KR20210045243A - Manufacturing method of sintered magnet - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 소결 자석의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 R-Fe-B계 소결 자석의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a sintered magnet, and more specifically, to a method of manufacturing an R-Fe-B-based sintered magnet.
NdFeB계 자석은 희토류 원소인 네오디뮴(Nd) 및 철, 붕소(B)의 화합물인 Nd2Fe14B의 조성을 갖는 영구자석으로서, 1983년 개발된 이후에 30년 동안 범용 영구자석으로 사용되어 왔다. 이러한 NdFeB계 자석은 전자 정보, 자동차 공업, 의료 기기, 에너지, 교통 등 여러 분야에서 쓰인다. 특히 최근 경량, 소형화 추세에 맞춰서 공작 기기, 전자 정보기기, 가전용 전자 제품, 휴대 전화, 로봇용 모터, 풍력 발전기, 자동차용 소형 모터 및 구동 모터 등의 제품에 사용되고 있다. NdFeB-based magnets are permanent magnets having a composition of neodymium (Nd), a rare earth element, and Nd 2 Fe 14 B, a compound of iron and boron (B), and have been used as a general-purpose permanent magnet for 30 years after being developed in 1983. These NdFeB-based magnets are used in various fields such as electronic information, automobile industry, medical equipment, energy, and transportation. In particular, in line with the recent light weight and miniaturization trend, it is used in products such as machine tools, electronic information devices, electronic products for home appliances, mobile phones, robot motors, wind power generators, small motors for automobiles, and driving motors.
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, 자석 분말을 수득하고, 자기장 하에서 프레싱(pressing) 및 소결(sintering) 과정을 거쳐 비등방성 소결 자석을 제조하게 된다. For the general manufacture of NdFeB-based magnets, a strip/mold casting or melt spinning method based on a metal powder metallurgy method is known. First, in the case of the strip/mold casting method, metals such as neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B) are melted through heating to produce an ingot, and the grain particles are coarsely pulverized. And, it is a process of manufacturing microparticles through a micronization process. By repeating this, magnetic powder is obtained, and an anisotropic sintered magnet is manufactured through a pressing and sintering process under a magnetic field.
또한, 멜트 스피닝(melt spinning) 방법은 금속 원소들을 용융시킨 후, 빠른 속도로 회전하는 휠(wheel)에 부어서 급냉하고, 제트 밀링 분쇄 후, 고분자로 블렌딩 하여 본드 자석으로 형성하거나, 프레싱 하여 자석으로 제조한다.In addition, in the melt spinning method, metal elements are melted, poured into a wheel rotating at a high speed, and then quenched, jet milled, pulverized, blended with a polymer to form a bonded magnet, or pressed to form a magnet. To manufacture.
최근 자석 분말을 환원-확산 방법으로 제조하는 방법이 주목되고 있다. 예를 들어, Nd2O3, Fe, B를 혼합하고 Ca 등으로 환원하는 환원-확산 공정을 통해 균일한 NdFeB 미세 입자를 제조할 수 있다.Recently, attention has been paid to a method of manufacturing a magnetic powder by a reduction-diffusion method. For example, it is possible to prepare uniform NdFeB fine particles through a reduction-diffusion process of mixing Nd 2 O 3, Fe, and B and reducing it to Ca.
다만, 환원-확산 방법으로 제조된 자석 분말을 소결하여 소결 자석을 얻는 과정의 경우, 섭씨 1000도 내지 1250도의 온도 범위에서 소결을 진행할 때 결정립 성장을 동반하게 되는데, 이러한 결정립의 성장은 보자력을 감소시키는 요인으로 작용한다. 결정립의 크기와 보자력의 관계는 수학식 1에 나타낸 바와 같이 실험적으로 밝혀져 있다. However, in the case of the process of obtaining a sintered magnet by sintering the magnet powder produced by the reduction-diffusion method, grain growth accompanies the sintering in a temperature range of 1000 to 1250 degrees Celsius, and the growth of such grains decreases the coercive force. It acts as a factor to make. The relationship between the grain size and the coercive force has been found experimentally as shown in
[수학식 1][Equation 1]
HC = a + b/D (HC: 자기 모멘트, a 및 b: 상수, D: 결정립 크기)HC = a + b/D (HC: magnetic moment, a and b: constant, D: grain size)
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 비정상 결정립 성장 (일반 결정립 크기의 2배 크기 이상)이 일어나 초기 분말이 가질 수 있는 이론 보자력보다 크게 감소한다.According to
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 삼중점을 형성시켜 결정립계의 이동을 억제하는 방법 등이 있다. Therefore, as a method to suppress the growth of crystal grains during sintering, the HDDR (Hydrogenation, disproportionation, desorption and recombination) process, a method of reducing the size of the initial powder through jet mill grinding, and a triple point by adding an element capable of forming a secondary phase. There is a method of suppressing the movement of grain boundaries by forming.
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 미세 구조가 크게 달라져 소결 자석의 특성 감소, 첨가 원소로 인해 자기 특성이 감소하는 등의 또 다른 문제가 발생한다.However, although the coercive force of the sintered magnet can be secured to some extent through the various methods described above, the process itself is very complicated and the effect on suppressing grain growth during sintering is still insufficient. In addition, the microstructure is greatly changed due to grain migration, and thus another problem occurs, such as a decrease in properties of a sintered magnet and a decrease in magnetic properties due to an additional element.
본 발명의 실시예들은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 환원-확산 방법으로 제조된 자석 분말을 소결하는 소결 자석의 제조 방법에 있어, 결정립 성장을 효과적으로 억제하여 미세한 결정립이 균일하게 분포하는 소결 자석을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The embodiments of the present invention have been proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, and in a method of manufacturing a sintered magnet for sintering magnetic powder manufactured by a reduction-diffusion method, crystal grain growth is effectively suppressed. An object thereof is to provide a sintered magnet in which fine grains are uniformly distributed.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above-described problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석의 제조 방법은 희토류 산화물, 철, 붕소, 환원제 및 금속 불화물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 섭씨 800도 내지 1100도의 온도에서 가열하여 환원-확산 방법을 이용해 자석 분말을 합성하는 단계; 및 상기 자석 분말을 소결하여 소결 자석을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 금속 불화물은 MoF4, MoF5, MoF6, WF4, WF6, ZrF4, TaF5 및 NbF5 중 적어도 하나를 포함한다.A method of manufacturing a sintered magnet according to an embodiment of the present invention includes preparing a mixture by mixing a rare earth oxide, iron, boron, a reducing agent, and a metal fluoride; Heating the mixture at a temperature of 800°C to 1100°C to synthesize magnetic powder using a reduction-diffusion method; And by sintering the magnet powder, and a step for producing a sintered magnet, the metal fluoride comprises MoF 4, MoF 5, MoF 6, WF 4, WF 6, ZrF 4, TaF 5 and NbF at least one of the five .
상기 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 혼합물에 Ga을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.Preparing the mixture may include adding Ga to the mixture.
상기 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 혼합물에 Na 및 K 중 적어도 하나를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.Preparing the mixture may include adding at least one of Na and K to the mixture.
상기 금속 불화물은 상기 혼합물 대비 0.2질량% 내지 3.0질량%로 혼합될 수 있다.The metal fluoride may be mixed in an amount of 0.2% to 3.0% by mass based on the mixture.
