KR830001327B1 - 합금체로 된 자성 소자를 제조하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

합금체로 된 자성 소자를 제조하는 방법

제 1 도는 Co를 함유하는 2 종의 Fe-Cr-Co 합금의 상태도.

제 2 도는 Co를 함유하는 2 종의 Fe-Cr-Co의 자석합금을 100배로 확대한 현미경 사진.

제 3 도는 Co를 함유하는 2 종의 Fe-Cr-Co의 자석 합금을 다르게 처리하여 100배로 확대한 현미경 사진.

본 발명은 Fe-Cr-Co의 합금을 제조하는 방법에 관한 것이다.

확성기 및 전화의 수신기와 같은 그러한 계전기, 신호기 …전기 음향 변환기에서 사용하기에 적당한 자성재료는 특히 보자력(保磁力), 잔류자기, 에너지적(energy product)에 대한 높은 값을 요한다.

적당한 자기 특성을 가지는 종래의 합금중에는 Al-Ni-Co-Fe 합금 및 Cu-Ni-Fe 합금이 있는데 이 합금들은 2상의 미세한 구조로 인해 스피노달 분해(spinodal decomposition)를 하는 것으로 생각되는 합금군에 속한다. 최근 Fe, Cr 및 Co를 함유하는 합금으로 영구자석을 제작할 수 있는지에 대해 조사되어왔다. 구체적으로 말하면, Fe-Cr-Co의 3원 합금은 에이취 카네코 에트 알에게 허여된 "Fe-Cr-Co계의 새로운 연성 영구자석(1972년 AIP 회보 제 5 호, 1088 페이지)"에. 그리고 미합중국 특허 제, 806,336호의 "자석합금"에 기술되어 있다. Fe, Cr 및 Co에 대하여 Ti, Al, Si, Nb 또는 Ta등과 같은 그러한 페라이트 형성 원소를 함유하는 4원계 합금은 미합중국 특허 제3,954,519호의 "니오브 및 탄탈륨을 구성하는 Fe-Cr-Co 스피노달 분해형 자석합금" 미합중국 특허 제3,989,556호의 "반경화된 자석합금 및 그 제조방법", 그리고 미합중국 특허 제4,075,437호의 "자석합금을 포함하는 조성, 가공 및 장치"에 기술되어 있다.

4원합금내에서 Ti, Al, Si, Nb 또는 Ta와 같은 그러한 페라이트 형성원소를 사용하게 되면, Co의 보다 높은 수준에서, 또는 C, N 또는 O와 같은 그러한 불순물이 있어도 저온 어니일링에 의해 세립화된 알파상의 예비구조의 생성이 용이해진다고 주장되어 왔다.

본 발명은 3원의 Fe-Cr-Co 자석합금에 관한 것으로서 그 입도는 적어도 3000grains/㎣로서 충분히 미세하며, 300-600 Oersted의 범위를 갖는 항자력 8000-13000 Gauss의 범위를 갖는 잔류자기, 그리고 1-6MGOe의 범위 내에 속하는 최대자기 에너지적을 가진다. 이 합금은 25-29 중량 퍼센트의 Cr, 7-12 중량펴센트의 Co, 그리고 그 나머지는 Fe로 구성되며, 세립화된 단상의 알파구조를 생성하도록 65-1000℃의 범위내의 온도에서 용해 어니일링을 하며, 그 다음에 냉간 성형 및 에이징(aging : 열처리 또는 가공 등에 의하여 금속 또는 합금이 시간의 경과에 따라서 그 성질이 점차로 변화하는 현상)을 해주므로써 상기 합금은 편리하게 생산될 수 있다. 이와같은 합금에서 만들어진 자석은 확성기 및 전화의 수신기와 같은 그러한 전기 음향변화기, 계전기, 그리고 신호기 등에서 사용될 수 있다.

본 발명에 따라서 25-29 중량퍼센트의 양호한 범위내의 Cr, 7-12 중량퍼센트의 양호한 범위의 Co, 그리고 그 나머지는 Fe 만 내포하는 Fe-Cr-Co 합금은 1-6 MGOe의 범위의 최대 에너지적, 그리고 적어도 3000grains/㎣과 동일한 입도를 동시에 가지도록 제조될 수 있다. 그러한 입자 구조는 합금이 냉간 성형될 경우 특히 유익하다. Cr의 함량이 보다 적을수록 양호하며 특히 합금의 성형능력을 최적으로하기 위해서는 28중량 퍼센트의 상한이, 그리고 자기특성을 최적으로 하기 위해서는 26중량 퍼센트의 하한을 갖는 Cr이 양호하다.

