KR101528070B1 - 희토류 소결자석 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 희토류 소결자석 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 자속밀도가 크고, 보자력이 큰 소결자석을 제공함에 따라, 저가 공정을 적용한 디스포슘이 미첨가된 희토류 소결자석 및 그 제조방법을 제공하는 효과가 있다. 이와 같이 제조된 소결자석은 스피커, 모터, 발전기, 변압기, 자기장 발생장치 등 각종 전자기기 및 전기자동차, 하이브리드자동차 등 다양한 산업 분야 등에 유용하게 사용할 수 있다.

Description

희토류 소결자석 및 그 제조방법 {RARE-EARTH PERMANENT SINTERED MAGNET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 희토류 소결자석 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
영구자석은 스피커, 모터, 발전기, 변압기, 자기장 발생장치 등 각종 전자기기 및 다양한 산업 분야에 쓰이고 있다. 그 중에서도 희토류 영구자석은 성능이 가장 우수하여 고성능 자석이 필요한 곳에 응용된다.
희토류는 주기율표 하단의 란탄계 원소로써 산업의 비타민이라고 불릴 정도로 전자 산업 분야에 필수 불가결한 원소이다. 특히 최근 전 세계 95 %의 희토류를 생산하는 중국의 희토류 감산정책에 따라 희토류 가격이 요동치기 시작하였고 전기자동차 및 하이브리드 자동차 등 친환경 자동차의 수요증가와 함께 풍력/조력 발전 등 신재생 에너지에 대한 산업이 성장하고 있어 영구자석의 수요는 폭발적으로 증가하고 있다.
영구자석 중에서 가장 높은 성능을 나타내는 자석은 NdFeB계 자석으로, 높은 보자력과 자기 모멘트로 큰 에너지밀도를 보이고 있다. 이 중에서 전기자동차, 하이브리드 자동차에 들어가는 영구자석은 고온에서 안정적인 자성특성이 확보되어야 하는데 이를 위하여 Nd계 영구자석에 디스포슘(Dy: Dysprosium)을 첨가하고 있다.
그런데, NdFeB계 자석을 200℃ 정도의 고온에서 안정적이고 높은 자성특성을 발현하기 위하여 첨가하는 Dy은 매우 고가 물질이어서 Dy을 포함하지 않는 영구자석 개발이 절실하다.
기존의 NdFeB계 자성체의 제작 방법은 HDDR(Hydrogen decrepitation and dehydrogenation reaction) 공정을 이용한 분말 미세화, Jet mill과 자장성형을 통한 이방성 소결자석 제조법 등이 있다.
HDDR 공법은 Nd을 과포화 되게 다량 첨가하여 Nd이 결정 계면(grain boundary)에 석출되게 한 다음, 수소 처리를 하면 Nd이 수소화 되면서 결정 단위로 분말화가 진행되어 미세 분말을 얻는 방법이다. 그러나 이 공법은 수소를 사용한다는 점에서 폭발성 등 위험요소가 많고, 열처리를 통해 수소를 빼내야 하는데 그것이 완전히 이루어지지 못하면 특성이 열화되는 단점이 있다.
또한, 젯밀(Jet mill)과 자장성형을 통한 소결자석 제조법은 특수한 제조장비가 필요하여 생산단가를 높아져 생산성이 저하되는 문제도 있다.
