KR0180598B1 - 이방성 씨형 영구 자석 제조 방법 - Google Patents

이방성 씨형 영구 자석 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이방성 C형 영구 자석을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 금속성 튜브내에 주입시켜서 압축성형분말 자성체를 제조하는 단계와, 상기 압축분말 자성체를 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 열간 성형 가공 공정에 의하여 등방성 자석을 제조하는 단계와, 상기 등방성 자석을 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 다이 업세팅 공정에 의하여 이방성 C형 영구자석을 제조하는 단계로 이루어지며 이에 의해서 금형의 마모 및 파괴를 방지 시킬 수 있고 열수축에 의한 자석내의 미세 크랙 발생을 방지시킬 수 있으며 또한 결정의 자화 용이축을 가압 방향으로 용이하게 정렬시킬 수 있다.

Description

이방성 씨(C)형 영구 자석 제조 방법
제1도 내지 제3도는 종래 실시예에 따른 이방성 C형 영구 자석 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도.
제4도(a)내지 (c)는 본 발명에 따른 미가공 자성체를 제작하기 위한 공정을 도시한 단면도.
제5도(a) 내지 (c)는 본 발명에 다른 동방성 자석을 제작하기 위한 공정을 도시한 단면도.
제6도(a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 이방성 C형 영구 자석을 제작하기 위한 공정을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11a, 11b, 11c, 11d : 펀치 12 : 튜브
13a, 13b : 세미 클로즈형 다이 14 : 분말 자성체
15 : 등방성 C형 영구자석 16 : 이방성 C형 영구 자석
A, B : 가열수단
본 발명은 결정의 자화용 이축을 가압방향으로 용이하게 정렬시켜서 자력을 향상시킬 수 있는 고에너지 이방성 C형 영구 자석을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서 기존의 폐쇄형(CLOSED형)에 비해 특히 세미 클로즈형(semi-colsed die)를 사용하여서 다이의 마모 및 영구 자석의 균열 발생을 방지시킬 수 있다.
일반적으로, 이방성 C형 영구 자석은 결정의 자화 용이축이 가압 방향으로 정렬되어 있는 자속으로서, 제1도 내지 제3도에 도시되어 있는 바와 같이, 클로즈형(closed) 다이(2a, 2b, 2c)와, 상펀치(1a, 1b1c)와, 하펀치(3a, 3b, 3c)로 이루어진 금형 세트에 의하여 제조된다.
즉, 제1도(a) 내지 (c)를 참조하면, 상기 하펀치(3a)에 의해서 지지되어 있는 상기 클로즈형 다이(2a)의 천공부에 비정질 또는 미세 결정질 상태로 유지된 Nd-Fe-B조성으로 이루어진 자성 합금 분말(4)을 장입시킨 후 상기 상펀치(1a)를 사용하여 상온에서 상기 자성 합금 분말(4)을 압축성형하여 분말 자성체(4')(green magnet)를 제조한다.
또한, 제2도(a) 내지 (c)를 참조하면, 상기 압축분말 자성체(4')를 열간 가공용 클로즈형 다이(2b)의 천공부에 상기 미가공 자성체(4')를 주입시킨 후 약 600℃내지 1000℃정도의 온도하에서 수행되는 열간 가공(hot-preesing)공정에 의하여 상기 분말 자성체(4')를 열간 압축하여 자기 모멘트가 무질서하게 배열된 고밀도의 등방성 자석(5)을 제조한다.
즉, 상기 열간 가공 공정에 의하여 상기 압축분말 자성체(4')의 입경계(grain boundary)를 통하여 액상의 Nd-rich상이 밀려나와 시료의 고밀도화가 진행되고 이에 의해서 상기 자성체(4')의 내부 조직에는 비정질상의 결정화 또는 미세 결정의 입도 성장(grain grouth)등의 변화가 진행되며 그 결과 상기 자성체(4')의 결정은 약50㎛정도 크기의 구형 결정립으로 생성된다.
