KR20230013548A

KR20230013548A - 희토류 영구자석 제조방법

Info

Publication number: KR20230013548A
Application number: KR1020210094428A
Authority: KR
Inventors: 한보경; 공군승; 김동환
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 성림첨단산업(주)
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2023-01-26
Also published as: CN115642029A

Abstract

NdFeB 소결자석을 준비하는 단계; 희토류금속 수화물을 포함하는 제1입계확산물질을 제조하는 단계; 희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물을 포함하는 제2입계확산물질을 제조하는 단계; NdFeB 소결자석의 표면에 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 도포하여 입계확산 코팅층을 형성하는 단계; 열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시키는 단계; 및 열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확살물질가 결정립 입계로 확산된 NdFeB 소결자석을 안정화하는 단계;를 포함하는 희토류 영구자석 제조방법이 소개된다.

Description

희토류 영구자석 제조방법{METHOD FOR PRODUCING RARE EARTH PERMANENT MAGNET}

본 발명은 희토류 영구자석 제조방법에 관한 것으로, 희토류 원소를 포함하는 합금 분말을 도포한 후 열처리하여 희토류 원소를 소결자석의 결정립 입계 내부로 확산시키는 희토류 영구자석 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 희토류 금속과 희토류 금속의 융점을 낮추기 위한 천이금속을 함유한 합금 분말을 이용하여 희토류 금속을 NdFeB계 소결자석의 결정립 입계 내부로 확산시켜 보자력을 향상시키는 희토류 영구자석 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 희토류 영구자석은 R-Fe-B 소결자석(여기서, 'R'은 네오디뮴(Nd), 디스프로슘(Dy), 테르븀(Tb) 등 희토류 원소 또는 희토류 원소 조합)과 같은 자력이 우수한 자석으로 모터의 고출력화 및 사이즈 축소를 가능하게 하여 이용범위가 점차 증가하고 있다.

특히, 최근 하이브리드 또는 전기 자동차의 수요가 증가함에 따라, 종래 페라이트 자석에 비하여 3 ~ 5배 자력 향상을 이룰 수 있는 희토류 영구자석의 수요는 보다 증가될 것으로 전망된다.

한편, 자석의 자기 특성은 잔류 자속 밀도와 보자력으로 나타낼 수 있는데, 여기서 잔류 자속 밀도는 희토류 영구자석 주상의 분율, 밀도 및 자기 배향도에 의해 결정이 되며, 보자력은 외부 자기장이나 열에 의해 자석이 가지고 있는 자력의 내구력이라고 할 수 있는데, 보자력은 조직의 미세구조와 결정적인 연관성을 지니고 있으며, 결정립 크기를 미세화하거나 결정립 입계 상의 균일한 분포에 의해서 결정된다.

한편, 영구자석을 제조하기 위한 방법으로, 자석 결정립 미세화기술과 결정립 입계 확산기술이 사용되며, 특히 결정립 입계 확산기술은 희토류 금속의 사용량을 줄일 수 있어 보편적으로 사용되는 방법이다.

결정립 입계 확산 공정은 크게 희토류 금속을 포함한 입계확산물질을 제조하고, 제조한 입계확산물질을 소결자석 표면에 도포한 후, 소결자석을 열처리하여 입계확산물질을 소결자석의 결정립 내부로 확산시키는 공정으로 이루어진다. 그런데 입계확산물질의 융점은 결정립인 Nd-rich의 융점보다 400도 이상 높은 1000도에서 형성되므로 입계확산물질이 결정립 입계 내부로 확산이 용이하지 않다는 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2012-0124039

A(2012. 11. 12.)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 희토류 금속 및 천이금속을 포함하는 제2입계확산물질을 제조하여 희토류 금속만을 포함하는 제1입계확산물질보다 융점을 낮춘 제2입계확산물질을 먼저 도포하고, 또한 희토류 금속과 천이금속의 혼합 비율이 다른 제2입계확산물질을 복수개 제조하여 도포함으로써 농도를 경사지게 하여 결정립 내부로 희토류 금속의 확산이 원활하게 이루어질 수 있는 희토류 영구자석 제조방법을 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 희토류 영구자석 제조방법은 NdFeB 소결자석을 준비하는 단계; 희토류금속 수화물을 포함하는 제1입계확산물질을 제조하는 단계; 희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물을 포함하는 제2입계확산물질을 제조하는 단계; NdFeB 소결자석의 표면에 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 도포하여 입계확산 코팅층을 형성하는 단계; 열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시키는 단계; 및 열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확살물질가 결정립 입계로 확산된 NdFeB 소결자석을 안정화하는 단계;를 포함한다.

