KR101561275B1 - 영구 자석의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 영구 자석의 제조 방법은 미분말을 제조하는 단계, 미분말을 1차 혼합하는 단계, 혼합된 미분말을 600℃ 내지 800℃의 수소 분위기에서 열처리하는 단계, 미분말을 냉각하는 단계, 미분말을 2차 혼합하는 단계를 포함한다.

Description

영구 자석의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PERMANENT MEGNET}

본 발명은 영구 자석에 관한 것으로, 특히 희토류 금속을 포함하는 영구 자석에 관한 것이다.

Nd-Fe-B계의 소결 자석(이하, 네오디뮴 자석이라 함)은 Fe, Nd, B원소의 조합으로 생산 비용이 저렴하면서 고자기 특성을 얻을 수 있어 각종 제품에 이용된다.

이러한 네오디뮴 자석의 보자력 향상을 위해서는 자석 결정립 외부에 Nd를 주성분으로 하는 박막으로 균일하게 감싸는 것이며, 이를 위해서 Nd의 함량을 증가시키거나 Dy, Tb, Sm등을 결정립 계면에 배치시킨다.

그러나 이러한 원소가 과량으로 들어가면 자석의 세기는 오히려 감소하여 결정립계에만 배치하는 것이 중요하다.

그리고 이러한 박막은 코팅법으로 형성할 수 있으나, 코팅법은 용매를 사용해야 하는 문제점이 있으며, 혼합하는 원료의 입자 크기에 따라서 균일하게 섞이지 않아 균일한 박막을 얻을 수 없다.

따라서, 본 발명은 균일한 박막을 형성하여 자기력을 증가시킬 수 있는 영구 자석의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 영구 자석의 제조 방법은 미분말을 제조하는 단계, 미분말을 1차 혼합하는 단계, 혼합된 미분말을 600℃ 내지 800℃의 수소 분위기에서 열처리하는 단계, 열처리된 미분말을 냉각하는 단계, 미분말을 2차 혼합하는 단계를 포함한다.

상기 열처리하는 단계는 2시간 내지 4시간 동안 진행할 수 있다.

상기 미분말은 자석 분말과 산화물 분말을 포함할 수 있다.

상기 자석 분말은 중량%로 각각 Nd: 27~33%, Fe: 65~70%, B: 0.8~1.2%로 혼합되고, 산화물 분말 R(R=Nd, Dy, Tb, Sm)은 자석 분말의 0.5% 내지 2%로

상기 미분말의 입자 크기는 3㎛ 내지 5㎛일 수 있다.

상기 1차 혼합하는 단계와 상기 2차 혼합하는 단계는 볼밀로 혼합할 수 있으며, 볼밀은 5mm 이상의 크기로 진행할 수 있다.

본 발명에서와 같이 영구 자석을 제조하면 보자력이 증가한 영구 자석을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 영구 자석을 제조하는 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 영구 자석을 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)로 분석한 사진이다.
도 3은 종래 기술에 따른 영구 자석을 EPMA로 분석한 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 영구 자석을 제조하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 영구 자석을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 영구 자석을 제조하는 방법은 미분말을 제조하는 단계(S100), 1차 혼합하는 단계(S102), 열처리하는 단계(S104), 냉각하는 단계(S106), 2차 혼합하는 단계(S108)를 포함한다.

미분말을 제조하는 단계(S100)는 Nd, Fe 및 B를 각각 3㎛ 내지 5㎛의 크기로 분쇄하여 자석 분말을 제조한다. 그리고 산화물 분말을 추가할 수 있으며, 산화물 분말도 자석 분말과 같은 크기로 분쇄한다. 산화물 분말(R)은 R₂O₃(R=Nd, Dy, Tb, Sm)의 산화물 형태로 분쇄될 수 있다.

미분말의 크기가 3㎛ 미만이면 산화 및 화재의 위험이 크며 5㎛ 초과면 자석의 자기력이 떨어진다.

1차 혼합하는 단계(S102)는 자석 분말 및 산화물 분말을 볼밀을 이용하여 혼합한다. 이미 입계가 Nd-rich 구조가 갖추어진 자석 분말이고 입계 구조가 자석 특성에 좋은 영향을 주므로 자석 분말이 더 이상 분쇄되지 않도록 5mm 이상의 큰 볼로 서서히 돌려서 혼합한다.

자석 분말은 중량%로 각각 Nd: 27~33%, Fe: 65~70%, B: 0.8~1.2%로 혼합될 수 있고, 산화물 분말은 R(R=Nd, Dy, Tb, Sm) 자석 분말의 0.5% 내지 2%로 혼합한다.

이때, Nd가 27%미만이면 자성상이 만들어지지 않으며 33% 초과면 자석의 세기가 약해진다. Fe가 65%미만이면 자성상이 제대로 만들어지지 않으며 70%초과면 자석의 성질에 해가 되는 a-Fe 상이 많이 존재한다. 그리고 B는 0.8% 미만이면 자성상을 만들지 못하게 되고 1.2%초과면 NdFe₄B₄라는 새로운 상을 만들어서 자성상의 분율이 내려가게 한다.

