KR102591204B1 - 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 개시한다. 본 발명은 중희토 확산 용액을 연속적으로 교반하는 중희토 교반부; 상기 중희토 교반부의 하부에 연결되고, 상기 중희토 확산 용액을 분사하는 스프레이 노즐; 상기 중희토 확산 용액을 상기 스프레이 노즐로 공급하는 시린지 펌프(syringe pump); 상기 중희토 확산 용액의 분사 압력을 제어하는 아르곤 압력 제어기; 상기 스프레이 노즐 세척 용액이 담지된 세척부; 및 상기 스프레이 노즐의 하부에 배치되는 컨베이어 벨트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치{HEAVY RARE EARTH DIFFUSION MATERIAL SPRAY DEVICE FOR RARE EARTH SINTERED MAGNET}
본 발명은 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 본 발명은 중희토 확산 용액의 연속적인 교반을 통해 중희토 확산 용액의 균질성 제어 한계를 극복하는 동시에 노즐 막힘 문제를 해소할 수 있는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치에 관한 것이다.
NdFeB계 자석은 희토류 원소인 네오디뮴(Nd) 및 철, 붕소(B)의 화합물인 Nd2Fe14B의 조성을 갖는 영구자석으로서, 1983년 개발된 이후에 30년 동안 범용 영구자석으로 사용되어 왔다. 이러한 NdFeB계 자석은 전자 정보, 자동차 공업, 의료 기기, 에너지, 교통 등 여러 분야에서 쓰인다.
특히 최근 경량, 소형화 추세에 맞춰서 공작 기기, 전자 정보기기, 가전용 전자 제품, 휴대 전화, 로봇용 모터, 풍력 발전기, 자동차용 소형 모터 및 구동 모터 등의 제품에 사용되고 있다.
NdFeB계 자석을 제조하기 위한 종전의 방법으로서는 자석의 합금을 제작하는 과정에서 Nd(네오디뮴) 혹은 Pr(프라세오디뮴) 같은 경희토의 5~10 wt%를 Dy(디스프로슘) 혹은 Tb(테르븀)와 같은 중희토로 치환한 조성으로 설계된다.
하지만, 이때 사용되는 Dy 혹은 Tb와 같은 중희토는 Nd 혹은 Pr과 같은 경희토와 비교할 때 가격이 4~10배 고가이고 세계적으로 매장량도 풍부하지 못하다는 자원적 제한요소가 있기 때문에, 희토류자석의 활용분야를 확대하고 원활한 수급문제를 해결하기 위해서는 중희토의 함유량을 최소화하면서 보자력을 향상시키기 위한 새로운 자석제조방법의 발명이 필요로 한다.
이와 같은 관점에서 2000년대부터 세계 각국의 연구기관 및 희토자석 생산기업에서는 중희토 사용량을 최소화 하면서 보자력을 향상시키고자 하는 개발을 진행해오고 있고, 이제까지 개발된 대표적인 방법으로는 희토자석의 결정립을 미세화 시키는 방법 및 희토자석 표면에 중희토를 확산시켜 중희토의 사용량을 최소화 하는 중희토 입계확산 방법이 제시되고 있다.
즉, NdFeB계 자석으로 대표되는 중희토 소결자석은 보자력 성능 향상을 위하여 입계확산공정(grain boundary diffusion process, GBDP)을 활용하여 자석 표면에 중희토 확산물질을 도포하고 GBDP를 통해 입계에 중희토를 확산시켜 성능을 높이며, 중희토 확산물질의 자석표면 도포 방법에는 대표적으로 디핑 (dipping)과 분사 (spraying)이 있다.
그러나, 디핑법의 경우, 도포량 제어가 어렵고 공정 일관성이 낮으며 과도포로 인한 표면 문제를 유발하는 문제가 있고, 일반적인 분사법의 경우, 확산물질 농도 균질성을 유지하기 어렵고 금속분말에 의한 노즐막힘 문제를 수반하는 문제가 있다.
따라서, 입계확산 공정을 통한 중희토자석 성능의 향상은 입계확산 이전 단계인 확산물질의 표면 도포 공정에서의 도포량과 균일성에 매우 민감하게 변화하기 때문에, 디핑법의 단점을 보완하고 기존의 분사법의 애로사항인 확산물질 농도 균질성 및 노즐막힘 문제를 제거하기 위한 연구가 필요하다.
