KR100241982B1 - 희토류 본드 자석 및 희토류 본드 자석용 조성물 - Google Patents

희토류 본드 자석 및 희토류 본드 자석용 조성물 Download PDF

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KR100241982B1
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야스카와 히데아키
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Abstract

본 발명의 목적인 희토류 자석분말을 결합수지로 결합하여 형성되는 희토류 본드 자석은, 희토류 자석분말과 결합수지로서의 열가소성 수지를 1∼5wt% 포함하며, 또한 바람직하게는 산화방지제를 포함한다. 상기 희토류 자석분말로서는 예를 들면 Sm-Co계 합금, R-Fe-B 계 합금(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종), Sm-Fe-N계 합금중 적어도 1종이 적합하게 사용된다. 상기 열가소성 수지로서는 예를들면 폴리아미드, 액정폴리머(중합체), PPS가 적합하게 사용된다. 상기 산화방지제로서는 킬레이트화제가 적합하게 사용된다. 이러한 희토류 본드 자석에 있어서, 열가소성 수지(3)는 희토류 자석분말(2)의 외면을 덮고, 인접하는 자석분말(2)끼리 접촉하는 것을 저지하도록 한 상태로 존재하고 있다. 이러한 희토류 본드 자석이 바람직한 빈구멍율은 2vol% 이하이다. 희토류 본드 자석은 희토류 자석 분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 혼합한 혼합물 또는 상기 혼합물을 혼련하여 형성되는 혼련물로 구성되는 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하고, 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 바람직하게는 압출성형함으로써 제조할 수 있다. 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중 열가소성 수지 및 산화방지제의 첨가량은 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하고 압출성형에 의해 본드 자석을 제조할 때, 그 압출성형이 가능한 정도의 성형시 유동성이 확보되어지도록 한 량이 된다. 상기와 같은 구성에 의해, 소량의 결합수지로, 성형성, 자기특성이 우수하고, 높은 기계적 강도의 희토류 본드 자석이 얻어진다.

Description

희토류 본드 자석 및 희토류 본드 자석용 조성물
제1도는 본 발명인 희토류 본드 자석의 확대 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 희토류 본드 자석 2 : 자석분말
3 : 열가소성수지
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 희토류 자석분말을 결합수지(binder)로 결합하여 형성되는 희토류 본드 자석 및 상기 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용 조성물에 관한 것이다.
[종래기술]
희토류 본드 자석은, 희토류 자석분말과 결합수지(유기 바인더)와의 혼합물(compound)을 사용하여, 이것을 원하는 자석형상으로 가압 성형하여 제조된 것이지만, 그 성형 방법에는 압축성형법, 사출 성형법 및 압출 성형법이 이용되고 있다.
압축 성형법은 상기 혼합물을 프레스 금형중에 충전하여, 이것을 가압 압축하여 성형체를 얻은 후, 결합수지인 열경화성 수지를 가열 경화시켜 자석을 제조하는 방법이다. 상기 방법은 다른 방법과 비교하여, 결합 수지량이 적더라도 성형이 가능하기 때문에, 얻게된 자석중 수지량이 적어지고, 자기특성의 향상에 있어서 유리하지만, 자석의 형상에 대한 자유도가 작고, 또한, 생산효율이 낮다고 하는 결점이 있다.
사출 성형법은 상기 혼합물을 가열 용융하여, 충분한 유동성을 갖게 된 상태에서 상기 용융물을 금형내에 주입하고, 소정의 자석형상으로 성형하는 방법이다. 상기 방법으로서는 자석의 형상 자유도가 크고, 특히, 다른 형상의 자석도 용이하게 제조할 수 있다고 하는 장점이 있다. 그러나, 성형시에 있어서의 용융물의 유동성은 높은 레벨이 요구되기 때문에, 결합수지의 첨가량을 많게 할 필요가 있고, 따라서, 얻어진 자석내의 수지량이 많아지고, 자기특성이 낮아진다고 하는 결점이 있다.
압출 성형법은 압출 성형기내에 공급된 상기 혼합물을 가열 용융하고, 상기 혼합물을 압출 성형기의 금형으로 부터 밀어냄과 동시에 냉각 고화하고, 얻어진 긴 성형체를 원하는 길이로 절단하여, 자석으로 하는 방법이다. 상기 방법은 상기 압축 성형법의 장점과 상기 사출 성형법의 장점을 겸비한 방법이다. 즉, 압출 성형법은 금형의 선택에 의해 자석의 형상을 어느 정도 자유롭게 설정할 수 있어, 얇은 두께, 긴 자석도 용이하게 제조할 수 있음과 동시에, 용융물의 유동성이 사출 성형과 같은 높은 레벨이 요구되지 않기 때문에, 결합수지의 첨가량을 사출 성형법의 그것에 비해 적게 할 수 있어, 자기특성의 향상에 기여한다.
그런데, 일본국 특허 공보의 특소공 56-31841호 공보, 특소공 56-44561호 공보에 나타나 있듯이, 상기 혼합물중 결합수지로서는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지가 사용되고 있고, 또한, 열경화성 수지의 특성으로 부터, 그 첨가량도 0.5∼4wt% 정도로 낮은 값으로 하는 것이 가능하였다.
그러나, 결합수지로서 열가소성 수지를 사용한 경우에는 그 첨가량 및 본드 자석중의 수지 상태와, 성형성, 자기특성, 기계적 특성등과의 관계에 관해서는 아직 해명되지 않았다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명의 목적은 소량의 열가소성 수지에 의한 결합수지로, 성형성, 자기특성이 우수하여, 기계적 강도가 높은 희토류 본드 자석 및 이것을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용 조성물을 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 희토류 자석분말과 열가소성 수지를 포함하는 희토류 본드 자석으로서, 상기 열가소성 수지의 함유량이 1∼5wt%이고, 상기 열가소성 수지가 상기 희토류 자석분말의 외면을 덮어, 인접하는 희토류 자석 분말끼리 접촉하는 것을 저지하도록 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석이다. 이것에 의해, 소량의 열가소성 수지로, 성형성, 자기특성이 우수하여, 기계적 강도가 높은 희토류 본드 자석을 얻게 된다.
상기의 경우, 희토류 본드 자석중에는 또한, 산화방지제를 함유하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 자석의 제조 과정에 있어서 희토류 자석분말이라든지 열가소성 수지의 산화가 억제되어, 보다 적은 열가소성 수지의 첨가량으로, 희토류 자석분말의 외면 피복상태를 쉽게 얻을 수 있는 동시에 성형성이 향상된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화 방지제를 포함하는 희토류 본드 자석으로서, 상기 열가소성 수지의 함유량이 1∼3.8wt%인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석이다. 이것에 의해, 또한 소량의 열가소성 수지로, 성형성, 자기특성이 우수하고, 기계적 강도가 높은 희토류 본드 자석을 얻을 수 있게 된다.