그리고, 제3도(a) 내지 (c)도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 고밀도의 등방성 자석(5)의 직경보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 다이 업 세팁용 클로즈형 다이(2c)의 천공부에 상기 고밀도의 등방성 자석(5)을 주입시킨 후 다이 업 세팅(die-up-setting) 공정에 의하여 상기 등방성 자석(5)을 가압시킨다.
따라서, 상기 등방성 자석(5)은 결정의 자화 용이축이 가압 방향으로 정렬되어서 자기적 이방성을 부여하며 그 결과 이방성 영구 자석(6)을 제조한다.
즉, 상기 다이 업세팅 공정은 약 600℃ 내지 1000℃정도의 온도하에서 압력을 가하여 상기 등방성 자석(5)의 두께 감소율(Height Reduction Rate)이 약 40∼70% 정도되도록 열간 소성 변형시키는 공정으로서 상기 다이 업세팅 공정 후 결정립은 길이가 약 250㎚, 높이가 약50㎚인 판상의 형상이 제조되고 단축이 가압 방향과 평행하게 배열된다.
그러나, 상기 열간 성형 가공법은 고온 고압의 조건하에서 수행되므로 금형의 반복적인 스트로크(stroke)에 의하여 금형이 쉽게 마모 또는 파괴되며 압출(ejecting) 공정시 가압에 의한 상기 다이와 상기 성형체의 표면 마찰로 인해 영구 자석의 표면상에 균열이 발생되고 또한 열간 성형 가공 후 냉각시 열수축으로 인하여 자석의 표면상에 균열이 발생되는 문제점이 야기되며 이에 부가하여서 이방성 C형 영구 자석을 제조하는 공정이 복잡하다는 문제점이 야기된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 고온 고압의 조건하에서 금형의 반복적인 스트로크에 의한 금형의 마모 또는 파괴를 방지하고 자석의 표면상에 균열이 발생되는 것을 방지시키고 또한 결정의 자화 용이축을 가압방향으로 용이하게 정렬시켜서 자력을 향상시킬 수 있는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기의 목적은 Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 금속성 튜브내에 주입시켜서 압축분말 자성체를 제조하는 단계와, 상기 분말 자성체를 열간 성형 가공용 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 열간 성형 가공(HOT-PRESSING) 공정에 의하여 등방성 자석을 제조하는 단계와, 상기 등방성 자석을 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 다이 업 세팅 공정에 의하여 자력이 향상된 이방성 C형 영구 자석을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법에 의해서 달성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기의 목적은 Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 클로즈형 성형 다이에 주입시킨 후 압축성형한 분말 자성체를 제조하는 단계와, 상기 미가공 자성체를 열간 성형용 클로즈형 다이에 주입시킨 후 열간 성형 가공 공정에 의하여 등방성 자석을 형성시키는 단계와, 그리고 상기 등방성 자석을 금속성 튜브가 삽입된 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 다이 업 세팅 공정에 의하여 자력이 향상된 이방성 C형 영구 자석을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로하는 이방성 C형 영구 자석의 제조 방법에 의해서 달성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기의 목적은 Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 금속성 튜브에 주입시켜서 압축성형한 분말 자성체를 제조하는 단계와, 상기 압축분말 자성체를 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 다이 업세팅 공정에 의하여 자력이 향상된 이방성 C형 영구 자석을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법에 의해서 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같으며 종래 구성과 동일한 구성은 동일 도면 부호를 사용한다.
제4도(a) 내지 (c)는 튜브내에 자성 분말을 고밀도로 충진 시키는 공정을 도시한 단면도이고, 제5도(a) 내지 (c)는 튜브내에 충진된 자성 분말을 열간 소성 가공 (HOT-PRESSING) 공정을 도시한 단면도이며, 제6도(a) 내지 (c)는 열간 소성 가공된 자성체를 다이 업 세팅시키는 공정을 도시한 단면도이다.
