KR100315628B1 - 본드자석용영구자석의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 희토류압축 본드자석용 컴파운드를 제조하는데 있어 MQ분말(미국 Magnequench사에서 생산)에 가격이 저렴하고 온도상승과 함께 보자력이 동시에 증가하는 스토로륨(바륨)페라이트(Sr(Ba)-Ferrite)와 자기특성은 비교적 낮으나 온도특성이 매우 우수한 알리코(Alnico)합금 또는 브론제3철(Fe3B)과 Nd2Fe14B 및 순철(α-Fe)과 Nd2Fe14B 복합상으로 각각 구성된 나노컴포지트(Nanocomposite)합금을 혼합제조하여 저렴한 비용으로 공급할 수 있고 높은 온도의 특성이 양호하며 고잔류 자속밀도를 갖도록 하는 본드자석용 영구자석의 제조방법을 제공하는데 그 특징이 있다.

Description

본드자석용 영구자석의 제조방법
본 발명은 본드자석용 영구자석의 제조방법에 관한 것으로, 특히 희토류압축 본드자석용 컴파운드(Compound)를 제조하는데 있어 미국 Magnequench사에서 생산하고 있는 Nd-Fe B계 분말(Powder)(하기에서는 "MQ분말"이라 칭한다)에 스트로륨(바륨) 페라이트(Sr(Ba)-Ferrite), 알리코(Alnico)합금 또는 브론제3철(Fe3B)과 Nd2Fe14B 및 순철(α-Fe)과 Nd2Fe14B 복합상으로 각각 구성된 나노컴포지트 (Nanocomposite)합금을 혼합하여 제조함으로써 저렴한 비용으로 공급할 수 있고 높은 온도의 특성이 양호하며 고잔류 자속밀도를 갖도록 하는 본드자석용 영구자석의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압축성형 본드자석은 자석분말에 약 2∼3wt%의 에폭시수지를 혼합하여 컴파운드로 제조하고 프레스를 이용하여 압축성형한 후 열처리, 연마 및 표면처리공정을 거쳐 제조된다.
이와같이 제조된 압축성형은 사출성형용에 비하여 고특성, 칫수정밀성을 얻을 수 있고, 대량생산에 활용되기 용이한 점이 있어 본드자석의 제조기술로 널리사용되고 있는 실정이다.
종래에 상업화되어 있는 일반적인 본드자석인 페라이트자석 및 알리코자석은 최대자기에너지적((BH)max)이 약 1∼3MGOe 정도의 낮은 특성으로 인하여 범용 및 저급용도에서만 사용되고 있으며 MQ분말을 이용한 Nd-Fe-B 자석의 경우 최대자기에너지적((BH)max)이 7∼10MGOe의 고특성을 얻을 수 있으므로 HDD(Hard Disk Drive), FDD(Floppy Disk Driver) 및 CD-ROM 등의 OA(Office Automation)기기용 소형모터에 활용되고 있으나 이는 낮은 성형밀도로 인해 자석으로 활용하기 힘든 문제가 있다.
또한, 원가절감과 비교적 양호한 자기특성((BH)max=3∼7MGOe)이 동시에 요구되는 중급용도용 압축본드자석을 제조하기 위해서는 단위부피당 희토류자석분말의 밀도를 감소시키기 위해 성형압력을 약 2∼3ton으로 하여 제조하거나, 상당히 많은 량의 에폭시를 첨가하여 바인더의 부피분률을 높이는 방법등이 제시되고 있으나 이는 성형후 열처리과정에서 바인더가 과다하게 팽창하므로 칫수안정성 및 고정밀도가 요구되는 분야에 활용되기가 어려운 실정이어서 이와 같은 자석을 제조하는데 사출성형법이 적용될 수 밖에 없는 문제가 있다.
한편, Nd-Fe-B 본드자석은 온도상승에 따른 잔류자속밀도(Br) 저하(α= -0.12%/℃)가 심하고 보자력(iHc)이 급격한 감소(β= -0.4)하는 특성을 나타내며, 희토류원소를 함유하게 되므로 산화가 쉽게 일어나는 등 자기특성의 신뢰성이 문제가 되어 그 사용온도가 100℃이하로 제한되고 있어 고보자력(iHc = 9∼11KOe)으로 인하여 다극착자시 높은 착자전압이 요구되어 완전착자가 매우 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반문제점들은 근본적으로 치유하기 위해 연구 창출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.