제1입계확산물질을 제조하는 단계와 제2입계확산물질을 제조하는 단계에서,

희토류금속은 Tb, Dy, Ho, Ga으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이며, 천이금속은 Co, Cu, Al, Ga, Fe, Ni, Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속일 수 있다.

제2입계확산물질을 제조하는 단계에서, 희토류금속과 천이금속의 혼합 비율은 원자 백분율을 기준으로 60:40 내지 95:5 일 수 있다.

제2입계확산물질을 제조하는 단계에서, 희토류금속과 천이금속의 혼합 비율이 다른 제2입계확산물질을 2 이상 제조할 수 있다.

입계확산물질을 도포하여 입계확산 코팅층을 형성하는 단계에서, 2 이상 제조된 제2입계확산물질 중 천이금속의 비율이 높은 순서대로 제2입계확산물질을 도포하고 제1입계확산물질을 가장 나중에 도포할 수 있다.

제1입계확산물질을 제조하는 단계와 제2입계확산물질을 제조하는 단계에서, 제1입계확산물질은 희토류금속 수화물과 에탄올을 혼합하여 이루어지고, 제2입계확산물질은 희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물과 에탄올을 혼합하여 이루어질 수 있다.

입계확산 코팅층을 형성하는 단계에서는, 초음파 스프레이법, 현탁액 점착법 또는 배럴 페인팅법에 의해 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 표면에 코팅하여 입계확산 코팅층을 형성할 수 있다.

열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시키는 단계에서는, 진공 혹은 아르곤 분위기에서 600도 이상 900도 이하로 가열하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시킬 수 있다.

NdFeB 소결자석을 안정화하는 단계에서는, 진공 혹은 아르곤 분위기에서 400도 이상 900도 이하로 가열하여 NdFeB 소결자석을 안정화할 수 있다.

본 발명의 희토류 영구자석 제조방법에 따르면, 희토류 금속이 소결자석의 결정립 입계를 따라 효과적으로 확산되어, 제조되는 희토류 영구자석의 보자력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 희토류 영구자석 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 희토류 영구자석 제조방법을 개략적으로 도시한 것.

이하, 상술한 목적, 문제점을 해결하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조해 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명을 이해하는 데 있어 동일 분야의 공지된 기술에 대한 상세한 설명이 발명의 핵심 내용을 이해하는데 도움이 되지 않는 경우, 그 설명을 생략하기로 하며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며 통상의 기술자에 의해 변경되어 다양하게 실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 희토류 영구자석 제조방법을 나타낸 순서도이며, 도 2는 결정립 입계 확산에 의한 희토류 영구자석 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2를 통해 결정립 입계 확산에 의한 희토류 영구자석의 제조방법을 간단히 설명하자면, 결정립 입계(100)를 포함하는 소결자석(10)을 마련하고, 그 표면에 입계확산물질(200)을 도포하여 가열하면, 입계확산물질이 확산된 결정립 입계(300)를 형성하여 희토류 영규자석을 제조하는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 희토류 영구자석 제조방법은 NdFeB 소결자석을 준비하는 단계(S100); 희토류금속 수화물을 포함하는 제1입계확산물질을 제조하는 단계(S200); 희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물을 포함하는 제2입계확산물질을 제조하는 단계(S300); NdFeB 소결자석의 표면에 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 도포하여 입계확산 코팅층을 형성하는 단계(S400); 열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시키는 단계(S500); 및 열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확살물질가 결정립 입계로 확산된 NdFeB 소결자석을 안정화하는 단계(S600);를 포함한다.

