KR20040021213A - Magnetostrictive composites of transition metal based alloys and their manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method is provided to reduce eddy current losses and achieve improved characteristics even in the high frequency. CONSTITUTION: A method comprises a step of designing an alloy by reflecting magnetic and mechanical properties; a step of forming Fe-Al based and Fe-Co based alloy ingots by using a vacuum induction melting system or a vacuum arc melting system; a step of grinding the alloy ingots into lamellar powder; a step of mixing a polymer binder and the lamellar powder; and a step of compacting and hardening the mixture.

Description

천이금속계 자기변형 복합체 제조방법{Magnetostrictive composites of transition metal based alloys and their manufacturing method}Magnetostrictive composites of transition metal based alloys and their manufacturing method

본 발명은 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법에 관한 것으로서, 특히 포화자화가 높은 천이금속계 분말을 고분자 바인더를 사용하여 결합시킨 복합체에서 낮은 자기장에서도 큰 자기변형 민감성을 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에따른 자기변형 복합체는 기존의 희토류계 거대자기변형 복합체에 비해 성능은 다소 떨어지지만 가격이 상대적으로 매우 저렴하므로, 성능/가격 비가 높기 때문에 상업적 응용성이 높다.The present invention relates to a method for producing a transition metal-based magnetostrictive composite, in particular, a composite having a high saturation magnetization of a transition metal-based powder using a polymer binder has a large magnetostriction sensitivity even at a low magnetic field. The magnetostrictive composite according to the present invention is slightly lower in performance compared to the conventional rare earth-based giant magnetostrictive composite, but the price is relatively inexpensive, and thus high commercial / applicability due to high performance / price ratio.

자기변형 재료는 크게 희토류계와 천이금속계의 2가지로 나눌 수 있다. 일반적으로 희토류계는 천이금속계에 비해 자기변형이 매우 크지만, Tb 등 매우 고가의 원소를 함유하고 있기 때문에 광범위한 응용에 제한을 받고 있다. 따라서 우주, 항공, 의료, 국방 등 특수한 분야를 제외하고는 천이금속계 재료가 많이 사용되고 있다.Magnetostrictive materials can be classified into two types, rare earth type and transition metal type. In general, the rare earth type has a much higher magnetostriction than the transition metal type, but is limited to a wide range of applications because it contains a very expensive element such as Tb. Therefore, except for special fields such as space, aviation, medical, defense, transition metal-based materials are used a lot.

자기변형 재료의 주된 응용 분야는 액츄에이터(actuator)와 센서이다. 특히 자기변형 재료는 기존의 재료(예를 들면 압전 세라믹)에 비해 출력이 크기 때문에 액츄에이터로서 우수한 특성을 가지고 있다. 자기변형 액츄에이터의 응용 분야로는 고속 정밀 위치 제어, 음파 및 초음파 발진 소자, 능동형 진동 및 소음 제어 등을 들 수 있으며, 이러한 응용은 주로 동적인 상태(높은 주파수)에서 사용되고 있다.The main applications of magnetostrictive materials are actuators and sensors. In particular, magnetostrictive materials have superior characteristics as actuators because of their higher output than conventional materials (eg piezoelectric ceramics). Applications of magnetostrictive actuators include high-speed precision position control, sonic and ultrasonic oscillators, active vibration and noise control, and these applications are mainly used in dynamic (high frequency) applications.

그러나 희토류계 및 천이금속계 자기변형 재료 모두 금속으로서 비저항이 낮아 와전류 손실이 크기 때문에 고주파 응용시 큰 문제를 야기한다. 현재 금속 벌크 형태로 사용되는 경우 사용 주파수는 최대 1kHz 정도이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 기존의 방법은 합금계에 따라 상이한데, 도 1에는 희토류계 합금에 대하여, 그리고 도 2에는 천이금속계 합금에 대한 기존의 공정순서를 정리하였다.However, both rare earth-based and transition metal-based magnetostrictive materials are metals, which have low resistivity and large eddy current loss, which causes great problems in high frequency applications. Currently used in bulk metal form, the frequency of use is up to 1kHz. Existing methods for solving this problem are different depending on the alloy system, Figure 1 summarizes the existing process sequence for the rare earth-based alloy, and Figure 2 for the transition metal-based alloy.

도 1에 요약한 바와 같이 희토류계 합금의 경우 진공유도 용해법 및 진공아크 용해법 등 통상의 용해 공정을 통하여 원하는 조성의 합금을 제조한 다음, 자기변형 특성을 향상시키기 위하여 방향성 응고 방법을 사용하여 결정방향을 정렬시키거나 단결정을 제조한다. 희토류계 합금의 경우 <111> 결정방향으로의 자기변형이 <100> 방향으로의 자기변형보다 훨씬 크기 때문에 결정 방향을 가급적 <111> 방향에 가깝도록 성장시킨다 [A. E. Clark, in E. P. Wohlfarth (Ed.), Ferromagnetic Materials, chapter 7, volume 1, North-Holland, Amsterdam, 1980]. 그러나 통상적인 방향성 응고 공정에 의해 제조되는 결정은 <111> 방향이 아니라 <112> 방향이다 [E.D. Gibson, J.D. Verhoeven, F.A. Schmidt, O.D. McMasters, Continuous Method for Manufacturing Grain-Oriented Magnetostrictive Bodies, 미국 특허 4,770,704, 일본 특허 2,020,420]. 특수한 방법을 사용하는 경우 <111> 방향으로 정렬시키는 것이 가능한 것으로 알려져 있으나 [W. Mei, M. Yoshizumi, T. Okane and T. Umeda, "Crystal growth of giant magnetostrictive Tb-Dy-Fe alloy", Journal of Alloys and Compounds, 258, pp. 34-38 (1997)], 공정이 복잡하고 따라서 비싸기 때문에 상업적 응용성은 매우 낮다. 이렇게 방향성 응고된 결정은 이미 언급한 바와 같이 비저항이 낮은데다가 표면효과 (skin effect) 때문에 사용 가능한 주파수가 최대 1 kHz 정도로 제한된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 1 mm 또는 그 이하의 두께로 결정을 슬라이스 (slice)하여 박판의 형태로 만든다. 이 때 구체적인 두께는 사용주파수와 재료의 자기적 성질에 따른 표면효과를 고려하여 결정한다. 이렇게 슬라이스된 재료를 절연 바인더를 사용하여 적층한 구조로 만든 다음, 최종 형상으로 가공한다.As summarized in FIG. 1, in the case of a rare earth-based alloy, an alloy having a desired composition is prepared through a conventional dissolution process such as vacuum induction melting and vacuum arc dissolving, and then the directional solidification method is used to improve the magnetostriction characteristics. Align or prepare a single crystal. In the case of the rare earth-based alloy, since the magnetostriction in the <111> crystal direction is much larger than that in the <100> direction, the crystal direction is grown as close to the <111> direction as possible [A. E. Clark, in E. P. Wohlfarth (Ed.), Ferromagnetic Materials, chapter 7, volume 1, North-Holland, Amsterdam, 1980]. However, the crystals produced by conventional directional solidification processes are in the <112> direction rather than the <111> direction [E.D. Gibson, J.D. Verhoeven, F.A. Schmidt, O. D. McMasters, Continuous Method for Manufacturing Grain-Oriented Magnetostrictive Bodies, US Patent 4,770,704, Japanese Patent 2,020,420. It is known that it is possible to align in the <111> direction using a special method, but [W. Mei, M. Yoshizumi, T. Okane and T. Umeda, "Crystal growth of giant magnetostrictive Tb-Dy-Fe alloy", Journal of Alloys and Compounds, 258, pp. 34-38 (1997)], the commercial applicability is very low because the process is complex and therefore expensive. These directional solidified crystals, as already mentioned, have a low resistivity and, due to the skin effect, limit the usable frequency up to 1 kHz. To solve this problem, the crystals are sliced to a thickness of 1 mm or less to form a thin plate. In this case, the specific thickness is determined in consideration of the surface effect according to the frequency of use and the magnetic properties of the material. The sliced material is made into a laminated structure using an insulating binder, and then processed into a final shape.

도 2에 나타낸 바와 같이 천이금속계 합금의 경우는 희토류계 합금과 마찬가지로 통상의 용해 공정에 의해 원하는 조성의 합금 잉고트(ingot)를 먼저 제조한다. 이 잉고트를 수차례에 걸쳐 열간압연 및 냉간압연을 거쳐 원하는 두께의 판상으로 제조한다. 대부분의 천이금속계 자기변형 재료는 압연을 하기에는 기계적으로 취성이 너무 크기 때문에 이를 해결하기 위하여 제3의 원소를 첨가하는데, 이는 자기적 성질을 크게 열화시킨다. 하나의 예가 Fe-Co 합금에 V을 첨가한 Supermendur라는 상업명을 가진 합금 (Fe49Co49V2합금)을 들 수 있다. 천이금속계 자기변형 합금 판재를 절연 바인더를 사용하여 적층한 다음, 최종 형상으로 가공한다.As shown in FIG. 2, in the case of the transition metal alloy, an alloy ingot of a desired composition is first produced by a conventional dissolution process as in the rare earth alloy. The ingot is hot-rolled and cold-rolled several times to produce a plate having a desired thickness. Most transition metal magnetostrictive materials are too brittle mechanically for rolling and add a third element to solve this, which greatly degrades the magnetic properties. One example is an alloy with the commercial name Supermendur with the addition of V to the Fe—Co alloy (Fe 49 Co 49 V 2 alloy). The transition metal-based magnetostrictive alloy sheet is laminated using an insulating binder, and then processed into a final shape.

희토류계와 천이금속계 모두에 적용된 기존의 방법은 많은 공정을 포함하고 있으며, 또한 많은 공정 파라미터들을 매우 정밀하게 제어해야 하기 때문에, 이러한 공정을 거쳐 제조된 소자들은 가격이 매우 비싼 단점을 가지고 있다. 하나의 예로서 희토류계 합금에서 사용된 방향성 응고 공정은 매우 고가이며, 또한 취성이 매우 큰 방향성 응고된 결정을 1 mm 이하로 슬라이스하는 공정 또한 어려울 뿐더러 이러한 공정시 재료가 많이 낭비된다. 천이금속계 합금의 경우도 열간 및 냉간 압연을 반복적으로 수행해야 하기 때문에 많은 공정 비용이 들게 된다. 특히 기계적 연성을 향상시키기 위하여 첨가하는 제 3의 원소는 자기적 성질을 크게 열화시킨다.Existing methods applied to both rare earth systems and transition metal systems include many processes, and many process parameters have to be controlled very precisely, so devices manufactured through such processes have a disadvantage of being very expensive. As an example, the directional solidification process used in rare earth-based alloys is very expensive, and the process of slicing highly brittle directional solidified crystals to 1 mm or less is also difficult and a lot of material is wasted in such a process. In the case of transition metal alloys, hot and cold rolling have to be repeatedly performed, resulting in high process costs. In particular, the third element added to improve the mechanical ductility greatly deteriorates the magnetic properties.