본 발명은 희토류압축 본드자석용 컴파운드를 제조하는데 있어 MQ분말(미국 Magnequench사에서 생산)에 가격이 저럼하고 온도상승과 함께 보자력이 동시에 증가하는 스트로륨(바륨) 페라이트(Sr(Ba)-Ferrite)와 자기특성은 비교적 낮으나 온도특성이 매우 우수한 알리코(Alnico)합금 또는 브론제3철(Fe3B)과 Nd2Fe14B 및 순철 (α-Fe)과 Nd2Fe14B 복합상으로 각각 구성된 나노컴포지트(Nanocomposite)합금을 혼합 제조하여 저렴한 비용으로 공급할 수 있고 높은 온도의 특성이 양호하며 고잔류자속밀도를 갖도록 하는 본드자석용 영구자석의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 실시예들을 하기에서 상세히 살펴보기로 한다.
MQP-B분말과 Sr(Ba)페라이트분말을 각각 50∼250㎛의 입도로 분쇄하여 각각 MQP-B(100-X)Sr(Ba)-Ferrite(x) (X=5∼95wt%)의 비율로 혼합하는 공정과 상기 혼합공정후 2.5wt%의 에폭시를 첨가하여 컴파운드(Compound)로 제조하는 공정과 상기 제조된 컴파운드는 프레스를 이용하여 6∼15톤 범위에서 지름(mm) x 높이(mm)의 형상에 밀도가 약 3∼7g/cc를 갖는 압축성형체로 성형하는 공정과 상기 성형공정후에 열처리, 표면처리 및 착자를 통해 자석으로 형성된 공정으로 이루어진다.
상기 공정으로 이루어진 자석의 자기특성은 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이 B-H 루프트레이서를 이용하여 최대자장 20kOe 인가하고 상온에서 200℃의 온도범위에서 각각의 루프(loop)를 측정하여 얻어진 결과로써 자기특성이 양호하게 나타냄 알 수가 있다.
<표 1>
본 발명의 다른 실시예를 살펴보면 MQP-B분말과 알리코분말을 각각 50∼250㎛의 입도로 분쇄하여 각각 MQP-B(100-Y)Alnico(Y)(Y=5∼95wt%)의 비율로 혼합하는 공정과 상기 혼합공정후 2.5wt%의 에폭시를 첨가하여 컴파운드(Compound)로 제조하는 공정과 상기 제조된 컴파운드는 프레스를 이용하여 6∼15톤 범위에서 지름(mm) x 높이(mm)의 형상에 밀도가 약 3∼7g/cc를 갖는 압축성형체로 성형하는 공정과 상기성형공정후에 열처리, 표면처리 및 착자를 통해 자석으로 형성된 공정으로 이루어진다.
상기 공정으로 이루어진 자석의 자기특성은 하기의 표 2에 나타낸 바와 같이 B-H 루프트레이서를 이용하여 최대자장 20kOe 인가하고 상온에서 200℃의 온도범위에서 각각의 루프(loop)를 측정하여 얻어진 결과로써 자기특성이 양호하게 나타냄을 알 수가 있다.
<표 2>
본 발명의 또 다른 실시예를 살펴보면 MQP-B분말과 Nanocomposite를 각각 50∼250㎛의 입도로 분쇄하여 각각 MQP-B(100-Z)Nanocomposite(z)(z=5∼95wt%)의 비율로 혼합하는 공정과 상기 혼합공정후 2.5wt%의 에폭시를 첨가하여 컴파운드(Compound)로 제조하는 공정과 상기 제조된 컴파운드는 프레스를 이용하여 6∼15톤 범위에서 지름(mm) x 높이(mm)의 형상에 밀도가 약 3∼7g/cc를 갖는 압축성형체로 성형하는 공정과 상기 성형공정후에 열처리, 표면처리 및 착자를 통해 자석으로 형성된 공정으로 이루어진다.
상기 공정으로 이루어진 자석의 자기특성을 하기의 표 3에 나타낸 바와 같이 B-H 루프트레이서를 이용하여 최대자장 20kOe 인가하고 상온에서 200℃의 온도범위에서 각각의 루프를 측정하여 얻어진 결과로써 자기특성이 양호하게 나타냄을 알 수가 있다.
<표 3>
또한, Sr(Ba)페라이트분말과 알리코분말을 각각 50∼250㎛의 입도로 분쇄하여 각각 Alnico(100-W)Sr(Ba)-Ferrite(w)(w=5~95wt%)의 비율로 혼합하는 공정과 상기 혼합공정후 2.5wt%의 에폭시를 첨가하여 컴파운드(Compound)로 제조하는 공정과 상기 제조된 컴파운드 프레스를 이용하여 6∼15톤 범위에서 지름(mm) x 높이(mm)의 형상에 밀도가 약 3∼7g/cc를 갖는 압축성형체로 성형하는 공정과 상기 성형공정후에 열처리, 표면처리 및 착자를 통해 자석으로 형성된 공정이 있다.