본 발명의 일 측면은 고가의 물질인 디스포슘을 포함하지 않으면서, 고자속밀도, 고보자력을 갖는 소결자석을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 특수한 제조 장비가 필요하지않는 공정을 이용함으로써, 생산성이 우수한 소결자석의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면인 희토류 소결자석은 조성식이 Nd13 + xFebalB5 +y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하며, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0~0.2의 범위를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 측면인 희토류 소결자석의 제조방법은 조성식이 Nd13+xFebalB5+y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하며, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하는 금속분말을 준비하는 단계, 상기 금속분말을 아크멜팅하는 단계, 상기 아크멜팅 된 금속분말을 멜트 스피닝하는 단계, 상기 멜트 스피닝 된 금속분말을 열처리하는 단계, 상기 열처리된 금속분말을 볼밀하는 단계, 상기 볼밀된 금속분말을 900~1100℃의 온도범위에서 소결하는 단계 및 상기 소결된 금속분말을 1~2.5톤/㎠의 압력으로 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일 측면인 희토류 소결자석의 제조방법은 조성식이 Nd13+xFebalB5+y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하며, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하는 금속분말을 준비하는 단계, 상기 금속분말을 아크멜팅 또는 스트립 캐스팅하는 단계, 상기 아크멜팅 또는 스트립 캐스팅된 금속분말을 수소화하는 단계, 상기 수소화된 금속분말을 탈수소화하는 단계, 상기 탈수화된 금속분말을 젯밀링하는 단계, 상기 젯밀링된 금속분말을 혼합하는 단계, 상기 혼합된 금속분말을 자장성형하는 단계 및 상기 자장성형한 금속분말을 소결하는 단계를 포함한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 자속밀도가 크고, 보자력이 큰 소결자석을 제공함에 따라, 저가 공정을 적용한 디스포슘이 미첨가된 희토류 소결자석 및 그 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
이와 같이 제조된 소결자석은 스피커, 모터, 발전기, 변압기, 자기장 발생장치 등 각종 전자기기 및 전기자동차, 하이브리드 자동차 등 다양한 산업 분야 등에 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 자구 미세화의 개념을 나타낸 모식도이다.
도 2는 종래예(Nd13Dy1 .2Fe79 .8B6)의 멜트 스피닝을 행한 후의 미세조직 사진이다.
도 3는 발명예 2(Nd15Fe78 .36B5.75Al0 .24Ga0 .1Zr0 .07Bi0 .48)의 멜트 스피닝을 행한 후의 미세조직 사진이다.
도 4은 발명예 1(Nd15Fe78 .36B5.75Al0 .24Ga0 .1Zr0 .07Zn0 .48)의 멜트 스피닝과 열처리를 행한 후의 미세조직 사진이다.
도 5는 종래예(Nd13Dy1.2Fe79.8B6)을 열간가열 소결 한 후의 미세조직 사진이다.
도 6은 발명예 1(Nd15Fe78 .36B5.75Al0 .24Ga0 .1Zr0 .07Zn0 .48)을 열간가열 소결 한 후의 미세조직 사진이다.
도 7은 발명예 2(Nd15Fe78 .36B5.75Al0 .24Ga0 .1Zr0 .07Bi0 .48)을 열간가열 소결 한 후의 미세조직 사진이다.
도 8은 종래예, 발명예 1 및 2의 에너지 밀도에 따른 보자력 측정 결과를 나타낸 것이다.
영구자석의 자속밀도를 크게 하려면 자기 모멘트의 방향이 한 방향으로 정렬되어 있어야 하며, 보자력을 크게 하려면 자구의 움직임을 고정시키는 것이 필요하다.
이를 위해서는 도 1에 나타난 바와 같이, 자구의 크기를 가능한 한 작게 하고 자구 계면에 비자성 원소를 석출시킴으로써 자구의 자기모멘트를 구속시켜야 한다.
또한, 포화자화 특성은 자기모멘트의 방향이 정렬되어야 좋은데, 자기모멘트는 결정배향성에 따라 정렬이 가능하므로 배향성 소결 또는 성형 공정이 필요하다. 이에, 고온에서 좋은 자성특성을 보이기 위해서는 보자력을 크게 만들어야 하는데, 이는 온도가 높아짐에 따라 보자력의 열화가 포화자화의 열화보다 빠르게 일어나기 때문이다. 보자력은 다음과 같은 하기 관계식 1에 따라 자기배향상수(ｋ1)가 클수록, 포화자화(Μsat)가 작을수록 큰 값을 갖는데, 고성능의 자성체는 포화자화 값이 커야 하므로 결국 자기배향상수가 큰 물질을 합성해야 한다.
[관계식 1]
Figure 112013118401092-pat00001

이에, 본 발명의 발명자들은 자기배향상수가 큰 물질을 개발하기 위하여 깊이 연구를 행한 결과, 본 발명을 고안하였다.
이하에서는 본 발명의 일 측면이 희토류 소결자석에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 희토류 소결자석은 조성식이 Nd13 + xFebalB5 +y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하는 것으로서, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명은 Nd13 + xFebalB5 +y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 하는데, 이는 종래 NdFeB계 결정립을 갖는 강에 비해서, Nd가 10~30몰%로 과량 첨가한 것으로서, 이와 같이 과량 첨가된 Nd는 결정립 계면에 석출되어 지구를 미세화하는 효과가 있다.