먼저, 본 발명에 따른 이방성 C형 영구 자석 제조 방법은 Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 금속성 튜브(12)내에 주입시켜서 압축분말 자성체(14)를 제조하는 단계와, 상기 압축분말 자성체(14)를 열간 성형 가공용 세미 클로즈형 다이(13)에 주입시킨 후 열간 성형 가공 공정에 의하여 등방성 자석(15)을 형성시키는 단계와, 그리고 상기 등방성 자석(15)을 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이(13)에 주입 시킨 후 다이 업 세팅 공정에 의하여 이방성 영구 자석(16)을 제조하는 단계로 이루어진다.
즉, 제4도(a) 내지 (c)를 참조하면, 강자성의 금속재질 또는 비자성의 비금속재질의 튜브(12)내에 비정질 또는 미세 결정질의 Nd-Fe-B 조성으로 이루어진 자성 합금 분말을 충진시킨 후 상기 금속성 튜브(12)를 제1펀치(11a)와 제2펀치(11b) 사이에 설치한다.
이 후에, 상기 제1펀치(11a)의 가압작용에 의하여 상기 금속성 튜브(12)내에 충진되어 있는 자성 분말을 압축성형하여 고밀도 상태로 유지 (compacting)된 압축분말 자성체(154)로 형성시킨다.
이때, 상기 압축분말 자성체(14)는 상기 금속성 튜브(12)와 일체로 성형되어 있으며 이러한 압축분말 자성체(14)는, 제5도(a) 내지 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 가열수단(A)이 설치된 열간 성형가공용 세미 클로즈형(semi closed) 다이(13a)에 주입된 후 제3펀치(11c)의 가압 작용에 의한 열간 성형 가공 공정에 의하여 1차적으로 열간 압축되어서 고밀도의 등방성 자석(15)으로 제조되며 상기 등방성 자석(15)은 상기 금속성 튜브(12)와 일체로 성형된다.
한편, 제6도(a) 내지 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 등방성 자석(12)을 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이(13b)의 천공부에 주입시킨 후 제4펀치(11d)의 가압 작용에 의한 다이 업세팅 공정에 의하여 상기 등방성 자석(12)을 열간 압축시킴으로서 소성 변형에 의한 이방성 C형 영구 자석(16)을 형성시킨다.
이때, 상기 다이 업세팅 공정은 상기 세미 클로즈형 다이(13b)의 주의에 가열장치의 WORK COIL에 의하여 약 600℃ 내지 1000℃정도의 온도하에서 수행되며 또한 상기 제4펀치(11d)의 가압 작용에 의한 상기 등방성 자석(15)의 두께 단면 감소율은 약 40내지 70% 정도로 이루어진다.
여기에서, 상기 이방성 C형 영구 자석(16)은 상기 금속성 튜브(12)와 일체로 성형되며 이러한 영구 자석(16)의 자력은 (BH)max = 40 내지 50MGOe 정도로 나타난다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이방성 C형 영구 자석 제조 방법은 Nd-Fe-B 자성 합금 분말(4)을 성형용 클로즈형 다이(2a)에 주입시킨 후 압축성형한 분말 자성체(4')를 제조하는 단계와, 상기 분말 자성체(4')를 열간 성형 가공용 클로즈형 다이(2b)에 주입시킨 후 열간 성형 가공 공정에 의하여 등방성 자석(5)을 형성시키는 단계와, 상기 등방성 자석(5)을 튜브(12)가 삽입된 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이(13)에 주입시킨 후 다이 업세팅 공정에 의하여 이방성 C형 영구 자석(16)을 제조하는 단계로 이루어진다.