이들의 경우, 희토류 본드 자석은 그 빈구멍율이 2vol%이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 희토류 본드 자석의 기계적강도 및 내식성이 보다 향상된다.
또한, 결합수지로서 사용되는 열가소성 수지는 융점이 400℃이하인 것이 바람직하다. 그리고, 결합수지로서 사용되는 열가소성 수지는 희토류 자석분말의 표면에 대한 젖음성이 양호한 것이 바람직하다. 이러한 성질을 갖는 열가소성 수지로서는 폴리아미드, 액정폴리머(중합체), 폴리페닐렌설파이드 중 어느 한 종류인 것이 바람직하다.
또한, 사용되는 희토류 자석분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Co를 주로 하는 천이(이동)금속을 기본 성분으로 하는 제1 조성, R(다만, R 은 Y를 포함하는 희토류 원소 중 적어도 한 종류)과, Fe를 주로 하는 천이(이동)금속과, B를 기본 성분으로 하는 제2 조성, 및 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이(이동)금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본 성분으로 하는 제3 조성, 중 적어도 1종으로 구성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 한층더 우수한 자기특성의 희토류 본드 자석을 얻게 된다.
또한, 사용되는 희토류 자석분말은 조성 및/ 또는 평균입자지름이 다른 2종 이상 자석분말을 혼합한 것이 바람직하다. 다른 2종 이상 자석분말을 혼합한 것을 사용한 경우, 혼합하는 각 자석분말의 장점을 같이 가질 수 있어, 보다 한층더 우수한 자기특성을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 평균 입자지름이 다른 2종 이상 자석분만을 혼합한 것을 사용한 경우, 충분한 혼합, 혼련에 의해서, 입자지름이 큰 자석분말 사이에 입자지름이 작은 자석분말이 들어 가는 것과 같은 상태가 되는 확률이 높아지고, 혼합물내에서의 자석분말의 충전율을 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, 2종류 이상 이방성의 자석분말을 혼합한 것을 사용한 경우, 또한 자석의 배향성을 높일 수 있다.
또한, 희토류 본드 자석 중에 포함되어 있는 산화방지제는 금속 이온에 대하여 킬레이트 화합물을 생성하는 킬레이트화제인것이 바람직하다. 상기 킬레이트화제는 산화방지 효과가 특히 높다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 또하나의 특징은 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 포함하며, 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용 조성물로서, 상기 열가소성 수지 및 상기 산화방지제의 첨가량은 상기희토류 본드 자석용 조성물을 사용하여 압출 성형할 때, 그 압출성형이 가능한 정도의 성형시의 유동성이 확보되도록 한 량이 되는 희토류 본드 자석용 조성물이다. 이것에 의해, 자기 특성이 우수하고 기계적 강도가 높은 희토류 본드 자석을 형상 자유도가 넓고, 생산성이 우수하다고 하는 압출성형의 장점을 활용하여 용이하게 제조할 수 있다.
상기의 경우, 산화방지제는 금속 이온에 대하여 킬레이트화합물을 생성하는 킬레이트화제인 것이 바람직하다. 상기 킬레이트화제는 산화방지 효과가 특히 높다.
압출 성형시에 필요하고 또한 충분한 유동성을 확보할 수 있는 조건으로서, 희토류 본드 자석용 조성물에 있어서의 열가소성 수지의 첨가량이 1내지 3.8wt%이고, 또한, 산화방지제의 첨가량이 0.1∼2.0wt%인 것이 바람직하다. 그리고, 열가소성 수지와 산화방지제의 합계 첨가량은 1.1∼4.7wt%인 것이 바람직하다.
또한, 희토류 본드 자석용 조성물은 또한, 상기 열가소성수지를 가소화하는 가소제, 윤활제 중 적어도 한쪽을 함유하는 것이 바람직하다. 이것에 대해, 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련시라든지, 본드 자석의 성형시에 있어서의 재료의 유동성이 보다 향상한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 또한 다른 특징은 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 포함하며, 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용 조성물로서, 상기 열가소성 수지 및 상기 산화방지제의 첨가량은 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하여 압출성형에 의해 본드 자석을 제조할 때, 그 압출성형이 가능한 정도의 성형시 유동성이 확보되고, 또한, 얻어진 희토류 본드 자석의 빈구멍율이 2vol%이하가 되도록 하는 량이 되는 희토류 본드 자석용 조성물이다. 이것에 의해, 자기특성 및 기계적 강도가 보다 한층더 향상된 희토류 본드 자석을 압출성형에 의해 용이하게 제조할 수 있다.
상기의 경우, 열가소성 수지는 폴리아미드, 액정폴리머(중합체), 폴리페닐렌설파이드 중 어느 한 종류이고, 또한 그 첨가량이 1∼3.8wt%인 것이 바람직하며, 또한 산화방지제는 금속이온에 대하여 킬레이트 화합물을 생성하 첨가량이 0.1∼2.0wt%인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 각 희토류 자석용 조성물은 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 사용하는 열가소성 수지가 용융 또는 연화하는 것과 같은 온도로 혼련한 혼련물인 것이 바람직하다. 이러한 희토류 본드 자석용 조성물을 이용함으로써, 압출 성형의 성형성이 보다 향상된다.
본 발명의 다른 목적, 구성, 효과는 이하에 서술하는 실시예에서 분명해 질 것이다.
[발명의 구성 및 작용효과]
이하, 본 발명의 희토류 본드 자석 및 희토류 본드 자석용조성물에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 희토류 본드 자석에 대하여 설명한다. 본 발명의 희토류 본드 자석은 이하와 같은 희토류 자석분말과 열가소성 수지를 포함하며, 또한 필요에 따라 산화방지제를 포함한다.
1. 희토류 자석분말
희토류 자석분말로서는 희토류 원소와 천이(이동)금속을 포함하는 합금으로 구성되는 것이 바람직하고, 특히 다음[1]∼[5]가 바람직하다.
[1] Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Co를 주로 하는 천이(이동)금속을 기본 성분으로 하는 것(이하, Sm-Co계 합금이라고 말한다).
[2] R(다만, R 은 Y를 포함하는 희토류 원소 중 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이(이동)금속과, B를 기본 성분으로 하는 것(이하, R-Fe-B계 합금이라고 말한다)
[3] Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이(이동)금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본 성분으로 하는 것(이하, Sm-Fe-N계 합금이라고 말한다).
[4] R(다만, R 은 Y를 포함하는 희토류 원소 중 적어도 1종)과 Fe등의 천이(이동) 금속을 기본 성분으로 하여, 나노미터 레벨로 상자성을 갖는 것(나노 결정자석).