상기 Al 및 Ga는 비자성 원료로서 결정립 계면에 석출되어 자구 미세화를 강화하는 효과가 있다. 상기 Zr은 넓은 소결 온도 영역에서 결정립 형상을 크게 변화시키지 않아 물성 제어를 용이하게 해주며, 소결온도의 민감도를 약화시키는 효과가 있다. 또한, 상기 A은 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 Bi, Zn, Cu 중 1종인 것이 바람직하다. 상기 A는 강한 스핀-궤도 결합을 유도하여 자기배향상수를 크게 하는 효과가 있다. 스핀-궤도 결합은 물질 내부에 내부 자기장을 형성하게 되고 이는 외부에 자장성형 또는 배향 소결 공정을 적용할 경우 결정면을 한 방향으로 배향시키는데 큰 역할을 한다. 특히, Bi, Pb는 주기율표 상에서 안정하여 무거운 원소로써, 자기배향상수를 크게 향상시키는 효과가 있다. 또한, Zn, Cu, Ag는 금속 내부에서 고온 소결시 온도에 다른 운동이 큰 물질로서 소결 공정 중에 결정립 사이에 석출되어 자구를 미세화 시키는 효과가 있다.
본 발명에 따른 희토류 소결자석에 포함되는 결정립의 조성식에서 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 갖는 것이 바람직한데, 만일 x가 -2 미만이면 Nd의 결정립 계면 석출량이 적어 지구 미세화가 열화되는 문제가 있으며, 반면 2 이상인 경우에는 과다 석출에 의한 포화자화 값이 작아지는 문제가 있다.
또한, y는 0 이상 2 미만인 것이 바람직한데, 만일 y가 0 미만이면 화합물의 조성비가 안정하지 않게 되는 문제가 있으며, 반면 2 이상인 경우에는 포화자화 값이 작아지는 문제가 있다.
또한, δ는 0 이상 0.2 미만인 것이 바람직한데, 만일 δ가 0 미만이면 석출효과가 나타나지 않는 문제가 있으며, 반면 0.2 이상인 경우에는 과다 석출로 인한 포화자화 값이 작아지는 문제가 있다.
상술한 조정식을 만족하는 결정립은 그 크기가 2~20㎛인 것이 바람직하다.
상기 결정립의 크기가 2㎛ 미만이면 산화가 용이해져 고순도의 비활성기체 분위기가 필요하기 때문에 공정단가가 상승하는 문제가 있으며, 2㎛ 미만의 크기를 갖는 결정립을 제조하는 데에도 어려움이 있다. 반면, 결정립의 크기가 20㎛를 초과하는 경우에는 자성특성이 열화되는 문제가 있다.
상기 결정립은 가압방향에 수직한 방향으로 배향되는 것이 바람직하며, 자성재료가 이방성 구조를 갖는 경우에 그 절단방향은 가압방향에 수직방향인 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는 30% 이상의 결정립이 가압방향에 수직한 방향으로 배향되어 있는 것이 바람직하며, 만일 가압방향에 수직한 방향으로 배향된 결정립이 30% 미만이면 자성특성이 열화하는 문제가 있다.
상술한 결정립을 포함하는 본 발명의 희토류 소결자석은 70~100%의 자성밀도를 가지며, 상온에서는 5kG 이상의 보자력을 갖고, 5MGOe 이상의 에너지 밀도를 확보하는 것이 가능하다.
또한, 상기 본 발명의 소결자석은 260℃ 이상의 큐리온도를 갖는 것이 가능하여, 높은 온도에서도 양호한 자성을 발휘하는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 희토류 소결자석을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 희토류 소결자석을 제조하는 방법은, 조성식이 Nd13 + xFebalB5 +y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하며, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하는 금속분말을 준비하는 단계; 상기 금속분말을 아크멜팅하는 단계; 상기 아크멜팅 된 금속분말을 멜트 스피닝하는 단계; 상기 멜트 스피닝 된 금속리본을 열처리하는 단계; 상기 열처리된 금속리본을 볼밀하는 단계; 상기 볼밀된 금속리본을 소결하여 소결체를 제조하는 단계; 및 상기 소결체를 1~2.5톤/㎠의 압력으로 성형하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 희토류 소결자석을 제조하는 각각의 공정에 대하여 상세히 설명한다.
