CN107109562A - Fe基软磁性合金薄带以及使用其的磁心 - Google Patents

Abstract

在使用于小直径的卷绕磁心等的情况下，以往的含有Co、Ni的Fe基软磁性合金薄带存在如下问题：即使进行了磁场中热处理，也难以感生出在一个方向上整齐地排列的磁各向异性，无法实现线性良好、整体上斜率不陡峭的平坦形状的B‑H曲线；剩余磁通密度Br变高，B‑H曲线的磁滞变大(矫顽力Hc变大)，增量磁导率相对于叠加磁场的变化变大等。为了解决这些问题，采用Fe基软磁性合金薄带，其由含有5原子％以上且20原子％以下的Co、和0.5原子％以上且1.5原子％以下的Cu的Fe基软磁性合金构成，在薄带的表面的正下方存在Cu富集区域，在该Cu富集区域的正下方存在Co富集区域。以及，采用由所述Fe基软磁性合金薄带构成的磁心。

Description

Fe基软磁性合金薄带以及使用其的磁心

技术领域

本发明涉及一种适合于例如电流互感器、噪声抑制部件、高频用变压器、扼流线圈、加速器用的铁心等各种磁性部件的Fe基软磁性合金薄带以及使用其的磁心。

背景技术

以往，例如在电流互感器、噪声抑制部件、高频用变压器、扼流线圈、加速器用的铁心等各种磁性部件中，使用由显示出高磁导率且低磁心损耗的特性的软铁氧体、非晶态软磁性合金、坡莫合金、或者纳米晶软磁性合金等软磁性材料构成的磁心。

例如，就软铁氧体而言，虽然高频特性优异，但饱和磁通密度Bs低，温度特性差，因此容易磁饱和，特别是在用于可能会直流叠加的电流互感器或扼流线圈等、大电流电路的部件的情况下，存在如下缺点：无法得到令人满意的特性；部件尺寸变大；磁特性相对于温度的变化大，部件的温度特性差等。另外，就以Fe-Si-B系为代表的Fe基非晶态合金而言，存在如下缺点：即使进行了磁场中热处理，也不会显示出线性良好的B-H曲线，在音频下进行励磁并使用的情况下，部件的噪音大等。另外，就Co基非晶态合金而言，存在如下缺点：为了使饱和磁通密度低至1T以下，部件变大；由于热不稳定，因此温度上升时的经时变化大；原料昂贵等。

已知：与上述的软磁性材料相比，显示出更优异的软磁特性的Fe基纳米晶合金薄带适合于漏电断路器、电流传感器、电流互感器、共模扼流线圈、高频变压器、加速器等的脉冲电源用途等的磁心材料。作为Fe基纳米晶合金薄带的代表性组成系，已知有Fe-Cu-(Nb、Ti、Zr、Hf、Mo、W、Ta)-Si-B系合金、Fe-Cu-(Nb、Ti、Zr、Hf、Mo、W、Ta)-B系合金等(专利文献1、2)。

这些Fe基纳米晶合金薄带通常通过如下方法来制作，即，由液相进行急冷来制作非晶态合金薄带，在根据需要加工成磁心形状之后，通过热处理进行微晶化。在由液相进行急冷来制作合金薄带的方法中，已知有单辊法、双辊法、或者离心急冷法等，但在大量生产超急冷合金薄带的情况下，主流为单辊法。已知：Fe基纳米晶合金是对通过这些方法制作出的非晶态合金进行微晶化后的合金，显示出与Fe基非晶态合金相同程度的高饱和磁通密度和优异的软磁特性，经时变化小于非晶态合金，温度特性也优异。

另外，还已知：如能对应于近年来的高能量密度化对应的要求的、显示出更高的磁通密度的Fe-Si-B-Cu系、Fe-Si-B-P-Cu系的Fe基纳米晶合金薄带(专利文献3、4)。

在近年来要求不断提高的、例如用于在直流叠加后的状态或非对称交流励磁状态下使用的扼流线圈、半波正弦波交流电流等非对称波形的交流电流流经线圈的电流互感器(CT)等的磁心材料中，使用磁导率低至一定程度的、显示出恒磁导率性优异的B-H曲线的材料，以免材料磁饱和。在这种用途中，通常使用相对磁导率为6000以下的材料，但在用于适合于正弦波交流电流等非对称波形的交流电流的检测、直流叠加后的交流电流的检测等的电流互感器(CT)的情况下，使用显示出1000～3000左右的相对磁导率的材料。特别是，近年来不断要求准确地测定非对称的电流波形、失真的电流波形(非对称电流波形)，不断要求能根据非对称电流波形准确地测定出电能的磁性材料。已报道：满足这种要求的磁性材料，使用剩余磁通密度低、显示出磁滞小且线性良好的B-H曲线的材料，显示出适合由进行了磁场中热处理的含有Co、Ni的Fe基软磁性合金薄带构成的磁心(铁心)的特性(专利文献5、6、7)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭64-79342号公报

