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KR20170102938A - 나노결정 자기 합금 및 이의 열처리 방법 - Google Patents

나노결정 자기 합금 및 이의 열처리 방법 Download PDF

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KR20170102938A
KR20170102938A KR1020177021729A KR20177021729A KR20170102938A KR 20170102938 A KR20170102938 A KR 20170102938A KR 1020177021729 A KR1020177021729 A KR 1020177021729A KR 20177021729 A KR20177021729 A KR 20177021729A KR 20170102938 A KR20170102938 A KR 20170102938A
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메트글라스, 인코포레이티드
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Abstract

나노결정 합금리본은 비정질 매트릭스에 분산된 40nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노 결정을 갖는 국부적 구조를 가지며, 상기 나노결정은 리본의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 점유하며, 적어도 200mm의 리본 곡률 반경을 갖는다. 상기 리본은 0.6 내지 1.2 원자퍼센트의 Cu, 10 내지 20 원자퍼센트의 B 및 0 원자퍼센트 초과 10 원자퍼센트 이하의 Si를 포함하고 B 및 Si의 총 함량은 10 내지 24 원자퍼센트인 철-계 합금 조성물을 가질 수 있다.

Description

나노결정 자기 합금 및 이의 열처리 방법
본 발명의 실시 태양은 높은 포화 유도, 낮은 보자력 및 낮은 철손을 갖는 나노결정 자기 합금, 상기 합금에 기초한 자기 성분 및 이의 열처리 방법에 관한 것이다.
결정질 실리콘 강, 페라이트, 코발트계 비정질 연자기 합금, 철계 비정질 및 나노결정질 합금은 자기 인덕터(magnetic inductor), 전기 초크 코일, 펄스 전력 장치, 변압기, 모터, 발전기, 전기 전류 센서, 안테나 코어 및 전자기 차폐 시트에 널리 사용되고 있다. 널리 사용되는 실리콘 강은 저렴하고 높은 포화 유도를 나타내는 반면, 고주파수에서 손실이 있다. 높은 자기 손실의 원인중 하나는 약 5 A/m에서 보자력 Hc가 높기 때문이다. 페라이트는 낮은 포화 유도를 가지며 이에 따라, 고 출력 자기 인덕터로 사용될 때, 자기적으로 포화된다. 코발트계 비정질 합금은 상대적으로 고가이며, 통상적으로 1T 미만의 포화 유도를 초래한다. 이들의 낮은 포화 유도로 인하여, 코발크계 비정질 합금으로 이루어진 자기 성분은 포화 유도 BS보다 낮은 구동 자기 유도 레벨을 보상하기 위해 커질 필요가 있다. 철계 비정질 합금은 1.5-1.6T의 BS를 가지며, 이는 실리콘 강의 Bs ~2 T보다 낮다. 상기에서 요약한 것과 같이, 포화 유도가 1.6T를 초과하고, 보자력 HC가 5 A/m 미만인 자기 합금이 명백히 요구된다.
높은 포화 유도 및 낮은 보자력을 갖는 철계 나노결정 합금이 국제 출원 특허 공보 WO2007/032531(이하 “'531 공보”)에 교시되어 있다. 이 합금은 Fe100 -x-y-z CuxByXz(X: Si, S, C, P, Al, Ge, Ga, 및 Be로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나)의 화학조성을 가지며, 여기서 x, y, z는 0.1≤x≤3, 10≤y≤20, 0<z≤10 및 10<y+z≤24 (모두 원자 퍼센트)이고, 60nm 미만의 평균 직경을 갖는 결정질 입자가 합금의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 분포된 국부적 구조를 갖는다. 이 합금은 구리를 함유하나, 합금에서의 기술적 역할은 명확하게 기술되어 있지 않다. '531공보의 발행시, 구리 원자는 '531공보에 정의된 국부적 구조를 갖기 위해, 포스트-재료(post-material) 가공 열처리에 의해 그 크기가 커진 나노 결정의 시드로 작용하는 원자 클러스터(clusters)를 형성하는 것으로 여겨졌다. 또한, 용융합금의 상부 구리 함량을 결정하는 종래의 야금 법칙(metallurgical law)에 따라, 상기 구리 클러스터는 구리의 혼합열이 철과 양의 관계에 있기 때문에 상기 용융합금 내에 존재할 수 있는 것으로 여겨졌다. 그러나, 구리는 급속 고화(solidification) 동안 고용 한계(solubility limit)에 도달하고 이에 따라, 석출되어, 나노결정화 공정이 시작되는 것이 이후 명백해졌다. 과냉각 조건 하에서, 급속 고화시 초기 나노결정화를 가능하게 하도록 구상된 국부적 원자 구조를 달성하기 위해, 상기 구리 함량, x는 1.2 내지 1.6이어야 한다. 따라서, '531공보에서의 구리 함량 범위 0.1≤x≤3은 크게 감소되었다. 사실 '531공보의 합금은 부분적 결정화로 깨지기 쉽고, 이에 따라 얻어진 자기적 성질은 용인할 수 있는 반면 다루기가 어렵다. 또한, '531공보의 합금의 급속 고화 조건은 고화 속도에 따라 크게 달라지기 때문에 안정적인 재료의 주조(casting)가 어려웠다. 따라서, '531공보의 제품에 대한 개선이 요구되었다.
'531공보의 제품을 개선하기 위한 공정에서, 본래 미세 결정 입자에 캐스트(cast)가 없는 합금의 급속 가열에 의해 본 발명의 실시태양에 따른 합금에 미세 나노결정 구조가 형성되는 것을 발견하였다. 또한, 열처리된 합금은 1.7T를 초과하는 높은 포화 유도와 같은 우수한 연자기 특성을 나타냄을 발견하였다.