그리고 산화물 분말이 0.5%미만이면 산화물 분말을 추가하여 자성을 유지하는 힘이 강해지는 효과가 드러나지 않고, 2%초과면 자성상과 입계상의 비율이 이들 원소로 인하여 깨지면서 자석의 세기가 약해진다.

열처리하는 단계(S104)는 1차 혼합된 혼합 분말을 600℃ 내지 800℃의 수소 분위기에서 2시간 내지 4시간 가열한다. 이를 통해 자석 분말 계면 근처의 산소와 산화물 분말을 이루는 산소가 수소로 인해서 환원되고 혼합 분말에 포함된 순수한 자석 분말과 금속 분말만 남는다.

냉각하는 단계(S106)는 시간당 50℃ 내지 150℃의 속도로 상온까지 냉각시킨다. 50℃보다 느리게 냉각되면 산화물 입자가 입계가 입내로 침투하여 자석의 세기가 약하지고, 150℃보다 빠르게 냉각되면 열팽창 계수 차에 의해서 자석의 강도가 약해진다.

2차 혼합하는 단계(S108)는 열처리된 분말을 다시 5mm 이상 크기의 볼밀로 혼합한다. 이때, 자석 분말의 근처에 금속 분말이 위치하고, 금속 분말의 경도가 낮아 자석 분말에 의해서 쉽게 뭉개져 자석 분말의 계면에 묻는다. 이후 볼밀로 계속 혼합하면 금속 분말과 자석 분말의 입계가 서로 섞이고, 자석 분말의 입계에 금속 분말의 금속이 남게 된다.

이처럼, 입계에 금속이 남게 되면 자석 분말과 산소와의 만남도 방지하여 산소로 인한 산화물에 의해서 자기력이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에서와 같은 방법으로 영구 자석을 제조하면, 용매를 사용하는 코팅법을 사용하지 않으면서도 용이하게 자석 분말의 입계에 금속을 배치시킬 수 있다. 또한, 자석 분말 입계 사이에 금속이 균일하게 혼합됨으로써 경정립계에만 금속을 배치하여 자석의 세기를 증가시킬 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 영구 자석을 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)로 분석한 사진이고, 도 3은 종래 기술에 따른 영구 자석을 EPMA로 분석한 사진이다.

도 2는 도 1에 도시한 영구 자석을 제조하는 방법으로 제조한 영구 자석으로 Sm화합물을 추가하였고, 도 3은 코팅법으로 코팅한 영구 자석이다.

도 2를 참조하면, 자석 분말의 표면에 Nd 이외에 다른 물질, Sm이 균일하게 혼합된 것을 알 수 있다. 그리고 산소가 밀집되거나, 산화물이 존재하지 않는 것을 알 수 있다.

그러나 도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 영구 자석은 산화물이 형성된 것을 알 수 있다.

이처럼 본 발명에 따라서 영구 자석을 제조하면 산화물 금속을 추가하더라도 산화물이 남겨지지 않고, 균일하게 금속만을 자석 분말 입계에 배치할 수 있어 자석의 세기가 증가한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (7)

1. 자석 분말과 산화물 분말을 포함하는 미분말을 제조하는 단계,
   상기 미분말을 1차 혼합하는 단계,
   상기 혼합된 미분말을 600℃ 내지 800℃의 수소 분위기에서 열처리하는 단계,
   상기 열처리된 미분말을 50 내지 150℃/hr의 속도로 냉각하는 단계, 및
   상기 미분말을 2차 혼합하는 단계를 포함하며,
   상기 2차 혼합된 미분말 내 자석 분말의 결정립계에 환원된 산화물 분말이 배치된 것인, 영구 자석의 제조 방법.
2. 제1항에서,
   상기 열처리하는 단계는 2시간 내지 4시간 동안 진행하는 영구 자석의 제조 방법.
3. 삭제
4. 제2항에서,
   상기 자석 분말은 중량%로 각각 Nd: 27~33%, Fe: 65~70%, B: 0.8~1.2%로 혼합되고, 상기 산화물 분말 R(R=Nd, Dy, Tb, Sm)은 자석 분말의 0.5% 내지 2%로 혼합된 영구 자석의 제조 방법.
5. 제1항에서,
   상기 미분말의 입자 크기는 3㎛ 내지 5㎛인 영구 자석의 제조 방법.
6. 제5항에서,
   상기 1차 혼합하는 단계와 상기 2차 혼합하는 단계는 볼밀로 혼합하는 영구 자석의 제조 방법.
7. 제6항에서,
   상기 볼밀은 5mm 이상의 크기로 진행하는 영구 자석의 제조 방법.
   

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