이러한 이유로 인하여 자기변형 재료가 압전세라믹에 비해 고출력 액츄에이터로서 우수한 특성을 가지고 있음에도 불구하고 그 응용 범위가 한정되었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구실의 최근 특허에서는 희토류계 자기변형 합금을 통상의 용해 공정을 통하여 잉고트를 제조하고 이를 분쇄하여 분말의 형태로 제조한 다음, 고분자 바인더와 결합시킴으로써 자기변형 복합체를 제조하였다 [임상호, 김상록, 강석이, 박종구, Tb-Dy-Fe 자기변형 합금 복합체의 제조방법, 한국특허 등록번호 10-0302583 (2001년 7월 4일)]. 이러한 방법에 의한 희토류계 자기변형 복합체를 제조하기 위하여 사용된 공정의 개략도를 도 3에 나타내었다. 자기변형 분말과 고분자 바인더를 사용하여 자기변형 복합체를 제조하는데 있어서 가장 핵심적인 것은 바인딩 기술이다. 도 3에서 보는 바와 같이 도 1에 나타낸 기존의 방법과 비교할 때, 공정 수가 많이 감소하였으며 또한 비싼 공정을 포함하고 있지 않다. 특히 원하는 형상으로 곧바로 제조하는 것이 가능하기 때문에, 공정에 따른 재료의 낭비를 최소화하는 것이 가능하다. 따라서 과거의 특허에 따른 자기변형 복합체는 상업적 응용에 매우 유리하다. 즉 과거의 특허에 따른 희토류계 자기변형 복합체는 성능/가격 비가 크게 향상되며, 이는 상업적 응용성이 크게 향상된 것을 의미한다.For this reason, although the magnetostrictive material has superior characteristics as a high power actuator compared to piezoelectric ceramics, its application range has been limited. In order to solve this problem, a recent patent of the laboratory has prepared a magnetostrictive composite by preparing an ingot from a rare earth magnetostrictive alloy through a conventional dissolution process, pulverizing it to form a powder, and then combining it with a polymer binder. [Sang-Ho Lim, Sang-Rok Kim, Seok-Ik Kang, Jong-Koo Park, Method for manufacturing Tb-Dy-Fe magnetostrictive alloy composite, Korean Patent Registration No. 10-0302583 (4 July 2001). A schematic diagram of the process used to prepare the rare earth-based magnetostrictive composite by this method is shown in FIG. 3. Binding technology is the key to making magnetostrictive composites using magnetostrictive powders and polymeric binders. As shown in FIG. 3, the number of processes is greatly reduced and does not include expensive processes as compared with the conventional method shown in FIG. 1. In particular, since it is possible to manufacture directly to a desired shape, it is possible to minimize the waste of material according to the process. Therefore, magnetostrictive composites according to past patents are very advantageous for commercial applications. In other words, the rare earth magnetostrictive composite according to the past patent is significantly improved performance / price ratio, which means that the commercial applicability is greatly improved.

공지된 종래의 기술로서 희토류계 자기변형 복합체는 우수한 자기변형 특성을 나타내었다. 특히 낮은 자기장 영역에서 높은 자기변형 민감성을 나타내었다. 희토류계 자기변형 합금으로서 상업적으로 잘 알려진 Terfenol-D 합금 ((Tb,Dy)Fe2)을 사용하는 경우, 1.1 kOe의 인가자기장에서의 536 ppm의 자기변형과 1.3 ppm/Oe의 높은 자기변형 민감성이 달성되었다.As known conventional techniques, rare earth-based magnetostrictive composites have shown excellent magnetostrictive properties. In particular, it showed high magnetostriction sensitivity in the low magnetic field region. When using the commercially well-known Terfenol-D alloy ((Tb, Dy) Fe 2 ) as a rare earth magnetostrictive alloy, 536 ppm magnetostriction at 1.1 kOe applied magnetic field and high magnetostrictive sensitivity of 1.3 ppm / Oe This was achieved.

유사한 기술을 이용하여 천이금속계 자기변형 복합체를 제조하는 것이 가능할 것이다. 그러나 희토류계 자기변형 복합체와는 달리, 천이금속계 자기변형 복합체의 경우 동일한 방법으로는 우수한 자기변형 특성을 달성하는 것이 어렵다. 그 이유는 천이금속계 합금의 포화자속 밀도가 높기 때문에 희토류계 합금에서와 같이 통상의 분말로 제조하는 경우 반자계가 크기 때문이다. 이는 응용에 중요한 낮은 자기장 영역에서의 자기변형의 민감성이 열화시키는 요인이 된다. 하나의 예를 들어 보자. 분말이 완전 구형이라고 가정하는 경우 포화자화가 10 kG인 Terfenol-D 분말은 반자계의 크기가 3.3 kOe이지만, 포화자화가 24 KG인 Fe50Co50합금은 반자계가 8 kOe이다. 즉 포화자화가 작아 반자계가 작은 희토류계 합금은 통상의 분말로 제조한 다음 고분자 바인더를 사용하여 자기변형 복합체를 제조하더라도 자기변형 특성이 비교적 우수한 자기변형 복합체를 제조하는 것이 가능하지만, 포화자화가 높은 천이금속계 합금의 경우는 이러한 방법이 가능하지 않다는 것이다.It would be possible to produce transition metal based magnetostrictive composites using similar techniques. However, unlike rare earth magnetostrictive composites, it is difficult to achieve excellent magnetostrictive properties with the same method in the case of transition metal magnetostrictive composites. The reason for this is because the saturation magnetic flux density of the transition metal alloy is high, so that the semi-magnetic field is large when it is made of a conventional powder as in the rare earth alloy. This deteriorates the susceptibility of magnetostriction in the low magnetic field region, which is important for applications. Let's take an example. Assuming that the powder is fully spherical, Terfenol-D powder with 10 kG saturation magnetization is 3.3 kOe in size of a diamagnetic field, while Fe 50 Co 50 alloy with 24 KG saturation magnetization is 8 kOe. That is, even if a rare earth alloy having a small saturation magnetization and a small semi-magnetic field is made of a conventional powder, and then a magnetostrictive composite is prepared using a polymer binder, it is possible to prepare a magnetostrictive composite having relatively good magnetostrictive properties. In the case of transition metal alloys, this method is not possible.

본 발명이 이루고자 하는 주된 기술적 과제는 포화자화가 큰 천이금속계 합금에 대해서도 우수한 자기변형 특성이 얻어지는 자기변형 복합체를 제조하는 것이다. 천이금속계 합금은 희토류계 합금에 비해 성능은 떨어지지만 고가의 원소를 포함하고 있지 않으므로, 성능/가격 비가 높아 상업적 응용성이 좋은 장점을 가지고 있다.The main technical problem to be achieved by the present invention is to produce a magnetostrictive composite obtained with excellent magnetostrictive properties even for transition metal alloys with high saturation magnetization. The transition metal-based alloy is inferior in performance to the rare earth-based alloy, but does not contain expensive elements, and thus has a good commercial / applicability ratio due to its high performance / price ratio.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다음의 3가지 주된 기술적 사항을 통하여 주로 달성된다. 첫째는 분말의 형상을 구형으로 제조하지 않고 판상으로 제조하는 것이다. 둘째는 분말의 성형 (compaction) 중 분말의 면이 인가하는 자기장에 평행하도록 정렬시킴으로써 반자계를 크게 줄이는 것이다. 마지막으로 판상의 분말에 대해서도 분말간의 변형이 고분자 바인더를 통하여 전달되어 복합체 전체적으로 변형이 달성되도록 하는 바인딩 기술을 개발하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is mainly achieved through the following three main technical matters. The first is to prepare the shape of the powder in the form of a plate rather than a spherical shape. The second is to greatly reduce the diamagnetic field by aligning the face of the powder parallel to the magnetic field applied during the compaction of the powder. Finally, a binding technology is developed to allow deformation between powders to be transferred through the polymer binder in the form of a plate-like powder so that the deformation of the entire composite can be achieved.

요약하면, 본 발명은 높은 포화자화를 가지는 천이금속계 합금에 대해서도 우수한 자기변형 특성을 보이는 천이금속계 자기변형 복합체와 그의 제조 기술에 관한 것이다. 이는 높은 포화자화를 가지고 있더라도 반자계를 감소시키기 위하여 판상의 분말을 제조하고 이를 성형시 분말의 판상 면이 인가하는 자기장에 평행하도록 정렬하는 기술 및 판상의 분말을 바인딩하는 기술을 통하여 주로 달성된다. 본 발명에 따른 자기변형 복합체는 낮은 자기장에서도 높은 자기변형 민감도를 가지며, 금속 자기변형 분말이 고분자 바인더에 의해 절연되어 있기 때문에 저항이 크며 따라서 와전류 손실이 작아 고주파에서도 우수한 특성을 보인다.In summary, the present invention relates to a transition metal magnetostrictive composite having excellent magnetostrictive properties even for a transition metal alloy having a high saturation magnetization and a manufacturing technique thereof. This is mainly achieved through the technique of producing a plate-like powder to reduce the semi-magnetic field even though it has a high saturation magnetization, and aligning the plate-like powder so as to be parallel to the magnetic field applied during molding and binding the plate-shaped powder. The magnetostrictive composite according to the present invention has a high magnetostriction sensitivity even at a low magnetic field, and because the metal magnetostrictive powder is insulated by the polymer binder, the resistance is large and thus the eddy current loss is small, thereby showing excellent characteristics even at high frequencies.

도 1은 희토류계 자기변형 합금에 대하여 사용 주파수를 높이기 위한 기존 방법의 공정 순서도이다.1 is a process flow diagram of a conventional method for increasing the use frequency for rare earth magnetostrictive alloys.

도 2는 천이금속계 자기변형 합금에 대하여 사용 주파수를 높이기 위한 기존 방법의 공정 순서도이다.2 is a process flowchart of an existing method for increasing the use frequency for a transition metal-based magnetostrictive alloy.

도 3은 희토류계 자기변형 복합체를 제조하기 위하여 사용된 기존 방법의 공정 순서도이다.3 is a process flow diagram of an existing method used to prepare rare earth-based magnetostrictive composites.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 평균입도가 23 ㎛인 Fe36Co62Ge2합금 분말에 대한 주사전자현미경 사진이다. 분말의 형상이 얇은 판상이며, 두께는 3∼5 ㎛ 정도임.Figure 4 is a scanning electron micrograph of the Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy powder having an average particle size of 23 ㎛ prepared according to the present invention. The shape of powder is thin plate shape, and thickness is about 3-5 micrometers.

도 5는 본 발명에 따라 제조된 평균입도가 73 ㎛인 Fe36Co62Ge2합금 분말에 대한 주사전자현미경 사진이다. 분말의 형상이 얇은 판상이며, 두께는 3∼5 ㎛ 정도임.5 is a scanning electron micrograph of the Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy powder having an average particle size of 73 ㎛ prepared according to the present invention. The shape of powder is thin plate shape, and thickness is about 3-5 micrometers.

도 6은 본 발명에 따라 제조된 평균입도가 125 ㎛인 Fe36Co62Ge2합금 분말에 대한 주사전자현미경 사진이다. 분말의 형상이 얇은 판상이며, 두께는 3∼5 ㎛ 정도임.6 is a scanning electron micrograph of the Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy powder having an average particle size of 125 ㎛ prepared according to the present invention. The shape of powder is thin plate shape, and thickness is about 3-5 micrometers.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 평균입도가 175 ㎛인 Fe36Co62Ge2합금 분말에 대한 주사전자현미경 사진이다. 분말의 형상이 얇은 판상이며, 두께는 3∼5 ㎛ 정도임.7 is a scanning electron micrograph of the Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy powder having an average particle size of 175 ㎛ prepared according to the present invention. The shape of powder is thin plate shape, and thickness is about 3-5 micrometers.

도 8은 여러 가지 크기의 분말 입도에 대하여 Fe36Co62Ge2합금 분말의 X-선 회절 패턴에 대한 결과를 나타낸 것이다. (a)는 통상의 분말제조 방법에 의해 제조된 불규칙 형상을 가진 분말이며, (b)는 본 발명에 의해 제조된 판상의 분말임. 2가지 종류의 분말 모두에 대하여 분말의 평균입도는 23, 73, 125, 175 및 225 ㎛임.FIG. 8 shows the results of X-ray diffraction patterns of Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy powders for various particle sizes. (a) is a powder having an irregular shape produced by a conventional powder production method, and (b) is a plate-like powder produced by the present invention. The average particle size of the powders for both kinds of powders is 23, 73, 125, 175 and 225 μm.