본 발명의 실시태양에 따른 합금의 나노결정화 메커니즘은 P 및 Nb와 같은 유리 형성 원소를 다른 원소로 치환하여 결정화 동안 합금 내에 형성되는 비정질상의 열적 안정성을 강화하는 관련 분야의 합금(예를 들어, 미국 특허 번호 8,007,600 및 국제 특허 공보 WO2008/133301 참조)과 상이하다. 나아가, 원소 치환은 열처리 동안 석출되는 결정 입자의 성장을 억제한다. 또한, 합금 리본의 급속 가열은 재료 내 원자 확산 속도를 감소시켜, 결정 핵 생성 사이트(crystal nucleation sites)의 수를 감소시킨다. 재료 내에서 원소 P가 그 순도를 유지하는 것은 어렵다. P는 300℃ 이하의 온도에서 확산되어, 합금의 열적 안정성을 감소시키는 경향이 있다. 따라서, P는 합금에서 바람직한 원소는 아니다. Nb 및 Mo와 같은 원소는 유리 또는 비정질 상태에서 철계 합금의 성형성을 향상시키는 것으로 알려져 있으나, 비자기이고 원자 크기가 크기 때문에 합금의 포화 유도를 감소시키는 경향이 있다. 따라서, 바람직한 합금에서 이 원소들의 함량은 가능한 낮아야 한다.
본 발명의 일 측면은 합금의 열처리 동안 가열 속도가 증가하여, 나노결정화된 재료에서 철손과 같은 자기 손실이 감소되어, 개선된 성능을 갖는 자기 성분을 제공하는 공정을 개발하는 것이다.
상기 단락에서 설명한 구성 요소의 효과를 고려할 때, 합금은 Fe100 -x-y-z CuxBySiz의 화학 조성을 가질 수 있으며, 여기서 0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24이고, 상기 숫자는 원자퍼센트로 표시된다. 상기 합금은 미국 특허 번호 4,142,571에 교시된 급속 고화 방법에 의해 리본 형태로 주조될 수 있다.
상기 단락에서 주어진 화학 조성을 갖는 급속 고화된 리본은 챔버 내 금속 또는 세라믹 표면상에 상기 리본을 직접 접촉시키고, 450℃ 내지 500℃의 온도로 제1 열처리되고, 이어서, 10℃/sec의 가열 속도로 300℃ 이상, 상기 리본을 급속 가열할 수 있다. 1차 어닐링 온도 프로파일의 예가 도 1의 좌측에 주어져 있다. 이 그림에서, 500℃에서의 상기 1차 어닐링의 1초의 시간 스팬(time span)은 "A"로 지칭된다.
상술한 열처리 공정은 40nm 미만의 평균 입자크기를 갖는 나노결정이 30 볼륨퍼센트를 초과하는 비정질 매트릭스에 분산되고, 리본 곡률 반경은 200mm 이상인 국부적 구조를 생성한다.
상술한 나노결정을 갖는 열처리된 리본은 80 A/m에서 1.6T를 초과하는 자기 유도, 1.7T를 초과하는 포화 유도 및 6.5 A/m 미만의 보자력 Hc를 갖는다. 또한, 상기 열처리된 리본은 1.5T 및 50Hz에서 0.27W/kg 미만의 철손을 나타낸다.
본 발명의 제1 측면에 부합하는, 나노결정 합금 리본은 FeCuxBySizAaXb로 나타내어지는 합금 조성물, 여기서, 0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24, 0≤a≤10, 0≤b≤5이고, 나머지는 Fe 및 부수적인 불순물(incidental impurities)이며, 여기서, A는 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 및 W 로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, X는 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, 모든 숫자는 원자퍼센트로 표시됨; 비정질 매트릭스에 분산된 40nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노 결정을 갖는 국부적 구조로서, 상기 나노결정은 리본의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 점유하는 국부적 구조; 및 적어도 200mm의 리본 곡률 반경(radius of ribbon curvature)을 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 B80/Bs 비(ratio)가 0.92 내지 0.98이고, 여기서, B80은 80A/m에서 자기 유도 (magnetic induction)이다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 80A/m에서 자기 유도가 1.6T를 초과하고, 1.7T를 초과하는 포화 유도(saturation induction) Bs를 가지며, 보자력(coercivity) Hc가 6.5A/m 미만이다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제3 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 열처리되고, 1.5T 및 50Hz에서 0.27W/kg 미만의 철손(core loss)을 나타낸다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제4 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 Fe의 함량이 75 원자퍼센트를 초과하고, 바람직하게는 77, 보다 바람직하게는 78 원자퍼센트를 초과한다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제5 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 상기 합금 조성물이 Fe, Cu, B, 및 Si 그리고 부수적인 불순물로 구성된다.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제6 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 “a”가 0.01 원자퍼센트 내지 10 원자퍼센트 범위이고, 바람직하게는 0.01 원자퍼센트 내지 3 원자퍼센트 범위이다.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 상기 제7 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 “a”가 0.01 원자퍼센트 내지 1.5 원자퍼센트 범위 내이다.
본 발명의 제9 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제8 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 상기 합금 조성물의 Nb, Zr, Ta 및 Hf의 총 함량이 0.4 미만이고, 바람직하게는 0.3 원자퍼센트 미만이다.
본 발명의 제10 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제9 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 b가 2.0 원자퍼센트 미만이다.
본 발명의 제11 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제10 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 b가 1.0 원자퍼센트 미만이다.
본 발명의 제12 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1 내지 제11 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 적어도 상온에서부터, 바람직하게는 300℃에서부터 미리 결정된(predetermined) 유지 온도인 430℃, 바람직하게는 450℃를 초과하고 550℃ 미만, 바람직하게는 520℃미만의 유지온도까지, 50℃/sec 초과의 평균 가열속도로 90분 미만의 유지 시간, 바람직하게는 30분 미만으로 제1 열처리된다.
본 발명의 제13 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제12 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 300℃에서부터 미리 결정된(predetermined) 450℃를 초과하고 520℃ 미만의 유지 온도까지, 50℃/sec 초과의 평균 가열속도로, 10분 미만의 유지 시간으로, 제1 열처리된다.