즉, 제1도(a) 내지 (c)에 도시 되어 있는 바와 같이, 급속 응고에 의하여 비정질 또는 미세 결정질 상태로 유지된 Nd-Fe-B 조성으로 이루어진 자성 합금 분말(4)을 클로즈형 다이(2a)의 천공부에 주입 시킨 후 상온에 유지된 상기 자성 합금 분말(4)을 상펀치(1a)를 사용하여 압축 성형하며 이에 의해서 압축 분말 자성체(4')를 제조한다.
이때, 제2도(a) 내지 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 압축분말 자성체(4')를 상기된 바와 같은 열간 성형 가공용 클로즈형 다이(2b)에 주입시킨 후 상기 압축분말 자성체(4')를 열간 성형 가공(hot-pressing) 공정에 의하여 열간 압축시키며 이에 의해서 상기 분말 자성체(4')는 고밀도의 등방성 자석(5)으로 제조된다.
한편, 상기 클로즈형 다이(2b)의 주위에 설치된 가열 수단의 가열 작용에 의하여 약 600℃ 내지 1000℃정도의 온도하에서 수행되는 상기 열간 성형 가공 공정에 의하여 상기 분말 자성체(4')의 입경계를 통해서 액상의 Nd-rich 상이 밀려나와 시료의 고밀도화가 진행되고 이에 의해서 상기 성형체의 내부 조직에는 비정질상의 결정화 또는 미세 결정의 입도 성장등의 변화가 진행되며 그 결과 약50㎛ 정도 크기의 구형 결정립으로 생성된다.
이 후에, 제6도(a) 내지 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 등방성 자석(5)을 상기된 바와 같은 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이(13b)의 천공부에 설치된 금속성 튜브(12)의 중공부에 주입시킨 후 제4펀치(11d)의 가압작용에 의한 다이 업 세팅 공정에 의하여 상기 등방성 자석(5)을 열간 압축시킴으로서 소성 변형에 의한 이방성 C형 영구 자석(16)을 형성시킨다.
이때, 상기 다이 업 세팅 공정은 상기 세미 클로즈형 다이(13b)의 주위에 설치된 가열 수단 WORK COIL(B)의 가열 작용에 의하여 약 600℃내지 1000℃정도의 온도하에서 수행되며 또한 상기 다이 업 세팅 공정에 의한 상기 등방성 자석(5)의 두께 단면 감소율은 약 40내지 70%정도로 이루어진다.
여기에서, 상기 이방성 C형 영구 자석(16)은 상기 금속성 튜브(12)와 일체로 성형되며 이러한 영구자석(16)의 자력은 (BH)max = 40내지 50MGOe정도로 나타난다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이방성 C형 영구 자석 제조 방법은 Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 금속성 튜브(12)에 주입시킨 후 압축 성형한 분말 자성체(14)를 제조하는 단계와, 상기 압축 분말 자성체(14)를 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이(12)에 주입시킨 후 다이 업 세팅 공정에 의하여 이방성 C형 영구 자석(16)을 제조하는 단계로 이루어진다.
즉, 제4도(a) 내지 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 금속재질로 이루어진 튜브(12)내에 금속 응고 공정등에 의하여 형성된 비정질 또는 미세 결정질의 Nd-Fe-B 조성으로 이루어진 자성 합금 분말을 충진시킨 후 상기 금속성 튜브(12)를 제1펀치(11a)와 제2펀치(11b)사이에 설치한다.
이후에, 상기 제1펀치(11a)의 가압 작용에 의하여 상기 금속성 튜브(12)내에 충진되어 있는 자성 분말을 압축 성형 고밀도 상태로 유지(compacting)된 분말 자성체(14)로 형성시킨다.
이때, 상기 압축 분말 자성체(14)는 상기 금속성 튜브(12)와 일체로 성형되어 있으며 이러한 미가공 자성체(14)는, 제6도(a) 내지 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이(13b)의 천공부에 주입된다.