专利文献2：日本特开平1-242755号公报

专利文献3：日本特开2008-231534号公报

专利文献4：国际公开第2008/133302号

专利文献5：国际公开第2006/064920号

专利文献6：国际公开第2004/088681号

专利文献7：日本特开2013-243370号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在使用于小直径的卷绕磁心等的情况下，以往的含有Co、Ni的Fe基软磁性合金薄带即使进行了磁场中热处理，也难以感生出在一个方向上整齐地排列的磁各向异性。卷绕磁心的直径越小，被卷绕时薄带的曲率越大，因薄带相互的接触而产生约束，因此，因所述曲率而导致容易在热处理后的薄带的表面残留应力，另外，因所述约束而导致通过热处理最终阶段的冷却进行的自由收缩被妨碍，容易产生应力。因此，难以产生由应力-磁致伸缩效应引起的磁各向异性，即使进行了施加磁场的磁场中热处理，也难以感生出整齐的单轴的感生磁各向异性。基于这种理由，在以往的薄带、使用该薄带构成的磁心中，存在如下问题：无法实现磁滞小并且线性良好、整体上斜率不陡峭的平坦形状的B-H曲线，剩余磁通密度Br变高，B-H曲线的磁滞变大(矫顽力Hc变大)，增量磁导率相对于叠加磁场的变化变大等。

用于解决问题的方案

本发明人等发现了如下事实，从而想到了本发明：由Fe基软磁性合金构成的具有特定的剖面组织的薄带的B-H曲线的线性优异，剩余磁通密度Br低，B-H曲线的磁滞小(矫顽力Hc小)，增量磁导率相对于叠加磁场的变化小，显示出优异的特性，能够解决上述问题。

即，本发明是一种Fe基软磁性合金薄带，其由含有5原子％以上且20原子％以下的Co、和0.5原子％以上且1.5原子％以下的Cu的Fe基软磁性合金构成，其中，在所述薄带的表面的正下方存在Cu富集区域，在该Cu富集区域的正下方存在Co富集区域。

本发明中，在将Co量设为b原子％、将Ni量设为c原子％时，可以以满足0.5≤c/b≤2.5的关系的方式含有15原子％以下的Ni，进而，可以含有8原子％以上且17原子％以下的Si、5原子％以上且12原子％以下的B、以及1.7原子％以上且5原子％以下的M(M为选自由Mo、Nb、Ta、W及V构成的组中的至少一种元素)。

另外，本发明是一种磁心，其使用上述本发明的Fe基软磁性合金薄带构成，另外，本发明的磁心是用于半波正弦波交流电流的检测用电流互感器的磁心。

发明效果

本发明的Fe基软磁性合金薄带是一种B-H曲线的线性优异、剩余磁通密度Br低、B-H曲线的磁滞小(矫顽力Hc小)、磁导率相对于励磁磁场的变化小的软磁性材料，因此，使用其能提供一种可使用于各种磁性部件的高性能磁心。

附图说明

图1是表示对本发明的薄带进行的优选的热处理模式的一例的图。

图2是表示从本发明的薄带的自由面侧的表面，通过GDOES测定出的深度方向的Co量及Cu量的变化的一例的图。

图3是表示由本发明的薄带构成的磁心的直流B-H曲线的一例的图。

图4是表示作为比较例的薄带的热处理模式的一例的图。

图5是表示从作为比较例的薄带的自由面侧的表面，通过GDOES测定出的深度方向的Co量及Cu量的变化的一例的图。

图6是表示实施例2中使用的热处理模式的图。

具体实施方式

本发明的重要特征在于，薄带具有特定的剖面组织，具体而言在于，具有在薄带的表面的正下方存在Cu富集区域、在该Cu富集区域的正下方存在Co富集区域的剖面组织。实施了磁场中热处理的、具有特定的成分组成的Fe基软磁性合金薄带具有上述特定的剖面组织，由此该薄带的B-H曲线的线性优异，剩余磁通密度Br低，B-H曲线的磁滞小(矫顽力Hc小)，磁导率相对于励磁磁场的变化小，取得优异的特性。另外，使用该薄带形成的磁心也取得同样优异的特性。例如，在将本发明适用于小直径的卷绕磁心的情况下，容易感生出薄带的表面的感生磁各向异性，通过磁场中热处理，能增大在靠近薄带的表面的一侧的Co富集区域产生的由应力-磁致伸缩效应引起的磁各向异性，并且能抑制该磁各向异性的扰乱。

