具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

本实施方式的软磁性合金包含Heywood径的平均值为5.0nm以上且25.0nm以下的纳米晶体，上述纳米晶体的平均圆形度为0.50以上且0.90以下。

本实施方式的软磁性合金通过如上所述限定纳米晶体的形状，从而使软磁特性良好。即，实现了高的Bs和低的Hc。

目前，认为纳米晶体的圆形度越高，纳米晶体的填充度越高，且软磁性合金整体的均匀性也越高，因此，Hc容易降低，软磁特性容易提高。然而，本发明人等发现纳米晶体的圆形度越是适当低时越能实现高的Bs和低的Hc。

纳米晶体的平均圆形度可以为0.50以上且0.80以下，也可以为0.50以上且0.70以下。

在纳米晶体的平均圆形度过小的情况下，产生磁晶各向异性且Hc增加。另外，在纳米晶体的平均圆形度过大的情况下，Hc有增加的倾向。

纳米晶体的平均长径比没有特别限制。平均长径比也可以为1.2以上且1.8以下。在平均长径比在上述范围内的情况下，软磁特性更容易变得良好。

纳米晶体的平均椭圆圆形度没有特别限制。平均椭圆圆形度可以为0.80以上且0.92以下，也可以为0.83以上且0.92以下。在平均椭圆形度在上述范围内的情况下，软磁特性容易变得更好。

设纳米晶体的Heywood径的平均值为R，设纳米晶体的Heywood径的标准偏差为σ时，R²/σ²可以为30以下，也可以为20以下。在R²/σ²在上述范围内的情况下，软磁特性更容易变得良好。

以下，对上述各参数的测定方法进行说明。

在本实施方式中，观察软磁性合金，根据得到的图像计算各参数。观察软磁性合金的装置没有特别限制。例如，可列举透射电子显微镜(Transmisson Electron Microscope；TEM)。以下，说明使用TEM的方法。

使用TEM时的评价方法没有特别限制。例如，可列举明视野观察法。

在本实施方式中，为了正确评价纳米晶体的形状，使通过TEM观察时使用的样品(以下，简称为TEM样品)的厚度比通常薄。具体而言，相对于通常的TEM样品的厚度为80～100nm左右，在本实施方式中为20nm以下。制作上述TEM样品的方法没有特别限制，但可以使用例如聚焦离子束扫描电子显微镜(Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscope；FIB-SEM)来制作TEM样品。

在TEM样品厚的情况下，有时多个纳米晶体在厚度方向上重叠。如果多个纳米晶体在厚度方向上重叠，则在TEM图像中有时多个纳米晶体会被看作单一的纳米晶体。即，在TEM图像的表观上，有时纳米晶体的圆形度变高。因此，在TEM样品厚的情况下，有时不能正确评价纳米晶体的形状。在本实施方式中，通过将TEM样品的厚度减薄，从而能够正确评价纳米晶体的形状。另外，TEM样品的厚度可以使用会聚束电子衍射(Convergent-Beam ElectronDiffraction；CBED)法或电子能量损失谱(Electron Energy-Loss Spectroscopy；EELS)法进行评价，也可以直接观察TEM样品进行评价。

由TEM得到的图像的大小及倍率没有特别限制。图像的大小为能够观察10个以上的纳米晶体的大小即可。另外，通过多个图像的合计，能够观察100个以上的纳米晶体。由TEM得到的图像的倍率可以为能够测定上述参数的倍率。具体为100000～1000000倍左右。

本实施方式中的Heywood径是指投影面积圆当量直径。设图像中的纳米晶体的面积为S，则本实施方式中的纳米晶体的Heywood径为(4S/π)^1/2。通过对由观察得到的图像中包含的全部纳米晶体的Heywood径求平均，从而能够计算Heywood径的平均值。

本实施方式中的圆形度是也被称为面积圆形度的参数。具体而言，设图像中的纳米晶体的面积为S，设纳米晶体的周长为L，则其为4πS/L²。通过对由观察得到的图像中包含的全部纳米晶体的圆形度求平均，能够计算平均圆形度。