[5] 상기 [1] ∼ [4]의 조성의 것 중, 적어도 2종을 혼합한 것. 상기의 경우, 혼합하는 각 자석분말의 장점, 특히 자기 특성상의 장점을 겸유할 수 있어, 보다 우수한 자기특성을 용이하게 얻을수 있다. 특히, 2종 이상 이방성을 갖는 자석분말을 혼합한 경우, 자석의 배향도가 향상한다.
Sm-Co계 합금의 대표적인 것으로서는 SmCo5, Sm2 TM17 (다만, TM은 천이(이동)금속)을 들 수 있다.
R-Fe-B계 합금의 대표적인 것으로서는 Nd-Fe-B계 합금, Pr-Fe-B계 합금 Nd-Pr-Fe-B계 합금, Ce-Nd-Fe-B계 합금, Ce-Pr-Nd-Fe-B계 합금, 이들에 있어서의 Fe의 일부를 Ni, Co 등의 다른 천이(이동)금속으로 치환한 것 등을 들 수 있다.
Sm-Fe-N계 합금의 대표적인 것으로서는 Sm2Fe17합금을 질화하여 제작한 Sm2Fe17N3를 들 수 있다.
자석분말에 있어서의 상기 희토류 원소로서는 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 밋슈메탈을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 천이(이동)금속으로서는, Fe, Co, Ni 등을 들 수 있고 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한, 자기특성을 향상시키기 위해서, 자석분말 중에는 필요에 따라, B, Al, Mo, Cu, Ga, Si, Ti, Ta, Zr, Hf, Ag, Zn 등을 함유하는 것도 가능하다.
또한, 자석분말의 평균입자지름은 특히 한정되지 않지만, 0.5∼50㎛ 정도가 바람직하고, 1∼30㎛정도가 보다 바람직하다. 또한, 자석분말의 입자지름은 예를들면, F. S. S. S.(Fischer Sub -Sieve Sizer)법에 의해 측정할 수 있다.
또한, 후술되는 바와같은 소량의 결합수지로 사출성형, 압출 성형에 있어서의 양호한 성형성을 얻기위해서, 자석분말의 입자지름분포는 어느 정도 분산되어 있는(흐트러짐이 있다) 것이 바람직하다. 이것에 의해, 얻어진 본드 자석의 빈구멍율을 저감할 수도 있다.
또한, 상기 [5]인 경우, 혼합하는 자석분말의 조성마다, 평균입자지름이 달라도 무방하다. 상기와 같이, 평균입자지름이 다른 2종이상 자석분말을 혼합한 것을 사용한 경우, 충분한 혼합, 혼련에 의해서, 입자지름이 큰 자석분말 사이에 입자지름이 작은 자석분말이 들어 가도록 한 상태가 될 확률이 높아지고, 따라서, 혼합물내에서의 자석분말의 충전율을 높일 수 있고, 본드 자석의 자기특성의 향상에 기여한다.
자석분말의 제조방법은 특히 한정되지 않고, 예를들면, 용해·주조에 의해 합금 잉고트를 제작하여, 이 합금 잉고트를 적절한 입도로 분쇄하여(또한 분급하여) 얻게 된것, 비정질 합금을 제조하는 것에 사용하는 급냉박대 제조장치에서, 리본형상의 급냉 박편(미세한 다결정이 집합)을 제조하여, 이 박편(얇은띠)을 적절한 알맹이로 분쇄하여(또한 분급하여)얻어진 것등, 어느것이라도 무방하다.
2. 결합수지(바인더)
결합수지(바인더)로서는 열가소성 수지가 사용된다. 결합수지로서 종래부터 사용되고 있는 예를들면, 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지를 사용한 경우에는 성형시에 있어서의 유동성이 나쁘기 때문에, 성형성이 떨어지고, 자석의 빈구멍율이 증대하여, 기계적 강도 및 내식성이 낮지만, 열가소성 수지를 사용한 경우에는 이러한 문제가 해소된다. 또한, 열가소성 수지는 그 종류, 공중합화등에 의해, 예를들면 성형성들 중시한 것이라든지, 내열성, 기계적 강도를 중시한 것과 같이, 광범위한 선택이 가능하게 된다.
사용할 수 있는 열가소성 수지로서는 예를들면, 폴리이미드(예: 나일론 6, 나일론 46, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6-12, 나일론 6-66), 열가소성 폴리이미드, 방향족 폴리에스테르등의 액정폴리머(중합체), 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등의 폴리오레핀, 변성폴리오레핀, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈등, 또는 이들을 주로 하는 공중합체, 블랜드체, 폴리머알로이등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도 상술한 자석분말의 표면에 대한 젖음성이 양호하고 자석분말 외면을 덮는 상태(수지피복 상태)가 얻기쉽고, 기계적 강도도 강한것 부터, 폴리아미드, 액정폴리머(중합체), 폴리페닐렌설파이드를 주로 하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리아미드는 성형성의 향상이 보다 현저한 것, 액정폴리머(중합체), 폴리페닐렌설파이드는 내열성의 향상을 도모할 수 있기 때문에 바람직하다.
이러한 열가소성 수지는 그 종류, 공중합화등에 의해, 예를들면 성형성을 중시한 것이라든지, 내열성, 기계적 강도를 중시한 것과 같이, 광범위한 선택이 가능하게 된다고 하는 장점이 있다.
사용되는 열가소성 수지는 융점이 400℃이하인 것이 바람직하고, 300℃이하인 것이 보다 바람직하다. 융점이 400℃를 넘으면, 성형시의 온도가 상승하여, 자석분말등의 산화가 생기기 쉽게 된다.
또한, 자석분말 표면에 대한 젖음성, 유동성, 성형성을 보다 향상하기 위해서, 사용되는 열가소성 수지의 평균 분자량(중합도)은 10000∼60000정도인 것이 바람직하고, 12000∼30000정도인 것이 보다 바람직하다.
이러한 열가소성 수지의 본드 자석중의 함유량은 1∼5wt% 정도이고, 1∼4.3wt% 정도인 것이 바람직하다. 또한, 후술하는 산화방지제를 첨가하는 경우, 열가소성 수지의 함유량은 1∼3.8wt% 정도인 것이 바람직하고, 1.0∼3.6wt% 정도인 것이 보다 바람직하다. 열가소성 수지의 함유량이 지나치게 적으면, 제조시에 있어서 자석분말과의 충분한 혼련이 곤란하고, 성형성이 저하하며, 또한, 인접하는 자석분말끼리의 접촉이 생기기 쉽게 되어, 저공구멍율, 높은 기계적 강도의 자석을 얻을 수 없다. 또한, 열가소성 수지의 함유량이 지나치게 많으면, 성형성은 양호하지만, 자석의 자기특성이 저하한다.
