KR19980043534A - 이방성 영구자석 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 희토류계 이방성 영구자석 제조방법에 관한 것으로, 종래에는 희토류계 영구자석의 부식을 방지하기 위하여 복잡한 공정으로 이루어진 전착도장공정이나 니켈도금공정 등의 표면처리공정이 추가됨으로써 대량생산시 생산성을 저하시키는 문제가 있었다.

본 발명은 희토류 합금을 용융상태에서 급속응고시켜 비정질 또는 미세 결정 구조를 갖는 자성분말을 구리재질의 밀폐튜브에 넣어 예비성형체를 형성하는 단계와, 상기 예비성형체를 밀페형 금형에 장입하고 진공분위기 아래에서 열간압축가공 및 열간소성변형시키는 단계로 이루어진 이방성 영구자석 제조방법을 제공함으로써 복잡한 표면처리공정을 구리재질의 밀폐튜브를 이용하여 단순화함으로써 대량생산시 생산효율을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.

Description

이방성 영구자석 제조방법

본 발명은 이방성 영구자석 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면처리공정 효과를 얻을 수 있는 구리와 같은 비철금속 또는 연강과 같은 금속재질의 밀폐튜브에 예비성형체를 넣어 성형하는 이방성 영구자석 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 하나 또는 그 이상의 희토류원소(Rare Earth Element ; 이하 RE라 약칭함), 하나 또는 그 이상의 천이금속(Transition Metal ; 이하 TM이라 약칭함) 및 붕소(B)를 기초로 하는 희토류계 영구자석 조성물(RE-TM-B) 및 제조방법이 공지되어 있다.

여기서 희토류 원소로는 네오디뮴(Nd), 또는 프라세어디뮴(Pr) 또는 두원소 모두 해당되고, 천이금속으로서는 철(Fe) 또는 철과 코발트(Co)의 혼합물이 해당된다. 이들의 바람직한 조성물은 Re₂TM₁₄B 상( 여기서 TM은 철을 포함하는 하나 또는 그 이상의 천이금속 임)을 포함하는 것이다.

이와같은 희토류계 이방성 영구자석을 제조하기 위한 방법은 먼저, 급속응고를 이용한 비정질 또는 미세결정질의 Nd-Fe-B자성합금분말을 상온에서 압축성형하여 콤팩트(Compact)한 성형체를 상부펀치, 하부펀치 및 다이로 이루어진 금형세트에 넣어 열간압축하여 고밀도 등방성 자석을 제조하는 핫-프레싱(Hot-Pressing)공정과, 이 등방성 자석성형체를 다시 열간소성가공하여 결정의 자화용이축이 가압방향으로 정렬되도록 자기적 이방성을 부여하는 다이-업셋팅(Die-Upsetting) 공정으로 이방성 자석을 제조한다.

등방성 자석을 제조하는 핫-프레싱공정은 약 700℃∼720℃의 고온으로 가열한 다음 압력을 가하여 등방성 금속간(Metallic) 성형체를 제조한다.

이때, 입경계(Grain Boundary)를 통하여 액상의 Nd-리치(Rich)상이 밀려나와 시료의 고밀도화가 진행되고, 성형체의 내부조직에는 비정질상의 결정화, 또는 미세결정의 입도성장(Grain Growth) 등의 변화가 진행되며 최종적으로는 약 50㎛크기의 구형 결정립으로 생성되게 한다.

그리고 이방성 자석을 제조하는 다이-업셋팅 공정은 약 800℃부근에서 가열하며 압력을 가하여 높이 변형율(Height Reduction Rate)이 30∼80% 정도가 되게 끔 열간소성변형시키는 공정으로 다이 업셋팅 후 결정립은 길이가 약 250㎚ 높이가 50㎚인 판상(Platelet)의 형상을 하고 있으며, 단축이 프레스 방향과 평형하게 배열되게 한다.

한편, 원형 또는 각형으로 된 튜브를 이용하여 고온에서 열간압축성형 공정과 다이업셋팅 공정이 한 번의 스트로크(One stroke)로 진행하는 제조방법이 공지되어 있다.

즉, 비정질 미세 입자 분말을 압축성형하여 예비성형체를 제조하여 원형 또는 각형의 튜브안에 넣고, 상기 예비성형체를 약 700∼850℃ 까지 가열한 상태에서 열간압축가공하여 예비성형체에 고밀도의 등방성을 부여하며, 상기 등방화된 예비성형체를 다이-업셋팅 가공하여 소성변형이 일어나도록 함으로써 대체로 가압방향의 축과 평행을 이루는 방향으로 자기적 이방성을 갖도록 한 영구자석을 제조한다.