NdFeB 소결자석을 준비하는 단계(S100)는 제조되는 NdFeB 소결자석(10)이 디스프로슘(Dy), 테르븀(Tb), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr)를 포함하는 희토류 원소의 중량비 합이 30~35wt%, 코발트(Co), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb)를 포함하는 전이금속의 중량비 합이 0~10wt%, 붕소(B) 10wt% 및 잔부의 철(Fe)를 포함하도록, 중량비에 따라 배합하여 고주파 용해로를 사용하여 1300~1550℃로 가열하여 용융시킨 후 스트립 캐스팅법을 사용하여 NdFeB 합금을 마련한다.

NdFeB 합금이 마련되면 수소화, 탈수소화를 통해 NdFeB 합금을 조분화한 다음 제트 밀(Jet-mill)을 이용하여 미분쇄하여 NdFeB 분말을 제조하는데 이때, NdFeB 분말의 직경은 3~5㎛로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이, NdFeB 분말이 마련되면, 자장 방향과 성형 방향이 수직인 자장 성형기를 이용하여 소결 및 열처리하여 NdFeB 소결자석을 제조한다.

NdFeB 소결자석을 준비하는 단계(S100)는 질소(N) 또는 아르곤(Ar) 가스가 충전된 비활성 분위기에서 제조하는 것이 바람직한데, 그 이유는 탄소(C) 또는 산소(O)와 같은 불순물을 최소화하여 제조되는 NdFeB 소결자석의 자기특성이 저하를 최소화할 수 있기 때문이다.

상기와 같이, NdFeB 소결자석이 마련되면, 희토류금속 수화물을 포함하는 제1입계확산물질과 희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물을 포함하는 제2입계확산물질을 제조한다. 이때, 희토류금속은 Tb, Dy, Ho, Ga으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이며, 천이금속은 Co, Cu, Al, Ga, Fe, Ni, Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속일 수 있다.

제1입계확산물질은 희토류금속 수화물과 에탄올을 50:50 중량비로 혼합하여 제조한다. 제2입계확산물질은 희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물과 에탄올을 50:50 중량비로 혼합하여 제조한다. 제1입계확산물질에 포함되는 수화물은 희토류금속과 수소의 화학적 결합인 희토류금속 수화물이지만(예를 들어, 수소화 터븀), 제2입계확산물질에 포함되는 수화물은 희토류 금속과 천이금속 합금의 수화물이다(예를 들어, 원자백분율을 기준으로 78% 터븀, 22% 알루미늄 합금의 수소화물). 구체적으로, 희토류금속과 천이금속의 합금은 원자 백분율을 기준으로 60:40 내지 95:5로 혼합하여 이루어질 수 있다. 또한, 희토류금속과 천이금속의 혼합 비율이 다른 제2입계확산물질을 2 이상 제조할 수 있다.

제1입계확산물질과 제2입계확산물질을 제조한 후에는 제조한 입계확산물질을 도포하여 입계확산 코팅층을 형성한다. 이때, 2 이상 제조된 제2입계확산물질 중 희토류금속의 비율이 높은 순서대로 제2입계확산물질을 도포하고 제1입계확산물질을 가장 나중에 도포하여, 천이금속의 함량이 가장 높은 순서대로 제2입계확산물질을 도포한다. 도포 두께는 10㎛ 내지 30㎛로 하는 것이 바람직하다.

이에 따라, NdFeB 소결자석의 표면에는 천이금속의 비율이 높은 순서대로 제2입계확산물질이 도포되어 입계확산 코팅층을 형성한다. 가장 종단에는 제1입계확산물질이 도포되어 입계확산 코팅층을 형성할 수 있다. 다만, 제1입계확산물질은 경우에 따라 사용하지 않아도 문제가 없으며, 제2입계확산물질만을 제조해 사용해도 소결자석의 결정립 입계로 희토류 금속을 확산시키는 것에는 문제가 발생하지 않는다.

즉, 이 발명에서는 제2입계확산물질에 포함되는 천이금속의 농도를 경사지게 형성하여 소결자석의 결정립 입계로 희토류 금속을 확산시킨다. 천이금속을 포함하는 합금을 사용하는 것은 희토류 금속의 융점을 낮추기 위함이다. 물론, 합금의 경우 융점이 낮은 금속과 융점이 높은 금속을 50:50 비율로 제조한다고 하더라도, 그 합금의 녹는점은 두 금속의 중간값이 아니며, 경우에 따라서 제조된 합금은 융점이 높은 금속보다 높은 융점을 가질 수 있다. 다만, 합금의 희토류 및 천이금속 비율에 따른 녹는점을 시험한다면, 가장 적절하게 사용될 수 있는 혼합 비율을 얻을 수 있다. 예를 들어, 대표적으로 사용되는 희토류 금속인 터븀의 융점은 1356℃ 이며, 천이금속인 알루미늄의 융점은 660℃이다.