도 9는 이원계 Fe-Co 합금 급속응고 리본에서 8 kOe의 인가 자기장에서 얻어진 자기변형 (λ)이 합금의 조성에 따라 변화하는 결과를 나타낸 것이다. λ은의 관계식에 의해 구하였는데, 여기서는 각각 리본의 면내에서 길이 방향에 평행한 (parallel) 방향 및 횡단 (transverse) 방향으로 자기장을 가하면서 길이방향에 평행한 방향으로 측정한 자기변형 값임.FIG. 9 shows the result that the magnetostriction (λ) obtained in the applied magnetic field of 8 kOe in the binary Fe-Co alloy fast solidification ribbon is changed according to the composition of the alloy. λ is Obtained by the relation of Wow Are the magnetostriction values measured in the direction parallel to the length direction, respectively, while applying the magnetic fields in the parallel and transverse directions in the plane of the ribbon.

도 10은 이원계 Fe36Co64합금 급속응고 리본에서 Co 원자 대신에 제 3의 원소를 치환할 때, 8 kOe의 인가 자기장에서 얻어진 λ값이 치환된 제 3 원소의 양에 따라 변화는 결과의 한 예를 나타낸 것이다.FIG. 10 shows that when substituting a third element instead of a Co atom in a binary Fe 36 Co 64 alloy rapid solidification ribbon, the value of λ obtained at an applied magnetic field of 8 kOe is dependent on the amount of the substituted third element. An example is shown.

도 11은 본 발명에 따른 자기변형 복합체에 대하여 포화자화와 밀도가 분말의 평균입도에 따라 변화하는 결과를 나타낸 것이다. 페놀 함량이 10 무게 % 및 성형시 압력이 0.5 GPa로 일정하게 한 상태에서 제조한 복합체에 대한 결과임.Figure 11 shows the result of the saturation magnetization and density change with the average particle size of the powder for the magnetostrictive composite according to the present invention. Results for composites prepared with a phenol content of 10% by weight and a molding pressure of 0.5 GPa.

도 12은 본 발명에 따른 자기변형 복합체에 대하여 포화자화와 밀도가 페놀 함량에 따라 변화하는 결과를 나타낸 것이다. 분말의 평균입도가 73 ㎛ 및 성형시 압력이 0.5 GPa로 일정하게 한 상태에서 제조한 복합체에 대한 결과임.Figure 12 shows the result of the saturation magnetization and density change depending on the phenol content for the magnetostrictive composite according to the present invention. This is the result for the composite prepared with the average particle size of the powder 73 µm and the molding pressure being 0.5 GPa.

도 13은 본 발명에 따른 자기변형 복합체에 대하여 포화자화와 밀도가 성형시 압력에 따라 변화하는 결과를 나타낸 것이다. 분말의 평균입도가 73 ㎛ 및 페놀 함량이 7 무게 %로 일정하게 한 상태에서 제조한 복합체에 대한 결과임.Figure 13 shows the result of the saturation magnetization and density changes with pressure during molding for the magnetostrictive composite according to the present invention. Results are for composites prepared with a mean particle size of 73 μm and a phenol content of 7 weight%.

도 14는 본 발명에 따른 복합체의 압축강도가 성형압력에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 일정한 분말의 평균입도 (125 ㎛)와 페놀함량 (10 무게 %)에서 얻어진 결과임.Figure 14 shows the result that the compressive strength of the composite according to the present invention changes depending on the molding pressure. Results obtained from average particle size (125 μm) and phenol content (10 wt%) of certain powders.

도 15는 본 발명에 따른 복합체의 압축강도가 분말의 평균크기에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 일정한 성형압력 (0.67 GPa)과 페놀함량 (10 무게 %)에서 얻어진 결과임.Figure 15 shows the result that the compressive strength of the composite according to the present invention changes depending on the average size of the powder. Result obtained at constant molding pressure (0.67 GPa) and phenol content (10% by weight).

도 16은 본 발명에 따라 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체의 단면에 대한 주사전자형미경 사진이다. 73 ㎛의 분말 평균입도, 10 무게%의 페놀함량과 0.5 GPa의 성형압력에서 제조된 복합체에서 얻어진 결과임. 성형시 자장을 인가하지 않은 상태임.16 is a scanning electron micrograph of the cross section of the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared according to the present invention. Results were obtained for composites prepared at 73 μm powder average particle size, phenol content of 10% by weight and molding pressure of 0.5 GPa. No magnetic field is applied during molding.

도 17은 본 발명에 따른 복합체의 보자력이 분말의 평균입도에 따라 변화하는 결과를 나타낸 것이다.Figure 17 shows the result of the coercive force of the composite according to the present invention changes depending on the average particle size of the powder.

도 18은 본 발명에 따른 복합체의 보자력이 분말의 성형압력에 따라 변화하는 결과를 나타낸 것이다.Figure 18 shows the result of the coercive force of the composite according to the present invention changes depending on the molding pressure of the powder.

도 19는 본 발명에 따른 급속응고 방법에 의해 제조된 Fe36Co62Ge2합금 리본에 대한 λ값이 자기장에 따라 변화하는 결과를 나타낸 것이다.Figure 19 shows the result of the λ value for the Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy ribbon prepared by the rapid solidification method according to the present invention changes with the magnetic field.

도 20은 본 발명에 따라 통상의 진공유도 용해법 또는 진공아크 용해법에 의해 제조된 Fe36Co62Ge2합금 잉고트를 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm 크기의 사각기둥 형상으로 기계가공한 시료에 대하여가 자기장에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다.FIG. 20 is a sample of a Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy ingot prepared by a conventional vacuum induction melting method or vacuum arc melting method according to the present invention in a square column shape of 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm. Shows the result of changing according to the magnetic field.

도 21은 본 발명에 따라 인가 자기장하에서 성형함으로써 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여가 자기장에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 시료의 치수는 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm임.21 is for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared by molding under applied magnetic field in accordance with the present invention Shows the result of changing according to the magnetic field. Sample dimensions are 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm.

도 22는 본 발명에 따라 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여 4.3 kOe의 자기장에서 측정된값이 평균입도에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 성형중 인가 자기장이 자기변형에 미치는 영향을 조사하기 위하여 자기장을 인가하면서 성형한 복합체와 자기장을 인가하지 않은 상태에서 성형한 복합체에 대한 결과를 비교하였음.22 is measured at a magnetic field of 4.3 kOe for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared according to the present invention. It shows the result that the value changes according to the average particle size. To investigate the effect of applied magnetic field on the magnetostriction during molding, we compared the results of composites molded with magnetic field and those molded without magnetic field.

도 23은 본 발명에 따라 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여 4.3kOe의 자기장에서 측정된값이 페놀함량에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 일정한 분말의 평균입도 (125 ㎛)와 성형압력 (0.5 GPa)에서 얻어진 결과임.23 is measured at a magnetic field of 4.3 kOe for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared according to the present invention. The result shows that the value changes according to the phenol content. The result is obtained from the average particle size (125 ㎛) and molding pressure (0.5 GPa) of a certain powder.

도 24는 본 발명에 따라 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여 4.3 kOe의 자기장에서 측정된값이 성형압력에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 일정한 분말의 평균입도 (125 ㎛)와 페놀함량 (10 무게%)에서 얻어진 결과임.24 is measured at a magnetic field of 4.3 kOe for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared according to the present invention. The value is changed according to the molding pressure. Results obtained from average particle size (125 μm) and phenol content (10 wt%) of certain powders.

도 25는 본 발명에 따라 인가 자기장하에서 성형함으로써 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대한 자기이력곡선을 나타낸 것이다.FIG. 25 shows a magnetic history curve for a Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared by molding under an applied magnetic field according to the present invention.

도 26은 본 발명의 비교예에 따라 구형의 분말을 사용하여 제조한 Fe52Co48자기변형 복합체에 대하여가 자기장에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 시료의 치수는 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm임.26 is a view of the Fe 52 Co 48 magnetostrictive composite prepared using the spherical powder according to the comparative example of the present invention Shows the result of changing according to the magnetic field. Sample dimensions are 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm.

도 27은 본 발명의 비교예에 따라 구형의 분말을 사용하여 제조한 Fe52Co48자기변형 복합체에 대한 자기이력곡선을 나타낸 것이다.FIG. 27 shows a magnetic history curve of a Fe 52 Co 48 magnetostrictive composite prepared using spherical powder according to the comparative example of the present invention.

본 발명에 따라 천이금속계 자기변형 복합체를 제조하는 공정은 도 3에 나타낸 희토류계 자기변형 복합체의 그것과 유사하다. 가장 큰 차이점은 희토류계 자기변형 복합체의 경우 통상의 방법에 의해 분말을 제조하였으나, 본 발명에서는 판상의 형태로 분말을 제조하고 이를 성형 시 정렬시킨 것이 공지된 종래의 기술과 다른 점이다.The process for producing the transition metal magnetostrictive composite according to the present invention is similar to that of the rare earth magnetostrictive composite shown in FIG. 3. The main difference is that the rare earth magnetostrictive composite was prepared by a conventional method, but in the present invention, the powder is prepared in a plate-like form and is aligned with the known prior art.

천이금속계 자기변형 합금으로서 본 발명에서는 Fe-Al 및 Fe-Co 계 합금을 선택하였다. 구체적으로 Fe-Al 계 합금의 경우 Al의 함량을 18 원자 %에서 40 원자%까지 변화시켰으며, Fe-Co 계 합금의 경우 Co의 함량을 30 원자 %에서 75 원자 %까지 변화시켰다.In the present invention, as the transition metal magnetostrictive alloy, Fe-Al and Fe-Co alloys were selected. Specifically, in the case of the Fe-Al alloy, the Al content was changed from 18 atomic% to 40 atomic%, and in the case of Fe-Co alloy, the Co content was changed from 30 atomic% to 75 atomic%.

상기의 조성 범위를 가지는 합금들은 분말을 제조하기에는 연성이 너무 크기 때문에, 통상의 분말제조 공정으로는 분말을 제조하는 것이 매우 어렵다. 특히 분말을 제조하더라도 분말의 형상이 매우 불규칙하여 자기변형 복합체를 제조하기에는 부적합하였다. 따라서 통상의 분말제조 공정에 의해 판상의 분말을 제조하기 위하여 Fe-Al 및 Fe-Co 계 합금에 제 3의 원소를 첨가하였다.Since alloys having the above composition range are too ductile to prepare powders, it is very difficult to prepare powders in a conventional powder manufacturing process. In particular, even when the powder is produced, the shape of the powder is very irregular, which is not suitable for producing a magnetostrictive composite. Therefore, a third element was added to the Fe-Al and Fe-Co-based alloys to produce a plate-like powder by a conventional powder manufacturing process.

본 발명에 따른 천이금속계 자기변형 복합체를 제조하기 위한 공정을 보다 구체적으로 언급하면, 합금의 자기적 성질 (자기변형 성질 포함)과 기계적 성질 (판상의 분말 제조 용이성)을 고려하여 합금을 설계하는 단계, 통상의 진공유도 용해법 또는 진공아크 용해법에 의해 합금 잉고트를 제조하는 단계, 이 잉고트를 판상의 분말로 분쇄하는 단계, 이 분말에 고분자 바인더를 혼합하는 단계, 이 혼합물을 성형하고 경화시키는 단계로 이루어진다.Referring to the process for producing the transition metal-based magnetostrictive composite according to the present invention in more detail, the step of designing the alloy in consideration of the magnetic properties (including magnetostrictive properties) and mechanical properties (easiness of plate-like powder production) of the alloy Preparing an alloy ingot by a conventional vacuum induction melting method or vacuum arc melting method, pulverizing the ingot into a plate-like powder, mixing the polymer binder with the powder, and molding and curing the mixture. .