상기 공정으로 이루어진 자석의 자기특성은 하기의 표 4에 나타낸 바와 같이 B-H 루프트레이서를 이용하여 최대자장 20kOe 인가하고 상온에서 200℃의 온도범위에서 각각의 루프(loop)를 측정하여 얻어진 결과로써 자기특성이 양호하게 나타냄을 알 수가 있다.
<표 4>
이상에서 본 발명은 50∼250㎛의 입도를 갖는 MQ분말에 Sr(Ba)-Ferrite분말, Alnico분말 및 Nanocomposite분말을 각각 MQP-B(100-X)Sr(Ba)-Ferrite(x)(x=5∼95wt%) , MQP-B(100-Y)Alnico(Y)(Y=5∼95wt%), 및 MQP-B(100-Z)Nanocomposite(z)(z=5∼95wt%)의 비율로, 또한 Alnico분말에 Sr(Ba)-Ferrite분말을 Alnico(100-W)Sr(Ba)-Ferrite(w)(w=5∼95wt%)의 비율로 혼합한 후 2∼3wt%의 에폭시를 첨가하여 컴파운드(Compound)로 제조하고 이와같이 제조된 컴파운드를 프레스를 이용하여 6∼15ton 범위에서 압축성형하였고 열처리, 표면처리 및 착자를 통해 자석으로 제조하였다.
상기의 MQP-B(100-X)Sr(Ba)-Ferrite(x)(x=5∼95wt%) 조성비에서는 (BH)max=3∼ 7MGOe의 중급용 압축성형본드자석을 제조할 수 있었으며, 저렴한 페라이트를 활용함으로써 원가절감의 잇점이 얻을 수 있으며, 기계적강도가 우수한 페라이트가 MQ분말과 혼합상을 이루며 경화됨에 따라 종전의 본드자석에 비하여 강도, 성형성, 진원도 등의 칫수안정성이 향상되었다.
또한, 상기의 MQP-B(100-Y)Alnico(Y)(Y=5∼95wt%) 조성비에서는 온도특성이 양호한 알리코합금의 함량이 증가함에 따라 잔류자속밀도 및 보자력의 온도 의존성이 개선되어 자석으로 사용가능한 온도가 약 50℃ 향상된 150℃가 얻어졌다. 그러나 알리코(Alnico)가 30wt%이상 첨가되게 되면 보자력이 급격한 감소를 나타내므로 고온용 본드자석으로 적용되기 위해서는 30wt% 이내의 알리코를 첨가하는 것이 적당하다.
한편, 상기의 MQP-B(100-Z)Nanocomposite(z)(z=5∼95wt%) 저성비에서는 (BH)max값의 심한 변화없이 잔류자속밀도와 보자력이 다양한 형태의 자석을 제조할 수 있었고 특히 착자전압이 낮은 범위에서 완전착자가 가능한 다극착자용 자석으로 제조할 수 있으며 상기의 Alnico(100-W)Sr(Ba)-Ferrite(w)(w=5∼95wt%) 조성비에서는 종래의 알리코(Alnico)금만을 이용하여 제조된 본드자석에 비하여 온도특성의 심한 변화없이 보자력이 향상된 형태의 본드자석을 제조할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 MQ분말에 가격이 저렴하고 온도상승과함께 보자력이 동시에 증가하는 Sr(Ba)-Ferrite와 자기특성은 비교적 낮으나 온도특성이 매우 우수한 알리코합금 또는 브론제3철과 Nd2Fe14B 및 순철(α-Fe)과 Nd2Fe14B 복합상으로 각각 구성된 나노컴포지트 합금을 혼합제조하여 자석을 형성함으로써 저렴한 비용으로 공급할 수 있는 효과와 높은 온도의 특성이 양호하고 고잔류자속밀도를 갖는 등의 여러효과를 동시에 거둘 수 있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.

Claims (4)

  1. MQ 분말과 Sr Ferrite을 각각 50∼250㎛의 입도로 분쇄하여 5∼95MQ 분말-95∼5Sr Ferrite로 조성된 혼합물 95∼99wt%와 에폭시 5∼1wt%를 혼합하여 컴파운드(Compound)로 제조하는 공정과, 상기 제조된 컴파운드는 프레스를 이용하여 6∼15톤 범위에서 지름(mm) x 높이(mm)의 형상에 밀도가 약 3∼7g/cc를 갖는 압축성형체로 성형하는 공정과, 상기 성형공정후에 열처리, 표면처리 및 착자를 통해 자석으로 형성되는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본드자석용 영구자석 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Sr Ferrite는 Ba Ferrite로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본드자석용 영구자석 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Sr Ferrite는 알리코(Alnico)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본드자석용 영구자석 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Sr Ferrite는 나노컴퍼지트(Nanocomposite) 이루어지는 것을 특징으로하는 본드자석용 영구자석 제조방법.
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