KR100392804B1 - 자석 재료의 제조 방법, 리본형 자석 재료, 분말형 자석재료 및 결합 자석 - Google Patents

자석 재료의 제조 방법, 리본형 자석 재료, 분말형 자석재료 및 결합 자석 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기 특성이 우수하고, 신뢰성이 우수한 자석을 제공할 수 있는 자석 재료의 제조 방법, 리본형 자석 재료, 분말형 자석 재료 및 결합 자석을 제공하는 것이다.
본 발명의 급냉 리본 제조 장치(1)은 통체(2)와 가열용 코일(4)와 냉각 롤(5)를 구비하고 있다. 통체(2)의 하단에는 자석 재료의 용탕(liquid)(6)을 사출하는 노즐(3)이 형성되어 있다. 냉각 롤(5)의 둘레면(53)에는 가스 배출 수단이 설치되어 있다. 급냉 리본(8)은 헬륨 가스와 같은 불활성 가스(분위기 가스) 중에서 용탕(6)을 노즐(3)으로부터 사출하고, 냉각 롤(5)의 둘레면(53)에 충돌시켜 냉각 고화함으로써 제조된다. 이 경우, 냉각 롤(5)의 둘레면(53)과 퍼들(puddle)(7) 사이에 가스가 침입하지만, 가스 배출 수단에 의해 이 가스는 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에서 배출된다.

Description

자석 재료의 제조 방법, 리본형 자석 재료, 분말형 자석 재료 및 결합 자석{METHOD OF MANUFACTURING MAGNET MATERIALS, AND RIBBON-SHAPED MAGNET MATERIALS, POWDERED MAGNET MATERIALS AND BONDED MAGNETS}
본 발명은 자석 재료의 제조 방법, 리본형 자석 재료, 분말형 자석 재료 및 결합 자석에 관한 것이다.
자석 재료 중 희토류 원소를 포함하는 합금으로 구성되는 희토류 자석 재료는 높은 자기 특성을 갖기 때문에 모터 등에 사용될 경우 고성능을 발휘한다.
이러한 자석 재료는 예를 들면 급냉 리본 제조 장치를 사용한 급냉법에 의해 제조된다. 이하, 상기 제조 방법을 설명한다.
도 17은 종래의 자석 재료를 단일 롤 공정에 의해 제조하는 장치(급냉 리본 제조 장치)에서 용탕의 냉각 롤에 대한 충돌 부위 부근의 상태를 나타내는 단면 측면도이다.
상기 도면에 나타낸 바와 같이, 소정의 합금으로 조성된 자석 재료(이하 "합금"이라고 함)를 용융시켜, 그 용탕(60)을 도시하지 않은 노즐로부터 사출하고, 노즐에 대하여 도 17 중 화살표 A 방향으로 회전하고 있는 냉각 롤(500)의 둘레면 (530)에 충돌시켜 이 둘레면(530)과 접촉시킴으로써, 합금을 급냉, 응고하여 리본형(리본형) 합금을 연속적으로 형성한다. 이 리본형 합금은 급냉 리본이라고 불리우며, 빠른 냉각 속도로 응고된 결과, 그 미세 조직이 비정질상 또는 미세 결정상으로 이루어지며, 그대로 또는 열처리를 행함으로써 우수한 자기 특성을 발휘한다. 또한, 도 17에서, 용탕(60)의 응고 계면(710)을 점선으로 나타낸다.
여기서, 희토류 원소는 산화되기 쉬우며, 산화되면 자기 특성이 저하하기 때문에, 상기의 급냉 리본(80)의 제조는 주로 불활성 가스 중에서 행해졌다.
따라서, 둘레면(530)과 용탕(60)의 퍼들(고인 부분)(70) 사이에 가스가 침입하여 급냉 리본(80)의 롤면(냉각 롤(500)의 둘레면(530)과 접촉하는 면) (810)에 딤플(오목부)(9)가 발생하는 경우가 있었다. 이 경향은 냉각 롤(500)의 둘레 속도가 커질수록 현저해지며, 발생하는 딤플의 면적도 커졌다.
이 딤플(9)(특히, 거대 딤플)가 발생하면, 딤플 부분에서는 가스 개입에 의해 냉각 롤(500)의 둘레면(530)과의 접촉 불량이 발생하며, 냉각 속도가 저하되고, 급속한 응고가 저해된다. 따라서, 딤플(9)가 발생한 부위에서는 합금의 결정 입경이 조대화되고, 자기 특성이 저하된다.
이러한 낮은 자기 특성 부분을 포함하는 급냉 리본을 분쇄하여 얻어지는 자석 분말은 자기 특성의 불균일성이 커진다. 따라서, 이러한 자석 분말을 사용하여 제조된 결합 자석은 낮은 자기 특성밖에 얻지 못하며, 또한 내식성도 저하되었다.
본 발명의 목적은 자기 특성이 우수하고, 신뢰성이 우수한 자석을 제공할 수 있는 자석 재료의 제조 방법, 리본형 자석 재료, 분말형 자석 재료 및 결합 자석을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제1 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤과, 그 냉각 롤을 사용하여 리본형 자석 재료를 제조하는 장치(급냉 리본 제조 장치)의 구성예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 냉각 롤의 정면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 가스 배출 수단의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 가스 배출 수단의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제2 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제3 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 나타낸 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제4 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 11은 도 10에 나타낸 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 자석 재료의 제조 방법에서 사용할 수 있는 냉각 롤을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 13은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법에서 사용할 수 있는 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 자석 재료의 제조 방법에서 사용할 수 있는 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 자석 재료의 제조 방법에서 사용할 수 있는 냉각 롤을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 16은 도 15에 나타낸 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 17은 리본형 자석 재료를 단일 롤 공정(single-roll process)에 의해 제조하는 장치(급냉 리본 제조 장치)에서의 용탕의 냉각 롤에 대한 충돌 부위 부근의상태를 나타내는 단면 측면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 급냉 리본 제조 장치 2: 통체
3: 노즐 4:코일
5, 500: 냉각 롤 50: 회전축
51: 롤 기재 52: 표면층
53, 530: 둘레면 54: 홈
55: 자장자리부 56: 개구부
57: 빈 구멍 6, 60: 용탕
7, 70: 퍼들 710: 응고 계면
8, 80: 급냉 리본 81, 810: 롤면
82: 프리면 9: 딤플(dimple)
이러한 목적은 하기 (1) 내지 (29)의 본 발명에 의해 달성된다.
(1) 용탕을 냉각 롤의 둘레면에 충돌시켜 냉각 고화하고, 합금 조성이 Rx(Fe1-yCoy)100-x-zBz(여기서, R은 1종 이상의 희토류 원소, x: 10 내지 15 원자%, y: 0 내지 0.30, z: 4 내지 10 원자%)로 표시되는 리본형 자석 재료를 제조하는 자석 재료의 제조 방법으로서,
상기 둘레면과 상기 용탕 퍼들 사이에 침입한 가스를 배출하는 가스 배출 수단을 그 둘레면 상에 갖는 냉각 롤을 사용하는 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 냉각 롤은 롤 기재와 롤 기재 외주부에 설치된 표면층을 가지며, 표면층에 상기 가스 배출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 냉각 롤의 표면층은 롤 기재 구성 재료의 실온 부근에서의 열전도율보다 낮은 열전도율을 갖는 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(4) 상기 (2) 또는 (3)에 있어서, 상기 냉각 롤의 표면층은 세라믹스으로 구성된 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(5) 상기 (2) 내지 (4) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 롤의 표면층은 실온 부근에서의 열전도율이 80 W·m-1·K-1이하인 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(6) 상기 (2) 내지 (5) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 롤의 표면층은 실온 부근에서의 열팽창률이 3.5 내지 18[×10-6K-1]인 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(7) 상기 (2) 내지 (6) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 롤의 표면층의 평균 두께가 0.5 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(8) 상기 (2) 내지 (7) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 롤의 표면층이그 표면에 기계 가공을 행하지 않고 형성된 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 둘레면의 가스 배출 수단을 제외한 부분의 표면 조도 Ra가 0.05 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 배출 수단이 1개 이상의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(11) 상기 (10)에 있어서, 상기 홈의 평균 폭이 0.5 내지 90 ㎛인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(12) 상기 (10) 또는 (11)에 있어서, 상기 홈의 평균 깊이가 0.5 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(13) 상기 (10) 내지 (12) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 홈의 길이 방향과 냉각 롤의 회전 방향이 이루는 각이 30°이하인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(14) 상기 (10) 내지 (13) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 홈이 냉각 롤의 회전축을 중심으로 하는 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(15) 상기 (10) 내지 (14) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 홈이 병설되어 있고, 그 평균 피치가 0.5 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(16) 상기 (10) 내지 (15) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 홈이 둘레면의 가장자리부에 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(17) 상기 (10) 내지 (16) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 둘레면 상에서의 홈이 차지하는 투영 면적의 비율이 10 내지 99.5 %인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(18) 상기 (1) 내지 (17) 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리본형 자석 재료를 분쇄하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
(19) 상기 (1) 내지 (17) 중의 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 리본형 자석 재료.
(20) 상기 (19)에 있어서, 평균 두께가 8 내지 50 ㎛인 리본형 자석 재료.
(21) 상기 (18)에 기재된 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 분말형 자석 재료.
(22) 상기 (21)에 있어서, 그 제조 공정 또는 제조 후에 1회 이상의 열처리가 행해진 것을 특징으로 하는 분말형 자석 재료.
(23) 상기 (21) 또는 (22)에 있어서, 평균 입경이 1 내지 300 ㎛인 분말형 자석 재료.
(24) 상기 (21) 내지 (23) 중의 어느 한 항에 있어서, 주로 경질 자석상인 R2TM14B형 상(여기서, TM은 1종 이상의 전이 금속)으로 구성된 것을 특징으로 하는 분말형 자석 재료.
(25) 상기 (24)에 있어서, 분말형 자석 재료의 전체 구성 조직 중에 차지하는 상기 R2TM14B형 상의 체적률이 80 % 이상인 것을 특징으로 하는 분말형 자석 재료.
(26) 상기 (24) 또는 (25)에 있어서, 상기 R2TM14B형 상의 평균 결정 입경이 500 nm 이하인 것을 특징으로 하는 분말형 자석 재료.
(27) 상기 (22) 내지 (26) 중의 어느 한 항에 기재된 분말형 자석 재료를 결합 수지로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 결합 자석.
(28) 상기 (27)에 있어서, 실온에서의 고유 보자력 HCJ가 320 내지 1200 kA/m인 것을 특징으로 하는 결합 자석.
(29) 상기 (27) 또는 (28)에 있어서, 최대 자기 에너지곱 (BH)max이 40 kJ/㎥ 이상인 것을 특징으로 하는 결합 자석.
<발명의 실시 형태>
이하, 본 발명의 자석 재료의 제조 방법, 리본형 자석 재료, 분말형 자석 재료 및 결합 자석의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.
[냉각 롤의 구조]
도 1은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제1 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤과, 그 냉각 롤을 사용하여 단일 롤 공정에 의해 리본형 자석 재료(급냉 리본)를 제조하는 장치(급냉 리본 제조 장치)의 구성예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 냉각 롤의 정면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 냉각 롤의 확대 단면도이다.
냉각 롤(5)의 둘레면(53)에는 둘레면(53)과 용탕(6)의 퍼들(고인 부분)(7) 사이에 침입한 가스를 배출하는 가스 배출 수단이 설치되어 있다.
가스 배출 수단에 의해 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에서 가스가 배출되면, 둘레면(53)과 퍼들(7)의 밀착성이 향상된다(거대 딤플 발생이 방지된다). 이에 따라, 퍼들(7)의 각 부위에서의 냉각 속도차가 작아진다. 따라서, 얻어지는 급냉 리본(리본형 자석 재료)(8)에서의 결정 입경 불균일성이 작아지고, 결과적으로 자기 특성의 불균일성이 작은 급냉 리본(8)을 얻을 수 있다.