本发明的Fe基软磁性合金薄带具有特定的成分组成。具体而言，含有20原子％以下的Co、和0.5原子％以上且1.5原子％以下的Cu。

Co：5原子％以上且20原子％以下

Co(钴)具有增大感生磁各向异性的效果，有助于低磁导率化，因此，在本发明的Fe基软磁性合金薄带中为必须的元素，采用5原子％以上且20原子％以下。在Co量小于5原子％的情况下，有时不会生成明确的Co富集区域。另外，当Co量过少时，有时通过Co实现的增大感生磁各向异性的效果降低，磁导率不变小，B-H环的线性也变差。在Co量大于20原子％的情况下，有时薄带的矫顽力Hc增加，磁滞变大，显示出不优选的特性。通过Co实现的上述效果能在一定程度上由Ni代替，因此，可以将Co的一部分取代为Ni。

Cu：0.5原子％以上且1.5原子％以下

Cu(铜)在本发明的Fe基软磁性合金薄带中为必须的元素，采用0.5原子％以上且1.5原子％以下。当所含的Cu量为0.5原子％以上时，在制作薄带时，Cu团簇作为结晶化时的不均匀成核位点发挥作用，因此，可得到具有均匀且微细的组织的薄带。在Cu量小于0.5原子％的情况下，Cu团簇的数密度不够，在薄带的剖面组织中所观察到的晶粒组织为微细的晶体和稍粗大的晶体混在一起的组织。这种薄带因组织中的颗粒尺寸以及颗粒分布不均匀而导致矫顽力Hc变大，因此不优选。另一方面，在Cu量大于1.5原子％的情况下，薄带显著脆化，例如薄带的卷取困难等，无法容易地制造薄带，因此不优选。从抑制薄带的脆化、谋求制造的容易化的观点考虑，Cu量优选为0.7原子％以上且1.2原子％以下。

另外，在含有适量的Cu的情况下，热处理过程中，在薄带的内部形成许多的Cu团簇，充当不均匀成核位点，因此，对于bcc(body center cubic：体心立方)晶粒组织的均匀化以及微细化有效。就这种薄带而言，分散于非晶态母相中所形成的bcc晶粒的平均晶体粒径为30nm以下，在所述平均晶体粒径为5～20nm的情况下，可得到特别优异的软磁性。另外，就这种薄带而言，晶相的体积分率为50％以上，典型的晶相的体积分率为60～80％左右。

在本发明的Fe基软磁性合金薄带中，就Cu而言，如上所述在薄带的内部形成许多的Cu团簇，但在Fe中几乎不固溶，因此存在偏析的倾向。因此，Cu在薄带的表面的氧化物层与薄带的内部的合金层的边界附近进行偏析，容易形成Cu富集区域。在含有适量的Cu并含有适量的Co的情况下，通过热处理条件，能使在薄带的内部产生的Co富集区域产生于Cu富集区域的正下方。

在薄带的表面的正下方存在Cu富集区域、且在Cu富集区域的正下方存在Co富集区域的情况下，通过对该薄带实施磁场中热处理，Cu及Co的富集区域的感生磁各向异性变大。由此，取得如下作用效果：减小由在制作、加工薄带时产生并在热处理后仍残留的应力引起的各向异性的分散，减小因应力-磁致伸缩效应产生的磁各向异性(易磁化方向)的扰乱等不良影响。其结果是，即使在将这种薄带使用于卷绕磁心的情况下，也能改善B-H曲线的线性，降低剩余磁通密度Br，减小B-H曲线的磁滞(减小矫顽力Hc)，减小磁导率相对于励磁磁场的变化。

在本发明的Fe基软磁性合金薄带的剖面组织中，相对于在距离薄带的表面的深度为0.1μm～0.2μm的范围内所测定的Co浓度的平均值，Co富集区域的峰值浓度优选为1.02倍以上且1.20倍以下。在Co富集区域的峰值浓度小于所述平均值的1.02倍的情况下，有时上述特性的改善效果变得不充分。另外，在Co富集区域的峰值浓度大于所述平均值的1.20倍的情况下，薄带的表面的Co浓度的变化对感生磁各向异性的变化的影响变大，因此，有时B-H环形状等变差。需要说明的是，在上述Co富集区域的正下方，也可以存在Co浓度低于所述平均值的区域。这种Co浓度及Cu浓度可以通过使用辉光放电发射光谱分析(GD-OES：GlowDischarge-Optical Emission Spectroscopy)测定出的薄带的厚度方向(深度方向)的Co含量及Cu含量来表示。

另外，同样地，相对于在距离薄带的表面的深度为0.1μm～0.2μm的范围内所测定的Cu浓度的平均值，Cu富集区域的峰值浓度优选为2倍以上且12倍以下。在Cu富集区域的峰值浓度小于所述平均值的2倍的情况下，有时上述特性的改善效果变得不充分。另外，在Cu富集区域的峰值浓度大于所述平均值的12倍的情况下，薄带的表面的Cu浓度的变化对感生磁各向异性的变化的影响变大，因此，有时B-H环形状等变差。需要说明的是，在上述Cu富集区域的正下方，也可以存在Cu浓度低于所述平均值的区域。

