KR101733335B1 - 희토류 자석의 제조 방법 - Google Patents

희토류 자석의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101733335B1
KR101733335B1 KR1020157026970A KR20157026970A KR101733335B1 KR 101733335 B1 KR101733335 B1 KR 101733335B1 KR 1020157026970 A KR1020157026970 A KR 1020157026970A KR 20157026970 A KR20157026970 A KR 20157026970A KR 101733335 B1 KR101733335 B1 KR 101733335B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
earth magnet
sintered body
rare earth
rare
hot working
Prior art date
Application number
KR1020157026970A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150124987A (ko
Inventor
아키라 가노
다이 고부치
에이스케 호시나
오사무 야마시타
노리타카 미야모토
Original Assignee
도요타 지도샤（주）
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타 지도샤（주） filed Critical 도요타 지도샤（주）
Publication of KR20150124987A publication Critical patent/KR20150124987A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101733335B1 publication Critical patent/KR101733335B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0273—Imparting anisotropy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0266—Moulding; Pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/007—Heat treatment of ferrous alloys containing Co
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a particular fabrication or treatment of ingot or slab
    • C21D8/1211—Rapid solidification; Thin strip casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0571—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
    • H01F1/0575—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0576—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together pressed, e.g. hot working
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0571—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
    • H01F1/0575—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0577—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together sintered

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

제조 방법은, 가압 방향에 평행하고 서로에 대향하는 소결체의 2 개의 측면들 중에서, 일 측면이 구속 상태가 되어 변형을 억제하고 타 측면이 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 1 열간 가공을 실시함으로써 희토류 자석 전구체 (S') 를 제조하는 단계; 및 가압 방향에 평행하는 희토류 자석 전구체 (S') 의 2 개의 측면들 (S'1, S'2) 중에서, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 일 측면 (S'2) 이 구속 상태가 되어 변형을 억제하고 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 일 측면 (S'1) 이 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 2 열간 가공을 실시함으로써 희토류 자석을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

희토류 자석의 제조 방법{METHOD OF PRODUCTION RARE-EARTH MAGNET}
본 발명은, 열간 가공에 의한 배향 자석인 희토류 자석의 제조 방법에 관한 것이다.
란타노이드와 같은 희토류 원소를 사용한 희토류 자석은 영구자석이라고도 불린다. 희토류 자석은 하드 디스크 및 MRI 를 구성하는 모터 외에, 하이브리드 차나 전기 자동차의 구동용 모터에 이용되고 있다.
희토류 자석의 자석 성능의 지표로서, 잔류자화 (잔류 자속밀도) 와 보자력이 전형적인 예가 된다. 모터의 크기 감소 또는 모터의 전류 밀도 증가로 인한 발열량의 증대로, 사용되는 희토류 자석의 내열성에 대한 요구는 더욱 높아진다. 따라서, 고온 하에서 자석이 사용되는 때에 자석의 자기 특성들을 유지하는 것은 중요하다.
여기서, 종래 기술에서 희토류 자석의 제조 방법의 일례는 도 8a, 도 8b 및 도 9a, 도 9b 를 참조하여 개략적으로 설명될 것이다. 게다가, 도 8a 및 도 8b 는, 종래 기술에서 열간 가공을 나타내는 도면들이다. 여기서, 도 8a 는 열간 가공 (열간 소성 가공) 전의 소결체의 개략적인 사시도이고, 도 8b 는 열간 가공 후의 희토류 자석의 개략적인 사시도이다. 도 9a 및 도 9b 는, 종래 기술에서 열간 가공의 설명도들이다. 도 9a 는 열간 가공 동안 소결체에 작용하는 마찰력과 소성 유동 사이의 관계를 나타내는 종단면도이고, 도 9b 는 도 8b 에 도시된 종래 기술의 희토류 자석의 종단면 (CS) 에서의 희토류 자석의 변형 분포를 나타내는 도면이다.
먼저, 예를 들어, Nd－Fe－B 계의 용융 금속의 급냉 응고에 의해 얻어지는 미분말은 가압 성형을 거쳐, 도 8a 에 도시된 소결체 (Z) 를 제조된다. 다음으로, 소결체 (Z) 는 열간 가공을 거쳐, 도 8b 에 도시된 희토류 자석 (X) 이 제조된다. 종래 기술의 희토류 자석 (X) 의 제조 방법에서, 소결체 (Z) 에 대한 열간 가공 동안, 압력은 상면 (Z3) 및 하면 (Z4) 에 가해져서, 소결체 (Z) 를 가압 방향인 상하 방향으로 압축하고, 그럼으로써 가압 방향에 수직하는 수평 방향으로 소성 유동을 일으킨다. 그 결과, 소성 변형이 발생한다.
이 때, 소결체 (Z) 의 좌우 측면들 (Z1, Z2) 이 비구속 상태에 있고 소결체 (Z) 의 전후 측면들 (Z5, Z6) 이 구속 상태에 있으면, 소결체 (Z) 의 중앙으로부터 좌우 방향으로 소성 유동이 야기되고, 이로 인해 좌우 측면들 (Z1, Z2) 이 변형된다. 이 때, 소결체 (Z) 의 상면 (Z3) 및 하면 (Z4) 은, 이들에 압력을 가하는 펀치들에 의해 구속된다. 전술한 바와 같이 펀치들에 의해 가해진 압력으로 인해 상면 (Z3) 및 하면 (Z4) 이 구속된 상태로 설정되는 소결체 (Z) 가 좌우 방향으로 변형하기 시작하는 때에, 구속된 상면 (Z3) 및 하면 (Z4) 에 마찰력이 작용한다.
도 9a 에 도시된 바와 같이, 소결체 (Z) 의 상면 (Z3) 및 하면 (Z4) 에 작용하는 마찰력 (F) 은, 소결체 (Z) 가 변형되는 좌우 방향으로 중앙부 (CP) 에서 가장 크고, 마찰력 (F) 은 소결체 (Z) 의 좌우 측면들 (Z1, Z2) 을 향해 작아진다. 마찰력 (F) 은 좌우 방향으로 소결체 (Z) 의 소성 유동 (PF) 을 방해하도록 작용한다. 따라서, 소결체 (Z) 의 좌우 측면들 (Z1, Z2) 로부터 중앙부 (CP) 를 향해 소성 유동 (PF) 이 발생할 가능성이 더 적다 (즉, 소성 유동 (PF) 이 발생하는 경우가 감소한다).
게다가, 소성 유동 (PF) 에 대한 마찰력 (F) 의 영향은 소결체 (Z) 의 구속된 상면 (Z3) 및 하면 (Z4) 으로부터 가압 방향으로의 소결체 (Z) 의 내부의 중심을 향해, 즉 상면 (Z3) 과 하면 (Z4) 사이의 중간 부분을 향해 작아진다. 따라서, 소성 유동 (PF) 은, 소결체 (Z) 의 구속된 상하면들 (Z3, Z4) 로부터 가압 방향으로의 소결체 (Z) 의 내부의 중심을 향해 발생하기 쉬워 진다 (즉, 소성 유동 (PF) 이 발생하는 경우가 증가한다).
따라서, 도 8a 및 도 8b 에 도시된 바와 같이, 소결체 (Z) 의 좌우 측면들 (Z1, Z2) 이 비구속 상태에 있으면서 소결체 (Z) 의 상면 (Z3) 및 하면 (Z4) 에 압력이 가해져 상하 방향으로 압축을 실시하면, 좌우 방향 및 가압 방향에 평행한 단면 (CS) 내에서 소성 유동의 차이가 야기된다. 그 결과, 도 9b 에 도시된 바와 같이, 제조되는 희토류 자석 (X) 의 단면 (CS) 내의 변형이 불균일해진다. 불균일해진 변형 분포는 제조되는 희토류 자석 (X) 의 자화 특성들을 열화시키는 요인이다. 따라서, 열간 가공에 의해 희토류 자석을 제조 동안 불균일해진 변형 분포의 발생을 방지하는 것이 필요하다.
희토류 자석의 제조 방법에서 열간 가공의 일례로서, 일본 특허 출원 공보 제 4-134804 호 (JP 4-134804 A) 는, 자석의 주조 합금이 캡슐 내에 배치되고, 다이 단조가 500℃ 이상 그리고 1100℃ 이하의 온도에서 실시되어, 그 합금을 자기적으로 이방성화하는 기술이 개시되어 있다. JP 4-134804 A 에서는, 단조기를 이용하여 캡슐에 대한 열간 가공을 실시하는 때에, 2 종류 이상의 다이들 내에 캡슐을 배치시킴으로써 다단계의 단조가 실시된다. 따라서, 얇은 캡슐 내에서도, 주조 합금에서 자유 단조에서와 같은 소성 변형을 야기하면서, 단조된 합금의 내부에 정수압과 같은 압력을 가하는 것이 가능해진다. 따라서, 자석이 균열되는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
JP 4-134804 A 에서와 같이 소결체의 측면들이 다이들에 의해 구속되지 않은 경우, 상하면들의 중앙부들에서 마찰력이 가장 크다. 게다가, 소결체의 상하면들 사이의 중심부에서 소결체의 상하면들의 근방과 비교하여 마찰력의 영향이 작고, 따라서 소결체의 상하면들 사이의 중심부에서 소결체의 상하면들의 근방과 비교하여 비교적 자유로운 소성 유동이 발생한다.