도시한 구성에서는 가스 배출 수단으로서 홈(54)가 형성되어 있다. 홈(54)는 냉각 롤의 회전 방향에 대하여 거의 평행하게 형성되어 있다. 가스 배출 수단이 이러한 홈이면, 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에서 홈(54)로 보내진 가스가 홈(54)의 길이 방향을 따라 이동하기 때문에, 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에 침입한 가스 배출 효율이 특히 높고, 둘레면(53)에 대한 퍼들(7)의 밀착성이 향상된다.
도시한 구성에서 홈(54)는 복수개 형성되어 있지만, 1개 이상 형성되어 있을 수도 있다.
홈(54)의 폭(둘레면(53)으로 개방되어 있는 부분에서의 폭) L1의 평균치는 0.5 내지 90 ㎛인 것이 바람직하고, 1 내지 50 ㎛인 것이 보다 바람직하며, 3 내지 25 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 홈(54)의 폭 L1의 평균치가 하한치 미만이면, 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에 침입한 가스를 충분히 배출할 수 없는 경우가 있다. 한편, 홈(54)의 폭 L1의 평균치가 상한치를 넘으면, 용탕(6)이 홈(54)에 들어가 홈(54)가 가스 배출 수단으로서 기능하지 않는 경우가 있다.
홈(54)의 깊이(최대 깊이) L2의 평균치는 0.5 내지 20 ㎛인 것이 바람직하고, 1 내지 10 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 홈(54)의 깊이 L2의 평균치가 하한치 미만이면, 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에 침입한 가스를 충분히 배출할 수 없는 경우가 있다. 한편, 홈(54)의 깊이 L2의 평균치가 상한치를 넘으면, 홈 부분을 흐르는 가스 흐름의 유속이 증대함과 동시에 소용돌이를 수반하는 난류가 되기 쉬우며, 급냉 리본(8) 표면에 거대 딤플이 발생하기 쉽다.
병설되어 있는 홈(54)의 피치 L3의 평균치는 0.5 내지 100 ㎛인 것이 바람직하고, 3 내지 50 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 홈(54)의 평균 피치가 이러한 범위값이면, 홈(54)는 가스 배출 수단으로서 충분하게 기능하며, 동시에 퍼들(7)과의 접촉 부분-비접촉 부분의 간격이 충분하게 작아진다. 그 결과, 퍼들(7)에 있어서, 둘레면(53)과 접촉되어 있는 부분과 접촉되어 있지 않은 부분과의 냉각 속도차가 충분하게 작아지며, 얻어지는 급냉 리본(8)의 결정 입경 및 자기 특성의 불균일성이 작아진다.
둘레면(53) 상에서의 홈(54)가 차지하는 투영 면적(둘레면에 투영했을 때의 면적)의 비율은 10 내지 99.5 %가 바람직하며, 30 내지 95 %가 보다 바람직하다. 둘레면(53) 상에서의 홈(54)가 차지하는 투영 면적의 비율이 하한치 미만이면, 급냉 리본(8)의 롤면(81) 부근에서는 냉각 속도가 커져 비정질화되기 쉬운데 반하여, 프리면(82) 부근에서는 롤면(81) 부근과 비교하여 냉각 속도가 느리기 때문에 결정 입경의 조대화가 초래되며, 결과적으로 자기 특성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 둘레면(53) 상에서의 홈(54)가 차지하는 투영 면적의 비율이 상한치를 넘으면, 냉각 속도가 작아져 결정 입경의 조대화가 초래되며, 결과적으로 자기 특성이 저하되는 경우가 있다.
홈(54)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 절삭, 전사(압전), 연삭, 블러스트 처리 등의 각종 기계 가공, 레이저 가공, 방전 가공, 화학 에칭 등을 들 수 있다. 그 중에서도 홈의 폭, 깊이, 병설된 홈 피치 등의 정밀도를 높이는 것이 비교적 손쉽다는 점에서 기계 가공, 특히 절삭하는 것이 바람직하다.
[표면 조도]
둘레면(53)의 홈(54)를 제외한 부분의 표면 조도 Ra는 특별히 한정되지 않지만, 0.05 내지 5 ㎛가 바람직하고, 0.07 내지 2 ㎛가 보다 바람직하다. 표면 조도 Ra가 하한치 미만이면, 냉각 롤(5)와 퍼들(7)의 밀착성이 저하되고, 거대 딤플의 발생을 충분하게 억제하지 못할 가능성이 있다. 한편, 표면 조도 Ra가 상한치를 넘으면, 급냉 리본(8)의 두께 불균일이 현저해져 결정 입경의 불균일, 자기 특성의 불균일성이 커질 가능성이 있다.
[냉각 롤의 재질]
냉각 롤(5)는 롤 기재(51)과 냉각 롤(5)의 둘레면(53)을 형성하는표면층(52)로 구성되어 있다.
표면층(52)는 롤 기재(51)과 동일한 재질로 일체 구성될 수도 있지만, 롤 기재(51)의 구성 재료보다 열전도율이 작은 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
롤 기재(51)의 구성 재료는 특별히 한정되지 않지만, 표면층(52)의 열을 보다 빠르게 방산시킬 수 있도록, 예를 들면 구리 또는 구리계 합금과 같은 열전도율이 큰 금속 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
표면층(52) 구성 재료의 실온 부근에서의 열전도율은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 80 W·m-1·K-1이하인 것이 바람직하고, 3 내지 60 W·m-1·K-1인 것이 보다 바람직하며, 5 내지 40 W·m-1·K-1인 것이 더욱 바람직하다.
냉각 롤(5)가 이러한 열전도율을 갖는 표면층(52)와 롤 기재(51)로 구성됨으로써, 적절한 냉각 속도로 용탕(6)을 급냉할 수 있게 된다. 또한, 롤면(81)(냉각 롤의 둘레면과 접촉하는 면) 부근과 프리면(82)(롤면과 반대쪽의 면) 부근에서의 냉각 속도차가 작아진다. 따라서, 얻어지는 급냉 리본(8)은 각 부위에서의 결정 입경 불균일이 작고, 자기 특성이 우수해진다.
이러한 열전도율을 갖는 재료로서는, 예를 들면 Zr, Sb, Ti, Ta, Pd, Pt 등, 또는 이들을 포함하는 합금 등의 금속 재료나 이들의 산화물, 세라믹스 등을 들 수 있다. 세라믹스으로서는, 예를 들면 Al2O3, SiO2, TiO2, Ti2O3, ZrO2, Y2O3, 티탄산 바륨, 티탄산 스트론튬 등의 산화물계 세라믹스, AlN, Si3N4, TiN, BN, ZrN, HfN, VN, TaN, NbN, CrN, Cr2N 등의 질화물계 세라믹스, 흑연, SiC, ZrC, Al4C3, CaC2, WC, TiC, HfC, VC, TaC, NbC 등의 탄화물계 세라믹스, 또는 이들 중 2종 이상을 임의로 조합한 복합 세라믹스를 들 수 있다. 그 중에서도, 특히 질화물계 세라믹스를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 종래부터 냉각 롤의 둘레면을 구성하는 재료로서 사용되어 온 것(Cu, Cr 등)과 비교하여 이러한 세라믹스는 높은 경도를 가지며, 내구성(내마모성)이 우수하다. 따라서, 냉각 롤(5)를 반복 사용해도 둘레면(53)의 형상이 유지되고, 후술하는 가스 배출 수단의 효과도 좀처럼 열화되지 않는다.
그런데, 상술한 롤 기재(51)의 구성 재료는 통상 비교적 높은 열팽창률을 갖고 있다. 따라서, 표면층(52) 구성 재료의 열팽창률은 롤 기재(51)의 열팽창률에 가까운 값이 바람직하다. 표면층(52) 구성 재료의 실온 부근에서의 열팽창률(선팽창률 α)은 예를 들면 3.5 내지 18[×10-6K-1] 정도가 바람직하고, 6 내지 12[×10-6K-1] 정도가 보다 바람직하다. 표면층(52) 구성 재료의 실온 부근에서의 열팽창률(이하, 간단히 "열팽창률"이라고도 함)이 이러한 범위의 값이면, 롤 기재(51)과 표면층(52)의 높은 밀착성을 유지할 수 있고, 표면층(52)의 박리를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 표면층(52)는 단층 뿐만 아니라, 예를 들면 조성이 다른 복수층의 적층체일 수도 있다. 예를 들면, 표면층(52)는 상술한 금속 재료, 세라믹스 등으로 구성된 층이 2층 이상 적층된 것일 수도 있다. 이러한 표면층(52)로서는, 예를 들면 롤 기재(51) 측에서 금속층(바탕층)/세라믹스층이 적층된 2층 적층체로 구성된 것을 들 수 있다. 이러한 적층체의 경우, 인접하는 층들은 밀착성이 높은 것이 바람직하며, 그 예로서는 인접하는 층들에 동일한 원소가 포함되어 있는 것을 들 수 있다.
또한, 표면층(52)가 복수층의 적층체인 경우, 적어도 그 최외층이 상술한 범위의 열전도율을 갖는 재료로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 표면층(52)가 단층으로 구성되어 있는 경우에도, 그 조성은 두께 방향으로 균일한 것에 한정되지 않으며, 예를 들면 함유 성분이 두께 방향으로 순차 변화하는 것(경사 재료)일 수도 있다.
표면층(52)의 평균 두께(상기 적층체의 경우는 그 합계 두께)는 특별히 한정되지 않지만, 0.5 내지 50 ㎛가 바람직하고, 1 내지 20 ㎛가 보다 바람직하다.
표면층(52)의 평균 두께가 하한치 미만이면, 다음과 같은 문제가 발생하는 경우가 있다. 즉, 표면층(52)의 재질에 따라서는 냉각능이 지나치게 커 두께가 상당히 큰 급냉 리본(8)에서도 롤면(81) 부근에서는 냉각 속도가 커져 비정질이 되기 쉽다. 한편, 프리면(82) 부근에서는 급냉 리본(8)의 열전도율이 비교적 작기 때문에 급냉 리본(8)의 두께가 클 수록 냉각 속도가 작아지고, 그 결과 결정 입경의 조대화를 일으키기 쉽다. 즉, 프리면(82) 부근에서는 조대립, 롤면(81) 부근에서는 비정질의 급냉 리본이 되기 쉬우며, 만족할 만한 자기 특성을 얻지 못하는 경우가 있다. 또한, 프리면(82) 부근에서의 결정 입경을 작게 하기 위하여, 예를 들면 냉각 롤(5)의 둘레 속도를 크게 하고, 급냉 리본(8)의 두께를 작게 해도 롤면(81) 부근에서의 비정질이 보다 랜덤해져 급냉 리본(8) 제작 후 열처리를 행한다고 해도 충분한 자기 특성을 얻지 못하는 경우가 있다.
또한, 표면층(52)의 평균 두께가 상한치를 넘으면 급냉 속도가 느리고, 결정 입경의 조대화가 일어나 결과적으로 자기 특성이 저하되는 경우가 있다.
롤 기재(51)의 외주면 상에 표면층(52)가 설치되는 경우(표면층(52)가 롤 기재(51)과 일체 형성되지 않는 경우), 홈(54)는 상술한 방법에 따라 표면층에 직접 형성된 것일 수도, 그렇지 않은 것일 수도 있다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 표면층(52)를 설치한 후, 그 표면층에 상술한 방법에 따라 홈(54)를 형성할 수도 있지만, 도 5에 나타낸 바와 같이 롤 기재(51)의 외주면 상에 상술한 방법에 따라 홈을 형성한 후, 표면층(52)를 형성할 수도 있다. 이 경우, 표면층(52)의 두께를 롤 기재(51)에 형성된 홈 깊이와 비교하여 작게 함으로써, 결과적으로 표면층(52) 표면에 기계 가공을 행하지 않고도 둘레면(53) 상에 가스 배출 수단인 홈(54)가 형성된다. 이 경우, 표면층(52) 표면에 기계 가공 등이 행해지지 않기 때문에, 그 후, 연마 등을 행하지 않아도 둘레면(53)의 표면 조도 Ra를 비교적 작게 할 수 있다.