本发明中，原料优选含有比Co廉价的Ni。例如，在将Co的一部分取代为Ni的情况下，能降低薄带的原料费。与Co同样，Ni也具有增大感生磁各向异性的效果，有助于低磁导率化。例如，若Ni和Co相对于Fe的添加量(原子％)相同，则相比于Co，Ni能进一步增大感生磁各向异性，并能进一步减小磁导率。另外，若Co、Ni的含有比相对于Fe而增加，则熔点降低，因此，可以通过相应地降低铸造温度来制作薄带。因此，薄带的制造变得容易，并可期待提高耐火材料等的寿命。

另外，通过使薄带含有适量的Ni，与不含Ni的情况相比，如上所述，有时可以得到具有优选特性的薄带。若利用这种Ni效果，则能减少与添加Ni带来的特性提高部分相当的Co量，因此，能廉价地制作具有与不含Ni、不减少Co量的情况同等的特性的薄带。如此，通过Co和Ni的总量取得效果的薄带具有与不含Ni、不减少Co量的薄带实质上同等的特性，并且可期待原料费的进一步降低。

但是，在薄带中所含的Ni量大于15原子％的情况下，在热处理中容易形成强磁性化合物相，因此，有时矫顽力Hc显著增加、或者B-H曲线的形状变差。因此，从优化感生磁各向异性以及矫顽力Hc、降低原料费、扩大合适的热处理条件的范围等观点考虑，薄带优选含有4原子％以上且15原子％以下的Ni。需要说明的是，取代薄带中所含的Co的一部分而增加Ni量的结果是，当薄带中所含的Co量变得过少时，会产生如下不良情况：无法生成本发明中所需的Co富集区域；合适的热处理条件的调整范围变窄；在制作薄带时存在表面容易结晶化的倾向等。

从上述情况来看，可以认为Co与Ni之间存在优选的关系。本发明的薄带中，在将Co的一部分取代为Ni的情况下，在Ni量不大于15原子％的范围内，将Co量设为b原子％、将Ni量设为c原子％时，优选满足0.5≤c/b≤2.5的关系。满足该关系的Fe基软磁性合金薄带的热处理温度范围广，磁通密度也高，能具有更优选的特性。当Ni量相对于Co量增加而使c/b大于2.5时，后述的第二热处理过程中的第二温度区域的范围变窄，温度控制变难。若c/b小于0.5，则由Ni实现的上述效果小。

对于上述这种含有Co及Ni的Fe基软磁性合金薄带，例如，可以举出具有如下组成的合金薄带，即，在由组成式：Fe_bal.Co_bNi_cSi_yB_zM_aCu_x(原子％)表示时，M为选自由Mo、Nb、Ta、W及V构成的组中的至少一种元素，b、c、y、z、a、x各自满足5≤b≤20、4≤c≤15、0.5≤c/b≤2.5、8≤y≤17、5≤z≤12，1.7≤a≤5、0.5≤x≤1.5。在具有这种组成的情况下，能比较容易地制造出宽幅的薄带，因此，能高效地大量生产出具有上述优异特性的薄带。

若使用含有Si的熔融金属，则在制造薄带时Si有助于非晶态相的形成。另外，Si取得如下效果：通过减小薄带、使用该薄带构成的磁心的矫顽力Hc来改善软磁特性；使磁致伸缩变化；通过增加电阻率来改善高频特性等。

另外，若使用含有B的熔融金属，则在制造薄带时B有助于非晶态化。另外，通过使热处理后的薄带的晶粒的周围的非晶态母相中存在B，取得如下效果：有助于薄带的晶粒组织的微细化；通过减小矫顽力Hc来改善软磁性特性等。

另外，若使用含有作为选自由Mo、Nb、Ta、W及V构成的组中的至少一种元素的M的熔融金属，则M有助于薄带的热处理后的晶粒的微细化。

另外，在本发明中，以提高薄带的耐腐蚀性、各种磁特性或者使薄带的制作容易化等为目的，根据需要，可以使用含有Cr、Mn、Ti、Zr、Hf、P、Ge、Ga、Al、Sn、Ag、Au、Pt、Pd、Sc以及铂族元素等的熔融金属。另外，确认出：作为杂质有C、N、S、O等元素，特别容易混入C。对于这些杂质元素的混入，若在不影响薄带的软磁特性、薄带的制作的范围内，则可以允许。基于本发明人的经验，认为该允许值小于1.0质量％，优选0.5质量％以下。

利用上述本发明的Fe基软磁性合金薄带的优异的软磁特性，可以得到由该薄带构成的本发明的磁心。本发明的磁心适合于例如电流互感器、大电流大容量对应的扼流线圈、高频变压器、以及脉冲电源铁心等用途，特别适合于如半波正弦波交流电流等失真电流等叠加有直流成分的交流电流检测用电流互感器的用途。