본 발명에 따른 합금은 Fe, Cr 및 Co로 구성되는 성분들의 용해물 또는 유도전기로와 같은 그러한 도가니로 내에 들어 있는 합금으로부터 주조하므로서 제조될 수 있다. 한편 특정의 범위내의 조성을 가지는 금속체는 분말야금에 의해 제조될 수 있다. 합금의 제조, 특히 용해물로부터 주조하므로서 합금을 제조하는 데에 있어서는 원료로, 또는 용해물의 상태에 따라 일어날 수도 있는 과도한량의 불순물이 함유되지 않도록 주의할 필요가 있다. 질소와 같은 그러한 불순물이 함유되는 것을 최소로하기 위해 상기와 같이 충분한 주의를 하게 되면 페라이트 형성 원소는 첨가할 필요가 없게 된다. 산화 또는 질소가 과다하게 함유되는 것을 최소로하기 위해 진공 상태에서, 또는 아르곤 가스체와 같은 그러한 불활성 가스체내에서 용해물에 슬러그 보호를 주는 것이 바람직하다. 불순물의 특정한 량은 0.05 중량 퍼센트의 C, 0.05중량 퍼센트의 N, 0.2중량 퍼센트의 Si, 0.5 중량 퍼센트의 Mg, 0.1 중량 퍼센트의 Ti, 0.5중량 퍼센트의 Ca, 0.1중량 퍼센트의 Al, 0.5 중량 퍼센트의 Mn, 0.05 중량 퍼센트의 S, 그리고 0.05 중량 퍼센트의 O 이하에서 유지되는 것이 바람직하다.

주조 후 합금을 처리하는 전형적인 방법은 다음과 같다. 합금은 2상, 즉 α+γ 상태에서 이러한 목적에 일반적으로 적당한 온도인 1100내지 1300℃의 범위 내에서 1 내지 10시간동안 담금질된다. 9중량 퍼센트의 Co 및 11 중량 퍼센트의 Co를 각각 함유하는 합금과 동일한 그러한 온도에 대하여 보다 특정한 양호한 한계선은 제 1 도에서 얻을 수 있다. 다음에 이 합금은 상기한 2상의 상태에서 열간압연(hot rolling 재료를 가열하여 고온인채로 압연하는 작업), 단조 또는 압출가공(extruding : 컨테이너에 고온으로 가열한 재료를 넣고 램으로 강압하여 다이스형의 구멍으로 압출하므로서 소요의 형상으로 가공하는 방법. 금속재료, 카아본, 플래스틱 성형 등에 사용되며 미려한 제품을 얻을 수 있다)에 의해 열간가공 되므로서 주조시의 구조가 파괴된다. 또한 필요하다면 상기 합금은 냉간가공(cold working 금속재료를 상온에서 가공하는 것에 의해 성형될 수도 있다. 미세한 입자의 구조를 균일하게 하기 위해서 합금은 단상의 α 상태내의 온도, 즉 일반적으로 650내지 1000℃의 온도에서 용해 어니일링 된다. 특정의 합금에 대한 어니일링 온도의 양호한 상한치는 다음의 값들, 즉 25중량 퍼센트의 Cr 및 7중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금에 대해서는 950℃, 25중량 퍼센트의 Cr 및 12중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금에 대해서는 875℃, 29중량 퍼센트의 Cr 및 7중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금에 대해서는 1100℃, 그리고 29중량 퍼센트의 Cr 및 12중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금에 대해서는 975℃ 사이에서 근사선형보간법(線型補間法)에 의해 편리하게 얻어질 수가 있고, 또한 상기 상한치는 입자의 성장을 최소로 하기 위해 1000℃를 초과하지 않도록 주의해야 한다. 동력학을 개선하기 위해서는 800℃의 하한치가 적당하고, γ상을 최소로 하…위한 양호한 상한치는 근사선형 보간법에 의해 925℃, 850° 1075℃ 및 950℃의 각각의 값들 사이에서 얻어지는데, 이들은 또한 어니일링의 온도가 1000℃를 초과하지 않는다는 가정하에서 이루어진다.

합금이 냉간 가공된 후, 상기 합금을 재결정시켜서 균일하게 하기 위한 용해 어니일링은 어니일링의 온도 및 인고트(ingot)의 칫수에 따라 10분에서 2시간 정도 걸린다. 전형적인 소요시간은 30분에서 90분 정도이다. 용해 어니일링은 대기중에서 또는 표면산화를 최소로 하기 위해 산소가 제거된 상태에서 수행될 수 있다.

