KR102240453B1 - 희토류 영구자석 재료의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 희토류 영구자석 재료의 제조방법을 제공하며, 여기에는 먼저 화학식 H100-x-yMxQy 중의 원자 백분율 함량에 따라 H, M 및 Q의 3가지 원료 분말을 무게를 달아 취하고, 질소 가스 또는 다른 무산소 환경 하에서 혼합 및 체질 처리를 진행하여 복합 분말을 수득하는 단계; 그 후 소결 NdFeB 자석을 규정된 형상 및 크기로 기계적 가공을 진행한 후, 표면을 세정하고 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득하는 단계; 무산소 환경에서 복합 분말을 처리할 NdFeB 자석의 표면에 정전기적으로 부착하는 단계; 및 진공 열처리, 어닐링 처리를 순차적으로 진행하여 상기 희토류 영구자석 재료를 수득하는 단계가 포함된다. 상기 방법을 채택하면 효율이 높고 중희토류 원소 부착물과 매트릭스 자석 결합력이 강하며 잔여 분말 재료의 회수가 용이하다. 또한 제조한 NdFeB 자석 보자력이 4000 내지 14000Oe 향상될 수 있으며 잔류 자기는 1 내지 2%만 낮아지고 동등한 성능의 자석은 중희토류 사용량을 30%를 절약할 수 있다.

Description

희토류 영구자석 재료의 제조방법
본 발명은 희토류 영구자석 재료 기술 분야에 속하며, 희토류 영구자석 재료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나 이상의 중희토류 다함유 화합물과 순수 금속 분말을 소결된 NdFeB 자석의 표면에 정전기적으로 부착하고 고온 처리 및 저온 시효 처리를 진행해 자석의 성능을 개선하는 방법에 관한 것이다.
NdFeB 영구자석 재료는 하이브리드카, 풍력 발전, 에너지 절약 모터 및 인버터 에어컨 등 분야에 널리 사용되며, 이러한 분야에서는 자석이 고온에서 장시간 작동해야 하며 희토류 영구자석은 보자력 Hcj가 더욱 높아야 한다. NdFeB 소결 자석 보자력 Hcj를 향상시키는 종래의 유효한 방법은 디스프로슘(Dy), 터븀(Tb)과 같은 중희토류 원소로 자석의 주상(primary phase) Nd2Fe14B 중의 Nd를 대체하는 것이며, 형성된 (Nd, Dy)2Fe14B, (Nd, Dy)2Fe14B의 이방성이 Nd2Fe14B보다 강하기 때문에 자석의 Hcj가 현저하게 향상된다. 그러나 이러한 중희토류 원소는 자원이 희소하고 가격이 비싸며, 또 다른 측면에서 Nd와 철의 자기 모멘트는 평행 배열되고 Dy와 철은 역평행 배열되기 때문에 자석의 잔류 자기(Br)와 최대 자기에너지적(BHmax)이 모두 감소한다.
최근 몇 년간 많은 연구기관에서 희토류 원소를 자석 표면으로부터 매트릭스 내부까지 확산시키는 여러 가지 공정을 발표하였다. 이러한 공정은 침투된 희토류 원소가 입계 및 주상 결정립 표면 영역을 따라 분포하도록 하여 희토류 원소 분포를 최적화시킬 수 있으며, 보자력이 향상될 뿐만 아니라 귀중한 희토류의 사용량도 절약할 수 있으며 잔류 자기 및 자기에너지적이 현저하게 감소하지 않도록 한다. 현재 국내외에서 입계 확산 원리를 이용한 자석 성능 향상에 관한 연구는 10년 이상 진행되어 왔다. 입계 확산 처리 기술은 주로 코팅, 증착, 도금, 스퍼터링(Sputtering), 부착 등 방법을 이용하여 금속 분말(Dy, Tb 또는 기타 희토류 원소) 또는 화합물을 자석 외표면에 부착시키며, 열처리를 통해 금속 분말 또는 화합물을 소결 자석 주상 내에 입계 확산시킨다. 이러한 입계 확산 기술은 소결 NdFeB 자석의 성분, 미세 조직 및 자기 성능에 현저한 영향을 미친다. 그러나 이러한 연구는 시급히 해결해야 할 문제가 여전히 존재하고 있다. 즉, (1) 스퍼터링을 이용해 Dy/Tb를 NdFeB 소결 자석의 표면에 부착하는 방법은 생산율이 낮고 공정 비용이 과도하게 높으며 융해 피트(Melting pit) 등과 같은 결함이 나타나기 쉽고 증착 과정에서 대량의 희토류 금속이 가열로 챔버 내에 분산되기 때문에 중희토류 금속의 불필요한 낭비를 초래한다. (2) 기상 증착을 이용한 방법은 중희토류 원소 이용률이 낮고 처리 온도가 높은 단점 등이 있다. (3) 표면에 희토류 산화물 또는 불화물을 코팅하여 가열 확산할 경우 보자력의 향상이 제한되는 문제점이 있다. (4) 그 외 Dy/Tb가 비싸기 때문에 Dy/Tb 자원을 최대한 효과적으로 이용하는 것도 이러한 유형 기술의 관건이다.