본 발명의 제14 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제12 내지 제13 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 상기 열처리 동안 자기장을 이용하여 처리하고, 상기 자기장은 상기 리본이 자기적으로 포화되기에 충분히 높고, 바람직하게는 0.8 kA/m보다 높은 양으로, 직류, 교류 또는 펄스의 형태이며, 상기 인가된 자기장의 방향은 필요에 따라 사각형, 원형 또는 선형 BH 루프(BH loop)로 미리 결정된다.
본 발명의 제15 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제12 내지 제13 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 상기 리본에 1 MPa를 초과하고 500 MPa 미만의 기계적 텐션(mechanical tension)을 인가하여 제조된다.
본 발명의 제16 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제12 내지 제15 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 나노결정 합금 리본은 400℃ 내지 500℃의 온도에서 30분보다 짧은 시간 동안 수행되는 제2 열처리로 처리된다.
본 발명의 제17 측면에 따르면, 나노결정 합금 리본을 상온에서부터 미리 결정된(predetermined) 430℃ 내지 530℃의 유지 온도까지 50℃/sec 초과의 평균 가열속도로 가열하는 단계, 상기 리본은 FeCuxBySizAaXb로 나타내어지는 합금 조성물을 가지며, 여기서, 0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24, 0≤a≤10, 0≤b≤5이고, 나머지는 Fe 및 부수적인 불순물(incidental impurities)이고, 여기서, A는 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 및 W 로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, X는 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, 모든 숫자는 원자퍼센트로 표시됨;및 90분 미만 동안 유지 온도에서 상기 리본을 유지하는 단계;를 포함하는 방법이다.
본 발명의 제18 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제17 측면에 따른 방법은 가열속도가 80 내지 100℃/sec의 범위이다.
본 발명의 제19 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제17 또는 제18 측면에 따른 방법은 상기 가열 및 유지 시간의 합이 3 내지 15초이다.
본 발명의 제20 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제17 내지 제19 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 방법은 상기 가열 동안 자기장을 이용하여 처리하고, 상기 인가된 자기장은 상기 리본이 자기적으로 포화되기에 충분히 높고, 바람직하게는 0.8 kA/m보다 높은 양으로, 직류, 교류 또는 펄스의 형태로 인가되며, 상기 인가된 자기장의 방향은 필요에 따라 사각형, 원형 또는 선형 BH 루프(BH loop)로 미리 결정된다.
본 발명의 제21 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제17 내지 제19 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 방법은 상기 가열 동안 1 내지 500 Mpa 범위의 기계적 텐션이 인가된다.
본 발명의 제22 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제17 내지 제21 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 방법은 상기 가열은 산소 가스 함량이 6% 내지 18%인 환경에서 수행되거나 또는 보다 바람직하게는 8% 내지 15%에서 수행된다.
본 발명의 제23 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제17 내지 제22 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 방법은 상기 산소 가스 함량이 9% 내지 13%이다.
본 발명의 제24 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제17 내지 제23 측면 중 임의의 어느 하나의 측면에 따른 방법은 가열 이후, 30분 또는 그 미만 동안 400℃ 내지 500℃의 온도로, 제2 가열을 수행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 나노결정 합금리본은 0.6 내지 1.2 원자퍼센트의 Cu, 10 내지 20 원자퍼센트의 B 및 0 원자퍼센트 초과, 10 원자퍼센트 이하의 Si를 포함하고 B 및 Si의 총 함량은 10 내지 24 원자퍼센트인 철-계 합금 조성물;을 포함하며, 비정질 매트릭스에 분산된 40nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노 결정을 갖는 국부적 구조로서, 상기 나노결정은 리본의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 점유하는 국부적 구조; 및 적어도 200mm의 리본 곡률 반경을 포함한다. 본 발명의 이와 같은 측면에 따른 나노결정 리본 합금은 상술한 제1 내지 제16 측면의 하나 또는 그 이상의 특징(포화유도BS가 1.7초과, 80 A/m에서 자기 유도가 1.6T 초과 및 보자력 HC가 6.5 A/m 인 것과 같은 자기적 특성을 포함)을 포함하거나 또는 본 개시의 다른 부분에서 논의된 특징으로 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 부합하는, 나노결정 합금 리본은 FeCuxBySizAaXb로 나타내어지는 합금 조성물, 여기서, 0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24, 0≤a≤10, 0≤b≤5이고, 나머지는 Fe 및 부수적인 불순물(incidental impurities)이며, 여기서, A는 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta W, P, C, Au 및 Ag 로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, X는 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, 모든 숫자는 원자퍼센트로 표시됨; 비정질 매트릭스에 분산된 40nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노 결정을 갖는 국부적 구조로서, 상기 나노결정은 리본의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 점유하는 국부적 구조; 및 적어도 200mm의 리본 곡률 반경을 포함한다. 본 발명의 이와 같은 측면에 따른 나노결정 리본 합금은 상술한 제1 내지 제16 측면의 하나 또는 그 이상의 특징(포화유도BS가 1.7초과, 80 A/m에서 자기 유도가 1.6T 초과 및 보자력 HC가 6.5 A/m 인 것과 같은 자기적 특성을 포함)을 포함하거나 또는 본 개시의 다른 부분에서 논의된 특징으로 구현될 수 있다.
본 발명은 이하의 실시태양에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 보다 확실하게 이해될 수 있으며 추가적인 장점들이 명백해질 것이다.
도 1의 좌변(left-hand side)은 1차 어닐링 온도 프로파일을 나타내고, 우변(right-hand side)은 2차 어닐링 온도 프로파일을 나타낸다. 500℃에서 약 1초의 유지시간 및 430℃에서 약 90분의 유지시간의 예시는 각각 "A" 및 "B"로 표시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 태양에 따른 열처리된 리본의 B-H 거동을 도시한 것으로, 여기서 H는 인가된 자기장이고, B는 자기 유도 결과이다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명의 실시 태양에 따른 열처리된 리본의 평면(도 3a), 오목 표면(도 3b) 및 볼록 표면(도 3c)에서 관찰된 자구(magnetic domain) 구조를 나타낸다.