아래와 같이 터븀-알루미늄의 합금의 융점은 다음 표 1의 그래프와 같은 경향을 가진다.

Tb-Al Alloy Melting Point Graph

보자력을 향상시키기 위해 터븀의 양은 알루미늄의 양보다 많은 것이 바람직하며, 이에 따라 터븀과 알루미늄 금속이 78:22 원자비로 합금을 형성한 경우 융점은 880℃부근에서 형성된다. 따라서, 터븀과 알루미늄을 사용하여 제2입계확산물질을 제조할 경우 78:22 내지 95:5의 원자비로 합금을 형성하여 제2입계확산물질을 제조하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

한편, 경사도포의 예시로서, 다음과 같이 제2입계확산물질과 제1입계확산물질을 도포할 수 있다.

터븀과 알루미늄이 78:22로 혼합된 합금을 포함하는 제2입계확산물질을 도포하고, 그 위에 터븀과 알루미늄이 89:11로 혼합된 제2입계확산물질을 도포하며, 그 위에 터븀과 알루미늄이 95:5로 혼합된 제2입계확산물질을 도포하고, 다시 그 위에 터븀 수화물을 도포한다.

위와 같이 입계확산물질을 도포한 후에는, 열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시킨다. 열처리는 진공 혹은 아르곤 분위기에서 600도 이상 900도 이하로 가열하여 실시될 수 있다. 통상 열처리는 6시간을 전후로 하여 실시된다.

열처리 이후, NdFeB 소결자석을 안정화가 이루어진다. 안정화는 진공 혹은 아르곤 분위기에서 400도 이상 900도 이하로 가열하여 실시될 수 있다. 통상 안정화는 2시간을 전후로 하여 실시된다.

이하에서는, 위와 같은 희토류 영구자석 제조방법에 따른 복수의 실시예를 제시하여 발명을 더 구체적으로 개시한다.

모든 비교예와 실시예는 12.5mm x 12.5mm x 5mm로 가공된 NdFeB 소결자석이 사용되었으며, 제1입계확산물질은 Tb수소화합물과 에탄올을 50:50 무게비로 혼합하여 제조하였으며, 제2입계확산물질은 ①Tb₇₈Al₂₂수소화합물, ②Tb₈₅Al₁₅수소화합물 ③Tb₈₉Al₁₁수소화합물 ④Tb₉₅Al₅수소화합물 ⑤Tb_62.5Co_37.5수소화합물 ⑥Tb₉₀Ga₁₀수소화합물 ⑦Tb₈₈Fe₁₂수소화합물 ⑧Tb₆₄Cu₃₆수소화합물 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 에탄올과 50:50 무게비로 혼합하여 제조하였다.

이하에서는 명칭의 기재 편의상 '수소화합물'을 생략하기로 한다. 예를 들어, Tb₇₈Al₂₂수소화합물은 Tb₇₈Al₂₂로 표현하고, Tb수소화합물은 Tb로 표현하기로 한다.

	도포 조건		확산 및 안정화 조건		자기특성
	0~30㎛	30~60㎛	확산	안정화	Br(kG)	Hcj(kOe)
비교예 1	Tb	Tb	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.0	20.0
실시예 1-1	Tb₇₈Al₂₂	Tb₇₈Al₂₂	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	22.1
실시예 1-2	Tb₇₈Al₂₂	Tb	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	24.5

비교예 1은 천이금속을 포함하지 않은 제1입계확산물질만을 사용하여 제조된 자석이며, 실시예 1-1은 제2입계확산물질 중 Tb₇₈Al₂₂만을 사용하여 제조된 자석이고, 실시예 1-2는 Tb₇₈Al₂₂와 Tb 모두 사용하여 제조된 자석이다. 실시예 1-1의 보자력이 비교예 1 보다 높은 것은 입계확산물질의 융점이 약 500도 이상 낮아져 입계확산이 안정적으로 진행한 것이 기인하며, 실시예 1-2가 실시예 1-1보다 보자력이 높은 것은 입계확산물질의 융점이 충분히 낮아지고, 동시에 입계확산물질 내 Tb의 함량이 높은 것이 기인한다.

