KR102466859B1

KR102466859B1 - 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법

Info

Publication number: KR102466859B1
Application number: KR1020210097875A
Authority: KR
Inventors: 김태현; 강석이; 이민섭
Original assignee: 주식회사 일렉트로엠
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2022-11-16

Abstract

구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법이 제공된다. 상기 방법은, 장치에 의해 수행되는 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법에 있어서, 연자성 분말을 챔버 내부에 구비되는 호퍼에 투입하는 단계; 상기 호퍼를 통해 투입된 상기 연자성 분말에 부착된 위성분말을 해쇄하는 단계; 기류를 이용하여 상기 연자성 분말로부터 상기 위성분말이 제거되도록 해쇄된 상기 연자성 분말과 상기 위성분말을 분급하는 단계; 및 분급된 상기 연자성 분말을 포집하는 단계를 포함하되, 상기 연자성 분말의 해쇄 및 분급을 동시에 수행할 수 있다.

Description

구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법 {METHOD OF DISINTEGRATION PROCESS TO IMPROVE THE PROPERTIES OF SPHERICAL SOFT MAGNETIC METAL POWDER}

본 발명은 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로 핀밀장치를 이용한 해쇄공정과 기류를 이용한 분급공정을 동시에 수행하여 원료분말에 부착된 위성분말이 효과적으로 제거되어 전자기적 특성이 우수하며 낮은 코어손실을 갖는 구형의 연자성 분말을 제조할 수 있는 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속을 미세한 가루로 만든 금속분말은 급속 응고로 인해 편석이 없고, 결정립이 미세하며, 가공방법에 따라 기공률을 제어하는 것이 가능하므로, 우수한 기계적 특성 및 내마모성을 갖는 구조용 부품뿐만 아니라 다공성 기능부품을 제조할 수 있어 금속분말 부품의 적용 분야가 꾸준히 증가하고 있다.

연자성 금속 분말의 제조방식에는 다양한 종류가 있으며, 연자성 금속 분말은 보다 미세한 사이즈를 가져야 하고, 또한 그 생산성 내지 생산수율이 높아야 한다.

일반적으로 연자성 금속 분말을 제조하는 방법으로는 고체 금속을 분쇄하는 분쇄법과 석출과 같은 화학적 방법을 통한 습식법, 그리고 금속소재를 용융시킨 뒤 분사노즐을 이용하여 분무하는 분무법등이 사용된다.

상기 방법 중, 분무법은 사용하는 냉각매체에 따라 물과 같은 액체를 사용하는 수분사 아토마이저와 가스를 사용하는 가스 아토마이저로 구분할 수 있다.

구체적으로, 수분사 아토마이저 장치는 물과 같은 액체만 분사하거나, 물과 가스를 혼합하여 분사하여 금속 분말을 제조하는 방식이고, 가스 아토마이저 장치는 용융 금속을 분사노즐을 통하여 흘려주면서 상온의 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스를 분사하여 금속 분말을 제조하는 방식이다.

일반적으로 아토마이저 장치에 의해 제조되는 분말의 경우 용융된 원료 용액에서 분말이 되는 순간 급격한 온도 변화에 의해서 분말간 붙는 현상이 발생하게 된다. 이는 구형에서의 우수하게 나타나는 전자기적 특성을 저해하는 요소로 작용하게 될 수 있다.