용해 어니일링은 신속한 담금질, 다시 말하면 물 또는 소금물 담금질에 의해, 또는 얇은 스트립의 경우에는 공기 담금질에 의해, 그리고 양호하게는 합금 전체를 통해 적어도 1000℃/min의 냉각율을 갖는 그러한 신속한 담금질에 의해 종료된다. 이 시점에서 상기합금은 상온에서 또는 상온에 가까운 온도, 즉 100℃를 초과하지 않는 온도에 있게 되며, 또한 70마이크로미터(적어도 3000grains/㎣에 상당함)를 초과하지 않는 본질적으로 균일하게 미세한 입도를 가진다. 그러한 입자 구조는 제 2 도에 도시되어 있다. 제 2 도에 도시된 이러한 입자 구조는 제 2 도에 도시된 바와같이 고온에서 어니일링 함으로서 얻어진 거친구조와 대조될 수 있다.

다음에 100℃를 초과하지 않는 온도에서 이 합금은 벤딩, 와이어 드로오잉, 디이프 드로오잉, 또는 스웨징(swagging)에 의해 냉간 성형된다. 상기 합금이 와이어 드로오잉, 디이프드로오잉, 또는 벤딩, 즉 적어도 국부적인 인장변형이 생겨나게 하는 기술에 의해 냉간 성형된다면, 미세한 입자 구조로부터 특별한 이점이 생겨나게 된다. 어니일링 되어 담금질된 합금의 균일하게 미세한 입자 구조로 인하여 드로오잉은 적어도 50%의 단면적 감소에 상당하는 양까지 가능하다. 마찬가지로 벤딩은 적어도 30°의 방향의 변화를 가져오고, 그 결과 곡율반경은 상기 방향의 변화에 비례하는 값을 초과하지 않게 된다. 또한 30°의 방향변화에 대해서는 상기값을 벤딩되는 부분의 두께와 동일하고, 90°의 방향 변화에 대해서는 벤딩되는 부분의 두께의 4배와 같다.

특히 상기한 바와같은 처리는 본질적으로 단상의 α 상태에 상당하는 온도에서 합금을 유지시키는 단계를 포함한다. 이와같이 특징화된 다른 처리는 단상의 α 범위 내에서 마무리온도를 가지는 열간가공, 냉각 및 성형에 의해 가능하다. 게다가 성형은 중간의 추가용해 어니일링 및 담금질을 가지는 단계에서 수행될수 있다. 성형 전후의 구멍뚫기, 선반가공, 또는 밀링가공에 의한 기계가공과 같은 그러한 추가의 처리단계는 제외되지 않는다.

성형된 합금은 마지막으로 자기경화(magnetic hardening)를 위해 시효처리(ageing treatment)를 받게 된다. 그러한 시효처리는 8000-13000Gauss의 잔류자기, 300-600 Oersted의 보자력, 그리고 1,000,000-6,000,000Gauss-Oersted의 자기 에너지적을 가지는 자석을 생산케 하는 미합중국 특허 제4,075,437호에서 기술된 바와같이 다양한 계획에 따라 수행될 수 있다. 따라서 그러한 합금은 자계중의 자화시에 계전기, 신호기, 그리고 확성기 및 전화수신기와 같은 그러한 전기-음향 변환기 내의 자석으로서 이용될 수 있다.

다음의 실시예에서, 상의구조 및 입도는 용해어니일링 및 담금질 후, 냉간성형전에 행하는 X-선 회절분석, 경도측정, 미세구조에 대한 금속현미경 분석에 의해 결정되었다. 평균입도는 표 1에서 알 수 있는 바와같이 25-40 마이크로미터의 범위 내에 있었다. 또한 합금의 시효처리 후 결정된 잔류자기 Br, 보자력 Hc, 그리고 에너지적(BH) max은 표 I에 나타나 있다.

[실시예 1]

26.8 중량 퍼센트의 Cr, 9.4 중량 퍼센트의 Co, 그리고 그 나머지는 Fe을 함유하는 합금의 인고트는 용해물로부터 주조된다. 인고트의 칫수는 두께가 31.8mm(1.25in.), 폭이 127mm(5in.) 그리고 길이가 304.8mm(12in.)이다. 주조 인고트는 1250℃의 온도로 가열하여 6.4mm (1/4in)의 판으로 열간압연 된다음 수냉되었다. 상기판은 2.5mm(0.1in.)의 두께와 15.9mm(0.625in.)의 폭을 가지는 스트립으로 상온에서 냉간압연 되었다. 상기 스트립은 900℃에서 30분 동안 어니일링 된 뒤 수냉되었다. 상기 스트립은 630℃로 재가열되어서 이 온도에서 1시간 동안 유지되며, 15℃/h의 일정율로서 555℃의 온도까지 냉각되며 그 다음 540℃에서 3시간 동안 그리고 525℃에서 4시간 동안 유지되었다.

