KR20200029833A - 소결 자석의 제조 방법 및 소결 자석 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석의 제조 방법은 희토류 수소화물 표면에 유기 불화물이 코팅된 첨가제를 제조하는 단계; 및 상기 첨가제를 자석 분말과 혼합하여 가열하는 단계를 포함하고, 상기 자석 분말은 희토류-철-붕소계 분말을 포함한다.

Description

소결 자석의 제조 방법 및 소결 자석{MANUFACTURING METHOD OF SINTERED MAGNET AND SINTERED MAGNET}
본 발명은 소결 자석의 제조 방법 및 소결 자석에 대한 것이다. 보다 구체적으로, R-Fe-B 소결 자석의 제조 방법 및 이러한 방법으로 제조된 소결 자석에 관한 것이다.
NdFeB계 자석은 희토류 원소인 네오디뮴(Nd) 및 철, 붕소(B)의 화합물인Nd2Fe14B의 조성을 갖는 영구자석으로서, 1983년 개발된 이후에 30년 동안 범용 영구자석으로 사용되어 왔다. 이러한 NdFeB계 자석은 전자 정보, 자동차 공업, 의료기기, 에너지, 교통 등 여러 분야에서 쓰인다. 특히 최근 경량, 소형화 추세에 맞춰서 공작 기기, 전자 정보기기, 가전용 전자 제품, 휴대 전화, 로봇용 모터, 풍력발전기, 자동차용 소형 모터 및 구동 모터 등의 제품에 사용되고 있다.
NdFeB계 자석의 일반적인 제조는 금속 분말 야금법에 기초한 스트립(Strip)/몰드캐스팅(mold casting) 또는 멜트 스피닝(melt spinning)방법이 알려져 있다. 먼저, 스트립(Strip)/몰드캐스팅(mold casting) 방법의 경우, 네오디뮴(Nd), 철(Fe), 붕소(B) 등의 금속을 가열을 통해 용융시켜 잉곳을 제조하고, 결정립 입자를 조분쇄하고, 미세화 공정을 통해 마이크로 입자를 제조하는 공정이다. 이를 반복하여, 분말을 수득하고, 자기장 하에서 프레싱(pressing) 및 소결(sintering) 과정을 거쳐 비등방성 소결 자석을 제조하게 된다.
또한, 멜트 스피닝(melt spinning) 방법은 금속 원소들을 용융시킨 후, 빠른속도로 회전하는 휠(wheel)에 부어서 급냉하고, 제트 밀 분쇄 후, 고분자로 블렌딩 하여 본드 자석으로 형성하거나, 프레싱 하여 자석으로 제조한다.
자석 분말을 소결하여 소결 자석을 얻는 과정의 경우, 섭씨 1000도 내지 1250도의 온도 범위에서 소결을 진행하여 치밀화시켜 진밀도를 얻는다. 상기 온도 구간에서 소결을 진행할 때 반드시 결정립 성장을 동반하게 되는데, 이러한 결정립의 성장은 보자력을 감소시키는 요인으로 작용한다. 결정립의 크기와 보자력의 관계는 [수학식 1]에 나타낸 바와 같이 실험적으로 밝혀져 있다.
[수학식 1]
HC = a + b/D (HC: 자기 모멘트, a 및 b: 상수, D: 결정립 크기)
상기 수학식 1에 따르면, 소결 자석의 보자력은 결정립의 크기가 커질수록 감소하는 경향을 보인다. 부연하면, 소결 중 결정립 성장 (초기 분말 크기의 1.5배 이상)이 발생하고 비정상입자 성장 (일반 결정립 크기의 2배 크기 이상)이 일어나 초기 분말이 가질 수 있는 이론 보자력보다 크게 감소한다.
이에 소결 중 결정립의 성장을 억제하기 위한 방법으로 HDDR(Hydrogenation, disproportionation, desorption and recombination)공정, 제트 밀 분쇄를 통한 초기 분말의 크기를 감소시키는 방법, 2차상을 형성할 수 있는 원소를 첨가하여 삼중점에 형성시켜 결정립계의 이동을 억제하는 방법 등이 있다.