한국공개특허공보 제2020-0144853호, " 소결 자석의 제조 방법" 한국등록특허공보 제1632562호, "이종금속이 확산된 r-fe-b계 희토류 자성분말의 제조 방법"
본 발명의 실시예는 스프레이 노즐의 바로 위에 최단거리로 중희토 교반부를 배치하여 희토자석용 중희토 확산물질 도포 공정동안 중희토 확산 용액의 농도 균질성을 향상시킬 수 있는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 중희토 교반부와 스프레이 노즐 사이에 세척부를 연결하여 희토자석용 중희토 확산물질 도포 공정동안 연속적인 클리닝 공정을 진행하여 노즐 막힘 문제를 해소할 수 있는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액을 연속적으로 교반하는 중희토 교반부; 상기 중희토 교반부의 하부에 연결되고, 상기 중희토 확산 용액을 분사하는 스프레이 노즐; 상기 중희토 확산 용액을 상기 스프레이 노즐로 공급하는 시린지 펌프(syringe pump); 상기 중희토 확산 용액의 분사 압력을 제어하는 아르곤 압력 제어기; 상기 스프레이 노즐 세척 용액이 담지된 세척부; 및 상기 스프레이 노즐의 하부에 배치되는 컨베이어 벨트;를 포함한다.
상기 중희토 확산 용액은 상기 중희토 교반부에서 교반 중인 상태에서 상기 시린지 펌프를 통하여 상기 스프레이 노즐로 이동될 수 있다.
상기 중희토 교반부와 상기 스프레이 노즐 사이의 거리는 2 cm 내지 20 cm일 수 있다.
상기 중희토 교반부는 자력에 의해 상기 중희토 확산 용액이 교반될 수 있다.
상기 스프레이 노즐은 좌우로 이동 또는 회전될 수 있다.
상기 세척부는 상기 중희토 교반부와 상기 스프레이 노즐 사이에 T관 및 밸브에 의해 연결될 수 있다.
상기 중희토 확산 용액의 농도는 100g/50mL 내지 100g/1000mL일 수 있다.
상기 시린지 펌프는 상기 중희토 확산 용액의 분사량을 제어할 수 있다.
상기 중희토 확산 용액의 분사량은 1 mL/min 내지 30 mL/min일 수 있다.
상기 컨베이어 벨트는 상기 중희토 확산 용액의 분사 시간을 제어할 수 있다.
상기 중희토 확산 용액의 분사 시간은 1초 내지 10초일 수 있다.
상기 중희토 확산 용액의 분사 압력은 10 kPa 내지 200 kPa일 수 있다.
상기 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 능동 배기구를 포함하는 밀폐 케이지를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스프레이 노즐의 바로 위에 최단거리로 중희토 교반부를 배치하여 희토자석용 중희토 확산물질 도포 공정동안 중희토 확산 용액의 농도 균질성을 향상시킬 수 있는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중희토 교반부와 스프레이 노즐 사이에 세척부를 연결하여 희토자석용 중희토 확산물질 도포 공정동안 연속적인 클리닝 공정을 진행하여 노즐 막힘 문제를 해소할 수 있는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 도시한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 중희토 확산물질 도포 공정에 따른 희토자석의 표면 변화를 도시한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 중희토 확산 용액의 분사량에 따른 도포량을 도시한 그래프이다.
도 5는 딥핑 방법 및 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 중희토 확산물질 도포 방법에 따른 도포량 편차를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 도포량에 따른 희토자석의 성능을 도시한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
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, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 도시한 이미지이다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액을 연속적으로 교반하는 중희토 교반부(110), 중희토 교반부(110)의 하부에 연결되고, 중희토 확산 용액을 분사하는 스프레이 노즐(120), 중희토 확산 용액을 스프레이 노즐(120)로 공급하는 시린지 펌프(syringe pump), 중희토 확산 용액의 분사 압력을 제어하는 아르곤 압력 제어기, 스프레이 노즐 세척 용액이 담지된 세척부(130) 및 스프레이 노즐의 하부에 배치되는 컨베이어 벨트를 포함한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액이 중희토 교반부(110)에서 교반중인 상태에서 시린지 펌프를 통하여 스프레이 노즐(120)로 이동하며, 아르곤 압력에 의하여 분사되어 동시에 컨베이어 벨트 위를 수평으로 이동하는 자석 모재 표면에 균일하게 도포될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 스프레이 노즐(120)의 바로 위에 최단거리로 중희토 교반부(110)를 배치하여 희토자석용 중희토 확산물질 도포 공정동안 중희토 확산 용액의 농도 균질성을 향상시키는 동시에 중희토 교반부(110)와 스프레이 노즐(120) 사이에 세척부(130)를 연결하여 희토자석용 중희토 확산물질 도포 공정동안 연속적인 클리닝 공정을 진행하여 노즐 막힘 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액을 연속적으로 교반하는 중희토 교반부(110)를 포함한다.