제1도는 본 발명의 희토류 본드 자석의 단면을 모델화하여 도시한 확대 단면도이다. 동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 희토류 본드 자석(1)에 있어서, 결합수지인 열가소성 수지(3)는 자석분말(2)의 외면을 덮고, 인접하는 자석분말(2) 끼리 접촉하는 것을 저지하도록 한 상태(이하 「수지피복상태」라고 한다)로 존재하고 있다. 이것에 의해, 열가소성 수지의 함유량이 상술한 바와 같이 비교적 적은량이라도, 빈구멍율이 낮고, 기계적 강도가 높고 내식성이 우수한 자석이 얻어진다.
이러한 열가소성 수지의 상태는 희토류 본드 자석의 제조과정에서, 희토류 본드 자석용 조성물(자석분말 및 결합수지등의 혼합물)의 혼련조건, 그 혼련물(혼합물)의 성형조건등의 설정에 의해 얻을 수 있다.
3. 산화방지제
산화방지제는 후술하는 희토류 본드 자석용 조성물을 혼련할때 등에, 희토류 자석분말의 산화(열화, 변질)라든지 결합수지의 산화(희토류 자석분말의 금속성분이 촉매로서 작용하는 것에 의해 생기는 것으로 추정된다)를 방지하기 위해서 상기 조성물중에 첨가되는 첨가제이다. 상기 산화방지제를 첨가하는 경우, 그 첨가량은 예를들면, 0.05∼2.5wt% 정도이다. 상기 산화방지제의 첨가에 의해, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
먼저 제1로, 희토류 자석분말 및 결합수지의 산화를 방지하여, 희토류 자석 분말의 표면에 대한 결합수지가 양호한 젖음성을 유지하기 때문에, 적은 결합 수지량으로 상술한 수지피복 상태를 얻기 쉽다.
제2로, 희토류 자석분말의 산화를 방지하여, 자석의 자기특성의 향상에 기여함과 동시에, 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련시, 성형시에 있어서의 열적 안정성의 향상에 기여하고, 적은 결합 수지량으로 양호한 성형성을 확보할 수 있다.
상기 산화방지제는 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련시라든지 성형시등의 중간 공정에서 휘발하거나, 변질하기도 하기때문에, 제조된 희토류 본드 자석중에는 그 일부가 잔류한 상태로 존재하고 있다. 따라서, 희토류 본드 자석중의 산화방지제의 함유량은 희토류 본드 자석용 조성물중의 산화방지제의 첨가량에 대하여, 10∼90% 정도, 특히 20∼80% 정도로 된다. 상기 산화방지제는 상술한 바와 같이, 자석의 제조시에 있어서의 희토류 자석분말 및 결합수지의 산화를 방지할 뿐만 아니라, 얻어진 자석의 내식성의 향상에도 기여한다.
산화방지제로서는 희토류 자석분말등의 산화를 방지 또는 억제할 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 무방하고, 예를들면, 아민계 화합물, 아미노산계 화합물, 니토로카르본산류, 히드라딘 화합물, 시안화합물, 황화물 등의 자석분말 표면을 불활성화시키는 킬레이트화제가 적합하게 사용된다. 상기 킬레이트화제는 산화방지 효과가 특히 높다. 또한, 산화방지제의 종류, 조성등에 관하여는 이들의 것에 한정되지 앉는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 발명의 희토류 본드 자석에는 필요에 따라, 예를들면, 결합수지를 가소화하는 가소제(예를들면, 스테아린산염, 지방산), 윤활제(예를들면, 실리콘오일, 각종 왁스, 지방산, 알루미나, 실리카, 티타니어등의 각종 무기윤활제), 기타 성형조제등의 각종 첨가제를 함유하고 있더라도 무방하다. 가소제, 윤활제 중 적어도 한쪽을 첨가하면, 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련시라든지, 본드 자석의 성형시에 있어서의 재료의 유동성이 보다 향상한다.
상기와 같은 본 발명의 희토류 본드 자석에 있어서, 빈구멍율(빈구멍(4)의 존재 비율)은 2vol% 이하인 것이 바람직하고, 1.5vol% 이하인 것이 보다 바람직하다. 빈구멍율이 지나치게 높으면, 열가소성 수지의 조성, 함유량, 자석분말의 조성, 입자직경등의 다른 조건에 의해서는 자석의 기계적 강도 및 내식성이 저하할 우려가 있다.
상기와 같은 본 발명의 희토류 본드 자석은 자석분말의 조성, 자석분말의 함유량이 많음 등으로 부터, 이방성 자석인 경우는 물론이고, 등방성 자석이라도, 우수한 자기특성을 갖는다.
즉, 본 발명의 희토류 본드 자석은 무자장내에서 성형된 것인 경우, 자기 에너지적(BH)max가 8MGOe 이상, 특히 9.5MGOe이상을 달성할 수 있다. 또한, 자장내에서 성형된 것인 경우, 자기에너지적(BH)max가 12MGOe 이상, 특히 14MGOe 이상을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 희토류 본드 자석의 형상, 칫수등은 특히 한정되지 않고, 예를들면, 형상에 관해서는 예를들면, 원주형상, 각 기둥형상, 원통형, 원호형상, 평판형상등의 모든 형상의 것이 가능하고, 그 크기도, 대형인 것으로 부터 초소형의 것까지 모든 크기의 것이 가능하다.
다음에, 본 발명의 희토류 본드 자석용 조성물에 대하여 설명한다.
본 발명의 희토류 본드 자석용 조성물은 상술한 희토류 자석분말과 상술한 열가소성 수지와 산화방지제를 주성분으로 포함하고 있다.
상기의 경우, 열가소성 수지 및 산화방지제 각각의 첨가량은 그 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하여 압출성형에 의해 본드 자석을 제조한 경우에, 성형시에 있어서의 상기 조성물의 용융물의 유동성이 필요하고 또한 충분히 확보되도록 한 량, 특히, 얻어진 희토류 본드 자석의 빈구멍율이 2vol% 이하가 되도록 한 량으로 된다.
