KR100198361B1 - 희토류계 영구자석 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 튜브를 이용한 희토류계 영구자석 제조방법에 관한 것으로, 종래에는 예비성형체의 튜브와 급냉리본이 동시에 소성변형되면서 튜브가 영구자석의 상.하면의 일부를 감싸게 되어 영구자석의 자기적 특성을 떨어뜨리는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 급냉리본을 튜브에 넣어 예비성형체를 형성하는 단계와, 상기 예비성형체를 금형장치에 장입하고 상.하부펀치를 가압하는 열간압축가공단계와, 상기 상.하부펀치를 더욱더 가압하여 고밀도화된 급냉리본과 튜브를 소성변형시키는 열간소성변형단계로 이루어진 희토류계 영구자석 제조방법 및 그 제조장치를 제공함으로써 예비성형체의 튜브는 제외하고 급냉리본만의 밀도를 높여 열간압축성형 한 후 연속적으로 튜브와 급냉리본의 열간소성변형 단계를 수행하여 튜브가 급냉리본의 상하면에 감기는 현상을 방지할 수 있다.

Description

희토류계 영구자석 제조방법 및 그 제조장치

본 발명은 튜브를 이용한 희토류계 영구자석 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상.하부 코어펀치가 구비된 영구자석 제조장치를 통하여 예비성형체의 튜브는 제외하고 급냉리본만의 밀도를 높여 열간압축성형 한 후 연속적으로 튜브와 급냉리본의 열간소성변형하도록 한 희토류계 영구자석 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 하나 또는 그 이상의 희토류원소(Rare Earth Element ; 이하 RE라 약칭함), 하나 또는 그 이상의 천이금속(Transition Metal ; 이하 TM이라 약칭함) 및 붕소(B)를 기초로 하는 희토류계 영구자석 조성물(RE-TM-B) 및 제조방법이 공지되어 있다.

여기서 희토류 원소로는 네오디뮴(Nd), 또는 프라세어디뮴(Pr) 또는 두원소 모두 해당되고, 천이금속으로서는 철(Fe) 또는 철과 코발트(Co)의 혼합물이 해당된다. 이들의 바람직한 조성물은 Re₂TM₁₄B 상( 여기서 TM은 철을 포함하는 하나 또는 그 이상의 천이금속 임)을 포함하는 것이다.

종래의 희토류계 영구자석을 제조하기 위한 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 예비성형체(10)가 들어가는 중앙홀(12) 주변에 가열수단(14)이 구비된 다이(16)와, 상기 다이(16)의 상하부에서 적어도 하나의 가압장치(18)를 갖도록 설치된 상부펀치(20) 및 하부펀치(22)로 구성된다.

상기 예비성형체(10)는 희토류계 합금을 용해한 후 금속응고하여 비정질 또는 미세한 결정구조를 갖는 급냉리본(26)이 튜브(24)에 장입되어 이루어진다.

한편, 영구자석을 제조하기 위한 방법은 상기 예비성형체(10)를 중앙홀(12)에 넣고 열간압축가공(Hot Pressing Process) 및 다이업셋 가공(Die-Upset Process)을 한 번의 스트로크(One-Stroke)로 가압하여 이방성을 갖도록 한다.

약 700℃의 온도에서 진행되는 열간압축가공은 튜브(24)에 장입된 급냉리본(26)이 고밀도의 등방성을 갖도록 하는 단계이며, 대체로 열간압축가공과 비슷한 온도에서 진행되는 다이업셋 가공은 등방성 예비성형체(10)에 소성변형을 일으키도록 하여 대체로 가압방향의 축과 평행을 이루는 방향으로 자기적 이방성을 갖도록 하는 단계이다.

그런데 이와같은 종래의 희토류계 영구자석 제조방법에서는 예비성형체(10)의 튜브(24)와 급냉리본(26)이 동시에 소성변형되면서 튜브(24)가 급냉리본(26)의 상.하면의 일부를 감싸게 되어 영구자석의 자기적 특성을 떨어뜨리는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금형장치의 상.하부펀치에 가압력이 공정단계별로 다르게 가해질 수 있는 탄성수단을 구비하여 튜브가 영구자석을 감싸는 현상을 방지할 수 있는 희토류계 영구자석 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 하나 또는 그 이상의 희토류 원소, 하나 또는 그 이상의 천이금속 및 붕소를 함유하는 희토류계 합금으로 이루어진 영구자석 제조방법에 있어서, 희토류 합금을 용융상태에서 급속응고시켜 비정질 또는 미세 결정 구조를 갖는 급냉리본을 튜브에 넣어 예비성형체를 형성하는 단계와, 상기 예비성형체를 금형장치에 장입하고 진공분위기 아래에서 상.하부펀치를 가압하여 급냉리본의 밀도를 고밀도화하는 열간압축가공단계와, 상기 상.하부펀치를 더욱더 가압하여 고밀도화된 급냉리본과 튜브를 소성변형시키는 열간소성변형단계로 희토류계 영구자석 제조방법을 제공한다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 예비성형체가 들어가는 중앙홀 주변에 가열수단이 구비된 다이와, 상기 다이의 상하부에서 적어도 하나의 가압장치를 갖도록 설치된 상부펀치 및 하부펀치를 구비하는 희토류계 영구자석 제조장치에 있어서, 상기 상.하부펀치의 내면에 일측면이 밀폐된 중공부가 형성되고, 상기 중공부에 직선운동가능하도록 설치되는 상.하부 코어펀치와, 상기 중공부와 상기 상.하부 코어펀치 사이에 팽창력을 발휘할 수 있도록 설치되는 탄성수단과, 상기 상.하부 코어펀치의 운동을 제한할 수 있도록 중공부에 설치되는 걸림부재를 구비하는 희토류계 영구자석 제조장치를 제공한다.