도 4는 도 3c에 표시된 1, 2, 3, 4, 5 및 6의 지점에서의 상세한 자구 패턴을 나타낸다.
도 5a 및 5b는 Fe81Cu1Mo0 . 2Si4B13 . 8합금 5-플라이(ply) 리본 샘플의 B-H 거동을 나타낸 것으로, 도 5a는 470℃의 가열조(heating bath)에서 50℃/s의 가열 속도로 15초간 1차로 어닐링 된 것이며(점선), 이어서 1.5 kA/m의 자기장에서 5,400초 동안 430℃로 2차 어닐링되고 도 5b는 동일한 조성의 샘플을 481℃의 가열조에서 50℃/s의 가열 속도로 8초간 1차로 어닐링되며(점선), 이어서 1.5 kA/m의 자기장에서 5,400초 동안 430℃로 2차 어닐링된 것이다.
본 발명의 실시 태양에서 사용되는 연성(ductile) 금속 리본은 미국 특허 번호 4,142,571에 개시된 급속 고화 방법에 따라 주조될 수 있다. 상기 리본 형태는 캐스트 리본의 자기적 특성을 조절하는데 사용되는 포스트 리본-제작(post ribbon-fabrication) 열처리에 적합하다.
상기 리본의 조성물은 0.6 내지 1.2 원자퍼센트의 Cu, 10 내지 20 원자퍼센트의 B 및 0 원자퍼센트 초과 10 원자퍼센트 이하의 Si를 포함하고 B 및 Si의 총 함량은 10 내지 24 원자퍼센트인 철-계 합금 조성물일 수 있다. 상기 합금은 또한, Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au, 및 Ag로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 0.01-10 원자퍼센트의 양(0.01-3 및 0.01-1.5 at% 범위의 값과 같이, 이 범위 내의 값을 포함)으로 포함할 수 있다. 상기 조성물에 Ni가 포함되는 경우, Ni는 0.1-2 또는 0.5-1 원자 퍼센트 범위일 수 있다. Co가 포함되는 경우, Co는 0.1-2 또는 0.5-1 원자 퍼센트 범위로 포함될 수 있다. Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 및 W로 이루어진 군에서 선택된 원소가 포함되는 경우, 상기 원소들의 총 함량은 총 0.4 원자 퍼센트 미만의 임의의 값(0.3 미만 및 0.2 미만을 포함하는 임의의 값)일 수 있다. 상기 합금은 또한, Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분을 5 원자 퍼센트 미만의 임의의 양(2, 1.5 및 1 원자퍼센트 미만의 값을 포함)으로 포함할 수 있다.
전술한 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au, 및 Ag로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소의 범위(Co 및 Ni에 대하여 개별적으로 주어진 범위를 포함)는 상기에서 주어진 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분의 각각의 범위와 공존할 수 있다. 상기에서 주어진 임의의 조성의 구성에서, 성분 P 및 Nb는 합금 조성으로부터 배제될 수 있다. 임의의 조성 변화에서, 상기 논의된 것들을 포함하여, Fe는 부수적인 또는 불가피한 불순물과 함께 나머지로서, 총 100 원자퍼센트를 이루거나, 또는 실질적으로 이루어질 수 있다. 임의의 조성 변화에서 상기에서 논의된 것들을 포함하여, Fe의 함량은 적어도 75. 77 또는 78 원자 퍼센트의 양일 수 있다.
본 발명의 실시 태양에 적합한 하나의 조성 범위의 예는 80-82 at.%의 Fe, 0.8-1.1 at.% 또는 0.9-1.1 at.%의 Cu, 3-5 at.%의 Si, 12-15 at.%의 B 및 0-0.5 at.%의 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au, 및 Ag 로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 성분이 집합적으로(collectively) 구성되며, 여기서 전술한 원자 퍼센트는 부수적 또는 불가피한 불순물을 제외하고 100 at %가 되도록 선택된다.
상기 합금 조성은 부수적 또는 불가피한 불순물과 함께, 주어진 범위 내에서, 이전 세 단락에 구체적으로 명명된 성분으로만 구성되거나, 또는 본질적으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 합금 조성은 부수적 또는 불가피한 불순물과 함께, Fe, Cu, B, 및 Si의 이들 특정 원소에 대해 상기 주어진 범위에서 구성되거나, 또는 본질적으로 상기 원소만으로 구성될 수 있다. 특히 불가피한 불순물을 포함하는 임의의 부수적인 불순물의 존재는 청구범위의 임의의 조성에 의해 배제되지 않는다. 임의의 선택적인 구성요소(Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au, Ag, Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 성분)가 존재하는 경우, 이들은 적어도 0.01 at.%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 실시 태양에서, 상기 리본의 화학적 조성물은 Fe100 -x-y- zCuxBySiz로 표현될 수 있으며, 여기서 0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24이고, 모든 숫자는 원자 퍼센트이다.
x≥1.2인 경우, Cu 원자는 bcc Fe 미세 결정 입자의 시드(seeds)가 되는 클러스터를 형성하기 때문에, 0.6≤x <1.2의 Cu 함량이 이용된다. 열처리된 리본의 자기적 성질에 영향을 미치는 이러한 클러스터의 크기는 제어하기가 어려우므로, x는 12 원자퍼센트 미만으로 설정되었다. 열처리에 의해 리본 내에 나노결정화를 유도하기 위해서는 특정 함량의 Cu가 요구되므로, Cu≥0.6으로 결정되었다.