[실시예 2]

27.7중량 퍼센트의 Cr, 10.9중량 퍼센트의 Co, 그리고 그 나머지는 Fe을 함유하는 합금의 스트립은 실시예 1에서 기술된 바와같이 주조, 열간가공, 담금질 용해 어니일링, 냉각, 그리고 압연에 의해 제조되었다. 상기 스트립은 635℃로 재가열되어서 이 올도에서 3분동안 유지되고, 15℃/h의 일정율로서 555℃까지 냉각된 다음, 540℃에서 3시간 동안, 그리고 525℃에서 4시간 동안 유지되었다.

[실시예 3]

27.3중량 퍼센트의 Cr, 7.2중량 퍼센트의 Co, 그리고 그 나머지는 Fe을 함유하는 합금의 스트립은 실시예 1에서 기술된 바와같이 제조되었다. 스트립은 620℃까지 재가열되어서 이 온도에서 1시간 동안 유지되며, 15℃/h의 일정율로서 555℃까지 냉각된 다음 555℃에서 2시간 동안 540℃에서 3시간동안 그리고 525℃에서 16시간 동안 유지되었다.

[실시예 4]

26.8중량 퍼센트의 Cr, 10.6중량 퍼센트의 Co, 그리고 그 나머지는 Fe을 함유하는 합금의 스트립 실시예 1에서 기술된 바와같이 제조되었다. 스트립은 부드럽고 유연하여 0.08mm 1/32 in.)의 곡율반경을 가지면서 90°까지 예리하게 어느 방향으로도 쉽게 휘어질 수가 있거나, 또는 99%의 단면감소를 일으키도록 인장될 수도 있었다. 상기 스트립은 합금을 680℃의 온도에서 30분동안 유지시키고, 그 다음에 먼저 140℃/h의 비율로서 615℃까지 급속냉각시킨다음 20℃/h에서 2℃/h까지 지수감속율로서 525℃의 온도까지 냉각시키므로써 시효처리가 되었다.

[실시예 5]

27.9중량 퍼센트의 Cr, 10.7중량 퍼센트의 Co, 그리고 그 나머지는 Fe을 함유하는 합금으로서 직경이 17.8mm(0.7in.)의 봉은 주조, 열간가공, 용해 어니일링, 그리고 담금질에 의해서 제조되었다. 상기 봉은 직경이 1.78mm(0.07in.)인 와이어로 냉간 인발되며, 930℃에서 30분동안 용해 어니일링된 다음 상온으로 생각되었다. 상기 인발된 와이어를 30분 동안 700℃에서 유지시키고, 1000 Oersted의 자계 내에서 30℃/h의 율로서 615℃까지 냉각시킨 다음, 20℃/h에서 2℃/h까지의 지수감속율로서 480℃의 온도까지 냉각시키므로서 시효 열처리가 이루어졌다.

[표 I]

Claims (1)

1. 냉간성형 및 시효처리를 포함하는 단계를 거치므로서 Fe-Cr-Co의 합금체를 처리하여 자기소자(磁氣素子)를 제조하는 방법에 있어서, 합금내에서 70마이크로 미터를 초과하지 않는 평균 입도를 얻기 위해서 합금체를 적어도 1000℃를 초과하지 않는 선택된 어니일링 온도, 즉 25중량 퍼센트의 Cr 및 7중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금일경우 650내지 950℃, 25중량 퍼센트의 Cr 및 12중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금의 경우는 650℃내지 875℃, 29중량 퍼센트의 Cr 및 7중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금일 경우는 650내지 1100℃, 29 중량 퍼센트의 Cr 및 12중량 퍼센트의 Co를 함유하는 합금일 경우에는 650내지 975℃, 그리고 Cr 및 Co가 중간의 수준일 경우에는 온도의 한계가 근사선형 보간법에 의해 얻어지는 범위내의 어니일링 온도로 처리하며, 100℃를 초과하지 않는 온도에서 적어도 50%의 단면적 감소에 상당하는 양만큼 와이어 드로오잉이나 디이프 드로오잉에 의해서 또는 디이프 드로오잉이나 벤딩에 의해서 상기 합금체를 원하는 형상으로 성형하므로서 곡율반경이 방향 변화에 비례하는 값, 즉 30°의 방향 변화에 대해서는 벤딩되는 부분의 두께와 동일하고 90°의 방향변화에 대해서는 벤딩되는 부분의 두께의 4배와 동일한 값들을 초과하지 않게끔 처리한다음 상기 합금을 시효처리 해주므로서 25 내지 29, 양호하게는 26내지 28 중량퍼센트의 Cr, 7 내지 12중량 퍼센트의 Co, 그리고 그 나머지는 소량의 불순물을 제외한 Fe을 함유하는 합금을 제조하는 것을 특징으로 하는 Fe-Cr-Co 합금의 제조방법.

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