그 결과, 재료 유동성의 차이로 인해 횡방향 및 가압 방향으로 변형량의 차이가 소결체 내에서 야기되고, 따라서 가압 방향에 평행한 소결체의 단면 내에서 자석의 변형 분포가 불균일해진다. 소결체에 대한 가공도 (소결체의 압축률) 가 증가하므로, 자석의 표면 근방과 자석의 내부 사이의 변형량의 차이가 증가한다. 그 결과, 예를 들어, 소결체의 압축율이 대략 10% 이상인 강 가공 (strong working) 이 실시되면, 자석의 단면 방향으로의 변형 분포가 현저하게 불균일해진다. 불균일해진 변형 분포는 자석의 잔류자화를 저하시키는 요인이다.
다른 한편으로, 일본특허 출원 공보 제 2-250922 호 (JP 2-250922 A) 는, 희토류 합금 잉곳이 금속 캡슐 내에 배치되고, 열간 압연은 합금 잉곳이 액상을 포함하는 상태에서 750℃ 이상 그리고 1150℃ 이하의 압연 온도에서 실시되며, 총 가공률이 30% 이상이 되도록 열간 압연이 2 이상의 패스들에서 실시된다는 기술이 개시되어 있다. JP 2-250922 A 에서는, 폭방향으로의 금속 캡슐의 양측들로부터 구속을 가하면서 압연이 실시된다. 따라서, 합금 잉곳의 압연 동안 폭방향으로의 스프레딩이 억제된다. 따라서, 압연에 의해 얻어지는 기다란 판재의 폭방향 및 길이 방향으로 양호한 결정축 배향을 얻는 것이 가능해진다.
그러나, JP 2-250922 A 에서는, 금속 캡슐이 길이 방향으로 구속되지 않고, 따라서 금속 잉곳의 압하로 인한 대부분의 체적 감소는 길이 방향으로의 스프레딩을 야기한다. 그러므로, 압연에 의해 얻어지는 판재가 미리 정해진 길이를 갖는 판재이고 판재가 연속적인 띠판이 아닌 경우에는 판재의 길이 방향을 따르는 단면에서 전술한 바와 같은 불균일한 변형 분포가 발생할 수도 있는 가능성이 있다. 전술한 바와 같이, JP 4-134804 A 및 JP 2-250922 A 에서 개시된 기술들에서, 열간 가공을 거쳐 희토류 자석을 제조할 때에 불균일한 변형 분포의 발생을 방지하는 것이 불가능해질 수도 있다.
본 발명은 열간 가공을 거쳐 희토류 자석을 제조하는 방법에 관한 것이고, 변형 분포가 균일해짐으로써 잔류자화를 향상시킬 수 있는 희토류 자석의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 양태는 희토류 자석의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 이하의 단계들을 포함한다: 상하 펀치들 및 다이에 의해 구성되고 다이의 중공 내부에서 상하 펀치들 중 적어도 하나가 슬라이딩가능한 성형 몰드에서 희토류 자석 재료를 소결함으로써 얻어지는 소결체를 수용하고, 그리고 상하 펀치들을 사용함으로써 소결체의 상하면들이 가압되는 때에, 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 소결체의 2 개의 측면들 중에서, 일 측면은 다이의 내면과 접촉하게 되고 구속 상태가 되어 변형을 억제하고 타 측면은 다이의 내면과 접촉하지 않게 되고 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 1 열간 가공을 실시함으로써 희토류 자석 전구체를 제조하는 단계; 및 성형 몰드 내에서 희토류 자석 전구체를 이동시키고, 그리고 상하 펀치들을 사용함으로써 희토류 자석 전구체의 상하면들이 가압되는 때에, 가압 방향에 평행한 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들 중에서, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 일 측면은 다이의 내면과 접촉하게 되고 구속 상태가 되어 변형을 억제하고 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 타 측면은 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 2 열간 가공을 실시함으로써 희토류 자석을 제조하는 단계.
본 발명의 전술한 양태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에 있어서, 예를 들어 액체 급냉법에 의해 제조된 자석 분말과 같은 희토류 자석 재료를 소결 및 응고 시킴으로써 얻어지는 소결체는 원하는 형상을 얻기 위하여 그리고 자기적 이방성을 부여하기 위하여 열간 가공을 거치게 된다.
소결체의 형상은 특별히 한정 되지 않는다. 하지만, 예를 들어, 정육면체 및 직육면체와 같은 육면체가 사용될 수도 있다. 소결체의 평면 형상은 사각형 이외의 다각형일 수도 있고, 원형 혹은 타원형일 수도 있다. 심지어 소결체의 평면 형상이 원형 혹은 타원형일 때에도, 예를 들어, 소결체의 가압 방향에 평행한 단면에서 서로 대향하는 2 개의 측면들이 존재한다. 게다가, 소결체는 육면체 이외의 다면체일 수도 있고, 소결체는 라운딩된 모퉁이나 능선을 갖는 형상일 수도 있으며, 또는 횡방향으로 부풀어 오른 만곡된 측면을 가질 수도 있다.
또한, 본 발명에서 용어 "상하" 는 각 구성의 위치 관계를 명확하게 하기 위한 편의상 배향에 대해 사용되고, 따라서, "상하" 는 항상 수직 방향의 "상하" 를 의미하지 않는다. 게다가, 용어들 "횡방향" 및 "좌우" 는 용어 "상하" 와의 관계에 있어서 배향에 대해 사용되고, 이 용어들은 항상 수평 방향을 의미하지 않는다. 따라서, 본 발명은 예를 들어 상하 펀치들이 수평 방향으로 배치되는 구성을 제외하지 않는다.
소결체에 대한 열간 가공 동안 상하 펀치들에 의해 상하면들이 가압되면, 소결체는 가압 방향으로 압축되고, 상기 가압 방향에 수직한 방향으로 소성 유동이 발생하며, 이로 인해 소성 변형이 발생한다. 이 때, 상하의 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 2 개의 측면들이 종래 기술에서와 같이 다이의 내면과 접촉하지 않게 되고 비구속 상태가 되면, 이러한 2 개의 측면들은 소결체의 외측을 향하여 횡방향으로 변형된다. 이 때, 소결체의 상하면들은 이러한 면들을 가압하는 펀치들과의 접촉으로 인해 구속된다. 따라서, 상하면들이 구속 상태에 있는 소결체가 횡방향으로 변형될 때에는 구속된 상하면들에 횡방향으로의 마찰력이 작용한다.
소결체의 상하면들에 작용하는 횡방향의 마찰력은 소결체의 상하면들의 중앙부에서 가장 크고, 비구속 상태에 있는 소결체의 양측면들을 향해 작아진다. 이 마찰력은 소결체의 횡방향으로의 소성 유동을 방해하도록 작용한다. 따라서, 비구속 상태에 있는 소결체의 양측면들로부터 소결체의 중앙부를 향해 소성 유동이 발생할 가능성이 더 적다 (즉, 소성 유동이 발생하는 경우가 감소한다).
소결체의 가압 방향에 대하여, 소결체의 구속된 상하면들으로부터 소결체의 내부 중심을 향해, 즉 상하면들 사이의 중간 부분을 향해 소결체의 소성 유동에 대한 마찰력의 영향은 작아진다. 따라서, 구속 상태에 있는 소결체의 상하면들으로부터 소결체의 내부 중앙부를 향해 소결체의 소성 유동이 더 발생하기 쉬워진다 (즉, 소결체의 소성 유동이 발생하는 경우가 증가한다).
따라서, 소결체의 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 2 개의 측면들이 비구속 상태에 있는 동안 소결체의 상하면들이 가압되면, 소결체의 가압 방향에 평행하고 2 개의 측면들이 서로 대향하는 방향에 평행하는 소결체의 단면에서 마찰력의 영향으로 인해 소성 유동의 차이가 야기된다. 그 결과, 단면 내의 변형 분포가 불균일해진다. 불균일한 변형 분포는 제조되는 희토류 자석의 자화 특성들을 저하시키는 요인이다.
따라서, 본 발명의 전술한 양태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에서, 제 1 열간 가공이 실시되고, 그 후 제 2 열간 가공이 실시된다. 2 단계의 열간 가공에 의해 희토류 자석의 변형 분포가 균일해진다. 게다가, 제 1 열간 가공에서 사용되는 성형 몰드 및 제 2 열간 가공에서 사용되는 성형 몰드는 동일한 것일 수도 있고, 또는 서로 상이할 수도 있다.
제 1 열간 가공에서는, 상하 펀치들을 이용함으로써 소결체의 상하면들이 가압될 때에, 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 소결체의 2 개의 측면들 중에, 일 측면은 다이의 내면에 접촉하게 되고 구속 상태가 되며, 타 측면은 다이의 내면과 접촉하지 않게 되고 비구속 상태가 된다.
예를 들어, 소결체가 직육면체인 경우에, 측면들의 구속/비구속 상태에 관해 이하의 4 가지의 경우들이 있다. 4 가지 경우들은, 1 개의 측면이 구속 상태에 있고 다른 3 개의 측면들이 비구속 상태에 있는 제 1 경우, 3 개의 측면들이 구속 상태에 있고 1 개의 측면이 비구속 상태에 있는 제 2 경우, 2 개의 인접하는 측면들이 구속 상태에 있고 다른 2 개의 인접하는 측면들이 비구속 상태에 있는 제3 경우, 및 1 쌍의 대향 측면들이 구속 상태에 있고 다른 1 쌍의 대향 측면들이 비구속 상태에 있는 제 4 경우를 포함한다.
소결체가 직육면체이고 측면들의 구속/비구속 상태와 관련하는 경우가 상기 제 1 경우 내지 제 3 경우일 때, 이하의 관계가 만족된다. 즉, 소결체의 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 2 개의 측면들 중에서, 일 측면이 구속 상태가 되고 타 측면이 비구속 상태가 된다. 예를 들어, 제 1 경우 및 제 2 경우에는, 1 쌍의 대향 측면들이 전술한 관계를 만족시킨다. 제 3 경우에는 2 쌍의 대향 측면들이 전술한 관계를 만족시킨다. 그러나, 제 4 경우에는 전술한 관계를 만족시키는 측면들이 존재하지 않는다.
