KR900007785B1 - 주석- 함유 철계 복합분말 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주석-함유 철계 복합분말 및 이의 제조방법

제1도는 Si의 함량에 대한 Fe-Si 합금의 전기저항 의존도를 나타내는 그래프.

제2도, 3도 및 4도는 본 발명의 실시예에서 제조한 복합분말에서 X-선 마이크로 분석기로 측정한 철입자의 평단면내 합금원소의 농축분포를 각각 나타내는 그래프.

제5도는 본 발명에 따르지 않은 철계 복합분말에 관해 제2도-4도에서와 동일한 내용을 나타낸 그래프.

제6도는 철-실리콘 혼합분말에 가해진 Sn의 양과 소결된 재료의 자기특성과의 관계를 나타내는 그래프.

제7도는 Sn-함유 철 실리콘 복합분말에 가해진 P의 양과 소결된 재료의 밀도 자기특성과의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 철계 소결합금의 원료로서 유용한 주석-함유 철계 복합분말 및 이의 제조방법 그리고 주석-함유 철계 소결 자성재료에 관한 것이다

현재 분말야금법이 발달함에 따라 기계 및 전기공업에 있어 철계 소결재료의 사용이 증가되고 있는 실정이다. 그런데 이러한 목적으로 사용되는 철계 소결 재료에는 여러 특성이 필요로 하기 때문에 이러한 요구조건을 충족시키기 위해서 여러 종류의 합금원소를 시험해서 사용하고 있다.

철계 소결합금의 제조에 사용되는 통상적인 원료 분말로는 철계분말과 필요한 합금원소 분말과의 혼합물 및 모두 사전에 합금한 형태인 필요한 합금원소가 함유된 합금철 분말이 있다. 단지 혼합된 분말의 장점은 분말을 소결하기전에 필요한 형태로 성형하기 초기단계에서 나타나는 압축성이 우수하다는 것이다. 이러한 장점은 혼합분말의 제1성분으로서 미합금철 분말의 유연성에서 기인한다.

그렇지만 상기 합금원소의 혼합분말은 편석되어 초기의 소결단계에서 철과 함께 불균일한 합금이 이루어지는 단점이 있다. 사전 합금철 분말의 경우에 있어서는 합금시의 균일성에 관한 문제점이 거의 없다. 그러나, 합금철 분말은 합금시 분말입자가 경화되기 때문에 일반적으로 압축성이 우수하지 못하다.

소결에 있어 이와같은 통상적인 철계 분말의 문제점을 해결하기 위해 합금원소가 철 내부로 현저히 확산되지 않고 철 입자에 부분적으로 결합하는 부분적으로 합금된 철계분말이 제안되었다[일본국 특허공보 제 45-9649호(1970 : 철 분말에 대한 Mo 및 Cu의 결합) 및 일본국 특허공보 제 53-92306호(1978 : 철 분말에 대한 의 결합)]. 이러한 제안에 따라 철 분말과 합금원소원 분말의 혼합물을 가열해서 철 입자에 대한 합금 원소원 분말의 입자를 부분적으로 결합시키는 것을 달성시킨다. 그러나, 철 입자 내부로 합금원소의 확산이 일어남이 없이 입자들을 바라는대로 결합시키기 위해서는, 가열조건을 좁은 한계치로 정해야 하며 합금원소의 선택 또한 제한해야 한다.

또한 입자들의 부분적 결합이 원하는데로 달성되었을지라도 부분적으로 합금된 분말을 계속해서 취급하는 동안 일단 결합된 합금원소 입자와 철 입자가 분리될 가능성이 존재한다. 이러한 입자들간의 결합이 파괴되는 것은 상기 분말을 소결시키는 초기단계에서 편석되는 원인이 된다.

한편, 소결재료가 지니고 있는 연자성 면에서 볼때 철계 소결 재료를 모터의 철심과 같은 전기장치의 어떤 부품으로 사용하는 경향이 있다. 일반적으로, 이러한 철계소결재료의 부품은 아연 스테아레이트와 같은 분말상 윤활제 약 0.5 내지 1.0중량%를, 철 분말 또는 합금철 분말일 수 있으며 목적하는 합금원소원으로서 제2분말을 임의적으로 함유할 수 있는 원료분말에 가하고 ; 형성된 분말 혼합체를 약 3000 내지 10000Kg/Cm²의 압력하에 금속다이 내에서 성형시킨 다음; 성형된 재료를 보통 1000 내지 l350℃의 온도로 비산화성 가스체 내에서 소결시키는 단계로 이루어진 분말 야금법으로 제조한다. 여기서 필요한 경우는 소결체를 사이징 또는 가공해서 정확한 형태로 만든다.

적층 실리콘강 시이트로 불리우는 통상적인 철심 재료에 있어 철계 소결재료의 장점은 성형시 그 자유도가 크다는 점이다. 그러나 철의 손실이 크기 때문에 교류 자기특성에 열등하다는 점이 철계 소결재료의 단점이다. 이는 와전류가 소결부품내에서 유도되기 때문인데, 이러한 와전류의 손실은 의외적으로 크게 된다. 그러므로 효과적인 합금을 함으로써 철계 소결재료의 전기저항을 증가시켜 와전류의 손실을 감소시키는 노력이 진행되고 있다. 철에 대한 여러 합금원소들 중에서 전기저항을 증가시키는데 가장 효과적인 것은 실리콘이다. 따라서 초기에 실리콘원소 분말이나 페로실리콘 분말을 철 분말과 혼합시켜 우수한 특성을 지닌 Si-함유 철계 소결부품을 제조하려는 시도가 진행되고 있다. 그러나 Si를 첨가하면 소결용 원료의 압분밀도가 낮아지는 원인이 됨에 따라 소결밀도가 떨어지는 결과를 낳게 된다. 소결밀도가 낮은 소결부품은 자연적으로 자속밀도가 낮게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 일본국 특허 공보 제 40-12045호(1965)에는 원료 분말의 소결법을 개선시키고 따라서 제품의 소결밀도와 자속밀도를 향상시키기 위한 관점에서 볼때 인을 실리콘과 함께 철 분말에 첨가하는 방법이 기술되어 있다. 실제적으로, 7g/Cm³이상과 같이 상당히 높은 소결밀도는 Si 함량이 최고 약 3중량%일때 P를 첨가함으로써 얻을 수 있다. 그러나 Si 함량이 3중량% 이상일 경우는 상당량의 P를 첨가했을지라도 충분히 높은 소결밀도를 얻기는 불가능 하다.

본 발명의 목적은 위에서 기술한 바와 같은 통상적인 소결용 철계합금이나 복합분말이 지니고 있는 단점이 없으며, 합금원소가 함유된 입자들이 철 입자들과 단단히 결합되어 있어 분말의 성형이나 소결시 어려움이 뒤따르지 않고 합금연소의 자유로운 선택을 크케 넓힐 수 있는 철계 소결합금의 제조시 원료로서 유용한 철계 복합분말을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 철계 복합분말의 제조방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 목적은 위에서 기술한 바와 같은 장점을 지니고 있으며, 소결밀도가 충분히 높은 소결체를 제공할 수 있는, 실리콘-함유철계 복합분말을 제공하는데 있다.

