KR920001938B1 - 희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금 - Google Patents

희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금
제1도는 15at%(이하 ＂at%＂는 단순히 ＂%＂로 나타낸다)의 Nd, 77%의 천이금속, 8%의 B로 구성된 조성물을 가진 소결체 자석에서 Fe, Co 및 Ni의 천이금속의 비와 자석의 포호자기화 4πMs 사이의 관계를 나타내는 삼중 다이어그램이다.
제2도는 15%의 Nd, 77%의 천이금속, 8%의 B로 구성된 조성물을 가진 소결체 자석에서 Fe, Co 및 Ni의 천이금속의 비와 자석의 항자력(iHc) 사이의 관계를 나타내는 삼중 다이어그램이다.
제3도는 15%의 Nd, 77%의 천이금속, 8%의 B로 구성된 조성물을 가진 소결체 자석에서 Fe, Co 및 Ni의 천이금속의 비와 부식성 환경(공기온도 : 70℃, 습도 95%)하에 자석이 48시간동안 방치시킨후 자석의 녹이 생긴 표면적 부분과의 관계를 나타낸 삼중 다이어그램이다.
제4도는 Nd-Fe-B 형태의 합금의 주된 상인 Nd2Fe14B의 결정구조에서 원자배열을 나타내는 모델의 도면이다.
제5도는 실시예 1의 처리의 열 패턴을 나타내는 다이어그램이다.
제6도는 실시예 1의 자석의 구형비(Squareness ratio : SR)의 계산에 사용되는, 자기이력(hysteresis)의 둘째 사분원에서의 자화커브를 나타낸 도면이다.
본 발명은 내식성 희토류 금속자석 특히, 우수한 항자력(coercive force) 및 구형성(squareness)을 가지며 우수한 내식성 및 온도 특성을 가진 희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용된 ＂희토류 금속＂은 란탄노이드(lathnoid)를 의미한다.
현재 제조되는 영구자석은 알니코 자석, 페라이트 자석, 희토류 금속 자석등이 있는데 알니코 자석은 자석 개질 분야에서 오랫동안 주로 사용되어왔다.
그러나 알니코 자석의 수요는 알니코 자석에서 한 성분으로 포함된 코발트의 가격이 공급부족으로 과거에 잠정적으로 상승되고 알니코 자석보다 우수한 자기특성을 가진 값산 페라이트 자석 및 희토류 금속의 발달 때문에 최근에 감소되고 있다.
페라이트 자석은 주로 산화철로 구성되어 있어서 값이 싸고 화학적으로 안정하기 때문에 현재는 가장 많이 사용되고 있으나 최대 에너지 적이 작다는 단점이 있다.
그래서 희토류 금속 이온의 속성인 자기 이방성(magnetic anisotropy) 및 천이금속의 속성인 자기모멘트로 특징지워지고 종래의 자석보다 현저하게 큰 최대 에너지 적을 가지는 Sm-Co 형태의 자석이 제안되었다.
그러나 상기 Sm-Co 형태의 자석은 주로 천연자원의 양에서 부족한 Sm 및 Co로 구성되어있기 때문에 값이 비싸다.
Sm-Co 형태의 자석의 결점을 없애기 위하여 값비싼 Sm 및 Co 성분을 포함하지 않으면서도 우수한 자기 특성을 가진 값싼 자석용 합금의 개발이 시도되어왔다.
사가와의 다수는 일본특허출원공고 제61-34,242호 및 일본특허출원공개 제59-132,104호에서 분말 소결법으로 제조된 세개의 안정한 자석용 삼중 합금에 대해 기술하였고, 제이.제이.크로우트의 다수는 일본특허출원공개 제59-64,739호에서 용융 스피닝법을 통하여 높은 항자력을 가진 자석용 합금에 대하여 기술하였는데 이 자석용 합금은 Nd-Fe-B의 삼중 합금이며 이중 분말 소결법을 통하여 제조된 Nd-Fe-B 자석용 합금이 Sm-Co 형태의 자석보다 더 높은 최대 에너지 적을 가진다.