또한, 도 3(후술하는 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 14도 동일)은 냉각 롤의 둘레면 부근의 단면 형상을 설명하기 위한 도면이며, 롤 기재와 표면층과의 경계는 생략하고 나타내었다.
표면층(52)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 열 CVD, 플라즈마 CVD, 레이저 CVD 등의 화학 증착법(CVD) 또는 진공 증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅 등의 물리 증착법(PVD)이 바람직하다. 이들 방법을 사용한 경우, 비교적 쉽게 표면층의두께를 균일하게 할 수 있기 때문에, 표면층(52)를 형성한 후, 그 표면에 기계 가공을 행하지 않을 수도 있다. 또한, 표면층(52)는 그 외 전해 도금, 침지 도금, 무전해 도금, 용사(spraying) 등의 방법으로 형성될 수도 있다. 그 중에서도, 용사에 의해 표면층(52)를 형성한 경우, 롤 기재(51)과 표면층(52)의 밀착성(접착 강도)이 특히 우수해진다.
또한, 표면층(52)를 롤 기재(51)의 외주부에 형성하기 앞서, 롤 기재(51)의 외표면에 대하여 알칼리 세정, 산 세정, 유기 용제 세정 등의 세정 처리나, 플라즈마 처리, 에칭, 도금층 형성 등의 바탕재 처리를 행할 수도 있다. 이에 따라 표면층(52) 형성 후, 롤 기재(51)과 표면층(52)의 밀착성이 향상된다. 또한, 상술한 바와 같은 바탕재 처리를 행함으로써 균일하고 동시에 치밀한 표면층(52)를 형성할 수 있기 때문에, 얻어지는 냉각 롤(5)는 각 부위에서의 열전도율 불균일성이 특히 작아진다.
[자석 재료의 합금 조성]
본 발명의 자석 재료(리본형 자석 재료 및 분말형 자석 재료)는 Rx(Fe1-yCoy)100-x-zBz(여기서, R은 1종 이상의 희토류 원소, x: 10 내지 15 원자%, y: 0 내지 0.30, z: 4 내지 10 원자%)로 표시되는 합금 조성으로 이루어지는 것이다. 자석 재료가 이러한 합금 조성을 가짐으로써 특히 자기 특성, 내열성이 우수한 자석을 얻을 수 있다.
R(희토류 원소)로서는 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er,Tm, Yb, Lu, 도금 금속을 들 수 있으며, 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.
R의 함유량(함유율)은 10 내지 15 원자%가 된다. R이 10 원자% 미만에서는 충분한 보자력을 얻을 수 없다. 한편, R이 15 원자%를 넘으면 구성 조직 중의 R2TM14B형 상(경질 자성상)의 존재 비율이 저하하여 충분한 잔류 자속 밀도를 얻지 못하게 된다.
여기서 R은 Nd 및(또는) Pr을 주로 하는 희토류 원소가 바람직하다. 그 이유는 이들 희토류 원소는 후술하는 R2TM14B형 상(경질 자성상)의 포화 자화를 높이며, 또한 자석으로서 양호한 보자력을 실현하기 위해 유효하기 때문이다.
또한, R은 Pr을 포함하며, 그 비율이 R 전체에 대하여 5 내지 75 %인 것이 바람직하고, 20 내지 60 %인 것이 보다 바람직하다. 이 범위이면 잔류 자속 밀도가 거의 저하되지 않고 보자력 및 각형성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, R은 Dy를 포함하며, 그 비율이 R 전체에 대하여 14 % 이하인 것이 바람직하다. 이 범위이면 잔류 자속 밀도의 현저한 저하 없이도 보자력을 향상시킬 수 있고, 동시에 온도 특성(열적 안정성)도 향상시킬 수 있기 때문이다.
Co는 Fe와 동일한 특성을 갖는 전이 금속이다. 이 Co를 첨가함으로써(Fe의 일부를 치환함으로써) 퀴리 온도가 높아져 온도 특성이 향상되지만, Fe에 대한 Co의 치환 비율이 0.30을 넘으면 결정 자기 이방성 감소에 따른 보자력 저하를 초래함과 동시에 잔류 자속 밀도도 저하한다. Fe에 대한 Co의 치환 비율이 0.05 내지0.20의 범위에서는 온도 특성이 향상될 뿐만 아니라, 잔류 자속 밀도 자체도 향상되기 때문에 더욱 바람직하다.
B(붕소)는 높은 자기 특성을 얻는 데 유효한 원소이며, 그 함유량은 4 내지 10 원자%가 된다. B가 4 원자% 미만이면 B-H(J-H) 루프에서의 각형성이 떨어진다. 한편, B가 10 원자%를 넘으면 비자성상이 많아져 잔류 자속 밀도가 급감한다.
또한, 자기 특성을 더욱 향상시키는 등의 목적으로 자석 재료를 구성하는 합금 중에 필요에 따라 Al, Cu, Si, Ga, Ti, V, Ta, Zr, Nb, Mo, Hf, Ag, Zn, P, Ge, Cr, W로 이루어지는 군(이하, 이 군을 "Q"라고 함)에서 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수도 있다. Q에 속하는 원소를 함유하는 경우, 그 함유량은 2 원자% 이하인 것이 바람직하고, 0.1 내지 1.5 원자%인 것이 보다 바람직하며, 0.2 내지 1.0 원자%인 것이 더욱 바람직하다.
Q에 속하는 원소를 함유함으로써 그 종류에 따른 고유의 효과를 발휘한다. 예를 들면 Al, Cu, Si, Ga, V, Ta, Zr, Cr, Nb는 내식성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 자석 재료는 주로 경질 자성상인 R2TM14B형 상(여기서, TM은 1종 이상의 전이 금속)으로 형성된 것이 바람직하다. 자석 재료가 주로 R2TM14B형 상으로 형성되면 보자력이 특히 우수해지고, 동시에 내열성도 향상된다.
또한, 자석 재료의 전체 구성 조직(비정질 조직도 포함) 중에 차지하는 R2TM14B형 상의 체적률은 80 % 이상이 바람직하고, 85 % 이상이 보다 바람직하다.자석 재료의 전체 구성 조직 중에 차지하는 R2TM14B형 상의 체적률이 80 % 미만이면 보자력, 내열성이 저하하는 경향이 있다.
이러한 R2TM14B형 상은 그 평균 결정 입경이 500 nm 이하인 것이 바람직하고, 200 nm 이하인 것이 보다 바람직하며, 10 내지 120 nm 정도가 더욱 바람직하다. R2TM14B형 상의 평균 결정 입경이 500 nm를 넘으면 자기 특성, 특히 보자력 및 각형성 향상을 충분히 도모하지 못하는 경우가 있다.
또한, 자석 재료는 R2TM14B형 상 이외의 조직 구성(예를 들면 R2TM14B형 상 이외의 경질 자성상, 연질 자성상, 항시 자성상, 비자성상, 비정질 조직 등)을 포함할 수도 있다.
[리본형 자석 재료의 제조]
이어서, 상술한 냉각 롤(5)를 이용한 리본형 자석 재료(급냉 리본)의 제조에 대하여 설명한다.
리본형 자석 재료는 자석 재료의 용탕을 냉각 롤의 둘레면에 충돌시켜 냉각 고화함으로써 제조된다. 이하, 그 일례에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 급냉 리본 제조 장치(1)은 자석 재료를 수납할 수 있는 통체(2)와, 상기 통체(2)에 대하여 도면 중 화살표 A 방향으로 회전하는 냉각 롤(5)를 구비하고 있다. 통체(2)의 하단에는 자석 재료(합금)의 용탕(6)을 사출하는 노즐[오리피스(orifice)](3)이 형성되어 있다.
통체(2)의 노즐(3) 근방의 외주부에는 통체(2) 내의 자석 재료를 가열(유도가열)하기 위한 가열용 코일(4)가 배치되어 있다.
이러한 급냉 리본 제조 장치(1)은 챔버(도시하지 않음) 안에 설치되며, 상기 챔버 내에 불활성 가스나 그 밖의 분위기 가스가 충전된 상태에서 작동한다. 특히, 급냉 리본(8)의 산화를 방지하기 위해 분위기 가스는 불활성 가스인 것이 바람직하다. 불활성 가스로서는 예를 들면 아르곤 가스, 헬륨 가스, 질소 가스 등을 들 수 있다.
분위기 가스의 압력은 특별히 한정되지 않지만, 1 내지 760 Torr인 것이 바람직하다.
통체(2) 내의 용탕(6)의 액면에는 챔버 내압보다 높은 소정의 압력이 가해진다. 용탕(6)은 이 통체(2) 내의 용탕(6)의 액면에 작용하는 압력과 통체(2) 내에서의 액면 높이에 비례하여 가하는 압력의 합과, 챔버 내의 분위기 가스 압력과의 차압에 의해 노즐(3)으로부터 사출된다.
용탕 분사압[통체(2) 내의 용탕(6)의 액면에 작용하는 압력과 통체(2) 내에서의 액면 높이에 비례하여 가하는 압력의 합과, 챔버 내의 분위기 가스 압력과의 차압]은 특별히 한정되지 않지만, 10 내지 100 kPa인 것이 바람직하다.
급냉 리본 제조 장치(1)에서는 통체(2) 내에 자석 재료를 넣고 코일(4)에 의해 가열하여 용융하며, 그 용탕(6)을 노즐(3)으로부터 사출하면 도 1에 나타낸 바와 같이 용탕(6)은 냉각 롤(5)의 둘레면(53)에 충돌하여 퍼들(고인 부분)(7)을 형성한 후, 회전하는 냉각 롤(5)의 둘레면(53)에 굳어지면서 급속히 냉각되어 응고하고, 급냉 리본(8)이 연속적 또는 단속적으로 형성된다. 이 때, 퍼들(7)과둘레면(53) 사이에 침입한 가스는 홈(54)(가스 배출 수단)를 통해 외부로 배출된다. 이와 같이 하여 형성된 급냉 리본(8)은 곧이어 그 롤면(81)이 둘레면(53)에서 떨어져 도 1 중의 화살표 B 방향으로 진행한다.
이와 같이, 둘레면(53) 상에 가스 배출 수단이 설치됨으로써 둘레면(53)과 퍼들(7)의 밀착성이 향상되고(거대 딤플의 발생이 방지되고), 퍼들(7)의 불균일 냉각이 방지된다. 그 결과, 결정 입경의 불균일성이 작고, 높은 자기 특성을 갖는 급냉 리본(8)을 얻을 수 있다.
또한, 급냉 리본(8)을 실제로 제조할 때, 반드시 노즐(3)을 냉각 롤(5)의 회전축(50) 바로 위에 설치하지 않을 수도 있다.
냉각 롤(5)의 둘레 속도는 합금 용탕의 조성, 표면층(52)의 구성 재료(조성), 둘레면(53)의 표면 성상(특히, 둘레면(53)의 유도체(6)에 대한 습윤성) 등에 의해 그 적합한 범위가 상이하지만, 자기 특성 향상을 위해 통상 5 내지 60 m/초인 것이 바람직하며, 10 내지 40 m/초인 것이 보다 바람직하다. 냉각 롤(5)의 둘레 속도가 하한치 미만이면, 용탕(6)의 냉각 속도가 저하하여 결정 입경이 증대하는 경향을 나타내며, 자기 특성이 저하하는 경우가 있다. 한편, 냉각 롤(5)의 둘레 속도가 상한치를 넘으면, 반대로 냉각 속도가 커져 비정질 조직이 차지하는 비율이 커지고 그 후에 후술하는 열처리를 행한다고 해도 자기 특성이 충분하게 향상되지 않는 경우가 있다.