그러나 전술한 바의 다양한 방법을 통해서 소결 자석의 보자력은 어느 정도 확보할 수 있으나, 공정 자체가 매우 복잡하고 여전히 소결 시 결정립 성장 억제에 대한 효과가 아직까지 미비하다. 또한, 결정립 이동 등에 의해 미세구조가 크게 달라져 소결 자석의 특성감소, 첨가 원소로 인해 자기특성이 감소하는 등의 또 다른 문제가 발생한다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들은 소결 공정시 결정립 성장을 억제시켜 높은 보자력을 갖는 소결 자석의 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 소결 자석을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석의 제조방법은 희토류 수소화물 표면에 유기 불화물이 코팅된 첨가제를 제조하는 단계; 및 상기 첨가제를 자석 분말과 혼합하여 가열하는 단계를 포함하고, 상기 자석 분말은 희토류-철-붕소계 분말을 포함한다.
상기 자석 분말 및 상기 희토류 수소화물 각각은 La, Ce, Nd, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu 중 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다.
상기 희토류 수소화물은 LaH2, CeH2, NdH2, PrH2, PmH2, SmH2, EuH2, GdH2, TbH2, DyH2, HoH2, ErH2, TmH2, YbH2, 및 LuH2 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유기 불화물은 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17에 해당하는 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유기 불화물은 과불화옥탄산(PFOA: PerFluoro Octanoic Acid)을 포함할 수 있다.
상기 첨가제를 제조하는 단계는 상기 희토류 수소화물, 상기 유기 불화물 및 유기 용매를 혼합하고 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 첨가제를 제조하는 단계는 상기 희토류 수소화물, 상기 유기 불화물 및 상기 유기 용매를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 용매는 아세톤, 노말 헥산 또는 메탄올일 수 있다.
상기 가열은 섭씨 1000도 내지 1100도의 온도로 진공 분위기에서 진행될 수 있다.
상기 자석 분말의 표면에 유기 불화물을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자석 분말에 코팅된 상기 유기 불화물은 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17에 해당하는 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 자석 분말에 코팅된 상기 유기 불화물은 과불화옥탄산(PFOA: PerFluoro Octanoic Acid)을 포함할 수 있다.
상기 자석 분말의 표면에 상기 유기 불화물을 코팅하는 단계는 상기 자석 분말, 상기 유기 불화물 및 유기 용매를 혼합하고 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자석 분말의 표면에 상기 유기 불화물을 코팅하는 단계는 상기 자석 분말, 상기 유기 불화물 및 상기 유기 용매를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 소결 자석의 결정립 표면에 희토류 불화물 또는 희토류산불화물의 피막이 형성될 수 있다.
상기 소결 자석의 결정립의 평균 입도는 0.5 내지 10 마이크로미터일 수 있다.
상기 소결 자석은 R-Fe-B계 소결 자석이고, 상기 소결 자석의 조성은 R2Fe14B이며, 상기 R은 La, Ce, Nd, Pr, Pm, Sm 또는 Eu일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 코팅된 소결 보조제를 첨가함으로써, 소결 과정에서 자석 분말 입자의 결정립 성장을 초기 분말의 크기 수준으로 억제할 수 있으며, 소결 전 성형 공정에서 자석 분말의 입자 표면에 코팅된 유기 불화물의 윤활 작용을 통하여 높은 치밀도의 성형체의 제조가 가능하다.
