KR100589738B1 - ＮｄＦｅＢ영구자석의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 NdFeB 영구자석을 제조시 외부에 별도의 발열체나 고주파 코일등을 설치할 필요 없이, 상,하부 펀치에 직접 전류를 가하여 영구자석 분말이나, 영구자석 성형체에 직접적으로 직류 전류를 통하게 하여 분말과 튜브재 자체의 저항에 의한 주울 열에 의해 NdFeB 영구자석을 손쉽고, 용이하게 제조할 수 있게 됨은 물론, 상기 NdFeB 영구자석의 제조시 간편한 구조에 의해 제작 비용이 저렴하게 이루어질 수 있으면서도, 고순도 및 고밀도의 NdFeB 영구자석을 제조하는 제조방법에 관한 것이다.

그 기술적인 구성은, Nd₂Fe₁₄B 분말에 유기금속 또는 무기금속 분말을 일정량 혼합 후, 상기 분말을 고온에서 잉곳 제조하고, 상기 잉곳을 용융하여 노즐을 통해 고속으로 회전하는 구리 원판에 분사하여 급냉 응고시켜 분쇄함으로써, 영구자석 분말을 제조하며, 상기와같이 급랭 응고시켜 분쇄된 영구자석 분말을 소성변형이 가능한 튜브재 내부에 장입시키고, 장입된 튜브재 및 영구자석 분말의 상하부 표면이 상,하부 펀치에 밀착 되도록 상부펀치를 하강시켜 분말이 통전 가능토록 밀착시키며, 상기 상,하부 펀치 사이에 밀착된 튜브재 및 분말을 소성토록 상기 상,하부 펀치에 전기장치를 통하여 직류전류를 500~2500A/㎠로 인가하여 영구자석 분말의 내부에 저항열이 700~800℃가 되도록 열을 발생시킨 후, 상기 영구자석 분말의 소성온도 도달시 상부펀치에 50~150MPa 압력을 가하여, 상기 압력이 가해지는 방향 의 수직방향으로 영구자석 분말이 소성 변형되도록 하는 것을 요지로 한다.

튜브재, 상부펀치, 하부펀치, 전기장치, NdFeB 영구자석

Description

ＮｄＦｅＢ영구자석의 제조방법{A Manufacture Method of NdFeB Permanent Magnets}

도 1은 일반적인 고온 프레스(hot press)공정에 의한 영구자석의 제조 공정도.

도 2는 일반적인고온 변형(hot deformation)에 의한 영구자석의 제조 공정도.

도 3은 종래 전류 통전에 의한 영구자석의 제조 공정도.

도 4는 본 발명에 따른 NdFeB 영구자석의 제조방법을 설명하기 위한 개략 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110...영구자석 분말 120...튜브재

130...상부펀치 140...하부펀치

150...전기장치 160...NdFeB 영구자석

본 발명은 NdFeB 영구자석의 제조방법에 관한 것으로 이는 특히, Nd₂Fe₁₄B 분말에 유기금속 또는 무기금속 분말을 일정량 혼합 후, 상기 분말을 고온에서 잉곳 제조한 다음, 이를 급랭 응고시켜 영구자석 분말을 제작하고, 상기 영구자석 분말을 튜브재에 장입하여 상부 및 하부펀치로 가압시킴과 동시에 전류를 가하여 강자성상을 기본으로 하는 NdFeB 영구자석을 제조함으로써, 상기 NdFeB 영구자석을 제조시 외부에 별도의 발열체나 고주파 코일등을 설치할 필요 없이, 분말을 상부 및 하부펀치로 가압 성형시, 상기 상,하부 펀치에 직접 전류를 가하여 영구자석 분말이나, 영구자석 성형체에 직접적으로 직류 전류를 통하게 하여 영구자석 분말과 튜브재 자체의 저항에 의한 주울 열에 의해 NdFeB계 영구자석을 손쉽고, 용이하게 제조할 수 있도록 함은 물론, 상기 영구자석의 제조시 간편한 구조에 의해 제작 비용이 저렴하게 이루어질 수 있으면서도, 상기 영구자석을 분쇄하여 이방성 본드자석 및 사출자석을 만들 수 있도록한 NdFeB 영구자석의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석을 제조하는 경우 도 1에 도시한 바와같이, 등방성 자석을 만드는 고온 프레스(hot press)공정과, 이렇게 제조된 등방성 영구자석을 고온에서 압축, 변형하여 이방성 자석(20)을 제조하는 고온 변형(hot deformation) 과정은 통상 700℃ 정도의 고온과 1 ton/㎠ 이상의 고압 상태에서 행하여 지는 관계로, 분말(10)이 장입된 용기 내부에 발열 코일(40)을 감아 온도를 올리거나, 또는 몰드 주변에 고주파 코일(40)을 설치하여, 원하는 온도환경을 만들고 고압이 가해져야 하기 때문에 강도가 작은 흑연 재질의 몰드를 사용하기가 극히 제한적이며, 또한 특수 재질의 성형 보조체를 사용한다는 것은 불가능하게 됨으로써, 금속이나 세라믹 재질을 사용하게 되며, 또한 몰드가 손상될 경우 몰드를 대체하는 비용이 많이 들고 원하는 모양의 제품을 만들기 위해서는 제품완성 후 가공단계가 필수적으로 요망되는 단점이 있는 것이다.