종래 기술의 단점을 극복하기 위하여, 본 발명은 희토류 영구자석 재료의 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있으며, 상기 방법은 NdFeB 매트릭스 표면에 하나 이상의 중희토류 다함유 화합물과 기타 순수 금속 분말을 정전기적으로 부착하고 고온 소결을 진행하여 희토류 영구자석 재료를 제작하며, 상기 방법은 NdFeB 매트릭스 표면 및 내부에 희토류 원소를 질서 있게 배열할 뿐만 아니라, 자석의 보자력을 향상시키고 기본적으로 잔류 자기를 현저하게 떨어뜨린다.
상기 목적을 구현하기 위하여, 본 발명은 이하와 같은 기술방안을 채택한다.
희토류 영구자석 재료의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다.
단계 1: 화학식 H100-x-yMxQy의 원자 백분율 함량에 따라 H, M 및 Q의 3가지 원료 분말을 무게를 달아 취하고, 질소 가스 또는 다른 무산소 환경에서 상기 3가지 원료를 순차적으로 혼합 및 체질 처리를 진행하여 복합 분말이 수득한다. 상기 화학식에서 H는 Dy, Tb, DyTb, Ho, Gd의 불화물 또는 산화물 분말 중 하나 이상이고, M은 Nd 또는/및 Pr 금속 분말이고, Q는 Cu, Al, Zn, Ga 및 Sn 금속 분말 중 하나 이상이고, x와 y는 각각 원료 M과 원료 Q의 원자 백분율 함량이고, x=0-20(예를 들어 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19)이고, y=0-40(예를 들어 0, 1, 3, 5, 7, 8, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 20, 23, 28, 30, 34, 37, 39)이고 x와 y는 동시에 0이 아니다.
단계 2: 소결 NdFeB 자석을 규정된 형상과 크기로 기계적 가공을 진행한 후, 표면을 세정하고 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
단계 3: 무산소 환경에서 상기 복합 분말을 상기 처리할 NdFeB 자석의 표면에 정전기적으로 부착시켜 표면 부착 복합 분말 필름의 NdFeB 자석을 수득한다.
단계 4: 표면 부착 복합 분말 필름의 NdFeB 자석을 진공 열처리한 다음, 노(furnace)에서 냉각시켜 확산된 NdFeB 자석을 수득한다.
단계 5: 상기 확산된 NdFeB 자석은 어닐링 처리(즉, 시효 처리)를 진행하여 상기 희토류 영구자석 재료를 수득한다.
본 발명의 기술적 원리는 정전기적 부착 방식과 입계 확산 처리 및 후속 어닐링 처리를 이용해 자석 성능을 향상시키는 것이다. 여기에서 정전기적 부착 방식은 소결된 NdFeB 자석 표면에 일종의 결합력이 비교적 우수하고 중희토류 원소 다함유 화합물과 순수 금속 분말로 형성된 분말 필름을 형성할 수 있다. 중희토류 원소 다함유 화합물과 순수 금속 분말은 정전기 작용에 의해 자석 표면에 부착시키고, 후속 열처리에 의해 입계 확산을 구현함으로써 자석의 보자력 특성을 향상시킨다.
H 성분의 역할은 주로 후속 처리를 위해 중희토류 원소를 제공하고 원소 대체를 통해 자석의 자기 성능을 향상시키는 것이다.
M 성분의 주요 역할은 두 가지이다. 즉 하나는 고온에서 중희토류 화합물 분말 중 중희토류를 환원시켜 중희토류 금속 홑원소 물질을 형성하는 것이며, 다른 하나는 자석 입계 확산 과정에서 입계상(grain boundary phase)의 수량이 증가해 효율성 향상에 도움이 된다. M 함량이 0인 경우, 중희토류의 치환과 대체는 보다 복잡한 형태로 구현해야 한다. 예를 들어, 환원제를 첨가해도 환원제가 자석 성능에 영향을 미칠 수 없거나, 자석 내의 Nd 다함유상(rich phase)이 중희토류와 반응한다. M의 원자 백분율 함량이 20보다 크면 낭비가 초래되는 동시에 확산 효과가 저하될 수 있다. 여기에서 M은 Nd, Pr 또는 PrNd(즉, Pr 및 Nd의 두 금속의 혼합 분말이며, 질량비는 바람직하게는 1:2 내지 1:5이고, 예를 들어 1:2, 1:2.5, 1:3, 1:4, 1:4.5, 1:5임) 금속 분말이다.