도 1은 종래의 영구자석 제조방법을 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 영구자석 제조장치를 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 영구자석 제조장치의 작용을 보인 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호 설명

10;예비성형체 12;중앙홀

14;가열수단; 16;다이

18;가압장치 20;상부펀치

22;하부펀치 24;튜브

26;급냉리본 30;상부 코어펀치

32;하부 코어펀치34;탄성수단

36;걸림부재

이하, 본 발명에 따른 희토류계 영구자석 제조장치를 첨부 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도면 2 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영구자석 제조장치를 도시한 단면도로서, 다이(16), 가압장치(18), 상.하부펀치(20)(22), 상.하부 코어펀치(30)(32), 탄성수단(34), 걸림부재(36), 가열수단(14) 및 다이(16)에 장입되는 예비성형체(10)로 구성된다.

한편, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 영구자석 제조장치와 도 1에 도시된 종래의 영구자석 제조장치와 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성부재는 동일부호를 사용하기로 한다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 희토류 원소, 하나 또는 그 이상의 천이금속 및 붕소를 함유하는 희토류계 합금으로 이루어진 급냉리본(26)을 튜브(24)에 넣은 예비성형체(10)를 준비한다.

급냉리본(26)은 RE-TM-B의 합금으로 이루어진 영구자석 재료를 용해한 후 급속냉각하여 제조한다.

도면상 튜브(24)는 원통형으로 도시되어 있으나, 각형 또는 그 외 다른 형상 및 크기로 형성될 수 있으며, 튜브(24)의 재료는 희토류계 영구자석의 산화를 방지할 수 있도록 표면 보호 효과를 가질 수 있는 Fe, Cu, Fe계합금, 구리합금 등으로 이루어진 것이다.

다이(16)는 예비성형체(10)를 넣을 수 있는 중앙홀(12)과, 상기 중앙홀(12) 주변에 설치된 고주파 유도가열장치 등의 가열수단(14)을 구비한다.

중앙홀(12)의 직경 및 너비는 최종적으로 얻고자하는 영구자석의 직경 및 너비와 동일한 크기를 갖도록 형성되며, 예비성형체(10)는 이후 가압가공을 통해 측방향으로 소성변형이 일어날 수 있도록 중앙홀(12)의 직경 및 너비에 비해서는 충분히 작게 형성되어야 한다.

상부펀치(20) 및 하부펀치(22)는 각각 예비성형체(10)와 접촉하여 상.하부에서 가압력을 전달하는 부분으로 상.하부펀치(20)(22) 중 적어도 어느 하나가 가압장치(18)를 구비하며, 내면에는 각각 일측이 밀폐된 중공부가 형성되어 상.하부 코어펀치(30)(32)가 설치된다.

상.하부 코어펀치(30)(32)는 다이(16)에 장입된 예비성형체(10)의 튜브(24)부분을 제외한 급냉리본(26)의 직경과 동일한 크기를 갖으며, 탄성수단(34) 및 걸림부재(36)에 의해 소정의 가압력을 발휘할 수 있도록 중공부에 설치된다.

탄성수단(34)은 상.하부 코어펀치(30)(34)에 가압력을 전달할 수 있는 팽창력을 부여할 수 있도록 설치된다.

이와같은 탄성수단(34)이 도면에서는 중공부와 상.하부 코어펀치(30)(32) 사이에 팽창력을 갖는 스프링이 설치된 일예를 보이고 있으나, 공압 또는 유압을 이용한 액츄에이터 등을 이용할 수도 있음을 주지해야 한다.

한편, 걸림부재(36)는 중공부 내부에는 상.하부 코어펀치(30)(32)의 직선운동의 스트로크를 제한(특히, 후진 운동의 스트로크를 제한)하여 상.하부 코어펀치(30)(32)가 완전히 후진되었을 때 상.하부펀치(20)(22)의 끝단부와 상.하부 코어펀치(30)(32)의 끝단부가 일치할 수 있도록 부착된다.

