、B 8％、余量实质上是Fe所组成的宽30mm、厚17μm的本发明非晶质合金薄带。合金熔液的喷出温度是1300℃、喷嘴顶端与冷却辊之间的间隙是100μm，喷出压力是400gf/cm2、辊的周向速度是32m/s、冷却辊表面温度190℃、剥离距离是600mm。所制本发明软磁性合金薄带的翘曲是1.1mm。将此切成25mm条带后卷绕，作成环形磁芯，进行了与图10同样的热处理，制得由毫微晶粒所构成的本发明磁芯，将其制成图14所示结构的变换器回路的变压器。为了比较，以喷出压力200gf/cm2、辊的周向速度30m/s、冷却辊表面温度180℃、剥离距离1800mm制造相同组成的非晶质合金薄带，以同样的工序制得本发明以外的磁芯。制成变压器，组装于图14所示回路中。表7列出本发明软磁性合金薄带和供比较的软磁性合金薄带的辊接触面一侧的最大空气囊宽度W、空气囊长度L、中心线平均粗糙度Ra和变压器的体积比。
表7
本发明软磁性合金薄带的空气囊长度L和中心线平均粗度Ra小。又，比较例薄带在制造过程中常常被切断，制造不出50m以上长尺寸的薄带。
在变压器的体积比方面以比较用的变压器体积为1，则本发明变压器体积比其小15％，所以认为是优越的。
权利要求
1.软磁性合金薄带，其特征在于，用单辊法制造宽度dmm的合金薄带，薄带宽度方向的翘曲在0.2×dmm以下。
2.软磁性合金薄带，其特征在于，用单辊法制造合金薄带，与辊接触的表面上所形成的空气囊宽度为35μm以下、空气囊的长度为150μm以下，与辊接触的表面的中心线平均粗糙度为0.5μm以下。
3.根据权利要求1所记载的软磁性合金薄带，其特征在于，片厚25μm以下、宽度d为10mm以上。
4.根据权利要求1所记载的软磁性合金薄带，其特征在于，片厚20μm以下，宽度d为20mm以上。
5.根据权利要求1、3、4中任一项所记载的软磁性合金薄带，其特征在于，在纵向上是连续50m以上的长度。
6.软磁合金薄带，其特征在于，将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转中的金属冷却辊上，将熔液喷出后5秒钟以上后的冷却辊表面温度保持在80℃以上、300℃以下，而且，在从喷嘴缝隙正下方的辊外周的位置到沿辊外周所测定的距离为100mm到1500mm的范围内将薄带从冷却辊剥离，制成片厚为30μm以下、宽度d为10mm以上的薄带，薄带宽度方向的翘曲为0.2×dmm以下，而且在纵向上是连续50m以上的长度。
7.软磁合金薄带，其特征在于，将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转的金属冷却辊上，合金熔液喷出喷嘴的冷却辊和喷嘴端之间的间隔为20μm以上、200μm以下，合金熔液喷出喷嘴中的喷出压力为270gf/cm2以上、冷却辊的周向速度为22m/s以上，在于辊接触的表面上所形成的空气囊宽度在35μm以下、空气囊的长度在150μm以下，与辊接触的表面中心线平均粗糙度Ra为0.5μm以下。
8.软磁合金薄带，其特征在于，将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转的金属冷却辊上，将熔液喷出后经5秒钟以上后的冷却辊表面温度保持在80℃以上、300℃以下，冷却辊和喷嘴之间的间隔为20μm以上、200μm以下，喷出喷嘴中的喷出压力为270gf/cm2以上，冷却辊的周向速度为22m/s以上，而且，在从喷嘴缝隙正下方的辊子外周的位置到沿辊子外周所测定的距离为100mm到1500mm的范围内将薄带从冷却辊上剥离，制成片厚为30μm以下，宽度d为10mm以上的薄带，薄带宽度方向的翘曲是0.2×dmm以下，而且，与辊接触的表面上所形成的空气囊宽度为35μm以下，空气囊的长度为150μm以下，与辊子接触的表面中心线粗糙度Ra为0.5μm以下，在纵向上是连续50m以上的长度。
9.根据权利要求1至8中任一项所记载的软磁合金薄带，其特征在于，该软磁合金薄带的组成以下式Fe100-x-a-y-zAxMaSiyBz(原子％)表示，式中A是选自Cu、Au中至少一种元素，M是选自Ti、Zr、Hf、Mo、Nb、Ta、W、V中至少一种元素，x、y、z和a分别满足0≤x≤3、0≤a≤10、0≤y≤20、2≤z≤25。
10.根据权利要求9所记载的软磁性合金薄带，其特征在于，将Fe的一部分由选自Co、Ni中至少一种元素取代。
11.根据权利要求9或10所记载的软磁性合金薄带，其特征在于，将B的一部分由选自Al、Ga、Ge、P、C、Be、N中至少一种元素取代。
12.根据权利要求9至11中任一项所记载的软磁性合金薄带，其特征在于，将M的一部分由选自Mn、Cr、Ag、Zn、Sn、In、As、Sb、Sc、Y、铂族元素、Ca、Na、Ba、Sr、Li、稀土元素中的至少一种元素取代。
13.根据权利要求9至12中任一项所记载的软磁性合金薄带，其特征在于，通过热处理而使组织中至少50％是50nm以下的晶粒的毫微结晶软磁性合金薄带。
14.磁性部件，其特征在于，通过将权利要求1至13所记载的任一项的软磁性合金薄带卷绕或叠层而形成。
15.软磁合金薄带的制造方法，其特征在于，将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转的金属冷却辊上，用单辊法制造合金薄带，将熔液喷出经过5秒钟以上后的冷却辊表面温度保持在80℃以上、300℃以下，而且，在从喷嘴缝隙正下方的辊外周的位置到沿辊外周所测定的距离为100mm到1500mm的范围内将薄带从冷却辊上剥离。
16.软磁合金薄带的制造方法，其特征在于，在将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转的金属冷却辊上，制造软磁合金磁带的单辊法中，合金熔液喷出压力为270gf/cm2，冷却辊的周向速度为22m/s以上。
17.软磁合金薄带的制造方法，其特征在于，将合金熔液从具有缝隙的喷嘴喷到旋转中的金属冷却辊上的单辊法制造合金薄带，将熔液喷出经过5秒钟以上后的冷却辊的表面温度保持在80℃以上、300℃以下，喷出喷嘴的喷出压力为270gf/cm2以上，冷却辊的周向速度为22m/s以上，而且，在从喷嘴缝隙正下方的辊外周的位置到沿辊外周所测定的距离为100mm到1500mm范围内将薄带从冷却辊上剥离。
18.根据权利要求15或17所记载的软磁合金薄带的制造方法，其特征在于，在从喷嘴缝隙正下方的辊外周的位置到沿辊外周所测定的距离为150mm到1000mm范围内将合金薄带从冷却辊上剥离。
19.根据权利要求15、17或18中任一项所记载的软磁性合金薄带的制造方法，其特征在于，将冷却辊的表面温度保持在100℃以上、250℃以下。
20.根据权利要求15、17、18或19中任一项所记载的软磁性合金薄带的制造方法，其特征在于，金属冷却辊内部用水冷，冷却该辊的水量为0.1m3/分钟以上、10m3/分钟以下。
21.权利要求16或17中所记载的软磁性合金薄带的制造方法，其特征在于，合金熔液喷出的冷却辊和喷嘴顶端之间的间隔为20μm以上、200μm以下。
22.权利要求16、17、21中任一项所记载的软磁性合金薄带的制造方法，其特征在于，喷出压力为350gf/cm2以上、450gf/cm2以下，冷却辊的周向速度为22m/s以上、40m/s以下。
全文摘要
本发明涉及用单辊法制造的宽度dmm的软磁性合金薄带,涉及在薄带宽度方向的翘曲为0.2×dmm以下,而且是连续50m以上的软磁性合金薄带。由单辊法制造的本发明软磁性合金薄带,在与辊接触的表面上所形成的空气囊宽度在35μm以下,空气囊的长度在150μm以下,与辊接触的表面中心线平均粗糙度Ra为0.5μm以下。
文档编号H01F1/153GK1270861SQ00106498
公开日2000年10月25日 申请日期2000年4月13日 优先权日1999年4月15日
发明者吉泽克仁, 备前嘉雄, 荒川俊介, 长尾道弘, 目黑卓 申请人:日立金属株式会社