중희토 확산 용액은 중희토 확산 물질인 Dy, Tb 및 Ho(홀륨) 중 적어도 어느 하나의 중희토를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 중희토 확산 용액은 R-X 화합물(R=1종 이상의 Dy, Tb 등 희토류 원소, X=1종 이상의 H, O, N, F, B) 또는 R-TM(-X) 합금분말(R=1종 이상의 Dy, Tb 등 희토류 원소, TM=1종 이상의 전이금속, X=B, C)을 포함할 수 있고, 예를 들어, DyF3, Dy2O3, DyOF, TbF3, Tb2O3, TbOF 등일 수 있다.
바람직하게는, 하이드라이드 계열의 R-X 화합물이 사용될 수 있고, 하이드라이드 계열의 R-X 화합물 TbH 및 DyH 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 중희토 확산 용액은 금속을 더 포함할 수 있고, 금속은 Al, Cu 및 Co 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 금속은 R-X 화합물과 혼합물 또는 합금의 형태로 포함될 수 있고, 예를 들어, 금속을 더 포함하는 하이드라이드 계열의 R-X 화합물은 Al/TbH, Cu/TbH, Co/TbH, Al/DyH, Cu/DyH, Co/DyH, Al/Cu/Co/TbH 합금(alloy), Al/Cu/Co/DyH 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
중희토 확산 용액은 용매를 더 포함할 수 있고, 용매는 알코올 또는 증류수를 포함할 수 있다.
중희토 교반부(110)는 중희토 확산 물질과 용매를 균일하게 혼련하여 중희토화합물 슬러리를 제조하며, 중희토 확산 물질과 금속은 용매(예; 알코올) 내에서 수초 내에 가라앉기 때문에 교반이 없을 경우 중희토 확산 용액 내의 균일도를 유지할 수 없다.
한 개의 중희토 교반부(110) 내에 포함된 중희토 확산 용액으로 수개 내지 수십개의 자석모재(희토자석)에 도포할 수 있기 때문에, 시린지에 교반이 없다면 초기 도포량과 후기 도포량이 균일하지 않게 되나, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 시린지로 중희토 교반부(110)를 사용하여 중희토 확산 용액을 공정 중에 균일하게 교반함으로써 초기 도포량과 후기 도포량이 균일할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액의 농도는 100g/50mL 내지 100g/1000mL일 수 있고, 바람직하게는, 중희토 확산 용액의 농도는 100g/300mL일 수 있다.
중희토 확산 용액에 포함되는 중희토 확산 물질의 함량은 0.1 wt% 내지 5wt %일 수 있고, 바람직하게는 중희토 확산 물질의 함량은 1 wt%일 수 있다.
종래에는 중희토 확산 물질의 함량이 1 wt% 이상의 경우 과도포에 의한 표면 도포면의 균일도가 저하되는 문제가 있었으나, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산 물질 분사 장치는 스프레이 노즐(120)의 바로 위에 최단거리로 중희토 교반부(110)를 배치하여 1 wt% 이상의 중희토 확산 물질을 포함하여도 중희토 확산 용액의 균일성을 향상시킬 수 있다.
중희토 교반부(110)는 자력에 의해 중희토 확산 용액을 교반할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 자력교반 시스템을 통하여 도포공정 중 중희토 확산 용액을 연속적으로 교반함으로써 중희토 확산 용액의 농도 변화를 방지할 수 있다.
따라서, 계속된 교반으로 인해 중희토 교반부(110) 내의 전체 중희토 확산 용액의 농도가 균일하게 유지되어, 수개 또는 수십개의 자석모재(희토자석)에 중희토 확산 용액 도포 시에 처음과 끝의 코팅량 농도가 동일하게 유지될 수 있다.