그러나 Nd-Fe-B 형태의 자석은 많은 양의 Nd 등과 같은 반응성의 가벼운 희토류 금속 및 쉽게 부식되는 Fe를 성분으로 포함하고 있다.
따라서 Nd-Fe-B 형태의 자석은 내식성이 부족하여 시간이 경과할수록 자기특성이 저하되며 산업용 재질로는 신뢰성이 떨어진다.
일반적으로 Nd-Fe-B 형태의 자석의 내식성을 향상시키기 위하여 소결된 형태의 자석은 도금, 코팅등과 같은 표면처리를 하는 반면 수지로 접합된 형태의 자석은 수지 분말과 같인 반죽되기전에 표면 처리된 자석분말로 만들어진다.
그러나 상기와 같은 녹방지 처리는 자석에 장기간에 걸친 녹 방지효과를 주지 못하며 생성된 자석이 녹방지 처리로 인해 값이 비싸며 또한 두꺼운 보호막으로 인해 자석의 자속(magnetic flux)의 손실이 생긴다.
따라서 지금까지는 종래의 Nd-Fe-B 형태의 자석은 상기 결점으로 인해 널리 사용되지 못했다.
상기 결점외에 Nd-Fe-B 형태의 자석은 300℃ 정도의 낮은 큐리온도 때문에 온도 특성이 나쁘다.
예를들면 Nd-Fe-B 형태의 자석은 -0.12~0.19(%/℃)의잔류 자속밀도의 가역온도 계수를 가지고 있으며 700℃ 이상의 큐리온도와 -0.03~-0.04(%/℃)의 잔류 자속밀도의 가역온도계수를 가진 Sm-Co 형태의 자석보다 현저하게 열등하다.
따라서 Nd-Fe-B 형태의 자석은 우수한 자기특성을 충분히 이용하기 위하여 Sm-Co 형태의 자석과 비교하여 더 낮은 온도와 자석을 산화 및 부식시키지 않은 환경하에서 사용되어야 한다.
즉, 지금까지는 Nd-Fe-B 형태의 자석의 사용 분야는 좁은 범위로 제한되어 왔었다.
본 발명은 상기 언급된 문제점을 해결하며 우수한 자기특성 뿐만 아니라 우수한 온도특성 및 내식성을 가진 희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금을 제공하며 또한 발명은 다음 연구의 결과를 기초로 하고 있다.
합금의 내식성을 개선시키기 위한 방법은 두가지가 있는데 그중 한 방법은 합금의 성형체를 부식성 및 산화성 분위기로 성형체를 노출시키지 않기 위하여 도금, 코팅등과 같은 표면처리를 시키는 것이며 다른 하나는 생성되는 합금의 내식성을 향상시키는 작용을 하는 금속원소가 사용되는 것이다.
전자의 방법에서는 표면 처리를 위한 추가의 처리단계가 제조공정에서 수행되어야 하므로 생성되는 합금의 값이 비싸며 또한 합금 표면이 부서질때 합금이 부서진 부분으로부터 부식되며 현재 부식의 퍼짐에 대한 대책이 없기 때문에 합금 성형체가 치명적인 손상을 입는다.
한편 후자의 방법에서는 합금 그 자체가 내식성을 가지고 있어서 생성되는 합금의 표면 처리를 할 필요가 없다.
합금에 의해 합금의 내식성을 높이는 작용을 하는 금속원소로는 Cr, Ni등과 같은 것이 사용될 수 있는데 Cr이 사용되면 생성되는 합금의 자기특성 특히, 잔류자속밀도가 항상나쁘며 Ni의 강자성 금속을 사용하면 그 잔류 자속밀도를 현저이 저하시킴이 없이 생성되는 합금의 내식성을 향상시키는 것을 기대할 수 있다.
본 발명자는 Nd-Fe-B 자석에서 작어도 20%의 Fe가 Ni로 대치되면 자석의 내식성이 현저하게 향상되지만 자석의 항자력은 반대로 저하된다는 것을 알았다.