可以通过图像中的纳米晶体的长径的长度除以短径的长度，来计算本实施方式中的长径比。通过对由观察得到的图像中包含的全部纳米晶体的长径比求平均，能够计算平均长径比。

本实施方式中的椭圆圆形度为按照所谓的长径比修正后的圆形度。以下记载为纳米晶体的椭圆圆形度。一般而言，与纳米晶体为正圆的情况即圆形度1的情况相比，在纳米晶体的面积一定且周长变长的情况或纳米晶体的周长一定且面积变小的情况下，纳米晶体的圆形度减小。

作为纳米晶体的面积一定且周长变长的情况，可举出纳米晶体产生凹凸的情况。另外，作为周长一定且面积变小的情况，可举出纳米晶体发生形变且长径比上升的情况。

在此，即使在纳米晶体的周长一定且面积变小的情况即纳米晶体的长径比上升且变成椭圆的情况下，纳米晶体也未产生凹凸。因此，通过因长径比的上升而下降的量的圆形度加上根据图像计算所得的圆形度而进行修正，从而能够对纳米晶体中的凹凸的多少进行评价。

具体而言，设长轴的长度为2a，设短轴的长度为2b，则可通过S/(a×b×π)计算纳米晶体的椭圆圆形度。在椭圆上无凹凸的情况下，椭圆圆形度为1，椭圆上凹凸越多，则椭圆圆形度越降低。通过对由观察得到的图像中包含的全部纳米晶体的椭圆圆形度求平均，能够计算平均椭圆圆形度。

R²/σ²为表示纳米晶体的Heywood径的分散状态的指标。R²/σ²越小，纳米晶体的Heywood径的偏差越大。根据由观察得到的图像中包含的全部纳米晶体的Heywood径可以计算出σ。

本实施方式中的纳米晶体的种类没有特别限制。晶体粒径可以为纳米级的α-Fe晶体。

本实施方式的软磁性合金的组成没有特别限制。例如，也可以是具有由组成式(Fe_(1-(α+β))X1_αX2_β)_{(1-(a+b+c+d))}M_aB_bP_cSi_d(原子数比)构成的主成分的软磁性合金，其中，

X1为选自Co及Ni中的一种以上，

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Ga、Bi、N、O、C、S及稀土元素中的一种以上，

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、W及V中的一种以上，

0≤a≤0.150；

0≤b≤0.200；

0≤c≤0.200；

0≤d≤0.200；

0.100≤a+b+c+d≤0.300；

α≥0；

β≥0；

0≤α+β≤0.50。

以下，对本实施方式的软磁性合金的各成分进行详细说明。

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、W及V中的一种以上。

M的含量(a)满足0≤a≤0.150。即，可以不含M。可以满足0.020≤a≤0.150，也可以满足0.040≤a≤0.090。在满足0.040≤a≤0.090的情况下，容易使纳米晶体的圆形度处于规定的范围内。

B的含量(b)满足0≤b≤0.200。即，可以不含B。也可以满足0.020≤b≤0.200。

P的含量(c)满足0≤c≤0.200。即，可以不含P。也可以满足0.020≤c≤0.140。

Si的含量(d)满足0≤d≤0.200。即，可以不含Si。也可以满足0.010≤b≤0.150。

另外，本实施方式的软磁性合金也可以满足0.100≤a+b+c+d≤0.300。

另外，在本实施方式的软磁性合金中，也可以由X1和/或X2取代Fe的一部分。

X1为选自Fe及Ni中的一种以上。关于X1的含量，可以为α＝0。即，可以不含X1。另外，设组成整体的原子数为100at％，则X1的原子数可以为40at％以下。即，可以满足0≤α{1-(a+b+c+d)}≤0.400。另外，也可以满足0≤α{1-(a+b+c+d)}≤0.100。