비정질 Fe-B-Si 매트릭스에서는 양의 혼합열 때문에, Cu 원자는 매트릭스 및 Cu 클러스터 상 사이의 계면 에너지를 감소시키기 위해 클러스터되는 경향이 있다. 종래 기술의 합금에서는 P 또는 Nb와 같은 원소가 합금 내 Cu 원자의 확산을 제어하기 위해 첨가되었다. 이들은 열처리된 리본의 포화 자기 유도를 감소시키므로, 이러한 원소들은 본 발명의 실시태양의 합금에서 제거되거나 또는 최소화될 수 있다. 따라서, P 및 Nb 원소 하나 또는 둘 모두 합금에서 존재하지 않거나, 또는 부수적이거나 불가피한 양을 제외하고는 존재하지 않을 수 있다. 대안적으로, P가 존재하지 않는 대신, 본 개시에서는 논의된 최소량으로 포함될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 합금에 P 또는 Nb를 더하여 Cu 확산을 제어하는 대신, Cu원자가 확산하기에 충분한 시간을 허용하지 않도록 리본을 급속 가열하는 방식으로, 열처리 공정이 수정되었다.
앞서 언급된, Fe100 -x-y- zCuxBySiz(0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24) 조성물에서 bcc-Fe 나노결정을 합유하는 열처리된 합금이 1.7 T를 초과하는 포화 유도를 달성하기 위해서는, 그러한 포화 유도가 요구되는 경우, Fe 함량은 적어도 75 원자퍼센트를 초과하여야 하며, 바람직하게는 77 원자퍼센트, 보다 바람직하게는 78 원자퍼센트를 초과하여야 한다. Fe 함량이 1.7 T를 초과하는 자기 유도를 달성하기 충분한 경우, 통상적으로 Fe 원 재료내에 허용가능한 부수적인 불순물이 발견된다. 75, 77, 또는 78 원자퍼센트보다 큰 Fe의 양은 후술하는 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, 및 W, P, C, Au, 및 Ag 및 Re, Y, Zn, As, In, Sn, 및 희토류 원소의 포함과는 독립적으로 본 개시의 임의의 조성으로 구현될 수 있다.
앞서 언급된, Fe100 -x-y- zCuxBySiz(0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24) 조성물에서, Fe100 -x-y-z로 표현되는 Fe 함량의 0.01 원자퍼센트 내지 10 원자퍼센트, 바람직하게는 0.01-3 원자퍼센트 및 가장 바람직하게는 0.01-1.5 원자퍼센트의 Fe 함량은 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au, 및 Ag로부터 선택되는 적어도 하나의 원소로 치환될 수 있다. Ni, Mn, Co, V 및 Cr과 같은 원소는 열처리된 리본의 비정질상에 합금화되는 경향이 있고, 미세 입자 크기를 갖는 Fe가 풍부한 나노결정을 생성하며, 결과적으로, 포화 유도를 증가시키고, 열처리된 리본의 연자기 특성을 향상시킨다. 이러한 원소들의 존재는(이하에서 논의할 각각의 원소의 범위를 포함) 75, 77 또는 78 원자 퍼센트보다 많은 총 Fe 함량과 함께 존재할 수 있다.
상기에서 논의한 Fe 치환 원소 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au, 및 Ag에서 Co 및 Ni의 부가로 Cu 함량이 증가될 수 있으며, 열처리된 리본에 보다 미세한 나노결정이 형성되고, 또한 결과적으로, 상기 리본의 연자기 특성을 개선시킨다. Ni의 경우, 함량은 바람직하게는 0.1 원자퍼센트 내지 2 원자퍼센트이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1 원자퍼센트이다. Ni 함량이 0.1 원자퍼센트 미만인 경우 리본 가공성(fabricability)이 나빠진다. Ni 함량이 2 원자퍼센트 초과인 경우 리본의 포화 유도 및 보자력이 감소한다. Co의 경우 Co 함량은 바람직하게는 0.1 원자퍼센트 내지 2 원자퍼센트이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1 원자퍼센트이다.
또한, 상기에서 논의한 Fe 치환 원소 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au, 및 Ag에서 Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 및 W는 열처리된 리본의 비정질상에 합금화되는 경향이 있고, 비정질상의 안정성에 기여하며, 상기 열처리된 리본의 연자기 특성을 향상시킨다. 그러나, 이러한 원소들은 Fe와 같은 다른 전이 금속보다 원자 크기가 크고, 이들의 함량이 커질수록 열처리된 리본의 연자기 특성이 열화된다. 따라서 이 원소들의 함량은 총 0.4 원자퍼센트 미만, 바람직하게는 0.3 원자퍼센트 미만, 또는 보다 바람직하게는 총 0.2 원자퍼센트 미만일 수 있다.
앞서 언급된, Fe100 -x-y- zCuxBySiz(0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24) 조성물에서, Fe100 -x-y-z로 표현되는 Fe 함량의 5 원자퍼센트 미만, 또는 보다 바람직하게는 2 원자 퍼센트 미만의 Fe 함량은 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 하나로 대체될 수 있다. 높은 포화 유도가 요구되는 경우, 이러한 원소들의 함량은 바람직하게는 1.5 원자퍼센트 미만, 또는 보다 바람직하게는 1.0 원자퍼센트 미만이다. 이러한 원소들의 존재는(이하에서 논의할 각각의 원소의 범위를 포함) 전술한 함유물인 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta W, P, C, Au 및 Ag로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 및 75, 77 또는 78 원자 퍼센트보다 많은 총 Fe 함량과 함께 존재할 수 있다.