금속분말 준비 단계
먼저, 전술한 바와 같은 결정립을 갖는 금속분말을 준비한다.
아크멜팅 ( Arc - melting ) 단계
상기 준비된 금속분말을 아크멜팅하는 단계를 거친다.
상기 아크멜팅은 10- 8토르(torr) 수준의 진공에서 아크 방전을 이용하여 금속분말을 녹이는 공정으로서, 이때 금속분말의 균일한 확보를 위하여 2회 이상 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 아크멜팅시 비활성 가스 분위기로 실시하는 것이 바람직하다.
멜트 스피닝 ( Melt spinning ) 단계
상기한 바에 따라 아크멜팅이 완료된 금속분말을 멜트 스키닝함으로써 금속리본을 제조할 수 있다.
상기 멜트 스피닝은 10- 5토르(torr) 수준의 진공에서 구리 휠(Cu wheel)에 상기 금속분말을 분사시키는 공정으로서, 이때 구리 횔의 속도는 5~30m/초로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 구리 휠의 속도가 5m/초 미만이면 미세 지구를 갖는 금속리본을 제조하기 어려운 문제가 있으며, 반면 30m/초를 초과하는 경우에는 결정립을 갖는 금속리본을 제조하기 어려운 문제가 있다.
열처리( Annealing ) 단계
상기 멜트 스피닝에 따라 제조된 금속리본을 600~1000℃의 온도범위에서 5~168시간 동안 유지하는 것이 바람직하다.
상기 열처리시 그 온도가 600℃ 미만이면 열처리 효과가 충분치 못하며, 반면 1000℃를 초과하는 경우에는 결정립의 조대화가 일어나 자성특성이 열화되는 문제가 있다. 또한, 상기 온도범위에서의 유지시간이 5시간 미만이면 열처리 온도범위를 만족하더라도 열처리 효과가 충분치 못한 문제가 있으며, 반면 168시간을 초과하게 되면 역시 결정립의 조대화가 이루어져 자성특성이 열화되는 문제가 있다.
볼밀 ( Ball mill ) 단계
상기 열처리 완료 후, 볼밀을 실시하는 것이 바람직하다.
이때, 볼밀은 마찰 볼밀(attrition ball mill), 유성 볼밀(planetary ball mill) 및 스펙스 밀(spex mill) 중에서 선택된 1종의 볼밀에 의해 행해질 수 있으며, 통상의 방법에 의해 실시할 수 있으므로 특별히 한정하지 아니한다. 다만, 일 예로서 상기 볼밀은 볼과 열처리된 금속리본의 질량비를 15~25:1로 설정하여, 5~72시간 동안 밀링을 실시하는 것이 바람직하다.
소결( Sintering ) 단계
상기 볼밀된 금속리본을 소결하여 고밀도 소결체로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 소결은 900~1100℃의 온도범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 만일, 소결 온도가 900℃ 미만이면 원하는 밀도를 갖는 소결체를 얻지 못하는 문제가 있으며, 반면 그 온도가 1100℃를 초과하는 경우에는 결정립의 조대화가 이루어져 자성특성이 열화되는 문제가 있다.
또한, 상기의 온도범위로 소결을 실시함에 있어서, 소결 압력은 70~100MPa인 것이 바람직하다. 만일, 소결 압력이 70MPa 미만이면 충분한 밀도를 갖는 소결체의 제조가 어려우며, 반면 100MPa를 초과하는 경우에는 내부 응력이 너무 커져 시료가 부서지는 문제가 있다.
또한, 상기 소결은 48시간 이내로 실시되는 것이 바람직하다.
성형( Deformation ) 단계
상기한 바에 따라 제조된 소결체는 등방성을 가지고 있다. 따라서, 방사상으로 정렬하여 이방성을 갖도록 하기 위하여, 상기 소결체를 성형하는 것이 바람직하며, 이때 성형은 고온가압성형(Hot deformation)을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 고온가압성형을 실시하게 되면, 스핀의 방향이 정렬되는데, 이와 같은 스핀의 정렬에 의해 오비탈이 영향을 받게 되어 결정립도 배향되며, 결정립 방향의 배향에 의한 오비탈의 선택적 방향성 정렬이 스핀의 방향에 배행시키기도 한다.