이상과 같이 하여 얻어진 급냉 리본(8)은 그 폭 w 및 두께가 가능한 한 균일한 것이 바람직하다. 이 경우, 급냉 리본(8)의 평균 두께 t는 8 내지 50 ㎛ 정도인 것이 바람직하고, 10 내지 40 ㎛ 정도인 것이 보다 바람직하다. 평균 두께 t가 하한치 미만이면, 비정질 조직이 차지하는 비율이 커지고, 그 후에 후술하는 열처리를 행한다고 해도 자기 특성이 충분하게 향상되지 않는 경우가 있다. 단위 시간 당 생산성도 저하한다. 한편, 평균 두께 t가 상한치를 넘으면, 프리면(82) 쪽의 결정 입경이 조대화되는 경향을 나타내기 때문에 자기 특성이 저하하는 경우가 있다.
또한, 얻어진 급냉 리본(8)에 대해서는 예를 들면 비정질 조직(무정형 조직)의 재결정화 촉진, 조직의 균질화 등을 목적으로서 열처리를 행할 수도 있다. 이 열처리의 조건으로서는, 예를 들면 400 내지 900 ℃에서 0.5 내지 300분 정도로 할 수 있다.
또한, 이 열처리는 산화를 방지하기 위해서 진공 또는 감압 상태하(예를 들면 1×10-1내지 1×10-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스와 같은 비산화성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여 얻어진 급냉 리본(리본형 자석 재료)(8)은 미세 결정 조직, 또는 미세 결정이 비정질 조직 중에 포함되는 조직이 되며, 우수한 자기 특성을 얻을 수 있다.
또한, 이상에서는 급냉법으로서 단일 롤 공정을 예로 설명했지만, 트윈 롤 공정(twin-roll process)을 사용할 수도 있다. 이러한 급냉법은 금속 조직(결정립)을 미세화할 수 있기 때문에 결합 자석의 자석 특성, 특히 보자력 등을 향상시키는 데 유효하다.
[분말형 자석 재료(자석 분말)의 제조]
이상과 같이 하여 제조된 급냉 리본(리본형 자석 재료)(8)을 분쇄함으로써, 본 발명의 분말형 자석 재료(자석 분말)를 얻을 수 있다.
분쇄 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 볼 밀, 진동 밀, 제트 밀, 핀 밀 등의 각종 분쇄 장치 및 파쇄 장치를 사용하여 행할 수 있다. 이 경우, 분쇄는 산화를 방지하기 위해서 진공 또는 감압 상태하(예를 들면 1×10-1내지 1×10-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스와 같은 비산화성 분위기 중에서 행할 수도 있다.
자석 분말의 평균 입경은 특별히 한정되지 않지만, 후술하는 결합 자석(희토류 결합 자석)을 제조하기 위한 것인 경우, 자석 분말의 산화 방지와 분쇄에 의한 자기 특성 열화 방지를 고려하여 1 내지 300 ㎛인 것이 바람직하고, 5 내지 150 ㎛인 것이 보다 바람직하다.
또한, 결합 자석 성형시의 보다 양호한 성형성을 얻기 위해서, 자석 분말의 입경 분포는 어느 정도 분산되어 있는(불균일한) 것이 바람직하다. 이에 따라 얻어진 결합 자석의 빈 구멍률을 저감시킬 수 있고, 그 결과 결합 자석 중의 자석 분말 함유량을 동일하게 했을 때, 결합 자석의 밀도나 기계적 강도를 보다 높일 수 있으며, 자기 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 얻어진 자석 분말에 대해서는 예를 들면, 분쇄에 의해 도입된 변형에의한 영향 제거, 결정 입경 제어를 목적으로서 열처리를 행할 수도 있다. 이 열처리의 조건으로서는 예를 들면, 350 내지 850 ℃에서 0.5 내지 300분 정도로 할 수 있다.
또한, 이 열처리는 산화를 방지하기 위해서 진공 또는 감압 상태하(예를 들면 1×10-1내지 1×10-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스와 같은 비산화성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
이러한 자석 분말을 사용하여 결합 자석을 제조한 경우, 상기 자석 분말은 결합 수지와의 결합성(결합 수지의 습윤성)이 양호하고, 따라서 이 결합 자석은 기계적 강도가 높으며 열안정성(내열성), 내식성이 우수해진다. 따라서, 상기 자석 분말은 결합 자석 제조에 적합하며, 제조된 결합 자석은 신뢰성이 높은 것이 된다.
[결합 자석 및 그의 제조]
이어서, 본 발명의 결합 자석에 대하여 설명한다.
본 발명의 결합 자석은 바람직하게는 상술한 자석 분말(분말형 자석 재료)을 결합 수지로 결합하여 이루어지는 것이다.
결합 수지(결합제)는 열가소성 수지, 열경화성 수지 중 어느 하나일 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리아미드(예: 나일론 6, 나일론 46, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6-12, 나일론 6-66), 열가소성 폴리이미드, 방향족 폴리에스테르 등의 액정 중합체, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌술파이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 등의 폴리올레핀, 변성 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈 등, 또는 이들을 주로 하는 공중합체, 블렌드체, 중합체 합금 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도 성형성이 특히 우수하고, 기계적 강도가 높은 점으로부터 폴리아미드, 내열성 향상의 점에서 액정 중합체, 폴리페닐렌술파이드를 주로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 열가소성 수지는 자석 분말과의 혼련성도 우수하다.
이러한 열가소성 수지는 그 종류, 공중합화 등에 따라, 예를 들면 성형성을 중시한 것이나, 내열성, 기계적 강도를 중시한 것과 같이 광범위한 선택이 가능해지는 이점이 있다.
한편, 열경화성 수지로서는, 예를 들면 비스페놀형, 노볼락형, 나프탈렌계 등의 각종 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르(불포화 폴리에스테르) 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도 성형성이 특히 우수하고 기계적 강도가 높으며, 내열성이 우수한 점으로부터 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지가 바람직하며, 에폭시 수지가 특히 바람직하다. 또한, 이들 열경화성 수지는 자석 분말과의 혼련성, 혼련 균일성도 우수하다.
또한, 사용되는 열경화성 수지(미경화)는 실온에서 액형일 수도, 고형(분말형)일 수도 있다.
이러한 본 발명의 결합 자석은, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조된다. 자석 분말과 결합 수지와 필요에 따라 첨가제(산화 방지제, 윤활제 등)를 혼합, 혼련(예를 들면, 열혼련)하여 결합 자석용 조성물(컴파운드)을 제조하고, 이 결합 자석용 조성물을 사용하여 압축 성형(프레스 성형), 압출 성형, 사출 성형 등의 성형 방법에 의해 무자장 중에서 원하는 자석 형상으로 성형한다. 결합 수지가 열경화성 수지인 경우에는 성형 후, 가열 등에 의해 경화시킨다.
여기에서, 상기 3종의 성형 방법 중, 압출 성형 및 사출 성형(특히, 사출 성형)은 형상 선택의 자유도가 넓고, 생산성이 높은 등의 이점이 있지만, 이들 성형 방법에서는 양호한 성형성을 얻기 위해서 성형기 내 조성물의 충분한 유동성을 확보하지 않으면 안되기 때문에 압축 성형과 비교하여 자석 분말의 함유량을 늘리는 것, 즉 결합 자석을 고밀도화할 수 없다. 그러나, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이, 높은 자속 밀도를 얻을 수 있기 때문에 결합 자석을 고밀도화하지 않아도 우수한 자기 특성을 얻을 수 있어 압출 성형, 사출 성형에 의해 제조되는 결합 자석에도 그 이점을 갖게 할 수 있다.
결합 자석 중의 자석 분말 함유량(함유율)은 특별히 한정되지 않으며, 통상은 성형 방법이나 성형성과 고자기 특성과의 양립을 고려하여 결정된다. 구체적으로는 75 내지 99.5 중량% 정도가 바람직하고, 85 내지 97.5 중량% 정도가 보다 바람직하다.
특히, 결합 자석이 압축 성형에 의해 제조된 경우에는 자석 분말의 함유량은 90 내지 99.5 중량% 정도가 바람직하고, 93 내지 98.5 중량% 정도가 보다 바람직하다.
또한, 결합 자석이 압출 성형 또는 사출 성형에 의해 제조된 경우에는 자석 분말의 함유량은 75 내지 98 중량% 정도가 바람직하고, 85 내지 97 중량% 정도가 보다 바람직하다.
결합 자석의 밀도 ρ는 포함되는 자석 분말의 비중, 자석 분말의 함유량, 빈 구멍률 등의 요인에 따라 결정된다. 본 발명의 결합 자석에 있어서 그 밀도 ρ는 특별히 한정되지 않지만, 4.5 내지 6.6 Mg/㎥ 정도가 바람직하고, 5.5 내지 6.4 Mg/㎥ 정도가 보다 바람직하다.
본 발명에서는 자석 분말의 잔류 자속 밀도, 보자력이 크기 때문에 결합 자석으로 성형했을 경우, 자석 분말의 함유량이 많은 경우는 물론 함유량이 비교적 적은 경우에도 우수한 자기 특성[특히, 높은 최대 자기 에너지곱(BH)max]을 얻을 수 있다.
본 발명의 결합 자석 형상, 치수 등은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 형상에 있어서는 원주형, 각기둥형, 원통형(링형), 원호형, 평판형, 만곡판형 등 모든 형상이 가능하며, 그 크기도 대형에서 초소형까지 모든 크기가 가능하다. 특히, 소형화, 초소형화된 자석에 유리한 것은 본 명세서 중에서 자주 설명한 바와 같다.
본 발명의 결합 자석은 보자력(실온에서의 고유 보자력) HCJ가 320 내지 1200 kA/m인 것이 바람직하며, 400 내지 800 kA/m이 보다 바람직하다. 보자력이 상기 하한치 미만에서는 역자장이 가해졌을 때 소자(degauss)가 현저해지며, 또한 고온에서의 내열성이 떨어진다. 또한, 보자력이 상기 상한치를 넘으면 착자성이 저하된다. 따라서, 보자력 HCJ를 상기 범위로 함으로써, 결합 자석(특히, 원통형 자석)에 다극 착자 등을 행하는 경우 충분한 착자 자장을 얻지 못하는 경우에도 양호한 착자가 가능해지고, 충분한 자속 밀도를 얻을 수 있어 고성능의 결합 자석을 제공할 수 있다.
본 발명의 결합 자석은 최대 자기 에너지곱(BH)max이 40 kJ/㎥ 이상인 것이 바람직하고, 50 kJ/㎥ 이상인 것이 보다 바람직하며, 70 내지 120 kJ/㎥인 것이 더욱 바람직하다. 최대 자기 에너지곱(BH)max이 40 kJ/㎥ 미만이면, 모터용으로 사용했을 때 그 종류, 구조에 따라서는 충분한 토크를 얻지 못한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 자석 재료의 제조 방법에 따르면 냉각 롤(5)의 둘레면 상에 가스 배출 수단으로서 홈(54)가 설치되어 있기 때문에, 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에 침입한 가스를 배출할 수 있다. 이에 따라, 퍼들(7)이 떠 오르는 것이 방지되고, 둘레면(53)과 퍼들(7)의 밀착성이 향상된다. 그 결과, 냉각 속도의 불균일성이 작아지고, 얻어지는 급냉 리본(8)에서는 높은 자기 특성을 안정하게 얻을 수 있다.
따라서, 상기 급냉 리본(8)로부터 얻어지는 결합 자석은 우수한 자기 특성을갖는다. 또한, 결합 자석 제조시, 고밀도화를 추구하지 않아도 높은 자기 특성을 얻을 수 있기 때문에 성형성, 치수 정밀도, 기계적 강도, 내식성, 내열성 등의 향상을 도모할 수 있다.
이어서, 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
이하, 자석 재료의 제조 방법 중 제2 실시 형태에 대하여 상기 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항의 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서는 자석 재료 제조에 사용하는 냉각 롤 둘레면에 설치된 홈(가스 배출 수단) 형상이 상기 제1 실시 형태에서 사용한 것과는 상이하다.