2 개의 대향 측면들이 전술한 관계를 만족하기 위하여 반구속 상태에 있는 소결체의 상하면들이 제 1 열간 가공에서 상하 펀치들에 의해 가압된다. 이 경우에, 소결체는 상하의 가압 방향으로 압축되고, 소성 유동으로 인해 상기 측면들이 소결체의 외측을 향하여 횡방향으로 변형되기 쉽다. 이 때, 소결체의 2 개의 대향 측면들 중 일 측면은 횡방향으로의 변형이 억제되고, 비구속 상태에 있는 타 측면에서 횡방향으로의 변형이 허용된다.
소결체의 2 개의 대향 측면들 중 일 측면이 구속되기 때문에, 소결체의 상하면들에 작용하는 마찰력은 구속 상태의 측면을 향해 증가한다. 게다가, 마찰력은 구속 상태의 측면으로부터 비구속 상태의 측면을 향해 감소한다. 그러므로, 구속 상태의 측면에 더 가까운 위치에서 마찰력에 의해 소성 유동이 더 큰 정도로 저해된다. 또한, 구속 상태에 있는 소결체의 측면 근방은 다이와의 접촉에 의해 소결체의 외측으로 향해 횡방향으로의 소성 유동이 억제된 상태에서 압축된다. 그 결과, 구속 상태에 있는 소결체의 측면 근방은 가압 방향으로 더 균일하게 압축되고, 따라서 제조되는 희토류 자석 전구체의 변형 분포는 종래 기술과 비교하여 더 균일해진다.
제 2 열간 가공에서, 성형 몰드 내에서 희토류 자석 전구체가 상대적으로 이동되고, 상하 펀치들에 의해 희토류 자석 전구체의 상하면들이 가압된다. 그 때, 가압 방향에 평행한 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들 중에서, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 일 측면이 다이의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 되고, 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 측면이 다이의 내면과 접촉하지 않게 되어 비구속 상태가 된다.
예를 들어, 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체 형상이 직육면체이고, 제 1 열간 가공에서 소결체의 일 측면이 구속 상태에 있고 다른 3 개의 측면들이 비구속 상태에 있을 때에, 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체의 일 측면은 비구속 상태가 되고, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 다른 3 개의 측면들 중에, 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 측면에 대해 180°만큼 대향하는 일 측면은 구속 상태가 된다.
유사하게, 제 1 열간 가공에서 소결체의 3 개의 측면들이 구속 상태에 있고 1 개의 측면이 비구속 상태에 있을 때에, 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체의 3 개의 측면들 중에, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 측면에 대해 180°만큼 대향하는 측면은 비구속 상태가 되고, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 1 개의 측면은 구속 상태가 된다.
유사하게, 제 1 열간 가공에서 소결체의 2 개의 인접하는 측면들이 구속 상태에 있고, 다른 2 개의 인접하는 측면들이 비구속 상태에 있을 때에, 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들 중에, 적어도 1 개의 측면이 비구속 상태가 되고, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들 중에 새롭게 비구속 상태가 되는 측면에 대해 180°만큼 대향하는 적어도 1 개의 측면이 구속 상태가 된다.
전술한 바와 같이 2 개의 대향 측면들의 구속/비구속 상태들을 변경한 후에, 제 2 열간 가공에서 희토류 소결체의 상하면들이 상하 펀치들에 의해 가압된다. 이 경우에, 희토류 자석 전구체는 상하의 가압 방향으로 압축되고, 소성 유동에 의해 측면들이 희토류 자석 전구체의 외측을 향하여 횡방향으로 변형하기 쉽다. 이 때, 희토류 자석 전구체에서, 제 1 열간 가공에서 변형이 허용되는 측면이 구속 상태가 되고, 따라서 횡방향으로의 측면의 변형이 억제된다. 또, 제 1 열간 가공에서 변형이 억제되는 측면이 비구속 상태가 되고, 따라서 횡방향으로의 측면의 변형이 허용된다.
따라서, 단면에서 희토류 자석 전구체에 작용하는 마찰력은 제 1 열간 가공에서 변형이 허용되고 구속 상태에 있는 측면을 향해 증가한다. 게다가, 마찰력은 구속 상태에 있는 측면으로부터 제 1 열간 가공에서 변형이 억제되고 비구속 상태에 있는 측면을 향해 감소한다. 또한, 구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체의 측면 근방은 다이와의 접촉으로 인해 횡방향으로의 소성 유동이 억제된 상태에서 압축된다. 따라서, 제 1 열간 가공에서 변형이 허용되고 구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체의 측면 근방은 가압 방향으로 균일하게 압축되고, 제조되는 희토류 자석의 변형 분포는 종래 기술과 비교하여 더 균일해진다.
전술한 바와 같이, 소결체의 2 개의 대향 측면들 중에 제 1 열간 가공에서 구속 상태가 되는 측면은 희토류 자석 전구체의 2 개의 대향 측면들 중에 제 2 열간 가공에서 구속 상태가 되는 측면과 상이하다. 따라서, 제 1 열간 가공에서 소결체의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 구역은 제 2 열간 가공에서 희토류 자석 전구체의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 구역과는 상이하다. 다른 한편으로는, 제 1 열간 가공에서 소결체의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 쉬운 구역은 제 2 열간 가공에서 희토류 자석 전구체의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 쉬운 구역과는 상이하다.
따라서, 제 1 열간 가공 및 제 2 열간 가공을 통해 소결체 및 희토류 자석 전구체의 소성 유동이 종래 기술과 비교하여 더 균일해지고, 따라서 희토류 자석의 단면에서의 변형 분포는 종래 기술과 비교하여 더 균일해진다. 전술한 바와 같이, 제조되는 희토류 자석의 변형이 균일해지므로, 희토류 자석의 표면 부근의 자화 특성들이 향상되고, 전반적인 자화 특성들이 향상된다. 그 결과, 희토류 자석의 저자화 부위가 감소하고, 따라서 희토류 자석의 수율도 또한 향상된다.
각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체에서, 구속 상태가 되는 측면이 가압의 개시부터 종료까지 구속 상태에서 유지될 수도 있다. 이 경우, 소결체 또는 희토류 자석 전구체의 단면에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역이 가압 프로세스 동안 일정해진다. 게다가, 전술한 바와 같이, 제 1 열간 가공에서 소결체의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 구역은 제 2 열간 가공에서 희토류 자석 전구체의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 구역으로 반전된다. 따라서, 제 1 열간 가공의 마찰력 벡터의 크기와 방향 사이의 관계는 제 2 열간 가공에서의 마찰력 벡터의 크기와 방향 사이의 관계로 반전된다. 따라서, 제 1 열간 가공 및 제 2 열간 가공을 통한 재료 유동이 보다 균일해지고, 따라서 제 1 열간 가공에서의 변형 분포 및 제 2 열간 가공에서의 변형 분포가 서로 무효화되며, 따라서 희토류 자석의 변형 분포가 훨씬 더 균일해진다.
각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체에서, 구속 상태가 되는 측면이 가압의 초기 단계에서 다이의 내면과 접촉하지 않게 될 수도 있어 비구속 상태가 될 수도 있고, 가압 과정에서 다이의 내면과 접촉하게 될 수도 있어 구속 상태가 될 수도 있다. 이 경우에, 소결체 또는 희토류 자석 전구체의 단면에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역을 가압 과정에서 변경하는 것이 가능해진다.
각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체의 가압의 초기 단계에서, 즉 가압을 개시한 후에 소결체 또는 희토류 자석 전구체의 소성 변형으로 인해 구속 상태가 되는 측면이 다이와 접촉하게 될 때까지, 2 개의 대향 측면들이 비구속 상태에 있게 된다. 따라서, 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체의 가압의 초기 단계에서, 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역이 상하면들의 중앙부 및 그 근방에 존재하게 된다.
각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체가 더욱 가압되는 때에, 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체가 더욱 소성 변형되고, 따라서 구속 상태가 되는 측면이 다이와 접촉하게 되고 상기 측면은 구속 상태가 된다. 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체에서, 측면이 다이와 접촉한 후에, 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역이 구속 상태가 되는 측면의 부근에서 존재하게 된다. 따라서, 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역이 가압 과정에서 변경된다. 또한, 이러한 변경은 희토류 자석의 변형 분포가 더 균일하게 되는 것에 기여한다.
각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체에서, 가압 방향에 평행한 2 개의 측면들에 수직하는 2 개의 측면들은 가압의 개시부터 종료까지 구속 상태에서 유지될 수도 있다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전술한 양태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에 따라, 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 소결체의 2 개의 측면들 중에 일 측면은 구속 상태가 되어 변형을 억제하고, 타 측면은 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 1 열간 가공에 의해 희토류 자석 전구체가 제조된다. 게다가, 가압 방향에 평행하는 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들 중에 제 1 열간 가공으로 비구속 상태에 있는 일 측면은 구속 상태가 되어 변형을 억제하고, 제 1 열간 가공으로 구속 상태에 있는 일 측면은 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 2 열간 가공에 의해 희토류 자석이 제조된다. 따라서, 희토류 자석에 원하는 자기적 이방성을 부여하면서 변형 분포를 균일화시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 표면 부근의 자화 특성들 및 전반적인 자화 특성들이 우수하고 높을 수율 을 갖는 희토류 자석을 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 이점들, 및 기술적인 그리고 산업적 중요성은, 동일한 숫자들이 동일한 요소들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 후술될 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에서 제 1 단계의 설명도들이며, 도 1c 는 제 1 단계가 실시된 후 희토류 자석 전구체의 변형 분포를 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b 는 제 1 실시형태에 따른 제 2 단계의 설명도들이며, 도 2c 는 제 2 단계가 실시된 후 희토류 자석의 변형 분포를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에서 제 1 단계의 설명도들이다.