중희토류를 치환한 후 자석 표층으로부터 코어부까지 확산해야 하고, 액상의 유동성과 침윤성이 아주 중요하며 확산 결과와 효율성에 대한 의의가 크다. Q 성분의 주요 역할은 중희토류 원소 치환 후 유동성과 습윤성을 증가시키고 확산 효율을 강화시키는 것이다. Q의 원자 백분율 함량이 40보다 클 경우, 유동하는 액상 중 중희토류 원소의 농도는 희석될 수 있으며 이는 자석 성능의 향상과 확산 효과에 불리하다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 1에서 상기 화학식 중 x=1-15이고, y=4-25이다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 1에서 M은 PrNd 금속 분말(즉, Pr 및 Nd의 두 금속의 혼합 분말)이고, Pr과 Nd의 질량비는 1:2 내지 1:5(예를 들어 1:2, 1:2.5, 1:3, 1:4, 1:4.5, 1:5)이다. 상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 1에서 상기 원료 분말의 입도는 -150메쉬이고, 상기 체질 처리는 150메쉬 체질을 사용한다. 분말 재료의 입경이 150메쉬 미만으로 비교적 작기 때문에 혼합 시 작은 응집이 생성될 가능성이 있으므로, 혼합 후 체질을 진행해야 한다. 분말 혼합 공정은 본 발명이 속한 기술분야의 통상적인 공정일 수 있으며, 예를 들어 현재 통상적으로 사용하는 분말 혼합 설비를 채택해 360˚회전하여 분말을 혼합한다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 2에서 상기 처리할 NdFeB 자석의 배향 방향 두께는 1 내지 8mm(예를 들어 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm)이다. 상기 두께가 너무 얇으면 후속 처리 시 자석이 구부러져 변형되기 쉬우며, 두께가 너무 두꺼우면 입계 확산의 효과가 자석 코어부까지 도달하지 못해 내외부 성능에 큰 차이가 발생한다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 2에서 상기 표면 세정의 과정은 다음과 같다. 즉, 먼저 상기 소결 NdFeB 자석을 탈지 탱크(degreasing tank)에 8 내지 15분(예를 들어 10분, 12분, 14분) 동안 담가 자석 표면의 기름기를 제거하고, 그 다음 제1차 물세척, 산세척, 제2차 물세척 및 초음파 처리를 순서대로 진행하고, 마지막으로 상기 소결 NdFeB 자석 표면을 바람으로 건조시킨다. 바람직하게는, 상기 산세척은 희석 HNO3(질량분율 농도가 50 내지 70%)로 산세척을 진행하고, 시간은 20 내지 45초(예를 들어 22초, 28초, 35초, 39초, 44초이고, 상기 초음파 처리 시간은 20 내지 45초(예를 들어 22초, 28초, 35초, 39초, 44초)이고, 상기 바람 건조는 쾌속 강풍 건조를 채택한다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 3에서 상기 복합 분말 필름의 두께는 10 내지 40μm(예를 들어 12μm, 15μm, 20μm, 25μm, 30μm, 35μm, 38μm)이다. 두께가 40μm보다 큰 필름은 부착력이 떨어지며, 40μm 이하인 경우에는 입계 확산 효과가 이미 가장 우수하므로 더 두꺼워도 성능 개선에 도움이 되지 않는다. 너무 얇은 경우에는 성능을 향상시키는 능력이 제한된다. 보다 바람직하게는, 상기 복합 분말 필름의 두께는 25 내지 40μm(예를 들어 26μm, 28μm, 32μm, 36μm, 39μm)이다.
종래 기술에서는 정전을 이용해 경화제를 함유하는 분말을 공작물의 표면에 부착하고 저온 경화를 거쳐 공작물의 표면을 보호하는데, 정전 분말에 경화를 위한 경화제가 함유되지 않을 경우 분말을 공작물 표면에 장시간 효과적으로 부착시키기 어려워 공작물을 보호하는 기능을 수행하지 못한다. 그러나 본 발명의 영구자석 재료 성능 개선용 원료 분말은 경화제를 함유할 수 없고(함유할 경우 후속 고온 처리에 불리한 영향을 미침) 경화 공정도 없으므로, 자석 표면에서 복합 분말의 부착력과 필름 형성 두께를 제어하는 것이 중요하고도 어렵다. 본 발명자는 전압, 시간 등 매개변수를 조절하고 정전식 스프레이 건(electrostatic spray gun)을 채택해 복합 분말을 처리할 NdFeB 자석 표면에 분사하여 적합한 두께의 필름층을 수득하며 이는 부착력이 우수하다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 3에서 상기 복합 분말은 정전식 스프레이 건을 통해 상기 처리할 NdFeB 자석의 표면에 분사한다. 즉, 복합 분말은 스프레이 건을 통해 양 또는 음의 전자를 띠며 음극 또는 양극에 연결되는 처리할 NdFeB 자석 위에 가속 충돌하며, 여기에서 공정 조건은 하기와 같다.
전압은 30 내지 120kv(예를 들어 35kv, 40kv, 50kv, 60kv, 70kv, 80kv, 90kv, 100kv, 110kv, 115kv)이며, 양이온과 음이온 사이의 기전력을 제공하고, 전압이 너무 낮으면 분말의 입자 충격력이 약하고 부착력이 떨어지며, 전압이 너무 높으면 공작물과 노즐 사이에 비교적 높은 코로나 전류가 발생하고 안전성이 떨어진다. 보다 바람직하게는 50 내지 90kv이다.