FeCuxBySiz(0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24)의 조성을 갖는 급속 고화된 리본은 상기 리본을 10℃/sec를 초과하는 가열 속도로 미리 결정된 유지 온도까지 제1 열처리된다. 상기 유지 온도가 300℃ 부근에 이를 경우, 가열 속도는 10℃/sec를 초과하여야 하며, 이는 열처리된 리본의 자기적 특성에 상당한 영향을 미치기 때문이다. 상기 유지 온도는 (TX2-50)℃를 초과하는 것이 바람직하며, 여기서, TX2는 결정 입자가 석출되는 온도이다. 상기 유지 온도가 430℃ 미만인 경우, 미세 결정 입자의 석출 및 이어지는 성장이 충분하지 않다. 그러나, FeCuxBySiz(0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24) 합금의 TX2에 대한 가장 높은 유지 온도는 530℃ 미만이다. 상기 유지 시간은 90분 미만이 바람직하고, 60분 미만이 보다 바람직하며, 10분 미만이 보다 더욱 바람직하다. 상기 유지 시간은 이상적으로는 1차 어닐링의 유지시간만큼 낮을 수 있으며, 그 최저치는 약 1초이다. 90분의 유지 시간을 갖는 2차 어닐링의 온도 프로파일이 도 1에 개시되어 있으며, 90분의 유지시간은 "B"로 지칭된다. 상기 공정의 일부 실시예가 실시예 1 및 2에 제시되어 있다.
상기 단락에서 주어진 열처리 분위기는 공기일 수 있다. 그러나, 열처리 동안 형성된 산화층을 제어하기 위해 상기 분위기의 산소 함량은 바람직하게는 6% 내지 18%, 또는 보다 바람직하게는 8% 내지 15% 그리고 보다 더욱 바람직하게는 9% 내지 13%이다. 분위기 대기는 산소 및 질소, 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스의 혼합물이다. 상기 분위기 대기의 이슬점은 바람직하게는 -30℃ 이하, 또는 보다 바람직하게는 -60℃ 이하이다.
열처리 공정에서 자기장을 인가하여, 리본에 자기 이방성(anisotropy)을 유도하였다. 인가된 자기장은 리본을 자기적으로 포화시키기에 충분히 높았으며, 바람직하게는 0.8 kA/m보다 높다. 인가된 자기장은 직류, 교류 또는 펄스의 형태이다. 열처리 중의 인가된 자기장의 방향은 필요성에 따라 사각형, 원형 또는 선형 BH루프로미리 결정된다. 인가된 자기장이 0일 때, 중간 각형비(squareness ratio)를 갖는 BH 거동이 발생하였다. 자기 이방성은 자기 재료에서의 자기 손실과 같은 자기 성능을 제어하는데 중요한 인자이며, 본 발명의 실시태양에 따른 합금의 열처리에 의해 자기 이방성의 제어를 용이하게 하는 것이 유리하다. 실시예 3은 상기 공정으로 얻어진 일부 결과(도 5a)를 나타낸다.
열처리 동안 인가된 자기장 대신, 대안적으로 기계적 텐션이 인가되었다. 이는 열처리된 리본의 텐션-유도 자기 이방성을 초래하였다. 유효한 텐션은 1MPa 보다 크고 500MPa 미만이다.
자기장 유도 자기 이방성 및 텐션 유도 자기 이방성을 수반하는 공정의 또 다른 변형에서 이전 2 단락의 제1 열처리에 이어 제2 열처리가 리본에 가해진다. 상기 제2 열처리는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 수행되고, 지속 시간은 30분보다 길게 수행된다. 이 추가 공정은 열처리된 리본의 자기 특성을 균질화하는 것으로 밝혀졌다. 실시예 3은 상술한 공정에 의해 얻어진 결과의 일부(도 5b)를 나타낸다.
실시예 1
Fe81Cu1 . 0Si14B14의 조성을 갖는 급속 고화된 리본을 490℃에서 3-15초 가열된 30cm 길이의 황동 플레이트에서 횡단(traverse)시켰다. 상기 리본이 490℃의 황동 플레이트의 온도에 도달하는데 5-6초가 경과되었으므로, 결과적으로 가열 속도는 80-100℃/sec가 되었다. 상기 열처리된 리본은 상업적 BH 루프 트레이서(tracer)에 의해 특징 지어지고, 그 결과를 도 2에 나타내며, 여기서 밝은 실선(light solid line)은 주조된 리본에 대한 BH 루프에 상응하고, 실선, 점선 및 반점선은 각각 4.5 m/min, 3 m/min, 및 1.5 m/min의 속도로 텐션-어닐링된 리본에 대한 BH 루프에 상응한다.
도 3a, 3b 및 3c는 커 현미경 검사(Kerr microscopy)에 의해 실시예 1의 리본상에서 관찰된 자기 구역을 나타낸다. 도 3a, 3b 및 3c는 각각 리본의 평면, 볼록한 표면, 오목한 표면으로부터의 것이다. 나타낸 바와 같이 검은 부분에서 자화(magnetization)의 방향은 흰 부분으로부터 180 °를 가리킨다. 도 3a 및 3b는 자기 특성이 리본 폭을 가로질러, 그리고 길이 방향을 따라 균일한 것을 나타낸다. 반면, 도 3c에서 상응하는 압축된 부분은 국부적인 응력은 지점마다 상이하다.
도 3은 도 2c의 리본 부분 1, 2, 3, 4, 5 및 6에서의 상세한 자기 구역 패턴을 나타낸다. 이러한 자기 구역 패턴은 리본 표면 부근에서 자화 방향을 가리키며, 리본 내 국부 응력 분포를 반영한다. 도 2a, 2b 및 2c 각각은 2mm의 스케일 바(scale bar)를 나타낸다. 도 3은 각각의 서브이미지(sub-image)에서 25 μm의 스케일 바를 나타낸다.
실시예 2
본 발명의 실시태양에 따른 리본의 제1 열처리 동안, 상기 열처리된 리본은 상대적으로 평평함에도 불구하고, 리본내 곡률 반경이 생성된다(developed). B80/Bs가 0.90보다 큰 열처리 된 리본에서 리본 곡률의 반경, R(mm)의 범위를 결정하기 위해, 상기 B80/Bs 비는 열처리된 리본을 알려진 곡률반경의 둥근 표면상에 권취하고 변화시켜 리본 곡률 반경의 함수로 측정되었다. 상기 결과는 표 1에 열거되어있다. 표 1의 데이터는 B80/Bs 0.0028R + 0.48로 요약된다. 표 1의 데이터는 예를 들어, 적층된 리본으로 제조된 자기 코어를 설계하는데 사용된다.