상기 희토류 산화물은 Nd2O3, La2O3, Ce2O3, Pr2O3, Pm2O3, Sm2O3 및 Eu2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The rare earth oxide may include at least one of Nd 2 O 3 , La 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Pr 2 O 3 , Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 and Eu 2 O 3.
상기 소결 자석은 R-Fe-B계 소결 자석이고, 상기 R은 Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm 또는 Eu일 수 있다.The sintered magnet is an R-Fe-B-based sintered magnet, and R may be Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm, or Eu.
상기 소결 자석의 입자 내부 및 표면에 R-F 상 및 R-O-F 상 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.At least one of an R-F phase and an R-O-F phase may be formed on the inside and the surface of the sintered magnet particles.
상기 환원제는 Ca, CaH2 및 Mg 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The reducing agent may include at least one of Ca, CaH 2 and Mg.
소결 자석을 제조하는 단계는, 상기 자석 분말과 희토류 수소화물 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계 및 상기 혼합 분말을 섭씨 1000도 내지 1100도에서 소결하는 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing of the sintered magnet may include preparing a mixed powder by mixing the magnetic powder and the rare earth hydride powder, and sintering the mixed powder at 1000°C to 1100°C.
상기 소결 자석의 제조 방법은 상기 소결 자석을 섭씨 500도 내지 800도로 가열하는 후 열처리 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing the sintered magnet may further include a heat treatment step after heating the sintered magnet to 500 to 800 degrees Celsius.
본 발명의 실시예들에 따르면, 환원-확산 방법 과정에서 고융점 금속 불화물이 첨가하여 자석 분말을 제조하고, 상기 자석 분말을 소결함으로써, 결정립 성장이 효과적으로 억제되고, 미세한 결정립이 균일하게 분포하는 소결 자석을 제조할 수 있다. 이에 따라 소결 자석의 각형비와 보자력이 향상될 수 있다.According to embodiments of the present invention, high melting point metal fluoride is added in the process of reduction-diffusion to prepare magnetic powder, and by sintering the magnetic powder, crystal grain growth is effectively suppressed and fine grains are uniformly distributed. You can make a magnet. Accordingly, the square ratio and coercivity of the sintered magnet can be improved.
또한, 희토류 원소와 불소의 화합물이 소결 자석의 입자 내부와 표면에 분포되어, 소결 자석의 표면 안정화를 통한 내식성 향상이 가능하다.In addition, a rare earth element and a fluorine compound are distributed inside and on the surface of the sintered magnet, so that corrosion resistance can be improved by stabilizing the surface of the sintered magnet.
도 1은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 소결 자석 각각에 대한 B-H 곡선 그래프이다.
도 2은 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 2의 소결 자석 각각에 대한 B-H 곡선 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 소결 자석에 대한 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 2의 소결 자석에 대한 SEM 사진이다.
도 5는 비교예 1의 소결 자석에 대한 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 소결 자석 각각에 대한 XRD 패턴이다.
도 7은 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 2의 소결 자석 각각에 대한 XRD 패턴이다.1 is a BH curve graph for each of the sintered magnets of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.
2 is a BH curve graph for each of the sintered magnets of Example 3, Example 4, and Comparative Example 2.
3 is a SEM photograph of the sintered magnet of Example 1.
4 is a SEM photograph of the sintered magnet of Example 2.
5 is a SEM photograph of the sintered magnet of Comparative Example 1.
6 is an XRD pattern for each of the sintered magnets of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.
7 is an XRD pattern for each of the sintered magnets of Example 3, Example 4, and Comparative Example 2.
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.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
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.In addition, throughout the specification, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석의 제조 방법은 희토류 산화물, 철, 붕소, 환원제 및 금속 불화물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 섭씨 800도 내지 1100도의 온도에서 가열하여 환원-확산 방법을 이용해 자석 분말을 합성하는 단계 및 상기 자석 분말을 소결하여 소결 자석을 제조하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a sintered magnet according to an embodiment of the present invention includes preparing a mixture by mixing rare earth oxides, iron, boron, reducing agent, and metal fluoride, and heating the mixture at a temperature of 800 to 1100 degrees Celsius to reduce-diffusion. And synthesizing the magnetic powder using a method, and sintering the magnetic powder to produce a sintered magnet.
상기 금속 불화물은 MoF4, MoF5, MoF6, WF4, WF6, ZrF4, TaF5 및 NbF5 중 적어도 하나를 포함한다. 다만, TaF5 및 NbF5 중 적어도 하나를 포함하는 것이 보다 바람직하다.The metal fluorides include MoF 4, MoF 5, MoF 6 ,
이렇게 환원-확산 방법으로 합성된 자석 분말은 R-Fe-B계 자석 분말일 수 있으며, R-Fe-B계 자석 분말을 소결하여 제조된 소결 자석은 R-Fe-B계 소결 자석일 수 있다. 여기에서의 R은 희토류 원소를 지칭하는 것으로, Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm 또는 Eu일 수 있다. 즉, 이하에서 설명하는 R은 Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm 또는 Eu 중 하나를 의미한다.The magnet powder synthesized by the reduction-diffusion method may be an R-Fe-B based magnet powder, and the sintered magnet manufactured by sintering the R-Fe-B based magnet powder may be an R-Fe-B based sintered magnet. . Here, R refers to a rare earth element, and may be Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm, or Eu. That is, R described below means one of Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm, or Eu.
본 실시예에서, R-Fe-B계 자석 분말은 환원-확산 방법을 통해 제조된다. 환원-확산 방법은 희토류 산화물, 철, 붕소 및 환원제를 혼합하여 혼합물을 제조한 뒤 혼합물을 가열하여 희토류 산화물을 환원시킴과 동시에 R2Fe14B 상의 분말을 합성시키는 방법이다.In this embodiment, the R-Fe-B-based magnet powder is produced through a reduction-diffusion method. In the reduction-diffusion method, a mixture is prepared by mixing rare earth oxides, iron, boron, and a reducing agent, and then the mixture is heated to reduce the rare earth oxides, and at the same time, the powder on R 2 Fe 14 B is synthesized.
희토류 산화물은 상기 희토류 원소 R과 대응하여, Nd2O3, La2O3, Ce2O3, Pr2O3, Pm2O3, Sm2O3 및 Eu2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The rare earth oxide includes at least one of Nd 2 O 3 , La 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Pr 2 O 3 , Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 and Eu 2 O 3 in correspondence with the rare earth element R. can do.
환원-확산 방법은 희토류 산화물을 원료로 하기 때문에 가격이 저렴하며, 별도의 조분쇄, 수소파쇄 또는 제트밀과 같은 분쇄 공정이나 표면 처리 공정이 요구되지 않는 장점이 있다.Since the reduction-diffusion method uses rare earth oxides as a raw material, the price is inexpensive, and a separate grinding process such as coarse grinding, hydrogen grinding, or jet mill or surface treatment process is not required.
