KR20020038990A

KR20020038990A - 희토류-철-붕소계 소결 영구자석의 도금방법

Info

Publication number: KR20020038990A
Application number: KR1020000068858A
Authority: KR
Inventors: 임병철; 손춘기
Original assignee: 공군승; 성림첨단산업(주)
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-25

Abstract

본 발명은 R-Fe-B계 소결 영구자석의 내식성 향상을 위해 자석표면에 금속도금층을 형성하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 R-Fe-B계 소결 영구자석의 표면에 Ni,Co,Cu,Sn,Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상의 합금을 펄스전류를 이용한 전기도금 방법으로 금속도금층을 형성되도록하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석의 표면에 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상의 합금을 펄스전류를 이용한 전기도금 방법으로 그목도금층을 형성함으로써, 내식성이 우수한 소결 영구자석을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

Description

희토류-철-붕소계 소결 영구자석의 도금방법{A PLATING METHOD OF R-Fe-B SYSTEM SINTERING PERMANENT MAGNET}

일반적으로 R-Fe-B계 소결 영구자석은 고에너지적, 고보자력을 지니는 희토류 자석으로 많은 수요가 있지만, 주성분으로 산화되기 쉬운 희토류 원소 Nd와 철을 함유하고 있기 때문에 내식성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 각종 보호층을 표면에 형성시키는 방법이 제안되고 있으며, 이러한 보호층은 금속 또는 수지층을 단독 또는 복합으로 피복을 하되, 피막의 형성방법은 전기도금 등의 습식도금, 스파터링,이온플레이팅, 진공증착 등의 건식도금, 침적도포, 용융도금, 전착도장 등의 다양한 방법이 사용되고 있다.

즉, 일본국 특개소 제60-54406호, 제60-63601호, 제60-63902호, 제61-130453호, 제61-150201호, 제61-166115호, 제61-166116호, 제61-166117호, 제61-185910호, 제61-270308호, 제62-12004호의 방법 등이 선출원되어 있고,

이중 전기도금 등의 습식도금이 양산성 및 코스트면에서 우수하여 제일 많이 사용되고 있다.

그러나 상기한 전기도금은 도금두께의 균일성, 보호층의 잔류응력, 보호층의 결정성 면에서 많은 문제점을 지니게 되는 바, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첫째, 도금두께의 균일성에 대해서 언급하면, 전기도금에서는 모서리 부위에 전류가 집중하고 제품의 중앙부위는 전류가 상대적으로 약하게 되어 모서리 부위의 도금 두께가 중앙부위의 도금두께에 비하여 1.5에서 5배까지 도금이 된다.

이렇게 되면 제품의 치수를 맞추기 위해서 모서리 부분의 도금두께를 기준으로 하여 제품을 생산하게 되므로 중앙부위의 도금두께는 상대적으로 얇아지게 되어 제품화된 상태에서 불량률이 높게 되고, 특히 내경이 좁고 깊은 파이프타입 제품의 경우는 이런 경향이 더욱 심하게 된다.

둘째, 내부응력에 대해서 언급하면, 전기도금에서는 전기전도도를 개선하기 위해서 전도성염의 첨가와 도금층의 레벨링을 개선하기 위한 광택제의 첨가등 여러종류의 첨가제가 첨가되며 이러한 첨가제는 그 자체 또는 그 분해물에 의해 도금층에 내부응력을 유발하게 되고, 이러한 내부응력은 도금층의 응력 부식을 유발하여 내식성을 약화시키며 심할 경우 도금층의 박리가 일어날 수 있다.

셋째, 상기의 전기도금층은 결정의 성장방향이 영구자석체 표면과 수직방향이고, 결정입이 거대하여 도금층에 핀홀이 존재할 수 있어 내식성을 약화시킨다.