그리고 또한 본 발명의 목적은 철의 손실을 줄이기 위해 실리콘을 사용함에도 불구하고 밀도, 투자율 및 자속밀도가 높은 실리콘 함유철계 소결 자성 재료를 제공하는데 있다.

본 발명에 있어서의 특징은 선택된 합금원소의 입자를 철의 입자와 결합시키는데 주석을 보조제로서 사용하는 것이다. 철계 소결합금을 제조하는데 있어 주석은 우수한 합금원소로서의 역할을 함이 널리 알려져 있다. 일반적으로 주석은 소결 철계 합금의 강도, 경도, 가공도, 내부식성 및/또는 자기특성을 증가시키는데 기여한다. 또한 융점이 230℃ 정도로 낮은 주석을 첨가하면 소결재료의 특성을 저하시킴이 없이 소결온도를 낮추는 것이 가능해 진다. 주석의 이러한 합금원소로서의 효과가 우수하기 때문에 본 발명에 있어서 이를 또한 이용하였다. 더우기 본 발명에서는 다른 합금원소가 함유된 분말 혼합체를 소결하기에 앞서 개개의 철입자를 주석으로 피복시킨다.

본 발명에 있어서는 주요 재료가 Fe이며, Sn이 거의 없는 제l분말, C, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, P 및 Si로 이루어진 그룹에서 선택된 최소한 한 종류의 합금원소로 이루어진 최소한 한 종류의 제2분말 ; 및 상기 제2분말의 입자가 Sn을 통해 상기 제l분말의 개개 입자에 결합될 수 있도록 제1분말의 개개 입자와 제2분말 입자의 최소한 일부를 피복하고 있는 형태의 주석으로 이루어져 있으며, 복합분말내의 Sn 함량이 0.1 내지 20중량%이고, 주석-함유 철계 복합분말내에서 Sn의 중량에 대한 최소한 한 종류의 상기 합금원소의 전체 중량비가 50 : 1 이하임을 특징으로 하는 철계 소결합금 원료용 주석-함유 철계 복합분말을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서는 위에서 기술한 바와 같은 새로운 주석-함유 철계 복합분말을 제조하기 위해서, 주요 재료가 Fe이고 Sn이 거의 없는 제1분말; C, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, P 및 Si로 이루어진 그룹에서 선택된 최소한 한 종류의 합금원소로 이루어진 최소한 한 종류의 제2분말, 그리고 형성될 분말 혼합체내의 Sn 함량이 0.1 내지 20중량%의 범위이며, 혼합체내의 Sn의 중량에 대한 상기 제2분말의 전체 중량의 비가 50 : 1 이하가 되는 비율로 Sn이 유리될 수 있도록 열분해의 영향을 받으며, 주석분말과 주석화합물의 분말로 이루어진 그룹에서 선택된 최소한 한 종류의 Sn 원분말을 혼합시킨 다음; 형성된 분말 혼합체를 250 내지 900℃ 범위의 온도로 비산화성 기체내에서 가열시키는 단계로 이루어진 주석-함유 철계복합분말의 제조방법을 체공한다.

본 발명에 있어서는 서서히 가열시 Sn이 철 입자와 다른 합금 원소 입자 모두를 충분히 적실 수 있는 액상을 제공한다는 사실을 고려하여 선택된 합금원소로 이루어진 입자를 철 입자와 함께 물리적으로 결합시키기 위한 결합 또는 접합 보조제로서 Sn을 주로 사용한다.

본 발명에 따른 복합분말을 제조하는데 있어서, Sn의 용융을 야기시키는 반면 Sn이 철 입자내로 현저히 확산되는 것을 야기시키지 않기 위해 출발 혼합체인 분말 혼합체를 가열 한다. 액상의 Sn은 철 입자와 다른 합금원소 입자 모두의 표면을 적시기 때문에 접착제의 역할을 한다. 가열하여 얻어진 복합분말에 있어서 고형화 된 Sn은 개개의 철입자와 다른 합금원소간에 강한 결합력을 제공한다.

본 발명에 따른 복합분말에 있어서는 제2분말의 입자들이 Sn을 통하여 철 분말의 개개 입자에 강력히 결합되어 있기 때문에, 소결조작을 수행하기 이전에 복합분말을 취급할시 합금원소가 함유된 제2분말과 철분말이 서로 분리되는 가능성은 거의 존재하지 않는다. 그러므로 바라는 바의 소결체로 위의 복합분말을 소결하는 것은 합금원소의 분리가 일어남이 없이 용이하게 실시할 수 있다. 또한 이러한 복합분말은 Sn이나 다른 어떠한 합금원소도 철의 입자 내부로 깊게 확산되지 않기 때문에 압축성이 매우 탁월하다. 그러므로 이러한 복합분말은 충분히 높은 압분밀도까지 용이하게 성형할 수 있는데, 이는 기계적 그리고 자기특성이 탁월하고 밀도가 높은 소결체를 제조하는데 있어 하나의 성공요인이 된다. 그리고 또한 위에서 열거한 9종류의 합금원소들(Sn을 제외하고)은 소결재료의 사용도에 따라 그리고 소결재료의 필요한 특성에 따라 홀로 또는 여러 조합으로 그리고 여러 비율로 자유롭게 사용할 수 있다. 이러한 장점을 지닌 주석-함유 철계 복합분말은 위에서 기술한 바와 같은 방법을 이용해 공업적인 규모로써 경제적으로 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명은 또한 철 분말, 실리콘 분말과 페로실리콘 분말중에서 선택된 최소한 한 종류의 Si-함유분말 그리고 철 분말 입자의 적어도 일부가 Sn에 의해 최소한 부분적으로 피복될 수 있도록 하는 형태의 주석으로 이루어진 주석-함유 철계 복합분말을 제공한다. 이러한 복합분말에 있어서 Si의 함량은 1 내지 12중량%의 범위이며, Sn의 함량은 0.05 내지 7중량%의 범위이다.

본 발명에 따른 이러한 복합분말은 또한 소결 자성재료의 원료분말로서 주로 사용한다. 이러한 소결재료의 자성 특성을 개선시키기 위해서는 Si-함유 복합 분말에 0. 05 내지 2중량%의 P를 추가로 함유시킴이 바람직하다. 또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 Si 1 내지 12중량%, Sn 0.05 내지 7중량% 그리고 나머지는 Fe로 주로 이루어진 철계 소결자성재료 및 Si 1 내지 12중량%, Sn 0.05 내지 7중량%, P 0.05 내지 2중량% 그리고 나머지는 Fe로 주로 이루어진 또다른 철계 소결자성 재료를 제공한다.

Sn-함유 철계 복합분말에 관련된 본 발명에 있어서, 본 발명자는 철 입자의 표면에 Sn이 농축되도록 제한된 일정량의 Sn을 원료 재료인 분말 혼합체에 가함으로써 Fe 및 Si로 이루어진 소결자성재료의 소결법뿐만 아니라 자성특성을 현저히 개선시킬 수 있음을 찾아냈다. 이러한 사실을 이용함으로써 전기저항이 높아 철의 손실이 적으며, 소결밀도가 높아 자속밀도가 높은 Si-함유 철계 소결자성 재료의 제조가 가능하게 되었다. 다시 말하면, 원료 분말의 소결성에 뷸필요한 영향을 미침이 없이 소결재료내의 Si 함량을 바람직하게 증가시킬 수 있다.