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Ga、Bi、N、O、C、S及稀土元素中的一种以上。X2可以为选自Al、Zn、Sn、Cu、Cr、Ga、Bi、La、Y、N、O、C及S中的一种以上。关于X2的含量，可以为β＝0。即，可以不含X2。另外，设组成整体的原子数为100at％，则X2的原子数可以为5.0at％以下，也可以为3.0at％以下。即，可以满足0≤β{1-(a+b+c+d+e)}≤0.050，也可以满足0≤β{1-(a+b+c+d+e)}≤0.030。

作为由X1和/或X2取代Fe的取代量的范围，以原子数计，可以设为Fe的一半以下。即，可以设为0≤α+β≤0.50。

此外，就本实施方式的软磁性合金而言，在不对软磁特性造成大的影响的范围内，可以含有除上述主成分中包含的元素外的元素作为不可避免的杂质。例如，相对于软磁性合金100质量％，可以含有0.1质量％以下。

本实施方式的软磁性合金具有上述组成，由此，在后述的热处理后容易含有作为α-Fe晶体的纳米晶体。而且，不易含有比纳米晶体大的晶体(具体而言，晶体粒径为0.1μm以上的晶体)。而且，容易提高软磁特性。此外，通过X射线衍射(XRD)能够确认有无比纳米晶体大的晶体。

软磁性合金的形状没有特别限制。例如，可列举薄带形状或粉末形状。

以下，对本实施方式的软磁性合金的制造方法进行说明。

以下，对本实施方式所涉及的软磁性合金的制造方法进行说明。

关于本实施方式所涉及的软磁性合金的制造方法，没有特别限定，可举出例如通过单辊法制造软磁性合金的薄带的方法。

在单辊法中，首先，准备最终得到的软磁性合金中包含的各金属元素的纯金属，并称量以便成为与最终得到的软磁性合金相同的组成。而且，将各金属元素的纯金属溶解并混合，制作母合金。此外，上述纯金属的溶解方法没有特别限制，有例如在腔室内抽真空之后通过高频加热使其溶解的方法。此外，母合金和最终得到的软磁性合金通常为相同的组成。

接着，加热所制作的母合金并使其熔融，得到熔融金属(金属熔液)。熔融金属的温度没有特别限制，可设为例如1200～1400℃。

在单辊法中，主要可以通过调整辊的旋转速度来调整得到的薄带的厚度，不过通过例如调整喷嘴和辊的间隔或熔融金属的温度等也可以调整得到的薄带的厚度。薄带的厚度没有特别限制，可设为例如15～30μm。

辊23的温度或腔室内部的蒸气压没有特别限制。例如，可以将辊的温度设为室温～50℃。腔室内部的气氛可以设为大气中，也可以设为惰性气体气氛。

接着，对由此得到的软磁性合金的薄带施加应力。具体而言，对薄带的垂直于厚度方向的面施加应力。

通过在施加应力并释放之后进行后述的热处理，能够降低纳米晶体的平均圆形度。另外，应力负荷量越大，纳米晶体的平均圆形度越小。另外，纳米晶体的平均长径比上升，且平均椭圆圆形度降低。纳米晶体的平均圆形度及平均椭圆圆形度降低的具体理由尚不明确。但认为是由于通过对软磁性合金施加应力而在软磁性合金的内部形成形变，从而该形变对纳米晶体的形成造成影响，纳米晶体的平均圆形度及平均椭圆圆形度降低。

施加应力的装置没有特别限制。例如，可使用手压机。应力负荷量没有特别限制，只要最终使纳米晶体的平均圆形度处于特定的范围内即可。有应力负荷量越大，纳米晶体的平均圆形度越小的倾向。另外，施加应力的时间即从施加应力到释放应力期间的时间也没有特别限制。例如，可设为0.5分钟以上且1分钟以下。