또한, 소결 자석의 자기적 성능 향상을 위해서는 소결 자석의 결정립 미세화가 필수적인데, 소결 자석의 결정립의 크기는 초기 자석 분말의 크기와 직결된다. 이 때, 환원-확산 방법은 다른 방법에 비해 미세한 입자를 갖는 자석 분말을 제조하기 용이하다는 장점이 있다.In addition, in order to improve the magnetic performance of the sintered magnet, it is essential to refine the grains of the sintered magnet, and the size of the grains of the sintered magnet is directly related to the size of the initial magnet powder. In this case, the reduction-diffusion method has an advantage in that it is easier to manufacture magnetic powder having fine particles compared to other methods.
다만, 환원-확산 방법으로 제조된 자석 분말을 소결할 경우, 소결 과정에서 결정립 성장(초기 분말 크기의 1.5배 이상)이나 비정상 결정립 성장(일반 결정립 크기의 2배 크기 이상)이 일어날 수 있어, 소결 자석의 결정립 크기 분포가 균일하지 못하고, 보자력 등과 같은 자기적 성능이 저하되는 문제가 있다.However, in the case of sintering the magnetic powder manufactured by the reduction-diffusion method, grain growth (more than 1.5 times the initial powder size) or abnormal grain growth (more than twice the size of normal grain size) may occur during the sintering process. There is a problem that the grain size distribution of the magnet is not uniform, and magnetic performance such as coercivity is deteriorated.
이에 본 실시예에서는 희토류 산화물, 철, 붕소 및 환원제에 MoF4, MoF5, MoF6, WF4, WF6, ZrF4, TaF5 및 NbF5 중 적어도 하나를 포함하는 금속 불화물을 더 첨가하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 이용해 R-Fe-B계 자석 분말을 합성한다.Accordingly, in this embodiment, a metal fluoride containing at least one of MoF 4 , MoF 5 , MoF 6 , WF 4 , WF 6 , ZrF 4 , TaF 5 and NbF 5 is further added to the rare earth oxides, iron, boron, and reducing agent. And synthesized R-Fe-B-based magnetic powder using the mixture.
상기 금속 불화물은 고융점 금속(Refractory metal)의 불화물로써, 이를 혼합물에 첨가한 경우, 환원-확산 단계에서 고융점 금속의 석출을 유도하여, 합성되는 자석 분말의 입자 크기를 미세화할 수 있고 입자 크기의 분포도 고르게 형성할 수 있다. 앞서 설명하였듯이, 미세한 입자를 갖는 자석 분말을 통해 미세한 결정립을 갖는 소결 자석을 제조할 수 있다.The metal fluoride is a fluoride of a high melting point metal, and when it is added to the mixture, it induces precipitation of the high melting point metal in the reduction-diffusion step, thereby minimizing the particle size of the synthesized magnetic powder. The distribution of can also be formed evenly. As described above, it is possible to manufacture a sintered magnet having fine grains through the magnet powder having fine grains.
나아가, 상기 자석 분말을 소결할 때, MoF4, MoF5, MoF6, WF4, WF6, ZrF4, TaF5나 NbF5로 인해 소결 과정에서의 결정립 성장이 효과적으로 제한될 수 있다. 이에 따라, 결정립의 미세화 및 균일화가 가능하여 각형비와 보자력이 향상된 소결 자석을 제조할 수 있다.Furthermore, when sintering of the
이는, 정상 또는 비정상의 결정립 성장이 크게 발생하는 본 자석 분말의 특성이, 첨가된 Mo, W, Zr, Ta 또는 Nb 원소와 F 원소에 의해 효과적으로 억제되어 나타난 현상이라 생각해볼 수 있다.This can be considered as a phenomenon in which the characteristics of the magnetic powder, in which normal or abnormal grain growth occurs largely, is effectively suppressed by the added Mo, W, Zr, Ta, or Nb elements and F elements.
한편, 합성된 자석 분말이나 제조된 소결 자석은 그 입자 내부 및 표면에 R-F 상 및 R-O-F 상 중 적어도 하나가 형성될 수 있다. 이러한 불화물을 포함하는 상은 산화물보다 안정적이기 때문에 자석 분말의 입자 근처에 존재하는 기존의 산화물은 환원되어 상기 불화물을 포함하는 상으로 변화하기 쉬워져, R-O-F 상 이외의 산화물이 생성되기 어렵게 한다. 또한 R-O-F 상은 안정적으로 산소를 포착할 수 있어, 자석 분말의 산화나 수산화 등과 같은 새로운 반응이 진행하기 어려워 소결 자석의 내식성이 향상될 수 있다Meanwhile, in the synthesized magnetic powder or the manufactured sintered magnet, at least one of an R-F phase and an R-O-F phase may be formed on the inside and the surface of the particles. Since the fluoride-containing phase is more stable than the oxide, the existing oxides present near the particles of the magnetic powder are reduced and easily change to the fluoride-containing phase, making it difficult to generate oxides other than the R-O-F phase. In addition, since the R-O-F phase can stably capture oxygen, the corrosion resistance of the sintered magnet can be improved because new reactions such as oxidation or hydroxylation of the magnet powder are difficult to proceed.
또한, 상기 금속 불화물을, 환원-확산 방법으로 자석 분말을 합성하기 위해 마련한 혼합물에 첨가하였기 때문에, 상기 금속 불화물을 자석 분말의 입자 내부에 고르게 분포시킬 수 있으며, 나아가 제조된 소결 자석에서도 Mo, W, Zr, Ta나 Nb가 입자 내부 및 표면에 국부적으로 존재하는 것이 아니라 균일하게 분포할 수 있고, R-F 상 및 R-O-F 상도 마찬가지로 소결 자석의 입자 내부 및 표면에 균일하게 분포할 수 있다. 즉, 금속 불화물을 환원-확산 단계에서 첨가함으로써, 상기 언급한 결정립 성장 제한을 통한 각형비나 보자력의 향상이나 표면 안정화를 통한 내식성 향상 등의 효과를 보다 증대 시킬 수 있고, 소결 자석 전체에 고르게 발현되도록 할 수 있다.In addition, since the metal fluoride is added to the mixture prepared to synthesize the magnetic powder by the reduction-diffusion method, the metal fluoride can be evenly distributed inside the particles of the magnetic powder. , Zr, Ta, and Nb are not locally present in the particle and on the surface, but can be uniformly distributed, and the RF phase and the ROF phase can be uniformly distributed on the inside and the surface of the sintered magnet likewise. That is, by adding metal fluoride in the reduction-diffusion step, the effects such as improvement of the square ratio or coercivity through the above-mentioned grain growth limitation, improvement of corrosion resistance through surface stabilization, etc. can be further increased, and to be evenly expressed in the entire sintered magnet. can do.
뿐만 아니라, 고융점 금속을 순수 금속 상태로 첨가하는 것이 아닌 그보다 융점이 낮은 불화물 형태로 첨가하는 것이므로, 소결 자석 전체에 고르게 분포시키는데 보다 유리하다.In addition, since the high melting point metal is added in the form of a fluoride having a lower melting point rather than in a pure metal state, it is more advantageous in distributing it evenly throughout the sintered magnet.