대한민국 등록특허 제10-1512772호 대한민국 등록특허 제10-1517583호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 방법은, 장치에 의해 수행되는 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법에 있어서, 연자성 분말을 챔버 내부에 구비되는 호퍼에 투입하는 단계; 상기 호퍼를 통해 투입된 상기 연자성 분말에 부착된 위성분말을 해쇄하는 단계; 기류를 이용하여 상기 연자성 분말로부터 상기 위성분말이 제거되도록 해쇄된 상기 연자성 분말과 상기 위성분말을 분급하는 단계; 및 분급된 상기 연자성 분말을 포집하는 단계를 포함하되, 상기 연자성 분말의 해쇄 및 분급을 동시에 수행할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 위성분말을 해쇄하는 단계는, 상기 호퍼를 통해 투입되는 상기 연자성 분말의 투입속도에 대응하여 상기 위성분말이 해쇄되는 핀밀장치의 동작속도를 조절할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 위성분말을 분급하는 단계는, 상기 호퍼를 통해 투입되는 상기 연자성 분말의 투입속도에 대응하여 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도를 조절할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 위성분말을 분급하는 단계는, 상기 호퍼를 통해 투입되는 상기 연자성 분말의 투입속도에 대응하여 상기 위성분말이 해쇄되는 핀밀장치의 동작속도를 조절할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 위성분말을 분급하는 단계는, 상기 호퍼를 통해 투입되는 상기 연자성 분말의 투입속도에 대응하여 상기 위성분말이 해쇄되는 핀밀장치의 동작속도를 조절하고, 상기 핀밀장치의 동작속도에 대응하여 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도를 조절할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 위성분말의 입자크기는 1㎛ 이하일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분급된 상기 연자성 분말을 포집하는 단계는, 분급된 상기 연자성 분말 중 동일한 입자크기로 이루어진 구형의 연자성 분말만을 포집할 수 있다.

그리고, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 구형의 연자성 분말은 상기 제조방법을 통해 제조될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 핀밀장치를 이용한 해쇄공정과 기류를 이용한 분급공정을 동시에 수행함으로써, 원료분말에 부착된 위성분말이 용이하게 제거되어 전자기적 특성이 우수하며 낮은 코어손실을 갖는 구형의 연자성 분말을 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 원료가 투입되는 호퍼의 댐퍼 조정, 분말이 해쇄되는 핀밀장치의 동작속도 및 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도를 조절함으로써, 원료분말에 부착된 위성분말이 용이하게 제거되어 균일한 입자의 크기를 갖는 구형의 연자성 분말을 제조할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구형의 연자성 분말을 제조하기 위한 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 해쇄공정 전후의 이미지 결과를 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구형의 연자성 분말을 제조하기 위한 제조장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 해쇄공정 전후의 이미지 결과를 나타내는 도면으로써, 도 3(a)는 해쇄공정이 수행되기 전의 구형의 연자성 분말의 이미지를 설명하기 위한 도면이고, 도 3(b)는 해쇄공정이 수행되어 위성분말이 제거된 구형의 연자성 분말을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 발명은 아토마이저 장치에 의해 제조되는 연자성 분말(100)에 부착된 위성분말(102)을 제거하여 구형의 연자성 분말(400)을 제조할 수 있다. 이때, 일반적으로 아토마이저 장치를 통해 제조되는 분말의 입자크기는 평균 100㎛로 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.

예를 들어, 아토마이저 장치에 의해 제조되는 연자성 분말은 대략 0.1㎛~500㎛의 입자크기를 가질 수 있다. 즉, 연자성 분말은 균일한 입자크기의 분말보다는 상대적으로 위성분말이 부착된 큰 분말 등 다양한 입자크기를 갖는 분말 등이 포함될 수 있다.

이에 따라, 연자성 분말이 구형일 때 전자기적 특성이 우수하므로, 큰 분말에 부착된 위성분말을 제거하여 전자기적 특성이 우수하며 낮은 코어손실을 갖는 구형의 연자성 분말을 제조할 수 있다.

본 실시예에서, 전자기적 특성을 방해하여 불순물과 같은 영향을 주는 1㎛ 입자크기의 분말을 제거할 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.

구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 0.1㎛~500㎛의 다양한 입자 크기를 갖는 연자성 분말(100)에 부착된 미세입자의 위성분말(102)을 제거하기 위해 챔버(1) 내부에 위치하는 제조장치의 투입호퍼(10)에 연자성 분말(100)을 투입할 수 있다.

이때, 연자성 분말(100)은 Ni-Fe계 퍼멀로이(이하 "하이플럭스(high flux)"라 함) 분말로써, 중량%로 Ni이 40~50%이고, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 60~50% 포함하는 합금 분말일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.

투입호퍼(10)를 통해 연자성 분말(100)이 투입될 때, 댐퍼(미도시)를 조절하여 원료인 연자성 분말(100)의 투입속도를 조절할 수 있다.