Fe-Al 및 Fe-Co 계 합금 잉고트로부터 판상의 분말을 용이하게 하기 위하여 첨가한 제 3의 원소는 다음과 같다. Fe-Al 합금계의 경우 제 3의 원소로는 B, C, Si, Ge, Ga, Tb, Dy, Sm를 첨가하였으며 최대 첨가량은 4 원자 %이었다. Fe-Co 합금계의 경우 제 3의 원소로는 B, C, Si, Ge, Ga, Al, Tb, Dy, Sm를 첨가하였으며 최대 첨가량은 6 원자 %이었다. 이러한 제 3의 원소 첨가에 의해 대부분 합금의 취성이 증가하여 분말 제조가 용이하였다. 또한 대부분의 경우 제 3의 원소의 첨가에 의해 보다 규칙적이고 제어가 용이한 판상 형태의 분말이 제조되었다. 제 3의 원소는 상온에서 비자성체로서, 이러한 원소의 첨가에 의해 합금의 자기적 성질이 대부분 열화되기 때문에, 가급적 첨가량을 최소화하는 것이 필요하다. 제 3의 원소 중에서도 Ge의 첨가 효과가 매우 우수하였다. 다시 말하면 제 3의 원소로서 Ge를 첨가하는 경우 자기적 특성의 열화는 최소화하면서 자기변형 복합체에 적합한 판상의 분말을 제조할 수 있었다.The third element added to facilitate the plate-like powder from the Fe-Al and Fe-Co alloy ingots is as follows. In the case of the Fe-Al alloy system, as the third element, B, C, Si, Ge, Ga, Tb, Dy, and Sm were added, and the maximum amount was 4 atomic%. In the case of the Fe-Co alloy system, B, C, Si, Ge, Ga, Al, Tb, Dy, and Sm were added as the third element, and the maximum amount was 6 atomic%. The addition of the third element increased the brittleness of most of the alloys and facilitated powder production. In addition, in most cases, the addition of a third element produces a more regular, easier-to-control plate-like powder. The third element is a nonmagnetic material at room temperature, and since the magnetic properties of the alloy are mostly degraded by the addition of such an element, it is necessary to minimize the addition amount as much as possible. Among the third elements, the effect of adding Ge was very good. In other words, when Ge was added as the third element, a plate-like powder suitable for the magnetostrictive composite could be produced with minimal deterioration of magnetic properties.

이렇게 제조된 판상의 분말을 고분자 바인더와 혼합하였다. 고분자 바인더로는 경화온도가 비교적 낮으며 경화후 기계적 강도가 높은 페놀계 수지, 우레아-포름알데히드계 수지, 멜라민-포름알데히드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지 및 폴리이미드계 수지 등이 바람직하고, 그 혼합량은 3 내지 15 무게 %가 바람직하다.The plate-like powder thus prepared was mixed with a polymer binder. Phenol-based resins, urea-formaldehyde-based resins, melamine-formaldehyde-based resins, polyester-based resins, epoxy-based resins, polyimide-based resins, etc., which have a relatively low curing temperature and high mechanical strength after curing, are preferable. And, the mixing amount is preferably 3 to 15% by weight.

고분자 바인더가 분말의 표면에 균일하게 도포되도록 하기 위하여 고분자 바인더를 먼저 메탄올, 에탄올, THF (tetrahydrofuran) 등의 극성 용매에 녹인 다음, 분말과 혼합하는 것이 바람직하다. 고분자 바인더의 함량이 너무 많으면 희석효과에 의해 복합체의 자기변형 값이 크게 감소하게 되며, 또한 너무 적으면 복합체의 기계적 강도가 작게 되므로 바람직하지 않다.In order to uniformly apply the polymer binder to the surface of the powder, the polymer binder is preferably dissolved in a polar solvent such as methanol, ethanol, and tetrahydrofuran (THF), and then mixed with the powder. If the content of the polymer binder is too large, the magnetostriction value of the composite is greatly reduced by the dilution effect, and if it is too small, the mechanical strength of the composite is small, which is not preferable.

분말의 성형은 통상의 프레스를 사용하였다. 성형압력은 0.1 내지 2.0 GPa이 적당하다. 분말의 성형시 자기장을 인가하지 않고 성형하는 것도 가능하지만, 자기장을 인가하는 것이 보다 바람직하다. 인가되는 자기장의 방향은 프레스에 의한 가압 방향과 수직으로 한다. 인가되는 자기장은 정자기적 상호작용에 의해 분말의 판상 면과 자기장의 방향이 평행이 되게 정렬하는 것을 도와준다. 자기장을 인가하여판상의 분말이 정렬된 자기변형 복합체의 경우, 응용시 자기장을 면에 평행한 방향으로 인가하면 반자계의 크기가 줄어들기 때문에, 낮은 자기장에서도 자기변형의 민감성이 높일 수 있다.The molding of the powder used a conventional press. The molding pressure is appropriately 0.1 to 2.0 GPa. Although it is also possible to shape | mold without applying a magnetic field at the time of shaping | molding of a powder, it is more preferable to apply a magnetic field. The direction of the applied magnetic field is perpendicular to the pressing direction by the press. The applied magnetic field helps to align the plate-like surface of the powder and the direction of the magnetic field to be parallel by the electromagnetic interaction. In the case of a magnetostrictive composite in which a plate-like powder is aligned by applying a magnetic field, when the magnetic field is applied in a direction parallel to the plane during application, the size of the diamagnetic field is reduced, so that the sensitivity of the magnetostriction can be increased even at a low magnetic field.

성형된 분말의 경화는 100oC 내지 200oC 온도 범위에서 수분 내지 수십 분 유지함으로써 달성된다.Curing of the molded powder is achieved by maintaining a few minutes to several tens of minutes in the temperature range of 100 ° C. to 200 ° C.

다음에서는 본 발명을 더욱 명확히 이해할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 제조방법에 따른 바람직한 하나의 실시예를 설명한다. 하기의 실시예는 단지 예시적인 것일뿐으로, 본 실시예와는 다른 변경예들이 본 발명의 범위내에서 다양하게 이루어질 수 있음은 물론이다.In the following, in order to more clearly understand the present invention, one preferred embodiment according to the manufacturing method of the present invention will be described. The following examples are merely exemplary, and various modifications other than the present embodiment can be made within the scope of the present invention.

< 실시예 ><Example>

통상의 진공유도 용해법 또는 진공아크 용해법에 의해 Fe36Co62Ge2의 조성을 갖는 합금 잉고트를 제조하였다. 본 실시예에서 선택한 조성은 체계적인 조사를 통하여 최적화된 조성 중의 하나이다. 보다 구체적으로는 먼저 이원계 Fe-Co 합금에 대한 자기변형 성질이 조성에 따라 변하는 것을 체계적으로 조사하였으며, 제 3 원소의 종류와 첨가량이 자기적 및 기계적 성질에 미치는 영향 또한 체계적으로 조사하였다. 이러한 결과를 바탕으로 최적의 조성으로서 Fe36Co62Ge2합금을 선택하였다.An alloy ingot having a composition of Fe 36 Co 62 Ge 2 was prepared by a conventional vacuum induction melting method or a vacuum arc melting method. The composition selected in this embodiment is one of the compositions optimized through systematic investigation. More specifically, first, the change in the magnetostriction properties of binary Fe-Co alloys was systematically investigated, and the effects of the type and amount of the third element on the magnetic and mechanical properties were also systematically investigated. Based on these results, Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy was selected as the optimal composition.

용해된 합금 잉고트를 분쇄기(pulverizer)를 사용하여 직경 1 mm 크기 정도로 분쇄한 다음, spex mill(높은 에너지를 내는 볼밀의 일종)을 사용하여 최종 분말을 제조하였다. spex mill을 사용하여 분말을 제조하는 경우 분말의 재질과 비슷한 조성의 밀링 볼(milling ball)을 사용하였으며, 그 크기는 지름이 4.7 mm, 6.3 mm 및 9.5 mm 이다. 또한 분쇄할 시료의 양은 밀링 볼의 무게의 5배 정도로 하였다. 밀링 시 분위기는 이소프로필알콜을 용매제로 사용하였으며 밀링 시간은 2시간에서 10시간으로 다양하게 변화시켰다. 이렇게 제조된 분말은 분말의 크기에 따른 제 특성을 비교하기 위하여 채(sieve)를 이용하여 유사한 크기를 갖는 여러 분말군으로 분리하였는데, 본 실시예에서 분말군은 분말의 평균입도(이는 분말의 평균직경과 유사함)가 각각 23 ㎛, 73 ㎛, 125 ㎛, 175 ㎛ 및 225 ㎛인 5 종류로 분류하였다. 도 4-7에서는 평균입도가 각각 23 ㎛, 73 ㎛, 125 ㎛ 및 175 ㎛인 분말에 대하여 주사전자현미경으로 관찰한 미세 사진을 나타내었다. 도 4-7에서 보는 바와 같이 분말은 매우 얇은 판상의 형상을 보이고 있는데, 판상의 두께는 3∼5 ㎛ 정도이다.The molten alloy ingot was pulverized to about 1 mm in diameter using a pulverizer, and then the final powder was prepared using a spex mill (a kind of high energy ball mill). When the powder was prepared by using a spex mill, milling balls having a composition similar to that of the powder were used, and the sizes were 4.7 mm, 6.3 mm and 9.5 mm in diameter. The amount of the sample to be crushed was about five times the weight of the milling ball. At the time of milling, isopropyl alcohol was used as a solvent and milling time was varied from 2 hours to 10 hours. The powder thus prepared was separated into several powder groups having similar sizes by using a sieve to compare the characteristics according to the size of the powder. In this embodiment, the powder group is the average particle size of the powder ( (Similar to diameter) were classified into five types of 23 µm, 73 µm, 125 µm, 175 µm and 225 µm, respectively. 4-7 shows micrographs observed by scanning electron microscopy for powders having an average particle size of 23 μm, 73 μm, 125 μm, and 175 μm, respectively. As shown in Figure 4-7, the powder shows a very thin plate-like shape, the plate-like thickness is about 3 to 5 ㎛.

도 8은 도 4-7에서 보여준 여러 가지 크기의 분말입도를 가지는 분말들에 대한 X-선 회절에 대한 결과를 나타낸 것이다. 도 8의 (a)에는 통상적인 분말제조 방법에 의해 제조된 분말의 X-선 회절 결과를 보여주고 있으며, (b)는 본 발명에 따라 제조된, 그리고 도 4-7에 나타낸 판상 분말에 대한 X-선 회절 결과를 보여주고 있다. 일반적으로 체심입방격자(BCC) 구조를 갖는 합금의 경우 일방향 응고와 같은 단결정 성장을 제외하고는 (110)면으로 우선 성장을 하게 된다. (a)의 경우는 분말의 크기에 관계없이 (110)면이 다른 면들에 비해 우선적으로 발달해 있는 것을 관찰할 수 있다. 이는 다결정상을 갖는 합금에서 나타나는 일반적인 경우와 잘 일치한다. 그러나 본 발명에 따라 제조된 판상의 형상을 가진 분말의 경우 (그림 (b))(200) 면에 해당하는 피크가 모든 분말에 걸쳐서 (110)면에 해당하는 피크와 비슷하게 나타났으며, 분말의 평균입도가 증가할 수록 (200) 피크가 증가하는 경향을 보이며, 반면에 (110) 면의 피크는 점차 사라지고 있다. 이러한 X-선 회절 분석 결과로부터 판상의 분말은 (200) 면으로 분쇄됨을 알 수 있다. 작은 분말 입도에서 (110) 면 피크가 상대적으로 크게 나타나는 것은 입도가 작을 수록 X-선 회절분석을 위해 분말을 장입할 때 무질서하게 쌓이며, X-선이 조사되는 동일면적에 대해서 더 많은 입자가 존재하기 때문으로 생각된다.FIG. 8 shows the results of X-ray diffraction on powders having various particle sizes shown in FIGS. 4-7. Figure 8 (a) shows the X-ray diffraction results of the powder prepared by a conventional powder manufacturing method, (b) is for the plate-shaped powder prepared according to the present invention, and shown in Figure 4-7 X-ray diffraction results are shown. In general, alloys having a body-centered cubic lattice (BCC) structure are first grown to (110) plane except for single crystal growth such as unidirectional solidification. In the case of (a), it can be observed that the (110) plane is preferentially developed compared to other planes regardless of the size of the powder. This is in good agreement with the general case seen in alloys with polycrystalline phases. However, in the case of the plate-shaped powder prepared according to the present invention, the peaks corresponding to the (200) plane (Fig. (B)) were found to be similar to the peaks corresponding to the (110) plane across all the powders. As the average particle size increases, the (200) peak tends to increase, while the peak on the (110) plane gradually disappears. From the X-ray diffraction analysis results, it can be seen that the plate-shaped powder is crushed to the (200) plane. Relatively large (110) plane peaks at small powder particle sizes indicate that the smaller the particle size, the more randomly the powder accumulates when charged with the powder for X-ray diffraction analysis. It seems to exist.