상기 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 혼합물에 Ga을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 혼합물에 Ga가 더 포함될 수 있다. 혼합물에 Ga가 포함될 경우, 소결 자석의 입계면에서 비자성 상이 더 용이하게 유도될 수 있다. 이에 따라 입계 부위에서의 역자구 생성과 전이가 억제되어 보자력 상승을 기대할 수 있다.Preparing the mixture may include adding Ga to the mixture. In other words, Ga may be further included in the mixture. When Ga is included in the mixture, the nonmagnetic phase can be more easily induced at the grain boundary of the sintered magnet. Accordingly, generation and transition of inverse magnetic domains at the grain boundary are suppressed, and an increase in coercivity can be expected.
상기 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 혼합물에 Na 및 K 중 적어도 하나를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 자석 분말의 입도, 크기 및 형상의 제어를 위해, 혼합물에 Na 및 K 중 적어도 하나가 더 포함될 수 있다.Preparing the mixture may include adding at least one of Na and K to the mixture. Specifically, in order to control the particle size, size, and shape of the magnetic powder, at least one of Na and K may be further included in the mixture.
상기 금속 불화물은 상기 혼합물 대비 0.2질량% 내지 3.0질량%로 혼합될 수 있다. 상기 금속 불화물이 상기 혼합물 대비 0.2질량% 미만으로 혼합되면 입성장 제어의 효과가 거의 나타나지 않는 문제가 있을 수 있다. 상기 금속 불화물이 상기 혼합물 대비 3.0질량% 초과로 혼합되면, 소결성에 영향을 끼쳐 소결 밀도 저하를 일으키고, 이에 따라 잔류자속밀도 하락 등 자석 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The metal fluoride may be mixed in an amount of 0.2% to 3.0% by mass based on the mixture. When the metal fluoride is mixed in an amount of less than 0.2% by mass relative to the mixture, there may be a problem that the effect of controlling grain growth is hardly observed. When the metal fluoride is mixed in an amount greater than 3.0% by mass relative to the mixture, the sinterability may be affected, resulting in a decrease in the sintering density, and accordingly, there may be a problem in that the magnetic performance is deteriorated such as a decrease in the residual magnetic flux density.
그러면, 이하에서 각 단계별로 보다 상세히 설명하도록 한다.Then, each step will be described in more detail below.
먼저, 환원-확산 방법으로 R-Fe-B계 자석 분말을 제조하는 단계에 대하여 설명한다. 환원-확산법에 따른 R-Fe-B계 자석 분말의 제조는 원료 물질들을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 혼합물을 가열하여 자석 분말을 합성하는 단계 및 세정 단계를 포함한다.First, a step of preparing an R-Fe-B-based magnet powder by a reduction-diffusion method will be described. Preparation of the R-Fe-B-based magnetic powder according to the reduction-diffusion method includes mixing raw materials to prepare a mixture, heating the mixture to synthesize magnetic powder, and washing steps.
우선, 희토류 산화물, 철, 붕소, 환원제 및 금속 불화물을 혼합하여 혼합물을 제조한다. 이후, 혼합물을 섭씨 800도 내지 1100도의 온도로 가열한다. 섭씨 800도 내지 1100도의 온도에서 원재료들의 환원 및 확산에 의해 R-Fe-B계 자석 분말이 합성된다.First, a mixture is prepared by mixing a rare earth oxide, iron, boron, a reducing agent and a metal fluoride. Then, the mixture is heated to a temperature of 800 to 1100 degrees Celsius. R-Fe-B-based magnetic powder is synthesized by reduction and diffusion of raw materials at a temperature of 800 to 1100 degrees Celsius.
앞서 언급한대로, 금속 불화물은 MoF4, MoF5, MoF6, WF4, WF6, ZrF4, TaF5 및 NbF5 중 적어도 하나를 포함하고, 희토류 산화물은 Nd2O3, La2O3, Ce2O3, Pr2O3, Pm2O3, Sm2O3 및 Eu2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 환원제는 Ca, CaH2 및 Mg 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.As mentioned earlier, the metal fluoride is MoF 4, MoF 5, MoF 6, WF 4, WF 6, ZrF 4, TaF 5 and NbF includes at least one of 5 and rare earth oxides are Nd 2 O 3, La 2 O 3, It may include at least one of Ce 2 O 3 , Pr 2 O 3 , Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 and Eu 2 O 3. The reducing agent may include at least one of Ca, CaH 2 and Mg.
금속 불화물을 분말 형태로 혼합되는 것이 바람직하며, 분말의 크기는 0.05 내지 100마이크로미터일 수 있다.It is preferable to mix the metal fluoride in a powder form, and the size of the powder may be 0.05 to 100 micrometers.
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 미만인 경우 R2Fe14B 주상의 조성 틀어짐 및 R-rich 입계상이 형성되지 않는 문제점이 있고, 상기 몰비가 1.5:14:1 초과인 경우 희토류 원소의 양이 과도하여 환원된 희토류 원소가 잔존하게 되고, 남은 희토류 원소가 R(OH)3나 RH2로 바뀌는 문제점이 있을 수 있다.The molar ratio of rare earth oxides, boron and iron may be between 1:14:1 and 1.5:14:1. Rare earth oxides, boron, and iron are raw materials for producing R 2 Fe 14 B magnet powder, and when the above molar ratio is satisfied, R 2 Fe 14 B magnet powder can be produced with a high yield. If the molar ratio is less than 1:14:1, there is a problem in that the composition of the R 2 Fe 14 B column phase is distorted and the R-rich grain boundary phase is not formed.If the molar ratio is greater than 1.5:14:1, the amount of rare earth elements is excessive. Thus, there may be a problem in that the reduced rare earth element remains, and the remaining rare earth element is changed to R(OH) 3 or RH 2.
상기 가열은, 합성을 위한 것으로, 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.The heating is for synthesis, and may be performed for 10 minutes to 6 hours at a temperature of 800 degrees Celsius to 1100 degrees Celsius in an inert gas atmosphere. If the heating time is less than 10 minutes, the powder cannot be sufficiently synthesized, and if the heating time is more than 6 hours, the size of the powder becomes coarse and there may be a problem in which primary particles are aggregated.
이렇게 제조되는 자석 분말은 R2Fe14B일 수 있다. 또한, 제조된 자석 분말의 크기는 0.3 마이크로미터 내지 10 마이크로미터일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라 제조된 자석 분말의 크기는 0.3 마이크로미터 내지 5 마이크로미터일 수 있다. The magnetic powder thus prepared may be R 2 Fe 14 B. In addition, the size of the manufactured magnetic powder may be in the range of 0.3 micrometers to 10 micrometers. In addition, the size of the magnetic powder manufactured according to an embodiment may be 0.3 micrometers to 5 micrometers.
즉, 섭씨 800도 내지 1100도의 온도에서의 원료 물질의 가열에 의하여 R2Fe14B 자석 분말이 형성될 수 있으며, R2Fe14B 자석 분말은 네오디뮴 자석으로 우수한 자성 특성을 나타낸다. That is, the R 2 Fe 14 B magnet powder may be formed by heating the raw material at a temperature of 800 to 1100 degrees Celsius , and the R 2 Fe 14 B magnet powder is a neodymium magnet and exhibits excellent magnetic properties.
