KR101632562B1 - A method for manufacturing R-Fe-B type rare earth magnet powder having a diffused element - Google Patents
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Abstract
본발명에 의한 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분은, HDDR(수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정에 의해 제조된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔류수소와 금속입자의 반응에 의해 환원된 이종금속이 결정립계면에 확산된 것을 특징으로 한다.The R-Fe-B-based rare earth element component diffused with the dissimilar metal according to the present invention can be obtained by the R-Fe-B (R) -based rare-earth element produced by the HDDR (hydrogenation / hydrogenation-decomposition / disproportionation-hydrogen release / desorption-recombination / recombination) Wherein the dissimilar metal reduced by the reaction of the residual hydrogen and the metal particles in the system-derived rare earth magnetic powder is diffused on the grain boundary surface.
Description
본 발명은 R-Fe-B계 희토류 자성분말 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HDDR(수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정에 의해 제조된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔류수소를 강제 방출하고, 결정립계면에는 방출된 잔류수소와 환원 반응한 이종금속을 코팅함으로써 보자력이 향상될 수 있도록 한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an R-Fe-B based rare earth magnetic powder and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an R-Fe-B based rare earth magnetic powder, -Fe-B type rare-earth magnetic powder, and the grain boundary surface is coated with a dissimilar metal which has been reduced with the released hydrogen to improve the coercive force, the R- Fe-B based rare earth magnetic powder and a method for producing the same.
본 발명은 방출된 잔류수소와 환원 반응하여 결정립계에 확산하기 위한 금속입자에 대하여 크기 및 종류를 제한함으로써 낮은 온도에서도 확산이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of reducing R-Fe-B, which diffuses a dissimilar metal on a grain boundary surface so that diffusion can be easily performed even at a low temperature by restricting the size and type of metal particles to diffuse into the grain boundaries by a reduction reaction with the released residual hydrogen Based rare earth magnetic powder and a method for producing the same.
본 발명은 금속입자와의 환원 반응 전/후에 결정립의 크기가 증가하지 않도록 한 R-Fe-B계 희토류 자성분말 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rare-earth magnetic powder of R-Fe-B type that does not increase the size of crystal grains before / after the reduction reaction with metal particles and a method for producing the same.
최근 에너지저감 및 환경친화형 녹색성장사업이 새로운 이슈로 급부상하면서 자동차산업에서는 화석원료를 사용하는 내연기관을 모터와 병행하여 사용하는 하이브리드차 또는 환경친화형 에너지원인 수소 등을 대체에너지로 활용하여 전기를 발생시키고 모터를 구동하는 연료전지차에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, energy-saving and environmentally-friendly green growth projects have emerged as new issues. In the automobile industry, hybrid cars, which use internal combustion engines using fossil raw materials in parallel with motors, or hydrogen, which is environmentally friendly energy, And a fuel cell vehicle that drives a motor is actively being studied.
이들 환경친화형 자동차들은 전기에너지를 이용하여 구동되기 때문에 영구자석형 모터 및 발전기가 필연적으로 채용되고 있고, 자성소재 측면에서는 에너지 효율을 더욱 향상시키기 위하여 더욱 우수한 경자기 성능을 나타내는 희토류 영구자석에 대한 기술적 수요가 증가하는 추세이다.Since these environmentally friendly vehicles are driven by electric energy, permanent magnet type motors and generators are inevitably adopted. In order to further improve energy efficiency in terms of magnetic materials, a rare earth permanent magnet Technical demand is on the rise.
또한, 자동차의 연비개선을 위한 다른 측면으로는 자동차 부품의 경량화 및 소형화를 실현하여야 하는데, 예를 들어 모터의 경우 경량화 및 소형화 실현을 위해 모터의 설계변경과 더불어 영구자석 소재를 기존에 사용되던 페라이트보다 우수한 자기적 성능을 나타내는 희토류 영구자석으로 대체하는 것이 필수적이다.Another aspect of improving fuel efficiency of an automobile is to realize weight reduction and miniaturization of automobile parts. For example, in order to realize weight reduction and miniaturization of a motor, in addition to design modification of a motor, a permanent magnet material is used for a ferrite It is essential to replace it with a rare earth permanent magnet exhibiting better magnetic performance.