철-실리콘 분말 혼합체의 소결성에 대한 Sn의 바람직한 효과는 Sn이 α-Fe 상의 형성에 도움이 된다는 사실을 들어 설명할 수 있다. α-Fe 상이 소결할 분말에 존재할 경우는 소위 말하는 α-소결법으로 주로소결을 진행하는데 그 결과 소결이 촉진되어 밀도가 높은 소결체가 주어지게 된다. 또한 Sn은 소결 결정입자를 적절히 거칠게 하는 효과를 지니고 있다. 그렇지만 Sn은 전기저항을 증가시키는데 있어 Si 만큼 효과적이지 못하다.

실리콘 원소 분말이나 페로실리콘 분말중의 하나와 철 분말과의 혼합체를 소결하기 위해 성형할 경우는 위에서 기술한 바의 이유로 인해 바람직한 높은 압분도를 나타내기가 까다롭다. 성형재료를 소결하는 동안 충분한 수축이 일어난다면 충분히 높은 소결밀도를 얻을 수 있지만 실제직으로 수축도는 그리 크지가 않다. 그러므로 소결된 재료는 자속밀도와 다른 자성 특성이 만족스럽지 못하다. 이론상으로 Si는 Fe와 합금이 됨으로써 α-Fe 상을 형성하려는 경향이 너무나 크고 α-Fe 내로의 확산계수가 크기 때문에 소결성을 증가시킬 수 있는 성질을 지니고 있다. 그렇지만, 실제적으로 Si의 이와 같은 효과는 거의 기대할 수 없다. 아마도 이러한 주된 원인은 철 입자 및 실리콘 또는 페로실리콘 입자들이 각자 서로 물리적으로 접촉하고 있을지라도 Si가 철 입자내로 쉽게 확산하지 않기 때문인 것 같다. 소결 초기단계에서 철 입자는 γ-Fe 상이며, 이러한 γ-Fe 상에 있어서 Si의 확산계수는 α-Fe 상에서 보다 매우 작다. 또한 각각의 철 입자와 각각의 실리콘 또는 페로실리콘 입자간의 접촉면적이 매우 작다. 이는 소결의 초기단계에서 Si 확산의 어려움에 대해 추측할 수 있는 이유이다.

위에서 기술한 바와 같은 점을 고려하여 본 발명자는 철-실리콘 혼합체의 소결을 시작한 후 곧 철 입자들이 α-Fe 상으로 전환된다면 Si가 철 입자내로 쉽게 확산될 수 있다는 사실을 포착하였다. 이러한 사실에 따르면 α-Fe 상이 각 철 입자의 전 부피를 차지하게 됨으로 철 입자의 표면중 얕은 부분만이 초기의 소결단계에서 α-Fe 상으로 충분히 전환되는 것을 예견할 수 있다. 또한 이러한 사실에 입각하여, 철 입자의 표면에 Sn이 농축되도록 실리콘 분말이나 페로실리콘 분말과 철 분말과의 혼합체내로 Sn을 도입시킴으로써 실제적인 성공을 달성하였다. Sn을 바람직하게 농축시키는 것은 철입 자를 실리콘 분말과 혼합시키기전에 Sn으로 도금시키거나 철 분말과 주석분말 또는 적절한 주석 화합물분말과의 분말 혼합체를 Sn의 융점이상까지 가열함으로써 비교적 용이하게 실현할 수 있다.

철 입자의 피복재로서 주석이 함유된 철 분말과 실리콘 분말 또는 페로실리콘 분말과의 혼합체를 성형 및 소결할 경우는, 주석으로 피복된 각 철 입자의 표면 부위가 초기의 소결단계에서 α-Fe 상으로 전환하기 때문에 Si가 철 입자내로 확산되는 것이 효과적으로 촉진된다. Si가 일단 철의 입자 내로 확산하면 α-Fe상이 각 철 입자의 중심부를 향해 팽창하게 된다. 따라서, 소결을 소위 α-소결 방식으로 진행하게 됨으로 충분히 높은 소결밀도를 얻을 수 있다.

위에서 설명한 바와 같은 이유로 인하여, Fe, Si 및 Sn이 함유된 본 발명에 따른 복합분말은 철의 손실이 적고 자속밀도가 높은 소결 자성재료를 제공한다. 더우기, Sn을 사용하면 소결된 재료의 투자력을 증가시키고 항자력을 낮추는데 효과적이다. 이와 같은 개선된 소결 자성재료를 얻기 위해 Sn을 사용함에 있어서는, 보다 많은 양의 Sn이 존재하는 것이 보다 만족스런 소결의 성취에 불필요하고 소결된 재료의 자성특성에 대해 오히려 해가 되기 때문에 Sn의 함량을 최대 7중량%까지 제한 한다. Sn이 0.05 내지 7중량% 함유된 것 이외에도 철-실리콘 분말혼합체에 0.05 내지 2중량%의 P가 함유되어 있을 경우, 분말 혼합체의 소결성과 소결된 재료의 자성특성이 훨씬 증가하는데, 이는 P가 α-소결을 촉진시키는 힘을 지니고 있기 때문이다.

본 발명을 먼저 C, Co. Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, P 및 Si 중의 어느 하나 또는 이들 중 선택된 조합물과 Sn이 함유되어 있으며, 일반적 목적으로 소결재료의 원료로서 유용한 철계 복합분말에 관해서 자세히 설명하고자 한다. 기본적인 성분은 Sn이 거의 함유되어 있지 않은 저합금철 분말이나 실질적으로 순수한 철 분말이다. 예를들면, Fe의 함량이 98.5% 이상인 환원철 분말 및 Fe의 함량이 99.0% 이상인 무화(atomized)철 분말은 실제적으로 순수한 철 분말로서 쉽게 이용할 수 있다. Sn을 제외한 합금원소에 있어서 실제적으로 순수한 각 원소의 분말을 사용하거나 필요한 원소의 적절한 합금 분말을 사용하는 것은 임의적이며, Sn을 용융할시 열처리하는 동안 필요한 합금원소를 유리시키며 열분해의 영향을 각각 받는 화합물들의 분말을 사용하는 것이 또한 가능하다. 합금원소의 종류에 따라 용융주석과의 습윤성 및 용융주석 존재하의 반응성을 고려하여 적절한 형태를 선택해야 한다. 탄소는 소결 합금강을 제조할 경우 꼭 필요한 원소이다. 이러한 원소를, 복합분말의 성분으로 사용할 경우는 흑연분말을 사용하는 것이 통례이다. 철 입자도 용융주석에 의해 쉽게 습윤되어 공유접촉역을 지닌 Fe-Sn 화합물을 힝성하려는 경향이 있는 반면 흑연입자도 용융주석에 의해 쉽게 습윤되기 때문에 접착매질인 Sn으로써 흡연입자를 철 입자에 결합시킬 수 있다. 또한 카바이드 분말도 C-함유분말로서 사용할 수 있다.