통상적으로, Nd2Fe14B과 같은 R2Fe14B 자석 분말을 형성하기 위하여는 원재료를 섭씨 1500도 내지 2000도의 고온에서 용융시킨 후 급냉시켜 원재료 덩어리를 형성하고, 이러한 덩어리를 조분쇄 및 수소 파쇄 등을 하여 R2Fe14B 자석 분말을 수득한다. 그러나 이러한 방법의 경우, 원재료를 용융하기 위한 고온의 온도가 필요하고, 이를 다시 냉각 후 분쇄해야 하는 공정이 요구되어 공정 시간이 길고 복잡하다. 또한, 이렇게 조분쇄된 R2Fe14B 자석 분말에 대하여 내부식성을 강화하고 전기 저항성 등을 향상시키기 위해서 별도의 표면 처리 과정이 요구된다. Typically, in order to form R 2 Fe 14 B magnet powder such as Nd 2 Fe 14 B, the raw material is melted at a high temperature of 1500 to 2000 degrees Celsius and then rapidly cooled to form a mass of raw material, and the mass is coarsely pulverized and hydrogenated. Crushing or the like is performed to obtain R 2 Fe 14 B magnet powder. However, in the case of such a method, a high temperature temperature for melting the raw material is required, and a process of cooling and pulverizing the raw material is required, so that the process time is long and complicated. In addition, a separate surface treatment process is required for the coarsely pulverized R 2 Fe 14 B magnet powder in order to enhance corrosion resistance and improve electrical resistance.
그러나 본 실시에서와 같이 환원-확산 방법에 의하여 R-Fe-B계 자석 분말을 제조하는 경우, 섭씨 800도 내지 1100도의 온도에서 원재료들의 환원 및 확산에 의해 R2Fe14B 자석 분말을 형성한다. 이 단계에서, 자석 분말의 크기가 수 마이크로미터 단위로 형성되기 때문에, 별도의 분쇄 공정이 필요하지 않다. However, in the case of manufacturing R-Fe-B magnet powder by the reduction-diffusion method as in this embodiment, R 2 Fe 14 B magnet powder is formed by reduction and diffusion of the raw materials at a temperature of 800 to 1100 degrees Celsius. . In this step, since the size of the magnetic powder is formed in units of several micrometers, a separate grinding process is not required.
또한, 이후 자석 분말을 소결하여 소결 자석을 얻는 과정의 경우, 섭씨 1000 내지 1100도의 온도 범위에서 소결을 진행할 때 반드시 결정립 성장을 동반하게 되는데, 이러한 결정립의 성장은 보자력을 감소시키는 요인으로 작용한다. 소결 자석의 결정립의 크기는 초기 자석 분말의 크기와 직결되기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말과 같이, 자석 분말의 평균 크기를 0.5 마이크로미터 내지 10 마이크로미터로 제어한다면, 이후 보자력이 향상된 소결 자석을 제조할 수 있다.In addition, in the case of the process of obtaining a sintered magnet by sintering the magnetic powder afterwards, when sintering is performed in a temperature range of 1000 to 1100 degrees Celsius, crystal grain growth is necessarily accompanied, and the growth of such grains acts as a factor reducing the coercivity. Since the size of the crystal grains of the sintered magnet is directly related to the size of the initial magnet powder, if the average size of the magnet powder is controlled to be 0.5 micrometers to 10 micrometers, like the magnet powder according to an embodiment of the present invention, the coercive force is then Improved sintered magnets can be manufactured.
또한, 원재료로 사용되는 철 분말의 크기를 조절하여 제조되는 합금 분말의 크기를 조절할 수 있다.In addition, it is possible to control the size of the alloy powder produced by adjusting the size of the iron powder used as a raw material.
다만, 이러한 환원-확산 방법으로 자석 분말을 제조하는 경우, 상기 제조 과정에서 산화칼슘이나 산화마그네슘과 같은 부산물이 생성될 수 있으며, 이를 제거하는 세정 단계가 요구된다.However, in the case of manufacturing the magnetic powder by the reduction-diffusion method, by-products such as calcium oxide or magnesium oxide may be generated during the manufacturing process, and a cleaning step of removing the magnetic powder may be required.
이러한 부산물을 제거하기 위하여, 제조된 자석 분말을 수계 용매 또는 비수계 용매에 담가 세정하는 세정 단계가 이어진다. 이러한 세정은 2회 이상 반복될 수 있다.In order to remove such by-products, a washing step in which the produced magnetic powder is immersed in an aqueous solvent or a non-aqueous solvent and washed is followed. This cleaning can be repeated two or more times.
수계 용매는 탈이온수(Deionized water, DI water)를 포함할 수 있고, 비수계 용매는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴 및 테트라하이드로퓨란 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The aqueous solvent may include deionized water (DI water), and the non-aqueous solvent may include at least one of methanol, ethanol, acetone, acetonitrile, and tetrahydrofuran.
한편, 수계 용매 또는 비수계 용매에 암모늄 염이나 산이 용해될 수 있으며, 구체적으로 NH4NO3, NH4Cl 및 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) 중 적어도 하나가 용해될 수 있다.Meanwhile, an ammonium salt or acid may be dissolved in an aqueous solvent or a non-aqueous solvent, and specifically, at least one of NH 4 NO 3 , NH 4 Cl and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) may be dissolved.
이후, 상기와 같이 합성단계 및 세정 단계를 거친 R-Fe-B계 자석 분말을 소결하는 단계가 이어진다.Thereafter, the step of sintering the R-Fe-B-based magnet powder that has undergone the synthesis step and the washing step as described above is followed.
R-Fe-B계 자석 분말 및 희토류 수소화물 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조할 수 있다. A mixed powder can be prepared by mixing R-Fe-B magnetic powder and rare earth hydride powder.
희토류 수소화물 분말은 혼합 분말 대비 3 내지 15 질량%로 혼합되는 것이 바람직하다.The rare earth hydride powder is preferably mixed in an amount of 3 to 15% by mass relative to the mixed powder.
희토류 수소화물 분말의 함량이 3질량% 미만인 경우 입자 간에 충분한 젖음성(wetting)을 부여하지 못하여 소결이 잘 이루어지지 못하며, R-Fe-B의 주상 분해를 억제하는 역할을 충분히 수행하지 못하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 희토류 수소화물 분말의 함량이 15질량% 초과인 경우 소결 자석에서 R-Fe-B 주상의 체적비가 감소하여 잔류 자화 값이 감소하며, 액상 소결에 의해 입자들이 과도하게 성장하는 문제점이 있을 수 있다. 입자들의 과성장에 의해 결정립의 크기가 커지는 경우 자화 반전에 취약하기 때문에, 보자력이 감소하게 된다.If the content of the rare earth hydride powder is less than 3% by mass, there is a problem in that sufficient wetting between the particles is not provided and sintering is not performed well, and the role of suppressing the columnar decomposition of R-Fe-B is not sufficiently performed. I can. In addition, when the content of the rare earth hydride powder is more than 15% by mass, the volume ratio of the R-Fe-B column in the sintered magnet decreases, resulting in a decrease in the residual magnetization value, and there may be a problem in that particles grow excessively due to liquid phase sintering. have. When the size of the crystal grains increases due to the overgrowth of the particles, the coercivity decreases because it is vulnerable to magnetization reversal.