	도포 조건		확산 및 안정화 조건		자기특성
	0~30㎛	30~60㎛	확산	안정화	Br(kG)	Hcj(kOe)
실시예 1-2	Tb₇₈Al₂₂	Tb	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	24.5
실시예 2-1	Tb_62.5Co_37.5	Tb	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	25.8
실시예 2-2	Tb₉₀Ga₁₀	Tb	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	24.2
실시예 2-3	Tb₈₈Fe₁₂	Tb	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	24.4
실시예 2-4	Tb₆₄Cu₃₆	Tb	900℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	24.1

표 3는 천이금속의 종류와 터븀과의 혼합비율을 달리한 희토류 영구자석을 제조한 결과를 나타낸 것이다. Tb₇₈Al₂₂,Tb_62.5Co_37.5,Tb₉₀Ga₁₀,Tb₈₈Fe₁₂,Tb₆₄Cu₃₆ 각각의 융점은 880℃, 700℃, 880℃, 847℃ 730℃ 이다. 위 실시예들로 미루어볼 때, 융점이 낮은 입계확산물질을 아래 도포하는 것이 보자략 향상에 있어 효과적인 것을 알 수 있다. 더불어, Tb함량이 높은 입계확산물질 혹은 융점이 낮은 입계확산물질이 모두 동일하게 자기특성을 증가시키는 것은 아닌 것을 알 수 있다.

도포조건

자기특성

Br(kG)

Hcj(kOe)

실시예 1-2

0~30㎛

30~60㎛

14.1

24.5

Tb₇₈Al₂₂

Tb

실시예 3-1

0~20㎛

20~40㎛

40~60㎛

14.1

25.4

Tb₇₈Al₂₂

Tb₈₉Al₁₁

Tb

실시예 3-2

0~15㎛

15~30㎛

30~40㎛

40~60㎛

14.1

25.6

Tb₇₈Al₂₂

Tb₈₉Al₁₁

Tb₉₅Al₅

Tb

실시예 3-3

0~10㎛

10~20㎛

20~30㎛

30~40㎛

40~60㎛

14.1

25.6

Tb₇₈Al₂₂

Tb₈₅Al₁₅

Tb₈₉Al₁₁

Tb₉₅Al₅

Tb

표 4은 도포구간을 세분화하여 천이금속인 알루미늄의 농도가 다른 복수의 제2입계확산물질을 사용하여 희토류 영구자석을 제조한 결과를 나타낸 것이다. 확산 조건은 모든 실시예에서 900℃, 6시간 가열조건이며, 안정화 조건은 모든 실시예에서 500℃, 2시간 가열조건이다. 위 결과 중 실시예 3-1, 3-2, 3-3으로 미루어볼 때, 4개의 층 이상으로 알루미늄의 농도를 경사지게하여 도포한 경우 보자력이 포화되어 더 이상 증가하지 않았음을 알 수 있다. 이를 고려한다면 3 ~ 4 층의 코팅층을 형성하는 것이 가장 경제적인 방법이라고 할 수 있다.

	도포조건				확산 및 안정화 조건		자기특성
	0~ 15㎛	15~30㎛	30~40㎛	40~60㎛	확산	안정화	Br(kG)	Hcj(kOe)
실시예 4-1	Tb₇₈Al₂₂	Tb₈₉Al₁₁	Tb₉₅Al₅	Tb	600℃ 6hr	500℃ 2hr	14.1	24.9
실시예 4-2					700℃ 6hr		14.1	26.8
실시예 4-3					800℃ 6hr		14.1	26.1
실시예 3-2					900℃ 6hr		14.1	25.6
실시예 4-4					700℃ 6hr	300℃ 2hr	14.1	23.2
실시예 4-5						400℃ 2hr	14.1	25.5
실시예 4-6						600℃ 2hr	14.1	24.4
실시예 4-7						700℃ 2hr	14.1	22.7