수직으로 세워진 시린지 펌프에 장착된 시린지(중희토 교반부(110))의 측면에 자력 교반기가 위치하고, 자력 교반기 및 교반자석의 회전 축은 지평선과 평행하며 시린지와 수직할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 교반부(110)의 하부에 연결되고, 중희토 확산 용액을 분사하는 스프레이 노즐(120)을 포함한다.
스프레이 노즐(120)은 중희토 교반부(110)에서 균일하게 혼합된 중희토 확산 용액이 분사되는 부분으로, 스프레이 노즐(120)은 중희토 교반부(110)의 바로 아래에 최단거리로 연결되어 희토자석에 도포되는 중희토 확산 용액의 농도 균질성을 향상시킬 수 있다.
중희토 확산 용액은 용액 내에 중희토를 포함하고 있고, 중희토는 무게가 비교적 무겁기 때문에 중희토 교반부(110)와 스프레이 노즐(120) 사이의 거리가 멀면 중희토 확산 용액 내의 중희토가 가라 앉아, 스프레이 노즐(120)로 분사되는 중희토 확산 용액의 농도 균일성이 감소될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산 물질 분사 장치는 중희토 교반부(110)와 스프레이 노즐(120)을 최단 거리로 연결하여, 중희토 교반부(110) 내의 중희토 확산 용액이 균일하게 교반 중인 상태에서 스프레이 노즐(120)로 분사되기 때문에, 중희토 확산 용액은 중희토 교반부(110)에서 교반 중인 상태에서 시린지 펌프를 통하여 스프레이 노즐(120)로 이동되어 중희토 확산 용액의 균일성이 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산 물질 분사 장치를 사용하여 희토자석에 중희토 확산 용액을 도포하면 기존에 사용하는 중희토 확산 용액의 70%만을 사용하도 입계확산 희토자석의 보자력을 향상시킬 수 있다.
중희토 교반부(110)와 스프레이 노즐(120) 사이의 거리는 2 cm 내지 20 cm일 수 있고, 중희토 교반부(110)와 스프레이 노즐(120) 사이의 거리가 2 cm는 구조상 형성이 어려우며, 20 cm를 초과하면 중희토 확산 용액의 균일성이 저하되는 문제가 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 스프레이 노즐(120)이 좌우로 이동 또는 회전될 수 있다.
따라서, 스프레이 노즐(120) 자체의 회전 이동을 포함하는 진동을 가능케하여 중희토 교반부(110에서 스프레이 노즐(120) 사이에 발생할 수 있는 농도 변이를 배제하고 분사 균일도를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 스프레이 노즐이 좌우로 이동 또는 회전됨으로써, 컨베이어 벨트 내에 안착된 희토자석으로 중희토 확산 용액이 고르게 분사될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액을 스프레이 노즐(120)로 공급하는 시린지 펌프를 포함한다.
시린지 펌프는 중희토 확산 용액의 신속한 공급이 가능하여 택트 타임의 감소에 따른 생산량의 증대를 달성할 수 있는 장점이 있다.
중희토 교반부(110) 내의 중희토 확산 용액은 아르곤에 의해 가압되어 시린지 펌프로 공급되고, 도포 공정이 시작되면 시린지 펌프 내로 공급된 중희토 확산 용액이 아르곤 압력 제어기에 의해 일정량이 스프레이 노즐(120)로 공급될 수 있다.
시린지 펌프는 시린지에 압력을 가해 분출되는 중희토 확산 용액의 양을 정밀 정확하게 제어할 수 있다.
따라서, 시린지 펌프는 중희토 확산 용액의 분사량을 제어할 수 있다.
중희토 확산 용액의 분사량은 1 mL/min 내지 30 mL/min 일 수 있고, 바람직하게는, 중희토 확산 용액의 분사량은 10 mL/min일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액의 분사 압력을 제어하는 아르곤 압력 제어기를 포함한다.
중희토 확산 용액의 분사 압력은 10 kPa 내지 200 kPa 일 수 있고, 바람직하게는, 중희토 확산 용액의 분사 압력은 100 kPa일 수 있다.
만약, 중희토 확산 용액의 분사 압력이 10 kPa 미만이면, 분사가 고르지 못하고 분사 면적이 작아지는 문제가 있고, 200 kPa을 초과하면, 분사된 중희토 확산 용액이 압력에 의해 희토자석(자석모재)의 표면에 고르게 코팅되지 않는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 스프레이 노즐 세척 용액이 담지된 세척부(130)를 포함한다.