B80/Bs에 대한 리본 곡률 반경
샘플 R, 리본 곡률 반경(mm) B80/Bs
1 ∞ 0.98
2 200 0.92
3 150 0.89
4 100 0.72
5 58 0.65
6 25 0.55
7 12.5 0.52
샘플 1은 실시예 1에서 도 3a의 자화 분포가 상대적으로 균일한 평평한 리본의 경우에 상응하며, B80/Bs의 값이 크고, 이는 바람직하다.
청구된 발명들의 실시태양에 있어서, 곡률반경은 200㎜에서 무한대까지의 곡률 반경을 포함하거나 또는 200㎜에서 리본이 편평하거나 또는 실질적으로 편평한 형상에까지, 상기 표에 주어진 값들 사이의 임의의 값의 범위를 가질 수 있다. 상기 B80/Bs값은 예를 들어, 0.92 내지 0.98의 값을 포함하는 0.52 내지 0.98 사이의 임의의 값일 수 있다.
실시예 3
Fe81Cu1Mo0 . 2Si4B13 .8 합금 리본의 스트립 샘플을 470℃의 가열조에서 15초 동안 50℃/s를 초과하는 가열 속도로 제1 어닐링을 수행하고, 이어서, 1.5 kA/m의 자기장에서 5400초 동안 430℃로 제2 어닐링하였다. 상기 제1 어닐링 가열 속도는 10,000℃/s만큼 높은 것으로 나타났다. 동일한 화학조성의 스트립을 481℃의 가열조에서 8초 동안 50℃/s를 초과하는 가열 속도로 제1 어닐링을 수행하고, 이어서, 1.5 kA/m의 자기장에서 5400초 동안 430℃로 제2 어닐링하였다. 이들 스트립들에 대한 BH 루프의 예를 도 5a 및 5b에 나타내었다.
도 5a는 470℃의 가열조에서 15초 동안 50℃/s의 가열 속도로 제1 어닐링을 수행하고(점선), 이어서, 1.5 kA/m의 자기장에서 5400초 동안 430℃로 제2 어닐링한 Fe81Cu1Mo0 . 2Si4B13 .8 샘플에 대한 BH 거동을 나타낸 것이다. 도 5b는 동일한 화학조성의 샘플을 481℃의 가열조에서 8초 동안 50℃/s의 가열 속도로 제1 어닐링을 수행하고, 이어서, 1.5 kA/m의 자기장에서 5400초 동안 430℃로 제2 어닐링한 샘플의 BH 거동을 나타낸 것이다.
실시예 4
하기 표에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시태양에 따른 합금 및 '531공보의 2가지 합금(비교예로서)에 대해 180°굽힘 연성(bend ductility) 테스트를 수행하였다. 상기 180°굽힘 연성 테스트는 통상적으로 리본 형태의 재료가 180°로 굽혀질 때 파손되거나 균열이 발생하는지를 테스트하기 위해 사용된다. 나타난 바와 같이 본 발명의 실시태양에 따른 제품은 굽힘 테스트에서 불합격이 나타나지 않았다.
조성 180°굽힘
Febal .Cu0 . 6Si4B14 합격
Febal .Cu1 . 0Si4B14 합격
Febal .Cu1 . 1Si4B14 합격
Febal .Cu1 . 15Si4B14 부분적으로 가능
Febal.Cu0.8Mo0.2Si4.2B13 합격
Febal.Cu1.0Mo0.2Si4.2B13 합격
Febal.Cu1.0Mo0.2Si4B14 합격
Febal.Cu1.0Mo0.5Si4B14 합격
Febal .Cu1 . 2Si4B14
('531 공보 제품)		 불합격
Febal .Cu1 . 3Si4B14
('531 공보 제품)		 불합격
본 출원의 전반에 걸쳐 사용된 용어 "에서"는 포괄적인 종점(endpoint)을 지칭한다. 따라서, "x에서 y"는 x를 포함하고 x를 포함하고 그 사이에 있는 모든 지점을 포함하는 범위를 나타내며, 중간 지점 또한 본 개시의 일부이다. 더구나 당업자라면 수치상의 편차가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 또는 청구항에서 수치가 언급될 때마다, 그러한 수치 또는 그러한 수치의 근사값인 부가적인 값 또한 본 발명의 범위내에 속하는 것을 이해할 것이다.
비록 일부 실시예만이 도시되고 설명되었으나, 본 발명의 원리 및 사상에 벗어나지 않는 변경이 이러한 실시태양으로부터 이루어질 수 있으며, 그 범위는 청구범위 및 이의 균등물을 포함하는 것을 당업자는 이해할 것이다.

Claims (29)

  1. 0.6 내지 1.2 원자퍼센트의 Cu, 10 내지 20 원자퍼센트의 B 및 0 원자퍼센트 초과 10 원자퍼센트 이하의 Si를 포함하고 B 및 Si의 총 함량은 10 내지 24 원자퍼센트인 철-계 합금 조성물;
    비정질 매트릭스에 분산된 40nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노 결정을 갖는 국부적 구조로서, 상기 나노결정은 리본의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 점유하는 국부적 구조; 및
    적어도 200mm의 리본 곡률 반경을 포함하는, 나노결정 합금 리본.