도 6은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제2 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤을 나타내는 정면도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 냉각 롤의 확대 단면도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 홈(54)는 냉각 롤(5)의 회전축(50)을 중심으로 하는 나선형으로 형성되어 있다. 홈(54)가 이러한 형상이면, 비교적 쉽게 둘레면 (53) 전체에 걸쳐 홈(54)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 냉각 롤(5)를 일정 속도로 회전시키고, 선반(lathe) 등의 절삭 공구를 회전축(50)에 대하여 평행하게 일정 속도로 이동시키면서 냉각 롤(5)의 외주부를 절삭함으로써 이러한 홈(54)를 형성할 수 있다.
또한, 나선형 홈(54)는 1조(1개)일 수도, 2조(2개) 이상일 수도 있다.
홈(54)의 길이 방향과 냉각 롤(5)의 회전 방향이 이루는 각 θ(절대치)는 30°이하인 것이 바람직하고, 20°이하인 것이 보다 바람직하다. θ가 30°이하이면, 냉각 롤(5)의 모든 둘레 속도에 있어서 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에 침입한 가스를 효율적으로 배출할 수 있다.
둘레면(53) 상의 각 부위에 있어서 θ의 값은 일정할 수도, 일정하지 않을 수도 있다. 또한, 홈(54)를 2조 이상 갖는 경우 각각의 홈(54)에 대하여 θ는 동일할 수도, 또는 상이할 수도 있다.
홈(54)는 둘레면(53)의 가장자리부(55)에 있어서, 개구부(56)으로 개방되어 있다. 이에 따라, 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에서 홈(54)에 배출된 가스가 이 개구부(56)으로부터 냉각 롤(5)의 측면으로 배출되기 때문에, 배출된 가스가 다시 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 도시한 구성에서 홈(54)는 양쪽 가장자리부에 개방되어 있지만, 한쪽 가장자리에만 개방되어 있을 수도 있다.
이어서, 본 발명의 냉각 롤(5)의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
이하, 자석 재료의 제조 방법 중 제3 실시 형태에 대하여 상기 제1 실시 형태, 제2 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항의 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서는 자석 재료 제조에 사용하는 냉각 롤의 둘레면에 설치된 홈(가스 배출 수단) 형상이 상기 제1 실시 형태, 제2 실시 형태에서 사용한 것과는 상이하다.
도 8은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제3 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤을 나타내는 정면도이고, 도 9는 도 8에 나타낸 냉각 롤의 확대 단면도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 둘레면(53) 상에는 나선의 회전 방향이 서로 역방향인 2개 이상의 홈(54)가 형성되어 있다. 이들 홈(54)는 여러 점에서 교차하고 있다.
이와 같이, 나선의 회전 방향이 역방향인 홈(54)가 형성됨으로써, 제조된 급냉 리본(8)이 우측 감기 홈으로부터 받는 횡방향의 힘과 좌측 감기 홈으로부터 받는 횡방향의 힘이 상쇄되어, 급냉 리본(8)의 도 8 중의 횡방향의 이동이 억제되고 진행 방향이 안정된다.
또한, 도 8 중 θ1, θ2로 표시되는 각각의 회전 방향의 홈(54)의 길이 방향과 냉각 롤(5)의 회전 방향이 이루는 각(절대치)은 상술한 θ와 동일한 범위의 값이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 냉각 롤(5)의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.
이하, 자석 재료의 제조 방법 중 제4 실시 형태에 대하여 상기 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항의 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서는 자석 재료 제조에 사용하는 냉각 롤의 둘레면에 설치된 홈(가스 배출 수단) 형상이 상기 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서 사용한 것과는 상이하다.
도 10은 본 발명의 자석 재료의 제조 방법 중 제4 실시 형태에서 사용하는 냉각 롤을 나타내는 정면도이고, 도 11은 도 10에 나타낸 냉각 롤의 확대 단면도이다.
도 10에 나타낸 바와 같이 복수의 홈(54)가 냉각 롤(5)의 둘레면 폭 방향의 거의 중앙에서 양쪽 가장자리부(55) 방향으로 ハ자형으로 형성되어 있다.
이러한 홈(54)가 형성된 냉각 롤(5)를 사용한 경우, 그 회전 방향과의 조합에 의해 둘레면(53)과 퍼들(7) 사이에 침입한 가스를 한층 더 높은 효율로 배출할 수 있다.
또한, 이러한 패턴의 홈이 형성된 경우, 냉각 롤(5)의 회전에 따라 발생하는 도 10 중의 좌우 양쪽 홈(54)로부터의 힘이 서로 어울려져 냉각 롤(5)의 폭 방향 거의 중앙으로 급냉 리본(8)이 밀려나오기 때문에 급냉 리본(8)의 진행 방향이 안정된다.
또한, 본 발명에서 가스 배출 수단의 형상 등 여러 가지 조건은 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 홈(54)는 도 12에 나타낸 바와 같이 간헐적으로 형성된 것일 수도 있다. 또한, 홈(54)의 단면 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 도 13, 도 14에 나타낸 것일 수도 있다.
또한, 가스 배출 수단은 상술한 홈에 한정되지 않으며, 둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스를 배출하는 기능을 갖는 것이면 어떠한 것이든 좋다. 가스 배출 수단으로서는 그 외 예를 들면 도 15, 도 16에 나타낸 빈 구멍 등일 수도 있다. 가스 배출 수단이 빈 구멍인 경우, 이들은 각각이 독립되어 있는 것(독립 구멍)일 수도, 연속되어 있는 것(연속 구멍)일 수도 있지만, 가스 배출 효율의 점에서 연속구멍이 바람직하다.
이들 도면에 나타낸 냉각 롤(5)을 사용해도 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
도 1 내지 도 3에 나타낸 둘레면에 가스 배출 수단을 갖는 냉각 롤을 제조하고, 이 냉각 롤을 구비한 도 1에 나타낸 구성의 급냉 리본 제조 장치를 준비하였다.
냉각 롤은 하기와 같이 하여 제조하였다.
우선, 구리(20 ℃에서의 열전도율: 395 W·m-1·K-1, 20 ℃에서의 열팽창률: 16.5×10-6K-1)로 구성된 롤 기재(직경 200 mm, 폭 30 mm)를 준비하고, 그 둘레면에 절삭 가공을 행하여 거의 경면(표면 조도 Ra 0.07 ㎛)으로 하였다.
그 후, 더욱 절삭 가공을 행하여 롤 기재의 회전 방향에 대하여 거의 평행한 홈을 형성하였다.
이 롤 기재의 외주면에 세라믹스인 ZrC(20 ℃에서의 열전도율: 20.6 W·m-1·K-1, 20 ℃에서의 열팽창률: 7.0×10-6K-1)의 표면층을 이온 플레이팅에 의해 형성하고, 도 l 내지 도 3에 나타낸 냉각 롤을 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 냉각 롤 A를 구비한 급냉 리본 제조 장치를 사용하여, 이하에 설명하는 방법으로 합금 조성이 (Nd0.7Pr0.3)10.5Feba1.B6으로 표시되는 급냉 리본을 제조하였다.
우선, Nd, Pr, Fe, B의 각 원료를 칭량하여 모합금 주괴(ingot)를 주조하였다.
급냉 리본 제조 장치에 있어서, 바닥부에 노즐(원형 구멍 오리피스)을 설치한 석영관 내에 상기 모합금 주괴를 넣었다. 급냉 리본 제조 장치가 수납되어 있는 챔버 내를 탈기한 후, 불활성 가스(헬륨 가스)를 도입하고 원하는 온도 및 압력을 가진 분위기로 하였다.
그 후, 석영관 내의 모합금 주괴를 고주파 유도 가열에 의해 용해하고, 또한 냉각 롤 A의 둘레 속도를 27 m/초로 하여 용탕의 분사압(석영관 내압과 통체(2) 내에서의 액면 높이에 비례하여 가하는 압력의 합과, 분위기압과의 차압)을 40 kPa, 분위기 가스 압력을 60 kPa로 한 후, 용탕을 냉각 롤 A의 회전축 거의 바로 위에서 냉각 롤 A의 정상부 둘레면을 향하여 분사하고, 급냉 리본(샘플 No. 1a)를 연속적으로 제작하였다.
또한, 홈의 형상을 도 6, 도 7에 나타낸 바와 같이 한 것 이외는 상술한 냉각 롤 A와 동일하게 하여 6종의 냉각 롤(냉각 롤 B, C, D, E, F, G)을 제조하였다. 이 때, 각 냉각 롤의 제조 조건은 홈의 평균 폭, 평균 깊이, 병설된 홈의 평균 피치, 홈의 길이 방향과 냉각 롤의 회전 방향이 이루는 각 θ가 서로 달라지도록 조정하였다. 또한, 모두 3개의 절삭 공구를 등간격으로 설치한 선반을 사용하여 병설된 홈의 피치가 둘레면 상의 각 부위에서 거의 일정해지도록 3조의 홈을 형성하였다. 상기 급냉 리본 제조 장치의 냉각 롤 A를 이들 냉각 롤에 순차 교환하고, 상술한 조건으로 급냉 리본(샘플 No. 1b, No. 1c, No. 1d, No. 1e, No. 1f, No. 1g)를 제조하였다.
또한, 홈의 형상을 도 8, 도 9에 나타낸 바와 같이 한 것 이외는 상술한 냉각 롤 B와 동일하게 하여 냉각 롤 H를 제조하였다. 상기 급냉 리본 제조 장치의 냉각 롤을 이 냉각 롤 H로 교환하여 상술한 조건으로 급냉 리본(샘플 No. 1h)를 제조하였다.
또한, 홈의 형상을 도 10, 도 11에 나타낸 바와 같이 한 것 이외는 상술한 냉각 롤 A와 동일하게 하여 냉각 롤 I를 제조하였다. 상기 급냉 리본 제조 장치의 냉각 롤을 이 냉각 롤 I로 교환하여 상술한 조건으로 급냉 리본(샘플 No. 1i)를 제조하였다.
또한, 롤 기재의 외주부를 절삭 가공에 의해 거의 경면으로 한 후, 홈을 설치하지 않고 그대로 표면층을 형성한 것을 제조한 것 이외는 상술한 냉각 롤 A와 동일하게 하여 냉각 롤 J를 제조하고, 상기 급냉 리본 제조 장치의 냉각 롤을 이 냉각 롤 J로 교환하여 상술한 조건으로 급냉 리본(샘플 No. 1j)를 제조하였다.
상기 냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J의 표면층 두께는 모두 7 ㎛였다. 또한, 표면층 형성 후, 상기 표면층에 대하여 기계 가공은 행하지 않았다. 각 냉각 롤에 대하여 홈의 폭 L1(평균치), 깊이 L2(평균치), 병설된 홈의 피치 L3(평균치), 홈의 길이 방향과 냉각 롤의 회전 방향이 이루는 각 θ, 냉각 롤의 둘레면 상에서의 홈이 차지하는 투영 면적의 비율, 둘레면의 홈을 제외한 부분의 표면 조도 Ra의 측정치를 표 1에 나타내었다.
<냉각 롤의 둘레면 및 홈의 조건>
평균 폭 L1(㎛) 평균 깊이 L2(㎛) 평균 피치 L3(㎛) θ 홈이 차지하는 면적 비율(%) 표면 조도 Ra(㎛)
냉각 롤 A 15.0 3.2 30.0 0° 50 0.80
냉각 롤 B 5.0 5.0 12.5 3° 40 1.12
냉각 롤 C 9.2 1.5 10.0 5° 92 0.50
냉각 롤 D 27.0 8.0 90.0 10° 30 2.10
냉각 롤 E 30.0 2.0 50.0 15° 60 0.55
냉각 롤 F 15.0 1.8 20.0 20° 75 0.60
냉각 롤 G 6.4 4.0 8.0 28° 80 0.95
냉각 롤 H 9.5 2.5 15.0 θ1=15°θ2=15° 58 0.63
냉각 롤 I 20.0 1.5 30.0 θ1=10°θ2=20° 63 0.45
냉각 롤 J - - - - - 0.08
냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J를 사용하여 제조한 10종의 급냉 리본(샘플 No. 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i, 1j)에 대하여, 각각 하기 1) 및 2)의 평가를 행하였다.