본 발명은 상기 여러가지 문제점을 해결하기 위해 R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석의 표면에 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상의 합금을 펄스전류를 이용한 전기도금 방법으로 금속도금층을 형성함으로써, 내식성이 우수한 소결 영구자석을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

도면은 본 발명의 전기도금 방법이 적용되는 펄스 전류파행을 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 도금 방법은 R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석의 표면에 펄스전류에 의한 각종 금속 및 합금도금층을 형성시켜 도금두께의 균일성이 좋고 미세한 결정구조를 가지는 내식성 도금층을 형성시키는 것이며, 상기한 소결영구자석의 표면에 펄스전류에 의해 도금층이 형성되기 전에 펄스 중의 휴지시간 또는 역전류시간에 의해 소재층이 부식되는 것을 방지하기 위해서 하지도금으로 직류전류에 의해 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상의 합금을 1~10㎛ 두께로 전기도금 또는 무전해 도금으로 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상을 포함하는 합금의 P 및 B 합금 또는 순금속을 도금한 후, 다시 펄스 도금에 의해 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상을 포함하는 합금도금층을 단층 또는 다층으로 도금한다.

이때 펄스전류는 도면에서 나타나듯이 ON, OFF만을 사용한 펄스와 역전류를 사용한 리버스(reverse)펄스를 포함하고, 펄스전류의 ton, toff, trev 설정은 ton을 1msec~10sec, toff를 1msec~20sec, trev를 1msec~10sec로 설정한다.

ton, toff, trev 설정을 1msec~1sec로 설정할 경우 결정입의 크기가 5nm~20nm로 미세하여 핀홀의 발생이 억제되어 내식성이 향상될 뿐 아니라 도금층의 기계적 성질이 우수해지며, ton, toff, trev의 설정을 1sec~20sec로 설정할 경우에는 도금층이 다층구조로 되어 핀홀이 억제되고, 또 합금도금일 경우는 다층구조간 마이크로 셀의 형성에 의해 소재층이 보호되어 내식성이 향상된다.

또한 전류밀도는 ifor를 0.1~20A/d㎡으로 하고 irev를 0.1~20A/d㎡으로 하고, 전류파형은 도면 (a)의 단순한 on, off의 펄스전류와 도면(b)의 on, reverse의 reverse pulse 전류의 경우부터 시작하여 도면(c - i)전류 경우까지 다양하게 응용할 수 있다.

한편, 상기와 같이 도금을 할 경우 도금층의 균일전착성은 기존의 직류전원으로 도금할 경우에는 모서리 부위와 중앙부위와의 도금두께 차이가 1.5~5배 까지 나지만, 본 발명 펄스전류로 도금할 경우에는 1~1.5배 정도로 도금이 가능하고, 더나아가 내경이 좁고 깊은 제품의 경우도 1~2배 내에서 도금이 가능하여 도금 취약부까지 균일하게 도금을 행 할 수 있어 내식성이 향상된다.

또, 기존의 직류전원으로 도금을 할 때 불가피하게 첨가하여야 할 전기전도제, 광택제 등의 첨가제를 첨가하지 않거나 농도를 줄일 수 있어 도금층의 내부응력이 현저하게 줄어 들고, 이러한 첨가제를 사용하지 않기 때문에 분해생성물도 없어 도금액의 재사용도 가능해지는 것이다.

그리고 기존의 직류전원으로 도금하였을 경우 도금층의 결정입이 거대하고 결정성장의 방향이 자석표면의 수직방향으로 성장하기 때문에 핀홀이 발생 할 가능성이 많으나 펄스전류로 도금을 하게 되면 결정입이 미세하게 되거나 다층도금이 되기 때문에 핀홀이 발생할 가능성이 거의 없어 내식성이 향상된다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석을 탈지와 산세처리를 거친 후 와트니켈도금욕에서 직류전원으로 55℃, 1A/d㎡으로 20분 전해하여 평균 도금두께 4㎛로 도금을 하였다. 직류전원으로 도금된 소재를 시안화동도금욕에서 펄스전류 ton:5msec, toff:10msec, ifor:3A/d㎡으로 20분 간 전해하여 평균 도금두께 6㎛로 도금하였다. 그 후 설파민산니켈 도금욕에서 ton:5msec, toff:10msec, ifor:3A/d㎡으로 30분간 전해하여 평균 도금두께 6㎛로 도금하였다. 이 방법으로 얻어진 시편을 실시예 No.1로 표시하고 염수분무실험 48시간과 오토클래브 실험 24시간을 한 후 외관 관찰한 결과를 표1에 나타내었다.