판상의 분말이 (200) 면으로 분쇄되는 것은 자기변형 특성에서도 긍정적인 역할을 한다. 왜냐하면 체심입방격자를 가지는 FeCo 계 자기변형 합금의 경우 <100> 방향으로의 자기변형이 <111> 방향에 비해 월등히 높은 값을 가지는데, 이러한 <100> 방향을 많이 포함하고 있는 (200) 면으로 분쇄된 판상의 분말은 낮은 자기장에서도 큰 자기변형을 가질 것으로 예상된다.The pulverization of the plate-like powder to the (200) plane also plays a positive role in the magnetostriction properties. Because of the FeCo-based magnetostrictive alloy having a body-centered cubic lattice, the magnetostriction in the <100> direction is significantly higher than that of the <111> direction. The pulverized plate-like powder is expected to have large magnetostriction even at low magnetic fields.

이러한 판상의 분말을 고분자 바인더와 결합하였다. 고분자 바인더로는 경화온도가 비교적 낮고 기계적 강도가 높은 페놀계 수지를 사용하였는데, 페놀계 수지의 혼합량은 3 무게 % 내지 10 무게 %의 범위에서 다양한 양으로 혼합하였다. 페놀이 분말의 표면에 균일하게 분포하도록 하기 위하여 페놀을 먼저 에탄올 또는 THF 용매에 녹인 다음 분말과 혼합하였다.This plate-like powder was combined with a polymer binder. As the polymer binder, a phenolic resin having a relatively low curing temperature and high mechanical strength was used. A mixing amount of the phenolic resin was mixed in various amounts in the range of 3% by weight to 10% by weight. In order to distribute the phenol evenly on the surface of the powder, the phenol was first dissolved in ethanol or THF solvent and then mixed with the powder.

페놀이 혼합된 분말은 통상의 프레스를 사용하여 0.25 내지 0.75 GPa의 범위의 다양한 압력으로 성형하였다. 성형시 분말에 인가된 자기장이 제 특성에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 성형용 금형에 Nd-Fe-B 영구자석을 부착함으로써 자기장을 인가하였다. 인가된 자기장의 크기는 2 kOe 정도이다. 이러한 과정에 의해 제조된 성형체는 150oC에서 수분 내지 수십분 동안 경화처리 함으로써 기계적 강도가 큰 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체를 제조하였다. 제조된 복합체는 주로 직경이 5 mm이고 높이가 10-12 mm인 실린더 형상이거나 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm 크기의 사각기둥 형상이었다.The phenol mixed powder was molded at various pressures in the range of 0.25 to 0.75 GPa using conventional presses. The magnetic field was applied by attaching Nd-Fe-B permanent magnet to the molding die in order to observe the effect of the magnetic field applied to the powder during molding. The magnitude of the applied magnetic field is on the order of 2 kOe. The molded article prepared by this process was cured at 150 ° C for several minutes to several ten minutes to produce a high mechanical strength Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite. The composites prepared were mainly cylindrical in shape 5 mm in diameter and 10-12 mm in height, or in the shape of a square column of 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm.

자기변형은 복합체 형태로 제조한 시료에서뿐만 아니라, 합금이 가지는 고유의 자기변형 성질을 조사하기 위하여 복합체를 제조하기 이전에도 측정하였다. 이는 최적의 합금을 결정하기 위한 단계에서 필요할 뿐만 아니라, 자기변형 성질이 복합체의 형성에 의해 어떻게 변했는지를 조사하는데도 필요하다. 복합체를 제조하기 이전의 경우는 통상의 진공유도 용해법 또는 진공아크 용해법에 의해 제조된 잉고트를 복합체의 형상과 동일한 치수로 기계가공하여 측정하거나, 이를 진공유도법에 의해 재 용해하여 급속응고시킨 리본의 형태로 측정하였다. 후자의 경우 재용해된 용탕을 급속응고시키기 위하여, 용탕을 10-50 m/초의 선속도로 회전하는 구리 롤에 분사하였다. 이러한 급속응고 공정에 의해 매우 미세한 결정립을 가지는 리본을 얻을 수 있다. 제조된 급속응고 리본의 두께는 20-50 ㎛, 폭은 1-2 mm 정도이다. 복합체와 동일한 치수로 기계가공된 잉고트와 본 발명에 따른 복합체의 자기변형은 스트레인 게이지를 사용하여 최대 4.3 kOe의 자기장 하에서 측정하였다. 급속응고에 의해 제조된 리본은 전기용량법을 사용하여 최대 8 kOe의 자기장 하에서 측정하였다. 자기적 특성은 15 kOe의 자기장을 인가하면서 진동시료형 자력계를 이용하여 측정하였다. 복합체의 기계적 성질, 특히 압축강도를 측정하기 위하여 기계적 성질을 측정할 수 있는 tester를 사용하였다. 각 물성의 측정 결과는 도 9 내지 27에 나타내었는데, 이를 설명하면 다음과 같다.Magnetostriction was measured not only in samples prepared in the form of a composite, but also before the composite was prepared to investigate the inherent magnetostrictive properties of the alloy. This is necessary not only in the step to determine the optimum alloy, but also to investigate how the magnetostrictive properties changed by the formation of the composite. In the case of preparing the composite, the ingot prepared by the conventional vacuum induction melting method or the vacuum arc melting method is measured by machining to the same size as the shape of the composite, or by reintegrating and rapidly solidifying it by vacuum induction method. Was measured. In the latter case, in order to rapidly solidify the re-dissolved molten metal, the molten metal was sprayed onto a rotating copper roll at a linear speed of 10-50 m / sec. By such a rapid solidification process, a ribbon having very fine grains can be obtained. The quick-curing ribbons produced are 20-50 μm thick and 1-2 mm wide. The magnetostriction of the ingots machined to the same dimensions as the composite and the composite according to the invention was measured under a magnetic field of up to 4.3 kOe using a strain gauge. Ribbons prepared by rapid solidification were measured under capacities up to 8 kOe using capacitive method. Magnetic properties were measured using a vibration sample magnetometer while applying a magnetic field of 15 kOe. In order to measure the mechanical properties of the composite, especially the compressive strength, a tester capable of measuring the mechanical properties was used. Measurement results of the respective physical properties are shown in FIGS. 9 to 27, which will be described below.

도 9와 10에 나타낸 결과는 본 실시예에서 행한 조성 최적화 노력의 일부를 보여 준다. 도 9는 이원계 Fe-Co 합금에서 자기변형 (λ)이 합금의 조성에 따라 변화하는 결과를 나타낸다. 도 9는 이원계 Fe36Co64합금에서 Co 원자 대신에 제 3의 원소를 치환할 때, λ값이 치환된 제 3 원소의 양에 따라 변하는 결과의 한 예를 보여 준다. 제 3의 원소로서 B, Si, Ge, Ga, Al, Tb, Dy를 첨가하였다. 도 9와 10에 나타낸 결과는 급속응고 시료에 대한 결과이다. 자기변형 값은 8 kOe의 최대 자기장에서 얻어진 값을 나타내었다. 대부분의 시료에서 8 kOe의 최대 자기장에서 자기적 포화가 일어났기 때문에 도 9와 10에 나타낸 자기변형 값은 포화 자기변형과 거의 동일하다. 자기변형 λ은의 관계식에 의해 구하였는데, 여기서는 각각 리본의 면내에서 길이 방향에 평행한 (parallel) 방향 및 횡단 (transverse) 방향으로 자기장을 가하면서 길이방향에 평행한 방향으로 측정한 자기변형 값이다. 통상값은 시료의 자구구조에 민감하지만, 이 두 값의 차이, 즉는 재료가 자기적으로 포화될 정도의 큰 자기장을 인가하는 경우 자구구조에 무관하고 재료의 조성에 의존하기 때문에 재료의 고유 자기변형을 조사하기 위하여 많이 측정한다. The results shown in FIGS. 9 and 10 show some of the composition optimization efforts made in this example. FIG. 9 shows the result of the change of magnetostriction (λ) according to the composition of the alloy in the binary Fe-Co alloy. FIG. 9 shows an example of a result in which the lambda value is changed depending on the amount of the substituted third element when the third element is substituted for the Co atom in the binary Fe 36 Co 64 alloy. As the third element, B, Si, Ge, Ga, Al, Tb, and Dy were added. The results shown in FIGS. 9 and 10 are for rapid coagulation samples. The magnetostriction value was obtained at a maximum magnetic field of 8 kOe. Since the magnetic saturation occurred at the maximum magnetic field of 8 kOe in most samples, the magnetostriction values shown in FIGS. 9 and 10 are almost the same as the saturation magnetostriction. Magnetostriction λ is Obtained by the relation of Wow Are the magnetostriction values measured in the direction parallel to the longitudinal direction, respectively, while applying a magnetic field in the parallel and transverse directions in the plane of the ribbon. Normal Wow The value is sensitive to the sample's magnetic structure, but the difference between these two values, When the magnetic field is applied large enough to magnetically saturate, it is measured a lot to investigate the inherent magnetostriction of the material because it is independent of the structure and depends on the composition of the material.

도 9에서 보는 바와 같이 이원계 Fe-Co 합금에서 최대의 자기변형은 Co 함량이 60-70 원자 %일 때 얻어졌다. 도 10에 대한 결과로부터 비자성체인 제 3의 원소를 Fe-Co 합금에 첨가함에 따라 자기변형은 단조적으로 감소한다. 그러나 자기변형이 감소하는 정도는 제 3의 원소의 종류에 따라 다르다. 제 3의 원소로서 Ge를 첨가하는 경우 자기변형의 감소는 다소 작게 나타났다. 특히 Ge를 2 원자 % 첨가하는 경우 자기변형의 감소가 거의 나타나지 않았다. 또한 다른 제 3의 원소와는 달리 Ge의 경우 2 원자 %의 작은 첨가에도 자기변형 복합체에 적합한 특성을 가지는 판상의 분말을 용이하게 제조하는 것이 가능하였다. 이러한 자기적 및 기계적 특성으로부터 Ge가 2 원자 % 함유된 Fe36Co62Ge2합금을 최적의 조성으로 선택하였다.As shown in FIG. 9, the maximum magnetostriction in the binary Fe-Co alloy was obtained when the Co content was 60-70 atomic%. From the results for FIG. 10, the magnetostriction monotonously decreases as a non-magnetic third element is added to the Fe—Co alloy. However, the extent to which the magnetostriction decreases depends on the type of the third element. When Ge was added as the third element, the decrease in magnetostriction was rather small. In particular, the addition of 2 atomic% Ge showed little decrease in magnetostriction. In addition, unlike other third elements, it was possible to easily prepare a plate-like powder having properties suitable for the magnetostrictive composite even with a small addition of 2 atomic% in the case of Ge. From these magnetic and mechanical properties, the Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy containing 2 atomic% of Ge was selected as the optimal composition.