시간은 5 내지 40초(예를 들어 8초, 12초, 16초, 20초, 25초, 30초, 35초, 38초)이며, 시간이 너무 짧으면 부착되는 분말이 적고 생성되는 필름 두께가 얇으며, 시간이 너무 길면 분말의 부착이 일정 두께에 이른 후 더 이상의 분말이 필요하지 않기 때문에(후속 효과에 필요함), 분말 사이의 부착력도 약화된다. 보다 바람직하게는 15 내지 30초이다.
스프레이 건의 이동 속도는 5 내지 45cm/s(예를 들어 6cm/s, 8cm/s, 10cm/s, 15cm/s, 20cm/s, 25cm/s, 30cm/s, 35cm/s, 40cm/s, 42cm/s)이다. 속도가 너무 빠르면 분말이 고르지 않게 부착되고, 속도가 너무 느리면 분말 낭비가 심각하다. 보다 바람직하게는 10 내지 30cm/s이다.
분사 거리는 8 내지 35cm(예를 들어 10cm, 12cm, 15cm, 18cm, 22cm, 24cm, 25cm, 28cm)이다. 분사 거리가 너무 짧으면 안전성이 떨어지며, 스프레이 건은 기류에 의해 분말이 분사되므로 이미 부착된 분말에 충격 작용을 일으킨다. 분사 거리가 너무 길면 분말이 분사되는 거리가 멀어지고 부착률과 부착력이 모두 저하되어 효율이 낮아지며 비용도 증가한다. 보다 바람직하게는 15 내지 25cm이다. 본 출원에서 채택하는 정전식 스프레이 건은 상기 매개변수(전압, 시간, 스프레이 건 이동 속도, 분사 거리)를 조절함으로써 필름 형성 품질, 두께 및 비용에 영향을 주며, 최종적으로 복합 분말을 처리할 NdFeB 자석 표면에 분사하여 적합한 두께, 우수한 부착력의 필름층을 수득하는 동시에 생산 비용을 절감시킨다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 단계 4에서 상기 진공 열처리의 조건은 다음과 같다. 즉, 진공도가 10-3Pa보다 높고(예를 들어 5×10-4Pa, 1×10-4Pa, 8×10-5Pa, 5×10-5Pa, 1×10-6Pa), 보온 온도는 650 내지 1050℃이고(예를 들어 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 1000℃, 1020℃), 보온 시간은 5 내지 50시간(6시간, 10시간, 20시간, 30시간, 40시간, 48시간)이다. 보온 온도가 너무 낮으면 처리 효과가 현저하지 않으며, 보온 온도가 너무 높으면 입자가 비정상적으로 성장하고 오히려 자기 성능이 저하된다. 온도와 시간이 매칭되면 우수한 처리 효과를 발휘하고 에너지를 효과적으로 이용하는 데 도움이 된다. 보다 바람직하게는, 상기 단계 4에서 상기 보온 온도는 830 내지 870℃(예를 들어 835℃, 840℃, 845℃, 850℃, 855℃, 860℃, 865℃)이고, 보온 시간은 30 내지 40시간이다(예를 들어 32시간, 34시간, 36시간, 38시간).
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 4에서 상기 노 냉각은 50℃(25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃) 미만이다. 50℃보다 높은 노에서 꺼내면, 한편으로는 자석이 뜨거운 상태에서 주변 환경 중의 습기를 흡착하기 쉬워 자기 성능에 불리하며, 다른 한편으로는 노 내부 가열부재에 영향을 미쳐 사용수명이 단축되고 일부 산화되어 물리적 특성도 바뀌어 노 내부 온도 분포에 변화가 발생한다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 5에서 상기 어닐링 처리 온도는 420 내지 640℃(예를 들어 430℃, 460℃, 500℃, 550℃, 600℃, 630℃)이고, 시간은 2 내지 10시간(예를 들어 3시간, 4시간, 6시간, 8시간, 9시간)이다. 상기 어닐링 시스템 하에서, Nd 다함유 입계상의 형성과 유지에 유리하며, 상기 온도 범위를 초과할 경우 제품의 성능이 저하될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 단계 5에서 상기 어닐링 처리 온도는 420 내지 480℃(예를 들어 425℃, 430℃, 445℃, 455℃, 470℃)이고, 시간은 4 내지 6시간(예를 들어 4.5시간, 5시간, 5.5시간)이다.
상기 방법에서, 상기 단계 4의 처리 장치는 진공 열처리로일 수 있다.