예를 들어, 후술되는 핀밀장치(20)의 동작속도 및 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도에 대응하여 연자성 분말(100)의 투입속도를 조절할 수 있다. 즉, 투입호퍼(10)의 댐퍼 조정, 분말이 해쇄되는 핀밀장치(20)의 동작속도 및 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도를 조절함으로써, 원료분말에 부착된 위성분말(102)이 용이하게 제거되어 균일한 입자의 크기를 갖는 구형의 연자성 분말(400)을 제조할 수 있다.

다음으로, 투입호퍼(10)에 투입된 연자성 분말(100)이 챔버(1) 내부에 구비되며 투입호퍼(10)의 하부에 배치된 핀밀장치(20)(Fin Mill)로 이동하여 연자성 분말(100)에 부착된 위성분말(102)이 해쇄될 수 있다.

구체적으로, 연자성 분말(100)이 핀밀장치(20)에 구비된 핀의 인치 및 핀의 회전 마력을 조절하여 연자성 분말(100)에 부착된 위성분말(102)을 떼어내는 즉, 해쇄할 수 있다. 이때, 핀밀장치(20)는 투입호퍼(10)를 통해 연자성 분말(100)의 투입속도 및 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도에 대응하여 핀밀장치(20)의 동작속도를 조절하여 연자성 분말(100)에 부착된 위성분말(102)을 해쇄할 수 있다.

예를 들어, 핀밀장치(20)는 도 3을 참조하면, 위성분말(102)이 부착된 구형의 연자성 분말(100)(도 3(a) 참조)을 0.1㎛~500㎛의 입자크기를 갖는 연자성 분말(100)에 부착된 1㎛ 입자크기의 위성분말(102)을 해쇄할 수 있다(도 3(b) 참조).

이에 따라, 연자성 분말(100)은 1㎛ 전후의 입자크기의 위성분말(102)이 해쇄되어 전자기적 특성이 향상될 수 있다.

본 실시예에서, 핀밀장치(20)를 이용하여 연자성 분말(100)에 부착된 위성분말(102)을 해쇄하였지만, 이에 한정하지 않는다.

예를 들어, 마이크로밀(micro mill), 공기제트밀(air jet mill), 햄머밀(hammer mill), 햄머 크러셔(hammer crusher), 컷크려셔(cut crusher), 슈레더(shredder), 볼밀(ball mill), 습식밀(wet mill), 롤밀(roll mill), 조크라셔(jaw crusher), 터보 밀, 아토마이저 및 유발 등의 분쇄기 중의 하나 또는 둘을 결합하여 이용하여 연자성 분말(100)에 부착된 위성분말(102)을 해쇄할 수도 있다.

다음으로, 위성분말(102)이 해쇄된 연자성 분말(100)이 챔버(1) 내부에 구비되며 핀밀장치(20)의 하부에 배치된 분급장치(30)로 이동하여 해쇄된 위성분말(102)과 구형의 연자성 분말(400)이 분급(Classification)될 수 있다.

구체적으로, 분급장치(30)가 기류를 이용한 기류분급(Air Current Screening)공정을 수행하여 해쇄된 위성분말(102)과 구형의 연자성 분말(400)을 분급할 수 있다. 이때, 분급장치(30)는 투입호퍼(10)를 통해 연자성 분말(100)의 투입속도 및 핀밀장치(20)의 동작속도에 대응하여 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도를 조절하여 위성분말(102)과 구형의 연자성 분말(400)을 분급할 수 있다.

본 실시예에서, 해쇄된 위성분말(102)의 입자크기가 1㎛ 이하이므로, 입자크기가 74㎛ 이하에 적용가능하며 물이나 공기 등의 유체 사이를 입자가 침강하는 속도의 차이를 이용하여 중력식 또는 관성식으로 분급하는 기류분급법을 이용하는 분급하는 것으로 개시하였지만, 이에 한정하지 않고 사별분급(Sieve Screening)이라 불리는 표준체를 이용하여 분급할 수도 있다.

마지막으로, 수집장치(40)는 챔버(1)의 하부에 형성되며, 기류분급공정을 수행하여 분급되어 균일한 입자크기를 갖는 구형의 연자성 분말(400)을 포집할 수 있다. 이때, 수집장치(40)는 챔버(1)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.