도 1 및 도 2는 실시예 1에 따라 제조한 소결 자석의 파단면에 대한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 3 및 도 4는 실시예 2에 따라 제조한 소결 자석의 파단면에 대한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 5 및 도 6은 비교에 1에 따라 제조한 소결 자석의 파단면에 대한 주사 전자 현미경 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석의 제조 방법은 희토류 수소화물 표면에 유기 불화물이 코팅된 첨가제를 제조하는 단계; 및 상기 첨가제를 자석 분말과 혼합하여 가열하는 단계를 포함하고, 상기 자석 분말은 희토류-철-붕소계 분말을 포함한다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
종래의 희토류 수소화물은 소결 보조제로서, 희토류 수소화물을 희토류-철-붕소계 분말과 혼합한 후 열처리 및 소결하여, 소결 자석 내부의 입계부 또는 소결 자성 주상립의 입계부 영역에 R-rich 및 ROX상을 형성함으로써, 제조되는 소결 자석의 소결성을 개선하고 주상 분해를 억제한다. 즉, R-rich 상을 갖는 고밀도의 소결 영구 자석을 제조하기 위해 희토류 수소화물을 첨가한 후 소결을 진행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 희토류 수소화물은 그 표면을 유기 불화물로 코팅한다. 유기 불화물을 코팅하는 단계는 희토류 수소화물 및 유기 불화물을 유기 용매와 함께 혼합하고 건조하는 단계를 포함할 수 있으며, 구체적으로 희토류 수소화물, 유기 불화물 및 유기 용매를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 불화물은 과불화화합물(PFC: Perfluorinated Compound)로써 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17 에 해당하는 화합물 중 하나 이상을 포함하며, 그 중 특히, 과불화옥탄산(PFOA: PerFluoro Octanoic Acid)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17 에 해당하는 화합물은 Perfluorohexanoic Acid(PFHxA, C6), Perfluoroheptanoic Acid(PFHpA, C7), Perfluorooctanoic Acid(PFOA, C8), Perfluorononanoic Acid(PFNA, C9), Perfluorodecanoic Acid(PFDA, C10), Perfluoroundecanoic Acid(PFUnDA, C11), Perfluorododecanoic Acid (PFDoDA, C12), Perfluorotridecnoic Acid (PFTrDA, C13), Perfluorotetradecanoic Acid(PFTeDA, C14), Perfluorohexadecanoic Acid (PFHxDA, C16) 및 Perfluoroheptadecanoic Acid (PFHpDA, 17)에 해당한다.
상기 유기 용매는 상기 유기 불화물이 용해될 수 있으면, 그 종류는 특별히 제한 되지 않으나, 아세톤, 노말 헥산 또는 메탄올임이 바람직하다.
상기 자석 분말은 희토류-철-붕소계 분말을 포함한다면 제조 방법은 특별히 제한 되지 않으므로, 상기 자석 분말은 자석 합금을 기계 분쇄 또는 수소 분쇄하거나, 스트립 캐스트 방법에 의해 제조 된 것일 수도 있으나, 환원-확산법에 의해 제조됨이 바람직하다.
환원-확산법에 의해 희토류-철-붕소계 분말을 형성할 경우 별도의 조분쇄, 수소파쇄, 제트밀과 같은 분쇄 공정이나 표면 처리 공정이 요구되지 않는다.
환원-확산법에 따른 희토류-철-붕소계 분말의 합성은 원료 물질로부터 합성하는 단계 및 세정단계를 포함한다. 원료 물질로부터 합성하는 단계는 산화 네오디뮴과 같은 희토류 산화물, 붕소, 철과 같은 원재료 및 Ca 등의 환원제를 균일하게 혼합한 뒤, 가열하여 원재료들의 환원 및 확산에 의해 희토류-철-붕소계 분말을 형성하는 방법이다.
구체적으로, 희토류 산화물, 붕소, 철의 혼합물로 분말을 제조할 경우, 희토류 산화물, 붕소 및 철의 몰비는 1:14:1 내지 1.5:14:1 사이일 수 있다. 희토류 산화물, 붕소 및 철은 R2Fe14B 자석 분말을 제조하기 위한 원재료이며, 상기 몰비를 만족하였을 때 높은 수율로 R2Fe14B 자석 분말을 제조할 수 있다. 만일 몰비가 1:14:1 이하인 경우 R2Fe14B 주상의 조성 틀어짐 및 R-rich 입계상이 미형성되는 문제점이 있고, 상기 몰비가 1.5:14:1 이상인 경우 희토류 원소의 양이 과도하여 환원된 희토류 원소가 잔존하게 되고, 남은 희토류 원소가 R(OH)3나 RH2로 바뀌는 문제점이 있을 수 있다.