이와같은 량은 첨가하는 열가소성 수지, 산화방지제의 종류, 조성, 성형방법, 온도, 압력등의 성형조건, 성형물의 형상, 치수등의 여러가지 조건에 따라 다르지만, 일례를 들어 설명하면, 희토류 본드 자석용 조성물중 열가소성 수지의 첨가량은 1∼3.8wt% 정도인 것이 바람직하고, 1.1∼3.6wt% 정도인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 희토류 본드 자석용 조성물중의 산화방지제의 첨가량은 0.1∼2.0wt% 정도인 것이 바람직하고, 0.5∼1.8wt% 정도인 것이 보다 바람직하다. 또한, 산화방지제로서는 산화방지 효과가 특히 높은 것으로서, 상술한 바와 같은 킬레이트화제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 희토류 본드 자석용 조성물은 산화방지제를 첨가하기 때문에, 상기한 바와 같은 적은 결합수지의 첨가량이라도, 양호한 압출성형이 가능하게 된다. 그러나, 희토류 본드 자석용 조성물중의 열가소성 수지의 첨가량이 1wt%미만에서는 혼련물의 점도가 높게 되어 혼련 토오크가 증대하고, 발열에 의해 자석분말등의 산화가 촉진되는 경향이 되기 때문에 산화방지제등의 첨가량이 적은 경우에, 자석분말등의 산화를 충분히 억제할 수 없게 됨과 동시에, 혼련물(수지 용융물)의 점도 상승등에 의해 성형성이 떨어지고, 저공 구멍율, 높은 기계적 강도의 자석을 얻을 수 없다. 또한, 열가소성 수지의 첨가량이 3.8wt%를 넘으면, 성형성은 보다 향상되지만, 자석분말의 조성, 입자직경등의 조건에 따라서는 높은 자기특성을 얻는데는 불리해 진다.
한편, 희토류 본드 자석용 조성물중의 산화방지제의 첨가량이 0.1wt% 미만에서는 산화방지효과가 적고, 열가소성 수지의 첨가량이 적은 경우에, 자석분말등의 산화를 충분히 억제할 수 없게 된다. 또한, 산화방지제의 첨가량이 2.0wt%를 넘으면, 상대적으로 수지량이 감소하여, 성형체의 기계적 강도가 감소한다.
상기와 같이, 열가소성 수지의 첨가량이 비교적 많으면, 산화방지제의 첨가량을 적게 할 수 있고, 반대로, 열가소성 수지의 첨가량이 적으면, 산화방지제의 첨가량을 많게 할 필요가 있다. 따라서, 열가소성 수지와 산화방지제와의 합계량은 1.1∼4.7wt% 정도인 것이 바람직하고, 1.1∼4.5wt% 정도인 것이 보다 바람직하다.
또한, 희토류 본드 자석용 조성물에는 필요에 따라, 상술한 바와 같은 각종 첨가제를 첨가할 수 있다.
가소제의 첨가는 성형시의 유동성을 향상시키기 때문에, 보다 적은 결합수지의 첨가량으로 같은 특성을 얻을 수 있어, 바람직하다. 윤활제의 첨가에 대하여도 마찬가지이다. 가소제, 윤활제의 첨가량은 각각, 0.01∼0.3wt% 정도인 것이 바람직하고, 0.05∼0.2wt% 정도인 것이 보다 바람직하다. 이것들의 첨가량에 있어서, 특히, 가소제, 윤활제로서의 기능을 유효하게 발휘한다.
희토류 본드 자석용 조성물의 형태로서는 희토류 자석분말, 열가소성 수지 및 산화방지제를 혼합한 혼합물인 것 외, 상기혼합물을 혼련한 혼련물이라든지, 상기 혼련물을 펠릿화한 것(예를들면, 입자지름이 1∼12mm 정도)등을 들 수 있다. 이러한 혼련물이라든지 그 펠릿을 사용하면, 압출성형의 성형성이 보다 향상한다.
상기 혼합물의 혼련은 예를들면 롤식 혼련기, 니더, 2축 압축 혼련기와 같은 혼련기등을 사용하여 행해진다.
이때, 혼련온도는 사용하는 열가소성 수지의 조성이라든지 특성등에 따라서 적절히 결정되지만, 열가소성 수지의 열변형온도 또는 연화온도(연화점 또는 유리전장점)이상 온도로 행하여지는 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 열가소성 수지가 비교적 융점이 낮은 것인 경우에는 혼련온도는 그 열가소성 수지의 융점 부근 또는 그 이상의 온도인 것이 바람직하다.
상기와 같은 온도로 혼련을 행함으로써, 혼련의 효율이 향상하여, 보다 단시간으로 균일하게 혼련할 수 있음과 동시에, 열가소성 수지의 점도가 내려간 상태로 혼련되기 때문에, 희토류 자석분말의 주위를 열가소성 수지가 덮도록 한 상태가 되기 쉽고, 따라서, 얻어진 희토류 본드 자석중의 빈구멍율의 감소에 기여한다.
본 발명의 희토류 본드 자석은 예를들면 다음과 같이 하여 제조된다.
상술한 희토류 자석분말과, 열가소성 수지를 포함하며 바람직하게는 또한 산화방지제를 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물(혼합물)을 혼련기기등을 사용하여 상술한 바와 같은 온도로 충분히 혼련하여 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련물을 얻는다.
다음에, 얻어진 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련물(혼합물)을 압출 성형기에 의해, 열가소성 수지의 용융온도 이상 온도(예를들면 폴리아미드계인 경우, 120∼230℃의 온도)로 가열하면서 압출성형하고, 냉각후, 원하는 길이로 절단하여 희토류 본드 자석으로 된다. 또한, 혼련물은 펠릿화된 상태로 압출성형에 제공되는 것도 있다.
또한, 다른 방법으로서, 상술한 희토류 자석분말과, 열가소성 수지와, 바람직하게는 산화방지제를 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물의 혼합물 또는 혼련물(혼합물)을 프레스 금형 중에 충전하여, 열가소성 수지의 용융 온도이상 온도(예를들면, 폴리아미드계인 경우, 180∼200℃의 온도)로 가열하면서, 예를들면 0.5∼3.0t/㎠ 정도의 압력으로 가압하여, 압축성형하고, 원하는 형상의 희토류 본드 자석으로 된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름=20㎛):96wt%와, 폴리아미드(융점=175℃): 3.4wt%와 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 0.6wt%를 압출혼련기를 사용하여 230℃로 혼련하여, 얻어진 혼합물을 압출성형기를 사용하여 금형온도 250℃로 압출성형하고, 직경 10mm의 둥근 막대형상으로 성형하였다. 이때, 혼련기의 배럴내에서의 니딩디스크부의 총길이(혼련강도의 기준)은 15cm이었다. 얻어진 둥근막대를 7mm의 길이로 절단하고, 본 발명의 희토류 본드 자석을 완성하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한바, 폴리아미드: 3.6wt% 이었다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적(BH)max= 9.5MGOe, 밀도ρ=6.06g/㎤, 빈구멍율1.3vol%이었다.
[실시예 2]
혼합물의 조성을 Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름 = 19㎛): 96wt% 폴리아미드, (융점= 175℃): 3.0wt%, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.0wt%로 한 이외는 실시예 1과 같이 하여 본 발명의 희토류 본드 자석을 제조하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 혼련 토오크는 실시예 1의 약80%였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 폴리아미드: 3.3wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적(BH)max= 10.3MGOe, 밀도ρ=6.13g/㎤, 빈구멍율1.1vol%였다.
