冶金学：保磁力が極めて小さく機械的強度と延性が高い軟磁性体

軟磁性材料（SMM）は、電気的応用や持続可能なエネルギー供給に役立ち、印加磁場の変化に応答した低エネルギー損失の磁束変動を可能にする。輸送、家事、製造の電化では、ヒステリシス損失のためにエネルギー消費が増大する。従って、損失の増減につながる保磁力を最小限にすることが重要である。しかし、この目標の達成だけでは不十分で、電気エンジンのSMMは、厳しい機械的負荷に耐えなければならない。つまり、そうした軟磁性合金には高い強度と延性が必要となる。強度を高める大半の方法では、磁区をピン止めし得る応力場が導入され、保磁力とヒステリシス損失が増大してしまうため、これは設計上の根本的な課題である。今回我々は、このジレンマを克服する方法を提示する。我々は、強磁性マトリックスと常磁性整合ナノ粒子（サイズ約91 nm、体積分率約55％）を有するFe–Co–Ni–Ta–Al多成分合金（MCA）を設計した。こうしたナノ粒子は、転位運動を妨げ、強度と延性を向上させる。また、ナノ粒子はサイズが小さく、整合応力が低く、静磁エネルギーが小さいため、生じる相互作用体積は磁壁の幅を超えない。従って、磁壁のピン止めが最小限になり、軟磁性特性が維持される。今回の合金は、引張伸び54％において引張強度が1336 MPaであり、保磁力が78 A m⁻¹（1 Oe未満）と極めて低く、飽和磁化が100 A m² kg⁻¹と中程度であり、電気抵抗率が103 μΩ cmと高い。

目次へ戻る