1) 급냉 리본의 자기 특성
각각의 급냉 리본에 대하여 길이 약 5 cm의 급냉 리본을 꺼내, 더욱 그로부터 길이 약 7 mm의 샘플을 다섯 샘플 연속하여 제작하고, 각각의 샘플에 대하여 평균 두께 t 및 자기 특성을 측정하였다.
평균 두께 t는 마이크로 미터에 의해 한 개의 샘플에 대하여 20군데의 측정점에서 측정하고, 이것을 평균한 값으로 하였다. 자기 특성은 진동 시료형 자력계(VSM)를 사용하여 잔류 자속 밀도 Br(T), 보자력 HCJ(kA/m) 및 최대 자기 에너지곱(BH)max(kJ/㎥)을 측정하였다. 측정시에는 급냉 리본의 장축 방향을 인가 자계 방향으로 하였다. 또한, 반자계 보정은 행하지 않았다.
2) 결합 자석의 자기 특성
각각의 급냉 리본에 대하여, 아르곤 가스 분위기 중에서 675 ℃×300초의 열처리를 행하였다.
이들 열처리를 행한 급냉 리본을 분쇄하여, 평균 입경 70 ㎛의 자석 분말을 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 자석 분말에 대하여, 그 상 구성을 분석하기 위해 Cu-Kα를 사용하여 회절각(2θ)이 20°내지 60°의 범위에서 X선 회절을 행하였다. 그 결과 모든 자석 분말에 있어서 회절 패턴에 나타난 명확한 피크는 경질 자성상인 R2TM14B형 상에 따르는 것 뿐이었다
또한, 각 자석 분말에 대하여 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여 구성 조직을 관찰하였다. 그 결과, 각 자석 분말은 모두 주로 경질 자성상인 R2TM14B형 상으로 구성되는 것이 확인되었다. 투과형 전자 현미경(TEM)에 의한 관찰 결과(상이한 10군데에서의 관찰 결과)로부터 구해진 전체 구성 조직(비정질 조직도 포함) 중에 차지하는 R2TM14B형 상의 체적률은 모두 85 % 이상이었다.
또한, 각 자석 분말에 대하여 R2TM14B형 상의 평균 결정 입경을 측정하였다.
이어서, 각 자석 분말과 에폭시 수지를 혼합하여 결합 자석용 조성물(컴파운드)을 제작하였다. 이 때, 자석 분말과 에폭시 수지의 배합 비율(중량비)은 각 샘플에 대하여 거의 동일한 값으로 하였다. 즉, 각 샘플 중의 자석 분말 함유량(함유율)은 약 97.5 중량%였다.
이어서, 이 컴파운드를 분쇄하여 입상으로 하고, 이 입상물을 칭량하여 압축 장치의 금형 내에 충전하고, 실온에서 압력 700 MPa로 압축 성형(무자장 중)하여 성형체를 얻었다. 탈형한 후, 175 ℃에서 가열 경화시켜 직경 10 mm×높이 8 mm의 원주형 결합 자석을 얻었다.
이들 결합 자석에 대하여 자장 강도 3.2 MA/m의 펄스 착자를 행한 후, 직류 자기 자속계[도에 고교(주)제조, TRF-5BH]로 최대 인가 자장 2.0 MA/m로 자기 특성(잔류 자속 밀도 Br, 보자력 HCJ및 최대 자기 에너지곱(BH)max)을 측정하였다. 측정시의 온도는 23 ℃(실온)였다.
이들 결과를 표 2 내지 표 4에 나타내었다.
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 1a 내지 1e)> (실시예 1)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
1a(본 발명) 냉각 롤 A 1 19 647 0.95 136
2 20 641 0.95 135
3 20 645 0.94 133
4 20 640 0.94 132
5 19 646 0.95 135
1b(본 발명) 냉각 롤 B 1 21 651 0.93 131
2 20 643 0.94 133
3 21 640 0.94 131
4 20 649 0.94 135
5 20 645 0.93 129
1c(본 발명) 냉각 롤 C 1 23 653 0.92 125
2 22 655 0.93 128
3 23 651 0.93 127
4 22 654 0.92 125
5 21 658 0.93 129
1d(본 발명) 냉각 롤 D 1 25 629 0.88 115
2 21 630 0.88 113
3 22 631 0.87 112
4 20 627 0.86 114
5 25 624 0.88 113
1e(본 발명) 냉각 롤 E 1 22 660 0.94 133
2 21 657 0.94 134
3 21 655 0.93 129
4 21 658 0.93 130
5 22 653 0.94 131
합금 조성: (Nd0.7Pr0.3)10.5Febal.B6
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 1f 내지 1j)> (실시예 1)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
1f(본 발명) 냉각 롤 F 1 18 619 0.94 125
2 19 621 0.94 129
3 18 625 0.95 131
4 19 623 0.95 130
5 19 618 0.94 124
1g(본 발명) 냉각 롤 G 1 21 645 0.92 119
2 21 643 0.92 117
3 21 647 0.93 125
4 22 649 0.93 126
5 23 644 0.93 123
1h(본 발명) 냉각 롤 H 1 20 641 0.94 129
2 22 648 0.92 123
3 20 643 0.94 130
4 21 647 0.93 127
5 22 645 0.92 122
1i(본 발명) 냉각 롤 I 1 20 652 0.91 119
2 22 653 0.92 120
3 22 657 0.92 121
4 23 650 0.91 118
5 21 649 0.91 116
1j(비교예) 냉각 롤 J 1 18 305 0.80 72
2 31 393 0.68 58
3 19 320 0.78 69
4 21 335 0.75 64
5 29 380 0.70 60
합금 조성: (Nd0.7Pr0.3)10.5Febal.B6
<경질 자성상의 평균 결정 입경과 결합 자석의 자기 특성(실시예 1)>
급냉 리본의샘플 No. 평균 결정 입경(nm) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
1a(본 발명) 27 642 0.80 96
1b(본 발명) 28 643 0.79 94
1c(본 발명) 33 650 0.78 92
1d(본 발명) 38 625 0.75 85
1e(본 발명) 32 653 0.79 94
1f(본 발명) 26 616 0.79 93
1g(본 발명) 31 640 0.77 90
1h(본 발명) 29 639 0.78 92
1i(본 발명) 33 648 0.76 87
1j(비교예) 63 335 0.63 45
합금 조성: (Nd0.7Pr0.3)10.5Febal.B6
표 2 및 표 3으로부터 명확한 바와 같이, 샘플 No. 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i의 급냉 리본(모두 본 발명)에서는 자기 특성의 불균일성이 작고, 전체적으로 자기 특성이 높다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 추정된다.
냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G, H, I는 그 둘레면 상에 가스 배출 수단을 갖고 있다. 따라서, 둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스가 효율적으로 배출되고, 둘레면과 퍼들의 밀착성이 향상되며 급냉 리본의 롤면으로의 거대 딤플 발생이 방지 또는 억제된다. 이에 따라, 급냉 리본의 각 부위에서의 냉각 속도차가 작아지고, 얻어지는 급냉 리본에서의 결정 입경 불균일성이 작아지며, 그 결과 자기 특성의 불균일도 작아지는 것이라고 생각된다.
이에 대하여, 샘플 No. 1j의 급냉 리본(비교예)에서는 연속된 급냉 리본에서 절단된 샘플임에도 불구하고, 자기 특성의 불균일성이 크다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 추정된다.
둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스는 그대로 잔류하여 급냉 리본의 롤면에 거대한 딤플을 형성시킨다. 따라서, 둘레면에 밀착한 부위에서의 냉각 속도는 큰 데 대하여, 딤플이 형성된 부위에서의 냉각 속도는 저하하여 결정 입경의 조대화가 일어난다. 그 결과, 얻어지는 급냉 리본의 자기 특성 불균일성이 커진다고 생각된다.
또한, 표 4로부터 명확한 바와 같이 샘플 No. 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i의 급냉 리본(모두 본 발명)에 의한 결합 자석에서는 우수한 자기 특성을 얻을 수 있는데 대하여, 샘플 No. 1j의 급냉 리본(비교예)에 의한 결합 자석은 낮은 자기 특성밖에 갖지 못했다.
이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 생각된다.
즉, 샘플 No. 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i의 급냉 리본(모두 본 발명)는 자기 특성이 높고, 동시에 자기 특성의 불균일성이 작기 때문에 이들 급냉 리본을 사용하여 제조된 각 결합 자석도 우수한 자기 특성을 얻을 수 있는 것이라고 생각된다. 이에 대하여, 샘플 No. 1j의 급냉 리본은 자기 특성의 불균일이 크기 때문에 이 급냉 리본을 사용하여 제조된 결합 자석도 전체로서의 자기 특성이 저하하는 것이라고 생각된다.
실시예 2
급냉 리본의 합금 조성이 Nd11.5Febal.B4.6으로 표시되는 것이 되도록 한 것 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 하여 상술한 냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G, H, I,J를 사용하여 10종의 급냉 리본(샘플 No. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i, 2j)를 제조하였다.
샘플 No. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i, 2j의 급냉 리본에 대하여 각각 상기 실시예 1과 동일하게 하여 급냉 리본의 자기 특성을 측정하였다.
그 후, 각각의 급냉 리본에 대하여 아르곤 가스 분위기 중에서 675 ℃×300초의 열처리를 행하였다.
이들 열처리를 행한 급냉 리본을 분쇄하여 평균 입경 70 ㎛의 자석 분말을 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 각 자석 분말에 대하여 그 상 구성을 분석하기 위하여 Cu-Kα를 사용하여 회절각(2θ)이 20°내지 60°의 범위에서 X선 회절 시험을 행하였다. 그 결과 모든 자석 분말에 있어서 회절 패턴에 나타난 명확한 피크는 경질 자성상인 R2TM14B형 상에 따르는 것 뿐이었다
또한, 각 자석 분말에 대하여 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여 구성 조직을 관찰하였다. 그 결과, 각 자석 분말은 모두 주로 경질 자성상인 R2TM14B형 상으로 구성되는 것이 확인되었다. 투과형 전자 현미경(TEM)에 의한 관찰 결과(상이한 10군데에서의 관찰 결과)로부터 구해진 전체 구성 조직(비정질 조직도 포함) 중에 차지하는 R2TM14B형 상의 체적률은 모두 95 % 이상이었다.
또한, 각 자석 분말에 대하여 R2TM14B형 상의 평균 결정 입경을 측정하였다.
이들 각 자석 분말을 사용하여 상기 실시예 1과 동일하게 하여 결합 자석을제조하고, 얻어진 각 결합 자석의 자기 특성을 측정하였다.
이들 결과를 표 5 내지 표 7에 나타내었다.