도 4a 내지 도 4c 는 제 2 실시형태에 따른 제 2 단계의 설명도들이다.
도 5 는 실시예 및 비교예의 각각의 희토류 자석들의 폭방향 및 길이방향 중앙에서 두께방향으로의 잔류 자화를 나타내는 그래프이다.
도 6 은 실시예 및 비교예의 각각의 희토류 자석들의 상면의 폭방향 중앙에 서 길이방향으로의 잔류 자화를 나타내는 그래프이다.
도 7 은 실시예 및 비교예의 각각의 희토류 자석들의 폭방향 및 두께방향 중앙에서 길이방향으로의 잔류 자화를 나타내는 그래프이다.
도 8a 는 종래 기술에서 가공 전의 소결체를 나타내는 사시도이고, 도 8b 는 종래 기술에서 가공 후의 희토류 자석을 나타내는 사시도이다.
도 9a 는 도 8b 에 나타낸 단면 (CS) 에서 마찰력과 소성 유동 사이의 관계의 설명도이며, 도 9b 는 종래 기술에서 희토류 자석의 동일한 단면에서 변형 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법이 설명될 것이다. 이하의 실시형태는 나노결정 자석인 희토류 자석의 제조 방법을 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 희토류 자석의 제조 방법은 나노결정 자석의 제조에 한정되지 않고, 상대적으로 큰 결정립 크기를 갖는 소결 자석 (예를 들어, 대략 1㎛ 의 입경을 갖는 소결 자석) 의 제조에 적용할 수 있다.
＜희토류 자석의 제조 방법의 제 1 실시형태＞
본 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에서는, 예를 들어 액체 급냉법에 의해 제조된 자석 분말과 같은 희토류 자석 재료를 소결시킴으로써 응고되는 소결체가 열간 가공을 거쳐 원하는 형상을 생성하고, 소결체에 자기적 이방성을 부여한다.
본 실시형태에 있어서, 예를 들어, 열간 가공을 거치는 소결체는 다음과 같이 제조된다. 먼저, 예를 들어, 단롤을 이용하는 용융 방사법에 따라 50 kPa 이하로 감압된 Ar 가스 분위기 하에서의 로 (furnace; 미도시) 에서 합금 잉곳이 고주파 용해되고, 희토류 자석을 제조하기 위한 조성을 갖는 용탕이 구리 롤을 향해 분사되어 급냉 박대 (급냉 리본) 를 제작하고, 이 급냉 리본은 결점 분쇄된다.
그 다음, 결점 분쇄되는 급냉 리본은 초경 다이 및 상기 초경 다이의 중공 내부에서 슬라이딩하는 초경 펀치에 의해 규정된 공동 내에서 충전되어, 초경 펀치에 의해 가압되면서 가압 방향으로 전류를 흘림으로써 전기적으로 가열되고, 그럼으로써 나노결정 조직을 갖는 Nd－Fe－B 계의 주상 (결정립 크기: 대략 50 ㎚ ~ 200 ㎚), 및 주상의 주위에 있는 Nd－X 합금 (X 는 금속 원소를 나타냄) 의 입계상 (grain boundary phase) 으로 이루어지는 성형체를 제작한다.
생성된 성형체는 초경 다이 및 상기 초경 다이의 중공 내부에서 슬라이딩하는 초경 펀치에 의해 규정된 공동 내에서 충전되어, 초경 펀치에 의해 가압되면서 가압 방향으로 전류를 흘림으로써 전기적으로 가열되고, 그럼으로써 나노결정 조직을 갖는 RE－Fe－B 계의 주상 (RE 는 Nd, Pr, 및 Y 로 구성되는 군으로부터 선택되는 원소 중 적어도 1 종을 나타냄)(대략 20 ㎚ ~ 200 ㎚ 의 결정립 크기를 가짐), 및 상기 주상의 주위에 있는 Nd－X 합금 (X 는 금속 원소를 나타냄) 의 입계상에 의해 이루어지는 소결체를 열간 프레스 가공을 통해 제작한다.
입계상을 구성하는 Nd－X 합금은, Nd 와 Co, Fe, Ga 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 원소 중 적어도 1 종의 합금으로 이루어진다. Nd－X 합금은, 예를 들어, Nd－Co, Nd－Fe, Nd－Ga, Nd－Co－Fe, 및 Nd－Co－Fe－Ga 의 가운데서 선택된 임의의 1 종 또는 2 종 이상으로 구성되고, Nd－X 합금은 Nd 가 풍부한 상태에 있다.
소결체는 다수의 나노결정립들 (주상들) 사이에서 입계상이 충전되는 등방성의 결정 조직을 가진다. 따라서, 소결체에 이방성을 부여하도록 소결체에 열간 가공이 실시된다. 본 실시형태에서는, 2 단계의 열간 가공이 실시되고, 즉 제 1 열간 가공이 후술되어야 하는 제 1 단계에서 실시되고, 제 2 열간 가공이 후속하는 제 2 단계에서 실시된다.
(제 1 단계)
제 1 단계에서는, 소결체에 제 1 열간 가공이 실시되어 희토류 자석 전구체를 제조된다. 도 1a 및 도 1b 는 제 1 단계의 공정도들이고, 또한 소결체의 가압 방향에 평행한 단면도들이다. 도 1c 는, 도 1b 에 도시된 희토류 자석 전구체의 단면에서의 변형 분포를 나타내는 도면이다. 또한, 각각의 도 1a 내지 도 1c 는 소결체 및 희토류 자석 전구체의 전후 측면들에 평행한 중심선을 따르는 단면을 나타낸다.
도 1a 에 도시된 바와 같이, 제 1 단계에서는, 먼저 소결체 (S) 가 성형 몰드 (1) 의 공동 (C) 내에 수용된다. 소결체 (S) 의 형상은 입방체 혹은 직육면체와 같은 육면체이다. 성형 몰드 (1) 는, 서로를 향해 수직하게 배치된 1 쌍의 초경 펀치들 (2, 3) 및 상기 초경 펀치들 (2, 3) 의 주위에 배치된 초경 다이 (4) 로 구성된다. 성형 몰드 (1) 의 공동 (C) 은 1 쌍의 펀치들 (2, 3) 및 다이 (4) 에 의해 규정된 공간이다. 1 쌍의 펀치들 (2, 3) 중 적어도 하나는 다이 (4) 의 중공 내부에서 슬라이딩하도록 구성된다. 본 실시형태에서는, 상부 펀치 (2) 가 다이 (4) 의 중공 내부에서 상하로 슬라이딩하도록 구성되어, 하부 펀치 (3) 에 위치된 소결체 (S) 의 상면 (S3) 및 하면 (S4) 을 가압한다.
성형 몰드 (1) 의 공동 (C) 내에 소결체 (S) 를 수용 할 때에는, 도 1a 에 도시된 바와 같이, 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 소결체 (S) 의 2 개의 측면들 (S1, S2) 중에서, 일 측면 (S1) 이 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 되고, 타 측면 (S2) 이 다이 (4) 의 내면과 접촉하지 않게 되어 비구속 상태가 된다. 본 실시형태에 있어서는, 도 1a 에 도시된 좌우 측면들 (S1, S2) 에 수직하는 전후 측면들은 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된다. 따라서, 구속 상태가 되는 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 및 전후 측면들이 소결체 (S) 의 가압 과정의 개시부터 종료까지 다이 (4) 의 내면과 접촉하여 유지되고 구속 상태에서 유지된다.
그 다음, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 상부 펀치 (2) 는 하부 펀치 (3) 를 향해 하강하게 하고, 상하 펀치들 (2, 3) 은 소결체 (S) 의 상하면들 (S3, S4) 을 가압하여 상하의 가압 방향으로 압축을 실시한다. 이 때, 소성 유동에 의해 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 이 소결체 (S) 의 외측을 향해 좌측 방향으로 변형하기 쉽고, 우측면 (S2) 이 소결체의 외측을 향하여 우측 방향으로 변형하기 쉽다. 그러나, 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태에 있는 좌측면 (S1) 의 근방에서 좌측 방향으로의 소성 유동은 규제된다. 따라서, 소결체 (S) 에서, 구속 상태에 있는 좌측면 (S1) 의 변형이 좌측 방향으로 억제되고, 비구속 상태에 있는 우측면 (S2) 의 변형이 우측 방향으로 허용된다. 또한, 구속 상태에 있는 전후 측면들의 변형은 억제된다.
이 때, 소결체 (S) 의 상하면들 (S3, S4) 과 상하 펀치들 (2, 3) 사이에 각각 작용하는 마찰력은 구속 상태가 되는 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 을 향해 증가한다. 게다가, 마찰력은 좌측면 (S1) 으로부터 우측 방향으로, 즉 비구속 상태가 되는 우측면 (S2) 을 향해 감소한다. 따라서, 구속 상태에서 좌측면 (S1) 에 더 가까운 위치에서 마찰력에 의해 더 큰 정도로 소성 유동이 저해된다. 게다가, 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 이 구속 상태에 있으므로, 좌측면 (S1) 의 근방은 다이 (4) 의 내면과의 접촉으로 인해 좌측 방향으로의 소성 유동이 억제되는 상태에서 압축된다. 따라서, 구속 상태에 있는 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 의 근방은 가압 방향으로 균일하게 압축되고, 따라서 희토류 자석 전구체 (S') 가 제조된다.