상기 가열은 불활성 가스 분위기에서 섭씨 800도 내지 1100도의 온도로 10분 내지 6시간 동안 진행될 수 있다. 가열 시간이 10분 이하인 경우 분말이 충분히 합성되지 못하며, 가열 시간이 6시간 이상인 경우 분말의 크기가 조대해지고 1차 입자들끼리 뭉치는 문제점이 있을 수 있다.
환원-확산 방법으로 자석 분말을 제조하는 경우 상기 제조 과정에서 생성되는 부산물인 알칼리 금속의 산화물 또는 알칼리토금속의 산화물이 형성되며, 이러한 부산물 제거를 위한 세정 단계가 진행될 수 있다. 세정 단계는 4급 암모늄계 메탄올 용액을 사용하여 부산물을 제거하는 단계, 그리고 부산물이 제거된 분말을 용매로 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이렇게 제조되는 자석 분말은 입자의 평균 입도가 0.5 내지 10 마이크로미터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 소결 자석의 제조 방법은 상기 자석 분말의 표면에 유기 불화물을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 자석 분말의 표면에 유기 불화물을 코팅하는 단계는 상기 희토류 수소화물의 표면에 유기 불화물을 코팅하는 방법과 상호 동일 내지 유사한 방법이 적용될 수 있다.
상기 자석 분말 표면에 유기 불화물을 코팅하는 단계는 자석 분말, 유기 불화물을 유기 용매와 함께 혼합하고 건조하는 단계를 포함할 수 있으며, 구체적으로 자석 분말, 유기 불화물 및 유기 용매를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자석 분말에 코팅된 유기 불화물은 과불화화합물(PFC: Perfluorinated Compound)로써 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17 에 해당하는 화합물 중 하나 이상을 포함하며, 그 중 특히, 과불화옥탄산(PFOA: PerFluoro Octanoic Acid)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17 에 해당하는 화합물은 Perfluorohexanoic Acid(PFHxA, C6), Perfluoroheptanoic Acid(PFHpA, C7), Perfluorooctanoic Acid(PFOA, C8), Perfluorononanoic Acid(PFNA, C9), Perfluorodecanoic Acid(PFDA, C10), Perfluoroundecanoic Acid(PFUnDA, C11), Perfluorododecanoic Acid (PFDoDA, C12), Perfluorotridecnoic Acid (PFTrDA, C13), Perfluorotetradecanoic Acid(PFTeDA, C14), Perfluorohexadecanoic Acid (PFHxDA, C16) 및 Perfluoroheptadecanoic Acid (PFHpDA, 17)에 해당한다.
상기 유기 용매는 상기 유기 불화물이 용해될 수 있으면, 그 종류는 특별히 제한 되지 않으나, 아세톤, 노말 헥산 또는 메탄올임이 바람직하다.
상기 자석 분말 및 상기 희토류 수소화물 각각은 La, Ce, Nd, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu 중 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다.
상기 자석 분말은 희토류-철-붕소계 분말로서, 조성은 R2Fe14B이며, 상기 R은 La, Ce, Nd, Pr, Pm, Sm 또는 Eu일 수 있다.
상기 희토류 수소화물은 LaH2, CeH2, NdH2, PrH2, PmH2, SmH2, EuH2, GdH2, TbH2, DyH2, HoH2, ErH2, TmH2, YbH2, 및 LuH2 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 희토류 수소화물은 언급한대로, 소결 자석 내부의 입계부 또는 소결 자성 주상립의 입계부 영역에 R-rich 및 ROX상을 형성함으로써, 제조되는 소결 자석의 소결성을 개선하고 주상 분해를 억제하기 위해 첨가되는 것이므로, 상기 자석 분말과 상기 희토류 수소화물은 동일한 희토류 원소를 포함하는 것이 바람직하며, Nd를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 자기 이방성 증대로 보자력을 개선하기 위해 Dy, Tb등의 중희토류 원소가 포함된 수소화물이 첨가될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 각 성분들의 혼합 또는 분쇄를 위해 볼밀(Ball-Mill), 터뷸러 믹서(Turbula mixer), 스펙스 밀(Spex mill) 등이 사용될 수 있다.