接着，对软磁性合金进行热处理。热处理条件没有特别限制。优选的热处理条件根据软磁性合金的组成而不同。热处理温度可以为450℃以上且700℃以下。另外，从室温升温至热处理温度的升温速度可以为5℃/分钟以上且320℃/分钟以下。

有热处理温度越高，纳米晶体的Heywood径的平均值越上升的倾向。另外，有纳米晶体的平均圆形度也上升的倾向。

有热处理时间越长，纳米晶体的Heywood径的平均值越上升的倾向。另外，有纳米晶体的平均圆形度也上升的倾向。而且，有R²/σ²也降低的倾向。

有升温速度越快，纳米晶体的Heywood径的平均值越小的倾向。另外，在升温速度为20～80℃/分钟左右的情况下，平均圆形度容易变小。而且，有无论升温速度快还是慢，平均圆形度都变大的倾向。而且，有升温速度越快，平均长径比越小的倾向。

通过以上方法，可得到本实施方式的软磁性合金薄带。

接着，对得到本实施方式的软磁性合金粉末的方法进行说明。此外，通常一个粉末颗粒中含有很多纳米晶体。因此，粉末颗粒的粒径和纳米晶体的晶体粒径(纳米晶体的Heywood径)不同。

作为得到本实施方式的软磁性合金粉末的方法，可举出例如粉碎上述软磁性合金薄带而得到的方法。粉碎的方法没有特别限制，可以通过任意方法进行粉碎。此外，在粉碎前后，纳米晶体的形状实质上未变化。

另外，作为得到本实施方式的软磁性粉末的方法，可举出例如通过水雾化法或气体雾化法得到本实施方式的软磁性粉末的方法。

例如，在气体雾化法中，与上述的单辊法同样地得到熔融合金。之后，在腔室内喷射上述熔融合金，制作粉体。此时，可以设气体喷射温度为1200～1600℃。腔室内的气氛可以设为大气中，也可以设为惰性气体气氛。

接着，对由此得到的软磁性合金的粉末施加应力。具体而言，将粉末填充到模具中并施加应力。

通过在施加应力并释放应力之后进行后述的热处理，从而能够降低纳米晶体的平均圆形度。另外，应力负荷量越大，纳米晶体的平均圆形度越小。另外，纳米晶体的平均长径比上升，平均椭圆圆形度降低。

施加应力的装置没有特别限制。例如，可使用手压机。应力负荷量没有特别限制，只要最终使纳米晶体的平均圆形度处于特定的范围内即可。有应力负荷量越大，纳米晶体的平均圆形度越小的倾向。另外，施加应力的时间即从施加应力到释放应力期间的时间也没有特别限制。例如，可设为0.5分钟以上且1分钟以下。

接着，对施加应力并释放应力后的粉末进行热处理。热处理条件没有特别限制。优选的热处理条件根据软磁性合金的组成而不同。热处理温度可以为450℃以上且700℃以下。另外，从室温升温至热处理温度的升温速度可以为5℃/分钟以上且320℃/分钟以下。

本实施方式的磁芯包含上述软磁性合金。由软磁性合金薄带、软磁性合金粉末或其它形状的软磁性合金制作磁芯的方法没有特别限制。通过通常使用的方法制作即可。

本实施方式的磁性部件包含上述磁芯。磁性部件的种类没有特别限制，可举出要求优异的软磁特性的磁性部件，例如线圈部件、压粉磁心。另外，作为线圈部件，可举出电抗器、扼流线圈、变压器。而且，本实施方式的电子设备包含上述磁性部件。电子设备的种类没有特别限制，例如可举出DC-DC转换器等。另外，电子设备的用途没有特别限制，例如可举出混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、电动汽车(EV)等。

实施例

以下，基于实施例对本发明进行具体说明。

(实验例1)