[실시예 3]
혼합물의 조성을 Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름 = 18㎛): 96.3wt% 폴리아미드(융점= 175℃): 2.5wt%, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.2wt%로 한 이외는 실시예 1과 같이 하여 본 발명의 희토류 본드 자석을 제조하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 니딩디스크부의 총길이를 20cm로 연장하였기 때문에, 혼련기에 있어서의 혼련 토오크는 실시예 1의 약120%로 되었다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 폴리아미드: 2.9wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 11.6MGOe, 밀도ρ=6.21g/㎤, 빈구멍율1.2vol%였다.
[실시예 4]
혼합물의 조성을 Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름 = 21㎛): 97.3wt%, 폴리아미드(융점= 175℃): 1.0wt%, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.5wt%. 이소스테아린산아연(가소제) 0.2wt%로 한 이외는 실시예 1과 같이 하여 본 발명의 희토류 본드 자석을 제조하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 니딩디스크부의 총길이를 30cm로 연장하였기 때문에, 혼련기에 있어서의 혼련토오크는 실시예 1의 약150%로 되었다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 폴리아미드: 1.3wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 14.3MGOe, 밀도ρ=6.54g/㎤, 빈구멍율 1.3vol%였다.
[실시예 5]
실시예 1의 혼합물을 사용하여 실시예 1과 동조건으로 외경 18mm, 두께 0.8mm의 원통형에 연속 압출성형하여, 길이 7mm로 절단하여 원통형의 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성 및 특성은 실시예 1과 마찬가지였다.
[실시예 6]
실시예 3의 혼합물을 사용하여 실시예 3과 동조건으로 외경 18mm, 두께 0.8mm의 원통형에 연속 압출 성형하여, 길이 7mm로 절단하여 원통형의 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성 및 특성은 실시예 3과 마찬가지였다.
[실시예 7]
실시예 4의 혼합물을 사용하여, 프레스 성형기를 사용하여, 온도 225℃, 압력 1t/㎠로 압축성형하고, 외경 18mm, 두께 0.8mm, 길이 7mm의 원통형 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성 및 특성은 실시예 4와 마찬가지였다.
[실시예 8]
Sm(Co0.604Cu0.06Fe0.32Zr0.016)8.3으로 구성되는 자석분말(평균입자지름= 24㎛): 96wt%와, 폴리아미드(융점=175℃): 3.4wt%와, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 0.6wt%를 혼련기를 사용하여 230℃로 혼련하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 니딩디스크부의 총길이를 30cm로 연장하였기 때문에, 혼련기에 있어서의 혼련토오크는 실시예 1의 약120%로 되었다.
얻어진 혼합물을 프레스 성형기를 사용하여, 배향자계 15kOe의 자장내에서, 온도230℃, 압력 1t/㎠로 압축 성형하고, 외경 18mm, 두께 0.8mm, 길이 7mm의 원통형 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 폴리아미드: 3.6wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 20.7MGOe, 밀도ρ=7.35g/㎤, 빈구멍율1.5vol%였다.
[실시예 9]
혼합물의 조성을 Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름 =17㎛): 96wt%, 액정폴리머(중합체) (융점=18℃): 3.0wt%, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.0wt%로 하여, 혼련온도를 250℃로 한 이외는 실시예 1과 같이 하여 본 발명의 희토류 본드 자석을 제조하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 혼련토오크는 실시예 1의 약 125%였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 액정 폴리머(중합체): 3.4wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 9.8MGOe, 밀도 ρ=6.14g/㎤, 빈구멍율1.3vol%였다.
[실시예 10]
혼합물의 조성을 Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름 = 19㎛): 96.2wt%, 액정폴리머(중합체) (융점= 180℃): 2.5wt%, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.3wt%로 하여, 혼련온도를 250℃로 한 이외는 실시예 1과 같이 하여 본 발명의 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 액정폴리머(중합체): 3.0wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 10.4MGOe, 밀도 ρ=6.17g/㎤, 빈구멍율1.2vol%였다.
[실시예 11]
혼합물의 조성을 Sm2Fe17N3로 구성되는 자석분말(평균입자지름= 1.5㎛): 97wt%, 폴리아미드(융점= 175℃): 1.4wt%, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.4wt%, 이소스테아린산아연(가소제): 0.2wt%로 한 이외는 실시예 1과 같이 하여 본 발명의 희토류 본드 자석을 제조하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 니딩디스크부의 총길이를 30cm로 하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 폴리아미드: 1.8wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 21.3MGOe, 밀도 ρ=6.6g/㎤, 빈구멍율 1.2vol%였다.
[실시예 12]
혼합물의 조성을 Sm2Fe17N3로 구성되는 자석분말(평균입자지름= 1.0㎛): 96.2wt%, 액정폴리머(중합체)(융점= 180℃): 2.0wt%, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.5wt%, 이소스테아린산아연(가소제): 0.2wt%, 실리콘오일(윤활제) 0.1wt%로 하여, 혼련온도를 205℃로 한 이외는 실시예 1과 같이 하여 본 발명의 희토류 본드 자석을 제조하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 니딩디스크부의 총길이를 30cm로 하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 액정폴리머(중합체): 2.5wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 20.6MGOe, 밀도 ρ=6.54g/㎤, 빈구멍율1.1vol%였다.
[실시예 13]
Sm(Co0.604Cu0.06Fe0.32Zr0.016)8.3으로 구성되는 자석분말(평균입자지름= 22㎛): 72wt%와, Sm2Fe17N3으로 구성되는 자석분말(평균입자지름= 1.2㎛): 24wt%와, 폴리아미드(융점= 175℃): 3.4wt%와, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 0.6wt%를 혼련기를 사용하여 230℃로 혼련하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 니딩디스크부의 총길이를 30cm이고, 혼련기에 있어서의 혼련토오크는 실시예 1의 약140%로 되었다.
얻어진 혼합물을 프레스 성형기를 사용하여, 배향자계15 kOe의 자장내에서, 온도 230℃, 압력 1t/㎠로 압축성형하고, 외경 18mm, 두께 0.8mm, 길이 7mm의 원통형 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 폴리아미드: 3.7wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 22.5MGOe, 밀도 ρ=7.27g/㎤, 빈구멍율 1.1vol%였다.
[실시예 14]
Sm(Co0.604Cu0.06Fe0.32Zr0.016)8.3으로 구성되는 자석분말(평균입자지름= 22㎛) : 50wt%와, Sm2Fe17N3으로 구성되는 자석분말(평균입자지름 = 1.2㎛) : 27.3wt%와, 이방성 Nd-Fe-B계 자석분말(평균입자지름= 17㎛): 20wt%와 폴리페닐렌설파이드: 1.0wt%와, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제): 1.5wt%와, 이소스테아린산아연(가소제): 0.2wt%를 혼련기를 사용하여 300℃로 혼련하였다. 또한, 혼련기에 있어서의 니딩디스크부의 총길이를 30cm이고, 혼련기에 있어서의 혼련토오크는 실시예 1의 약170%로 되었다.