상기 고온가압성형은 800~1100℃의 온도범위에서 1~2.5ton/cm2의 압력으로 실시하는 것이 바람직하다.
만일, 성형온도가 800℃ 미만이거나 압력이 1ton/cm2 미만이면 성형이 잘 이루어지지 않는 문제가 있으며, 반면 성형온도가 1100℃를 초과하거나 압력이 2.5ton/cm2를 초과하게 되면 결정립이 조대화되어 자성특성이 열화되고, 시료의 내부응력의 높아져 부서지는 등의 문제가 있다.
상술한 본 발명의 제조방법에 의할 경우, 생산비 및 추가적인 설비가 필요하지 않으므로, 저가의 공정을 이용하면서도 자속밀도가 크고 보자력이 큰 소결자석을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 따른 희토류 소결자석은 아래와 같은 방법에 의해서도 제조할 수 있다.
보다 구체적으로, 조성식이 Nd13 + xFebalB5 +y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하며, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하는 금속분말을 준비하는 단계; 상기 금속분말을 아크멜팅 또는 스트립 캐스팅하는 단계; 상기 아크멜팅 또는 스트립 캐스딩된 금속분말을 수소화하는 단계; 상기 수소화된 금속분말을 탈수소화하는 단계; 상기 탈수화된 금속분말을 젯밀링하는 단계; 상기 젯밀링된 금속분말을 혼합하는 단계; 상기 혼합된 금속분말을 자장성형하는 단계 및 상기 자장성형한 금속분말을 소결하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 희토류 소결자석의 제조방법은 통상의 HDDR(Hydrogen Decrepitation and dehydrogenation reaction)방법을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탈수소화는 300~800℃의 온도범위에서 실시하는 것이 바람직하며, 상기 탈수소화 온도가 300℃ 미만이면 탈수소화가 잘 되지 않는 문제가 있으며, 반면 800℃를 초과하는 경우에는 시료의 결정립이 조대화되어 자성특성이 열화하는 문제가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타내 바와 같은 조성식을 갖는 금속분말을 각각 15g씩 준비하였다. 상기 각각의 금속분말에 대해 10- 8토르 진공을 갖는 진공챔버에서 아크멜팅 공정을 3회 실시한 후, 10- 6토르 진공을 갖는 멜트 스피닝 장비에서 25m/초의 구리 휠의 속도로 멜트 스피닝을 실시하여, 각각의 금속리본을 제조하였다.
그 다음, 상기 금속리본을 박스 로(box furnace)에 넣고, 1000℃의 온도에서 48시간 동안 열처리를 행한 후, 스테인리스 볼과 금속리본의 질량비를 스테인리스 볼:금속리본 = 20:1 로 설정한 다음, 350rpm으로 30분씩 47회 볼밀을 실시하였다. 이후, 볼밀된 금속리본을 내경이 12mm인 몰드 내에 넣고, 1000℃의 온도에서 70MPa 압력으로 30분 동안 소결하여 소결체를 제조하였다. 그 후, 상기 소결체를 내경이 50mm인 몰드 내에 넣고, 800℃의 온도에서 1.5ton/cm2의 압연으로 고압성형하여 각각의 소결자석을 제조하였다.
상기 각각의 소결자석에 대해서 에너지 밀도와 보자력을 측정하여 그 결과를 하기 표 1 및 도 8에 나타내었으며, 또한 지면과 평행하게 배향된 결정립의 분율을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
구분 종래예 발명예 1 발명예 2
조성식 Nd13Dy1 .2Fe79 .8B6 Nd15Fe78 .36B5.75Al0 .24Ga0 .1Zr0 .07
Zn0 .48 		Nd15Fe78 .36B5.75Al0 .24Ga0 .1Zr0 .07
Bi0 .48
에너지 밀도 275 725 313
보자력 275 184 184
결정립 분율(%) 35 35 35
상기 표 1에서 종래예 및 발명예 2의 금속분말에 대해 아크멜팅 및 멜트 스피닝 처리한 후의 미세조직을 각각 도 2와 3에 나타내었으며, 발명예 1의 금속분말에 대해 아크멜팅, 멜트 스피닝 후 열처리한 후의 미세조직을 도 4에 나타내었다.