称量原料金属以便成为Fe_0.840Nb_0.070B_0.080Si_0.010的合金组成，通过高频加热进行溶解，并制作了母合金。

之后，在加热所制作的母合金并使其熔融而制成1500℃的熔融状态的金属后，在大气中通过单辊法将上述金属喷射到辊上，制作薄带。

对得到的各薄带进行X射线衍射测定，确认不存在比纳米晶体大的晶体。

之后，对各实施例及比较例的薄带施加应力。具体而言，首先，将通过单辊法制作的薄带加工成φ8mm的盘状。接着，将所加工的薄带在厚度方向上叠层5片。将叠层后的薄带放入到φ8mm的模具中，按照表1所示的应力负荷量对与厚度方向垂直的面施加0.5分钟应力，之后释放应力。施加应力时使用手压机。此外，在试样No.1中未施加应力。

之后，在从室温到热处理温度的升温速度为40℃/min、热处理时间为1.0小时、热处理温度为600℃的条件下，进行热处理。此外，热处理时间是指维持热处理温度的时间。

通过ICP分析确认，得到的热处理后的薄带的组成和母合金的组成未变化。

通过X射线衍射装置(XRD)确认，热处理后的各薄带包含α-Fe的纳米晶体。而且，使用透射电子显微镜(TEM)进行观察。在使用TEM观察时，使用FIB制作厚度20nm的TEM样品。TEM样品的厚度的确认通过电子能量损失谱法(EELS)进行。通过使用TEM观察，对至少100个纳米晶体测定Heywood径、圆形度、椭圆圆形度、长径比。而且，计算各薄带中包含的纳米晶体的Heywood径的平均值R、平均圆形度、平均椭圆圆形度、平均长径比、Heywood径的标准偏差σ。将结果示于表1。

而且，测定各实施例及比较例的饱和磁通密度Bs及矫顽力Hc。使用振动试样型磁力计(VSM)在磁场1000kA/m下测定Bs。使用直流BH示踪器在磁场5kA/m下测定Hc。将结果示于表1。此外，对于Bs设其为1.30T以上的情况为良好。对于Hc，设其充分低于未施加应力的试样No.1的比较例的情况为良好。在表1中，对于Hc，设其为0.100Oe以下的情况为良好。

表1

根据表1，与在热处理前未施加应力且纳米晶体的平均圆形度高于0.90的试样No.1相比，在热处理前施加应力从而纳米晶体的Heywood径的平均值R为5.0nm以上且25.0nm以下且纳米晶体的平均圆形度为0.50以上且0.90以下的试样No.2～5中，Bs同等程度地良好，且Hc显著降低。此外，应力负荷量过大的试样No.6的纳米晶体的晶粒过度生长。而且，Heywood径的平均值R变大，Hc增大。

(实验例2)

在实验例2中，在应力负荷量为0的情况(未施加应力的情况)(试样No.1)和应力负荷量为400MPa的情况下(试样No.4)，除了使各热处理条件变化这一点以外，其它与实验例1同样地制作了薄带并进行评价。将结果示于表2A～表2C。此外，Bs及Hc的评价基准与实验例1同样。

表2A

表2B

表2C

根据表2A～表2C，即使使热处理条件变化纳米晶体的Heywood径的平均值R也为5.0nm以上且25.0nm以下，并且纳米晶体的平均圆形度为0.50以上且0.90以下的各实施例与除了未施加应力这一点以外其它都在相同条件下实施的比较例相比，Bs同等程度地良好，Hc显著降低。

此外，如果比较表2A的试样No.7(未施加应力)和试样No.14(施加了应力)，则试样No.14的纳米晶体的平均圆形度低，但试样No.14的Hc未充分降低。认为这是由于试样No.14的纳米晶体的Heywood径的平均值R过小。另外，即使比较表2A的试样No.12，13(未施加应力)和试样No.19、20(施加了应力)，也为同样的结果。认为这是由于试样No.19、20的Heywood径的平均值R过大。

(实验例3)

在实验例3中，与实验例1同样地制作了母合金。之后，加热所制作的母合金并使其熔融，制成1500℃的熔融状态的金属，之后通过气体雾化法喷射上述金属，制作了粉末。设气体喷射温度为25℃。