얻어진 혼합물을 프레스 성형기를 사용하여, 배향자계18kOe의 자장내에서, 온도300℃, 압력 2t/㎠로 압축성형하고, 직경 10mm, 길이 7mm의 둥근 막대형의 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석의 조성을 분석한 바, 폴리페닐렌설파이드: 1.4wt%였다.
또한, 상기 희토류 본드 자석의 특성 평가를 행한 바, 자기 에너지적 (BH)max= 20.1MGOe, 밀도 ρ=7.20g/㎤, 빈구멍율 1.1vol%였다.
이상 실시예 1∼14의 희토류 본드 자석은 어느것이나, 성형성이 우수하고, 또한, 빈구멍율이 낮으며, 기계적 강도가 높고, 자기특성이 우수하다는 것이 확인되었다.
[비교예 1]
(a) Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름= 19㎛): 99.0wt%+에폭시수지: 1.0wt%
(b) Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름= 20㎛): 97.0wt%+에폭시수지: 3.0wt%
(c) Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름= 21㎛): 95.0wt%+에폭시수지: 5.0wt%의 3종류를 혼련기에 의해 실온하에서 혼련하여, 얻어진 혼합물을 프레스 성형기에 의해 압력 5t/㎠로 압축 성형하여, 직경 10mm, 길이 7mm의 원주형상 블럭을 성형하였다. 그 후, 상기 성형체를 150℃로 1시간 열처리하여 수지경화를 행하고, 희토류 본드 자석을 제조하였다.
(a)로 부터 얻어진 희토류 본드 자석은 자석분말과 결합수지(열경화성 수지) 와의 결합이 불충분하기 때문에, 얼마안되는 충격으로 자석분말이 탈락하여, 실용에 견딜 수 없는 것이었다.
(b)로 부터 얻어진 희토류 본드 자석은 열처리 중에 점도가 저하하여 수지가 얼어붙기 시작하여, 수지경화 후에는 얼어붙기 시작한 수지가 자석 표면을 덮는다고 하는 현상이 생겼기 때문에, 자기특성등의 평가를 할 수 없었다.
(c)로 부터 얻어진 희토류 본드 자석은 프레스 금형으로 부터 블럭을 꺼낼때, 형상이 유지될 수 없는 결과로서 성형 할 수 없었다.
[비교예 2]
Nd-Fe-B계 자석분말(급냉 Nd12Fe82B6분말, 평균입자지름= 22㎛): 99.1wt%와, 폴리아미드(융점= 175℃): 0.9wt%를 혼련기를 사용하여 230℃로 혼련하여, 혼합물을 조정하였다. 이 때, 혼련 토오크는 극히 크고, 충분히 혼련을할 수 없던 것에 더하여, 발열에 의해 자석분말의 산화가 현저하였다.
얻어진 혼합물로 부터는 압출성형을 행할 수 없었다. 그 때문에, 상기 혼합물을 프레스 성형기에 의해 온도 230℃, 3.0t/㎠의 압력으로 압축 성형하여, 직경 10mm, 길이 7mm의 원주형상의 희토류 본드 자석을 제조하였다.
얻어진 희토류 본드 자석에 대하여, 자기 특성의 측정을 행한 바, 그 충격에 의해, 자석분말의 탈락이 생기어, 실용에 견딜 수 없는 것이었다.
[실시예 15∼26]
하기 조성①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦의 7종류의 희토류 자석분말과, 하기 A, B, C의 3종류의 열가소성 수지(결합수지)와, 히드라딘계 산화방지제(킬레이트화제)와, 스테아린산아연(가소제), 실리콘오일(윤활제)를 준비하여, 이들을 소정의 조합으로 혼합하였다. 상기 혼합물을 하기 표 1, 표 2에 나타내는 조건으로 혼련하여, 얻어진 희토류 본드 자석용 조성물(혼합물)을 사용하여, 동표에 나타내는 성형조건으로 성형하여, 본 발명의 희토류 본드 자석을 얻었다. 얻어진 자석의 형상, 치수, 조성, 상태, 특성을 하기 표 3, 표 4에 나타낸다.
① 급냉 Nd12Fe82B6분말(평균입자지름= 19㎛)
② 급냉 Nd8Pr4Fe82B6의 분말(평균입자지름= 18㎛)
③ 급냉 Nd12Fe78Co4B6분말(평균입자지름= 20㎛)
④ Sm(Co0.604Cu0.06Fe0.32Zr0.016)8.3분말(평균입자지름= 22㎛)
⑤ Sm2Fe17N3분말(평균입자지름= 2㎛)
⑥ HDDR법에 의한 이방성 Nd13Fe69Co11B6Ga1분말(평균입자지름= 30㎛)
⑦ 나노결정 Nd5.5Fe66B18.5Co5Cr5분말(평균입자지름= 15㎛)
A. 폴리아미드(나일론 12), 융점: 175℃
B. 액정폴리머(중합체), 융점: 180℃
C. 폴리페닐렌설파이드(PPS), 융점: 280℃
또한, 표 3, 표 4중 수지의 상태는 얻어진 희토류 본드 자석을 절단하여, 그 절단면에 대하여 전자 현미경 사진(배율100배)를 촬영하여, 이것에 근거하여 평가하였다.
또한, 표 3, 표 4중의 기계적 강도는 별도로 외경 15mm, 높이 3mm의 시험편을 무자장으로, 표 1, 표 2에 나타내는 금형온도, 1.5t/㎠의 압력으로 프레스 성형하여 절단천공법에 의해 평가하였다.
또한, 표 3, 표 4중의 내식성은 얻어진 희토류 본드 자석에 대하여, 항온항습조에 의해 80℃, 90% RH의 조건으로 가속시험을 행하고, 녹 발생까지의 시간에 의해, ◎, ○, △, ×의 4단계에서 평가하였다.
[비교예 3, 4]
상기 조성①의 희토류 자석분말과, 에폭시 수지(열경화성수지)와의 혼합물을 하기 표 2에 나타내는 조건으로 혼련하고, 얻어진 혼합물에 의해 동 표에 나타내는 성형조건으로 성형하고, 상기 성형체를 150℃로 1시간 열처리하고 수지경화를 행하고, 희토류 본드 자석을 얻었다. 얻어진 자석의 형상, 치수, 조성, 상태, 특성을 하기 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4중의 수지 상태, 기계적 강도(다만, 시험편의 프레스 성형시의 온도는 실온, 압력은 7t/㎠), 내식성의 평가는 상기 실시예와 같이 하여 행하였다.