对于本发明的磁心，常常通过卷绕Fe基软磁性合金薄带来制作成卷绕磁心，一般情况下，为了防止因应力施加于该磁心而导致磁特性变差，将其容纳于树脂制的壳体中来使用。另外，根据需要，为了将邻接的薄带之间设为绝缘状态，有时对薄带的表面涂布氧化铝、二氧化硅、氧化镁等粉末，或者形成由它们构成的绝缘被膜。

接着，对得到Fe基软磁性合金薄带或者由该薄带构成的磁心并使它们具有规定的软磁特性的处理方法进行说明。

薄带可以通过如下方法来制作，即，使在坩埚等中熔解具有所希望的合金组成的原材料所制作出的熔融金属从设于坩埚等的喷嘴的狭缝喷出至以20m/s～40m/s的周向速度旋转的铜合金制冷却辊的表面上进行急冷。通过这种方法制作出的薄带的主相为非晶态相的状态，根据需要可以进行切缝加工、切割加工、冲切加工。薄带的典型厚度(板厚)为5μm～50μm，能大量生产制作的宽度为0.5mm～几百mm。另外，通过卷绕可以由上述方法制作的薄带，能制作成磁心的形态。

通过上述方法制作出的薄带或磁心例如经过下述的第一热处理过程、第二热处理过程、以及第三热处理过程而使其具有规定的软磁特性。在该情况下，优选对薄带或磁心一边在至少200℃以上且600℃以下的温度下施加磁饱和的强度的磁场，一边进行所有的热处理过程。需要说明的是，若所施加的磁场弱，则合金的磁化方向不会与磁场施加方向完全对齐，因此，有时在薄带或磁心的内部形成易磁化方向不同的区域，B-H曲线形状变差。所施加的磁场通常为直流磁场，但也可以施加交流磁场、连续的重复脉冲状磁场。所施加的典型磁场的强度可以对应于薄带或磁心的形态来调整，但若在对薄带的宽度方向或者磁心的高度方向施加直流磁场的情况下，则优选80kA/m～500kA/m左右。

第一热处理过程是如下热处理过程：将薄带或磁心以1℃/min以上且20℃/min以下的速度升温至350℃以上且460℃以下的第一温度区域，之后，保持15分钟以上且120分钟以下的时间。第一热处理过程的主要目的在于，使薄带或磁心的内部温度均匀化，促进薄带的表面的正下方的Cu富集区域的生成。需要说明的是，适当的第一温度区域的设定温度以及保持时间与后述的第二热处理过程中在Cu富集区域的正下方促进Co富集区域的生成有关。

作为第一热处理过程中的保持温度的第一温度区域优选350℃以上且460℃以下，在低于350℃的情况下，难以进行薄带或磁心的残余应力的松弛，在高于460℃的情况下，矫顽力Hc容易变大。升温速度优选1℃/min以上且20℃/min以下，在小于1℃/min的情况下，生产性降低，在大于20℃/min的情况下，薄带或磁心的内部温度的均匀化、Cu富集区域的生成变得不充分，容易成为磁特性不均的原因。第一温度区域下的保持时间优选15分钟以上且120分钟以下，在少于15分钟的情况下，薄带或磁心的内部温度变得不均匀，容易成为磁特性不均的原因，在超过120分钟的情况下，生产性降低。

第二热处理过程接着第一热处理过程进行，是如下热处理过程：将薄带或磁心以0.3℃/min以上且5℃/min以下的速度升温至500℃以上且600℃以下的第二温度区域，之后，保持15分钟以上且120分钟以下的时间。第二热处理过程的主要目的在于，一边将薄带或磁心的内部温度保持为均匀的状态，一边抑制由在薄带的非晶态母相中析出纳米晶粒的结晶化的发热引起的温度上升，一边生成均匀的纳米晶粒组织，并且促进薄带的表面的正下方的Cu富集区域的生成和该Cu富集区域的正下方的Co富集区域的生成。

作为第二热处理过程中的保持温度的第二温度区域优选500℃以上且600℃以下，在低于500℃的情况下，非晶态母相的比例变得过剩，容易发生B-H曲线的线性变差、矫顽力Hc增大，在高于600℃的情况下，矫顽力Hc容易增大。升温速度优选0.3℃/min以上且5℃/min以下，在小于0.3℃/min的情况下，生产性降低，在大于5℃/min的情况下，由结晶化的发热引起的温度上升变大，容易发生纳米晶粒的不均匀化、矫顽力Hc的增大。另外，在升温速度过大的情况下，有时不会进行Co富集区域的生成。第二温度区域下的保持时间优选15分钟以上且120分钟以下，在少于15分钟的情况下，薄带或磁心的内部的温度差变大，容易成为B-H环的线性变差、磁特性不均的原因，在超过120分钟的情况下，生产性降低。