이하 본 발명의 제조방법을 첨부된 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 영구자석 제조방법을 순차적으로 가압전의 상태와, 열간압축성형 단계가 진행중인 상태와, 열간압축성형 단계가 완료된 상태와, 열간소성변형 단계가 완료된 상태를 보인 것이다.

먼저, 원형 또는 각형으로 이루어진 튜브(24)에 급냉리본(26)을 넣은 예비성형체(10)을 준비한다.

이와같은 예비성형체(10)를 중앙홀(12)에 장입하여 하부 코어펀치(32) 위에 올려놓는다.

이어서, 진공분위기 아래에서 가열수단(14)에 의해 다이(16)를 가열하여 예비성형체(10)의 온도를 약 700∼850℃로 유지시킨 후, 가압장치(18)를 작동시켜 하부펀치(22)가 중앙홀(12)을 따라 상승되면서 예비성형체(10)는 먼저 상.하부 코어펀치(30)(32) 사이에서 압축된다.

이때, 상.하부 코어펀치(30)(32)의 직경은 예비성형체(10)의 튜브(24)부분을 제외한 급냉리본(26)부분에만 맞춰져 있으므로 튜브(24)를 제외한 급냉리본(26)만이 압축된다.

상.하부 코어펀지(30)(32)의 가압력은 예비성형체(10)를 열간압축성형 단계에서 필요로하는 고밀도로 형성하기 위한 정도이며, 그 이상의 가압력이 가해지면 탄성수단(34)의 팽창력이 이를 견디지 못하고 후퇴된다.

따라서, 가압력을 계속해서 가하거나 그 이상의 가압력을 가하면 상.하부 코어펀치(30)(32)는 후퇴되어 걸림부재(36)에 의해 상.하부펀치(20)(22)의 끝단부와 일치되는 점에서 멈추게 된다.

계속되는 단계로 그 이상의 가압력이 가해지면 상.하부펀치(20)(22)의 가압력이 예비성형체(10)의 튜브(24)와 급냉리본(26)을 동시에 가압하여 예비성형체(10)의 소성변형이 일어나게 된다.

이때, 열간압축성형 단계에서는 급냉리본(26)이 고밀도로 압축되면서 등방성을 갖게 되며, 열간소성변형 단계에서는 소성변형을 일으키면서 자화 용이축이 가압방향과 대체로 평행한 방향으로 이방화된다.

따라서, 열간압축성형 단계 및 열간소성변형 단계를 한 번의 스트로크로 수행하는 과정에서 급냉리본(26)만을 충분히 고밀도화시킨 후 동시에 튜브(24)와 급냉리본(26)을 소성변형시키므로 종래와 같이, 튜브(24)의 끝단부가 급냉리본(26)의 상하면으로 감싸면서 굴곡되는 현상을 억제할 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, 상.하부 코어펀치가 구비된 영구자석 제조장치를 통하여 예비성형체의 튜브는 제외하고 급냉리본만의 밀도를 높여 열간압축성형 한 후 연속적으로 튜브와 급냉리본의 열간소성변형하도록 함으로써 튜브가 급냉리본의 상하면에 감기는 현상을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 하나 또는 그 이상의 희토류 원소, 하나 또는 그 이상의 천이금속 및 붕소를 함유하는 희토류계 합금으로 이루어진 영구자석 제조방법에 있어서,

   희토류 합금을 용융상태에서 급속응고시켜 비정질 또는 미세 결정 구조를 갖는 급냉리본을 튜브에 넣어 예비성형체를 형성하는 단계와,

   상기 예비성형체를 금형장치에 장입하고 진공분위기 아래에서 상.하부펀치를 가압하여 급냉리본의 밀도를 고밀도화하는 열간압축가공단계와,

   상기 상.하부펀치를 더욱더 가압하여 고밀도화된 급냉리본과 튜브를 소성변형시키는 열간소성변형단계로 이루어진 희토류계 영구자석 제조방법.
2. 예비성형체가 들어가는 중앙홀 주변에 가열수단이 구비된 다이와, 상기 다이의 상하부에서 적어도 하나의 가압장치를 갖도록 설치된 상부펀치 및 하부펀치를 구비하는 희토류계 영구자석 제조장치에 있어서,

   상기 상.하부펀치의 내면에 일측면이 밀폐된 중공부가 형성되고,

   상기 중공부에 직선운동가능하도록 설치되는 상.하부 코어펀치와,

   상기 중공부와 상기 상.하부 코어펀치 사이에 팽창력을 발휘할 수 있도록 설치되는 탄성수단과,

   상기 상.하부 코어펀치의 운동을 제한할 수 있도록 중공부에 설치되는 걸림부재를 포함하여 이루어지는 희토류계 영구자석 제조장치.