[비교예 5]
상기 조성①의 희토류 자석분말과, 상기 A의 열가소성 수지와의 혼합물을 하기 표 2에 나타내는 조건으로 혼련하고, 얻어진 혼합물에 의해 동 표에 나타내는 성형 조건으로 성형하였다. 얻어진 자석의 형상, 치수, 조성, 상태, 특성을 하기 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4 중의 수지의 상태등의 평가는 상기 실시예와 같이 하여 행하였다.
별지의 각 표에 나타낸 바와 같이, 실시예 15∼26의 희토류 본드 자석은 어느것이나 성형성이 우수하며, 또한, 빈구멍율이 낮고, 기계적 강도가 높고, 자기특성 및 내식성이 우수한 것이 확인되었다.
이것에 반해, 비교예 3의 희토류 본드 자석은 자석분말과 결합수지와의 결합이 불충분하기 때문에, 자기특성의 측정시 작용하는 충격에 의해 자석분말이 탈락하고, 내식성도 낮아서, 실용에 견딜 수 없는 것이었다.
또한, 비교예 4에서는 자석의 외면에 수지가 번져나오기 시작하는 이상이 발생하였다.
또한, 비교예 5에서는 혼합물의 혼련이 곤란하기 때문에, 자석분말의 산화가 현저하고, 발화가 발생하였다.
이상으로 부터 알수 있듯이, 본 발명에 의하면, 적은 수지량으로, 성형성, 내식성이 우수하며, 기계적강도가 높고, 자기특성이 우수한 희토류 본드 자석을 제공할 수 있다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]

Claims (19)

  1. 희토류 자석분말과 열가소성 수지를 포함하는 희토류 본드 자석에 있어서, 상기 열가소성 수지의 함유량이 1∼5wt%이고, 상기 열가소성 수지가 상기 희토류 자석분말의 외면을 덮고, 인접하는 희토류 자석분말 끼리 접촉하는 것을 저지하도록 존재하고 있으며, 빈구멍율(空孔率)이 2vol% 이하인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  2. 제1항에 있어서, 산화방지제를 함유하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 융점이 400℃이하인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 상기 희토류 자석분말 표면에 대한 젖음성(wet)이 양호한 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리아미드, 액정폴리머, 폴리페닐렌설파이드 중 어느 한 종류인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  6. 제1항에 있어서, 상기 희토류 자석분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Co를 주로 하는 천이(이동) 금속을 기본 성분으로 하는 제1 조성과, R(단, R 은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이 금속과, B를 기본성분으로 하는 제2 조성과, Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이 금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본성분으로 하는 제3 조성 중, 적어도 한종류로 구성되는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  7. 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 포함하는 희토류 본드 자석에 있어서, 상기 열가소성 수지의 함유량이 1∼3.8wt%이며, 빈구멍율이 2vol%이하인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 융점이 400℃이하인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  9. 제7항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리아미드, 액정폴리머, 폴리페닐렌설파이드 중 어느 한 종류인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  10. 제7항에 있어서, 상기 희토류 자석분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Co를 주로 하는 천이(이동) 금속을 기본 성분으로 하는 제1 조성과, R(단, R 은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이 금속과, B를 기본성분으로 하는 제2 조성과, Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이 금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본성분으로 하는 제3 조성 중, 적어도 한종류로 구성되는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  11. 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화 방지제를 포함하며, 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용조성물에 있어서, 상기 열가소성 수지 및 상기 산화방지제의 첨가량은 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하여 압출성형할 때, 그 압출성형이 가능한 정도의 성형시 유동성이 확보되도록 한 량으로 이루어지며, 상기 산화방지제는 자석분말 표면을 불활성화시키는 킬레이트 화합물을 생성하는 킬레이트화제인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석용 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 열가소성 수지와 상기 산화방지제의 합계 첨가량이 1.1∼4.7wt%인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석용 조성물.
  13. 제11항에 있어서, 상기 희토류 본드 자석용 조성물은 상기 희토류 자석분말과 상기 열가소성 수지와 상기 산화방지제를 사용하는 열가소성 수지가 용융 또는 연화되도록 한 온도로 혼련한 혼련물인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석용 조성물.
  14. 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 포함하며, 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용 조성물에 있어서, 상기 열가소성 수지 및 상기 산화방지제의 첨가량은 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하고 압출성형에 의해 본드 자석을 제조한 때, 그 압출성형이 가능한 정도의 성형시의 유동성이 확보되고, 얻어진 희토류 본드 자석의 빈구멍율이 2 vol% 이하가 되도록 한 량이 되는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석용 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리아미드, 액정폴리머, 폴리페닐렌설파이드중 어느 한 종류이며, 그 첨가량이 1∼3.8wt%이고, 상기 산화방지제는 자석분말 표면을 불활성화시키는 킬레이트화제이며, 그 첨가량이 0.1∼2.0wt%이고, 상기 희토류 본드 자석용 조성물은 상기 희토류 자석분말과 상기 열가소성 수지와 상기 산화방지제를 사용하는 열가소성 수지가 용융 또는 연화되도록 한 온도로 혼련한 혼련물인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석용 조성물.
  16. 희토류 자석분말과 열가소성 수지를 포함하는 희토류 본드 자석에 있어서, 상기 열가소성 수지의 함유량이 1∼5wt%이고, 상기 열가소성 수지가 상기 희토류 자석분말의 외면을 덮고, 인접하는 희토류 자석분말 끼리 접촉하는 것을 저지하도록 존재하고 있으며, 상기 희토류 자석분말은 조성 및 평균 입자지름이 다른 2 종류 이상의 자석 분말을 혼합한 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  17. 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 포함하는 희토류 본드 자석에 있어서, 상기 열가소성 수지의 함유량이 1∼3.8wt% 이며, 상기 희토류 자석분말은 조성 및 평균 입자지름이 다른 2 종류 이상의 자석 분말을 혼합한 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  18. 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화방지제를 포함하며, 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용조성물에 있어서, 상기 열가소성수지 및 상기 산화방지제의 첨가량은 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하여 압출성형할 때, 그 압출성형이 가능한 정도의 성형시 유동성이 확보되도록 한 량으로 이루어지며, 희토류 본드 자석용 조성물에서 상기 열가소성 수지의 첨가량이 1∼3.8wt% 이고, 상기 산화방지제의 첨가량이 0.1∼2.0wt% 인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석용 조성물.
  19. 희토류 자석분말과 열가소성 수지와 산화 방지제를 포함하며, 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 희토류 본드 자석용조성물에 있어서, 상기 열가소성 수지 및 상기 산화방지제의 첨가량은 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 사용하여 압출성형할 때, 그 압출성형이 가능한 정도의 성형시 유동성이 확보되도록 한 량으로 이루어지며, 가소제 또는 윤활제를 함유하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석용 조성물.
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