对得到的粉末进行X射线衍射测定，确认不存在比纳米晶体大的晶体。

之后，称量2g所得到的粉末。接着，将称量的粉末流入到φ8mm的模具中。接着，按照表3所示的应力负荷量对通过手压机流入到模具中的粉末施加0.5分钟应力。接着，从模具中取出加压后的粉末。此外，未对试样No.45的粉末施加应力。

之后，在从室温到热处理温度的升温速度为40℃/min、热处理时间为1.0小时、热处理温度为600℃的条件下，对各粉末进行热处理。此外，热处理时间是指维持热处理温度的时间。

通过ICP分析确认，得到的热处理后的粉末的组成和母合金的组成未变化。

通过X射线衍射装置(XRD)确认，热处理后的各粉末包含α-Fe的纳米晶体。而且，使用透射电子显微镜(TEM)进行观察。使用透射电子显微镜(TEM)观察确认热处理后的各粉末中的晶体结构。使用TEM的观察通过将TEM样品的厚度设为20nm由电子能量损失谱法(EELS)来进行。通过使用TEM的观察，对至少100个纳米晶体测定Heywood径、圆形度、椭圆圆形度、长径比。并且计算各粉末中包含的纳米晶体的Heywood径的平均值R、平均圆形度、平均椭圆圆形度、平均长径比、Heywood径的标准偏差σ。将结果示于表3。

进一步，对热处理后的各粉末测定饱和磁通密度Bs及矫顽力Hc。使用振动试样型磁力计(VSM)在1000kA/m磁场下测定Bs。使用直流BH示踪器在5kA/m磁场下测定Hc。将结果示于表3。此外，设Bs为1.30T以上为良好。设Hc为1.00Oe以下为良好。

表3

根据表3，与在热处理前未施加应力且纳米晶体的平均圆形度高于0.90的试样No.45相比，在热处理前施加应力从而纳米晶体的Heywood径的平均值R为5.0nm以上且25.0nm以下且纳米晶体的平均圆形度为0.50以上且0.90以下的试样No.46～49中，Bs同等程度地良好，Hc显著降低。此外，应力负荷量过大的试样No.50的纳米晶体的晶粒过度生长。而且，Heywood径的平均值R变大，Hc增大。即，作为粉末的实验例的实验例3得到与作为薄带的实验例的实验例1同样的结果。

(实验例4)

除组成外，粉末的制作条件与实验例3同样。在表4中记载了与试样No.45同样未施加应力且使M元素的种类由Nb变化的比较例及与试样No.48同样设应力负荷量为400MPa且使M元素的种类由Nb变化的实施例。在表5～表8中记载了设应力负荷量为与试样No.48同样的400MPa且使a～d的数值适当变化的实施例。在表9中记载了设应力负荷量为与试样No.48同样的400MPa且由X1和/或X2取代试样No.48中的Fe的一部分的实施例。

在表4～表9所记载的试样No.51～119中，使各试样的热处理温度从实验例3适当变化。具体而言，设热处理时间为1.0h，设升温速度为40℃/min，在热处理温度450～650℃之间每隔50℃进行热处理。设热处理后的矫顽力最低的温度为该试样的组成的最佳热处理温度。计算在最佳热处理温度下进行热处理而制作的粉末中包含的纳米晶体的Heywood径的平均值R、平均圆形度、平均椭圆圆形度、平均长径比、Heywood径的标准偏差σ。并将结果示于表5～表9。

表4

表5

表6

表7

表8

表9

根据表4～表9，即使使软磁性合金的组成变化也施加应力的实施例表现出纳米晶体的形状与表3的试样No.48中的纳米晶体的形状同样的倾向。而且，纳米晶体的Heywood径的平均值R为5.0nm以上且25.0nm以下，纳米晶体的平均圆形度为0.50以上且0.90以下。而且，表4～表9的各实施例的Bs及Hc良好。