도 1c 에 도시된 바와 같이, 제 1 단계를 거쳐 제조된 희토류 자석 전구체 (S') 의 변형 분포는 후술되는 종래 기술의 희토류 자석의 변형 분포보다 더 균일해진다. 도 1c 에서는, 희토류 자석 전구체 (S') 에서, 구속 상태가 된 좌측면 (S'1) 의 근방에서의 변형보다 비구속 상태가 된 우측면 (S'2) 의 변형이 더 크다.
(제 2 단계)
제 2 단계에서는, 제 1 단계로 제조된 희토류 자석 전구체 (S') 에 제 2 열간 가공이 실시되고, 그럼으로써 희토류 자석을 제조된다. 도 2a 및 도 2b 는 제 2 단계의 공정도들이고, 희토류 자석의 가압 방향에 평행한 단면도들이다. 도 2c 는 도 2b 에 도시된 희토류 자석의 단면의 변형 분포를 나타내는 도면이다. 또한, 도 1a 내지 도 1c 와 마찬가지로, 도 2a 내지 도 2c 는 희토류 자석 전구체 (S') 및 희토류 자석의 전후 측면들에 평행한 중심선을 따르는 단면을 나타낸다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 제 2 단계에서는, 먼저 성형 몰드 (1) 의 공동 (C) 내에서 희토류 자석 전구체 (S') 가 이동된다. 이 때, 제 1 단계에서 가압 동안 구속 상태가 되는 좌측면 (S'1) 이 다이 (4) 의 내면과 접촉하지 않게 되어 비구속 상태가 되고, 제 1 단계에서 가압 동안 비구속 상태가 되는 우측면 (S'2) 이 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된다. 도 2a 의 좌우 측면들 (S'1, S'2) 에 수직한 전후 측면들은 제 1 단계에서와 같이 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된다. 본 실시형태에서는, 제 1 단계에서 사용되는 것과 동일한 성형 몰드 (1) 가 제 2 단계에서 사용되지만, 제 1 단계에서 사용되는 것과 상이한 성형 몰드가 제 2 단계에서 사용될 수도 있다.
다음으로, 도 2b 에 도시된 바와 같이, 상부 펀치 (2) 는 하부 펀치 (3) 를 향하여 하강하게 하고, 상하 펀치들 (2, 3) 이 희토류 자석 전구체 (S') 의 상하면들 (S'3, S'4) 을 가압해 상하의 가압 방향으로 압축을 실시한다. 이 때, 희토류 자석 전구체 (S') 의 좌측면 (S'1) 은 소성 유동에 의해 소결체 (S) 의 외측을 향하여 좌측 방향으로 변형하기 쉽고, 우측면 (S'2) 은 소결체 (S) 의 외측을 향하여 우측 방향으로 변형하기 쉽다. 그러나, 다이 (4) 의 내면과 접촉하여 구속 상태에 있는 우측면 (S'2) 의 근방에는 우측 방향으로의 소성 유동이 규제된다. 따라서, 희토류 자석 전구체 (S') 에서는, 구속 상태에 있는 우측면 (S'2) 의 우측 방향으로의 변형이 억제되고, 비구속 상태에 있는 좌측면 (S'1) 의 좌측 방향으로의 변형이 허용된다. 게다가, 구속 상태에 있는 전후 측면들의 변형은 억제된다.
전술한 바와 같이, 제 1 단계에서 비구속 상태가 되어 제 1 단계에서 변형이 허용되는 우측면 (S'2) 은 제 2 단계에서 구속 상태가 되어 변형이 억제된다. 동일하게, 제 1 단계에서 구속 상태가 되어 제 1 단계에서 변형이 억제되는 좌측면 (S'1) 은 제 2 단계에서 비구속 상태가 되어 변형이 허용된다.
따라서, 제 2 단계에서 희토류 자석 전구체 (S') 의 상하면들 (S'3, S'4) 에 작용하는 마찰력은 제 1 단계와는 반대로 구속 상태에 있는 우측면 (S'2) 을 향해 증가한다. 마찰력은 우측면 (S'2) 로부터 좌측 방향으로, 즉 비구속 상태에 있는 좌측면 (S'1) 을 향해 감소한다. 따라서, 구속 상태의 우측면 (S'2) 에 더 가까운 위치에서 마찰력에 의해 더 큰 정도로 소성 유동이 저해된다. 게다가, 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 은 구속 상태가 되므로, 우측면 (S'2) 의 근방은 우측 방향으로의 소성 유동이 억제되는 상태에서 압축된다. 따라서, 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 의 근방은 가압 방향으로 균일하게 압축되고, 따라서 희토류 자석 (M) 이 제조된다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태의 희토류 자석의 제조 방법에서, 제 1 단계에서는 제 1 열간 가공이 실시되고, 제 2 단계에서는 제 2 열간 가공이 실시된다. 따라서, 제 2 단계에서 제 2 열간 가공이 실시되는 2 단계 열간 가공에 의해 희토류 자석 (M) 의 변형 분포가 균일해진다. 즉, 제 1 열간 가공에서 구속 상태가 되는 소결체 (S) 의 측면들은 제 2 열간 가공에서 구속 상태가 되는 희토류 자석 전구체 (S') 의 측면들과는 상이하다.
따라서, 소결체 (S) 또는 희토류 자석 전구체 (S') 의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역이 일 단부로부터 타 단부로, 즉 좌측면 (S1) 의 근방으로부터 우측면 (S'2) 의 근방으로 변경될 수 있다. 반대로, 소결체 (S) 또는 희토류 자석 전구체 (S') 의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 쉬운 영역이 우측면 (S2) 의 근방으로부터 좌측면 (S'1) 의 근방으로 변경될 수 있다. 게다가, 희토류 자석 (M) 은, 소결체 (S) 의 측면 (S1) 또는 희토류 자석 전구체 (S') 의 측면 (S'2) 의 횡방향으로의 변형이 다이 (4) 와의 접촉에 의해 적어도 한 번 억제되는 상태에서 소결체 (S) 및 희토류 자석 전구체 (S') 를 가압 방향으로 압축함으로써 제조된다.
따라서, 제 1 단계 및 제 2 단계를 통해 재료 유동이 종래 기술에 비해 더 균일해진다. 그 결과, 도 2c 에 도시된 바와 같이, 제조되는 희토류 자석 (M) 의 단면의 변형 분포가, 도 9b 에 도시된 종래 기술의 희토류 자석 (X) 의 단면의 변형 분포보다 더 균일해진다. 전술한 바와 같이, 희토류 자석 (M) 의 단면의 변형 분포가 종래 기술에 비해 더 균일해지기 때문에, 희토류 자석 (M) 의 표면 부근에서의 자화 특성들이 향상되어, 전반적인 자화 특성들이 향상된다. 그 결과, 희토류 자석 (M) 의 저자화 부위가 감소되고, 따라서 희토류 자석 (M) 의 수율이 또한 향상된다.
구속 상태가 되는 소결체 (S) 의 측면 (S1) 및 구속 상태가 되는 희토류 자석 전구체 (S') 의 측면 (S'2) 은 가압의 개시부터 종료까지 다이 (4) 의 내면과 접촉하여 유지되고, 따라서 구속 상태에서 유지된다. 따라서, 제 1 열간 가공에 있어서 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 소결체 (S) 의 영역은 가압 과정에서 변경됨 없이 일정해진다. 그 후, 희토류 자석 전구체 (S') 의 이동에 의해 소성 유동이 발생할 가능성이 더 적은 영역이 변경된다. 제 2 열간 가공에 있어서 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 희토류 자석 전구체 (S') 의 영역이 가압의 개시부터 종료까지 변경됨 없이 일정해진다.
따라서, 제 1 열간 가공에서의 마찰력 벡터의 크기와 방향 사이의 관계는, 제 2 열간 가공에서의 마찰력 벡터의 크기와 방향 사이의 관계에 대해 180°로 반전된다. 따라서, 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 소결체 (S) 의 영역은, 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 희토류 자석 전구체 (S') 의 영역으로 반전되며, 따라서 공정 전체를 통해 재료 유동이 더 균일해진다. 따라서, 제 1 열간 가공의 변형 분포 및 제 2 열간 가공의 변형 분포가 서로 무효화되고, 따라서 희토류 자석 (M) 의 동일 단면에서 변형 분포가 훨씬 더 균일해진다.
전술한 바와 같이, 상기 제 1 실시형태에 관련되는 희토류 자석의 제조 방법 에 따라, 열간 가공은 다단계들로 실시되고, 단계가 바뀔 때마다 재료의 소성 유동을 저해하는 힘이 최대가 되는 부위가 변경된다. 따라서, 열간 가공 동안 소결체 (S) 에 원하는 자기적 이방성을 부여하면서, 제조되는 희토류 자석 (M) 의 변형 분포가 균일해짐으로써 희토류 자석 (M) 의 잔류자화를 향상시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 표면 부근의 자화 특성들 및 전체의 자화 특성들이 우수하고, 고수율을 갖는 희토류 자석 (M) 을 제조하는 것이 가능해진다.
＜희토류 자석의 제조 방법의 제 2 실시형태＞
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법이 설명될 것이다. 본 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법은, 구속 상태가 되어야 하는 소결체 및 희토류 자석 전구체의 측면들이 가압의 초기 단계에서 다이의 내면과 접촉하지 않게 되어 비구속 상태가 되고 가압 과정에서 다이의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된다는 점에서, 제 1 실시형태과 상이하다. 그 밖의 구성들은 제 1 실시형태과 동일하고, 동일한 참조 부호들은 동일한 구성들에 주어지며, 동일한 구성들의 설명은 생략될 것이다.
도 3a 내지 도 3c 는 본 실시형태의 제 1 단계의 공정도들이고, 또한 소결체의 가압 방향에 평행한 단면도들이다. 또한, 각각의 도 3a 내지 도 3c 는 소결체 및 희토류자석 전구체의 전후 측면들에 평행한 중심선을 따른 단면을 도시한다.