상기 방법 중 바람직한 실시방식으로, 상기 단계 5 이후에 후처리 단계가 더 포함된다. 즉, 상기 희토류 영구자석 재료를 희석 질산에 담가 표면에 잔류하는 부착물을 제거한 다음, 탈이온수로 상기 희토류 영구자석 재료를 깨끗하게 세정한다. 바람직하게는 상기 희석 질산은 질산 알코올 용액이고, 질량 농도는 2 내지 10%(3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%)이며, 농도가 너무 높으면 매칭되는 타임 윈도(time window)가 너무 작을 수 있고 잔류 가능성이 증가하며, 농도가 낮으면 효율이 떨어진다. 보다 바람직한 질량 농도는 4 내지 6%이다. 상기 침지 시간은 60 내지 180초(예를 들어 65초, 70초, 85초, 100초, 120초, 145초, 160초, 170초, 175초)이다. 어닐링 처리를 거친 후, 자석 표면의 잔류 부착물은 비자성이므로 자석의 성능에 영향을 미칠 수 있으며, 상기 후처리를 진행해 상기 층 물질을 제거하면 성능이 더욱 향상된 자석을 수득할 수 있고, 상기 침지 시간은 필름 두께와 관련이 있다.
종래 기술과 비교해 본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.
1) 정전기적 부착을 통해 NdFeB 매트릭스와 중희토류 원소 다함유 화합물 및 순수 금속 분말을 잘 결합하며, 고온 처리 후 분말 필름 내의 중희토류 화합물과 순수 금속 분말이 자석 내에서 주상과 Nd 다함유상 경계 영역에 농축되고, 이러한 처리를 통해 NdFeB 자석의 보자력이 현저하게 향상되며 증착, 스퍼터링 등의 효과를 구현하거나 초과 구현한다. 본 발명에서 제공하는 제조방법은 복합 분말의 효과적인 부착, 적합한 열처리 온도 및 시간, 효과적인 시효 온도 및 시간을 통해 자석 입계상 및 인접 영역의 물리적 성질을 개선시켜 자석의 성능을 현저하게 향상시키는 동시에 중희토류의 사용을 크게 절약한다. 종래의 방식은 주로 중희토류를 첨가하는 방식으로 보자력을 향상시키는데, 이러한 방식은 잔류 자기를 크게 저하시키는 한편, 주상 입자 내에 대량의 중희토류가 존재하므로 중희토류가 비교적 많이 필요하다. 본 발명에서 제공하는 제조방법에 의해 제조된 희토류 영구자석 재료 NdFeB 자석의 보자력은 4000 내지 14000 Oe 향상될 수 있고, 잔류 자기는 1 내지 2%만 저하되며, 동등한 성능 자석은 중희토류 사용량을 30%를 절감할 수 있다.
2) 종래의 증착 및 스퍼터링에 필요한 원료는 순수 금속이며, 본 발명에 사용되는 불화물 또는 산화물 분말보다 비싸다. 즉, 본 발명에서 사용하는 원료는 중희토류 원소 다함류 화합물(불화물 또는 산화물)로 금속 환원 전의 반제품이므로 가격이 저렴하고 입수하기가 쉽다. 종래의 증착 및 스퍼터링 공정의 부착은 모두 간단한 물리적 부착 과정으로, 일정한 온도와 진공 조건이 필요하다. 그러나 본 발명의 정전기적 부착 방법은 분말과 공작물의 상이한 전하로 인해 분말과 매트릭스 간 결합력이 더욱 강하고, 정전기적 부착 과정이 일단 끝나면 청소 후 재사용할 수 있으며, 정전기적 부착은 상온에서 수행할 수 있으며 질소 가스 보호만 필요하다. 따라서 본 발명은 희토류 영구자석 재료 NdFeB의 성능을 향상시키기 위한 새로운 길을 개척하였다. 본 발명에 의한 자석 성능 개선은 효율성이 높고 중희토류 원소 부착물과 매트릭스 자석 결합력이 강할 뿐만 아니라, 잔여 분말 재료 회수가 편리하고 사용하는 중희토류의 양이 크게 감소되며 제품의 원가가 낮아지고 제품의 가격 대비 성능이 더욱 우수하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시방식의 기술 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 조직 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 처리 전후 자석의 자기 성능의 변화도이며, 상기 도면에서 가로 좌표는 Applied Field, 즉 외부 자계 강도이고, 세로 좌표는 Magnetisation, 즉 자화 강도이다.
본 발명의 내용에 대한 보다 쉽고 명확한 이해를 돕기 위해, 이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예와 첨부도면을 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하 실시예에서 사용되는 처리할 NdFeB 자석은 모두 소결 NdFeB 자석이고, 각 실시예에서 상이한 상호, 상이한 생산차수의 상업용 소결 NdFeB 자석을 처리할 자석으로 사용하며, 본 발명의 방법은 각종 NdFeB 자석에 적용된다. 정전기적 부착에 사용되는 장비는 정전식 분말 스프레이 라인이며, 제조업체는 구안커위신펑(
Figure 112019106144606-pct00001
)자동화제어설비유한회사이고, 그 중 핵심 부재 정전식 스프레이 건은 독일 Wagner의 스프레이 건을 채택한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시방식의 공정 흐름을 도시한 것으로, 구체적으로 자석 절단 가공과 자석 표면 세정 단계; 분말 제조와 분말 혼합 체질 단계; 정전기식 부착으로 분말 필름이 부착된 자석을 제조하는 단계; 입계 확산 처리 및 시효 단계; 및 자석 표면 가공 단계를 포함한다. 구체적인 실시예는 하기와 같다.