코발트는 Fe와 함께 고용체를 형성함으로써 철계 소결재료의 강도를 증가시키는데 기여할 뿐 아니라 철계 자성재료의 포화 자속밀도를 증가시키는데 영향을 미치기 때문에 기계적 부품과 자기부품에 모두 유용한 합금원소이다. 금속 코발트의 분말은 용융주석에 의해 쉽게 습윤되어 공유접촉역을 지닌 Co-Sn 화합물을 형성하려는 경향이 있다. 따라서 코발트 입자는 접착매질로 Sn를 사용하여 철 입자에 용이하게 결합시킬수 있다.

크롬은 철의 강도, 경도 및 내부식성을 개선시키는데에 유용한 합금원소이다. 복합분말에 크롬을 포함시킬 경우는 크롬철을 사용함이 바람직한데, 이는 크롬철의 용융주석에 용이하게 습윤되어 철의 입자에 견고히 결합될 수 있기 때문이다.

구리는 철계 재료의 강도와 경도를 개선시키는데 효과적인 원소이며, 분말야금 분야에 있어서 널리 사용되는 합금원소이다. 구리로서는 금속구리의 분말이나 산화구리의 분말을 사용함이 적합하다.

한편 Cu는 Sn과 반응성이 매우 높으며, Sn의 용융시 비교적 높은 온도로 열처리할시는 철 입자의 표면을 적시는 Cu-Sn 합금 용융체가 생성된다. 그러므로 Cu는 철 입자에 매우 강력하게 접착된다.

망간은 또한 철계 재료의 강도, 경도 및 소입성을 개선시키는데 효과적이다. 망간이 함유된 복합분말에 대해서는 망간철 분말을 사용함이 바람직하다. 그런데 망간철은 용융주석에 의해 쉽게 습윤되어 Mn-Sn화합물을 형성하려는 경향이 있기 때문에 철 입자와 Mn 간의 결합력을 강하게 할 수 있다.

몰리브덴은 철계 재료의 강도 및 경도를 높히는데 효과적이다. Mo-함유 복합분말에 대해서는 금속 몰리브덴 분말, 페로몰리브덴분말 또는 산화몰리브덴 분말을 사용할 수 있다. 모든 경우에 있어서 Mo-함유 분말은 접착매질인 Sn을 사용해 철의 입자에 견고히 결합시킬 수 있다.

니켈은 강도 및 경도 모두가 높은 철계 재료를 얻는데 중요한 원소이다. Ni-함유 복합분말에 있어서는 금속 니켈 분말 또는 산화니켈 분말을 사용할 수 있는데, 모든 경우에 있어서, Ni-함유 분말은 용융주석과의 반응성이 높기 때문에 Sn 용융시의 열처리를 통해 철 입자에 견고히 결합된다.

인은 철계 재료의 강도 및 경도뿐 아니라 자성특성을 개선시키는 효과를 지니고 있다.

P-함유 복합분말에 대해서는 적린분말, 인철 분말 또는 산화인 분말을 사용할 수 있다. 모든 경우에 있어서 P-함유 분말은 Sn과 반응할 수 있기 때문에 Sn의 존재하에서 철 입자에 용이하게 결합된다.

한편 실리콘은 철계 재료의 강도와 자기특성을 개선시키는데 효과적이다. Si-함유 분말에 대해서는 실리콘 원소의 분말이나 페로실리콘 분말을 사용할 수 있다. 어느 경우나 Si-함유분말은 용융주석에 의해 용이하게 습윤되기 때문에 철의 입자에 결합될 수 있다.

복합분말 내에 도입시킬 Sn 원으로서는 금속 주석의 분말을 사용함이 바람직하다. 그리고 또한 가열시킴으로써 Sn과 가스상 물질로 분해되는 주석화합물의 분말도 사용할 수 있는데, 이러한 주석 화합물로는 산화주석(SnO 또는 SnO₂), 수산화주석(Sn(OH)₂또는 SnO₂·nH₂O) 염화주석(SnCl₂또는 SnC1₄; 결정수를 지닐 수 있다), 황화주석(SnS 또는 SnS₂), 질산주석(Sn(NO₃)₂또는 Sn(NO₃)₄; 결정수를 지닐 수 있다)또는 황산주석(SnSO₄)이 있다.

금속 주석의 경우에 있어서는, 철 또는 저합금철의 분말과 균일하게 혼합하는데 적합한 미세분말을 통상적인 분쇄법을 이용하여 얻기가 언제나 항상 용이한 것은 아니다. 또한 금속 주석은 융점인 230℃ 보다 약간 높은 온도까지 가열할때 즉시 용융하는 것은 오히려 좋지 않은 형상인데, 이는 분말 혼합체의 열처리시 온도를 다소 높게 할 경우 철 입자내로 Sn의 확산이 일어나기 때문이다. 여기서 Sn이 확산되면 철의 입자가 경화되는 결과가 일어나며, 이에 따라 복합분말의 압축성이 감소하게 되는 결과가 일어난다. 이러한 이유로 인하여, 어떤 경우에는 주석 화합물의 분말을 사용함이 오히려 바람직할 수도 있다. 그러므로 여러종류의 다른 합금원소와 열처리 온도를 고려하여 Sn 원의 선택에 선중에 기해야 한다. 한편 필요한 경우는 주석 화합물의 분말을 금속 주석분말 및/또는 다른 종류의 주석 화합물 분말 최소한 한 종류와 함께 사용할수 있다. Sn 원으로 사용한 분말이나 다른 합금원소가 함유된 분말 모두는 철 또는 저합금철 보다도 입자크기가 작다는 점이 중요하다. 만약 그렇지 않다면, 합금원소가 함유된 분말은 Sn을 사용할지라도 철 또는 저합금철에 안전하게 결합될 수 없다.

선택된 Sn 원은 복합분말 내 Sn의 함량이 0.1 내지 20중량%의 범위에 들도록 사용하면 된다. 그런데 복합분말을 사용할 경우는 그의 양을 주석 화합물에 함유된 Sn을 기준으로 하여 조절해야 한다. 만약 복합분말내의 Sn 함량이 0.1중량% 이하일 경우는 결합 보조제 또한 접착 보조제로서의 Sn 효과를 그리 기대할수 없다. 반면에 Sn 함량이 20중량%를 초과하면 출발물질인 분말 혼합체의 열처리시 여분의 Sn이 국소적으로 엉겨붙기 때문에 복합분말의 형태가 균일하지 못하게 된다. Sn을 제외하고 복합분말내 각각의 합금원소 함량은 특별히 명시하지는 않지만, 출발물질인 분말 혼합체에 있어서 Sn을 제외한 합금원소가 함유된 분말의 전체 양은 분말 혼합체내에서 함유된 Sn의 중량에 대한 상기 전체 양의 총 중량비가 50 : 1 이하가 되도록 제한 한다. 이러한 요구조건이 만족스럽지 못한 경우, 결합 보조제로서의 Sn 함량이 만족스럽지 못하게 되어 다른 원소들이 함유된 분말은 철의 입자에 언제나 항상 견고히 결합되는 것만은 아니기 때문에, 복합분말의 소결단계에서 합금원소들의 분리가 일어날지도 모른다. 그러므로 Sn을 제외한 합금원소들이 함유된 분말의 전체양이 위와 같은 최대 한계치를 절대로 초과하지 않도록 하기 위해서는, Sn에 대한 선택합금원소의 중량비로서 50 : 1이 넘지 않도록 명시한다. Sn을 일시적으로 용융시켜서 입자들간에 목적하는바의 결합력이 형성되도록 하기 위해서는 출발물질인 분말 혼합체의 열처리를 비산화성 기체내에서 수행해야만 한다. 예를들면, 질소가스나 진공하에 열처리를 수행할 수 있다.