(제 1 단계)
도 3a 에 도시된 바와 같이, 제 1 단계에서는, 먼저 소결체 (S) 가 성형 몰드 (1) 의 공동 (C) 내에 수용된다. 이 때, 소결체 (S) 는, 구속 상태가 되어야 하는 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 이 가압 과정에서 좌측 방향으로 변형되어 다이 (4) 의 내면에 접촉하도록, 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 과 다이 (4) 의 내면 사이에 미리 정해진 간격 (D1) 으로 배치된다. 즉, 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 은 소결체 (S) 의 가압의 초기 단계에서 다이 (4) 의 내면과 접촉하지 않게 되어 비구속 상태가 된다. 제 1 실시형태와 마찬가지로, 소결체 (S) 의 우측면 (S2) 은 제 1 단계의 가압의 개시부터 종료까지 비구속 상태에서 유지된다. 제 1 실시형태와 마찬가지로, 전후 측면들도 또한 제 1 단계의 가압의 개시부터 종료까지 구속 상태에서 유지된다.
예를 들어, 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 과 다이 (4) 의 내면 사이의 간격 (D1) 은, 소결체 (S) 의 좌우 측면들 (S2, S1) 이 서로에 대향되는 방향으로 제 1 단계에서 변형량의 절반보다 더 작아지도록 설정된다. 즉, 간격 (D1) 은 제 1 단계에 있어서의 제 1 열간 가공에 의해 제조되는 희토류 자석 전구체 (S') 의 좌우 측면들 (S'2, S'1) 사이의 거리와 제 1 연간 가공 전의 소결체 (S) 의 좌우 측면들 (S2, S1) 사이의 거리간의 차이와 동일하거나 절반보다 더 작아지도록 설정된다.
다음으로, 도 3b 에 도시된 바와 같이, 상부 펀치 (2) 는 하부 펀치 (3) 를 향하여 하강하게 되고, 상하 펀치들 (2, 3) 이 소결체 (S) 의 상하면들 (S3, S4) 을 가압하여 상하의 가압 방향으로 압축을 실시한다. 이 경우에, 소성 유동에 의해 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 이 소결체 (S) 의 외측을 향해 좌측 방향으로 변형되고, 우측면 (S2) 이 소결체 (S) 의 외측을 향해 우측 방향으로 변형된다. 이 때, 비구속 상태에 있는 좌측면 (S1) 이 좌측 방향을 향해 변형되고, 가압 과정에서 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된다.
전술한 바와 같이, 소결체 (S) 의 가압을 개시한 후에 좌측면 (S1) 이 좌측면 (S1) 의 변형으로 인해 다이 (4) 의 내면에 접촉할 때까지 소결체 (S) 의 좌우 측면들 (S1, S2) 은 비구속 상태에 있다. 따라서, 도 3b 에 도시된 바와 같이, 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 은 좌측 방향으로 변형되고, 우측면 (S2) 은 우측 방향으로 변형된다.
이 때, 소결체 (S) 의 상면 (S3) 및 하면 (S4) 에 작용하는 마찰력은, 소결체 (S) 의 상하면들 (S3, S4) 의 중앙부들에서 좌우 방향으로 가장 크고, 서로 대향하는 소결체 (S) 의 2 개의 측면들 (S1, S2) 을 향해 감소한다. 따라서, 소결체 (S) 의 가압을 개시한 후에 좌측면 (S1) 이 구속 상태가 될 때까지 소결체 (S) 의 상하면들 (S3, S4) 의 중앙부들에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려워진다.
소결체 (S) 의 가압 과정에서 좌측면 (S1) 이 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된 후에, 상하 펀치들 (2, 3) 에 의해 소결체 (S) 의 상하면들 (S3, S4) 이 더욱 가압될 때, 도 3c 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태의 제 1 단계와 마찬가지로, 구속 상태에 있는 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 의 좌측 방향으로의 변형이 억제되고, 비구속 상태에 있는 우측면 (S2) 의 우측 방향으로의 변형이 허용되어 가압 방향으로의 압축이 실시된다. 게다가, 구속 상태에 있는 전후 측면들의 변형은 억제된다.
이 때, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 소결체 (S) 의 상면 (S3) 및 하면 (S4) 에 작용하는 마찰력은, 구속 상태에 있는 소결체 (S) 의 좌측면 (S1) 향해 증가한다. 마찰력은 비구속 상태에 있는 우측면 (S2) 을 향해 감소한다. 따라서, 소결체 (S) 의 가압 과정에서 좌측면 (S1) 이 구속 상태가 된 후에 구속 상태에 있는 좌측면 (S1) 의 근방에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려워진다.
즉, 본 실시형태에서는, 제 1 단계의 제 1 열간 가공에서의 소결체 (S) 의 가압 과정에서, 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 소결체 (S) 의 영역을 변경하는 것이 가능해진다. 따라서, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 단계를 거쳐 제조된 희토류 자석 전구체 (S') 의 변형 분포는 종래 기술의 희토류 자석 (X) 의 변형 분포보다 균일해진다.
(제 2 단계)
제 2 단계에서는, 제 1 단계로 제조된 희토류 자석 전구체 (S') 에 제 2 열간 가공이 실시되어서, 희토류 자석 (M) 을 제조된다. 도 4a 내지 도 4c 는 제 2 단계의 공정도들이고, 또한 희토류 자석 전구체 (S') 의 가압 방향에 평행한 단면도들이다. 도 3a 내지 도 3c 와 마찬가지로, 각각의 도 4a 내지 도 4c 는 희토류 자석 전구체 (S') 및 희토류 자석 (M) 의 전후 측면들에 평행한 중심선을 따른 단면들을 도시한다.
도 4a 에 도시된 바와 같이, 제 2 단계에서는, 먼저 성형 몰드 (1) 의 공동 (C) 내에서 희토류 자석 전구체 (S') 가 이동된다. 이 때, 희토류 자석 전구체 (S') 는, 구속 상태가 되어야 하는 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 이 가압 과정에서 우측 방향으로 변형되고 다이 (4) 의 내면에 접촉하도록, 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 과 다이 (4) 의 내면 사이에 미리 정해진 간격 (D2) 으로 배치된다. 즉, 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 은 희토류 자석 전구체 (S') 의 가압의 초기 단계에서 다이 (4) 의 내면과 접촉하지 않게 되어서 비구속 상태가 된다. 제 1 실시형태와 마찬가지로, 희토류 자석 전구체 (S') 의 좌측면 (S'1) 은 제 2 단계의 가압의 개시부터 종료까지 비구속 상태에서 유지된다. 제 1 실시형태와 마찬가지로, 전후 측면들도 또한 제 2 단계의 가압의 개시부터 종료까지 구속 상태에서 유지된다.
예를 들어, 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 과 다이 (4) 의 내면 사이의 간격 (D2) 은, 제 2 단계에서 희토류 자석 전구체 (S') 의 좌우 측면들 (S'2, S'1) 이 서로에 대향하는 방향으로 변형량의 절반보다 더 작아지도록 설정된다. 즉, 간격 (D2) 은 제 2 단계에서의 제 2 열간 가공에 의해 제조되는 희토류 자석 (M) 의 좌우 측면들 (M2, M2) 사이의 거리와 제 2 열간 가공 전의 희토류 자석 전구체 (S') 의 좌우 측면들 (S'2, S'1) 사이의 거리간의 차이의 절반보다 더 작아지도록 설정된다.
다음으로, 도 4b 에 도시된 바와 같이, 상부 펀치 (2) 는 하부 펀치 (3) 를 향하여 하강하게 되고, 상하 펀치들 (2, 3) 은 희토류 자석 전구체 (S') 의 상하면들 (S'3, S'4) 을 가압하여 상하의 가압 방향으로 압축을 실시한다. 이 경우에, 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 은 소성 유동으로 인해 희토류 자석 전구체 (S') 의 외측에 향하여 우측 방향으로 변형되고, 좌측면 (S'1) 은 희토류 자석 전구체 (S') 의 외측에 향하여 좌측 방향으로 변형된다. 이 때, 비구속 상태에 있는 우측면 (S'2) 은 가압 과정에서 우측 방향으로 변형되어, 다이 (4) 의 내면에 접촉하게 되어 구속 상태가 된다.
전술한 바와 같이, 희토류 자석 전구체 (S') 의 가압을 개시한 이후에 우측면 (S'2) 이 우측면 (S'2) 의 변형으로 인해 다이 (4) 의 내면에 접촉할 때까지 희토류 자석 전구체 (S') 의 좌우 측면들 (S'1, S'2) 은 비구속 상태에 있다. 따라서, 도 4b 에 도시된 바와 같이, 희토류 자석 전구체 (S') 의 좌측면 (S'1) 은 좌측 방향으로 변형되고, 우측면 (S'2) 은 우측 방향으로 변형된다. 따라서, 제 1 단계에서의 소결체 (S) 와 마찬가지로, 희토류 자석 전구체 (S') 의 가압을 개시한 이후에 우측면 (S'2) 이 구속 상태가 될 때까지 희토류 자석 전구체 (S') 의 상하면들 (S'3, S'4) 에 작용하는 마찰력의 영향에 의해 상하면들 (S'3, S'4) 의 중앙부들에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려워진다.
희토류 자석 전구체 (S') 의 가압 과정에서 우측면 (S'2) 이 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된 후에 상하 펀치들 (2, 3) 에 의해 희토류 자석 전구체 (S') 의 상하면들 (S'3, S'4) 이 더욱 가압되면, 도 4c 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태의 제 2 단계와 마찬가지로, 구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 의 우측 방향으로의 변형이 억제되고, 비구속 상태에 있는 좌측면 (S'1) 의 좌측 방향으로의 변형이 허용되어, 가압 방향으로의 압축이 실시된다. 구속 상태에 있는 전후 측면들의 변형은 억제된다.