즉, 자석의 내식성이 향상된다 하더라도 자석에서 가장 중요한 물성인 자석의 자기 특성이 저하되면 자석이 실제 용도에 사용될 수 없다.
본 발명자들은 기본 특성으로써 자석에 요구되는 자기특성을 저하시킴이 없이 Nd-Fe-B의 내식성 및 온도특성을 재선하기 위하여 여러 가지 연구를 하였으며 Ni가 Nd-Fe-B 자석에서 Co와 함께 포함되어 있는 경우 즉, Nd-Fe-B 자석에서 Fe의 일부분이 일정량의 Ni 및 Co로 대치되면 상기 언급된 목적이 얻어질 수 있다는 것을 발견하였는데 본 발명은 이 사실을 기초로 하고 있다.
본 발명은 Y 및 란탄노이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 나타내는 RE 10-25% : 2-20%의 B : Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ca, Ge, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Ta 및 W로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 8% 이하 : 나머지는 실질적으로 Fe의 양이 10% 이상이고 73% 미만이며, Co의 양이 7-50%이고, Ni의 양이 5-30%이며, Fe, Co, Ni의 총양이 55% 이상이며 88% 미만으로 되어있는 Fe, Co 및 Ni로 구성되어있는 조성물을 가진 희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금을 제공하는 것을 특징으로한다.
본 발명은 하기에서 더 상세히 설명되는데 그 설명은 상기 언급된 범위로 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금 자석의 조성을 제한한 이유를 중심으로 하여 설명될 것이다.
RE(Y 및 란탄노이드) : 10-25%
RE 즉 희토류 금속은 주된 상(Nd2Fe14B 정방정계)의 형성 및 합금에 있어서 자기 결정 이방성에 필수요소이며 본 발명의 ReRE-(Fe, Co)-B 합금에서 RE 함량이 10% 미만이면 RE의 효과는 낮으며 RE의 함량이 25%를 초과하면 합금의 자류 자속밀도가 낮게된다.
따라서 RE는 RE가 단독으로 사용되거나 혼합물로 사용되는 어느 경우에 10-25% 범위이내의 양만큼 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에 포함되어 있는 것으로 하였다.
B : 2-20%
B는 합금에서 주된 상의 결정 구조의 형성에 필요한 필수요소이지만 합금에서 B 함량이 2% 미만이면 주된 상의 형성을 위한 B의 효과가 나쁘며 B 함량이 20%를 초과하면 합금의 잔류자속밀도가 낮게된다.
따라서 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에서 B의 함량을 2-20% 범위의 양으로 제한하였다.
Fe : 10% 이상이며 73% 미만
Fe는 합금의 주된 상을 형성하고 합금의 고포화 자속밀도를 얻기 위한 요소이며 Fe함량이 10% 미만이면 Fe의 효과가 낮으며 Fe 함량이 73%를 초과하면 다른 성분의 함량이 비교적 감소되며 합금의 항자력이 나빠진다.
따라서 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B에서 Fe 함량을 10%-73%의 범위로 제한하였다.
Ni : 5-30% 및 Co : 7-50%
Ni 및 Co는 Fe의 일부를 Ni 및 Co로 대치함으로서 Nd-Fe-B 형태의 합금에 첨가되며 본 발명의 생성되는 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금의 주된 상을 형성하도록 작용한다.
Ni는 Nd-Fe-B 형태의 합금의 내식성을 개선하는데 효과적이며 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에서 Ni 함량이 5% 미만이면 Ni의 효과가 나빠지며 합금에서 Ni 함량이 30%를 초과하면 합금의 항자력 및 잔류자속 밀도가 낮아진다.
따라서 Ni는 5-30% 바람직하기로는 10-18%의 범위의 양으로 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에 포함되어져야 한다.
Co는 합금의 내식성을 개선시키기 위한 Ni의 효과에 악영향을 끼침이 없이 Nd-Fe-B 형태의 합금의 자기특성 특히, 항자력을 개선시키는데 효과적이며 합금의 큐리온도를 상승시키는데, 즉, 합금의 온도 특성을 개선시키는데 효과적이다.