한편, Sn 원으로서의 산화주석 및 Cu 원으로서의 산화구리와 같은 어떤 성분들을 환원시킬 경우에는 수소가스와 같은 환원가스체를 사용한다.

열처리시의 가열온도는 250 내지 900℃의 범위내로 제한한다. 그런데, Sn의 융점이 230℃ 일지라도 이러한 융점 바로 위의 온도에서는 Sn이 공존하는 고체 입자들을 충분히 적시지 못하기 때문에 가열온도의 하한치를 250℃로 설정한다.

만약 이러한 원소들중의 어느 하나가 철 또는 저합금철의 개개 입자 내부로 깊게 확산한다면, 이때 형성된 복합분말은 철 입자를 경화시키기 때문에 압축성이 우수하지 못하게 된다. 한편 다른 합금원소가 존재하지 않을시 금속 주석을 사용할 경우에는, 가열온도가 약 450℃릍 초과할때 Sn이 철 입자 내부로 깊게 확산된다. 또한 산화주석을 사용할 경우, 가열온도가 약 700℃를 넘게 되면 위와 동일한 현상이 일어난다. 일반적으로 철의 내부로 다른 합금원소들이 확산되는 것은 보다 높은 온도에서 일어난다. 그런데 다른 합금원소들이 합유된 분말과 Sn이 공존할 경우는 Sn이 먼저 다른 합금원소들과 반응하기 때문에 현저히 높은 온도에서 철의 입자 내부로 Sn의 실질적인 확산이 일어나게 된다. 그렇지만, 이러한 경우에서도 가열온도가 900℃ 이상이 되면 철의 입자 내부로 Sn의 실질적인 확산이 일어나게 된다. 그러므로 가열온도 범위 허용치의 상한선은 이와 같은 사실 및 경항을 고려하여 설정한다. 열처리에 의해서 분말 혼합체 내에서 생성된 Sn 액상의 효과는 이미 앞에서 기술한 바와 같다.

다음에는 가열온도에 관한 몇가지 주석을 달기로 한다. Fe, Si 및 Sn, 또는 fe, Si, Si 및 P로서 주로 이루어져 있으며, 소결 자성재료의 원료 분말로서 유용한 복합분말을 제조하는데는, 소결재료의 자기특성을 개선시키기 위해서 철 입자 내부로 어느정도 Sn이 확산되는 것이 오히려 바람직하다. 그런데 이러한 경우, 비록 얻어진 복합분말이 다소 손상될지라도 출발 분말 혼합체의 열저리를 900℃ 이상의 온도에서 수행할 수있다.

수득한 복합분말 내에서 Sn이 실질적으로 접착매질의 역할을 하는지의 여부는 철 입자의 평단면에 관여된 원소들의 분포방식을 시험하여 판단할 수 있다. 철 입자의 표면과 선택된 합금원소가 함유된 바로 곁의 입자간에 Sn이 존재하면 단정적인 판단을 내릴 수 있다. 더우기 X 레이 마이크로분석기를 사용하여 철 입자의 표면에서 입자의 중심을 향해 선형분석을 함으로써 더욱 정확히 판단할 수 있다. Sn이 접착매질의 역할을 할때는 Sn의 농도 피이크가 분할된 철 입자에 상응하는 Fe의 농도 피이크와 최소한 얼마간의 칠 입자에 관해 C, Co, Cu 및/또는 Cr과 같이 선택된 합금원소의 또다른 농도 피이크 사이에 존재해야 한다. 그렇지만, Sn의 개입은 반드시 원소형태라야 하는것만은 아닌데, 이는 어떤 경우에 Sn이 C, Co, Cu 및/또는 Cr과 같은 선택된 합금원소 및/또는 Fe와 반응하기 때문이다. 다음에는 본 발명에 따른 Sn-함유 소결자성재료의 상세한 내용 및 자상재료 제조용 복합분말에 관해 상세히 설명하고자 한다. 새로운 소결 자성재료의 기본적인 성분은 Fe, Si 및 Sn이다.

Fe 원으로서는 특별히 순수한 철 분말을 사용하며 Si 원으로는 금속 실리콘 분말 또는 페로실리콘 분말을 사용한다.

Sn은 다음에 설명하는 바와같이 여러 형태로써 도입시킬 수 있다. 소결 자성재료 내의 Si 함량은 1 내지 12중량%의 범위 이내로 제한한다. Fe-Si2 원 합금에 있어서 Si의 함량과 전기저항과의 관계는 다음의 제1도에 나타나 있다. 철계 소결재료의 교류 자기특성을 개선시키기 위해서는 소결재료의 철 손실이 전기저항에 거의 반비례 하기 때문에 전기저항을 증가시킬 필요성이 뒤따른다. 제1도에 나타난 바와 같이 Si의 함량이 1%일 때 전기저항은 순수한 철의 전기저항과 같은 높은 약 2배이기 때문에 철의 손실이 약 50%까지 줄어든다.

일반적으로 최소한 이와같은 정도로 전기저항을 증가시키는 것이 필요하다. 또한 Si를 사용하지 않으면 철의 전기저항을 소결성에 관해 우수한 P을 가함으로써 약 2배 정도 높게 할 수 있다. 그러므로 Si를 1%이하 가하는 것은 별의미가 없다. Si를 가하면 제1도에 나타난 바와같이 전기저항이 감소하는 원인이 되기 때문이다. 소결 Fe-Si 베이스 자성재료의 소결밀도 및 자기특성에 미치는 Sn의 효과 및 이러한 효과의 원인은 다음에 기술하는 바와같다. 전기저항의 증가시 Sn은 Si처럼 효과적이지는 못하다.

따라서 본 발명에 따른 소결 자성재료에 있어서는 Sn 및 Si 모두를 사용한다. 소결 자성재료에 있어서 Sn의 함량은 0.1 내지 7중량%의 범위이내로 제한한다. 여기서 Sn의 함량이 7%를 넘을 경우 자기특성이 오히려 떨어지게 된다.

이와같은 이유는 상기와 같은 다량의 Sn이 소결시 분말 혼합체에 존재할 경우 형성된 Fe-Sn 화합물의 상에 의해 철의 입자내로 Si가 확산되는 것이 방해를 받으며, 또한 철 분말의 표면에서 여분의 Sn과 Fe의 반응에 의해 바라는 바의 α-Fe상이 방해를 받기 때문이다. Si- 및 Sn- 함유 소결 자성재료의 원료인 복합분말에 있어서는 개개의 철 입자의 표면상에서 Sn을 농축시킬 필요가 있다. 위에서 설명한 바와같이 이와같은 요구는 분말에 Si를 가하기 전에 철 분말을 Sn으로 도금시키거나 철 분말과 주석분말의 혼합체를 가열함으로써 가능해진다. 한편, 철 분말과 주석분말의 혼합체를 환원가스체내에서 가열시켜도 이와 동일한 결과를 얻을 수 있다. 철 입자의 표면에 Sn을 균일하게 농축시키기 위해서는 미세한 분말의 형태를 얻는데 산화물이 비교적 용이하므로 금속 주석분말에 대해 산화주석을 사용함이 바람직하다. 이때 산화주석 대신에 필요한 경우는 염화 주석, 수산화 주석 또는 옥살산 주석과 같이 가열에 의해 분해되어 Sn을 유리시키는 다른 종류의 주석 화합물을 사용할 수 있다. 필요한 양의 실리콘 분말 또는 페로실리콘 분말이 공존하는 동안에는 액상의 Sn을 철 분말과 접촉시킴이 바람직한데, 이는 철 입자의 표면을 피복할 시 Sn의 용융물이 실리콘 또는 페로실리콘 입자를 철입자에 결합시키는 역할을 하기 때문이다. 이는 위에서 설명한 바와같이 복합분말의 초기 소결단계에서 Si가 분리되는 것을 예방하는데 효과적이다.