세척부(130)는 중희토 교반부(110)와 스프레이 노즐(120) 사이에 T관 및 밸브에 의해 연결될 수 있고, T관 및 밸브 제어를 통해 연속적인 클리닝을 진행할 수 있다.
따라서, 세척부(130)는 도포 공정 종료 후, 즉시 세척 용액이 주입되어 스프레이 노즐(120)을 연속적으로 세척함으로써, 스프레이 노즐(120) 막힘을 해소할 수 있다.
세척 용액은 알코올 또는 증류수를 포함할 수 있다. 세척 용액은 중희토 확산 용액에 포함되는 용매와 동일한 물질이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 스프레이 노즐의 하부에 배치되는 컨베이어 벨트를 포함한다.
컨베이어 벨트에는 중희토 확산 용액을 도포하고자 하는 희토자석(자석 모재, 소결 자석)이 적재될 수 있고, 희토자석이 적재된 컨베이어 벨트는 도포 공정동안 일정한 속도로 이동하기 때문에, 컨베이어 벨트는 중희토 확산 용액의 분사 시간을 제어할 수 있다.
컨베이어 벨트의 속도는 2.5 cm/s 내지 25 cm/s 일 수 있고, 바람직하게는, 컨베이어 벨트의 속도는 10 cm/s 일 수 있다.
중희토 확산 용액의 분사 시간은 1초 내지 10초 일 수 있고, 바람직하게는 중희토 확산 용액의 분사 시간은 2초일 수 있다. 중희토 확산 용액의 분사 시간이 2초인 경우, 중희토 확산 물질의 함량은 1 wt%일 수 있고, 중희토 확산 용액이 자석모재(희토자석) 표면에 도포되기 위한 다른 변수들과 복합적 제어로 설정된다.
희토자석은 R-Fe-B계 자석일 수 있고, 여기서, R은 네오디뮴(Nd), 디스프로슘(Dy), 테르븀(Tb) 등의 희토류 원소 또는 희토류 원소의 조합을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 분사 공정 시 대기중에 존재하는 중희토 입자로 인한 공기 오염을 방지하기 위한 밀폐 케이지와 오염된 공기를 배출을 위한 능동 배기구를 포함할 수 있다.
일반적인 분사 시스템은 한 개의 밀폐 케이지 내에 포함되나, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 오염 방지를 위하여 밀폐 케이지(1차 밀폐 케이지)를 포함하고, 오염을 보다 방지하기 위하여 1차 밀폐 케이지 외부에 밀폐 케이지(2차 밀폐 케이지)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 1차 밀폐 케이지 및 2차 밀폐 케이지 모두 능동 배기구를 포함하고, 중희토 확산 용액의 도포 공정은 1차 밀폐 케이지 내에서 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 중희토 확산 용액의 농도, 분사량, 분사압력, 분사시간 등의 다양한 도포 조건을 통하여 도포 공정을 정밀 제어할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 TbH 1wt%를 도포하기 위해 100g/300mL의 농도를 갖는 중희토 확산 용액을 2초 동안 100 kPa의 분사 압력으로 10 mL/min의 분사량으로 분사할 수 있고, 이때, 1 wt%의 중희토 확산 물질을 포함하는 중희토 확산 용액을 자석모재(희토자석) 표면에 도포되기 위하여 다른 변수들과 복합적 제어로 설정될 수 있다. 따라서, 중희토 확산 용액의 농도에 따라 공정 조건(분사 시간, 분사 압력, 분사량 등)이 조절될 수 있다.
바람직하게는, 중희토 확산 용액의 도포량은 중희토 확산 용액의 농도(또는 중희토 확산 물질의 함량), 중희토 확산 용액의 분사량, 컨베이어 벨트의 속도 및 중희토 확산 용액의 분사 압력에 따라 조절될 수 있고, 예를 들어, 중희토 확산 용액의 농도(또는 중희토 확산 물질의 함량)와 중희토 확산 용액의 분사량이 증가되면 중희토 확산 용액의 도포량이 증가될 수 있으며, 컨베이어 벨트의 속도와 중희토 확산 용액의 분사 압력이 증가되면 중희토 확산 용액의 도포량은 감소될 수 있다,
또한, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 분사 공정을 이용하여 희토자석에 중희토 확산 용액을 도포하기 때문에, 희토자석의 측면 도포를 방지하여 중희토 확산 물질의 사용량을 감소시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 희토자석의 측면에 도포되는 중희토 확산 용액은 자석형상(측면 방향이 길고 두께 방향이 얇음)에 의해 균일 확산에 기여하지 못하여, 희토자석의 표면의 입내확산을 유발하여 잔류자화를 감소시키나, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 분사 방법으로 측면 도포량을 감소시켜 잔류자화 감소를 저감시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 중희토 확산물질 도포 공정에 따른 희토자석의 표면 변화를 도시한 이미지이다.