(실시예 2)

R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석을 탈지와 산세처리를 거친 후 무전해 니켈도금을 3㎛ 도금후 피로인산동도금욕에서ton:5msec, trev:1msec, toff:4msec, ifor:3A/d㎡, irev:5A/d㎡으로 30분간 전해하여 평균도금두께 6㎛로 도금하였다. 그 후 설파민산니켈도금욕에서 ton:5msec, trev:1msec, toff:4msec, ifor:3A/d㎡, irev:5A/d㎡으로 30분간 전해하여 평균도금두께 6㎛로 도금하였다. 이 방법으로 얻어진 시편을 실시예 No.2로 표시하고 염수분무실험 48시간과 오토클래브실험 24시간을 한 후 외관 관찰한 결과를 표1에 나타내었다.

(비교예 1)

R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석을 탈지와 산세처리를 거친 후 와트니켈도금욕에서 직류전원으로 55℃, 1A/d㎡으로 20분 전해하여 평균도금두께 4㎛로 도금을 하였다. 직류전원으로 도금된 소재를 시안화동도금욕에서 1A/d㎡으로 20분간 전해하여 평균도금두께 6㎛로 도금하였다.

그 후 설파민산니켈도금욕에서 1A/d㎡으로 30분간 전해하여 편균도금두께 6㎛로 도금하였다. 이 방법으로 얻어진 시편을 비교예 No.1로 표시하고 염수분무 실험 48시간과 오토클래브실험24시간을 한 후 외관 관찰한 결과를 표1에 나타내었다.

(비교예 2)

R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석을 탈지와 산세처리를 거친 후,

무전해니켈도금을 3㎛도금 후 피로인산동도금욕에서 1A/d㎡으로 30분간 전해하여 평균도금두께 6㎛로 도금하였다. 그 후 설파민산니켈도금욕에서 1A/d㎡으로 30분간 전해하여 평균도금두께 6㎛로 도금하였다. 이 방법으로 얻어진 시편을 비교예 No.2로 표시하고 염수분무실험 48시간과 오토클래브실험 24시간을 한 후 외관 관찰한 결과를 표1에 나타내었다.

표1. 신뢰성 시험 후 외관관찰 결과

No	1차도금두께	2차도금두께	3차도금두께	염수분무48시간후	PCT 24시간 후
실시예1	Ni:4㎛	Cu:6㎛	Ni:6㎛	변화없음	변화없음
실시예2	Ni-P:3㎛	Cu:6㎛	Ni:6㎛	변화없음	변화없음
비교예1	Ni:4㎛	Cu:6㎛	Ni:6㎛	24시간후 내경부위에 녹발생	12시간후 내경부위에 부풀음 발생
비교예2	Ni-P:3㎛	Cu:6㎛	Ni:6㎛	24시간 후 내경부위에 녹발생	12시간후 내경부위에 부풀음 발생

이상과 같은 본 발명에 의하면 희토류-철-붕소계 소결영구자석에 있어서 종래의 도금방법으로는 불충분한 내식성을 현저히 향상시키는 효과가 제공되며 또한 표면 형상도 우수해지는 효과가 제공된다.

Claims

R(R은 Y를 포함한 희토류 원소 중 1종 이상)-Fe-B계 소결 영구자석의 표면에 금속도금층을 형성함에 있어서,

소결영구자석을 래크 또는 바렐로 도금을 할 때 소결영구자석의 표면에 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상의 합금을 펄스전류 또는 리버스 펄스전류를 이용한 전기도금 방법으로 도금하는 것을 특징으로 하는 희토류-철-붕소계 소결영구자석의 도금방법.
제1항에 있어서,

상기 방법으로 도금하기 전에 하지 도금으로 직류전류에 의해 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상의 합금을 2~10㎛ 두께로 전기 도금을 하거나, 무전해 도금으로 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상 합금의 P 및 B의 합금 또는 순금속으로 도금을 한 후, 펄스전류를 이용하여 Ni, Co, Cu, Sn, Zn 등의 순금속 및 적어도 1종 이상의 합금을 전기도금방법으로 도금하는 것을 특징으로 하는 희토류-철-붕소계 소결영구자석의 도금방법.