도 2와 3에 나타낸 바와 같이, 아크멜팅 및 멜트 스피닝 처리된 종래예의 경우 1~10㎛ 크기의 결정립이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 발명예 2의 경우에는 2~4㎛ 두께의 라멜라 구조의 길쭉한 형상의 결정립이 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 열처리까지 행한 발명예 1의 미세조직을 관찰할 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 비정질과 같이 형성되었으나, 결정립의 크기가 매우 조대한 것을 확인할 수 있다.
또한, 고압성형 후 제조된 소결자석의 미세조직 사진을 각각 도 5 내지 7에 나타내었다.
도 5는 종래예에 대한 미세조직 결과, 도 6 과 7은 각각 발명예 1과 2의 미세조직 결과를 나타낸 것으로서, 종래예에 비해 발명예 1과 2는 전반적으로 방향성을 가지고 있음을 확인할 수 있으며, 가압성형에 수직한 방향의 층상구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
도 8은 종래예(Dy), 발명예 1(Zn) 및 2(Bi)의 에너지 밀도에 따른 보자력 측정 결과를 나타낸 것이다.
발명예 1과 같이 Zn을 포함하는 경우 포화자화는 크게 증가하지 않으나 보자력이 종래예에 비해 매우 향상된 것을 확인할 수 있으며, 발명예 2와 같이 Bi를 포함하는 경우 역시 종래예 대비 포화자화는 크게 증가하지 않으나 보자력이 매우 증가된 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의할 경우 종래예와는 달리 자기장 성형 없이도 등방석 자석을 이방석 자석으로 제조할 수 있으며, 이로부터 자성 특성이 향상된 효과를 얻을 수 있다.

Claims (15)

  1. 조성식이 Nd13+xFebalB5+y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하며, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하고,
    가압방향에 수직한 방향으로 배향된 결정립을 30% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결정립의 크기는 2~20㎛인 희토류 소결자석.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 소결자석은 상온에서 5kG 이상의 보자력을 갖는 것인 희토류 소결자석.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 소결자석은 5MGOe 이상의 에너지 밀도를 갖는 희토류 소결자석.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 소결자석은 260℃ 이상의 큐리온도를 갖는 희토류 소결자석.
  7. 조성식이 Nd13 + xFebalB5 +y(Al, Ga, Zr, A)0.9-δ인 결정립을 주상으로 포함하며, 상기 A는 Bi, Pb, Zn, Cu, Ag, Ni, Co 중 1종이며, 상기 x는 -2 이상 2 미만의 범위를 만족하고, 상기 y는 0 이상 2 미만의 범위를 만족하며, 상기 δ는 0 이상 0.2 미만의 범위를 만족하는 금속분말을 준비하는 단계;
    상기 금속분말을 아크멜팅하는 단계;
    상기 아크멜팅 된 금속분말을 멜트 스피닝하여 금속리본을 제조하는 단계;
    상기 멜트 스피닝 된 금속리본을 열처리하는 단계;
    상기 열처리된 금속리본을 볼밀하는 단계;
    상기 볼밀된 금속리본을 900~1100℃의 온도범위에서 소결하여 소결체를 제조하는 단계; 및
    상기 소결체를 1~2.5톤/㎠의 압력으로 성형하는 단계
    를 포함하는 희토류 소결자석의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 아크멜팅 단계는 2회 이상 실시하는 것인 희토류 소결자석의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 멜트 스피닝 단계는 5~30m/초의 휠 속도로 실시하는 것인 희토류 소결자석의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 600~1000℃의 온도범위에서 5~168시간 유지하는 것인 희토류 소결자석의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 볼밀은 마찰 볼밀(attrition ball mill), 유성 볼밀(planetary ball mill) 및 스펙스 밀(spex mill) 중에서 선택된 1종의 볼밀로 실시하는 것인 희토류 소결자석의 제조방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 소결은 900~1100℃의 온도범위에서 70~100MPa의 압력으로 실시하는 것인 희토류 소결자석의 제조방법.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 성형은 고온가압성형으로서, 800~1100℃의 온도범위에서 1~2.5ton/cm2의 압력으로 실시하는 것인 희토류 소결자석의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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