도 11은 본 발명에 따른 자기변형 복합체에 대하여 포화자화와 밀도가 분말의 평균입도에 따라 변화하는 결과를 나타내었다. 도 11의 결과는 페놀 함량이 10 무게 % 및 성형시 압력이 0.5 GPa로 일정하게 한 상태에서 제조한 복합체에 대한 결과이다.Figure 11 shows the result of the saturation magnetization and density changes with the average particle size of the powder for the magnetostrictive composite according to the present invention. The results in FIG. 11 are the results for the composite prepared in a state in which the phenol content is 10% by weight and the molding pressure is 0.5 GPa.

도 12는 본 발명에 따른 자기변형 복합체에 대하여 포화자화와 밀도가 페놀 함량에 따라 변화하는 결과를 나타내었다. 도 12의 결과는 분말의 평균입도가 73 ㎛ 및 성형시 압력이 0.5 GPa로 일정하게 한 상태에서 제조한 복합체에 대한 결과이다.Figure 12 shows the result of the saturation magnetization and density change depending on the phenol content for the magnetostrictive composite according to the present invention. The result of FIG. 12 is a result of the composite prepared in a state in which the average particle size of the powder is 73 μm and the molding pressure is 0.5 GPa.

도 13은 본 발명에 따른 자기변형 복합체에 대하여 포화자화와 밀도가 성형시 압력에 따라 변화하는 결과를 나타내었다. 도 13의 결과는 분말의 평균입도가 73 ㎛ 및 페놀 함량이 7 무게 %로 일정하게 한 상태에서 제조한 복합체에 대한 결과이다.Figure 13 shows the result of the saturation magnetization and density changes with pressure during molding for the magnetostrictive composite according to the present invention. The result of FIG. 13 is a result for the composite prepared in a state in which the average particle size of the powder was 73 μm and the phenol content was constant at 7% by weight.

도 11-13의 결과로부터 포화자화와 밀도가 변화하는 거동은 매우 유사하다. 즉 밀도가 높으면 포화자화도 높고 반대로 밀도가 낮으면 포화자화도 이에 비례하여 낮다. 이는 강자성체인 Fe36Co62Ge2합금의 밀도는 대략 7.99 g/cc로서 비자성체인 페놀의 1.28 g/cc 보다 높기 때문에 쉽게 예상되는 결과이다. 도 11에서 분말의 평균입도가 23 ㎛에서 225 ㎛까지 증가함에 따라 포화자화는 10.36 kG에서 9.01 kG로 감소하며, 밀도는 4.61 g/cc에서 4.04 g/cc로 감소한다. 페놀 함량과 성형시 압력이 일정함에도 불구하고 복합체의 포화자화와 밀도가 분말의 평균입도가 증가함에 따라 감소하는 것은, 분말의 평균입도가 증가함에 따라 복합체의 자기변형 합금이 차지하는 율, 즉 충진율이 낮아지는 것을 의미한다. 도 12에서 페놀 함량이 3 무게 %에서 10 무게 %로 증가함에 따라 포화자화는 13.22 kG에서 10.03 kG로 감소하며, 밀도는 5.72 g/cc에서 4.45 g/cc로 감소한다. 페놀함량이 증가함에 따라 복합체의 포화자화와 밀도가 감소하는 것은, 페놀이 비자성체이면서 밀도가 자기변형 합금에 비해 매우 낮기 때문이다. 도 13에서 성형압력이 0.25 GPa에서 0.75 GPa로 증가함에 따라 포화자화는 10.62 kG에서 12.24 kG로 증가하며, 밀도는 4.54 g/cc에서 5.39 g/cc로 증가한다. 분말의 평균입도와 페놀 함량이 일정함에도 불구하고 복합체의 포화자화와 밀도가 성형 압력에 따라 증가하는 것은, 분말의 성형 압력이 증가함에 따라 복합체의 충진율이 증가하기 때문이다.From the results of Figs. 11-13, the saturation magnetization and the behavior of density change are very similar. In other words, if the density is high, the saturation magnetization is high. On the contrary, if the density is low, the saturation magnetization is also low. This is easily expected because the density of the ferromagnetic Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy is approximately 7.99 g / cc, which is higher than 1.28 g / cc of the non-magnetic phenol. In FIG. 11, as the average particle size of the powder increases from 23 μm to 225 μm, the saturation magnetization decreases from 10.36 kG to 9.01 kG, and the density decreases from 4.61 g / cc to 4.04 g / cc. Despite the constant phenol content and pressure during molding, the decrease in saturation magnetization and density of the composite as the average particle size of the powder increases, the rate of filling of the magnetostrictive alloy of the composite as the average particle size of the powder increases. It means lowering. In FIG. 12, the saturation magnetization decreases from 13.22 kG to 10.03 kG and the density decreases from 5.72 g / cc to 4.45 g / cc as the phenol content increases from 3% to 10% by weight. The saturation magnetization and density of the composites decrease with increasing phenolic content because the phenols are nonmagnetic and have a very low density compared to magnetostrictive alloys. In FIG. 13, as the forming pressure increases from 0.25 GPa to 0.75 GPa, the saturation magnetization increases from 10.62 kG to 12.24 kG, and the density increases from 4.54 g / cc to 5.39 g / cc. Although the average particle size and phenol content of the powder are constant, the saturation magnetization and density of the composite increase with the molding pressure because the filling rate of the composite increases as the molding pressure of the powder increases.

도 11-13의 결과로부터 분말의 평균입도가 작을수록, 페놀함량이 적을수록그리고 성형압력이 클수록 복합체의 포화자화와 밀도가 증가하기 때문에 복합체의 제 특성이 일단은 우수할 것으로 예상할 수 있다, 그러나 이러한 공정 파라미터들의 최적화는 이러한 파라미터들에 따른 자기변형 성질 및 기계적 성질을 고려하여 결정하여야 한다. 먼저 페놀함량의 경우를 생각해 보자. 페놀함량이 매우 적을 경우 포화자화와 밀도는 높지만 기계적 강도는 응용에 적합하지 않을 정도로 낮으며 또한 비저항이 낮아 고주파 특성이 나쁘게 될 것이다. 반면 페놀함량이 많을 경우 강도가 클 뿐만 아니라 비저항이 높기 때문에 우수한 고주파 특성을 보이게 될 것이지만, 비자성체인 페놀의 희석 효과 때문에 과다한 페놀 함량은 자기적 성질을 열화시킬 것이다.It can be expected from the results of FIGS. 11-13 that the characteristics of the composite are excellent because the smaller the average particle size, the smaller the phenol content, and the higher the molding pressure, the higher the saturation magnetization and density of the composite are. However, the optimization of these process parameters should be determined taking into account the magnetostriction and mechanical properties of these parameters. First consider the case of phenol content. If the phenol content is very low, the saturation magnetization and density are high, but the mechanical strength is low enough to be unsuitable for the application, and the low resistivity will result in poor high frequency characteristics. On the other hand, if the phenol content is high, it will show excellent high frequency characteristics because of its high strength and high resistivity, but excessive phenol content will degrade the magnetic properties due to the dilution effect of the non-magnetic phenol.

성형압력의 경우, 도 13의 결과에서 성형압력이 증가함에 따라 포화자화와 밀도가 선형적으로 증가하기 때문에 성형압력이 높을수록 복합체의 특성이 우수할 것으로 예상되지만 실제로는 그렇지 않다. 도 14는 본 발명에 따른 복합체의 압축강도가 성형압력에 따라 변하는 결과를 보여 준다. 도 14의 결과는 일정한 분말의 평균입도 (125 ㎛)와 페놀함량 (10 무게 %)에서 얻어진 결과이다. 도 14에서 보는 바와 같이 압축강도는 0.5-0.6 GPa에서 최대이다. 이는 압축강도의 측면에서 볼 때 최적 성형압력은 0.5-0.6 GPa임을 의미한다. 매우 큰 성형압력에서 압축강도가 감소하는 것은, 이러한 성형압력 범위에서 판상의 분말 사이에 존재하는 고분자 바인더가 분말 밖으로 새어나와 분말 사이의 결합이 제대로 이루어지지 않기 때문으로 추정된다. 또한 분말의 면과 면 사이에서 새어나온 고분자 바인더는 서로 뭉치면서 편석과 같은 형태로 존재하게 되어 압축응력을 열화시키는 역할을 할 것으로 예상된다.In the case of the molding pressure, since the saturation magnetization and the density increase linearly as the molding pressure increases in the result of FIG. 13, it is expected that the higher the molding pressure, the better the properties of the composite. Figure 14 shows the result that the compressive strength of the composite according to the present invention changes depending on the molding pressure. The results in FIG. 14 are obtained from the average particle size (125 μm) and phenol content (10 wt%) of the constant powder. As shown in FIG. 14, the compressive strength is maximum at 0.5-0.6 GPa. This means that the optimum molding pressure in terms of compressive strength is 0.5-0.6 GPa. The reduction in compressive strength at very large molding pressures is presumed to be due to the fact that the polymeric binders present between the plate-like powders in these molding pressure ranges leak out of the powder and are not properly bonded. In addition, the polymer binders leaking out between the surface and the surface of the powder are expected to play a role of deteriorating the compressive stress because they exist in the form of segregation as they aggregate together.

도 15는 성형압력의 경우와는 달리 분말의 평균입도가 작아질수록 포화자화와 밀도가 커지면서 압축강도도 역시 증가함을 보여주는 결과이다. 평균입도가 125-225 ㎛의 경우는 35-36 MPa 정도로 압축강도가 비슷하다가 75 ㎛에서는 65 MPa로 급격한 증가를 보이고 있다. 이는 고분자 바인더 기지 중에 박혀 있는 판상의 분말을 날카롭고 긴 크랙으로 간주했을때 분말의 두께/지름비가 분말의 평균입도가 작아질수록 증가하므로 분말의 면방향으로의 압축강도는 일축응력하에서의 취성파괴에 근거하여 증가하게 된다. 또한 분말의 평균입도가 증가하면 각각의 분말입자의 표면적도 증가하게 되어 고분자 바인더와 분말간에 더 균일하고, 더 큰 접착강도가 요구되게 된다. 따라서 분말간의 결합력이 평균입도의 증가에 따라 감소하게 된다.Figure 15 shows that unlike the molding pressure, as the average particle size of the powder decreases, the saturation magnetization and density increase, and the compressive strength also increases. In the case of the average particle size of 125-225 ㎛, the compressive strength is similar as 35-36 MPa, but in the case of 75 ㎛ is rapidly increased to 65 MPa. When the plate-like powder embedded in the polymer binder matrix is regarded as a sharp and long crack, the thickness / diameter ratio of the powder increases as the average particle size of the powder decreases, so that the compressive strength of the powder in the plane direction is determined by brittle fracture under uniaxial stress. Increase on the basis of In addition, as the average particle size of the powder increases, the surface area of each powder particle also increases, requiring a more uniform and greater adhesive strength between the polymer binder and the powder. Therefore, the binding force between powders decreases with increasing average particle size.

도 16은 도 15에서 평균입도 75 ㎛를 갖는 복합체의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다. 분말을 회색으로, 바인더는 검은색으로 보이는데, 성형방향에 평행한 방향으로 절단된 단면에서 분말의 단면이 관찰되는 것으로부터 분말은 대부분 성형방향에 수직한 방향으로 정렬되어 있다. 다시 말하면 성형에 의해 판상의 분말들이 대체로 성형방향에 수직한 방향으로 정렬하고 있으며 일부에는 고분자 바인더가 뭉쳐있는 것을 관찰할 수 있으나 전체적으로 분말사이에 바인더가 균일한 간격으로 분포하고 있다.FIG. 16 is a photograph illustrating a cross section of a composite having an average particle size of 75 μm in FIG. 15 with a scanning electron microscope. FIG. The powder is grayed out and the binder is black. The powder is mostly aligned in the direction perpendicular to the molding direction since the cross section of the powder is observed in the cut section parallel to the molding direction. In other words, by forming, the plate-like powders are generally aligned in a direction perpendicular to the forming direction, and some of the polymer binders are aggregated, but the binders are uniformly distributed between the powders as a whole.