실시예 1
(1) 분말 비율식 (TbF3)95Nd2Al3에 따라 복합 분말을 배치한다. TbF3 분말 -150메쉬, 금속 Nd 분말 -150메쉬, 금속 Al 분말 -150메쉬의 무게를 달아 취하고, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 50H 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 1.96mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3(농도는 50wt%)로 20초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 20초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 질소 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 70kV, 시간 30초, 스프레이 건 이동 속도 20cm/s 및 스프레이 거리 20cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 40μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 850℃에서 35시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 490℃에서 6시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 80초 동안 희석 질산(농도는 6wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 14240 Oe 향상되며, 잔류 자기는 190Gs 낮아져 약간 낮아진다. 처리 전후 자석의 성능 변화(즉, 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석과 단계 (3), (4) 및 (5) 처리 후 최종적으로 수득한 영구자석에 대해 성능 테스트를 진행하며, 이후의 실시예도 이와 같음)는 표 1과 같다. 본 실시예에서 제조하여 수득한 희토류 영구자석 재료의 미세 조직 구조는 도 2에서 도시하는 바와 같으며, 상기 도면에서 주상 입자 주위에 한 층의 균일하고 연속적인 입계상이 코팅되었고 이는 자석이 외부 자계에 있을 때의 감자 결합 능력을 크게 향상시켜 자석의 보자력의 개선에 유리하다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에서 처리 전후 자석의 성능 변화도를 도시한 것으로, 상기 도면에서 본 실시예 단계 (3), (4) 및 (5)의 기술 처리를 통해 소결 NdFeB의 보자력이 17740 Oe에서 31980 Oe로 향상되어 14240 Oe가 증가하고 잔류 자기가 13960Gs에서 13770Gs로 190Gs가 약간 낮아지는 것을 알 수 있다.
실시예 2
(1) 분말 비율식 (DyF3)95Nd1Al4에 따라 복합 분말을 배치한다. DyF3 분말 -150메쉬, 금속 Nd 분말 -150메쉬, 금속 Al 분말 -150메쉬의 무게를 달아 취하고, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 48H 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 3mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 20초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 20초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 질소 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 60kV, 시간 25초, 스프레이 건 이동 속도 20cm/s 및 스프레이 거리 20cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 30μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 830℃에서 30시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 510℃에서 4시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 60초 동안 희석 질산(농도는 5.5wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 7500 Oe 향상되며, 잔류 자기는 175Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
실시예 3
(1) 분말 비율식 (TbF3)95Cu5에 따라 복합 분말을 배치한다. TbF3 분말 -150메쉬, 금속 Cu 분말 -150메쉬, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 42M 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 5mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 35초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 35초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 질소 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 60kV, 시간 25초, 스프레이 건 이동 속도 20cm/s 및 스프레이 거리 20cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 30μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 860℃에서 35시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 500℃에서 6시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 100초 동안 희석 질산(농도는 6.5wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 12000 Oe 향상되며, 잔류 자기는 180Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
실시예 4
(1) 분말 비율식 (HoF3)97Pr1Cu2에 따라 복합 분말을 배치한다. HoF3 분말 -150메쉬, 금속 Pr 분말 -150메쉬, 금속 Cu 분말 -150메쉬, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 42M 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 3mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 25초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 25초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 질소 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 50kV, 시간 15초, 스프레이 건 이동 속도 25cm/s 및 스프레이 거리 20cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 25μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 850℃에서 35시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 480℃에서 4시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 60초 동안 희석 질산(농도는 5.5wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 4000 Oe 향상되며, 잔류 자기는 210Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
실시예 5
(1) 분말 비율식 ((DyTb)F3)96Cu1Al3에 따라 복합 분말을 배치한다. (DyTb) 분말 -150메쉬, 금속 F3 분말 -150메쉬, 금속 Cu 분말 -150메쉬, 금속 Al 분말 -150메쉬, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 52SH 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 6mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 45초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 45초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 아르곤 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 65kV, 시간 28초, 스프레이 건 이동 속도 20cm/s 및 스프레이 거리 18cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 30μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 870℃에서 40시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 520℃에서 6시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 90초 동안 희석 질산(농도는 6wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 11000 Oe 향상되며, 잔류 자기는 168Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
실시예 6
(1) 분말 비율식 (GdF3)98Cu2에 따라 복합 분말을 배치한다. GdF3 분말 -150메쉬, 금속 Cu 분말 -150메쉬, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 35M＋ 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 3mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 25초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 25초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 아르곤 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 65kV, 시간 25초, 스프레이 건 이동 속도 20cm/s 및 스프레이 거리 20cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 35μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 840℃에서 35시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 490℃에서 4시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 60초 동안 희석 질산(농도는 5wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 4200 Oe 향상되며, 잔류 자기는 208Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
실시예 7
(1) 분말 비율식 (TbO3)94Nd1Al5에 따라 복합 분말을 배치한다. TbO3 분말 -150메쉬, 금속 Nd 분말 -150메쉬, 금속 Al 분말 -150메쉬, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 48H＋ 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 8mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 45초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 45초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 아르곤 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 75kV, 시간 30초, 스프레이 건 이동 속도 20cm/s 및 스프레이 거리 20cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 40μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 860℃에서 40시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 490℃에서 5시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 180초 동안 희석 질산(농도는 8wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 8000 Oe 향상되며, 잔류 자기는 185Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
실시예 8
(1) 분말 비율식 (DyO3)97(PrNd)2Al1에 따라 복합 분말을 배치한다. DyO3 분말 -150메쉬, 금속 PrNd 분말 (Pr과Nd의 질량비는 1:4) -150메쉬, 금속 Al 분말 -150메쉬, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 42M 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 6mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 45초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 45초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 아르곤 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 75kV, 시간 30초, 스프레이 건 이동 속도 18cm/s 및 스프레이 거리 22cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 40μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 830℃에서 40시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 490℃에서 6시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 120초 동안 희석 질산(농도는 7wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 6500 Oe 향상되며, 잔류 자기는 190Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
실시예 9
(1) 분말 비율식 (TbF3)46(DyO3)48Nd2ZnCu2에 따라 복합 분말을 배치한다. TbF3과 DyO3 분말 -150메쉬, 금속 Nd 분말 -150메쉬, 금속 Zn, Sn, Cu 분말 -150메쉬, 상기 분말을 균일하게 혼합하여 150메쉬 체질을 진행하고, 분말 혼합 및 체질 과정은 질소 가스 환경 하에서 진행한다.