그러나 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에서 Co 함량이 7% 미만이면 Co의 효과가 나빠지고 합금에서 Co의 함량이 50%를 초과하면 합금의 항자력 및 잔류자속밀도가 낮아지기 때문에 Co를 합금에 7-50% 범위의 양으로 제한시켰다.
본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에서 Fe의 일부를 Ni 및 Co로 대치함으로써 Nd-Fe-B 형태의 합금의 자기특성 및 내식성을 개선시키기 위한 Ni 및 Co의 효과는 Ni 및 Co의 개개의 효과를 단순히 산술적으로 더해서 나타나는것이 아니고 상기 기술된 적정량의 결합 사용으로 Ni 및 Co의 상승효과로 나타나지는데 이 효과는 하기에서 더 상세히 설명될 것이다.
제1도-제3도는 천이금속 성분이 Fe, Co 및 Ni의 퍼센테이지로 나타낸 여러 가지 원자비로 구성되며 분말소결법을 통해 제조되고 Nd : (천이금속성분) : B의 조성비가 퍼센트로 나타내는 원자비로 15 : 77 : 8인 Nd-(천이금속성분)-B 합금 샘플에서 포화자기화 4πMs(kG), 항자력 iHc(kOe) 및 녹슨면적부분(녹슨표면적 부분, %)을 각각 조사한 결과를 나타내는 Fe-Co-Ni 삼중 다이어 그램이다.
본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에서 Fe, Co 및 Ni 양의 적정 범위는 합금이 상기 언급된 조성의 Nd15(Fe, Co, Ni)77B8의 조성을 가지고 있는 경우에는 제1도-제3도의 굵은 실선으로 싸인 범위내에 있다.
Fe의 일부가 Ni 및 Co로 대치되면 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금의 포화자기화 값이 Ni 및 Co의 농도에 비례하여 단순히 감소하는 것이 아니고, 합금이 4πMs
Figure kpo00001
8kG의 포화자기화값을 가지는 자석으로써 실질적으로 사용될 수 있을만큼 높은 포화자기화 값을 가지게 되는 범위가 Ni 및 Co의 결합사용의 효과에 의해 증가된다는 것을 제1도로부터 알 수 있다.
제2도에 나타난 항자력에 관한 조사의 결과에서 Ni 및 Co의 결합사용의 효과가 더욱 중요하며 Fe를 30-50%의 Co 및 0-20%의 Ni로 대치함으로서 형성되는 합금이 큰 항자력을 가진다는 것을 알 수 있다.
지금까지는 합금은 삼중 다이어그램에서 Fe의 코너면적에서만이 큰 항자력을 가진 것으로 공지되어있다.
제3도에서 예시된 Nd15(Fe, Co, Ni)77B8합금샘플의 녹슨 면적부분에 대한 시험결과는 다음과 같다.
녹슨 면적부분은 25% 이상의 Fe가 Ni 혼자에 의해서 대치될때까지 제로로 감소되지 않는다.
그러나 Co는 Ni만큼 효과적이지 못하지만 Co는 녹방지 효과를 가지고 있고 Ni가 Co와 같이 사용되면 녹슨 면적부분을 제로로 만드는 Ni의 농도는 감소될 수 있다.
생성되는 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금이 5% 이하의 녹슨 면적부분을 가지고 있으면 그 합금은 하자없이 실제적 목적용으로 사용될 수 있다.
상기 언급된 이유로 기초하여 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에서 Ni 함량이 5-30%로 제한되었고 Co 함량이 7-50%로 제한되었다.
(Fe+Ni+Co) : 55% 이상이며 88% 미만
Fe, Ni 및 Co의 천이금속의 총량은 희토류 금속의 양에 따라 결정되어야 하며 천이금속의 양이 많으면 희토류 금속의 양이 불가피하게 적어지며 천이금속 및 붕소로 구성된 상이 형성되어 아주 낮은 항자력을 가진 합금이 되며 천이금속의 양이 적으면 많은 양의 희토류 금속을 포함하는 비자기상이 많아져서 잔류자속밀도가 저하된다.
