KR910002951B1 - 비정질합금의 자장중 열처리방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비정질합금의 자장중 열처리방법

본 발명은 전력용 변압기 철심용으로 비정질 합금을 사용키 위하여 급냉 비정질합금의 자기적 특성개선을 위한 자장중 열처리법에 관한 것이다.

비정질합금은 제조될때 용량이 급회전하는 냉각휠(Wheel)의 표면상에 충돌되어 응괴되므로 이 과정에서 비정질합금 스트립내부에 기계적인 응력이 도입되고 또 매우 높은 냉각속도(약 10⁶℃/sec)로 말이암아 열역학적으로 조작이 불안정하며 자구의 배열도 무질서하게 혼란되어 자기적 특성이 낮아 공업적으로 이용곤란하다. 따라서 Fe_aB_bSi_c(여기서, a, b, c : 각 원소의 at%를 나타냄) 비정질합금을 변압기 철심용 재료로 사용키 위해서는 자장중에서 비정질합금을 열처리함으로써 기계적인 내부응력을 제거하고 자구를 안정화시켜 비정질 특유의 저철손, 고자속밀도의 우수한 자기적 특성이 발휘될수 있도륵 자기적 특성을 개선할 필요가 있다. 급냉비정질합금에 대한 자장중 열처리방법으로서, 일본특허공개(소) 57-116750호가 알려져 있는데, 이는 Fe₇₈B₁₃Si₉의 조성을 갖는 비정질 합금을 340℃-440℃의 온도, 796A/m의 자장의 세기, 및 0.5℃/min-75℃/min의 냉각속도로 열처리하는 방법이다.

그러나, 이 열처리법은 온도범위가 좁고 또 열처리온도가 높아 열처리도중 비정질합금이 결정화될 우려가 있을 뿐만 아니라 열처리 후에도 취화될 가능성이 더 커진다.

그리고, 냉각속도가 너무 높아 실제로 공업화하는데 어려움이 있으며 무엇보다도 자장중 열처리의 최종목적이라 할 수 있는 급냉비정질 합금의 저철손화 및 고자속밀도화에 있어서 비효율적이라는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 전력용 변압기 재료로써 급냉비정질합금을 사용키위해 열처리온도범위를 낮추고 가열시 간을 줄여 열처리도중 비정질 합금의 결정화 우려를 없애고 열처리후의 발생하는 취화가능성을 줄일뿐만 아니라 냉각속도를 낮춰 공업적으로 적용이 용이하게 하였으며 열처리중 외부에서 가해주는 직류자장의 세기를 높여 자장중 열처리 효율을 높임으로써 급냉비정질합금의 철손을 최소로 낮추고 자속밀도를 최대로 향상시키고자하는 것이다.

본 발명은 Fe_75-80B_5-15Si₁₅이하의 비정질합금(각 원소아래에 표시된 숫자는 각 원소의 at%를 의미함)을 자장중에서 열처리하는 방법에 있어서, 280℃-410℃의 온도에서 1592A/m-7960A/m의 직류자장을 가하면서 15-60분 동안 유지한 다음 5-20℃/min의 냉각속도로 소둔시킴으로써 자기적 성질이 우수한 비정질 합금을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서의 비정질합금의 조성을 선택하는데 있어서 고려해야할 중요사항은, 첫째로, 비정질형성능을 높여야 한다는 점, 둘째로, 자속밀도값을 높여야 한다는 점, 셋째로, 열적 안정성을 높여야 한다는 점등을 들 수 있는데, 이를 근거로 한 본 발명의 합금조성의 범위를 한정한 이유에 대하여 설명하면, 상기 Fe를 첨가하는데 있어서 조성범위를 75＜Fe＜80로 정한 이유는 Fe는 강자성체로서 자속밀도치를 높이는데 기여하므로 Fe를 75at%(이하, %라칭함) 미만 첨가시에는 비정질합금이 강자성체가 되기 어렵고 또 80% 이상 첨가시에는 자속밀도는 증가하나 비정질형성능이 저하되기 때문이다.

또한, 상기 B을 첨가하는데 있어서 조성범위를 5＜B＜15로 선택한 이유는 B은 비정질형성능을 높이는데 기여하므로 B을 5%미만 첨가시에는 비정질합금을 제조하기가 어렵고 그렇다고 15% 이상 첨가하면 역시 비정질형성이 곤란한데 그 이유는 일반적으로 Fe-B계 평형 상태도에서 비정질형성가능조성범위로 알려져 있는 공정조성범위를 넘고 있기 때문이다.

또한, 상기 Si을 첨가하는데 있어서 조성범위를 Si＜15로 선택한 이유는 Si은 비정질합금의 열적 안정성을 높이는데 기여하므로 15%까지 첨가하면 그 효과가 나타나나, 반면에, Si은 자속밀도를 저하시키는 부작용이 있으므로 15%이상 첨가하면 비정질합금이 강자성체가 되기 어렵기 때문이다. 이와같이 Fe, B, Si 각각의 역할을 고려하여 우수한 자기적 성질을 요구하는 변압기 철심등과 같은 용도에 적합한 Fe-B-Si계 비정질합금 강자성체를 제조하기에 적합하도록 각 합금성분의 특성 및 상호보완성을 최대활용하면서 비정질합금의 조성범위를 선택하게된 것이다.

상기 온도, 자장의 세기 및 유지시간의 한정이유에 대하여 설명하면 다음과 같다. 상기 열처리온도를 280℃-410℃로 한정한 이유는 이 온도범위에서 열확산 작용에 의한 기계적 내부응력의 제거가 가장 효과적으로 일어나기 때문이다. 즉, 열처리 상한온도인 410℃는 비정질 합금이 결정화를 일으키지 않으면서 응력의 제거가 가능한 최고온도이며 하한온도인 280℃는 효과적인 응력의 제거에 필요한 열적확산이 일어날 수 있는 최저온도이다.