한편, 상기와같은 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 본 발명자는 외부의 발열체나 고주파 코일을 이용하지 않고, 자석 분말을 가압 성형시 전기적인 장치에 의해 영구자석 분말이나 영구자석 성형체에 직접적으로 직류전류를 통하게 함으로써, 분말과 몰드 자체의 저항에 의한 주울 열에 의해 영구자석을 제조하는 방법을 제안하여 등록받은바 있다.

즉, 대한민국 등록 특허공보 제 10-0424142호에 의하면 도 3에 도시한 바와같이, 희토류계 영구자석 분말(1)을 몰드에 장입하고 상, 하부 펀치(2)(3)로 50∼150 MPa 압력을 가함과 동시에 전기적인 장치(4)에 의하여 상, 하 펀치를 통하여 450∼4000 A/㎠ 직류전류를 통하게 하여 분말로부터 벌크 상태의 영구자석(5)을 얻는 것이다.

그러나, 몰드에 장입된 분말(1)을 상,하부 펀치(2)(3)에 의해 일정 압력으로 압력을 가함과 동시에 전류를 인가시, 가압 방향과 수직으로 팽창되는 영구자석 분말은 소성 변형온도가 이루어지기 이전에 몰드와 분말에 압력이 가해지게 되어, 영구자석의 제조가 어렵게 되며, 고순도 및 고밀도의 벌크 상태 영구자석(5)이 제조 되기 어렵게 되는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, NdFeB계 영구자석을 제조시 외부에 별도의 발열체나 고주파 코일등을 설치할 필요 없이, 분말이 충진된 튜브재에 상,하면이 상기 튜브재 상,하단과 수평을 이루게 한 후, 상부 및 하부펀치로 가압 성형시, 상기 상,하부 펀치에 직접 전류를 가하여 영구자석 분말이나, 영구자석 성형체에 직접적으로 직류 전류를 통하게 하여 분말과 튜브재 자체의 저항에 의한 주울 열에 의해 NdFeB 영구자석을 손쉽고, 용이하게 제조할 수 있도록 함은 물론, 상기 영구자석의 제조시 간편한 구조에 의해 제작 비용이 저렴하게 이루어질 수 있으면서도, 고순도 및 고밀도의 영구자석을 제조하고, 상기 영구자석을 분쇄하여 이방성 본드자석 및 사출자석을 만들 수 있는 NdFeB 영구자석의 제조방법을 제공하는데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, Nd₂Fe₁₄B 분말에 유기금속 또는 무기금속 분말을 일정량 혼합 후, 상기 분말을 고온에서 잉곳 제조하고, 상기 잉곳을 용융하여 노즐을 통해 고속으로 회전하는 구리 원판에 분사하여 급냉 응고시켜 분쇄함으로써, 영구자석 분말을 제조하는 단계와,

상기와같이 급랭 응고시켜 분쇄된 영구자석 분말을 소성변형이 가능한 튜브재 내부에 장입시키는 단계와,

상기 장입된 튜브재 및 영구자석 분말의 상하부 표면이 상,하부 펀치에 밀착 되도록 상부펀치를 하강시켜 분말이 통전 가능토록 밀착시키는 단계,

상기 상,하부 펀치 사이에 밀착된 튜브재 및 분말을 소성토록 상기 상,하부 펀치에 전기장치를 통하여 직류전류를 500~2500A/㎠로 인가하여 영구자석 분말의 내부에 저항열이 700~800℃가 되도록 열을 발생시킨 후, 상기 영구자석 분말의 소성온도 도달시 상부펀치에 50~150MPa 압력을 가하여, 상기 압력이 가해지는 방향의 수직방향으로 영구자석 분말이 소성 변형되도록 하는 단계를 통하여 제조하는 것을 특징으로 하는 NdFeB 영구자석의 제조방법을 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 NdFeB 영구자석의 제조방법을 설명하기 위한 개략 공정도로서, Nd₂Fe₁₄B 분말에 아연(Zn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐, 코발트등과 같은 유기금속 또는 무기금속 분말을 0.1~0.5w% 혼합 후, 상기 혼합된 분말을 900~1300℃의 고온에서 잉곳으로 제조하고, 상기 잉곳을 용융하여 노즐을 통해 고속으로 회전하는 구리 원판에 분사하여 급냉 응고시켜 분쇄함으로써, 비정질구조를 이루고 있는 NdFeB계 분말이 결정상 구조로 변태시켜 자기적으로 등방성을 지니게 한다.

상기와같이 급랭 응고시켜 분쇄된 영구자석 분말(110)은, 소성변형이 가능한 금속 또는 비금속 합금으로 구성되는 튜브재(120)의 내부에 장입시키게 되며, 상기와 같이 영구자석 분말(110)이 장입된 튜브재(120)는 프레스의 상부펀치(130) 및 하부펀치(140) 사이에 고정시키게 된다.