철 분말과 Sn원 혼합체의 가열, 및 바람직하게는 실리콘 또는 페로실리콘 분말의 가열은 Sn의 융점보다 충분히 높은 온도에서 수행한다. 소결 자성재료의 원료인 복합분말의 제조시에는 Sn이 철 입자의 표면에서 얕게 확산하는 것이 바람직한데, 이는 확산된 Sn이 복합분말의 초기 소결단계에서 철 입자 표면이 α-Fe상으로 전환되는 것을 돕기 때문이다.

이러한 Sn의 확산을 현실화 하기 위해서는 가열온도를 900℃ 이상으로 함이 때로는 필요하게 되는데, 이는 본 발명에 따른 일반용 복합분말의 제조시 상한치에 해당된다. 즉, 본 발명에 따른 새로운 소결 자성재료용 원료 분말을 제조할 시는 Sn을 용융시키기 위해 출발물질인 분말 혼합체의 가열 온도를 약 1150℃까지 올릴 수 있다. 수득한 복합분말의 압축성은 가열온도 900℃이상으로 할때 다소 손상되는데, 이는 소결제품의 자기특성을 증가시키므로서 보상 할 수 있다. 가열온도가 현저히 높은 경우는 실리콘 또는 페로실리콘 입자의 일부와 철 입자들간의 사이에서 확산 결합이 일어나게 된다. 따라서, 접착 매질로서의 Sn역할을 기대할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 Fe-Si-Sn 복합분말의 소결성 및 소결재료의 자기 특성은 α-소결을 촉진시키는 원소로서 알려진 비교적 소량의 P을 첨가함으로써 더욱 증진시킬 수 있다.

복합분말중 P의 함량이 0.05중량% 이하일 경우는 기대할만한 효과를 얻을 수 없다. 그렇지만, 보다 많은양의 P이 존재하면 얼마간의 비자성 물질이 침전되어 자기특성이 떨어지는 결과가 되기 때문에 P의 함량을 최대 2중량%로 제한한다.

P이 함유된 복합분말을 제조할 때는 인철분말이나 적린분말을 사용하는 것이 적절하다. 한편, 철 분말, 실리콘 또는 페로실리콘 분말 및 인 또는 인철 분말의 혼합체를 가열하여 복합분말을 제조할 시는 복합분말의 초기 소결단계에서 발생하는 분리를 예방하는데 복합분말에 함유된 P가 또한 효과적인 역할을 한다. 실제에 있어서는 자성재료의 원료로서 사용하는 본 발명에 따른 복합분말 및 수득한 소결자성재료에는 소량의 불순물이 함유하게 된다. 그런데 소결재료의 자기특성을 우수히 하기 위해서는 이러한 불순물의 양을 가능한 한 최소로 줄이는 것이 바람직하다. 또한 공업적인 면을 고려해 보면 주요 불순물을 다음과 같이 제한함이 적절하다 : C 0.02% 이하, Mn 0.4% 이하, S 0.02% 이하, 0.3% 이하 및 N 0.01% 이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1-8

본 실시예 1-8을 통해서는 철의 재료로서 무화 순수 철 분말을 사용한다. 철 분말을 체질하여 100메쉬 내지 150메쉬 범위의 입자만을 사용한다. 실시예 1에서는 철 분말 79중량부, 주석분말(-250메쉬) 18중량부 및 혹연분말(-250메쉬) 3중량부를 혼합하여 분말 혼합체를 제조한다. 이때 본 분말 혼합체 내에 합유된 Sn에 대한 흑연분말의 중량비를 계산한 결과 0.17 : 1이었다.

다음에는 질소 가스체 내에서 분말 혼합체를 60분간 270℃로 가열한다. 실시예 2-8에 있어서는 Sn 재료의 종류 및/또는 양을 변화시키고 선택된 합금원소가 함유된 여러 종류의 분말(모두-250메쉬)을 선택적으로 사용하고 그리고 출발 분말 혼합체의 열처리 조건을 변화시켜서 조성이 다른 복합분말을 제조할 수 있다. 이에 따른 상세한 내용은 다음의 표 1에 나타나 있다.

참조예 1-5

본 발명에 따르지 않은 변형된 방법으로써 비교용으로 4종류의 Sn-함유 복합분말 및 Sn이 함유되지 않은 다른 복합분말을 제조한다. 본 실험에 있어서는 실시예 1에서 언급한 무화 철 분말 및 위의 실시예에서 사용한 최소한 한 종류의 합금원소원 분말을 사용한다. 이에 따른 내용은 다음의 표 1과 같다.

[표1]

각 실시예 1-8 및 참조에 1-5에서 얻은 복합분말은 어느정도 소결된 케이크의 형태인데, 이를 몰타르내에서 분쇄한 다음 각 복합분말을 다음의 3 테스트에 따라 실현한다. 이의 결과는 다음의 표 2에 나타나 있다.

데스트(1)

복합분말의 샘플을 합성수지 속에 넣은 다음 경화된 수지체를 갈아서 표면을 광택 낸다. 광택이 나는 표면에서 노출되거나 철제된 철 입자에 있어서 X-레이마이크로 분석기(EPMA)를 사용해 Sn 및 다른 합금원소의 분포도를 측정한다. 이때 각 합금원소 분말이 철 입자의 표면에 농축되어 결합하고 있을때는 분포도가 우수한 것으로 판정하며, 어떤 합금원소가 철 입자내부로 확산되었거나 모든 합금원소가 철 입자에 결합되지 않았을 때는 우수하지 못한 것으로 판정한다.

테스트(2)

본 테스트는 Sn을 제외한 다른 합금원소들이 함유된 분말이 철의 입자에 결합되는 정도를 수자로 표시하기 위한 실험이다. 열처리하여 제조한 각 복합분말에 있어서는 입자크기의 분포도를 측정하여 250메쉬의 체를 통과하는 입자들의 양을 결정한다. 이러한 입자들의 양이 X중량%일 경우 초기 분말 혼합체내의 합금원소 원 분말(주석분말 또는 주석 화합물 분말은 제외)의 전체량은 Y중량%이라면 이때의 결합도는 (1-X/Y)×100(%)로 주어진다. 이러한 계산의 결과가 80% 이하일때 샘풀은 우수한 것으로 판정한다.

