2008 Fiscal Year Annual Research Report
新規な高鉄濃度鉄-半金属バルクアモルファス合金の創製とその形成機構の解明
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20360309
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
牧野 彰宏 Tohoku University, 金属材料研究所, 教授 (30315642)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
張 偉 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20400400)
竹内 章 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (40250815)
湯蓋 邦夫 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00302208)
木村 久道 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00161571)
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| Keywords | バルクアモルファス合金 / アモルファス形成能 / 軟磁性材料 / 高飽和磁束密度 / 鉄基アモルファス |
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| Research Abstract |
1. 鉄-半金属系バルクアモルファス合金の組成探査
従来の典型的な急冷アモルファス合金にPを添加したFe_<76>Si_9B_<15-x>P_x(x : 3-10)近傍組成で40Kを越える大きな過冷却液体領域(△T_x)を発現し、特にFe_<76>Si_9B_<10>P_5、Fe_<76>Si_<7.2>B_<12>P_<4.8>やFe_<76>Si_<9.6>B_<8.4>P_6では△T_xが50Kを超え、アモルファス形成能の大幅な増大が確認された。これら合金およびCを添加したFe_<76>Si_<9.5>B_<5.7>P_5C_<3.8>ついて銅鋳型鋳造法を用いたバルク作製を行った結果、直径2.5〜3mmのアモルファス丸棒材を作製できた。従来の軟磁性バルクアモルファス合金では、バルクのために非磁性金属元素(Nb, Zr等)の添加を必須とするのに対し、本合金系では半金属元素の最適化のみによってバルク化を実現可能であり、結果として76%の高鉄濃度のバルクアモルファス合金が初めて見出された。本バルクアモルファス合金は、従来の材料と比較し高い磁化と高いアモルファス形性能を高いレベルで兼備した材料といえる。
2. 鉄-半金属系バルクアモルファス合金のアモルファス形成機構の調査
上述の特異なP添加効果の調査を行った結果、従来の急冷アモルファス合金であるFe_<76>Si_9B_<15>では比較的単純な化合物のFe_2BやFe_3B相が初相として析出するのに対し、Pを添加したFe_<76>Si_9B_<10>P_5では格子定数が大きく複雑な構造のFe_5SiB_2相が初相として確認された。Fe_<76>Si_9B_<15>合金へのP添加効果について、分子動力学を用いた局所構造のクラスター・シミュレーションを行った結果、Pは(Fe, Si)-(Si, B)で構成されるクラスターに置換または侵入するのではなく、クラスター同士を結合する役割を示し、これによってFe_<76>Si_9B_<10>P_5ではクラスターが大型かつ複雑なものに変化することがわかった。よって、P添加によるアモルファス相の局所構造変化がアモルファス形成能の大幅な増大をもたらしたものと考えられる。
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