이론적으로 영구자석의 잔류자속밀도는 소재를 구성하는 주상의 포화자속밀도, 결정립의 이방화 정도 및 자석의 밀도 등의 조건에 의하여 결정되며, 잔류자속밀도가 증가할수록 자석은 외부로 보다 센 자력을 발생시킬 수 있기 때문에 다양한 응용분야에서 기기의 효율과 성능을 향상시키는데 이점이 있다.Theoretically, the residual magnetic flux density of the permanent magnet is determined by conditions such as the saturation magnetic flux density of the main phase constituting the material, the degree of anisotropy of the crystal grains and the density of the magnet, and as the residual magnetic flux density increases, Which is advantageous in improving the efficiency and performance of the device in various applications.
또한, 영구자석의 자기적 특징 중에 보자력은 열, 반대방향 자장, 기계적 충격 등 자석을 탈자 시키려는 환경에 대응하여 영구자석의 고유성능을 유지하게 하는 역할을 하기 때문에 보자력이 우수하면 내환경성이 양호하여 고온응용기기, 고출력기기 등에 사용 가능할 뿐만 아니라, 자석을 얇게 제조하여 사용할 수 있기 때문에 무게가 감소하여 경제적인 가치가 높아지게 된다.Further, the coercive force among the magnetic characteristics of the permanent magnets plays a role in maintaining the intrinsic performance of the permanent magnets in correspondence with an environment for removing the magnets such as heat, opposite magnetic field, mechanical impact, etc. Therefore, It can be used not only in high temperature appliances and high power devices but also because it can be manufactured by using a thin magnet so that its weight is reduced and its economic value is increased.
이와 같이 우수한 자기적 성능을 나타내는 영구자석소재로는 R-Fe-B계 희토류자석이 알려져 있다.R-Fe-B type rare-earth magnets are known as permanent magnet materials exhibiting such excellent magnetic performance.
하지만 희토류 영구자석은 고가의 희토류원소를 주원료로 사용하게 되므로 페라이트자석보다 제조비용이 높아 희토류자석을 채용함에 따라 모터의 가격상승 부담이 증가할 뿐만 아니라 희토류원소의 매장량이 다른 금속에 비하여 풍부하지 못한 자원적인 제한요소가 있기 때문에, 제조 원가를 절감하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.However, since rare earth permanent magnets use expensive rare earth elements as their main raw materials, manufacturing cost is higher than that of ferrite magnets, so that the use of rare earth magnets not only increases the cost increase of the motors, but also makes the rare earth element reserves less abundant Because there are resource constraints, various studies are under way to reduce manufacturing costs.
예컨대 대한민국 공개특허 제10-2012-0003183호에는 본드자석용 R-Re-B계 분말을 제조함에 있어 출발원료로서 희토류 소결자석 스크랩을 사용한 기술이 개시되어 있다.For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0003183 discloses a technique of using a rare earth sintered magnet scrap as a starting material in producing an R-Re-B type powder for a bonded magnet.
상기 기술은 HDDR (수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정을 이용하여 분말의 보자력과 열 안정성을 향상시키고자 한 기술로서, 고온에서 가스 반응에 의해 결정립을 미세화함으로써 달성 가능하다.The above technique is a technique for improving the coercive force and thermal stability of powders by using HDDR (hydrogenation / hydrogenation-phase decomposition / disproportionation-hydrogen release / desorption-recombination / recombination) .
그러나, 최근 HDDR 공정을 통해 제조된 분말의 경우 내부에 상당량의 잔류수소가 존재하고 있는 것으로 보고되고 있으며, 분말 내부에 잔존하는 수소는 상분해 온도(약 650℃) 이하에서는 크게 문제가 되지 않지만, 이보다 높은 온도에서 열처리할 경우 상분해 반응이 다시 일어나게 되어 재료의 특성을 저하시키게 된다.However, recently, it has been reported that a large amount of residual hydrogen exists in the powder produced by the HDDR process, and hydrogen remaining in the powder is not a serious problem at the phase decomposition temperature (about 650 ° C.) When the heat treatment is performed at a higher temperature, the phase decomposition reaction occurs again, thereby deteriorating the characteristics of the material.
도 1은 HDDR 공정으로 제조된 자성분말을 진공열처리로에서 가열시 온도 상승에 따른 압력 변화를 측정하여 나타낸 그래프로서, HDDR 처리된 Nd-Fe-B 자성분말을 진공열처리로에 장입하여 가열하였다.FIG. 1 is a graph showing a change in pressure due to a temperature rise when a magnetic powder prepared by the HDDR process is heated in a vacuum heat treatment furnace. The HDDR-treated Nd-Fe-B magnetic powder is charged into a vacuum heat treatment furnace and heated.