즉, 원료가 투입되는 투입호퍼(10)의 댐퍼 조정, 연자성 분말(100)이 해쇄되는 핀밀장치(20)의 동작속도 및 해쇄된 분말이 분급되는 기류의 발생속도를 조절하여 핀밀장치(20)를 이용한 해쇄공정과 분급장치(30)를 이용한 분급공정을 동시에 수행함으로써, 원료인 연자성 분말(100)에 부착된 위성분말(102)을 효과적으로 제거하여 원하는 크기의 분말로 이루어지며 전자기적 특성이 우수한 구형의 연자성 분말(400)을 포집할 수 있다.

예를 들어, 수집장치(40)는 분급되는 기류를 조절하여 기류의 이동에 따라 균일한 입자크기를 갖는 구형의 연자성 분말(400)과 위성분말(102)을 효과적으로 분리하여 원하는 크기의 균일한 입자를 갖는 구형의 연자성 분말(400)을 포집할 수 있다.

여기서, 위성분말(102)은 기류의 이동에 따라 분류되어 별도로 포집될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 위성분말(102)은 기류를 이용한 분급공정에 의해 구형의 연자성 분말(400)과 다른 경로로 이동하여 별도의 수집장치를 통해 포집될 수 있다.

본 발명의 각각의 실시예에 따른 구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법은 경기도 「반도체·디스플레이 소재·부품·장비산업 자립화 연구지원사업」의 지원으로 게재 및 출원하게 되었다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

1 : 챔버
10 : 투입호퍼
20 : 핀밀장치
30 : 분급장치
40 : 수집장치

Claims

장치에 의해 수행되는 구형의 연자성 금속 분말의 해쇄 공정 방법에 있어서,
연자성 분말을 챔버 내부에 구비되는 호퍼에 투입하는 단계;
상기 호퍼를 통해 투입된 상기 연자성 분말에 부착된 위성분말을 해쇄하는 단계;
기류를 이용하여 상기 연자성 분말로부터 상기 위성분말이 제거되도록 해쇄된 상기 연자성 분말과 상기 위성분말을 분급하는 단계; 및
분급된 상기 연자성 분말을 포집하는 단계를 포함하되,
상기 연자성 분말의 해쇄 및 분급을 동시에 수행하고,
상기 위성분말을 해쇄하는 단계는,
상기 호퍼를 통해 투입되는 상기 연자성 분말의 투입속도에 비례하여 상기 위성분말을 해쇄하는 핀밀장치의 동작속도를 조절하여 상기 연자성 분말에 부착된 상기 위성분말을 해쇄하는,
구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 위성분말을 분급하는 단계는,
상기 호퍼를 통해 투입되는 상기 연자성 분말의 투입속도에 비례하여 해쇄된 분말을 분급하는 분급장치의 기류의 발생속도를 조절하여 해쇄된 상기 연자성 분말과 상기 위성분말을 분급하는,
구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법.
제1항에 있어서,
상기 위성분말을 분급하는 단계는,
상기 위성분말을 해쇄하는 상기 핀밀장치의 동작속도에 비례하여 해쇄된 분말을 분급하는 분급장치의 기류의 발생속도를 조절하여 해쇄된 상기 연자성 분말과 상기 위성분말을 분급하는,
구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법.
제1항에 있어서,
상기 위성분말을 분급하는 단계는,
상기 호퍼를 통해 투입되는 상기 연자성 분말의 투입속도 및 상기 위성분말을 해쇄하는 상기 핀밀장치의 동작속도에 비례하여 해쇄된 분말을 분급하는 분급장치의 기류의 발생속도를 조절하여 해쇄된 상기 연자성 분말과 상기 위성분말을 분급하는,
구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법.
제1항에 있어서,
상기 위성분말의 입자크기는 1㎛ 이하인,
구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법.
제1항에 있어서,
상기 분급된 상기 연자성 분말을 포집하는 단계는,
분급된 상기 연자성 분말 중 동일한 입자크기로 이루어진 구형의 연자성 분말만을 포집하는,
구형의 연자성 금속 분말의 특성 향상을 위한 해쇄 공정 방법.
제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 제조된, 구형의 연자성 분말.