따라서 Fe, Ni 및 Co의 총량이 Fe, Ni 및 Co의 각각의 양이 상기 언급된 적합한 범위내에 있는 조건하에서 55% 이상, 88% 이하의 범위에 있어야 한다. Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Ta 및 W로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 : 8% 이하
이러한 금속들은 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 자석의 항자력 및 구형성을 개선하는데 효과적이며 자석에서 고 에너지 적(BH)max을 얻는데 필수불가결한 요소이지만 이러한 금속이 총량이 8%를 초과하면 RE-(Fe, Co, Ni)-B 자석의 항자력 및 구형성을 개선시키는 효과가 포화되며 자석의 잔류자속밀도가 낮아져서 자석이 낮은 최대 에너지 적 (BH)mas을 가지게된다.
따라서 이러한 금속들은 8% 이하의 범위에서 단독 또는 혼합물로써 사용된다.
본 발명에 따른 희토류 금속-천이금속합금의 제조방법이 하기에서 설명된다.
본 발명의 희토류 금속-천이금속합금 자석의 제조방법으로서는 분말 소결법 및 용융스피닝법이 사용될 수 있는데 그중에서도 분말 소결법에서는 자석합금의 인고트가 분쇄되어 수 ㎛의 크기의 입자로 되며 자장에서 분말을 일렬로 배열시키면서 미쇄하게 분쇄된 자기분말이 가압하에 압착되고 그 성형체가 소결되며 열처리되어 원하는 자석을 얻게된다.
이 방법에서는 소결성형체는 열처리되어 자기 구역(maqnetic domain)의 이동을 방지하는 미세구조 또는 역자기 구역의 발달을 저지하는 미세구조를 형성하게되어 자석의 항장력이 향상된다.
한편 용융 스피닝법에서는 자석용 합금이 튜브에서 유동용융되고 용융된 합금이 회전휘일에서 오리피스를 통하여 분사되어 합금을 급속히 고형화시키고 그에 의해 아주 미세한 미세구조를 가진 박판이 얻어진다.
또한 생성되는 박판은 박판이 분쇄되고, 생성된 분말을 수지분말과 같이 반죽하고 균일한 혼합물을 성형하는 것으로 구성된 방법에 의하여 수지로 접합된 형태의 자석(또는 플라스틱 자석)으로 형성될 수 있다.
그러나 이경우 자석분말을 불규칙하게 향하기 쉬운 자기화축을 가지는 미세 결정으로 구성되어있어서 생성되는 자석은 등방성이다.
본 발명에서 규정된 조성을 가진 자석합금중에서 이방성 소결 자성체는 페라이트 자석보다 높고 Sm-Co 자석과 같은 최대 에너지 적을 가지며 Sm-Co 자석과 같은 내식성을 가진다.
등방성의 수지로 접합된 자석은 적어도 4MGOe의 최대 에너지적을 가지며 내식성이 있으므로 부식으로 인한 자기특성의 저하가 작다.
우수한 자기 특성 및 우수한 내식성 및 온도 특성을 가진 합금이 RE-Fe-B 형태의 합금에서 Fe의 이루를 본 발명에 따른 Ni 및 Co의 적당량으로 대치함으로써 얻어질 수 있는 이유는 아직 명확하지는 않으나 그 이유는 대략과 다음과 같다.
본 발명에 따른 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금의 강자성 결정상은 Fe가 일부 Ni 및 Co로 대치된 Nd2Fe14B상과 같은 정방정계 구조를 가지며 이 Nd2Fe14B상은 1979년에 처음 지적되었고(N.F.Chaban의 다수, Dopov, Akad.Nauk, SSSR,Set.A., Fiz-Mat.Tekh.Nauki No.10(1979, 873 참조), 그 조성 및 결정 구조는 중성자 회절(J.F.herbst의 다수, Phys.Rev.B (1984), 4176)에 의해 나중에 명백하게 결정되었다.