(2) 먼저 상업용 46UH 상호의 소결 NdFeB 자석을 처리할 형상으로 기계적 가공을 진행하며, 여기에서 배향 방향은 4.5mm 두께이다. 그 후 표면 세정 공정으로 진입하며 표면 세정 공정은 다음과 같다. 즉, 자석을 탈지 탱크에 넣고 10분 동안 침지시켜 자석 표면의 기름기를 제거하고, 표면을 물로 세척한 후 희석 HNO3로 30초 동안 산세척하며, 다시 물세척 및 초음파 처리를 30초 동안 진행한 후 강풍으로 빠르게 자석 표면을 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득한다.
(3) 아르곤 가스 환경 하에서 단계 (1)에서 제조한 복합 분말은 전압 70kV, 시간 25초, 스프레이 건 이동 속도 18cm/s 및 스프레이 거리 22cm의 공정 조건으로 스프레이 건을 통해 양전자를 띤다. 음극에 연결된 단계 (2)에서 수득한 처리할 NdFeB 자석 상에 가속 충돌하여 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하며, 두께는 약 30μm이다.
(4) 단계 (3)에서 수득한 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리로에 넣고, 진공도는 10-3Pa보다 높고 온도는 845℃에서 30시간 동안 유지한다. 노가 50℃ 미만으로 냉각됨에 따라 다시 490℃에서 6시간 동안 어닐링 처리한다.
(5) 단계 (4)에서 수득한 자석을 80초 동안 희석 질산(농도는 5.0wt%)에 침지시켜 자석 표면의 잔류 부착물을 제거하고, 탈이온수로 자석을 깨끗하게 세정하여 성능이 향상된 자석을 수득한다.
본 실시예에서 제조한 희토류 영구자석 재료의 보자력은 8500 Oe 향상되며, 잔류 자기는 170Gs 낮아져 약간 감소한다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 1과 같다.
표 1 실시예 1 내지 9에서 자석 처리 전후의 성능 검출 결과
Figure 112019106144606-pct00002
실시예 10 내지 13
실시예 10 내지 13은 복합 분말 필름 두께가 실시예 2와 다른 것을 제외하고, 다른 공정 매개변수는 실시예 2와 동일하다. 그 중 실시예 10에서 복합 분말 필름 두께는 약 12μm이고, 실시예 11에서 복합 분말 필름 두께는 약 20㎛이고, 실시예 12에서 복합 분말 필름 두께는 약 5μm이고, 실시예 13에서 복합 분말 필름 두께는 약 45μm이다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 2와 같다.
실시예 14 내지 15
실시예 14 내지 15는 단계 (4)에서의 진공 열처리 중 보온 온도와 보온 시간이 실시예 2와 다른 것을 제외하고, 다른 공정 매개변수는 실시예 2와 동일하다. 그 중 실시예 14에서 진공 열처리 조건은 1000℃에서 10시간 보온이고, 실시예 15에서 진공 열처리 조건은 700℃에서 48시간 보온이다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 2와 같다.
실시예 16 내지 17
실시예 16 내지 17은 단계 (4)의 어닐링 처리 온도와 시간이 실시예 2와 다른 것을 제외하고, 다른 공정 매개변수는 실시예 2와 동일하다. 그 중 실시예 16에서 어닐링 처리 조건은 430℃에서 8시간 어닐링 처리하는 것이고, 실시예 17에서 어닐링 처리 조건은 640℃에서 2시간 어닐링 처리하는 것이다. 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 2와 같다.