다음, 상기 혼합 분말을 섭씨 700도 내지 900도의 온도에서 가열 한다. 본 단계에서, 희토류 수소화물이 희토류 금속 및 수소 기체로 분리되고, 수소 기체가 제거된다. 일례로 희토류 수소화물 분말이 NdH2인 경우, NdH2가 Nd 및 H2기체로 분리되고, H2 기체가 제거된다. 즉, 섭씨 700도 내지 900도에서의 가열은 혼합 분말에서 수소를 제거하는 공정이다. 이때, 가열은 진공 분위기에서 수행될 수 있다.Next, the mixed powder is heated at a temperature of 700 to 900 degrees Celsius. In this step, the rare earth hydride is separated into rare earth metal and hydrogen gas, and hydrogen gas is removed. For example, when the rare earth hydride powder is NdH 2 , NdH 2 is separated into Nd and H 2 gas, and H 2 gas is removed. That is, heating at 700 to 900 degrees Celsius is a process of removing hydrogen from the mixed powder. In this case, heating may be performed in a vacuum atmosphere.
다음, 상기 가열한 혼합 분말을 섭씨 1000도 내지 1100도의 온도에서 소결한다. 이때, 상기 가열한 혼합 분말을 섭씨 1000도 내지 1100도의 온도에서 소결하는 단계는 30분 내지 4시간동안 이루어질 수 있다. 이러한 소결 공정 또한 진공 분위기에서 수행될 수 있다. Next, the heated mixed powder is sintered at a temperature of 1000 to 1100 degrees Celsius. In this case, the step of sintering the heated mixed powder at a temperature of 1000 degrees to 1100 degrees Celsius may be performed for 30 minutes to 4 hours. This sintering process can also be performed in a vacuum atmosphere.
보다 구체적으로, 섭씨 700도 내지 900도로 가열한 혼합 분말을 흑연 몰드에 넣어 압축하고, 펄스 자기장을 가해 배향하여 소결 자석용 성형체를 제조할 수 있다. 상기 소결 자석용 성형체를 진공 분위기에서 섭씨 300도 내지 400도로 열처리한 이후 섭씨 1000도 내지 1100도의 온도로 소결하여 소결 자석을 제조한다.More specifically, the mixed powder heated at 700 to 900 degrees Celsius is put into a graphite mold, compressed, and oriented by applying a pulsed magnetic field to prepare a molded body for a sintered magnet. The sintered magnet is manufactured by heat-treating the molded body for a sintered magnet at 300 to 400 degrees Celsius in a vacuum atmosphere and then sintering at a temperature of 1000 to 1100 degrees Celsius.
본 소결 단계에서, 희토류 원소에 의한 액상 소결이 유도된다. 즉, 기존 환원-확산 방법으로 제조된 R-Fe-B계 자석 분말과 첨가된 희토류 수소화물 분말 사이에서 희토류 원소에 의한 액상 소결이 일어난다. 이를 통해, 소결 자석 내부의 입계부 또는 소결 자석 주상립의 입계부 영역에 R-rich 및 ROx상이 형성된다. 이렇게 형성된 R-Rich 영역이나, ROx상은, 소결 자석 제조를 위한 소결 공정에서 자석 분말의 소결성을 개선하고 주상 입자의 분해를 막는다. 따라서, 안정적으로 소결 자석을 제조할 수 있다.In this sintering step, liquid phase sintering by rare earth elements is induced. That is, between the R-Fe-B-based magnet powder produced by the conventional reduction-diffusion method and the added rare-earth hydride powder, liquid phase sintering occurs by the rare-earth element. Through this, R-rich and ROx phases are formed in the grain boundary area inside the sintered magnet or the grain boundary area of the columnar grains of the sintered magnet. The thus formed R-Rich region or ROx phase improves the sinterability of the magnetic powder and prevents the decomposition of the columnar particles in the sintering process for manufacturing a sintered magnet. Therefore, it is possible to stably manufacture a sintered magnet.
제조된 소결 자석은 고밀도를 가지며 결정립의 크기는 1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터일 수 있다.The manufactured sintered magnet has a high density and may have a size of 1 micrometer to 10 micrometers.
다음, 소결 자석을 진공분위기에서 섭씨 500도 내지 800도로 가열하는 후 열처리 단계가 이어질 수 있다. 이와 같은 후열처리를 통해 소결 자석에서 비자성 계면이 일정 두께로 형성될 수 있고, 이에 따라 보자력 향상이 일어날 수 있다. Next, after heating the sintered magnet to 500 to 800 degrees Celsius in a vacuum atmosphere, a heat treatment step may be followed. Through such post-heat treatment, a nonmagnetic interface may be formed in a certain thickness in the sintered magnet, and thus coercivity may be improved.
앞서 언급한대로, MoF4, MoF5, MoF6, WF4, WF6, ZrF4, TaF5 및 NbF5 중 적어도 하나를 포함하는 금속 불화물을 첨가하여 R-Fe-B계 자석 분말을 합성하고, 이를 소결하였기 때문에 소결 과정에서 일어날 수 있는 정상 또는 비정상의 결정립 성장을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 따라, 소결 자석의 결정립 미세화 및 결정립 크기 분포의 균일화가 가능하여 각형비와 보자력을 향상시킬 수 있다. As previously mentioned, MoF 4, MoF 5, MoF 6, WF 4, WF 6, ZrF 4, TaF 5 and NbF and synthesizing the R-Fe-B based magnet powder by the addition of a metal fluoride comprises at least one of 5, Since it is sintered, normal or abnormal grain growth that may occur during the sintering process can be effectively suppressed. Accordingly, it is possible to refine the crystal grains of the sintered magnet and uniformize the grain size distribution, thereby improving the squareness ratio and coercivity.
동시에 소결 자석의 입자 내부 및 표면에 R-F 및 R-O-F 상이 형성되어 표면 안정화를 통한 내식성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 자석 입자가 산화 또는 수산화 반응이 진행되는 것을 방지할 수 있다.At the same time, R-F and R-O-F phases are formed inside and on the surface of the sintered magnet particles, so that effects such as improvement of corrosion resistance through surface stabilization can be obtained. That is, it is possible to prevent the magnet particles from undergoing an oxidation or hydroxylation reaction.
그러면, 이하에서 본 발명의 실시예에 따른 소결 자석의 제조 방법에 대하여 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 설명한다.Then, a method of manufacturing a sintered magnet according to an embodiment of the present invention will be described below through specific examples and comparative examples.
실시예 1: NbFExample 1: NbF 55 첨가 adding
Nd2O3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, NbF5 0.094g, Ca 2.89g 및 Mg 0.28g을 Na 및 K와 함께 밀폐된 플라스틱 통 안에서 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조한다.Nd 2 O 3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, NbF 5 0.094g, Ca 2.89g and Mg 0.28g are uniformly mixed together with Na and K in a sealed plastic container to prepare a mixture .
혼합물을 임의의 모양의 스테인레스 스틸 용기에 담아 누르고, 이를 불활성 가스(Ar) 분위기에서 섭씨 900도 내지 920도로 10분 내지 3시간 동안 튜브 전기로 안에서 반응시킨다. 이후 자동 분쇄기로 반응물을 조분쇄한다.The mixture is put in a stainless steel container of any shape and pressed, and reacted in a tube electric furnace for 10 minutes to 3 hours at 900 to 920 degrees Celsius in an inert gas (Ar) atmosphere. Then, the reactants are coarsely pulverized with an automatic grinder.