第三热处理过程接着第二热处理过程进行，是如下热处理过程：将薄带或磁心以1℃/min以上且20℃/min以下的速度降温至200℃以下的第三温度区域，一边不扰乱在第一、第二热处理过程中感生出的磁各向异性，一边进行冷却。降温速度优选1℃/min以上且20℃/min以下，在小于1℃/min的情况下，生产性降低，因此不理想，在大于20℃/min的情况下，因薄带的收缩而产生的应力容易使B-H曲线的线性变差。需要说明的是，为了不扰乱薄带或磁心的单轴的感生磁各向异性，优选第三热处理过程中的磁场施加至达到200℃以下的温度。例如，在高于200℃的温度区域中停止施加磁场的情况下，容易扰乱B-H环的形状、增大矫顽力Hc。

上述第一、第二、第三热处理过程通常可以在惰性气体气氛或者氮气气氛中进行。气氛气体的露点优选-30℃以下，更优选为-60℃以下，在高于-30℃的情况下，容易在薄带的表面生成粒径大于30nm这样的粗大晶粒，容易增大矫顽力Hc。

实施例

对本发明的Fe基软磁性合金薄带以及由该薄带构成的本发明的磁心，举出具体例并适当参照附图进行说明。需要说明的是，本发明的范围并不限定于下述的实施方式。

(实施例1)

通过使用以周向速度30m/s旋转的外径280mm的Cu-Be合金辊的单辊法，使用以原子％计Co为11.1％、Ni为10.2％、Si为11.0％、B为9.1％、Nb为2.7％、Cu为0.8％、以及剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的熔融金属，制作出宽度5mm、平均厚度20.2μm的Fe基合金薄带。该薄带中的Ni/Co约为0.92。接着，将所制作的薄带卷绕成外径19mm、内径15mm，制作出磁心(卷绕磁心)。一边对所制作的卷绕磁心的高度方向(薄带的宽度方向)施加300kA/m的磁场，一边以图1所示的热处理模式在氮气气氛下进行热处理，所述热处理包括：上述第一热处理过程(在过程3a中，升温速度为3.6℃/min；在过程3b中，保持温度为430℃，保持时间为30min)、第二热处理过程(在过程3c中，升温速度为2.2℃/min；在过程3d中，保持温度为560℃，保持时间为30min)、以及第三热处理过程(在过程3e中，降温速度为2.7℃/min，降温目标温度为170℃)，在达到降温目标温度后的过程3f中，进行空气冷却。需要说明的是，在图1所示的热处理中，在直至降温过程中达到170℃的整个过程中，对合金薄带的宽度方向(磁心的高度方向)施加280kA/m的磁场(H)。

使用热处理后的磁心，通过磁测定以及辉光放电发射光谱分析(GDOES)，对使用于该磁心的薄带的表面附近的Co浓度及Cu浓度进行了测定。需要说明的是，对于GDOES而言，使用株式会社堀场制作所制的高频辉光放电发射光谱表面分析装置(GD PROFILER2)，在氩气压力：600Pa、输出功率：35W、模式：脉冲、阳极直径：φ2mm、duty比(占空比)：0.25的条件下进行了分析。需要说明的是，通过表面粗糙度仪对试样的利用GDOES形成的溅射痕进行测定，求出表面粗糙度值，将该表面粗糙度值除以GDOES的溅射时间进行比率换算，将所得的值作为分析深度。另外，对薄带进行了X射线衍射。根据X射线衍射的结果，可确认：在薄带的内部形成有bcc结构的以Fe为主体的微细的晶粒，根据衍射峰的半峰宽，该晶粒的平均粒径约为18nm。

图2中示出薄带的自由面侧的通过GDOES得到的Co(图中的曲线1)和Cu(图中的曲线2)的分析结果。可确认：在薄带的表面的正下方存在以陡峭的峰2a表示的Cu富集区域，在该Cu富集区域的正下方存在以山形的峰1a表示的Co富集区域。另外，虽然省略了图示，但根据薄带的辊接触面侧的GDOES的分析结果，确认出：与自由面侧同样，在薄带的表面存在Cu富集区域，在该Cu富集区域的正下方存在Co富集区域。在此，Co富集区域的峰1a处的浓度为11.8原子％，在距离薄带的表面的深度为0.1μm～0.2μm的范围内所测定的Co浓度的平均值为11.1原子％，峰1a处的浓度相对于平均值为1.063倍。另外，Cu富集区域的峰2a处的浓度为5.9原子％，在距离薄带的表面的深度为0.1μm～0.2μm的范围内所测定的Cu浓度的平均值为0.8原子％，峰2a处的浓度相对于平均值为7.375倍。