다음, 상기 자석 분말과 상기 첨가제를 혼합하고, 가열하는 소결 단계가 진행된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 첨가제는 표면이 유기 불화물로 코팅된 희토류 수소화물이며, 상기 자석 분말은 코팅되지 않은 희토류-철-붕소계 분말을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 첨가제 및 상기 자석 분말 모두 유기 불화물로 코팅될 수 있다.
상기 자석 분말과 상기 첨가제의 혼합물을 소결을 위해 섭씨 1000도 내지 1100도의 온도로 가열할 수 있다. 상기 가열은 30분 내지 4시간동안 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 자석 분말과 상기 첨가제의 혼합물을 흑연 몰드에 넣어 압축하고, 펄스 자기장을 가해 배향하여 소결 자석용 성형체를 제조할 수 있다. 상기 소결 자석용 성형체를 진공 분위기에서 섭씨 1000도 내지 1100도의 온도로 가열하여 소결 자석을 제조한다.
소결을 진행할 때 반드시 결정립 성장을 동반하게 되는데, 이러한 결정립의 성장은 보자력을 감소시키는 요인으로 작용한다.
소결 과정에서 발생하는 결정립 성장을 억제하기 위해 자석 분말에 불화물 분말 등을 혼합할 수 있으나, 자석 분말에 불화물이 고르게 분포하지 못해 가열 중 불화물의 확산이 충분히 일어나지 않은 경우, 소결 과정에서의 결정립 성장을 충분히 억제하지 못할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들에서는, 불화물의 건식 혼합을 대신하여 유기 불화물을 유기 용매에 용해시켜 희토류 수소화물과 혼합하고, 본 발명의 다른 실시예에서는, 희토류 수소화물뿐만 아니라 희토류-철-붕소계 분말을 유기 용매를 통해 유기 불화물과 혼합한다. 유기 용매를 통한 혼합이므로 유기 불화물의 코팅이 보다 고르게 분포하여, 물질 확산을 효과적으로 억제하기 때문에, 그렇지 않은 경우와 비교해서, 소결 과정에서의 결정립 성장을 초기 자석 분말의 크기 정도로 제한할 수 있다. 결국, 결정립 성장 제한을 통해, 소결 자석의 보자력 감소를 최소화할 수 있다.
상기 소결 자석의 결정립의 평균 입도는 0.5 내지 10 마이크로미터일 수 있다.
또한, 희토류 수소화물을 유기용매를 이용해 코팅한 후 잔존물은 동일 유기용매로 세정하고 건조하여, 원하는 만큼의 코팅을 진행하여 소결할 수 있다. 즉 코팅의 정도를 보다 간편히 조절할 수 있어, 불화물 분말 등을 첨가하는 건식 혼합의 경우보다 잔존 불순물 함량을 떨어뜨리면서 원하는 결정립 성장 제한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 유기 불화물 및 상기 유기 용매에 의해 윤활 작용이 가능하다. 상기 윤활 작용을 통하여 높은 치밀도를 가진 소결 자석용 성형체를 제작할 수 있고, 상기 소결 자석용 성형체를 가열하면 고밀도, 고성능의 NdFeB 소결 자석의 제조가 가능하다.
한편, 소결 위한 가열시, 상기 자석 분말 또는 희토류 수소화물이 유기 불화물과 반응하여, 소결 자석의 결정립 계면에 화학적으로 안정한 희토류 불화물 또는 희토류산불화물의 피막이 형성될 수 있다. 상기 희토류산불화물은 자석 분말 표면의 산소와 반응하여 형성된 것이므로, 자석 분말 내부로의 산소 확산을 최소화할 수 있다. 따라서, 자석 입자의 새로운 산화 반응이 제한되어 소결 자석의 내식성이 향상되고, 희토류 원소가 산화물 생성에 불필요하게 소비되는 것을 억제하므로 고밀도의 희토류 소결 자석의 제조가 가능하다.