테스트(3)

본 테스트는 샘플분말의 압축성을 시험하기 위한 것이다. 1중량%의 아연 스테아레이트를 첨가하여 5000kg/cm²의 압력하에 금속다이를 사용하여 각 복합분말을 성형한 다음, 성형된 재료의 압분밀도를 측정한다. 이때 압분밀도가 6.60g/cm²이하일때 샘플분말의 압축성은 우수한 것으로 판정한다.

다음의 표 2에 나타나 있는 바와같이 본 발명에 따른 실시예 1-8의 복합분말은 합금원소의 본포도, 합금원소원 분말의 철 입자에 대한 결합도 및 압축도가 모두 탁월 하였다.

[표2]

본 명세서에 첨부된 제2도는 실시예 1의 복합분말의 철 입자 평단면에서 입자의 표면으로 부터 입자의 중심부를 향해 X-선 마이크로분석기를 사용해 측청한 C, Sn 및 Fe의 선형분석 결과이다. 제2도에 있어서, Sn의 피이크는 피이크 C와 피이크 Fe의 사이에 나타나 있는데, 이 경우 C와 Sn간의 화학반응은 거의 일어나지 않는다.

그렇지만, Sn은 Fe와 어느정도 반응하여 철 입자의 표면상에 Fe-Sn 합금 또는 화합물이 존재하게 되는 원인이 됨으로 철의 입자를 향해 Sn이 어느정도 확산하게 된다. 그러나 이때의 확산은 철 입자의 표면에서만 제한된다.

제3도는 실시예 4 복합분말의 동일한 분석결과를 나타낸다. 여기서 Cu 분말은 철 입자에 접착매질인 Sn을 통해 결합되어 있는데, 이 경우 Cu는 Sn과 반응하여 Cu-Sn 합금 또는 화합물을 형성한다.

그렇지만, Sn의 피이크가 Cu 피이크와 Fe피이크의 사이에 위치하고 있기 때문에 Sn은 여전히 접착매질의 역할을 함이 분명하다.

제4도는 실시예 8 복합분말의 동일한 분석결과를 나타내는데 여기서 페로실리콘 분말과 철 분말의 모두는 Sn에 의해 적시기 때문에 그 결과 강한 결합이 형성된다. 또한 이 경우 Sn의 피이크는 Si 피이크와 Fe 피이크의 사이에 나타난다.

위의 표 2에 있어서는, 참조예 1의 복합분말은 합금원소의 분포방식 및 철 입자에 대한 코발트 분말의 결합도가 불만족스러움을 알 수 있다. 이는 Sn의 양이 0.1 중량% 이하이기 때문에, 그의 양이 너무 적어 접착매질 또는 결합 보조제의 역할을 할 수 없기 때문이다. 한편 참조예 2의 복합분말도 이와 유사한 단점을 지니고 있다. 이 경우는 선택된 3종류 합금원소 분말의 전체량이 Sn의 함량에 비해 너무 많기 때문이다. 가열온도가 너무나 낮은 참조예 3의 경우에서는 복합분말내의 Sn이 엉기기 때문에 결합 보조제로서의 역할을 할 수 없다.

한편 가열온도가 너무가 높은 참조예 4의 경우에 있어서는 철 입자내로 Sn이 확산하기 때문에 복합분말의 압축성이 만족스럽지 못하다.

참조예 4의 복합분말에 관해 제5도는 철 입자의 평단면에 있어서 X선 마이크로분석기로 분석한 Cu, Sn및 Fe의 선형분석 결과를 나타낸다. 여기서 Cu 및 Sn 모두는 서로 거의 균일하게 혼합되는 반면에 이들모두는 용융상태로써 철의 입자내로 깊제(약 30μm 이상) 확산됨은 물론이다. 또한 복합분말의 압축성을 낮추는 주된 원인은 Sn과 Cu가 철의 입자 내부로 깊게 확산하는 결과로써 철 입자가 경화하기 때문이다.

참조예 5의 복합분말은 Sn을 사용하지 않고 제조하였다. 실시예 4와 참조예 5의 비교에 있어서는 적당량의 Sn의 첨가가 합금원소의 분포방식 그리고 선택된 합금원소(Cu) 분말의 철 입자에 대한 결합도 개선에 현저한 효과를 나타냄이 확실하다.

실시예 9(비교예) -12

실시예 9(비교예)에 있어서는 무화 철 분말(-80메쉬) 93.4 중량부 금속 실리콘분말(-250메쉬) 6.5 중량부 및 금속 주석분말 0.1중량부의 혼합물을 수소가스내에서 1시간 동안 1000℃로 가열한다. 다음에는 형성된 케이크의 혼합믈을 80메쉬의 체를 통과할 수 있는 입자로 분쇄한다.

실시예 10, 11 및 12에 있어서는 분말 혼합체 내의 주석분말의 양을 각각 0.3중량%, 1중량% 및 3중량%까지 증가시키는 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법을 반복한다.

비교할 목적으로 1회에 주석분말의 양을 0.03중량%까지 줄이고 다음 회에는 0%로 하며, 마지막 회에는 10중량%까지 증가시킨다. 실시예 9(비교예)-l2에서 얻은 복합분말 및 비교용으로서 추가로 제조한 것을 위의 톄스트(1)에 따라 실험하여 각 샘플 분말에 있어 Si 및 Sn의 분포방식을 결정한다.

X-선 마이크로분석기로 측정한 결과 실시예 9(비교예)-12의 각 복합분말은 철 입자의 표면에 Sn이 농축된 철 입자 및 실리콘 입자로 구성되어 있으며, 실리콘 입자의 상당부분이 철의 입자에 접착되어 있거나 야금학적으로 결합되어 있음을 알았다.

다음에는 1중량%의 아연 스테아레이트를 가한후, 실시예 9(비교예)-12 및 비교용으로서 추가로 제조한 각 복합분말을 7000kg/cm²의 압력하에서 금속 다이 내에서 외경 39mm, 내경 25mm 및 높이 6.5mm인링-형성체로 성형시킨다. 그리고는 성형된 재료를 수소가스내에서 2시간 동안 1.260℃로 소결시켜 소결된 자성재료의 샘플을 얻는다.

다음에는 소결된 샘플을 그의 밀도 및 자기특성에 관해 측정한다. 이때, 자기특성에 있어서는 25 Oe(B₂₅)의 자계에서의 자속밀도, 항자력(H₀), 최대 투과도(μmax) 및 10kg의 자속밀도, 그리고 50HZ(W_10/50)의 주파수에서의 철의 손실을 측청한다. 결과는 제 6도에 나타나 있다. 제 6도에 있어서는, 금속 실리콘 분말 6.5중량%, P 1중량%(P 17.5중량%가 함유된 인철의-250메쉬 분말의 형태) 및 나머지는 Fe로 이루어진 분말 혼합체를 동일한 성형 및 소결 조건하에서 성형 및 소결시켜 제조한 참조용 샘플에서 측청한 측정치가 나타나 있다.

제6도에 있어서는, 실시예 9(비교예)-12의 Fe-Si-Sn 소결체에 있어 Fe-Si 소결체보다 그리고 대조용으로 제조한 Fe-Si-P 소결체보다 소결밀도, 자속밀도 및 투자력이 높고 철의 손실이 작기 때문에 자기특성이 매우 우수함을 알 수 있다.