이 후에, 상기 제4펀치(11d)의 가압 작용에 의한 다이 업 세팅 공정에 의하여 상기 압축 분말 자성체(14)를 열간 압축시킴으로서 소성 변형에 의한 이방성 C형 영구 자석(16)을 형성시킨다.
이때, 상기 다이 업세팅 공정은 상기 세미 클로즈형 다이(13b)의 주위에 설치된 가열장치 WORK COIL에 의하여 약 600℃ 내지 1000℃정도의 온도하에서 수행되며 또한 상기 제4펀치(11d)의 가압 작용에 의한 상기 압축분말 자성체(14)의 두께 단면 감소율은 약 40내지 70% 정도로 이루어진다.
여기에서, 상기 이방성 C형 영구 자석(16)은 상기 금속성 튜브(12)와 일치로 성형되며 이러한 영구 자석(16)의 자력은 (BH)max = 25 내지 35MGOe정도로 나타난다.
상기된 바와 같이, 본 발명에 따라서 제작된 상기 이방성 C형 영구 자석(16)은 상기 금속성 튜브(12)와 일체로 성형되어 있으므로 상기 금속성 튜브(12)를 강자성 재질로 형성시키는 경우에 상기 금속성 튜브(12)와 상기 이방성 C형 영구 자석(16)이 자기 회로를 형성하게 되며 이에 의해서 상기 이방성 C형 영구 자석(16)의 표면적이 증가되어 자력을 증대시킬 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 금형의 마모 또는 파괴를 방지시킬 수 있고 열수축에 의한 자석내의 미세한 크랙 발생을 방지시킬 수 있으며 또한 결정의 자화 용이축을 가압 방향으로 용이하게 정렬시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 금속성 튜브내에 주입시켜서 압축 성형분말 자성체를 제조하는 단계와, 상기 미가공 자성체를 열간 성형 가공용 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 열간 성형 가공(HOT-PRESSING) 공정에 의하여 등방성 자석을 제조하는 단계와, 상기 등방성 자석을 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 다이 업 세팅(DIE-UPSETTING)공정에 의하여 자력이 향상된 이방성 C형 영구 자석을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다이 업 세팅 공정에 의한 상기 등방성 자석(15)의 두께 단면 감소율은 40% 내지 70%로 수행되는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열간 성형 가공 공정 및 다이 업 세팅 공정은 600℃ 내지 1000℃ 온도하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이방성 C형 영구 자석은 상기 금속성 튜브와 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 튜브는 강자성 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  6. Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 클로즈형 다이에 주입 시킨 후 압축 성형한 분말 자성체를 제조하는 단계와, 상기 압축분말 자성체를 열간 성형 가공용 클로즈형 다이에 주입시킨 후 열간 성형 가공(HOT-PRESSING) 공정에 의하여 등방성 자석을 형성시키는 단계와, 상기 등방성 자석을 금속성 튜브가 삽입된 다이 업 세팅용 세미 클로즈형 다이에 주입시킨 후 다이 업세팅 공정에 의하여 자력이 향상된 이방성 C형 영구 자석을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 다이 업세팅 공정에 의한 상기 등방성 자석의 두께 단면 감소율은 40% 내지 70%로 수행되는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 이방성 C형 영구 자석은 상기 금속성 튜브와 일체로 성형되는 것을 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속성 튜브는 강자성 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 다이 업 세팅 공정은 600℃ 내지 1000℃ 온도하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  11. Nd-Fe-B 자성 합금 분말을 금속성 튜브내에 주입시켜서 압축 성형한 분말 자성체를 형성시키는 단계와, 상기 압축 분말 자성체를 튜브가 장착된 다이 업 세팅용 세미클로즈형 다이에 주입시킨 후 다이업 세팅 공정에 의하여 이방성 C형 영구 자석을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이방성 C형 영구 자석은 상기 금속성 튜브와 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 튜브는 강자성 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 다이 업 세팅 공정은 600℃ 내지 1000℃온도하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이방성 C형 영구 자석 제조 방법.
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