도 17과 18은 각각 복합체의 보자력이 분말의 평균크기 및 성형압력에 따라 변화하는 결과를 보여준다. 복합체의 보자력은 분말의 평균크기와 성형압력에 따라그리 큰 변화를 보이지 않으나, 분말의 크기가 증가할수록 감소하며, 성형압력이 증가할수록 증가하는 경향을 보인다. 복합체의 보자력은 페놀 함량에 거의 무관하다. 본 발명에서 행한 공정 파라미터 범위에서 복합체의 보자력은 50 Oe - 57 Oe로서 비교적 작은 값을 나타내었다.17 and 18 show the result of the coercive force of the composites varying with the average size and molding pressure of the powder, respectively. The coercive force of the composite does not change much according to the average size of the powder and the molding pressure, but decreases as the size of the powder increases and increases as the molding pressure increases. The coercive force of the complex is almost independent of the phenol content. The coercive force of the composite in the range of process parameters performed in the present invention was relatively small as 50 Oe-57 Oe.

도 19는 급속응고 방법에 의해 30 m/s의 회전 롤 속도에서 제조된 Fe36Co62Ge2합금 리본에 대한 λ값이 자기장에 따라 변화하는 결과를 나타낸다. 도 9, 10과 마찬가지로 λ값은의 관계식에 의해 구하였다. 도 19에서 보는 바와 같이 1 kOe의 자기장까지 λ값은 크게 증가하다가 그 이후의 인가 자기장에서는 서서히 증가하여, 본 발명에서 인가한 최대의 자기장인 8 kOe에서는 거의 포화된다. 이 때의 평균 λ값은 76 ppm 정도이다.FIG. 19 shows the result of λ value change according to the magnetic field for the Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy ribbon prepared at the rotational roll speed of 30 m / s by the rapid solidification method. 9 and 10, the lambda value is It was obtained by the relational formula of. As shown in FIG. 19, the value of λ increases to a magnetic field of 1 kOe, but gradually increases in an applied magnetic field thereafter, and is substantially saturated at 8 kOe, the largest magnetic field applied in the present invention. The average lambda value at this time is about 76 ppm.

도 20은 통상의 진공유도 용해법 또는 진공아크 용해법에 의해 제조된 Fe36Co62Ge2합금 잉고트를 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm 크기의 사각기둥 형상으로 기계가공한 시료에 대하여가 자기장에 따라 변하는 결과를 나타낸다. 급속응고 리본과 마찬가지로에 대한 결과를 모두 구한 다음 이러한 결과로부터 재료의 자구구조에 무관한 λ값을 구하면 도 10의 리본에 대한 결과와 직접적인 비교가 가능할 것이다. 그러나값을 구하는 경우 급속응고 리본과는 달리 시료의 형상에 의한 반자계가 매우 크고 따라서 재료에 실제 인가되는 자기장을 정확하게 예측하는 것이 어렵기 때문에에 대한 결과만을 구하였다. 2 kOe의 자계에서값이 포화되는 것으로 보아 형상이방성에 의한 영향으로 볼 수 있으며 108 ppm에서 거의 포화되었다. 낮은 자계 (1 kOe 이하)에서의가 낮은 값을 갖는 것은 기계가공한 시료의 잔류응력에 의한 영향으로 생각된다.FIG. 20 illustrates a sample in which a Fe 36 Co 62 Ge 2 alloy ingot prepared by a conventional vacuum induction melting method or vacuum arc melting method is machined into a square pillar shape having a size of 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm. Results in a change depending on the magnetic field. Like the quick-curing ribbon Wow Once all of the results are obtained, and the λ values irrelevant to the magnetic domain of the material are obtained from these results, a direct comparison with the results for the ribbon of FIG. 10 may be possible. But Unlike the rapid solidification ribbon, the semi-magnetic field due to the shape of the sample is very large and therefore it is difficult to accurately predict the magnetic field actually applied to the material. Only the results for At a magnetic field of 2 kOe The saturation of the value indicates the effect of shape anisotropy and was nearly saturated at 108 ppm. At low magnetic fields (below 1 kOe) The lower value of is considered to be due to the residual stress of the machined sample.

도 21은 본 발명에 따라 인가 자기장하에서 성형함으로써 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여가 자기장에 따라 변하는 결과를 나타내었다. 시료의 치수는 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm로서 도 20의 기계가공한 합금 잉고트와 동일하다. 따라서값을 구할 때 시료의 형상에 의한 반자계가 매우 크고 따라서 재료에 실제 인가되는 자기장을 정확하게 예측하는 것이 어렵기 때문에에 대한 결과만을 구하였다. 도 20의 결과와 마찬가지로 2 kOe의 자계에서가 포화됨을 알 수 있다. 이는 분말의 형상에 의한 반자계의 영향이 거의 없음을 나타내는 것이며 순수한 시료의 형상에 의해서 반자계가 나타나고 있음을 증명하는 것이다. 따라서 시료의 형상을 조절한다면 훨씬 낮은 자기장하에서의 포화값을 얻을 수 있게 될 것으로 생각된다.21 is for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared by molding under applied magnetic field in accordance with the present invention Has changed according to the magnetic field. The dimensions of the sample were 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm, which is the same as the machined alloy ingot of FIG. therefore When calculating the value, the semi-magnetic field due to the shape of the sample is very large and therefore it is difficult to accurately predict the magnetic field actually applied to the material. Only the results for Similar to the result of FIG. 20, at a magnetic field of 2 kOe It can be seen that is saturated. This indicates that there is little influence of the diamagnetic field due to the shape of the powder, and proves that the diamagnetic field appears by the shape of the pure sample. Therefore, if you adjust the shape of the sample, under much lower magnetic field It is thought that the saturation value of can be obtained.

도 22는 본 발명에 따라 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여 4.3 kOe의 자기장에서 측정된값이 평균입도에 따라 변하는 결과를 나타낸다. 도 22에서 성형중 인가 자기장이 자기변형에 미치는 영향을 조사하기 위하여 자기장을 인가하면서 성형한 복합체와 자기장을 인가하지 않은 상태에서 성형한 복합체에 대한 결과를 비교하였다. 도 22의 결과에서 보는 바와 같이 분말의 평균입도가 낮은경우 자기장의 인가 유무가 자기변형에 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 분말의 평균입도가 증가함에 따라 성형시 자기장을 인가함으로써 자기변형이 크게 증가하였으며, 이러한 경향은 분말의 평균입도가 증가함에 따라 더욱 두드러졌다. 이러한 결과는 분말의 평균입도가 작은 경우 판상 분말은 성형시의 압력에 의해 스스로 정렬되지만 분말의 평균입도가 크게 되면 판상의 분말이 성형시의 압력에 의해 스스로 정렬되지 않기 때문으로 생각된다. 이 경우 외부에서 자기장을 인가하는 경우 정자기 상호작용에 의해 판상 분말의 면이 자기장과 평행하도록 정렬하는 것을 도와주며, 이는 반자계의 크기를 줄이게 된다.22 is measured at a magnetic field of 4.3 kOe for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared according to the present invention. The result shows that the value changes according to the average particle size. In FIG. 22, in order to investigate the effect of the applied magnetic field on the magnetic deformation during molding, the results of the composite molded with the magnetic field and the composite molded without the magnetic field were compared. As shown in the result of FIG. 22, when the average particle size of the powder is low, the presence or absence of the magnetic field does not significantly affect the magnetostriction. However, as the average particle size of the powder was increased, the magnetostriction was greatly increased by applying a magnetic field during molding, and this tendency was more pronounced as the average particle size of the powder was increased. This result is considered that when the average particle size of the powder is small, the plate-shaped powder is aligned by the pressure at the time of molding, but when the average particle size of the powder is large, the plate-shaped powder is not aligned by the pressure at the time of molding. In this case, when a magnetic field is applied from the outside, the surface of the plate-shaped powder is arranged to be parallel to the magnetic field by the static magnetic interaction, which reduces the size of the semi-magnetic field.

도 23은 본 발명에 따라 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여 4.3 kOe의 자기장에서 측정된값이 페놀 함량에 따라 변하는 결과를 나타낸 것이다. 도 23의 결과에서 보는 바와 같이 페놀 함량이 3 무게%에서 7 무게%까지 63.3 ppm에서 102.7 ppm으로 증가하다가 페놀 함량이 10 무게%로 계속 증가하면서는 92.8 ppm으로 감소하였다. 통상적으로 페놀 함량이 작아지면 자기변형재료의 부피분율이 증가하여 바인더에 의한 희석효과를 줄일수가 있으나, 도 23과 같은 결과로부터 낮은 페놀 함량에서의 자기변형의 감소를 고려해볼 때 페놀 함량이 3 과 5 무게%에서는 바인더가 분말의 자기변형을 전달하기에 충분하게 도포되지 못했기 때문으로 생각된다. 따라서 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에서 가장 효과적으로 자기변형분말의 변위를 전달하기 위한 페놀 함량은 7 무게%이다. 이러한 결과는 분말의 평균입도가 125 ㎛인 경우에 해당하는 것으로 평균입도가 증가할 수록 최적의 페놀함량은 증가할 것으로 예상된다.23 is measured at a magnetic field of 4.3 kOe for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared according to the present invention. The results show that the value changes with the phenol content. As shown in the results of FIG. 23, the phenol content was increased from 3% to 7% by weight from 63.3 ppm to 102.7 ppm, while the phenol content was continuously increased to 10% by weight and decreased to 92.8 ppm. In general, when the phenol content is reduced, the volume fraction of the magnetostrictive material is increased, thereby reducing the dilution effect due to the binder. However, considering the reduction of the magnetostriction at the low phenol content, the phenol content is 3 and At 5% by weight, it is believed that the binder has not been applied sufficiently to deliver the magnetostriction of the powder. Therefore, in the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite, the phenol content to transfer the magnetostrictive powder displacement most effectively is 7% by weight. These results correspond to the case where the average particle size of the powder is 125 μm. As the average particle size increases, the optimum phenol content is expected to increase.

도 24는 본 발명에 따라 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대하여 4.3 kOe의 자기장에서 측정된값이 성형시 압력에 따라 변화하는 것을 나타낸 것이다. 도 24의 결과에서 보는 바와 같이 성형압력이 0.25 GPa에서0.61 GPa로 증가함에 따라값이 72.2 ppm에서 94.8 ppm로 증가한다. 0.61 GPa 이상으로 성형압력이 증가되면 0.67 GPa에서 다소 감소한 92 ppm을 나타내었다. 그 이상으로 계속 증가시키면값은 점차적으로 감소할 것이다. 이는 도 14에서 보여준 성형압력에 따른 압축강도의 변화에서 성형압력이 0.5-0.6 GPa을 넘어서면 압축강도가 감소하는 것을 고려할 때 고분자 바인더의 분포와 연관이 되며 이는 또한값과 직접적인 연관이 있음을 증명한다.24 is measured at a magnetic field of 4.3 kOe for the Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared according to the present invention. It is shown that the value changes with the pressure during molding. As shown in the results of FIG. 24, as the forming pressure increases from 0.25 GPa to 0.61 GPa The value increases from 72.2 ppm to 94.8 ppm. Increasing the molding pressure above 0.61 GPa resulted in a slight decrease of 92 ppm at 0.67 GPa. If you continue to increase beyond that The value will gradually decrease. This is related to the distribution of the polymeric binder considering that the compressive strength decreases when the molding pressure exceeds 0.5-0.6 GPa in the change of compressive strength according to the molding pressure shown in FIG. Prove that there is a direct association with the value.