그 결과 300℃와 650℃ 근처에서 압력이 급증하는 것을 확인할 수 있으며, 이것은 자성분말 내부의 잔류 수소가 외부로 방출된 것을 의미한다.As a result, it can be seen that the pressure suddenly increases near 300 ° C. and 650 ° C., which means that the residual hydrogen inside the magnetic powder is released to the outside.
이와 같이 HDDR 공정으로 제조된 자성분말은 소결 공정 등과 같은 상분해온도 이상의 온도로 가열하는 공정을 적용시에 수소가 방출되어 특성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.As described above, the magnetic powder produced by the HDDR process can be confirmed to be deteriorated in characteristics due to the release of hydrogen when a process of heating to a temperature higher than the phase decomposition temperature such as sintering process is applied.
현재는 이러한 HDDR 분말이 본드자석에만 사용되기 때문에 잔류수소가 그렇게 문제가 되지 않는다. 그 이유는 본드자석의 제조와 사용이 대부분 섭씨 200도 이하에서 이루어지기 때문에 잔류수소가 배출되지 않기 때문이다. At present, residual hydrogen is not such a problem because these HDDR powders are only used for the bond magnets. The reason for this is that residual hydrogen is not discharged because the manufacture and use of the bonded magnet is performed at most 200 degrees centigrade.
하지만 최근 이러한 HDDR 분말을 소결하여 벌크자석을 만들고자 하는 연구가 세계적으로 수행되고 있다. 그 이유는 HDDR 분말의 결정립이 매우 미세하여 결정립성장 억제하면서 벌크화에 성공한다면 Dy과 같은 고가의 중희토류를 첨가하지 않고도 높은 보자력을 얻을 수 있기 때문이다. Recently, however, studies have been conducted worldwide for sintering HDDR powder to make bulk magnets. The reason for this is that if the grain size of the HDDR powder is very fine and the grain growth is inhibited, the high coercive force can be obtained without adding the expensive heavy rare earth such as Dy.
예를 들어 HDDR 공정을 통해 제조된 분말을 이용하여 벌크자석을 제조하는 방법으로서, "Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323(2011) 115-121"가 있다.For example, there is a method of producing a bulk magnet using a powder produced by the HDDR process as "Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323 (2011) 115-121 ".
하지만 이 경우, 매우 빠른 가열속도가 필요하면 고가의 설비가 필요하고 소결하여 질밀도에 도달하지 전에 보자력이 급격히 저하하는 현상이 발생한다. In this case, however, if a very rapid heating rate is required, expensive equipment is required, and the coercive force is rapidly lowered before sintering to reach the vaginal density.
그리고, "Scripta Materialia 63(2010) 1124-1127"에는 HDDR 분말에 Nd-Cu 합금을 혼합열처리하여 결정립계면을 코팅하는 기술이 개시되어 있다.And, "Scripta Materialia 63 (2010) 1124-1127" discloses a technique of coating a grain boundary surface by mixing heat treatment of HDDR powder with Nd-Cu alloy.
하지만 이 경우 저융합 합금을 급속응고법으로 제조하고 다시 분쇄하여 분말을 제조하는 것이 필요하여 공정비용이 상승하는 문제가 있다. However, in this case, it is necessary to manufacture the low-fusion alloy by the rapid solidification method and then pulverize the powder again to raise the process cost.
또한, "APPLIED PHYSICS LETTERS 103,022404(2013)"에는 HDDR 분말을 분쇄하여 나노크기의 분말을 제조하는 기술이 개시되어 있다.In addition, "APPLIED PHYSICS LETTERS 103,022,404 (2013)" discloses a technique of pulverizing HDDR powders to produce nano-sized powders.
하지만 이 경우 분말자체의 크기가 너무 미세하여 산화에 취약하고 소결하기 위해서는 특수한 후공정이 필요하게 되어 실제로 적용하기에는 많은 문제점이 있다. However, in this case, the size of the powder itself is too fine to be susceptible to oxidation, and a special post-treatment is required in order to sinter.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, HDDR(수소화/Hydrogenation - 상분해/Disproportionation - 수소방출/Desorption - 재결합/Recombination)공정에 의해 제조된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔류수소를 강제 방출하고, 결정립계면에는 방출된 잔류수소와 환원 반응한 이종금속을 코팅함으로써 보자력이 향상될 수 있도록 한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Disclosure of the Invention The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an R-Fe-B-based rare earth metal- R-Fe-B-based rare-earth magnetic particles in which the residual hydrogen in the magnetic powder is forcibly discharged and the dissimilar metal is diffused on the grain boundary surface so that the coercive force can be improved by coating a dissimilar metal that has undergone reduction reaction with the released hydrogen, Powder and a method for producing the same.
본 발명의 다른 목적은, 방출된 잔류수소와 환원 반응하여 결정립계에 확산하기 위한 금속입자에 대하여 크기 및 종류를 제한함으로써 낮은 온도에서도 확산이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.It is another object of the present invention to provide a method for reducing diffusion of a dissimilar metal to a grain boundary surface by allowing diffusion of the dissimilar metal to diffuse easily even at a low temperature, -Fe-B based rare earth magnetic powder and a method for producing the same.
본 발명의 또 다른 목적은, 금속입자와의 환원 반응 전/후에 결정립의 크기가 증가하지 않도록 한 R-Fe-B계 희토류 자성분말 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.It is still another object of the present invention to provide an R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder in which the size of crystal grains does not increase before / after the reduction reaction with metal particles, and a method for producing the same.
상기한 목적을 달성하기 위한 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말은, HDDR(수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정에 의해 제조된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔류수소와 산소를 포함하는 금속입자의 반응에 의해 환원된 이종금속이 결정립계면에 확산된 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, the R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder in which the dissimilar metal is diffused is characterized in that R-Fe- And the dissimilar metal reduced by the reaction of the metal particles containing oxygen and oxygen remaining in the Fe-B-based rare-earth magnetic powder is diffused on the grain boundary surface.
상기 금속입자는, R-Fe-B계 희토류 자성분말의 융점보다 낮은 융점을 갖는 것을 특징으로 한다.Wherein the metal particles have a melting point lower than the melting point of the R-Fe-B based rare earth magnetic powder.
상기 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔류수소는, 650℃ 이하의 온도에서 금속입자와 환원반응하는 것을 특징으로 한다.The residual hydrogen in the R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder is characterized by being subjected to a reduction reaction with the metal particles at a temperature of 650 ° C or lower.
상기 금속입자는 R-Fe-B계 희토류 자성분말보다 작은 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.And the metal particles are smaller than the R-Fe-B rare earth magnetic powder.
상기 금속입자는 표면 산화층을 가지는 Cu 나노입자가 채택됨을 특징으로 한다.The metal particles are characterized in that Cu nanoparticles having a surface oxide layer are adopted.
본 발명에 의한 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말의 제조방법은, HDDR(수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정에 의해 제조된 R-Fe-B계 희토류 자성분말과 산소를 포함하는 금속입자를 준비하는 분말준비단계와, 상기 R-Fe-B계 희토류 자성분말 외면에 금속입자를 코팅하는 분말코팅단계와, 상기 금속입자가 코팅된 R-Fe-B계 희토류 자성분말을 진공분위기에서 가열하여 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔존수소를 방출하는 수소방출단계와, 방출된 수소와 금속입자에 포함된 산소가 반응하여 이종금속으로 환원하는 환원단계와, 환원된 이종금속을 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 결정립계로 확산하는 확산단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method for producing R-Fe-B based rare earth magnetic powder according to the present invention differs from the R-Fe-B based rare earth magnetic powder prepared by HDDR (Hydrogenation-Disproportionation-Hydrogen Release / Desorption-Recombination / Recombination) Comprising the steps of: preparing a powder for preparing metal particles containing Fe-B-based rare-earth magnetic powder and oxygen; coating the metal particles on the outer surface of the R-Fe-B-based rare earth magnetic powder; The method comprising: a hydrogen releasing step of heating R-Fe-B based rare earth magnetic powder in a vacuum atmosphere to release residual hydrogen in the R-Fe-B based rare earth magnetic powder; And a diffusion step of diffusing the reduced dissimilar metal into a grain boundary of the R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder.
상기 분말준비단계의 R-Fe-B계 희토류 자성분말은 금속입자보다 큰 입자크기를 갖는 것을 특징으로 한다.The R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder in the powder preparing step has a particle size larger than that of the metal particles.
상기 분말준비단계의 R-Fe-B계 희토류 자성분말은 금속입자의 융점보다 높은 융점을 갖는 것을 특징으로 한다.The R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder in the powder preparation step has a melting point higher than the melting point of the metal particles.
상기 수소방출단계는, 5℃/min 이하의 승온속도로 가열하는 과정임을 특징으로 한다.The hydrogen releasing step is a step of heating at a heating rate of 5 ° C / min or less.
상기확산단계는, 환원된 이종금속이 결정립계면으로 유입되면서 Nd-rich상과 반응하는 과정임을 특징으로 한다 .The diffusion step is a step of reacting the reduced dissimilar metal with the Nd-rich phase while flowing into the grain boundary surface.
본 발명에서는 HDDR(수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정에 의해 제조된 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔류수소를 강제 방출하고, 결정립계면에는 방출된 잔류수소와 환원 반응한 이종금속을 코팅하였다.In the present invention, residual hydrogen in the R-Fe-B based rare earth magnetic powder produced by the HDDR (hydrogenation / hydrogenation-phase decomposition / disproportionation-hydrogen release / desorption-recombination / recombination) process is forcibly discharged, The residual hydrogen was coated with a dissimilar metal that was reduced.
또한 금속입자와의 환원 반응 전/후에 결정립의 크기가 증가하지 않도록 제어하였다.Also, it was controlled so as not to increase the grain size before / after the reduction reaction with the metal particles.
따라서 보자력을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, there is an advantage that the coercive force can be greatly improved.
그리고, 본 발명에서는 방출된 잔류수소와 환원 반응하여 결정립계에 확산하기 위한 금속입자에 대하여 크기 및 종류를 제한함으로써 낮은 온도에서도 확산이 용이하게 이루어질 수 있도록 하였다.In the present invention, by limiting the size and type of the metal particles to diffuse into the grain boundaries by the reduction reaction with the released residual hydrogen, the diffusion can be easily performed even at a low temperature.
따라서, R-Fe-B계 희토류 자성분말의 자성 특성을 저렴하고 간소한 공정으로 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, there is an advantage that the magnetic properties of the R-Fe-B based rare earth magnetic powder can be improved with a simple and inexpensive process.
도 1 은 HDDR 공정으로 제조된 자성분말을 진공열처리로에서 가열시 온도 상승에 따른 압력 변화를 측정하여 나타낸 그래프.
도 2 는 본 발명에 의한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말의 제조 과정을 나타낸 모식도.
도 3 은 본 발명에 의한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4 는 본 발명에 의한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말에 대한 EDS mapping 사진.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing a change in pressure due to a temperature rise when a magnetic powder produced by an HDDR process is heated in a vacuum heat treatment furnace.
2 is a schematic view showing a process for producing a rare-earth magnetic powder of R-Fe-B system in which a dissimilar metal is diffused on a grain boundary surface according to the present invention.
3 is a flow chart showing a process for producing a rare-earth magnetic powder of R-Fe-B system in which a dissimilar metal is diffused on a grain boundary surface according to the present invention.
4 is a photograph of EDS mapping of a rare-earth magnetic powder of R-Fe-B system in which dissimilar metals are diffused on grain boundaries according to the present invention.
이하 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말(이하 'R-Fe-B계 희토류 자성분말(10)'이라 칭함)에 대하여 설명한다.(Hereinafter referred to as "R-Fe-B based rare earth magnetic powder (10)") in which dissimilar metals are diffused on the grain boundaries according to the present invention, Explain.
도 2는 본 발명에 의한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말의 제조 과정을 나타낸 모식도이다.FIG. 2 is a schematic view showing a process for producing R-Fe-B rare earth magnetic powder in which dissimilar metals are diffused on grain boundaries according to the present invention.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to describe its invention in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
도면과 같이 상기 R-Fe-B계 희토류 자성분말(10)은 HDDR(수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정을 통해 제조된 자성분말 내부에 잔존하는 수소를 외부로 방출하고, 방출된 수소를 금속입자에 포함된 산소와 환원반응하여, 환원된 금속을 자성분말 내부로 유입하여 확산시킴으로써 제조된다.As shown in the figure, the R-Fe-B-based rare earth magnetic powder (10) has hydrogen remaining in the magnetic powder prepared by HDDR (hydrogenation / hydrogenation-dissociation / disproportionation-hydrogen release / desorption-recombination / Releasing the hydrogen to the outside, reducing the released hydrogen with oxygen contained in the metal particles, and introducing the reduced metal into the magnetic powder to diffuse it.
본 발명의 원재료인 자성분말은 Nd-Fe-B계 희토류 자성분말이 채택되었으며, 금속입자는 금속나노입자가 채택될 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서 상기 금속입자는 표면 산화층을 가지는 Cu 나노입자가 채택되었다.Nd-Fe-B based rare earth magnetic powder is adopted as a magnetic powder as a raw material of the present invention, and metal nanoparticles can be adopted as metal particles. In the embodiment of the present invention, Cu nanoparticles having a surface oxide layer have been adopted as the metal particles.
상기 금속입자는 자성분말의 소결온도보다 낮은 융점을 가지고, 낮은 온도에서도 수소와 쉽게 환원반응할 수 있으며, 자성분말보다 작은 크기를 갖는 범위 내라면 다양하게 변경 적용이 가능하다.The metal particles have a melting point lower than the sintering temperature of the magnetic powder and can easily react with hydrogen even at a low temperature, and can be variously modified within a range that is smaller than the magnetic powder.
상기 산화구리는 아래와 같은 반응식 1에 따라 구리입자로 환원되며 이러한 환원반응은 200℃ 이상의 온도에서 이루어진다.The copper oxide is reduced to copper particles according to the following
<반응식 1><
Cu2O + 2H → 2Cu + H20 Cu 2 O + 2H 2 Cu + H 2 O
그리고 상기 금속입자는 자성분말 내부로 보다 용이하게 유입될 수 있도록 하기 위해 자성분말보다 작은 입자 크기를 갖도록 구성됨이 바람직하다.It is preferable that the metal particles have a particle size smaller than that of the magnetic powder so that the metal particles can flow into the magnetic powder more easily.
상기 자성분말 내부의 잔존수소는 진공 열처리로 내부에 장입된 상태로 가열됨으로써 아래와 같은 반응식 2에 의해 외부로 방출되며 자성분말 외부로 방출됨과 동시에 금속입자와 환원반응하게 된다.The remaining hydrogen in the magnetic powder is heated in a state of being charged in a vacuum heat treatment furnace, and is released to the outside according to the following reaction formula (2). The hydrogen is released to the outside of the magnetic powder, and at the same time,
<반응식 2><Reaction Scheme 2>
R2Fe14BHX + RHX + H2 →α-Fe + Fe2B + RHX → R2Fe14B + R-rich + H2 R 2 Fe 14 BHX + RHX + H 2 → α-Fe + Fe 2 B + RHX → R 2 Fe 14 B + R-rich + H 2
상기 환원반응에 따라 상기 금속입자는 금속(원료인 자성분말과는 상이한 이종금속)으로 환원된 후 자성분말 내부로 유입되며, 자성분말 내부로 유입된 이종금속은 자성분말에 포함된 Nd-rich상과 반응하여 확산된다.According to the reduction reaction, the metal particles are reduced to metal (a dissimilar metal different from the magnetic powder as the raw material) and then introduced into the magnetic powder, and the dissimilar metal introduced into the magnetic powder has an Nd-rich phase And diffuses.
본 발명의 실시예에서 방출된 수소는 산화구리를 구리입자로 환원시켰으며, 환원된 구리입자는 HDDR 분말 내부의 Nd-rich상과 반응하여 내부로 확산되어 나가게 된다.The hydrogen released in the embodiment of the present invention reduces copper oxide to copper particles, and the reduced copper particles react with the Nd-rich phase in the HDDR powder and diffuse into the inside.
이하 첨부된 도 3을 참조하여 상기 R-Fe-B계 희토류 자성분말(10)을 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for producing the R-Fe-B-based rare-earth
도 3은 본 발명에 의한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말(10)의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.FIG. 3 is a process flow chart showing a method for producing an R-Fe-B rare earth
도면과 같이 상기 R-Fe-B계 희토류 자성분말(10)은, HDDR(수소화/Hydrogenation-상분해/Disproportionation-수소방출/Desorption-재결합/Recombination)공정에 의해 제조된 R-Fe-B계 희토류 자성분말과 금속입자를 준비하는 분말준비단계(S100)와, 상기 R-Fe-B계 희토류 자성분말 외면에 금속입자를 코팅하는 분말코팅단계(S200)와, 상기 금속입자가 코팅된 R-Fe-B계 희토류 자성분말을 진공분위기에서 가열하여 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔존수소를 방출하는 수소방출단계(S300)와, 방출된 수소와 금속입자에 포함된 산소가 반응하여 이종금속으로 환원하는 환원단계(S400)와, 환원된 이종금속을 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 결정립계로 확산하는 확산단계(S500)를 순차적으로 실시하여 제조된다.As shown in the figure, the R-Fe-B-based rare earth magnetic powder (10) is an R-Fe-B-based rare earth magnet powder produced by a HDDR (hydrogenation / hydrogenation-phase decomposition / disproportionation-hydrogen release / desorption- (S100) for preparing magnetic powder and metal particles; a powder coating step (S200) for coating metal particles on the outer surface of the R-Fe-B-based rare earth magnetic powder; -B based rare earth magnetic powder is heated in a vacuum atmosphere to release residual hydrogen in the R-Fe-B based rare earth magnetic powder (S300) (S400), and a diffusion step (S500) of diffusing the reduced dissimilar metal into the grain boundaries of the R-Fe-B based rare earth magnetic powder.
상기 수소방출단계(S300)와 환원단계(S400)와 확산단계(S500)는 거의 동시에 진행되기는 하나, 반응의 순서를 고려하여 순차적으로 기재하였다.The hydrogen releasing step (S300), the reducing step (S400), and the diffusion step (S500) proceed substantially simultaneously, but are sequentially described in consideration of the order of the reactions.
상기 분말준비단계(S100)는 HDDR 공정에 의해 제조된 자성분말과 금속입자를 준비하는 과정으로, 상기 자성분말은 금속입자 보다 큰 입자 크기를 가지며, 높은 용해온도를 가진다.The powder preparation step (S100) is a process of preparing magnetic powder and metal particles produced by the HDDR process, wherein the magnetic powder has a particle size larger than that of the metal particles and has a high dissolution temperature.
본 발명의 실시예에서 상기 자성분말은 Nd-Fe-B계 자성분말이 채택되었으며, 금속입자는 산화구리(Cu2O)가 채택되었다.In the embodiment of the present invention, the magnetic powder is Nd-Fe-B type magnetic powder, and the metal particles are copper oxide (Cu 2 O).
상기 분말준비단계(S100) 이후에는 분말코팅단계(S200)가 실시된다. 상기 분말코팅단계(S200)는 산화구리가 자성분말 내부로 보다 용이하게 확산될 수 있도록 100㎚ 이하 크기의 미분을 사용하였다.After the powder preparing step (S100), a powder coating step (S200) is performed. In the powder coating step (S200), a fine powder having a size of 100 nm or less is used so that the copper oxide can be more easily diffused into the magnetic powder.
상기 분말코팅단계(S200) 이후에는 수소방출단계(S300)가 실시된다. 상기 수소방출단계(S300)는 자성분말 내부의 잔류수소를 외부로 방출하기 위한 과정으로서, 상기 산화구리가 코팅된 자성분말을 진공열처리로 내부에 장입한 후 소정의 온도까지 일정 시간동안 가열함으로서 구현된다.After the powder coating step (S200), a hydrogen releasing step (S300) is performed. The hydrogen releasing step S300 is a step for discharging the residual hydrogen inside the magnetic powder to the outside. The magnetic powder coated with the copper oxide is charged into the vacuum heat treatment furnace and heated to a predetermined temperature for a predetermined time do.
상기 수소방출단계(S300)는 본 발명의 실시예에서 5℃/min 의 속도로 승온하였으며, 650℃ 이하의 온도까지 가열하였다.The hydrogen releasing step (S300) was performed at a rate of 5 deg. C / min in the embodiment of the present invention and heated to a temperature of 650 deg.
상기 수소방출단계(S300) 이후에는 환원단계(S400)가 실시된다. 상기 환원단계(S400)는 자성분말 내부에 잔류하고 있던 수소가 수소방출단계(S300)에 의해 외부로 방출될 때 자성분말 외면에 코팅되어 있던 산화구리의 산소와 반응하는 과정이다.After the hydrogen releasing step (S300), a reducing step (S400) is performed. The reducing step (S400) is a process of reacting the hydrogen remaining in the magnetic powder with oxygen of the copper oxide coated on the outer surface of the magnetic powder when the hydrogen is released to the outside by the hydrogen releasing step (S300).
이때 상기 산화구리는 구리분말로 환원된다.At this time, the copper oxide is reduced to copper powder.
상기 환원단계(S400) 이후에는 확산단계(S500)가 실시된다. 상기 확산단계(S500)는 환원단계(S400)에서 생성된 구리분말이 자성분말 내부로 유입되면서 자성분말에 포함된 Nd-rich 상과 반응하여 확산되는 과정이다.After the reducing step S400, a diffusion step S500 is performed. The diffusion step S500 is a process in which the copper powder generated in the reducing step S400 is introduced into the magnetic powder and diffused by reacting with the Nd-rich phase contained in the magnetic powder.