다음, 환원 부산물인 Ca, CaO를 제거하기 위해 세정 단계를 진행한다. NH4NO3 30g 내지 35g를 합성된 분말과 균일하게 섞어준 뒤 ~200ml의 메탄올에 담가 효과적인 세정을 위해 균질기(homogenizer) 및 초음파 세정(ultra sonic)을 번갈아 1회 혹은 2회 반복 진행한다. 다음, 분말 10g과 NH4NO3 0.5g, 지르코니아 볼 50g을 메탄올 100ml에 혼합하고, 터뷸러 믹서를 이용하여 1시간 내지 2시간 분쇄하여, 평균 입도가 0.3 내지 20 마이크로미터인 단일 상 Nd-Fe-B 자석 분말을 얻는다.Next, a washing step is performed to remove Ca and CaO, which are reduction by-products. After uniformly mixing 30g to 35g of NH4NO3 with the synthesized powder, it is immersed in ~200ml of methanol, and for effective cleaning, a homogenizer and an ultrasonic cleaning (ultra sonic) are alternately repeated once or twice. Next, 10 g of powder, 0.5 g of NH 4 NO 3 and 50 g of zirconia balls were mixed with 100 ml of methanol, and pulverized for 1 to 2 hours using a turbuler mixer, and single-phase Nd-Fe having an average particle size of 0.3 to 20 micrometers -B magnet powder is obtained.
이후, 해당 자석 분말에 10 질량%의 NdH2를 첨가하여 혼합한 후, 흑연 몰드에 넣어 압축 성형하고, 5T 이상의 펄스 자장을 가해 분말을 배향하여, 소결 자석용 성형체를 제조하였다. Thereafter, 10% by mass of NdH 2 was added to the magnet powder, mixed, and compression-molded in a graphite mold, and the powder was oriented by applying a pulsed magnetic field of 5T or more to prepare a sintered magnet molded body.
이후, 성형체를 진공 소결로에서 섭씨 1070도의 온도로 1 내지 2시간 동안 가열하여 소결을 진행함으로써, 소결 자석을 제조 하였다. 마지막으로 진공 분위기에서 섭씨 500 내지 800도로 가열하여 후 열처리를 실시하였다.Thereafter, the compact was heated in a vacuum sintering furnace at a temperature of 1070 degrees Celsius for 1 to 2 hours to perform sintering, thereby manufacturing a sintered magnet. Finally, heat treatment was performed after heating at 500 to 800 degrees Celsius in a vacuum atmosphere.
실시예 2: TaFExample 2: TaF 55 첨가 adding
Nd2O3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, TaF5 0.138g, Ca 2.89g 및 Mg 0.28g을 Na 및 K와 함께 혼합한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 자석 분말 합성, 세정, 소결 및 후 열처리를 실시하였다.Nd 2 O 3 4.05 g, Fe 7.00 g, B 0.12 g, Cu 0.319 g, TaF 5 0.138 g, Ca 2.89 g and Mg 0.28 g were mixed with Na and K, and then magnetic powder in the same manner as in Example 1. Synthesis, cleaning, sintering and post heat treatment were performed.
비교예 1: 고융점 금속 불화물 미첨가Comparative Example 1: No high melting point metal fluoride added
Nd2O3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, Ca 2.89g 및 Mg 0.28g을 Na 및 K와 함께 혼합한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 자석 분말 합성, 세정, 소결 및 후 열처리를 실시하였다.Nd 2 O 3 4.05 g, Fe 7.00 g, B 0.12 g, Cu 0.319 g, Ca 2.89 g and Mg 0.28 g were mixed with Na and K, and then synthesized, washed, and sintered in the same manner as in Example 1. And post-heat treatment.
실시예 3: NbFExample 3: NbF 55 및 Ga 첨가 And Ga addition
Nd2O3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, Ga 0.069g, NbF5 0.094g, Ca 2.89g 및 Mg 0.28g을 Na 및 K와 함께 혼합한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 자석 분말 합성, 세정, 소결 및 후 열처리를 실시하였다.Nd 2 O 3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, Ga 0.069g, NbF 5 0.094g, Ca 2.89g and Mg 0.28g were mixed with Na and K, the same as in Example 1 As a method, magnetic powder synthesis, washing, sintering, and post-heat treatment were performed.
실시예 4: TaFExample 4: TaF 55 및 Ga 첨가 And Ga addition
Nd2O3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, Ga 0.069g, TaF5 0.138g, Ca 2.89g 및 Mg 0.28g을 Na 및 K와 함께 혼합한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 자석 분말 합성, 세정, 소결 및 후 열처리를 실시하였다.Nd 2 O 3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, Ga 0.069g, TaF 5 0.138g, Ca 2.89g and Mg 0.28g were mixed with Na and K, the same as in Example 1 As a method, magnetic powder synthesis, washing, sintering, and post-heat treatment were performed.
비교예 2: 고융점 금속 불화물 미첨가 및 Ga 첨가Comparative Example 2: No addition of high melting point metal fluoride and addition of Ga
Nd2O3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, Ga 0.069g, Ca 2.89g 및 Mg 0.28g을 Na 및 K와 함께 혼합한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 자석 분말 합성, 세정, 소결 및 후 열처리를 실시하였다.After mixing Nd 2 O 3 4.05g, Fe 7.00g, B 0.12g, Cu 0.319g, Ga 0.069g, Ca 2.89g and Mg 0.28g with Na and K, magnetic powder synthesis in the same manner as in Example 1 , Washing, sintering and post-heat treatment were performed.
평가예 1: B-H 곡선 그래프Evaluation Example 1: B-H curve graph
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 소결 자석 각각에 대한 잔류자속밀도(Br), 보자력(HCB), 진보자력(HCJ) 및 BH max를 측정하여 표 1에 나타내었고, B-H 곡선 그래프는 도 1에 나타내었다. The residual magnetic flux density (Br), coercive force (H CB ), advanced magnetic force (H CJ ), and BH max for each of the sintered magnets of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 were measured and shown in Table 1, and the BH curve The graph is shown in FIG. 1.
표 1과 도 1을 참고하면, 실시예 1 및 2의 소결 자석과 같이 NbF5나 TaF5를 첨가한 경우, 이를 첨가하지 않은 비교예 1의 소결 자석에 비해 B-H 곡선 그래프 상에서 각형비가 개선되고, BH max 값이 향상되는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1 and FIG. 1, when NbF 5 or TaF 5 was added like the sintered magnets of Examples 1 and 2, the angle ratio was improved on the BH curve graph compared to the sintered magnet of Comparative Example 1 without adding them, It can be seen that the BH max value is improved.
다음, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 2의 소결 자석 각각에 대한 잔류자속밀도(Br), 보자력(HCB), 진보자력(HCJ) 및 BH max를 측정하여 표 2에 나타내었고, B-H 곡선 그래프는 도 2에 나타내었다.Next, the residual magnetic flux density (Br), coercive force (H CB ), advanced magnetic force (H CJ ) and BH max for each of the sintered magnets of Example 3, Example 4 and Comparative Example 2 were measured and shown in Table 2, The BH curve graph is shown in FIG. 2.