한편, 종래의 RE-TM-B으로 이루어진 희토류계 합금은 산화성이 높아 부식이 쉽게 일어나며, 이로인해 자기적 특성이 저하되므로 이를 방지하기 위해 전착도장 또는 니겔도금 등의 표면처리공정이 진행된다.

그런데 이와같은 종래의 희토류계 이방성 영구자석 제조방법에 있어서, 전기화학적 이온화 경향을 이용하여 유기성 재료를 도포하는 전착도장공정이나 니켈을 도금하는 니켈도금공정 등은 그 공정이 복잡하여 희토류계 이방성 영구자석을 양산하고자 할 때 생산성을 저하시키는 요인 중의 하나이다.

따라서, 본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 희토류계 이방성 영구자석의 부식성을 억제하기 위한 표면처리공정을 단순화하여 대량생산시 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 희토류계 이방성 영구자석 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 하나 또는 그 이상의 희토류 원소, 하나 또는 그 이상의 천이금속 및 붕소를 함유하는 희토류계 합금으로 이루어진 영구자석 제조방법에 있어서, 희토류 합금을 용융상태에서 급속응고시켜 비정질 또는 미세 결정 구조를 갖는 자성분말을 구리와 같은 비철금속재질 또는 연강과 같은 금속재질의 밀폐튜브에 넣어 예비성형체를 형성하는 단계와, 상기 예비성형체를 밀페형 금형에 장입하고 진공분위기 아래에서 열간압축가공 및 열간소성변형시키는 단계로 이루어진 이방성 영구자석 제조방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 이방성 영구자석 제조장치를 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 이방성 영구자석 제조공정을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 밀폐튜브를 보인 사시도 및 전단면도.

도 4는 본 발명에 따른 밀폐튜브의 다른예를 보인 사시도

도면의 주요부분에 대한 부호 설명

10;예비성형체 12;다이내부

14;가열수단 18;램

20;상부펀치 22;다이

24 ; 하부펀치26;밀폐튜브

28;열간성형체30 ; 덮개

이하, 본 발명에 따른 희토류계 이방성 영구자석을 제조하기 위한 방법을 첨부 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이방성 영구자석을 제조하기 위한 장치를 보인 장치도이며, 도 2는 본 발명에 따른 이방성 영구자석의 제조과정을 보인 단면도이며, 종래와 동일한 부분은 동일부호를 사용하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 희토류 원소, 하나 또는 그 이상의 천이금속 및 붕소를 함유하는 희토류계 합금으로 이루어진 자성분말을 구리와 같은 비철금속재질 또는 연강과 같은 금속재질의 밀폐튜브에 넣은 예비성형체(10)를 준비한다.

자성분말은 RE-TM-B의 합금으로 이루어진 영구자석 재료를 용해한 후 급속냉각하여 제조한 급냉리본을 분말화하여 제조한다.

도 3은 밀폐튜브(26)의 일예를 보인 사시도 및 정단면도로서, 밀폐튜브(26)는 밑면이 막힌 튜브에 자성분말을 장입한 후 상면을 폐쇄시키는 덮개(30)가 덮혀지게 된다.

이와같은 밀폐튜브(26)의 재료는 희토류계 영구자석의 부식성을 억제할 수 있는 Cu, 연강, 금속재질, 비철금속재질 등 다양하게 선택할 수 있다.

또한, 밀폐튜브(26)의 형상은 도 4 에 도시한 것과 같이, 원통형 또는 각형으로 이루어지는 것도 가능함을 알 수 있으며, 각각 그 상면에 덮개(30)가 형성되는 것은 주지된 바와 같다.

밀폐형 금형 세트는 예비성형체(10)를 넣을 수 있는 다이내부(12)가 마련된 다이(22)와, 상부펀치(20) 및 하부펀치(24)를 구비하며, 다이(22) 주변에 설치된 고주파 유도가열장치 등의 가열수단(14)을 구비한다.

다이내부(12)의 직경 및 너비는 최종적으로 얻고자하는 영구자석의 직경 및 너비와 동일한 크기를 갖도록 형성되며, 예비성형체(10)는 이후 가압가공을 통해 측방향으로 소성변형이 일어날 수 있도록 다이내부(12)의 직경 및 너비에 비해서는 충분히 작게 형성되어야 한다.