图3中示出薄带的直流B-H曲线。该直流B-H曲线是倾斜部分的磁滞小、并且线性良好、整体上斜率不陡峭的平坦形状的曲线，剩余磁通密度Br为0.005T，矫顽力Hc为2.5A/m。另外，可确认：1kHz下的增量相对磁导率μ_r△在直流叠加磁场0A/m下为1610，在直流叠加磁场200A/m下为1660，磁导率相对于磁场的变化小。

(比较例)

通过与实施例1相同的方法，使用以原子％计Co为3.1％、Ni为10.1％、Si为10.9％、B为8.9％、Nb为2.7％、Cu为0.8％、以及剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的熔融金属，制作出宽度25mm、平均厚度20.0μm的Fe基合金薄带。该薄带中的Ni/Co约为3.26。接着，与实施例1同样，将所制作的薄带卷绕成外径19mm、内径15mm，制作出磁心(卷绕磁心)，一边对卷绕磁心的高度方向(薄带的宽度方向)施加300kA/m的磁场，一边进行热处理。其中，为了与实施例1进行比较，有目的地使用了以图4所示的热处理模式(在过程4a中，升温速度为3.6℃/min；在过程4b中，保持温度为560℃，保持时间为5min；在过程4c中，降温速度为2.7℃/min，降温至室温)在氮气气氛下进行的热处理。这是由于，若为不具有上述第一热处理过程的第一温度区域下的保持过程以及第二热处理过程的升温过程的热处理模式，则在薄带的内部不会生成明确的Co富集区域。另外，将磁场(H)设为280kA/m，以图4所示的条件在热处理的整个过程中施加于合金薄带的宽度方向(磁心的高度方向)。

图5中示出薄带(比较例)的自由面侧的通过GDOES得到的Co(图中的曲线1)和Cu(图中的曲线2)的分析结果。虽然在薄带的表面的正下方存在以陡峭的峰2a表示的Cu富集区域，但在该Cu富集区域的正下方的Co曲线1的肩部1b未显示出明确的峰，因此，无法确认Co富集区域的存在。使用由该薄带构成的卷绕磁心(比较例)，测定出直流B-H曲线以及磁导率相对于直流叠加磁场的变化，其结果是，剩余磁通密度Br为0.04T，矫顽力Hc为7.2A/m。另外，1kHz下的增量相对磁导率μ_r△在直流叠加磁场0A/m下为2190，在直流叠加磁场200A/m下为2420。自此，可确认：在该比较例的情况下，与实施例1相比，剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、μ_r△相对于直流叠加磁场的变化、磁滞、以及μ_r△相对于直流叠加磁场的变化均大。

(实施例2)

通过与实施例1相同的方法，使用以原子％计Co为9.2％、Ni为11.9％、Si为10.9％、B为9.1％、Nb为2.7％、Cu为0.8％、以及剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的熔融金属，制作出宽度10mm、平均厚度18.3μm的Fe基合金薄带。该薄带中的Ni/Co约为1.29。接着，将所制作的薄带卷绕成外径24mm、内径18mm，制作出多个磁心(卷绕磁心)。一边对所制作的卷绕磁心的高度方向(薄带的宽度方向)施加320kA/m的磁场，一边以图6所示的热处理模式在氮气气氛下进行热处理，所述热处理包括：上述第一热处理过程(表1所示的升温速度HR1和保持温度Ta1及保持时间t1)、第二热处理过程(表1所示的升温速度HR2和保持温度Ta2及保持时间t2)、以及第三热处理过程(表1所示的降温速度CR3和降温目标温度190℃)，在达到降温目标温度后的过程5a中，进行空气冷却。另外，将磁场(H)设为280kA/m，在直至降温过程中达到170℃的整个过程中施加于合金薄带的宽度方向(磁心的高度方向)。

使用了卷绕磁心的以图6所示的热处理模式进行的实验在表1所示的热处理条件下进行，同时得到表1所示的、通过GDOES分析出的Cu富集区域的正下方有无Co富集区域、剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、1kHz且直流叠加磁场0A/m下的增量相对磁导率μ_r△0、以及1kHz且直流叠加磁场200A/m下的增量相对磁导率μ_r△200。需要说明的是，在No.1～7所示的本发明例以及No.8～10所示的比较例的任一薄带中，在薄带的表面的正下方均确认到Cu富集区域。另外，对于No.1～7所示的本发明例而言，Co浓度的峰值相对于在距离薄带的表面的深度为0.1μm～0.2μm的范围内所测定的Co浓度的平均值，均落入1.02倍以上且1.20倍以下的优选范围。

[表1]