이때, 상기 튜브재(120)는 용융온도와 관계없이 고온에서 소성 변형이 가능한 재질이면 사용이 가능하며, 상기 튜브재(120) 및 그 내부에 장입된 영구자석 분말(110)의 상하부 표면이 상,하부 펀치(130)(140)에 밀착 되도록 상부펀치(130)를 하강시켜, 상기 상,하부 펀치(130)(140)에 튜브재(120) 및 영구자석 분말(110)이 동시에 통전 가능토록 밀착시키게 한다.

계속해서, 상기 상,하부 펀치(130)(140) 사이에 밀착된 튜브재(120) 및 영구자석 분말(110)을 소성토록, 상기 상,하부 펀치(130)(140)에 전기장치(150)를 통하여 직류전류를 500~2500A/㎠로 인가하여 영구자석 분말(110)의 내부에 저항열이 700~800℃가 되도록 열을 발생시킨 후, 상기 영구자석 분말이 소성온도 도달될 경우, 상기 상부펀치(130)에 50~150MPa 압력을 가하여, 상기 압력이 가해지는 방향의 수직방향으로 영구자석 분말(110)이 튜브재(120)와 일체로 소성 변형이 이루어지도록 한다.

상기 저항열을 700℃이하 또는 800℃ 이상으로 가열시키는 이유로서, 튜브재(120) 내부에 장입된 영구자석 분말(110)의 소성변형이 일어나지 않거나, 또는 불량이 발생하게 되는데 기인하는 것이다.

또한, 상기 전기장치(150)를 통하여 인가되는 직류전류는 본 발명의 실시예에서 500~2500A/㎠로 형성되는 것이나, 상기 튜브재에 장입되는 영구자석 분말의 소성 후 단위 면적당 직경의 크기등에 의해 적당하게 변형할 수 있는 것이다.

상기와같이, 상부 및 하부펀치(130)(140)에 의해 압력이 가해지는 방향의 수직방향으로 영구자석 분말(110)이 튜브재(120)와 일체로 소성 변형이 이루어지면, 상기 튜브재(120)를 제거하고 이방성 NdFeB 영구자석(160)을 얻는 것이다.

이상과 같이 본 발명인 NdFeB 영구자석의 제조방법에 의하면, NdFeB 영구자석을 제조시 외부에 별도의 발열체나 고주파 코일등을 설치할 필요 없이, 분말이 충진된 튜브재에 상,하면이 상기 튜브재 상,하단과 수평을 이루게 한 후, 상부 및 하부펀치로 가압 성형시, 상기 상,하부 펀치에 직접 전류를 가하여 영구자석 분말이나, 영구자석 성형체에 직접적으로 직류 전류를 통하게 하여 분말과 튜브재 자체의 저항에 의한 주울 열에 의해 NdFeB 영구자석을 손쉽고, 용이하게 제조할 수 있게 됨은 물론, 상기 NdFeB 영구자석의 제조시 간편한 구조에 의해 제작 비용이 저렴하게 이루어질 수 있으면서도, 고순도 및 고밀도의 NdFeB 영구자석을 제조하고, 상기 영구자석을 분쇄하여 이방성 본드자석 및 사출자석을 만들 수 있는 우수한 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청 구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (2)

1. Nd₂Fe₁₄B 분말에 유기금속 또는 무기금속 분말을 일정량 혼합 후, 상기 분말을 고온에서 잉곳 제조하고, 상기 잉곳을 용융하여 노즐을 통해 고속으로 회전하는 구리 원판에 분사하여 급냉 응고시켜 분쇄함으로써, 영구자석 분말을 제조하는 단계와,

   상기와같이 급랭 응고시켜 분쇄된 영구자석 분말을 소성변형이 가능한 튜브재 내부에 장입시키는 단계와,

   상기 장입된 튜브재 및 영구자석 분말의 상하부 표면이 상,하부 펀치에 밀착 되도록 상부펀치를 하강시켜 분말이 통전 가능토록 밀착시키는 단계,

   상기 상,하부 펀치 사이에 밀착된 튜브재 및 분말을 소성토록 상기 상,하부 펀치에 전기장치를 통하여 직류전류를 500~2500A/㎠로 인가하여 영구자석 분말의 내부에 저항열이 700~800℃가 되도록 열을 발생시킨 후, 상기 영구자석 분말의 소성온도 도달시 상부펀치에 50~150MPa 압력을 가하여, 상기 압력이 가해지는 방향의 수직방향으로 영구자석 분말이 소성 변형되도록 하는 단계를 통하여 제조하는 것을 특징으로 하는 NdFeB 영구자석의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 Nd₂Fe₁₄B 분말에 아연(Zn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐, 코발트등과 같은 금속분말중 어느 하나가 선택되어, 0.1~0.5w% 혼합되는 것을 특징으로 하는 NdFeB 영구자석의 제조방법.

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