상부펀치(20)의 저면 및 하부펀치(24)의 상면은 각각 예비성형체(10)와 접촉하여 상.하부에서 가압력을 전달하는 부분으로, 그 끝단부 형상은 최종적으로 얻고자하는 영구자석 열간성형체(28)의 상.하면과 대응되는 형상을 갖는다.

도 1 에서는 원통형 예비성형체(10)를 통해 최종적으로 C 형 영구자석 열간성형체(28)를 제조하는 것을 보인 것으로, 하부펀치(24)는 상부펀치(20)의 저면에 설치되어 다이내부(12)과 동일한 직경을 갖는 오목한 호형부가 그 상면에 형성되며, 상부펀치(20)는 다이(22)의 상면에 위치하여 다이내부(12)에 해당하는 부분에는 하부펀치(24)의 상면과 반대되는 형상의 볼록한 호형부가 형성되는 것을 보이고 있다.

여기서, 램(18)는 소정의 압력을 발생시켜 하부펀치(24)에 가압력을 전달하는 장치이다.

이하 본 발명의 제조방법을 첨부된 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 따른 영구자석 제조공정 중 가압중인 상태를 보인 것이다.

앞에서 언급한 바와 같이, 자성분말을 밀폐튜브(26)에 넣어 예비성형체(10)을 준비한다.

밀폐튜브(26)는 자성분말을 완벽하게 외부와 차단하기 위한 용기이며, 산화속도가 빨라 부식성이 높은 자성분말의 부식을 억제할 뿐아니라 열간소성변형시 자성분말과 함께 원할하게 변형될 수 있는 것이다.

다이내부(12)의 직경보다 충분히 작은 직경 또는 폭을 갖도록 한 예비성형체(10)를 다이내부(12)에 장입하여 후퇴된 상태를 유지하고 있는 펀치(20)에 올려놓는다.

이어서, 진공분위기 아래에서 가열수단(14)에 의해 다이(22)를 가열하여 예비성형체(10)의 온도가 약 700∼850℃를 유지할 수 있도록 한 후, 램(18)을 작동시켜 하부펀치(22)가 다이내부(12)에 삽입되어 올라오면서 예비성형체(10)를 압축한다.

이때, 예비성형체(10)는 소성변형되기 전까지 밀폐튜브(26) 내부의 자성분말이 고밀도로 압축되면서 등방성을 갖게 되며, 그 이상의 가압력에 의해 예비성형체(10)는 소성변형을 일으키면서 자화 용이축이 가압방향과 대체로 평행한 방향으로 이방화된다.

열간소성변형시 구리와 같은 비철금속재질 또는 연강과 같은 금속재질의 밀폐튜브(26)도 제조 영구자석과 함께 변형되어 제조 영구자석이 외부와 접촉되는 것을 차단하게 된다.

이는 희토류계 영구자석의 표면이 대기중의 공기와 접촉되는 것을 차단함으로써 산화를 방지하기 위한 것이다.

즉, 종래의 희토류계 영구자석 제조방법에 있어서 희토류계 영구자석의 산화를 방지하기 위해 진행하던 표면처리공정이 구리와 같은 비철금속재질 또는 연강과 같은 금속재질로 이루어진 밀폐튜브(26)에 의해 생략될 수 있게 됨을 알 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 복잡한 표면처리공정을 구리와 같은 비철금속재질 또는 연강과 같은 금속재질의 밀폐튜브를 이용하여 단순화함으로써 대량생산시 생산효율을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (6)

1. 하나 또는 그 이상의 희토류 원소, 하나 또는 그 이상의 천이금속 및 붕소를 함유하는 희토류계 합금으로 이루어진 영구자석 제조방법에 있어서, 희토류 합금을 용융상태에서 급속응고시켜 비정질 또는 미세 결정 구조를 갖는 자성분말을 밀폐튜브에 넣어 예비성형체를 형성하는 단계와, 상기 예비성형체를 밀폐형 금형다이에 장입하고 진공분위기 아래에서 열간압축가공 및 열간소성변형시키는 단계로 이루어진 이방성 영구자석 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀폐튜브는 밑면이 폐쇄된 튜브와, 상면에 안치되는 덮개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 영구자석 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 밀폐튜브는 금속재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 영구자석 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 밀폐튜브는 비철금속재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 영구자석 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 밀폐튜브는 연강재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 영구자석 제조방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 밀폐튜브는 구리재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 영구자석 제조방법.