열확산 작용에 필요한 활성화에너지는 가열온도가 일정할때 가열시간에 일반적으로 비례한다고 볼 수 있으므로, 여기서 가열시간이 15분인 경우, 열처리 상한온도는 410℃이나 가열시간이 60분인 경우에는 열처리 하한온도는 280℃로 내려감으로써 가열시간이 길면, 즉, 외부에서 공급해주는 에너지가 많아지면 결정화온도가 낮아짐을 알 수 있다. 그러나, 가열유지시간이 효과적인 응력제거의 하한온도에 미치는 영향은 나타나지 않음으로써 열처리온도가 낮을 경우에는 가열유지시간을 상당히 길게해야만 결정화가 일어남을 예측할수 있다.

또한, 비정질 합금은 결정질과는 달리 결정성이나 결정성 자기이방성이 없으므로 변압기 철심재료로 사용될때 비정질 합금철심에 투과되는 자력선의 방향과 동일한 방향으로 직류자장을 가해주면 가해준 직류자장의 방향을 따라 비정질합금내부에 일측 자기이방성이 강하게 유도된다.

이로인하여 비정질합금 내부의 자구는 무질서한 90℃ pattern에서 질서있는 180°pattem으로 질서정연하게 안정한 배열의 자구를 이룸으로써 철손이 감소되고 자속밀도가 증가되는등 자기적 특성이 향상된다. 본 발명에서의 자장중 열처리시 외부에서 가해주는 직류자장의 세기가 1592 A/m-7960 A/m인 이유는 이 범위의 자장의 세기를 가해줄때 비정질 합금내부에 일측 자기이방성이 가장 효과적으로 유도되기 때문이다.

즉, 외부에서 가해주는 직류자장의 세기의 하한치에 해당하는 1592 A/m 이하에서는 뚜렷한 철손의 감소나 자속밀도의 향상이 나타나지 않았다. 또한 일반적으로 일측자기이방성은 외부에서 가해주는 직류자장의 세기에 비례하여 증가한다고 볼수 있다. 그러나, 어느 한도를 넘게되면 그 이상 직류자장의 세기를 증가시켜도 현저한 자기적 특성의 향상이 나타날만큼 일측 자기 이방성이 유도되는 효과는 없어지게 된다.

본 발명에서의 직류자장의 세기 7960A/m는 상기와 같은 효과를 나타내는 직류자장의 세기의 상한치에 해당한다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

35m/sec의 선속도로 회전하는 Single Wheel Quenching Machine을 이용하여 하기 표 1의 조성을 갖는 용량을 Single Wheel 표면상에 급속응고(10⁶℃/sec)시켜 폭 : 10㎜, 두께 : 0.027㎜, 및 길이 : 10m의 스트립형태로 제조하였으며, 이 스트립을 하기 표의 조건으로 자장중에서 열처리한 다음, 교류 : 50Hz, 자속밀도 : 1.3Tesla 조건에서의 철손(W 1.3/50) 및 교류 : 50Hz, 자장의 세기 : 2000A/m 조건에서의 자속밀도(B₂₀)를 측정하여 이들 결과치를 종래예 및 비교예의 자기적 성질과 함께 다시 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와같이, 본 발명재는 종래재 및 비교재에 비하여 자기적 성질(철손 및 자속밀도)이 우수함을 알 수 있다.

[실시예 2]

하기 표 2와같은 조성의 용탕을 상기 실시예 1과같은 방법으로 스트립을 제조한 다음, 하기 표 2와같은 조건으로 열처리한 후 , 실시예 1과같은 방법으로 자기적 성질을 측정하여 이들 결과치를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에 나타난 바와같이, 본 발명재가 종래재 및 비교재에 비하여 자기적성질(철손 및 자속밀도)이 우수함을 알 수 있다.

[실시예 3]

하기표 3과 같은 조성의 용량을 상기 실시예 1과같은 방법으로 스트립을 제조한다음, 하기표 3과같은 조건으로 열처리한후, 실시예 1과같은 방법으로 자기적성질을 측정하여 이를 결과치를 하기표 3에 나타내었다.

[표 3]

상기 표 3에 나타난 바와같이, 본 발명재가 종래재 및 비교재에 비하여 자기적 성질(결손 및 자속밀도)이 우수함을 알 수 있다.

[실시예 4]

하기 표 4와 같은 조성의 용량을 상기 실시예 1와같은 방법으로 스트립을 제조한 다음, 하기표 4와같은 조건으로 열처리한 후, 실시예 1과같은 방법으로 자기적 성질을 측정하여 이들 결과치를 하기 표 4에 나타내었다.

[표 4]

상기 표 4에 나타난 바와같이, 본 발명재가 종래재 및 비교재에 비하여 자기적성질(철손 및 자속밀도)이 우수함을 알 수 있다. 상기한 바와같이, 본 발명은 유지온도 및 유지시간과 자장의 세기를 적절하게 선정하여 열처리함으로서 자기적성질이 우수한 비정질합금을 제조할 수 있는 현저한 효과가 있는것이다.

Claims (1)

1. Fe_aB_bSi_c의 비정질합금(여기서, a, b, c는 각 원소의 at%를 의미함)을 자장중에서 열처리하는 방법에있어서, 상기 a=75-80, b=5-15 및 c=15 이하의 비정질합금을 280-410℃의 온도에서 1592-7960A/m의 직류자장을 가하면서 15-60분동안 유지한 다음 5-20℃/min의 냉각속도로 소둔시킴을 특징으로 하는 비정질합금의 자장중 열처리방법.