이 때, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 희토류 자석 전구체 (S') 의 상하면들 (S'3, S'4) 에 작용하는 마찰력은 구속 상태에 있는 희토류 자석 전구체 (S') 의 우측면 (S'2) 을 향해 증가한다. 마찰력은 비구속 상태에 있는 좌측면 (S'1) 을 향해 감소한다. 따라서, 제 1 단계에의 소결체 (S) 와 마찬가지로, 희토류 자석 전구체 (S') 의 가압 과정에서 우측면 (S'2) 이 구속 상태가 된 후에 구속 상태의 우측면 (S'2) 의 근방에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려워진다.
즉, 본 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 단계가 제 2 단계로 진행하는 때에 소결체 (S) 및 희토류 자석 전구체 (S') 의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역을 변경하는 것이 가능해진다 (즉, 제 1 단계에서의 소결체 (S) 의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역은 제 2 단계에서의 희토류 자석 전구체 (S') 의 소성 변형 동안 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역과는 상이하다). 추가로, 제 1 단계의 가압 과정에서 그리고 제 2 단계의 가압 과정에서 소성 유동이 가장 발생하기 어려운 영역을 변경하는 것이 가능해진다. 따라서, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 단계 및 제 2 단계를 통해 재료 유동이 종래 기술과 비교하여 더 균일해진다.
따라서, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제조되는 희토류 자석 (M) 의 단면의 변형 분포가 종래 기술의 희토류 자석 (X) 의 단면의 변형 분포보다 더 균일해진다. 따라서, 희토류 자석 (M) 의 단면의 변형 분포가 종래 기술과 비교하여 더 균일해지기 때문에, 희토류 자석 (M) 의 표면 부근의 자화 특성들이 향상되고, 전반적인 자화 특성들이 향상된다. 그 결과, 희토류 자석 (M) 의 저자화 부위가 감소되고, 희토류 자석 (M) 의 수율도 또한 향상된다.
전술한 바와 같이, 제 2 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에 따라, 열간 가공은 다단계들로 실시되고, 단계가 바뀔 때마다 재료의 소성 유동을 저해하는 힘이 최대가 되는 부위가 변경된다. 따라서, 열간 가공 동안 소결체 (S) 에 원하는 자기적 이방성을 부여하면서 제조되는 희토류 자석 (M) 의 변형 분포를 균일하게 함으로써 희토류 자석 (M) 의 잔류자화를 향상시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 표면 부근의 자화 특성들 및 전반적인 자화 특성들이 우수하고, 고수율을 갖는 희토류 자석 (M) 을 제조하는 것이 가능해진다.
＜실시예 및 비교예＞
다음으로, 전술한 제 1 실시형태에 따른 희토류 자석의 제조 방법에 의해 제조된 실시예의 희토류 자석의 자화 특성들은, 종래 기술의 방법에 의해 제조된 비교예의 희토류 자석의 자화 특성들에 대해 비교되었다.
희토류 자석을 제조하기 위해 사용된 소결체의 합금 조성은, 질량% 로 Nd: 14.6%, Fe: 74.2%, Co: 4.5%, Ga: 0.5%, 및 B: 6.2% 에 대응하는 비율들로 배합된 원료들을 이용함으로써 제조되었다. 소결체의 형상은 직육면체였다. 소결체의 치수들은, 도 1a 에 도시된 측면들 (S1, S2) 의 깊이 방향으로의 폭이 W 로 설정되고 좌우 방향의 길이가 L 로 설정되며 가압 방향의 높이가 H 로 설정되는 15㎜(W) × 14㎜(L) × 20㎜(H) 였다. 소결체에 강 가공을 실시한 후의 실시예 및 비교예의 희토류 자석들의 치수들은 15㎜(W) × 70㎜(L) × 4㎜(H) 였다. 열간 가공에 의한 가공도 (압하율) 가 큰 경우, 예를 들어 압하율이 대략 10% 이상인 경우는 강 가공으로 불릴 수도 있다.
열간 가공의 가공 조건들에 대하여, 실시예 및 비교예에서, 변형 속도는 1.0/sec 로 설정되었고, 마찰 계수 0.2 로 설정되었으며, 제 1 열간 가공의 압하율은 60% 로 설정되었고, 제 2 열간 가공의 압하율은 80% 로 설정되었다.
실시예의 희토류 자석이 제조될 때에, 제 1 열간 가공에서, 길이 방향 (L 방향) 으로 서로 대향하는 소결체의 2 개의 측면들 중에서, 일 측면은 다이의 내면과 접촉하게 되고 구속 상태가 되어 변형을 억제했고, 타 측면은 다이의 내면과 접촉하지 않게 하고 비구속 상태가 되어 변형을 허용했다. 제 2 열간 가공에서, L 방향으로 서로 대향하는 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들 중에서, 제 1 열간 가공에서 비구속 상태에 있는 측면은 다이의 내면과 접촉하게 되고 구속 상태가 되어 변형을 억제했고, 제 1 열간 가공에서 구속 상태에 있는 측면은 비구속 상태가 되어 변형을 허용했다. 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체에서, 폭방향 (W 방향) 으로 서로 대향하는 2 개의 측면들은 제 1 조성 가공 및 제 2 조성 가공에서 다이의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 된다.
비교예의 희토류 자석이 제조될 때에, 제 1 열간 가공에서, L 방향으로 서로 대향하는 소결체의 2 개의 측면들이 다이의 내면과 접촉하지 않게 되고 비구속 상태가 되어 변형을 허용했다. 유사하게, 제 2 열간 가공에서, L 방향으로 서로 대향하는 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들이 다이의 내면과 접촉하지 않게 되고 비구속 상태가 되어 변형을 허용했다. 각각의 소결체 및 희토류 자석 전구체의 2 개의 측면들은, 제 1 조성 가공 및 제 2 조성 가공에서 다이의 내면과 접촉하게 되어 구속 상태가 되었고, 상기 2 개의 측면들은 W 방향으로 서로 대향한다.
다음으로, 제조된 실시예 및 비교예의 희토류 자석이 절단 등을 거쳐, W 방향 및 L 방향 중앙에서의 가압 방향으로의, 즉 두께 방향 (H 방향) 으로의 자화 특성들을 측정했고, 또한 W 방향 및 H 방향 중앙에서의 L 방향으로의 자화 특성들을 측정했다.
도 5 는 실시예 및 비교예의 각각의 희토류 자석들에서 W 방향 및 L 방향 중앙에서 두께 방향으로의 자화 특성들을 나타낸 그래프이다. 그래프에서, 가로축은 각각의 희토류 자석들의 표면으로부터 두께 방향으로의 거리 (㎜) 이며, 세로축은 두께 방향으로 잔류자화 (T) 를, 1 로 설정되는 비교예의 최대치에 대한 상대치를 이용하여 나타낸다. 도면에서는, 검은 원은 실시예의 희토류 자석의 측정 결과를 나타내고, 흰 세모는 비교예의 희토류 자석의 측정 결과를 나타낸다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 비교예의 희토류 자석에서, 두께 방향으로의 거리가 증가함에 따라 잔류자화가 급속히 저하한다. 이와 대조하여, 실시예의 희토류 자석에서, 두께 방향으로의 거리와 무관하게 잔류자화는 일정하다. 즉, 실시예의 희토류 자석에서 두께 방향으로의 잔류자화의 분포가 비교예의 희토류 자석에 비해 더 균일해진다.
도 6 은, 실시예 및 비교예의 각각의 희토류 자석들의 상면의 W 방향 중앙 에서 L 방향으로의 자화 특성들을 나타낸 그래프이다. 그래프에서, 가로축은 각각의 희토류 자석들의 일측면으로부터의 L 방향으로의 거리 (㎜) 이며, 세로축은 각각의 희토류 자석들의 상면의 잔류자화 (T) 를, 1 로 설정되는 비교예의 최대치에 대한 상대치를 이용하여 나타낸다. 도면에서는, 검은 원은 실시예의 희토류 자석의 측정 결과를 나타내고, 흰 세모는 비교예의 희토류 자석의 측정 결과를 나타낸다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 비교예의 희토류 자석에서, 양자의 L 방향 단부들에서 잔류자화는 급격하게 저하되고 L 방향 중앙부에서도 잔류자화는 또한 저하된다는 것이 발견된다. 이와 대조하여, 실시예의 희토류 자석에서, 양자의 L 방향 단부들에서 잔류자화의 저하가 억제되고, L 방향 중앙부에서도 잔류자화의 저하는 또한 방지된다. 즉, 실시예의 희토류 자석에서, 표면 부근의 잔류자화는 향상된다.
도 7 은, 실시예 및 비교예의 각각의 희토류 자석들의 W 방향 및 H 방향 중앙에서 L 방향으로의 자화 특성들을 나타낸 그래프이다. 그래프에서, 가로축은 각각의 희토류 자석들의 일측면으로부터 L 방향으로의 거리 (㎜) 이고, 세로축은 W 방향 및 H 방향 중앙에서의 잔류자화 (T) 를, 1 로 설정되는 비교예의 최대치에 대한 상대치를 이용하여 나타낸다. 도면에서, 검은 원은 실시예의 희토류 자석의 측정 결과를 나타내고, 흰 세모는 비교예의 희토류 자석의 측정 결과를 나타낸다.
도 7 에 도시된 바와 같이, L 방향 중앙부에서 실시예와 비교예의 희토류 자석들 사이의 잔류자화에 있어서 큰 차이는 없지만, 양자의 L 방향 단부들에서 실시예의 희토류 자석의 잔류자화의 저하가 비교예의 희토류 자석과 비교할 때 더 적었다.