그러면 이하에서 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 기재에 따른 소결 자석의 제조방법에 대하여 설명한다.
실시예 1: 희토류 수소화물 PFOA 코팅
Nd2O3 34.35g, Fe 69.50g, B 1.05g, Cu 0.0309g, Al 0.262g 및 Ca 18.412g을 알칼리 금속 Na, K과 함께 밀폐된 플라스틱 통 안에서 균일하게 혼합한 후, 임의의 모양의 스테인리스 스틸 용기에 고르게 담아 누르고, 불활성 가스(Ar) 분위기에서 섭씨 920도 내지 950도의 온도로 30분 내지 6 시간 동안 튜브 전기로 안에서 반응시켰다. 이후 자동분쇄기로 반응물을 분쇄한 후, 에탄올 또는 메탄올 등의 유기용매와 질산암모늄을 이용하여 잔여 칼슘 화합물을 제거하였다. 이후 상기 분쇄된 반응물 10g, 질산암모늄 0.375g, 메탄올 125ml 및 지르코니아 볼 50g을 혼합하고 터뷸러 믹서를 이용해 1시간 내지 2시간 분쇄하고 건조한다. 이런 방법으로 평균 입도가 0.5 내지 10 마이크로미터인 Nd-Fe-B 분말을 제조하였다.
NdH2 분말 10g, PFOA 0.05g 내지 0.1g 및 스틸 볼 50g을 아세톤 10mL 내지 20mL와 혼합하고 spex mill을 사용하여 분쇄 코팅하고 건조한다.
상기 제조한 Nd-Fe-B 분말 100g과 PFOA 코팅된 NdH2 10g을 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 흑연 몰드에 넣어 압축하고, 5T 이상의 펄스 자장을 가해 분말을 배향하여, 소결 자석용 성형체를 제작한다. 소결 자석용 성형체를 진공 분위기에서 섭씨 1030도 내지 1070도의 온도로 1시간 내지 2시간 동안 가열하여 Nd-Fe-B 소결 자석을 제조하였다.
실시예 2: 희토류 수소화물 및 자석 분말 PFOA 코팅
실시예 1과 동일한 방법으로 평균 입도가 0.5 내지 10 마이크로미터인 Nd-Fe-B 분말을 제조하였다. 질산암모늄과 메탄올을 제거한 후 PFOA 0.05g 내지 0.10g 및 메탄올 125ml를 다시 첨가하여 터뷸러 믹서로 1시간 분쇄 및 코팅한다.
NdH2 분말 10g, PFOA 0.05g 내지 0.1g 및 스틸 볼 10g을 아세톤 10mL 내지 20mL와 혼합하고 spex mill을 사용하여 분쇄 코팅하고 건조한다.
상기 제조한 PFOA 코팅된 Nd-Fe-B 분말 100g과 PFOA 코팅된 NdH2 10g을 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 흑연 몰드에 넣어 압축하고, 5T 이상의 펄스 자장을 가해 분말을 배향하여, 소결 자석용 성형체를 제작한다. 소결 자석용 성형체를 진공 분위기에서 섭씨 1030도 내지 1070도의 온도로 1시간 내지 2시간 동안 가열하여 Nd-Fe-B 소결 자석을 제조하였다.
비교예 1: PFOA 코팅하지 않음
실시예 1과 동일한 방법으로 평균 입도가 0.5 내지 10 마이크로미터인 Nd-Fe-B 분말을 제조하였다.
NdH2 분말 10g, 헥산 10 내지 20ml 및 스틸 볼 50g을 혼합하고 spex mill을 사용하여 분쇄 코팅하고 건조한다.