제4도는 Nd2Fe14B상의 단위셀의 원자 배열을 나타내며 이 도면으로부터 Nd2Fe14B가 Nd, Fe 및 B 원자로 구성된 층 및 콤팩트하게 배열된 Fe 원자에 의해 형성된 층으로 구성된 층 구조를 가지고 있다.
그러한 결정구조에서는 자기 특성이 두개의 요소에 의해 결정되는데 그 하나는 Nd 부격자이며 다른 하나는 Fe 부격자이다.
Nd 부격자에서는 자기 모멘트가 Nd 이온에 국부적으로 존재하는 4f 전자에 의해 형성되고 Fe 부격자에서는 자기 모멘트가 순회하는 3d 전자에 의해 형성된다.
이 자기 모멘트는 상호 강자성체적으로 결합하여 큰 자기 모멘트를 만든다. Fe 금속에서는 Fe가 실온에서 1원자당 2.18보다 마그네톤 유니트의 자기모멘트를 가지는 것으로 알려져 있다.
Co 금속에서는 Co가 실온에서 1원자당 1.70보아 마그네톤 유니트의 자기 모멘트를 가지며, Ni 금속에서는 Ni가 실온에서 1원자당 0.65보아 마그네톤 유니트를 가지고 있다.
즉, Co 또는 Ni 원자의 자기 모멘트는 Fe 원자의 자기 모멘트보다 작기 때문에 이 자기 모멘트가 각각의 원자에 국부적으로 존재하면 합금의 포화 자속밀도는 Fe를 Ni 및 Co에 의해 대치함으로써 산술합산의 법칙에 따라 감소되어야한다.
그러나 상기 언급된 Fe 원자로 구성된 층에서는 큰 포화자기화가 관찰되는 상기 언급된 현상이 자기 모멘트가 원자에서 국부적으로 존재하는 모델에 의해서는 설명될 수 없지만 순회하는 전자모델에 의해서는 설명될 수 있다.
즉, Fe가 Ni 및 Co에 대치되면 Fe 부격자의 상태 밀도 및 페르미레벨이 변경되기 때문에 Fe, Co 및 Ni로 구성된 부격자의 자기 모멘트는 특별히 제안되고 치환된 조성범위에서 Fe를 Ni 및 Co로 대치함으로서 산술합산법칙에 따라 기대되는 값보다 더 큰양이 된다.
또한 합금의 내식성은 그전자 특성의 변화로 인해 합금의 산화-환원 전위의 변화에 의해 증가된다.
또한 Ni 및 Co는 각 첨가된 Ni 및 Co 부분이 입계에서 분리되어 합금의 내식성을 향상시킨다. 항자력에 영향을 미치는 본 발명의 합금의 자기 결정 이방성은 두 성분으로 구성되는데 이는 RE 이온 및 Fe 부격자로 인한 성분이다. Fe 부격자로 인한 성분은 Fe의 일부를 Ni 및 Co로 대치함으로써 변경된다.
Ni 및 Co는 Fe의 부격자로 규칙없이 향하는 것이 아니고 Fe의 비동등한 여러 위치로 선택적으로 향한다는 것을 기대할 수 있으며 그에 의해 Fe 부격자의 자기결정이방성은 Ni 및 Co의 특별히 제한된 조성범위내에서 향상되게 된다.
본 발명의 합금의 온도 특성의 개선은 다음과 같이된다. Co는 철 합금의 큐리온도를 상승시키는 작용을 하는것으로 통상 알려져 있으며 그 메카니즘은 본 발명의 합금의 큐리온도를 상승시킨다.
Ni 및 Co와 결합하여 사용되면 Nd-(Fe, Co, Ni)-B 합금의 큐리온도는 약간 상승될 수 있을 것이다.
일반적으로 자석합금의 성분금속이 다른 금속에 의해 대치되는 경우 대치되는 양이합금의 내식성 및 온도 특성을 상승시킬만큼 충분히 크면 합금의 자기특성은 현저히 저하된다.
반면에 대치되는 양이 자기특성을 저하시키지 않을만큼 작으면 합금의 내식성 및 온도 특성을 개선되지 않는다.
따라서 내식성, 온도특성 및 자기특성의 모든 요건을 만족시킬 수 있는 합금의 조성을 찾기란 어렵다.