전술한 측정 결과들로부터, 비교예의 희토류 자석과 비교하여, 실시예의 희토류 자석의 두께 방향으로의 잔류자화가 더 균일해지고, 표면 부근의 잔류자화가 향상되며, 희토류 자석의 전반적인 자화 특성들이 향상된다는 것이 확인되었다. 이 결과로부터, 1.4T 이상의 자화 특성 범위에서 산출된 수율에 대하여, 비교예의 희토류 자석의 수율이 86% 였고, 실시예의 희토류 자석의 수율은 91% 였다. 따라서, 실시예의 희토류 자석의 수율은 비교예의 희토류 자석의 수율과 비교하여 향상된다는 것이 확인되었다.
본 발명의 실시형태들은 첨부된 도면을 참조하여 더 상세하게 설명되었다. 하지만, 구체적인 구성은 이 실시형태들에 한정되지 않고, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 범위에서 설계 변경들은 본 발명에 포함된다.
예를 들어, 소결체의 형상은 반드시 정육면체 및 직육면체와 같은 육면체일 필요는 없다. 소결체의 평면 형상은 사각형 이외의 다각형일 수도 있고, 원형 혹은 타원형일 수도 있다. 소결체는 육면체 이외의 다면체일 수도 있고, 소결체는 라운딩된 모퉁이나 능선을 갖는 형상 또는 만곡된 측면을 갖는 형상을 가질 수도 있다.
게다가, 보자력을 높이기 위하여 제 1 단계 및 제 2 단계를 거쳐 제조된 희토류 자석에서 개질 합금이 입계 확산을 거칠 수도 있다는 것은 말할 필요도 없다.

Claims (5)

  1. 희토류 자석의 제조 방법으로서,
    상하 펀치들 (2, 3) 및 다이 (4) 에 의해 구성되어 상기 다이의 중공 내부에서 상기 상하 펀치들 중 적어도 하나가 슬라이딩가능한 성형 몰드 (1) 에서 희토류 자석 재료를 소결함으로써 얻어지는 소결체 (S) 를 수용하고, 그리고 상기 상하 펀치들 (2, 3) 을 사용함으로써 상기 소결체 (S) 의 상하면들이 가압되는 때에, 가압 방향에 평행하고 서로 대향하는 상기 소결체의 2 개의 측면들 중에서, 일 측면이 상기 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되고 구속 상태가 되어 변형을 억제하고, 타 측면이 상기 다이 (4) 의 내면과 접촉하지 않게 되고 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 1 열간 가공을 실시함으로써 희토류 자석 전구체 (S') 를 제조하는 단계; 및
    상기 성형 몰드 (1) 내에서 상기 희토류 자석 전구체 (S') 를 이동시키고, 그리고 상기 상하 펀치들을 사용함으로써 상기 희토류 자석 전구체의 상기 상하면들이 가압되는 때에, 상기 가압 방향에 평행한 상기 희토류 자석 전구체 (S') 의 2 개의 측면들 중에서, 상기 제 1 열간 가공에서 상기 비구속 상태에 있는 타 측면이 상기 다이 (4) 의 내면에 접촉하게 되고 상기 구속 상태가 되어 변형을 억제하고, 상기 제 1 열간 가공에서 상기 구속 상태에 있는 일 측면이 상기 비구속 상태가 되어 변형을 허용하는 제 2 열간 가공을 실시함으로써 희토류 자석 (M) 을 제조하는 단계를 포함하는, 희토류 자석의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 소결체 (S) 및 상기 희토류 자석 전구체 (S') 에서, 상기 구속 상태가 되는 상기 측면은 가압의 개시부터 종료까지 상기 구속 상태에서 유지되는, 희토류 자석의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 소결체 (S) 및 상기 희토류 자석 전구체 (S') 에서, 상기 구속 상태가 되어야 하는 상기 측면은 가압의 초기 단계에서 상기 다이 (4) 의 내면과 접촉하지 않게 되어 상기 비구속 상태가 되고 가압 과정에서 상기 다이 (4) 의 내면과 접촉하게 되어 상기 구속 상태가 되는, 희토류 자석의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결체 (S) 의 형상은 직육면체인, 희토류 자석의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 상기 소결체 (S) 및 상기 희토류 자석 전구체 (S') 에서, 상기 가압 방향에 평행한 2 개의 측면들에 수직하는 2 개의 측면들은 가압의 개시부터 종료까지 상기 구속 상태에서 유지되는, 희토류 자석의 제조 방법.
KR1020157026970A 2013-04-01 2014-03-31 희토류 자석의 제조 방법 KR101733335B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2013-076056 2013-04-01
JP2013076056A JP5704186B2 (ja) 2013-04-01 2013-04-01 希土類磁石の製造方法
PCT/IB2014/000450 WO2014162189A1 (en) 2013-04-01 2014-03-31 Method of production rare-earth magnet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150124987A KR20150124987A (ko) 2015-11-06
KR101733335B1 true KR101733335B1 (ko) 2017-05-08

Family

ID=50543625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157026970A KR101733335B1 (ko) 2013-04-01 2014-03-31 희토류 자석의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9847169B2 (ko)
EP (1) EP2981977B1 (ko)
JP (1) JP5704186B2 (ko)
KR (1) KR101733335B1 (ko)
CN (1) CN105103246B (ko)
WO (1) WO2014162189A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6353753B2 (ja) * 2013-11-11 2018-07-04 善治 堀田 相当ひずみ付与方法及び相当ひずみ付与装置
CN106975752A (zh) * 2016-01-19 2017-07-25 罗伯特·博世有限公司 用于制造磁体的方法、磁体和电机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012044021A (ja) 2010-08-20 2012-03-01 Toyota Motor Corp 異方性磁石の製造方法
WO2012036294A1 (ja) 2010-09-15 2012-03-22 トヨタ自動車株式会社 希土類磁石の製造方法
JP2012174986A (ja) 2011-02-23 2012-09-10 Toyota Motor Corp 希土類磁石の製造方法
JP2013138127A (ja) 2011-12-28 2013-07-11 Toyota Motor Corp 希土類磁石の製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58182206A (ja) * 1982-04-19 1983-10-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法
US4710239A (en) * 1984-09-14 1987-12-01 General Motors Corporation Hot pressed permanent magnet having high and low coercivity regions
US4859410A (en) * 1988-03-24 1989-08-22 General Motors Corporation Die-upset manufacture to produce high volume fractions of RE-Fe-B type magnetically aligned material
JP2794755B2 (ja) 1989-03-25 1998-09-10 セイコーエプソン株式会社 希土類元素―遷移元素―ｂ系磁石の製造方法
JPH04134804A (ja) 1990-09-27 1992-05-08 Seiko Epson Corp 希土類永久磁石の製造方法
JPH09276972A (ja) * 1996-04-19 1997-10-28 Nippon Steel Corp 平面ひずみ往復加工法
JP3618647B2 (ja) * 2000-08-11 2005-02-09 日産自動車株式会社 異方性磁石とその製造方法およびこれを用いたモータ
US6605162B2 (en) * 2000-08-11 2003-08-12 Nissan Motor Co., Ltd. Anisotropic magnet and process of producing the same
CA2571401A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-12 University Of Dayton Anisotropic nanocomposite rare earth permanent magnets and method of making
JP2009225608A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Nitto Denko Corp モータ用永久磁石及びモータ用永久磁石の製造方法
JP5707934B2 (ja) * 2010-12-27 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 異方性永久磁石の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012044021A (ja) 2010-08-20 2012-03-01 Toyota Motor Corp 異方性磁石の製造方法
WO2012036294A1 (ja) 2010-09-15 2012-03-22 トヨタ自動車株式会社 希土類磁石の製造方法
JP2012174986A (ja) 2011-02-23 2012-09-10 Toyota Motor Corp 希土類磁石の製造方法
JP2013138127A (ja) 2011-12-28 2013-07-11 Toyota Motor Corp 希土類磁石の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105103246B (zh) 2017-10-24
JP5704186B2 (ja) 2015-04-22
CN105103246A (zh) 2015-11-25
US9847169B2 (en) 2017-12-19
EP2981977A1 (en) 2016-02-10
KR20150124987A (ko) 2015-11-06
WO2014162189A1 (en) 2014-10-09
US20160055968A1 (en) 2016-02-25
EP2981977B1 (en) 2017-02-01
JP2014203842A (ja) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2913831B1 (en) Rare-earth-magnet production method
KR101690896B1 (ko) 희토류 자석의 제조 방법
KR101513824B1 (ko) 희토류 자석 제조 방법
JP6330438B2 (ja) 希土類焼結磁石の製造方法
KR101733335B1 (ko) 희토류 자석의 제조 방법
US10058919B2 (en) Manufacturing method for sintered compact
KR101813427B1 (ko) 희토류 자석의 제조 방법
WO2014080852A1 (ja) 希土類磁石の製造方法
JP5707934B2 (ja) 異方性永久磁石の製造方法
JP6112084B2 (ja) 希土類磁石の製造方法
JP6168090B2 (ja) 成形型
CN107851506B (zh) 用于由预成形坯形成永磁体的模具和方法以及热变形系统
JP6036648B2 (ja) 希土類磁石の製造方法
JP6354684B2 (ja) 塑性加工方法
JP6287684B2 (ja) 希土類磁石の製造方法
JP2005240060A (ja) 成形体、磁場中成形装置、磁歪素子の製造方法
JP3937126B2 (ja) 焼結磁石用ダイス及び焼結磁石の製造方法
JP2015123463A (ja) 前方押出し鍛造装置と前方押出し鍛造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant