일반기술

고투자율, 저보자력의 Fe-Hf-B 3원계 비정질 연자성 합금 및 그의 제조 방법

본 발명은 새로운 Fe-Hf-B 3원계 비정질 연자성 합금에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 말하자면, 본 발명 투자율 및 자속밀도가 높고, 열적 안정성이 우수하며, 자기 변형 및 보자력이 작아 고주파수 영역에서 사용 가능한 Fe-Hf-B 3원계 비정질 연자성 합금 및 그의 제조방법에 관한 것이다.일반적으로, 각종 자심 재료로 이용되는 합금으로는 투자율이 크고 자기 이력 손실이 작으며 보자력이 작은 재료가 적합하다. 또한 자심 재료는 일반적으로 교류 자장에서 사용되기 때문에 와전류 손실이 작아야 하는데, 이러한 목적으로는 전기 저항이 크고 두께가 얇은 것이 좋다.자심 재료로 사용되고 있는 Fe계 합금은 일반적으로 결정질 합금과 비정질 합금으로 나누어진다.Fe계 결정질 합금 재료로는 8kG 이상의 자속 밀도를 가지는 고투자율의 연자심용 Fe-Si 합금, Fe-Ni 합금, Fe-Ni-Mo 합금등이 있으며, 이들은 각각의 특성에 따라 여러 분야에서 이용되고 있다. 그러나, 이들 금속 재료는 제조 및 사용시 각각아래와 같은 많은 문제점을 가지고 있다.Fe-Si 합금은 변압기 및 모타의 철심으로 사용되지만, 제조 공정이 복잡하고 주용도가 상용 주파수 영역에 국한되므로1kHz 이상 대역이 고주파 용도로는 사용하기가 어려운 문제점이 있다. Fe-Ni 합금 및 Fe-Ni-Mo 합금 등은 퍼말로이로 불리어지며, 주로 자기 증폭기, 리액터, 펄스 변성기 등의 재료로 이용되고 있다. 그러나, Fe-Ni-Mo 합금(Ni 79% ; Mo 5% ; 나머지 Fe)은 보자력이 6mOe이고, 최대 투자율이 500,000∼600,000이며, Fe-Ni 합금(Ni 45%)은 포화 자속 밀도가 15kG이고, 보자력이 약 100mOe이며, 각 형비가 약 50%이고, 최대 투자율이25,000∼60,000으로 정자기록성을 나타내지만, Ni을 45 내지 85% 함유하므로 원료 값이 비싸다. 또한, 이들은 와전류 손실이 커서 고주파수 영역에서는 사용될 수 있으며 제조 공정이 복잡하다.한편, Fe계 비정질 합금으로서는 Fe-Ni-P-B계, Fe-B계, Fe-Si-B계 등이 있으며, 그 조성에 따라 상기 각종 결정질 고투자율 금속 재료에 비견될 정도로 보자력이 작고, 투자율이 크며, 자심 손실이 작은 우수한 자기 특성이 얻어지는 것으로 알려져 있다. 그러나, Fe-Ni-P-B계 비정질 합금은 내식성 및 열적 안정성이 부족하며, 포화 자속 밀도가 7kG 이하로 작은결점이 있고, Fe-B계, Fe-Si-B계 비정질 합금은 포화 자속 밀도가 15kG 이상으로 크고, 자심 재료로 유망한 비정질 합금이지만, 포화 자기 변형이 30×10-6 이상으로 크기 때문에 고주파용으로서의 사용상에 큰 문제가 있다.이와 같은 Fe계 비정질 합금의 문제점을 해결하기 위해서는 자기 변형을 감소시키고, 고주파 영역에서의 저자심 손실 및고투자율을 실현시킬 수 있어야 한다. 이러한 조건을 만족시키는 Fe계 비정질 합금으로는 Fe-Mo-Si-B계 합금[일본국 공개특허 (평) 1-123050호] 및 고자속 밀도 저자기 변형 Fe계 비정질 합금[일본국 공개 특허 (소) 56-33453호]이 발표되어 있다. 그러나, 전자는 결정화 온도가 450℃∼500℃ 정도로 낮고 고주파 영역에서의 자심 손실값이 크다는 단점이 있고, 후자는 보자력이 크고 실효 투자율 값이 작다는 단점이 있다.본 발명자들은 종래의 Fe계 비정질 합금이 갖는 상기 문제점들을 해결하기위하여 예의 검토한 결과, Hf를 주요 비정질 형성 원소로 함유하는 Fe-Hf-B계 합금이 상기 문제점을 해결할 뿐만 아니라, 우수한 자기 특성을 가져서 자심 재료로 이용하기에 적합하다는 사실을 발견함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.따라서, 본 발명은 목적은 종래의 Fe계 비정질 합금의 문제점을 해결한 자속 밀도가 높고 열적 안정성이 우수하며 자기변형이 작아 고주파수 영역에서 사용가능한 고투자율 저보자력의 Fe-Hf-B 3원계 비정질 합금, 특히 자심 재료로 사용하기에 적합한 Fe계 비정질 합금을 제공하기 위한 것이다.본 발명의 다른 목적은 자속 밀도가 높고 열적 안정성이 우수하며 자기 변형이 작아 고주파수 영역에서 사용가능한 고투자율 저보자력의 Fe-Hf-B 3원계 비정질 합금의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.상기 본 발명의 목적은 조성이 Fe 78 내지 85원자%, Hf 6 내지 9원자% 및 B 내지 13원자%를 주성분으로 하는 합금을 용해시킨 다음, 이를 초급냉시켜 비정질화시키고, 이어서 퀴리 온도 이상 결정화 온도 이하의 적정 온도에서 소정의 열처리를행함으로써 얻어지는 Fe-Hf-B 3원계 비정질 연자성 합금에 의해 달성된다.본 발명의 다른 목적은 자속 밀도가 높고 열적 안정성이 우수하며 자기 변형이 작아 고주파수 영역에서 사용가능한 고투자율 저보자력의 Fe-Hf-B 3원계 비정질 합금의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.