표 2 실시예 10 내지 17에서 자석 처리 전후의 성능 검출 결과
Figure 112019106144606-pct00003
실시예 18 내지 23
실시예 18 내지 23은 사용한 복합 분말의 조성이 실시예 2와 다른 것을 제외하고, 다른 공정 매개변수는 실시예 2와 동일하다. 구체적인 복합 분말 조성 및 처리 전후 자석의 성능 변화는 표 3과 같다.
표 3 실시예 18 내지 23에서 자석 처리 전후의 성능 검출 결과
Figure 112019106144606-pct00004
전술한 실시예는 명확하게 설명하기 위한 예시에 불과하며 본 실시방식을 제한하지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 상기 설명을 기반으로 기타 다른 형식의 변경 또는 변형을 가할 수 있다. 여기에서 모든 실시방식을 나열할 수도, 나열할 필요도 없다. 따라서 이를 기반으로 한 용이한 변경 또는 변형은 본 발명의 보호범위 내에 있다.

Claims (14)

  1. 단계 1: 화학식 H100-x-yMxQy의 원자 백분율 함량에 따라 H, M 및 Q의 3가지 원료 분말을 무게를 달아 취하고, 질소 가스 또는 다른 무산소 환경에서 상기 3가지 원료를 순차적으로 혼합 및 체질 처리를 진행하여 복합 분말을 수득하고; 상기 화학식에서 H는 Dy, Tb, DyTb, Ho, Gd의 불화물 또는 산화물 분말 중 하나 이상이고, M은 Nd 또는/및 Pr 금속 분말이고, Q는 Cu, Al, Zn, Ga 및 Sn 금속 분말 중 하나 이상이고, x와 y는 각각 원료 M과 원료 Q의 원자 백분율 함량이고, x=0-20이고, y=0-40이고, x와 y는 동시에 0이 아닌 단계;
    단계 2: 소결 NdFeB 자석을 규정된 형상과 크기로 기계적 가공을 진행한 후, 표면을 세정하고 건조시켜 처리할 NdFeB 자석을 수득하는 단계;
    단계 3: 무산소 환경에서 정전기 처리된 NdFeB 자석의 표면에 복합 분말을 부착하여 NdFeB 자석의 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 수득하는 단계로서, 상기 복합 분말은 정전식 스프레이 건을 통해 상기 처리할 NdFeB 자석의 표면에 분사하고, 여기에서, 공정 조건이,
    전압은 30 내지 120kv이며;
    시간은 5 내지 40초이며;
    스프레이 건의 이동 속도는 5 내지 45cm/s이고;
    분사 거리는 8 내지 35cm인 단계;
    단계 4: NdFeB 자석의 표면에 복합 분말 필름이 부착된 NdFeB 자석을 진공 열처리한 다음, 노(furnace)에서 냉각시켜 확산된 NdFeB 자석을 수득하는 단계;
    단계 5: 상기 확산된 NdFeB 자석은 어닐링 처리(즉, 시효 처리)를 진행하여 희토류 영구자석 재료를 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1에서, 상기 화학식 중 x=1-15이고, y=4-25인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1에서, M은 PrNd 금속 분말이고, Pr과 Nd의 질량비는 1:2 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1에서, 상기 원료 분말의 입도는 -150메쉬이고, 상기 체질 처리는 150메쉬 체질을 사용하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2에서, 상기 처리할 NdFeB 자석의 배향 방향 두께는 1 내지 8mm이고; 상기 표면 세정의 과정은, 먼저 상기 소결 NdFeB 자석을 탈지 탱크(degreasing tank)에 8 내지 15분동안 담가 자석 표면의 기름기를 제거하고; 그 다음 제1차 물세척, 산세척, 제2차 물세척 및 초음파 처리를 순서대로 진행하고, 마지막으로 상기 소결 NdFeB 자석 표면을 바람으로 건조시키고; 상기 산세척은 희석 HNO3로 산세척을 진행하고, 시간은 20 내지 45초이고, 상기 바람 건조는 쾌속 강풍 건조를 채택하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 3에서, 상기 복합 분말 필름의 두께는 10 내지 40μm인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단계 4에서, 상기 진공 열처리의 조건은, 진공도가 10-3Pa보다 높고, 보온 온도는 650 내지 1050℃이고, 보온 시간은 5 내지 50시간인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보온 온도는 830 내지 870℃이고, 보온 시간은 30 내지 40시간이며; 상기 노 냉각은 50℃ 미만인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 5에서, 상기 어닐링 처리 온도는 420 내지 640℃이고, 시간은 2 내지 10시간인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단계 5에서, 상기 어닐링 처리 온도는 420 내지 480℃이고, 시간은 4 내지 6시간인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 5 이후에 후처리 단계가 더 포함되는데, 상기 희토류 영구자석 재료를 희석 질산에 담가 표면에 잔류하는 부착물을 제거한 다음, 탈이온수로 상기 희토류 영구자석 재료를 깨끗하게 세정하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 희석 질산은 질산 알코올 용액이고, 질량 농도는 2 내지 10%이며, 침지 시간은 60 내지 180초인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 질산 알코올 용액의 질량 농도는 4 내지 6%인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법.
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