표 2와 도 2를 참고하면, 실시예 3 및 4의 소결 자석과 같이 NbF5나 TaF5를 첨가한 경우, 이를 첨가하지 않은 비교예 2의 소결 자석에 비해 B-H 곡선 그래프 상에서 각형비가 개선되고, 보자력 값이 증가한 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 등과 비교했을 때, Ga를 첨가한다면 소결 자석의 입계면에 비자성 상이 용이하게 유도되어 보자력이 향상되는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 2 and FIG. 2, when NbF 5 or TaF 5 was added as in the sintered magnets of Examples 3 and 4, the angle ratio was improved on the BH curve graph compared to the sintered magnet of Comparative Example 2 without adding them, It can be seen that the coercivity value has increased. In addition, compared to Example 1 and the like, it can be seen that when Ga is added, the nonmagnetic phase is easily induced at the grain boundary surface of the sintered magnet, and the coercive force is improved.
평가예 2: SEM 사진Evaluation Example 2: SEM photo
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 소결 자석 각각에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사전자현미경) 사진을 도 3 내지 도 5에 나타내었다.SEM (Scanning Electron Microscope) pictures of each of the sintered magnets of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 3 to 5.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 실시예 1 및 2의 소결 자석과 같이 NbF5나 TaF5를 첨가한 경우 이를 첨가하지 않은 비교예 1의 소결 자석에 비해 결정립의 성장이 제한되어, 균일한 입자 분포를 보이는 것을 확인할 수 있다. 3 to 5, when NbF 5 or TaF 5 was added like the sintered magnets of Examples 1 and 2, the growth of crystal grains was limited compared to the sintered magnet of Comparative Example 1 without the addition of them, and thus uniform particles. It can be seen that the distribution is shown.
평가예 3: XRD 패턴Evaluation Example 3: XRD pattern
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 소결 자석 각각에 대한 XRD (X-Ray Diffraction) 패턴을 도 6에 나타내었다.6 shows an XRD (X-Ray Diffraction) pattern for each of the sintered magnets of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.
도 6을 참고하면, 비교예 1의 소결 자석에서 뚜렷하게 확인되는 NdO 상이 실시예 1 및 2의 소결 자석에서는 발견되지 않은 것을 알 수 있다. 이는, 금속 불화물 첨가로 형성된 Nd-F 상이나 Nd-O-F 상으로 인해, Nd의 산화물 생성이 억제되었기 때문이다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the NdO phase clearly identified in the sintered magnet of Comparative Example 1 was not found in the sintered magnets of Examples 1 and 2. This is because the generation of oxides of Nd was suppressed due to the Nd-F phase or the Nd-O-F phase formed by the addition of metal fluoride.
다음, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 2의 소결 자석 각각에 대한 XRD (X-Ray Diffraction) 패턴을 도 7에 나타내었다.Next, XRD (X-Ray Diffraction) patterns for each of the sintered magnets of Example 3, Example 4, and Comparative Example 2 are shown in FIG. 7.
도 7을 참고하면, 비교예 2의 소결 자석에서 뚜렷하게 확인되는 NdO 상이 실시예 3 및 4의 소결 자석에서는 발견되지 않은 것을 알 수 있다. 이는 마찬가지로, 금속 불화물 첨가로 형성된 Nd-F 상이나 Nd-O-F 상으로 인해, Nd의 산화물 생성이 억제되었기 때문이다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the NdO phase clearly identified in the sintered magnet of Comparative Example 2 was not found in the sintered magnets of Examples 3 and 4. This is similarly because the Nd-F phase or the Nd-O-F phase formed by the addition of metal fluoride suppressed the formation of oxides of Nd.
즉, 도 6 및 도 7의 결과를 통해, 생성된 불화물 상이 소결 자석의 내식성 향상에 기여할 수 있음을 알 수 있다.That is, through the results of FIGS. 6 and 7, it can be seen that the generated fluoride phase can contribute to the improvement of corrosion resistance of the sintered magnet.
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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It belongs to the scope of rights of
Claims (10)
상기 혼합물을 섭씨 800도 내지 1100도의 온도에서 가열하여 환원-확산 방법을 이용해 자석 분말을 합성하는 단계; 및
상기 자석 분말을 소결하여 소결 자석을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 금속 불화물은 MoF4, MoF5, MoF6, WF4, WF6, ZrF4, TaF5 및 NbF5 중 적어도 하나를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.Preparing a mixture by mixing a rare earth oxide, iron, boron, a reducing agent, and a metal fluoride;
Heating the mixture at a temperature of 800°C to 1100°C to synthesize magnetic powder using a reduction-diffusion method; And
Including the step of sintering the magnet powder to produce a sintered magnet,
The metal fluoride is MoF 4, MoF 5, MoF 6 , WF 4, WF 6, ZrF 4, TaF 5 and NbF method for producing a sintered magnet that includes at least one of the five.
상기 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 혼합물에 Ga을 첨가하는 단계를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The step of preparing the mixture includes adding Ga to the mixture.
상기 혼합물을 제조하는 단계는, 상기 혼합물에 Na 및 K 중 적어도 하나를 첨가하는 단계를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The step of preparing the mixture comprises adding at least one of Na and K to the mixture.
상기 금속 불화물은 상기 혼합물 대비 0.2질량% 내지 3.0질량%로 혼합되는 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The method of manufacturing a sintered magnet in which the metal fluoride is mixed at 0.2% to 3.0% by mass based on the mixture.
상기 희토류 산화물은 Nd2O3, La2O3, Ce2O3, Pr2O3, Pm2O3, Sm2O3 및 Eu2O3 중 적어도 하나를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The rare earth oxide is Nd 2 O 3 , La 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Pr 2 O 3 , Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 and Eu 2 O 3 A method of manufacturing a sintered magnet comprising at least one of.
상기 소결 자석은 R-Fe-B계 소결 자석이고,
상기 R은 Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm 또는 Eu인 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The sintered magnet is an R-Fe-B-based sintered magnet,
The R is Nd, La, Ce, Pr, Pm, Sm or Eu in the manufacturing method of the sintered magnet.
상기 소결 자석의 입자 내부 및 표면에 R-F 상 및 R-O-F 상 중 적어도 하나가 형성되는 소결 자석의 제조 방법.In paragraph 6,
A method of manufacturing a sintered magnet in which at least one of an RF phase and an ROF phase is formed on the inside and on the surface of the sintered magnet particles.
상기 환원제는 Ca, CaH2 및 Mg 중 적어도 하나를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The reducing agent is a method of manufacturing a sintered magnet containing at least one of Ca, CaH 2 and Mg.
소결 자석을 제조하는 단계는, 상기 자석 분말과 희토류 수소화물 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계 및 상기 혼합 분말을 섭씨 1000도 내지 1100도에서 소결하는 단계를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The step of manufacturing a sintered magnet comprises preparing a mixed powder by mixing the magnet powder and the rare earth hydride powder, and sintering the mixed powder at 1000 degrees to 1100 degrees Celsius.
상기 소결 자석을 섭씨 500도 내지 800도로 가열하는 후 열처리 단계를 더 포함하는 소결 자석의 제조 방법.In claim 1,
The method of manufacturing a sintered magnet further comprising a heat treatment step after heating the sintered magnet to 500 to 800 degrees Celsius.
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