KR100201698B1 - 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치에 관한 것으로, 진공상태를 유지하는 챔버와, 상기 챔버의 일측에 아크를 발생시킬 수 있도록 설치된 아크 발생기와, 상기 아크 발생기와 대향되는 챔버의 타측에 모재를 고정시켜 회전시킬 수 있도록 설치된 회전수단을 구비함으로써 영구자석 잉곳을 회전시켜서 충분한 급냉효과를 얻을수 있으며, 아크를 이용하여 구상형을 갖는 급냉 리본 분말을 제조하여 급냉 리본 분말의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소정의 형상을 갖는 영구자석 형성시 성형성을 향상시키는 효과를 가져올 수 있는 유용한 발명이다.

Description

희토류계 급냉 리본 분말 제조장치

본 발명은 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크(Arc) 용융방법을 이용하여 구상형 분말을 제조할 수 있는 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치에 관한 것이다.

희토류(Rare Earth)원소, 천이금속(Transition Metal ; 이하 TM이라 약칭함) 및 붕소(B)를 기초로 하는 영구자석 조성물이 이미 알려져 있으며, 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 원소 임)을 포함하는 것이다.

이와같은 합금을 제조하는 공지된 방법은 용융상태의 비정질 구조가 등방성이면서 영구자석 특성을 갖는 미세한 결정구조( Crystalline Microstructure)을 얻도록 하는 급속응고장치(Rapid Solidification Process)를 이용하여 오버 팍칭(Over Quenching)된 합금(급냉 리본)을 제조하는 것이다.

또한, 오버 팍칭되어 적절한 보자력을 갖지 않은 급냉 리본을 적절한 온도에서 어닐링(Annealing)하여 결정립을 성장시킴으로서 적절한 보자력을 유도하는 방법 바람직한 방법이 공지되어 있다.

또한, 빠르게 응고된 Re-Fe-B 기본 등방성 합금 입자가 근본적으로 고-밀도체로 열간압축성형되고, 상기 고-밀도체가 소성변형되도록 더욱 고온 가공되어 우수한 이방성 영구자석을 제조할 수 있는 방법이 공지되어 있다.

따라서, 오버 팍칭되어 근본적으로 비정질 구조를 갖는 합금은 고온에서 가공되어 소성변형되고, 이렇게 함으로서 결정립 성장 및 결정 배열이 초래되므로 빠르게 응고된 합금보다 근본적으로 더 높은 자기적 에너지를 갖는 영구자석을 제조할 수 있다.

한편, 급속응고장치는 도 1에 도시된 바와 같이, Re₂TM₁₄B 합금을 석영도가니 등과 같은 용기(2)에 넣고 용융금속합금을 형성하기 위해 가열수단(4)으로 용해한다.

상기 용융금속합금을 작은 직경의 출구를 갖는 노즐(6)을 통해 소정의 회전속도로 회전하는 휘일 드럼(Wheel Drum ; 8)의 표면에 분사시키면 용융금속합금은 거의 순간적으로 응고되어 작은 리본형 입자의 형태로 휘일 드럼(8)의 표면을 빠져 나오게 된다.

상기와 같이 휘일 드럼의 표면을 빠져나온 리본형 입자의 산물은 비정질이거나 또는 미세한 결정질 상태를 이루며, 이와같이 얇은 조각형태의 급냉리본(9)을 이용하여 본디드 영구자석 및 고 에너지 영구자석을 제조한다.

먼저 본디드 영구자석(Bonded Permanent Magnet) 제조방법은 상기 급냉리본 입자에 바인더(Binder)를 적절히 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계와, 이 혼합분말을 금형안에 넣고 냉간압축성형(Cold Pressing)하여 예비성형체(Preform)를 제조하는 단계와, 상기 예비성형체 내에 함유된 바인더를 경화시키기 위한 열처리를 통해 성형체를 제조하는 단계와, 상기 성형체를 표면처리하는 단계로 본디드 영구자석을 제조한다.

한편, 고 에너지 영구자석은 빠르게 응고된 근본적으로 등방성을 갖는 리본형 입자를 고 밀도체로 압축성형하며, 상기 고 밀도체를 소성변형되도록 고온에서 압축성형하여 결정립 성장 및 결정 배열을 초래하여 높은 에너지 생성을 가져올 수 있는 자기적 특성이 우수한 이방성 영구자석으로써, 근본적으로 등방성을 갖는 급냉리본 입자를 금형안에 넣고 냉간압축성형하여 예비성형체를 제조하는 단계와, 상기 급냉리본 입자를 700℃ 부근에서 열간압축성형(Hot Pressing Process)하여 등방성을 부여하는 단계와, 상기 등방화된 영구자석을 700∼750℃ 부근에서 다이-업셋팅 공정(Die-Upsetting Process)으로 소성변형시켜 이방성을 부여하는 단계를 구비하여 자기적 특성이 향상된 고 에너지 영구자석을 제조한다.