  2. FeCuxBySizAaXb로 나타내어지는 합금 조성물, 여기서, 0.6≤x≤1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24, 0≤a≤10, 0≤b≤5이고, 나머지는 Fe 및 부수적인 불순물(incidental impurities)이며, 여기서, A는 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 및 W 로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, X는 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, 모든 숫자는 원자퍼센트로 표시됨;
    비정질 매트릭스에 분산된 40nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노 결정을 갖는 국부적 구조로서, 상기 나노결정은 리본의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 점유하는 국부적 구조; 및
    적어도 200mm의 리본 곡률 반경(radius of ribbon curvature)을 포함하는, 나노결정 합금 리본.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    0.92 내지 0.98의 B80/Bs 비(ratio)를 가지며, 여기서, B80은 80A/m에서 자기 유도 (magnetic induction)인 것인, 나노결정 합금 리본.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    80A/m에서 1.6T를 초과하는 자기 유도를 갖는 것인, 나노결정 합금 리본.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1.7T를 초과하는 포화 유도(saturation induction) Bs를 가지며, 6.5A/m 미만의 보자력(coercivity) Hc를 갖는 것인, 나노결정 합금 리본.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    열처리되고, 1.5T 및 50Hz에서 0.27W/kg 미만의 철손(core loss)을 나타내는 것인, 나노결정 합금 리본.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    Fe의 함량이 75 원자퍼센트를 초과하는 것인, 나노결정 합금 리본.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    합금 조성은 Fe, Cu, B 및 Si 원소 및 부수적인 불순물로 구성되는 것인, 나노결정 합금 리본.
  9. 제2항에 있어서,
    “a”가 0.01 원자퍼센트 내지 10 원자퍼센트 범위 내인 것인, 나노결정 합금 리본.
  10. 제9항에 있어서,
    “a”가 0.01 원자퍼센트 내지 1.5 원자퍼센트 범위 내인 것인, 나노결정 합금 리본.
  11. 제3항에 있어서,
    합금 조성의 Nb, Zr, Ta 및 Hf의 총 함량(collective content)이 0.4 미만인 것인, 나노결정 합금 리본.
  12. 제2항에 있어서,
    “b”가 2.0 원자퍼센트 미만인 것인, 나노결정 합금 리본.
  13. 제2항에 있어서,
    “b”가 1.0 원자퍼센트 미만인 것인, 나노결정 합금 리본.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 상온에서부터 50℃/sec 초과의 평균 가열속도로 제1 열처리 되는 것인, 나노결정 합금 리본.
  15. 제14항에 있어서,
    300℃에서부터 미리 결정된(predetermined) 450℃를 초과하고 520℃ 미만의 유지 온도까지 50℃/sec 초과의 평균 가열속도로, 10분 미만의 유지 시간으로, 제1 열처리되는 것인, 나노결정 합금 리본.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 열처리 동안 인가된 자기장을 이용하여 처리하고, 상기 인가된 자기장은 상기 리본이 자기적으로 포화되기에 충분히 높고, 직류, 교류 또는 펄스의 형태이며, 상기 인가된 자기장의 방향은 필요에 따라 사각형, 원형 또는 선형 BH 루프(BH loop)로 미리 결정되는 것인, 나노결정 합금 리본.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 리본에 1 MPa를 초과하고 500 MPa 미만의 기계적 텐션(mechanical tension)을 인가하여 제조되는 것인, 나노결정 합금 리본.
  18. 제14항에 있어서,
    400℃ 내지 500℃의 온도에서 30분보다 짧은 지속 시간 동안 수행되는 제2 열처리로 처리되는 것인, 나노결정 합금 리본.
  19. 나노결정 합금 리본을 상온에서부터 미리 결정된(predetermined) 430℃ 내지 530℃의 유지 온도까지 50℃/sec 초과의 평균 가열속도로 가열하는 단계, 상기 리본은 FeCuxBySizAaXb로 나타내어지는 합금 조성물을 가지며, 여기서, 0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24, 0≤a≤10, 0≤b≤5이고, 나머지는 Fe 및 부수적인 불순물(incidental impurities)이고, 여기서, A는 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 및 W로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, X는 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, 모든 숫자는 원자퍼센트로 표시됨; 및
    90분 미만 동안 유지 온도에서 상기 리본을 유지하는 단계;를
    포함하는 방법
  20. 제19항에 있어서,
    상기 가열속도는 80 내지 100℃/sec의 범위인 것인, 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 가열 및 유지 시간의 합은 3 내지 15초인 것인, 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 가열 동안 자기장이 인가되고, 인가된 자기장은 상기 리본이 자기적으로 포화되기에 충분히 높고, 바람직하게는 직류, 교류 또는 펄스의 형태에서 0.8 kA/m보다 높고, 상기 인가된 자기장의 방향은 필요에 따라 사각형, 원형 또는 선형 BH 루프(BH loop)로 미리 결정되는 것인, 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 가열 동안 1 내지 500 Mpa의 기계적 텐션이 인가되는 것인, 방법.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 가열은 산소 가스 함량이 6% 내지 18%인 분위기에서 수행되는 것인, 방법.
  25. 제19항에 있어서,
    산소 가스 함량이 9% 내지 13%인 것인, 방법.
  26. 제19항에 있어서,
    가열 이후, 30분 또는 그 미만 동안 400℃ 내지 500℃의 온도로, 제2 가열을 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  27. FeCuxBySizAaXb로 나타내어지는 합금 조성물, 여기서, 0.6≤x<1.2, 10≤y≤20, 0<z≤10, 10≤(y+z)≤24, 0≤a≤10, 0≤b≤5이고, 나머지는 Fe 및 부수적인 불순물(incidental impurities)이며, 여기서, A는 Ni, Mn, Co, V, Cr, Ti, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, P, C, Au 및 Ag 로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, X는 Re, Y, Zn, As, In, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 임의적 포함물이고, 모든 숫자는 원자퍼센트로 표시됨;
    비정질 매트릭스에 분산된 40nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노 결정을 갖는 국부적 구조로서, 상기 나노결정은 리본의 30 볼륨퍼센트를 초과하여 점유하는 국부적 구조; 및
    적어도 200mm의 리본 곡률 반경(radius of ribbon curvature)을 포함하는, 나노결정 합금 리본.
  28. 제27항에 있어서,
    1.7T를 초과하는 포화 유도 Bs를 갖는 것인, 나노결정 합금 리본.
  29. 제27항에 있어서,
    80A/m에서 1.6T를 초과하는 자기 유도를 가지며, 6.5A/m 미만의 보자력 Hc를 갖는 것인, 나노결정 합금 리본.
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