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 2a 내지 2e)> (실시예 2)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
2a(본 발명) 냉각 롤 A 1 20 840 0.90 130
2 20 838 0.90 134
3 21 832 0.89 133
4 21 835 0.89 132
5 21 837 0.89 131
2b(본 발명) 냉각 롤 B 1 22 848 0.88 127
2 21 841 0.89 125
3 22 846 0.87 129
4 21 842 0.89 123
5 22 849 0.88 125
2c(본 발명) 냉각 롤 C 1 23 850 0.87 124
2 22 853 0.88 121
3 24 846 0.87 125
4 23 848 0.87 122
5 24 849 0.88 123
2d(본 발명) 냉각 롤 D 1 21 826 0.83 110
2 26 818 0.81 108
3 25 820 0.82 109
4 22 827 0.80 106
5 23 824 0.81 107
2e(본 발명) 냉각 롤 E 1 22 856 0.89 130
2 22 853 0.88 131
3 23 849 0.88 126
4 23 852 0.88 127
5 22 847 0.89 128
합금 조성: Nd11.5Febal.B4.6
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 2f 내지 2j)> (실시예 2)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
2f(본 발명) 냉각 롤 F 1 20 820 0.89 121
2 20 815 0.90 122
3 19 817 0.90 126
4 20 811 0.88 128
5 19 814 0.89 127
2g(본 발명) 냉각 롤 G 1 23 830 0.88 120
2 22 833 0.87 119
3 24 835 0.87 121
4 22 831 0.88 117
5 22 829 0.88 120
2h(본 발명) 냉각 롤 H 1 22 833 0.89 127
2 23 838 0.87 124
3 21 834 0.89 121
4 23 837 0.87 126
5 21 835 0.88 120
2i(본 발명) 냉각 롤 I 1 24 848 0.87 118
2 22 850 0.86 115
3 21 845 0.85 113
4 23 844 0.86 115
5 23 846 0.85 117
2j(비교예) 냉각 롤 J 1 22 380 0.73 61
2 30 451 0.65 54
3 19 390 0.71 62
4 33 462 0.63 50
5 20 393 0.67 58
합금 조성: Nd11.5Febal.B4.6
<경질 자성상의 평균 결정 입경과 결합 자석의 자기 특성(실시예 2)>
급냉 리본의샘플 No. 평균 결정 입경(nm) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
2a(본 발명) 28 835 0.76 93
2b(본 발명) 29 841 0.76 91
2c(본 발명) 35 847 0.75 90
2d(본 발명) 41 819 0.70 79
2e(본 발명) 34 850 0.76 92
2f(본 발명) 25 810 0.75 90
2g(본 발명) 30 830 0.75 86
2h(본 발명) 28 835 0.76 90
2i(본 발명) 35 844 0.74 84
2j(비교예) 67 402 0.56 41
합금 조성: Nd11.5Febal.B4.6
표 5 및 표 6으로부터 명확한 바와 같이, 샘플 No. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i의 급냉 리본(모두 본 발명)에서는 자기 특성의 불균일성이 작고, 전체적으로 자기 특성이 높다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 추정된다.
냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G, H, I는 그 둘레면 상에 가스 배출 수단을 갖고 있다. 따라서, 둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스가 효율적으로 배출되고, 둘레면과 퍼들의 밀착성이 향상되며 급냉 리본의 롤면으로의 거대 딤플 발생이 방지 또는 억제된다. 이에 따라, 급냉 리본의 각 부위에서의 냉각 속도차가 작아지고, 얻어지는 급냉 리본에서의 결정 입경 불균일성이 작아지며, 그 결과 자기 특성의 불균일도 작아지는 것이라고 생각된다.
이에 대하여, 샘플 No. 2j의 급냉 리본(비교예)에서는 연속된 급냉 리본에서 절단된 샘플임에도 불구하고, 자기 특성의 불균일성이 크다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 추정된다.
둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스는 그대로 잔류하여 급냉 리본의 롤면에 거대한 딤플을 형성시킨다. 따라서, 둘레면에 밀착한 부위에서의 냉각 속도는 큰 데 대하여, 딤플이 형성된 부위에서의 냉각 속도는 저하하여 결정 입경의 조대화가 일어난다. 그 결과, 얻어지는 급냉 리본의 자기 특성 불균일성이 커진다고 생각된다.
또한, 표 7로부터 명확한 바와 같이 샘플 No. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i의 급냉 리본(모두 본 발명)에 의한 결합 자석에서는 우수한 자기 특성을 얻을 수 있는데 대하여, 샘플 No. 2j의 급냉 리본(비교예)에 의한 결합 자석은 낮은 자기 특성밖에 갖지 못했다.
이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 생각된다.
즉, 샘플 No. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i의 급냉 리본(모두 본 발명)는 자기 특성이 높고, 동시에 자기 특성의 불균일성이 작기 때문에 이들 급냉 리본을 사용하여 제조된 각 결합 자석도 우수한 자기 특성을 얻을 수 있는 것이라고 생각된다. 이에 대하여, 샘플 No. 2j의 급냉 리본은 자기 특성의 불균일이 크기 때문에 이 급냉 리본을 사용하여 제조된 결합 자석도 전체로서의 자기 특성이 저하하는 것이라고 생각된다.
실시예 3
급냉 리본의 합금 조성이 Nd14.2(Fe0.85Co0.15)bal.B6.8로 표시되는 것이 되도록 한 것 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 하여 상술한 냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G,H, I, J를 사용하여 10종의 급냉 리본(샘플 No. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j)를 제조하였다.
샘플 No. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j의 급냉 리본에 대하여 각각 상기 실시예 1과 동일하게 하여 급냉 리본의 자기 특성을 측정하였다.
그 후, 각각의 급냉 리본에 대하여 아르곤 가스 분위기 중에서 675 ℃×300초의 열처리를 행하였다.
이들 열처리를 행한 급냉 리본을 분쇄하여 평균 입경 70 ㎛의 자석 분말을 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 각 자석 분말에 대하여 그 상 구성을 분석하기 위하여 Cu-Kα를 사용하여 회절각(2θ)이 20°내지 60°의 범위에서 X선 회절 시험을 행하였다. 그 결과 모든 자석 분말에 있어서 회절 패턴에 나타난 명확한 피크는 경질 자성상인 R2TM14B형 상에 따르는 것 뿐이었다
또한, 각 자석 분말에 대하여 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여 구성 조직을 관찰하였다. 그 결과, 각 자석 분말은 모두 주로 경질 자성상인 R2TM14B형 상으로 구성되는 것이 확인되었다. 투과형 전자 현미경(TEM)에 의한 관찰 결과(상이한 10군데에서의 관찰 결과)로부터 구해진 전체 구성 조직(비정질 조직도 포함) 중에 차지하는 R2TM14B형 상의 체적률은 모두 90 % 이상이었다.
또한, 각 자석 분말에 대하여 R2TM14B형 상의 평균 결정 입경을 측정하였다.
이들 각 자석 분말을 사용하여 상기 실시예 1과 동일하게 하여 결합 자석을제조하고, 얻어진 각 결합 자석의 자기 특성을 측정하였다.
이들 결과를 표 8 내지 표 10에 나타내었다.
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 3a 내지 3e)> (실시예 3)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
3a(본 발명) 냉각 롤 A 1 21 1072 0.86 128
2 22 1073 0.86 125
3 22 1071 0.85 126
4 22 1075 0.85 124
5 21 1076 0.86 128
3b(본 발명) 냉각 롤 B 1 22 1080 0.85 125
2 23 1078 0.84 122
3 22 1075 0.84 124
4 23 1079 0.85 125
5 23 1074 0.84 123
3c(본 발명) 냉각 롤 C 1 23 1090 0.83 120
2 25 1085 0.84 117
3 24 1088 0.82 118
4 25 1092 0.83 119
5 24 1087 0.83 116
3d(본 발명) 냉각 롤 D 1 27 1063 0.79 110
2 26 1065 0.79 110
3 23 1067 0.77 105
4 24 1064 0.78 108
5 22 1062 0.78 109
3e(본 발명) 냉각 롤 E 1 23 1105 0.85 122
2 24 1110 0.84 121
3 24 1101 0.85 123
4 23 1099 0.84 120
5 23 1095 0.84 121
합금 조성: Nd14.2(Fe0.85Co0.15)bal.B6.8
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 3f 내지 3j)> (실시예 3)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
3f(본 발명) 냉각 롤 F 1 21 1052 0.85 119
2 20 1049 0.85 120
3 21 1056 0.86 121
4 20 1050 0.86 122
5 21 1057 0.85 121
3g(본 발명) 냉각 롤 G 1 25 1081 0.83 117
2 23 1079 0.82 115
3 23 1080 0.82 115
4 24 1078 0.82 114
5 23 1076 0.83 116
3h(본 발명) 냉각 롤 H 1 24 1078 0.83 122
2 22 1077 0.82 120
3 24 1079 0.83 122
4 22 1080 0.81 119
5 23 1076 0.83 123
3i(본 발명) 냉각 롤 I 1 23 1094 0.82 118
2 22 1098 0.81 115
3 24 1093 0.81 116
4 24 1092 0.82 117
5 25 1095 0.81 116
3j(비교예) 냉각 롤 J 1 32 563 0.60 52
2 18 505 0.65 63
3 34 572 0.59 53
4 19 510 0.66 65
5 22 538 0.62 58
합금 조성: Nd14.2(Fe0.85Co0.15)bal.B6.8
<경질 자성상의 평균 결정 입경과 결합 자석의 자기 특성(실시예 3)>
급냉 리본의샘플 No. 평균 결정 입경(nm) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
3a(본 발명) 26 1071 0.72 88
3b(본 발명) 29 1075 0.71 86
3c(본 발명) 33 1086 0.71 83
3d(본 발명) 40 1062 0.66 76
3e(본 발명) 33 1096 0.71 85
3f(본 발명) 27 1048 0.72 84
3g(본 발명) 30 1075 0.70 81
3h(본 발명) 30 1077 0.72 83
3i(본 발명) 34 1090 0.70 80
3j(비교예) 70 542 0.52 43
합금 조성: Nd14.2(Fe0.85Co0.15)bal.B6.8
표 8 및 표 9로부터 명확한 바와 같이, 샘플 No. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i의 급냉 리본(모두 본 발명)에서는 자기 특성의 불균일성이 작고, 전체적으로 자기 특성이 높다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 추정된다.
냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G, H, I는 그 둘레면 상에 가스 배출 수단을 갖고 있다. 따라서, 둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스가 효율적으로 배출되고, 둘레면과 퍼들의 밀착성이 향상되며 급냉 리본의 롤면으로의 거대 딤플 발생이 방지 또는 억제된다. 이에 따라, 급냉 리본의 각 부위에서의 냉각 속도차가 작아지고, 얻어지는 급냉 리본에서의 결정 입경 불균일성이 작아지며, 그 결과 자기 특성의 불균일도 작아지는 것이라고 생각된다.
이에 대하여, 샘플 No. 3j의 급냉 리본(비교예)에서는 연속된 급냉 리본에서 절단된 샘플임에도 불구하고, 자기 특성의 불균일성이 크다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 추정된다.
둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스는 그대로 잔류하여 급냉 리본의 롤면에 거대한 딤플을 형성시킨다. 따라서, 둘레면에 밀착한 부위에서의 냉각 속도는 큰 데 대하여, 딤플이 형성된 부위에서의 냉각 속도는 저하하여 결정 입경의 조대화가 일어난다. 그 결과, 얻어지는 급냉 리본의 자기 특성 불균일성이 커진다고 생각된다.
또한, 표 10으로부터 명확한 바와 같이 샘플 No. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i의 급냉 리본(모두 본 발명)에 의한 결합 자석에서는 우수한 자기 특성을 얻을 수 있는데 대하여, 샘플 No. 3j의 급냉 리본(비교예)에 의한 결합 자석은 낮은 자기 특성밖에 갖지 못했다.
이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 생각된다.
즉, 샘플 No. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i의 급냉 리본(모두 본 발명)는 자기 특성이 높고, 동시에 자기 특성의 불균일성이 작기 때문에 이들 급냉 리본을 사용하여 제조된 각 결합 자석도 우수한 자기 특성을 얻을 수 있는 것이라고 생각된다. 이에 대하여, 샘플 No. 3j의 급냉 리본은 자기 특성의 불균일이 크기 때문에 이 급냉 리본을 사용하여 제조된 결합 자석도 전체로서의 자기 특성이 저하하는 것이라고 생각된다.
비교예
급냉 리본의 합금 조성이 Pr3(Fe0.8Co0.2)bal.B3.5로 표시되는 것이 되도록 한 것 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 하여 상술한 냉각 롤 A, B, C, D, E, F, G, H,I, J를 사용하여 10종의 급냉 리본(샘플 No. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j)를 제조하였다.