또한 제6도에서는 Sn 사용의 효과가 Sn의 양이 0.05 중량%이하일 경우 작음을 알 수 있다. 이는 초기의 소결단계에서 철 입자 표면상에 α-Fe상이 불충분하기 때문이다.

그리고 또한 제6도는 Sn의 함량이 7%를 초과할 경우 소결된 재료의 자기특성이 현저히 감소됨을 보여준다. 이는 초기의 소결단계에서 Sn이 Fe와 반응하여 철의 입자 내부로 Si가 확산되는 것을 방해하는 어떤 Fe-Sn 화합물을 형성하기 때문이다.

실시예 13-17

실시예 13에 있어서는 무화 순수 철 분말(-80메쉬), 페로실리콘(Si 77중량%) 분말(-250메쉬), 금속주석분말(-250메쉬) 및 인철(P 17.5중량%) 분말(-250메쉬)을 서로 혼합시켜 Si 6.5중량%, Sn 1중량% 및 P 1중량%가 함유된 분말 혼합체를 제조한다. 그리고는 이러한 분말 혼합체를 수소가스 내에서 1시간동안 1,000℃로 가열한 다음, 형성된 케이크를 80메쉬의 체를 통할 수 있는 입자로 분쇄한다.

실시예 l4, 15, 16 및 17에서는 분말 혼합체 내의 P의 함량이 실시예 14에서는 0.3중량%, 15에서는 0.1중량%, 16에서는 0.03중량% 및 l7에서는 0%가 되도록 인철 분말의 양을 감소시키는 것을 제외하고는 실시예 13의 절차를 반복한다. 그리고 대조용으로서 분말 혼합체내의 P의 함량을 추가로 3중량%까지 증가시킨다.

다음에는 본 실시예의 복합분말의 위의 테스트(1)에 따라 실험한다. X-선 마이크로 분석기에 의한 실험결과 실시예 13-17의 복합분말은 페로실리콘 입자, 인철 입자(실시예 17은 제외) 및 표면에 Sn이 농축된 철 입자로 이루어져 있으며, 페로실리콘 입자와 인철 입자의 상당부분이 철 입자에 접착되었거나 야금학적으로 결합되어 있음을 알았다.

그리고 다음에는 1중량%의 아연 스테아레이트를 가한 후, 실시예 13-17 및 대조용으로서 추가로 제조한 각 복합분말을 실시예 9와 동일한 방법 및 조건하에 성형 및 소결시킨다. 다음에는 소결된 샘플을 실시예 9-12에 기술된 바와같이 소결체의 밀도 및 자기특성에 관해 측정한다. 이의 결과는 제7도에 나타나 있다.

제7도 및 이와 상응하는 제6도의 자료를 비교해 보면, 본 발명에 따른 Fe-Si-Sn 소결재료에 0.05 내지 2중량%의 P를 첨가할 때 소결재료의 자기특성이 현저히 증가됨을 알 수 있다.

Claims (11)

1. 철 또는 저합금강의 제1분말 : C, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, P 및 Si로이루어진 그룹에서 선택된 최소한 한 종류의 합금원소로 이루어진 제2분말 ; 및 제2분말의 입자가 Sn을 통해 제1분말의 개개 입자에 결합될 수 있도록 제1분말의 개개의 입자와 제2분말 입자의 전체 또는 일부를 피복하고 있는 형태의 주석으로 이루어져 있으며, 복합분말중 Sn의 함량이 0.l-20 무게%의 범위이고 또한 Sn의 중량에 대한 최소한한 종류의 상기 합금원소의 전체 중량비가 50 : 1 이하임을 특징으로 하는, 원소의 분리가 일어남이 없고 압축성이 탁월한 철계 소결합금 원료용 주석-함유 철계 복합분말.
2. 제1항에 있어서, 제2분말 입자의 크기가 제1분말 입자의 크기보다 작은 복합분말.
3. 철 또는 저합금강의 제1분말, C, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, P 및 Si로 이루어진 그룹에서 선택된 최소한 한 종류의 합금원소로 이루어진 제2분말, 그리고 형성될 분말 혼합체 내에서 Sn 함량이 0.1 내지 20무게%의 범위이며, 혼합체 내의 Sn의 중량에 대한 상기 제2분말의 전체 중량비가 50 : 1의 이하가 되는 비율로 유리될 수 있도록 열분해의 영향을 받으며, 주석분말과 구석 화합물의 분말로 이루어진 그릅에서 선택된 Sn원 분말을 혼합시킨 다음; 이때 형성된 분말 혼합체를 250 내지 900℃ 범위와 온도로 비산화성 기체내에서 가열 시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 원소의 분리가 일어남이 없고 압축성이 탁월한 1항에 따른 철계소결합금 원료용 주석-함유 철계 복합분말의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 제2분말 입자의 크기가 제1분말 입자의 크기보다 작은 방법.
5. 제2항에 있어서, 주석 화합물이 산화주석, 수산화주석, 염화주석, 황산주석, 질산주석, 또는 황화주석인 방법.
6. 제5항에 있어서, 비산화성 가스가 H₂또는 N₂의 혼합기체인 방법.
7. 제 2 항에 있어서, 감압하에서 분말 혼합체의 가열을 수행하는 방법.
8. 철 또는 저합금강의 제1분말 ; 실리콘 분말과 페로실리콘분말로 이루어진 그룹에서 선택된 Si-함유분말로 이루어진 제2분말 ; 및 제2분말의 입자가 Sn을 통해 제1분말의 개개의 입자에 결합될 수 있도록 제1분말의 개개의 입자와 제2분말 개개 입자의 전체 또는 일부를 피복하고 있는 형태의 주석으로 이루어져 있으며, 복합분말중 Si의 함량이 1-20 무게%의 범위이고, 또한 복합분말중 Sn 함량이 0.1-7무게%이며 복합분말중 Si/Sn 중량비가 50 : 1 이하임을 특징으로 하는, 원소의 분리가 일어남이 없고 압축성이 탁월한 소결 연자성 재료 원료용 주석-함유 철계 복합분말.
9. 철 또는 저합금강의 제1분말 ; 실리콘 분말과 페로실리콘 분말로 이뤄진 무리에서 선택된 Si- 함유분말 그리고 적린분말과 인철분말로 이뤄진 무리에서 선택된 P-함유분말로 이뤄진 제2분말 ; 및 제2분말의 입자가 Sn을 통하여 제1분말의 개개의 입자에 결합될 수 있도록 제1분말의 개개의 입자와 제2분말의 개개 입자의 전체 또는 일부를 피복하고 있는 형태의 주석으로 이루어져 있으며, 복합분말중 Si 함량이 1-12중량%, 복합분말중 Sn 함량이 0.1-7중량%, 복합분말중 P 함량이 0.05-2중량%, 또한 복합분말중 P/Sn 중량비가 50 : 1 이하임을 특징으로 하는 원소의 분리가 일어남이 없고 압축성이 탁월한 소결 연자성재료 원료용 주석-함유 철계 복합분말.
10. Si 1 내지 12중량%, Sn 0.05 내지 7중량% 및 그의 나머지는 Fe로 주로 이루어진 철계 소결 자성재료.
11. Si 1 내지 12중량%, Sn 0.05 내지 7중량%, P 0.05 내지 2중량% 및 그외 나머지는 Fe로 주로 이루어진 철계 소결 자성재료.

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