표 5는 입계확산물질 도포를 4번에 걸쳐 수행하여 총 4층의 코팅층을 형성하는 것을 공통으로 하며, 확산 및 안정화 조건을 달리하여 희토류 영구자석을 제조한 결과를 나타낸 것이다. 비교예 1과 실시예 4-1 내지 4-7 및 3-2를 비교할 경우, 비교예 1과 같이 제1입계확산물질을 60㎛ 도포한 경우 최적의 확산 온도는 900도인 반면, Al 함량을 경사지게 도포하여 코팅층을 형성한 경우 최적의 온도는 700℃로 약 200도가 감소한다. 이는 Al을 함유한 제2입계확산물질의 융점이 낮아 상대적으로 낮은 온도에서 결정립으로의 확산이 진행되는 것을 의미한다. 또한, 표 5에 나타난 결과에 따르면 안정화 온도는 500℃가 가장 최적의 온도인 것을 알 수 있다.

위와 같이 본 발명의 희토류 영구자석 제조방법은 희토류 금속과 천이금속이 혼합된 합금의 수화물을 제2입계확산물질로 사용하며, 이를 천이금속의 농도를 경사지도록 입계확산 코팅층을 형성하여 소결자석의 결정립 입계로 희토류 금속을 확산시킬 수 있다. 이에 따라, 희토류 금속이 소결자석의 결정립 입계를 따라 효과적으로 확산되어, 제조되는 희토류 영구자석의 보자력을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : NdFeB 소결자석
100 : 결정립 입계
200 : 입계확산물질
300 : 입계확산물질이 확산된 결정립 입계

Claims

NdFeB 소결자석을 준비하는 단계;
희토류금속 수화물을 포함하는 제1입계확산물질을 제조하는 단계;
희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물을 포함하는 제2입계확산물질을 제조하는 단계;
NdFeB 소결자석의 표면에 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 도포하여 입계확산 코팅층을 형성하는 단계;
열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시키는 단계; 및
열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확살물질가 결정립 입계로 확산된 NdFeB 소결자석을 안정화하는 단계;를 포함하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 1에 있어서,
제1입계확산물질을 제조하는 단계와 제2입계확산물질을 제조하는 단계에서,
희토류금속은 Tb, Dy, Ho, Ga으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이며, 천이금속은 Co, Cu, Al, Ga, Fe, Ni, Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 1에 있어서,
제2입계확산물질을 제조하는 단계에서,
희토류금속과 천이금속의 혼합 비율은 원자 백분율을 기준으로 60:40 내지 95:5 인 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 3에 있어서,
제2입계확산물질을 제조하는 단계에서,
희토류금속과 천이금속의 혼합 비율이 다른 제2입계확산물질을 2 이상 제조하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 4에 있어서,
입계확산물질을 도포하여 입계확산 코팅층을 형성하는 단계에서,
2 이상 제조된 제2입계확산물질 중 천이금속의 비율이 높은 순서대로 제2입계확산물질을 도포하고 제1입계확산물질을 가장 나중에 도포하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 1에 있어서,
제1입계확산물질을 제조하는 단계와 제2입계확산물질을 제조하는 단계에서,
제1입계확산물질은 희토류금속 수화물과 에탄올을 혼합하여 이루어지고,
제2입계확산물질은 희토류금속 및 천이금속이 혼합된 수화물과 에탄올을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 1에 있어서,
입계확산 코팅층을 형성하는 단계에서는,
초음파 스프레이법, 현탁액 점착법 또는 배럴 페인팅법에 의해 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 표면에 코팅하여 입계확산 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 1에 있어서,
열처리하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시키는 단계에서는,
진공 혹은 아르곤 분위기에서 600도 이상 900도 이하로 가열하여 제1입계확산물질 또는 제2입계확산물질을 NdFeB 소결자석의 결정립 입계로 확산시키는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.
청구항 1에 있어서,
NdFeB 소결자석을 안정화하는 단계에서는,
진공 혹은 아르곤 분위기에서 400도 이상 900도 이하로 가열하여 NdFeB 소결자석을 안정화하는 것을 특징으로 하는 희토류 영구자석 제조방법.