도 25는 본 발명에 따라 인가 자기장하에서 성형함으로써 제조된 Fe36Co62Ge2자기변형 복합체에 대한 자기이력곡선이다. 도 25의 결과로부터 자화는 4 kOe에서 거의 포화가 되며, 보자력은 50 Oe 이다. 판상 분말로 제조된 복합체는 분말에 의한 반자계의 영향이 거의 없고 다만 복합체 전체의 형상에 의한 반자계가 나타나므로 자가장에 의한 자화의 민감성이 증가하였다. 특히 1 kOe의 낮은 자장하에서 자화율이 10으로 구형분말로 제조된 복합체의 7.0에 비해 1.4배 정도 높았다. 단 1 kOe 이상에서 포화되기까지 각형이 좋지 않은 것은 분말이 완전하게 정렬되지 않았기 때문이다. 이러한 결과로 볼 때 복합체의 자기적 및 자기변형의 자장에 대한 민감성은 반자장의 영향을 받지 않는 분말의 형상과 인가 자기장에 평행한 방향으로의 정렬이 중요함을 알 수 있다.25 is a magnetic history curve for a Fe 36 Co 62 Ge 2 magnetostrictive composite prepared by molding under an applied magnetic field in accordance with the present invention. From the results in FIG. 25, the magnetization is nearly saturated at 4 kOe and the coercive force is 50 Oe. The composite made of plate-like powder had little effect of the diamagnetic field due to the powder, but exhibited a semi-magnetic field due to the shape of the entire composite, thereby increasing the sensitivity of magnetization due to the magnetic field. Particularly, the magnetic susceptibility was 10 times 1.4 times higher than that of the spherical powder, which was prepared under the low magnetic field of 1 kOe. The poor squareness until saturation above 1 kOe is due to the powder being not perfectly aligned. These results indicate that the sensitivity of magnetic and magnetic strain to the magnetic field of the composite is important to the shape of the powder unaffected by the anti-magnetic field and to the alignment in the direction parallel to the applied magnetic field.

< 비교예 ><Comparative Example>

진공유도 용해법 또는 진공아크 용해법에 의해 이원계 Fe-Co 합금을 제조하고, 이를 atomization 방법을 사용하여 구형의 분말을 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 자기변형 복합체를 제조하였다. 본 비교에서 선택한 합금의 조성은 Fe52Co48이다. 분말의 크기는 평균 직경 75 ㎛이다.A bimodal Fe-Co alloy was prepared by vacuum induction melting or vacuum arc dissolving, and a magnetostrictive composite was prepared in the same manner as in Example except that a spherical powder was used using an atomization method. The composition of the alloy selected in this comparison is Fe 52 Co 48 . The size of the powder is 75 μm in average diameter.

도 26은 비교예에 따라 구형의 분말을 사용하여 제조한 FeCo 자기변형 복합체에 대하여가 자기장에 따라 변화하는 결과를 나타내었다. 시료의 치수는 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm이다. 도 21에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 판상의 분말을 사용하여 제조한 자기변형 복합체에 비해 동일한 자기장에서의 자기변형이 다소 낮다. 특히 응용상 중요한 낮은 자기장에서의 자기변형 민감성이 매우 나쁘다. 이는가 2 kOe의 높은 자계에서도 포화가 이루어지지 않음을 통해서 분명히 알 수 있다.26 is a FeCo magnetostrictive composite prepared using the spherical powder according to the comparative example Has changed according to the magnetic field. The dimensions of the sample are 3.5 mm * 3.5 mm * 10 mm. As shown in FIG. 21, the magnetostriction in the same magnetic field is somewhat lower than the magnetostrictive composite prepared using the plate-shaped powder according to the embodiment of the present invention. In particular, magnetostriction sensitivity at low magnetic fields, which is important for applications, is very poor. this is It can be clearly seen that saturation is not achieved even at a high magnetic field of 2 kOe.

도 27은 비교예에 따라 구형의 분말을 사용하여 제조한 FeCo 자기변형 복합체에 대한 자기이력곡선이다. 도 25에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 판상의 분말을 사용하여 제조한 자기변형 복합체에 비해 동일한 자기장에서의 자화가 낮다. 즉, 재료의 고유 특성은 매우 유사함에도 불구하고, 분말이 구형인 경우 형상에 의한 반자계가 크기 때문에 복합체를 자화시키는데 많은 인가 자기장이 필요하게 된다. 보자력은 56 Oe로서 거의 비슷한 값을 가지고 있다.FIG. 27 is a magnetic history curve of a FeCo magnetostrictive composite prepared using a spherical powder according to a comparative example. FIG. As shown in FIG. 25, magnetization in the same magnetic field is lower than in the magnetostrictive composite prepared using the plate-shaped powder according to the embodiment of the present invention. That is, although the intrinsic properties of the material are very similar, many applied magnetic fields are required to magnetize the composite because the semi-magnetic field by shape is large when the powder is spherical. The coercive force is 56 Oe, which is almost the same.

이상에서, 본 발명의 실시예에서 제시한대로 자기적 및 기계적 성질이 우수한 합금 조성을 최적화하였으며, 이러한 합금에서 통상의 분말 제조공정에 의해 자기변형 복합체에 적합한 성질을 가지는 판상의 분말을 제조하였다. 제조된 분말을 고분자 바인더와 결합시킴으로써 자기변형 복합체를 제조하였으며, 이러한 복합체에서 우수한 자기변형 특성이 달성되었다.In the above, as shown in the embodiment of the present invention, the alloy composition having excellent magnetic and mechanical properties was optimized, and in this alloy, a plate-like powder having suitable properties for the magnetostrictive composite was prepared by a conventional powder manufacturing process. A magnetostrictive composite was prepared by combining the prepared powder with a polymer binder, and excellent magnetostrictive properties were achieved in this composite.

본 발명에 따른 천이금속계 자기변형 복합체는 낮은 자기장에서도 높은 자기변형 민감도를 가지며, 금속 자기변형 분말이 고분자 바인더에 의해 절연되어 있기 때문에 저항이 크며 따라서 와전류 손실이 작아 고주파에서도 우수한 특성을 보인다. 본 발명에 따른 천이금속계 자기변형 복합체는 기존의 희토류계 자기변형 복합체에 비해 성능은 떨어지지만, 재료의 가격이 희토류계에 비해 월등히 저렴하므로 높은 성능/가격 비를 가지며 따라서 상업적 응용성이 매우 높다.The transition metal magnetostrictive composite according to the present invention has a high magnetostriction sensitivity even at a low magnetic field, and because the metal magnetostrictive powder is insulated by the polymer binder, the resistance is high and thus the eddy current loss is small, thereby showing excellent characteristics even at high frequencies. The transition metal-based magnetostrictive composite according to the present invention has a lower performance than the conventional rare earth-based magnetostrictive composite, but has a high performance / price ratio because the price of the material is significantly lower than that of the rare earth-based composite, and thus the commercial applicability is very high.

본 발명은 상기 실시 예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited only to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

Claims (8)

천이금속계 합금에 대하여 우수한 자기변형 특성을 갖는 자기변형 복합체의 제조방법에 있어서,In the method of producing a magnetostrictive composite having excellent magnetostrictive properties for the transition metal alloy, 자기적 성질과 기계적 성질을 반영하여 합금을 설계하는 단계와;Designing the alloy to reflect magnetic and mechanical properties; 진공유도 용해법 또는 진공아크 용해법에 의해 Fe-Al 및 Fe-Co계 합금 잉고트를 형성하는 단계;Forming Fe-Al and Fe-Co-based alloy ingots by vacuum induction melting or vacuum arc melting; 상기 합금 잉고트를 판상의 분말로 분쇄하는 단계;Grinding the alloy ingot into a plate-like powder; 상기 분쇄된 판상의 분말에 고분자 바인더를 혼합하는 단계; 및Mixing a polymer binder with the pulverized plate-shaped powder; And 상기 생성된 혼합물을 성형하고 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.Transforming metal-based magnetostrictive composite manufacturing method comprising the step of molding and curing the resulting mixture. 청구항 1에 있어서, 상기 Fe-Al계 합금 잉고트로부터 판상의 분말이 용이하게 형성되도록 B, C, Si, Ge, Ga, Tb, Dy, Sm 군으로 이루어진 제 3의 원소를 첨가하며, 최대 첨가량이 4 원자 % 인 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.The method according to claim 1, wherein the third element consisting of B, C, Si, Ge, Ga, Tb, Dy, Sm group is added so that a plate-like powder is easily formed from the Fe-Al alloy ingot, and the maximum amount Method for producing a transition metal-based magnetostrictive composite, characterized in that 4 atomic%. 청구항 1에 있어서, 상기 Fe-Co계 합금 잉고트로부터 판상의 분말이 용이하게 형성되도록 B, C, Si, Ge, Ga, Al, Tb, Dy, Sm 군으로 이루어진 제 3의 원소를 첨가하며, 최대 첨가량이 6 원자 % 인 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.The method according to claim 1, wherein a third element consisting of B, C, Si, Ge, Ga, Al, Tb, Dy, Sm group is added so that a plate-like powder is easily formed from the Fe-Co alloy ingot. Method for producing a transition metal-based magnetostrictive composite, characterized in that the addition amount is 6 atomic%. 청구항 1에 있어서, 상기 판상의 분말에 혼합하는 고분자 바인더는 경화온도가 비교적 낮으며 경화후 기계적 강도가 높은 페놀계 수지, 우레아-포름알데히드계 수지, 멜라민-포름알데히드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지 및 폴리이미드계 수지 등이 사용되고, 그 혼합량이 3 내지 15 무게 % 인 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.The method of claim 1, wherein the polymer binder to be mixed with the plate-like powder is a phenol resin, urea-formaldehyde resin, melamine-formaldehyde resin, polyester resin, Epoxy resin, polyimide resin, etc. are used, and the mixing amount is 3-15 weight%, The transition metal type magnetostrictive composite manufacturing method characterized by the above-mentioned. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 고분자 바인더가 판상 분말의 표면에 균일하게 도포되도록 하기 위하여 고분자 바인더를 먼저 메탄올, 에탄올, THF (tetrahydrofuran) 등의 극성 용매에 녹인 다음, 분말과 혼합하는 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.The method according to claim 1 or 4, wherein the polymer binder is first dissolved in a polar solvent such as methanol, ethanol, THF (tetrahydrofuran), and then mixed with the powder so that the polymer binder is uniformly applied to the surface of the plate-like powder Transition metal-based magnetostrictive composite manufacturing method. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합물의 성형은 프레스를 사용하고, 성형 압력은 0.1 내지 2.0 GPa 인 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.The method of claim 1, wherein the molding of the mixture using a press, the molding pressure is a transition metal-based magnetostrictive composite manufacturing method, characterized in that 0.1 to 2.0 GPa. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서, 상기 혼합물의 성형은 자기장을 인가하지 않고 바로 성형하거나 혹은 자기장을 인가하며, 상기 인가되는 자기장의 방향은 프레스에 의한 가압 방향과 수직인 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.The transition metal-based magnetostriction according to claim 1 or 6, wherein the molding of the mixture is performed without directly applying a magnetic field or applying a magnetic field, and the direction of the applied magnetic field is perpendicular to the pressing direction by a press. Composite manufacturing method. 청구항 1에 있어서, 상기 성형된 혼합물의 경화는 100oC 내지 200oC 온도 범위에서 수분 내지 수십 분 간 유지하는 것을 특징으로 하는 천이금속계 자기변형 복합체 제조방법.The method of claim 1, wherein the curing of the molded mixture is maintained for several minutes to several tens of minutes at a temperature range of 100 ° C. to 200 ° C.
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