이때 Nd-rich 상과 구리분말이 반응시 Nd-rich 상은 520℃ 정도로 낮아져 결정립계의 코팅이 보다 용이해지고 결과적으로 균일하고 보다 두꺼운 계면상이 형성되어 보자력을 향상시킬 수 있게 된다.When the Nd-rich phase and the copper powder react with each other, the Nd-rich phase is lowered to about 520 ° C, which facilitates the coating of the grain boundaries, resulting in a uniform and thicker interfacial phase, thereby improving the coercive force.
상기와 같은 과정에 따라 본 발명에 의한 R-Fe-B계 희토류 자성분말(10)의 제조는 완료된다.The production of the R-Fe-B-based rare-earth
도 4는 본 발명에 의한 결정립계면에 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말(10)에 대한 EDS mapping 사진으로서, 산화구리입자를 환원 및 확산처리하였을 때 Cu 입자가 분말 내부까지 확산되어 Nd-rich 상을 형성한 것을 확인할 수 있다.4 is an EDS mapping image of an R-Fe-B rare earth magnetic powder (10) in which a dissimilar metal is diffused on a grain boundary surface according to the present invention. When copper oxide particles are subjected to reduction and diffusion treatment, And it is confirmed that Nd-rich phase is formed.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many other modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the scope of the present invention.
예를 들어 본 발명의 실시예에서 금속입자에 대하여 산화구리를 채택하였으나, 자성분말보다 작은 크기를 가지고, 낮은 융점을 가지며, 수소와 환원 가능한 범위 내라면 다양하게 변경 적용이 가능함은 물론이다.For example, in the embodiment of the present invention, copper oxide is adopted for the metal particles, but it is of course possible to apply various modifications as long as it is smaller than the magnetic powder, has a low melting point, and can be reduced with hydrogen.
10. R-Fe-B계 희토류 자성분말 S100. 분말준비단계
S200. 분말코팅단계 S300. 수소방출단계
S400. 환원단계 S500. 확산단계10. R-Fe-B type rare earth magnetic powder S100. Powder preparation step
S200. Powder coating step S300. Hydrogen release step
S400. Reduction step S500. Diffusion stage
Claims (10)
상기 R-Fe-B계 희토류 자성분말 외면에 금속입자를 코팅하는 분말코팅단계와,
상기 금속입자가 코팅된 R-Fe-B계 희토류 자성분말을 진공분위기에서 가열하여 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 잔존수소를 방출하는 수소방출단계와,
방출된 수소와 금속입자에 포함된 산소가 반응하여 이종금속으로 환원하는 환원단계와,
환원된 이종금속을 R-Fe-B계 희토류 자성분말 내부의 결정립계로 확산하는 확산단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종금속이 확산된 R-Fe-B계 희토류 자성분말의 제조 방법.
A powder preparation step of preparing metal particles containing oxygen and an R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder produced by an HDDR (hydrogenation / hydrogenation-phase decomposition / disproportionation-hydrogen release / desorption-recombination / recombination)
A powder coating step of coating metal particles on the outer surface of the R-Fe-B based rare earth magnetic powder,
A hydrogen releasing step of heating the R-Fe-B based rare earth magnetic powder coated with the metal particles in a vacuum atmosphere to release residual hydrogen in the R-Fe-B based rare earth magnetic powder;
A reduction step in which the released hydrogen and oxygen contained in the metal particles react with each other to reduce the metal to a different metal;
And diffusing the reduced dissimilar metal into the grain boundaries of the R-Fe-B rare earth magnetic powder. The method for producing a rare-earth magnetic powder according to claim 1,
The method for producing a rare-earth magnetic powder according to claim 6, wherein the R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder in the powder preparing step has a particle size larger than that of the metal particles .
8. The method for producing a rare-earth magnetic powder according to claim 7, wherein the R-Fe-B-based rare-earth magnetic powder in the powder preparation step has a melting point higher than the melting point of the metal particles. Way.
9. The method of claim 8, wherein the hydrogen releasing step is a step of heating at a heating rate of 5 DEG C / min or less.
The method of claim 9, wherein the diffusing step is a step of reacting the reduced dissimilar metal with the Nd-rich phase while flowing the reduced dissimilar metal to the grain boundaries, thereby producing the R-Fe-B rare earth magnetic powder .
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