그런데, 종래의 영구자석 제조방법에 있어서, 급냉응고장치는 급냉 리본을 제조하기 위한 제조공정이 복잡하고 적절한 입도를 갖는 급냉 리본의 회수율이 떨어지는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 급냉응고장치를 이용한 방법보다 제조공정이 단축되고, 적절한 입도를 갖는 급냉리본의 회수율을 높일 수 있을 뿐아니라 비정질 미세분말을 구상형으로 제조할 수 있는 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 진공상태를 유지하는 챔버와, 상기 챔버의 일측에 아크를 발생시킬 수 있도록 설치된 아크 발생기와, 상기 아크 발생기와 대향되는 챔버의 타측에 모재를 고정시켜 회전시킬 수 있도록 설치된 회전수단을 주요 구성으로 한 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 희토류계 급냉 리본 제조장치를 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 희토류계 급냉 리본 제조장치를 보인 사시도.

도면의 주요부분에 대한 부호 설명

10 : 영구자석 잉곳12: 급냉 리본 분말

20 : 챔버22 : 아크 발생기

24 : 회전수단

이하, 본 발명에 따른 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치를 첨부 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 2은 본 발명에 따른 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치를 보인 사시도이다.

먼저 희토류 원소가 많이 함유된 결정립계를 갖으면서 불규칙하게 배열된 Nd-Fe-B 결정립을 포함하는 자기적으로 등방성인 미세한 결정질 물질 또는 비정질 물질로 이루어진 영구자석 잉곳(Ingot;10)을 준비한다.

챔버(20) 내에 설치된 아크 발생기(22)는 도면상 미도시된 전원공급장치에 의해 고전압이 인가되어 아크 발생기(22)의 끝단에 집중되며, 아크 발생기(22)의 끝단과 소정거리 이결되어 고정되는 도전성을 갖는 영구자석 잉곳(10)에 의해 아크가 발생된다.

한편, 영구자석 잉곳(10)을 고정시키면서 회전시키기 위한 회전수단(24)은 아크 발생기(22)와 대향되는 방향에 설치되며, 영구자석 잉곳(10)을 3000∼5000RPM의 회전수를 갖도록 회전시킨다.

즉, 아크 발생기(22)의 아크에 의해 영구자석 잉곳(10)의 선단부가 용융되며, 동시에 영구자석 잉곳(10)은 회전수단(24)에 의해 고속으로 회전하고 있으므로 용융물은 원심력에 의해 영구자석 잉곳(10)을 중심으로하여 바깥쪽으로 분산되면서 빠르게 응고되어 급냉 리본 분말(12)이 제조된다.

이와같이 빠르게 응고된 합금은 비정질 또는 미세한 결정상태의 분말을 이루며, 구상형을 갖게된다.

한편, 이와같은 공정이 진행되는 동안 영구자석 잉곳(10)이 선단부부터 제거되어 분말화 되므로인해 아크 발생기(22)와 영구자석 잉곳(10)의 이격거리가 변화되는 것을 방지하기 위해 아크 발생기(22)가 설치된 챔버(20)의 일측면 또는 회전수단(24)이 설치된 챔버(20)의 차측면 중 일면이 전후 방향으로 이동가능하게 설치된다.

예시된 도면에서는 회전수단(24)이 설치된 챔버(20)의 일면이 전후방향으로 이동가능하게 된 것을 보이고 있다.

이와같은 아크를 이용한 용융방법은 기존의 급속응고장치를 이용하여 급냉 리본을 제조하는 방법과 비교하여 공정이 간단하고 많은 양을 제조할 수 있으며, 회수율이 높고 구상형 분말을 갖게되므로 성형성을 높일 수 있다.

즉, 구상형의 미세분말로 이루어진 급냉 리본 분말을 바인더(Binder)와 적절히 혼합하여 바인더의 경화온도로 경화시켜 본디드 영구자석을 제조할 수 있으며, 또한, 급냉 리본 분말을 고 밀도체로 소성변형되도록 고온에서 압축성형하여 결정립 성장 및 결정 배열을 초래하여 높은 에너지 생성을 가져올 수 있는 자기적 특성이 우수한 이방성 영구자석을 제조할 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, 영구자석 잉곳을 회전시켜서 충분한 냉각효과를 얻을수 있으며 아크를 이용하여 구상형을 갖는 급냉 리본 분말을 제조할 수 있는 장치를 제공함으로써 급냉 리본 분말의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소정의 형상을 갖는 영구자석 형성시 성형성을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (3)

1. 진공상태를 유지하는 챔버와,

   상기 챔버의 일측에 아크를 발생시킬 수 있도록 설치된 아크 발생기와,

   상기 아크 발생기와 대향되는 챔버의 타측에 모재를 고정시켜 회전시킬 수 있도록 설치된 회전수단을 구비하는 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전수단은 3000∼5000RPM의 회전수를 갖는 것을 특징으로 하는 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 아크 발생기가 설치된 챔버의 일측면 또는 회전수단이 설치된 챔버의 차측면 중 어느 일면이 전후 방향으로 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 희토류계 급냉 리본 분말 제조장치.