샘플 No. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j의 급냉 리본에 대하여 각각 상기 실시예 1과 동일하게 하여 급냉 리본의 자기 특성을 측정하였다.
그 후, 각각의 급냉 리본에 대하여 아르곤 가스 분위기 중에서 675 ℃×300초의 열처리를 행하였다.
이들 열처리를 행한 급냉 리본을 분쇄하여 평균 입경 70 ㎛의 자석 분말을 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 각 자석 분말에 대하여 그 상 구성을 분석하기 위하여 Cu-Kα를 사용하여 회절각(2θ)이 20°내지 60°의 범위에서 X선 회절 시험을 행하였다. 그 결과 회절 패턴으로부터 경질 자성상인 R2TM14B형 상의 회절 피크 및 연질 자성상인 α-(Fe, Co)형 상의 회절 피크 등, 다수의 회절 피크가 확인되었다.
또한, 각 자석 분말에 대하여 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여 구성 조직을 관찰(상이한 10군데에서의 관찰)하였다. 그 결과, 각 자석 분말에서의 전체 구성 조직(비정질 조직도 포함) 중에 차지하는 R2TM14형 상의 체적률은 모두 30 % 이하였다.
또한, 각 자석 분말에 대하여 R2TM14형 상의 평균 결정 입경을 측정하였다.
이들 각 자석 분말을 사용하여 상기 실시예 1과 동일하게 하여 결합 자석을 제조하고, 얻어진 각 결합 자석의 자기 특성을 측정하였다.
이들 결과를 표 11 내지 표 13에 나타내었다.
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 4a 내지 4e)> (비교예)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
4a(비교예) 냉각 롤 A 1 18 113 0.78 32
2 18 109 0.77 29
3 19 110 0.78 30
4 19 108 0.78 31
5 19 111 0.77 31
4b(비교예) 냉각 롤 B 1 19 115 0.79 33
2 20 116 0.80 33
3 19 117 0.80 33
4 20 113 0.79 32
5 19 115 0.79 33
4c(비교예) 냉각 롤 C 1 20 120 0.81 34
2 22 118 0.80 33
3 21 121 0.81 34
4 22 119 0.81 33
5 21 120 0.81 34
4d(비교예) 냉각 롤 D 1 24 108 0.72 23
2 24 106 0.71 22
3 20 109 0.73 24
4 21 110 0.73 24
5 19 107 0.71 23
4e(비교예) 냉각 롤 E 1 21 125 0.82 36
2 21 123 0.81 35
3 20 120 0.81 34
4 20 128 0.82 36
5 20 121 0.81 35
합금 조성: Pr3(Fe0.8Co0.2)bal.B3.5
<급냉 리본의 특성(샘플 No. 4f 내지 4j)> (비교예)
샘플 No. 급냉 리본 제조에 사용한 냉각 롤 평균 두께(㎛) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
4f(비교예) 냉각 롤 F 1 18 101 0.70 18
2 17 103 0.70 19
3 18 102 0.70 19
4 17 104 0.71 21
5 18 100 0.70 18
4g(비교예) 냉각 롤 G 1 22 114 0.79 32
2 20 118 0.80 33
3 20 115 0.80 33
4 20 113 0.79 32
5 21 114 0.79 32
4h(비교예) 냉각 롤 H 1 21 113 0.79 32
2 19 112 0.79 31
3 21 110 0.79 30
4 19 109 0.78 29
5 20 112 0.79 32
4i(비교예) 냉각 롤 I 1 20 123 0.81 34
2 19 120 0.81 32
3 21 119 0.81 32
4 21 125 0.82 35
5 22 121 0.81 33
4j(비교예) 냉각 롤 J 1 28 75 0.61 12
2 18 82 0.62 13
3 30 70 0.60 12
4 18 83 0.62 13
5 20 79 0.62 13
합금 조성: Pr3(Fe0.8Co0.2)bal.B3.5
<경질 자성상의 평균 결정 입경과 결합 자석의 자기 특성(비교예)>
급냉 리본의샘플 No. 평균 결정 입경(nm) HCJ(kA/m) Br(T) (BH)max(kJ/㎥)
4a(비교예) 35 110 0.66 21
4b(비교예) 37 113 0.67 22
4c(비교예) 43 118 0.68 23
4d(비교예) 50 107 0.62 16
4e(비교예) 39 121 0.68 25
4f(비교예) 35 100 0.61 15
4g(비교예) 39 113 0.67 22
4h(비교예) 42 109 0.67 21
4i(비교예) 45 120 0.68 24
4j(비교예) 81 69 0.56 9
합금 조성: Pr3(Fe0.8Co0.2)bal.B3.5
표 11 및 표 12로부터 명확한 바와 같이, 샘플 No. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j의 급냉 리본(모두 비교예)는 모두 자기 특성이 떨어졌다.
또한, 샘플 No. 4j의 급냉 리본에서 절단된 샘플은 연속된 급냉 리본에서 잘라낸 것임에도 불구하고, 자기 특성이 불균일성이 컸다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다고 추정된다.
둘레면과 퍼들 사이에 침입한 가스는 그대로 잔류하여 급냉 리본의 롤면에 거대한 딤플을 형성시킨다. 따라서, 둘레면에 밀착한 부위에서의 냉각 속도는 큰 데 대하여, 딤플이 형성된 부위에서의 냉각 속도는 저하하여 결정 입경의 조대화가 발생한다. 그 결과, 얻어지는 급냉 리본의 자기 특성 불균일성이 커진다고 생각된다.
또한, 표 13으로부터 명확한 바와 같이 샘플 No. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j의 급냉 리본에 의한 결합 자석은 모두 자기 특성이 떨어졌다. 그중에서도 샘플 No. 4j의 급냉 리본에 의한 결합 자석의 자기 특성은 특히 낮은 것이었다.
이것은 샘플 No. 4j의 급냉 리본이 각 부위에서의 자기 특성의 불균일성이 크기 때문에, 이 급냉 리본을 사용하여 결합 자석을 제조했을 때 전체로서의 자기 특성이 더욱 저하하기 때문이라고 생각된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
·냉각 롤 둘레면에 가스 배출 수단이 설치되어 있기 때문에, 둘레면과 용탕 퍼들과의 밀착성이 향상되고, 높은 자기 특성을 안정적으로 얻을 수 있다.
·특히, 표면층의 형성 재료, 두께, 가스 배출 수단의 형상 등을 바람직한 범위로 설정함으로써, 더욱 우수한 자기 특성을 얻을 수 있다.
·자석 분말이 주로 R2TM14B형 상으로 구성됨으로써 보자력, 내열성이 더욱 향상된다.
·높은 자속 밀도를 얻을 수 있기 때문에 등방성이라도 고자기 특성을 갖는 결합 자석을 얻을 수 있다. 특히, 종래의 등방성 결합 자석과 비교하여, 보다 작은 체적의 결합 자석에서 동등 이상의 자기 성능을 발휘할 수 있기 때문에, 보다 소형이고 고성능의 모터를 얻을 수 있게 된다.
·또한, 높은 자속 밀도를 얻을 수 있는 점으로부터 결합 자석의 제조시, 고밀도화를 추구하지 않아도 충분하게 높은 자기 특성을 얻을 수 있으며, 그 결과 성형성 향상과 함께 치수 정밀도, 기계적 강도, 내식성, 내열성(열적 안정성) 등의 계속적인 향상을 도모할 수 있으며, 신뢰성 높은 결합 자석을 쉽게 제조할 수 있게 된다.
·착자성이 양호하기 때문에, 보다 낮은 착자 자장에서 착자할 수 있고, 특히 다극 착자 등을 쉽고도 확실히 행할 수 있으며, 동시에 높은 자속 밀도를 얻을 수 있다.
·고밀도화가 요구되지 않는 점으로부터, 압축 성형법과 비교하여 고밀도의 성형이 어려운 압출 성형법이나 사출 성형법에 의한 결합 자석의 제조에도 적합하며, 이러한 성형 방법으로 성형된 결합 자석에서도 상술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 결합 자석 성형 방법의 선택 폭, 나아가 그에 따른 형상 선택의 자유도가 넓어진다.

Claims (29)

  1. 용탕을 냉각 롤의 둘레면에 충돌시켜 냉각 고화하고, 합금 조성이 Rx(Fe1-yCoy)100-x-zBz(여기서, R은 1종 이상의 희토류 원소, x: 10 내지 15 원자%, y: 0 내지 0.30, z: 4 내지 10 원자%)로 표시되는 리본형 자석 재료를 제조하는 자석 재료의 제조 방법으로서,
    상기 냉각 롤은 롤 기재, 및 상기 롤 기재의 외주에 마련되고 평균 두께가 1 내지 20㎛인 세라믹스로 구성된 표면층을 갖고,
    상기 냉각 롤은 상기 둘레면과 상기 용탕 퍼들 사이에 침입한 가스를 배출하는 가스 배출 수단으로서, 병설되어 있는 1개 이상의 홈을 상기 표면층의 둘레면상에 갖되, 상기 홈의 평균 폭은 3 내지 25 ㎛이고, 그 평균 피치는 3 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 자석 재료의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 롤의 표면층이, 실온 부근에서의 열전도율이 롤 기재 구성 재료보다 낮은 재료로 구성된 것인 자석 재료의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 롤의 표면층이, 실온 부근에서의 열전도율이 80 W·m-1·K-1이하인 재료로 구성된 것인 자석 재료의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 롤의 표면층이, 실온 부근에서의 열팽창률이 3.5 내지 18[×10-6K-1]인 재료로 구성된 것인 자석 재료의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 롤의 표면층이 표면의 기계 가공없이 형성된 것인 자석 재료의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 둘레면의 가스 배출 수단을 제외한 부분의 표면 조도 Ra가 0.05 내지 5 ㎛인 자석 재료의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈의 평균 깊이가 0.5 내지 20 ㎛인 자석 재료의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈의 길이 방향과 냉각 롤의 회전 방향이 이루는 각이 30°이하인 자석 재료의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈이 냉각 롤의 회전축을 중심으로 하여 나선형으로 형성된 것인 자석 재료의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈이 둘레면의 가장자리부에서 개방되어 있는 것인 자석 재료의 제조 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 둘레면 상에서의 홈이 차지하는 투영 면적의 비율이 10 내지 99.5 %인 자석 재료의 제조 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 리본형 자석 재료를 분쇄하는 공정을 포함하는 자석 재료의 제조 방법.
  19. 제 1, 3, 5, 6, 8, 9, 12 내지 14, 16 및 17 항중의 어느 한 항에 따르는 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 리본형 자석 재료.
  20. 제 19 항에 있어서,
    평균 두께가 8 내지 50 ㎛인 리본형 자석 재료.
  21. 제 18 항에 따르는 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 분말형 자석 재료.
  22. 제 21 항에 있어서,
    제조 공정 도중 또는 제조 후에 1회 이상의 열처리가 행해진 것인 분말형 자석 재료.
  23. 제 21 항에 있어서,
    평균 입경이 1 내지 300 ㎛인 분말형 자석 재료.
  24. 제 21 항에 있어서,
    주로 경질 자석상인 R2TM14B형 상(여기서, TM은 1종 이상의 전이 금속)으로 구성된 것인 분말형 자석 재료.
  25. 제 24 항에 있어서,
    분말형 자석 재료의 전체 구성 조직 중에 차지하는 상기 R2TM14B형 상의 체적률이 80 % 이상인 분말형 자석 재료.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 R2TM14B형 상의 평균 결정 입경이 500 nm 이하인 분말형 자석 재료.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항중 어느 한 항에 기재된 분말형 자석 재료를 결합 수지로 결합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 결합 자석.
  28. 제 27 항에 있어서,
    실온에서의 고유 보자력 HCJ가 320 내지 1200 kA/m인 결합 자석.
  29. 제 27 항에 있어서,
    최대 자기 에너지곱 (BH)max이 40 kJ/㎥ 이상인 결합 자석.
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