도 3을 참조하면, 기존의 디핑을 통한 도포공정은 충분한 도포량을 확보하는 과정에서 과도포에 의한 표면의 균일성 저하가 발생하며, 도포를 의도하지 않은 측면 도포가 수반될 수 있다.
따라서, 디핑을 통한 도포공정(dip-coating)은 희토자석 성능의 균일성을 저해하며 중희토 확산물질의 불필요한 사용량을 증가시키는 문제가 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용하여 도포 공정(spray coating)을 진행하면 희토자석의 측면 도포를 방지함으로써 공정의 개선만으로 중희토 사용량을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용하여 희토자석에 도포 공정을 진행하면 분사량을 제어하여 단일 공정으로 충분한 도포량을 확보할 수 있고, 중희토 확산물질이 도포된 자석표면의 개질을 개선할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 중희토 확산 용액의 분사량에 따른 도포량을 도시한 그래프이고, 도 5는 딥핑 방법 및 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 중희토 확산물질 도포 방법에 따른 도포량 편차를 도시한 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 균일 분사도포의 농도, 분사량, 분사압력, 분사시간 등 공정조건을 통하여 도포량의 정밀 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 사용하면, 기존의 디핑을 통한 도포공정의 30% 이상의 오차를 2% 이내로 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 이용한 도포량에 따른 희토자석의 성능을 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 사용하여 도포 공정을 진행하면 기존의 디핑을 통한 도포공정 대비 70%의 중희토 확산물질 도포만으로도 동일한 수준의 보자력(Hcj) 증가를 구현할 수 있어, 증희토 저감을 실험할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치를 사용하여 제조된 입계확산 희토자석은 보자력(Hcj) 향상에 수반되는 Br의 감소를 낮추어 기존의 디핑을 통하여 제조된 입계확산 희토자석 대비 높은 Br을 구현할 수 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 입계확산 희토자석의 성능을 향상시키는 동시에 중희토 사용량을 저감시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 중희토 교반부 120: 스프레이 노즐
130: 세척부

Claims (13)

  1. 자력에 의해 중희토 확산 용액을 연속적으로 교반하는 중희토 교반부;
    상기 중희토 교반부의 하부에 연결되고, 상기 중희토 확산 용액을 분사하는 스프레이 노즐;
    상기 중희토 확산 용액을 상기 스프레이 노즐로 공급하는 시린지 펌프(syringe pump);
    상기 중희토 확산 용액의 분사 압력을 제어하는 아르곤 압력 제어기;
    상기 스프레이 노즐 세척 용액이 담지된 세척부; 및
    상기 스프레이 노즐의 하부에 배치되는 컨베이어 벨트;
    를 포함하고,
    상기 중희토 교반부는 측면에 자력 교반기가 위치하고, 상기 자력 교반기 및 교반자석의 회전 축은 지평선과 평행하며 상기 중희토 교반부와 수직하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중희토 확산 용액은 상기 중희토 교반부에서 교반 중인 상태에서 상기 시린지 펌프를 통하여 상기 스프레이 노즐로 이동되는 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중희토 교반부와 상기 스프레이 노즐 사이의 거리는 2 cm 내지 20 cm인 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스프레이 노즐은 좌우로 이동 또는 회전되는 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세척부는 상기 중희토 교반부와 상기 스프레이 노즐 사이에 T관 및 밸브에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중희토 확산 용액의 농도는 100g/50mL 내지 100g/1000mL인 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.

  8. 제1항에 있어서,
    상기 시린지 펌프는 상기 중희토 확산 용액의 분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중희토 확산 용액의 분사량은 1 mL/min 내지 30 mL/min인 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 상기 중희토 확산 용액의 분사 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중희토 확산 용액의 분사 시간은 1초 내지 10초인 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 중희토 확산 용액의 분사 압력은 10 kPa 내지 200 kPa인 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치는 능동 배기구를 포함하는 밀폐 케이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 희토자석용 중희토 확산물질 분사 장치.
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