상기 Nd-Fe-B 분말 100g과 NdH2 10g을 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 흑연 몰드에 넣어 압축하고, 5T 이상의 펄스 자장을 가해 분말을 배향하여, 소결 자석용 성형체를 제작한다. 소결 자석용 성형체를 진공 분위기에서 섭씨 1030도 내지 1070도의 온도로 1시간 내지 2시간 동안 가열하여 Nd-Fe-B 소결 자석을 제조하였다.
평가예 1: 주사전사 현미경 이미지
실시예 1에 따라 제조한 소결 자석의 파단면에 대한 주사 전자 현미경 사진을 도 1 및 도 2에 나타내었고, 실시예 2에 따라 제조한 소결 자석의 파단면에 대한 주사 전자 현미경 사진을 도 3 및 도 4에 나타내었으며, 비교에 1에 따라 제조한 소결 자석의 파단면에 대한 주사 전자 현미경 사진을 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5 및 도 6을 보면, PFOA 코팅되지 않은 경우에 소결 자석은 결정립 성장이 관찰되는 반면, 도 1 내지 도 4를 보면, PFOA 코팅된 경우에 소결 자석은 도 5 및 도 6에서와 같은 결정립 성장이 관찰되지 않는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 희토류 수소화물 표면에 유기 불화물이 코팅된 첨가제를 제조하는 단계; 및
    상기 첨가제를 자석 분말과 혼합하여 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 자석 분말은 희토류-철-붕소계 분말을 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 자석 분말 및 상기 희토류 수소화물 각각은 La, Ce, Nd, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 소결 자석의 제조방법.
  3. 제1항에서,
    상기 희토류 수소화물은 LaH2, CeH2, NdH2, PrH2, PmH2, SmH2, EuH2, GdH2, TbH2, DyH2, HoH2, ErH2, TmH2, YbH2, 및 LuH2 중 적어도 하나 이상을 포함하는 소결 자석의 제조방법.
  4. 제1항에서,
    상기 유기 불화물은 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17에 해당하는 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 유기 불화물은 과불화옥탄산(PFOA: PerFluoro Octanoic Acid)을 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 첨가제를 제조하는 단계는 상기 희토류 수소화물, 상기 유기 불화물 및 유기 용매를 혼합하고 건조하는 단계를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 첨가제를 제조하는 단계는 상기 희토류 수소화물, 상기 유기 불화물 및 상기 유기 용매를 분쇄하는 단계를 더 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 유기 용매는 아세톤, 노말 헥산 또는 메탄올인 소결 자석의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 가열은 섭씨 1000도 내지 1100도의 온도로 진공 분위기에서 진행되는 소결 자석의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 자석 분말의 표면에 유기 불화물을 코팅하는 단계를 더 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 자석 분말에 코팅된 상기 유기 불화물은 과불화카르복실산(PFCA: Perfluorinated Carboxylic Acid)계 물질 중 탄소 함량이 C6 내지 C17에 해당하는 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  12. 제10항에서,
    상기 자석 분말에 코팅된 상기 유기 불화물은 과불화옥탄산(PFOA: PerFluoro Octanoic Acid)을 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 자석 분말의 표면에 상기 유기 불화물을 코팅하는 단계는 상기 자석 분말, 상기 유기 불화물 및 유기 용매를 혼합하고 건조하는 단계를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 자석 분말의 표면에 상기 유기 불화물을 코팅하는 단계는 상기 자석 분말, 상기 유기 불화물 및 상기 유기 용매를 분쇄하는 단계를 더 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
  15. 제1항에서,
    상기 소결 자석의 결정립 표면에 희토류 불화물 또는 희토류산불화물의 피막이 형성되는 소결 자석의 제조 방법.
  16. 제1항에서,
    상기 소결 자석의 결정립의 평균 입도는 0.5 내지 10 마이크로미터인 소결 자석의 제조 방법.
  17. 제1항에서,
    상기 소결 자석은 R-Fe-B계 소결 자석이고,
    상기 소결 자석의 조성은 R2Fe14B이며,
    상기 R은 La, Ce, Nd, Pr, Pm, Sm 또는 Eu인 소결 자석의 제조 방법.
  18. 제1항의 방법으로 제조된 소결 자석.
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