在由在薄带的表面的正下方存在Cu富集区域、在该Cu富集区域的正下方明确存在Co富集区域的本发明的Fe基软磁性合金薄带构成的磁心的情况下(No.1～7所示的本发明例)，与No.8～10所示的比较例相比，剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、以及增量相对磁导率μ_r△相对于磁场的变化均小。与之相对，在由即使在薄带的表面的正下方存在Cu富集区域、但在该Cu富集区域的正下方也未明确存在Co富集区域的Fe基软磁性合金薄带构成的磁心的情况下，剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、以及增量相对磁导率μ_r△相对于磁场的变化均大。可以认为，这是由于，如上所述由本发明的Fe基软磁性合金薄带构成的磁心具有磁滞小并且线性良好、整体上斜率不陡峭的平坦形状的直流B-H曲线。

(实施例3)

通过与实施例1相同的方法，制作出具有表2所示的成分组成(原子％)的宽度5mm、平均厚度位于18.0μm～20.3μm范围内的Fe基合金薄带。接着，将所制作的薄带卷绕成外径19mm、内径15mm，制作出磁心(卷绕磁心)。在进行了与实施例1同样的以图1所示的热处理模式下的热处理之后，通过GDOES对薄带的自由面侧进行了分析，对直流B-H曲线以及增量相对磁导率μ_r△进行了测定。

表2中示出：通过GDOES分析出的Cu富集区域的正下方有无Co富集区域、剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、1kHz且直流叠加磁场0A/m下的增量相对磁导率μ_r△0、以及1kHz且直流叠加磁场200A/m下的增量相对磁导率μ_r△200。需要说明的是，在No.11～25所示的本发明例以及No.26～29所示的比较例的任一薄带中，在薄带的表面的正下方均确认到Cu富集区域。另外，除了矫顽力Hc为3.9A/m稍大的No.11所示的本发明例以外，No.12～25所示的本发明例的Co浓度的峰值相对于在距离薄带的表面的深度为0.1μm～0.2μm的范围内所测定的Co浓度的平均值，均落入1.02倍以上且1.20倍以下的优选范围。

[表2]

含有20.0原子％的Co、并且在Cu富集区域的正下方明确存在Co富集区域的No.11所示的本发明例的剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、以及增量相对磁导率μ_r△相对于磁场的变化均小，因此优选。可以认为，这是由于，薄带具有磁滞小并且线性良好、整体上斜率不陡峭的平坦形状的直流B-H曲线。另外，这种结果对于含有5原子％且20原子％以下的Co、和0.5原子％以上且1.5原子％以下的Cu的No.12～25所示的本发明例也是同样的。需要说明的是，相比于Ni/Co为2.5以下的No.11～20以及No.22～25所示的本发明例，Ni/Co大于2.5的No.21所示的本发明例能通过含有许多廉价的Ni来降低材料成本。

与之相对，Cu富集区域的正下方未明确存在Co富集区域的情况的比较例、含有大于20原子％的Co的No.29所示的比较例存在剩余磁通密度Br以及矫顽力低Hc大的倾向，增量相对磁导率μ_r△相对于磁场的变化也大。另外，与No.11～25所示的任一个本发明例相比，不含Co的No.26、27所示的比较例、Co为0.5原子％少的No.28所示的比较例的磁特性均大。

综上所述，可确认：在薄带的表面的正下方存在Cu富集区域、在该Cu富集区域的正下方存在Co富集区域的本发明的Fe基软磁性合金薄带以及由该薄带构成的磁心具有优异的软磁特性。

附图标记说明

1：曲线

1a：峰

1b：肩部

2：曲线

2a：峰

3a～3f：过程

4a～4c：过程

5a：过程

HR1：升温速度(第一热处理过程)

HR2：升温速度(第二热处理过程)

CR3：降温速度(第三热处理过程)

Ta1：保持温度(第一热处理过程)

Ta2：保持温度(第二热处理过程)

t1：保持时间(第一热处理过程)

t2：保持时间(第二热处理过程)

Claims (5)

1.一种Fe基软磁性合金薄带，其由含有5原子％以上且20原子％以下的Co、和0.5原子％以上且1.5原子％以下的Cu的Fe基软磁性合金构成，其中，

在所述薄带的表面的正下方存在Cu富集区域，在该Cu富集区域的正下方存在Co富集区域。

2.根据权利要求1所述的Fe基软磁性合金薄带，其中，

在将Co量设为b原子％、将Ni量设为c原子％时，以满足0.5≤c/b≤2.5的关系的方式含有15原子％以下的Ni。

3.根据权利要求1或2所述的Fe基软磁性合金薄带，其含有：8原子％以上且17原子％以下的Si、5原子％以上且12原子％以下的B、以及1.7原子％以上且5原子％以下的M，其中，M为选自由Mo、Nb、Ta、W及V构成的组中的至少一种元素。

4.一种磁心，其使用权利要求1至3中任一项所述的Fe基软磁性合金薄带构成。

5.根据权利要求4所述的磁心，其用于半波正弦波交流电流的检测用电流互感器。