그러나 본 발명에 따르면 RE-Fe-B 합금에서 Fe가 특별히 제한된 양의 Ni 및 Co의 조합에 의해 대치되며 그에 의해 합금의 내식성은 거의 자기 특성을 저하시킴이 없이 개선된다.
또한 Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, In, Sn, Ta, W등으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속이 본 발명의 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에 첨가되면 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금의 항자력 및 구형성이 개선되는데 그 이유는 다음과 같다.
이들 금속이 RE-(Fe, Co, Ni)-B 합금에 첨가되면 이방성 자장이 증가되거나 성분 금속의 분포 및 미세구조등이 변화한다.
그결과 역자기구역의 발달이 억제되거나 자기구역벽의 운동이 방해되어 합금의 항자력 및 구형성이 개선된다.
다음의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 꼭 그것으로 국한되지는 않는다.
[실시예 1]
표 1에서 나타낸 조성을 가진 합금 인고트를 아아크 용융법에 의해 제조하여 각인고트를 스탬프 밀에 의해 대략분쇄하여 제트 밀로 2-4㎛의 입자크기로 미세분쇄하였다.
생성된 미세분말을 12.5kOe의 자장에서 2tons/cm2의 압력하에 프레스 성형하여 그 성형체를 2×10-5Torr의 진공하에서 1시간 동안 1000-1100℃의 온도에서 소결하였고 1기압으로 유지된 Ar 분위기하에서 1시간동안 1000-1100℃의 온도에서 추가로 소결시키고 그 소결체를 Ar개스를 불어 급냉시켰다.
그후 급냉된 소결체를 Ar 개스 분위기하에 300-700℃의 온도에서 1-5시간동안 유지시키고 그 다음 급냉시키는 것으로 구성되는 숙성처리를 시켰다.
제5도는 상기 언급된 처리의 열패턴을 나타낸다.
각 생성된 샘플은 펄스된 자장에 의해 자화되며 자화된 샘플을 그 잔류자속밀도 Br, 항자력 iHC, 최대 에너지적(BH)max, 구형성, 잔류자속밀도의 온도계수 △B/B, 내식성에 대하여 시험을 하였다.
샘플의 내식성은 처리에서 산화로인한 중량증가(%)로 나타내었으며 샘플을 70℃의 온도 및 95%의 습도의 부식성 환경하에서 1000시간동안 방치하였다.
샘플의 구형성은 제6도에 나타낸 자화커브의 둘째 4분원에서 구형비(SR)로 나타내었으며 그 구형비는 다음식으로 정의된다.
Figure kpo00002
상기 시험결과는 표 1에 나타나 있으며 본 발명에 따라 모든 자석합금(샘플번호 1-75)은 우수한 자기 특성 및 우수한 온도 특성 및 내식성을 가진것을 알 수 있다.
[표 1]
Figure kpo00003
Figure kpo00004
Figure kpo00005
Figure kpo00006
[실시예 2]
실시예 1에서 기술된 것과같은 방법으로 제조된 각 합금 인고트를 0.6mmø의 오리피스 구멍을 가진 수정튜브에 두고 550mmHg로 유지된 Ar 분위기하에서 유도용융시켰다.
용융시킨 즉시, 용융된 합금을 0.2kg/cm2의 분사 압력하에 10.5-19.6m/sec의 범위의 휘일표면속도로 회전하는 구리 합금 휘일에 분사하고 용융된 합금을 급냉시키고 미세결정 구조를 가진 얇은 리본을 제조하였다. 생성된 얇은 리본을 로울러로 분쇄하고 밀에 의해 100-200㎛의 크기를 가진 미세 입자로 분쇄하였다.
그 다음 미세 입자를 인산으로 표면처리하고 그 표면처리된 미세입자를 나일론 -12분말과 함께 반죽하여 그 생성된 균일한 혼합물을 사출성형을 통해 접착된 자석으로 성형하였다. 이 사출성형에서 반죽온도는 210℃, 사출 성형 온도는 노즐부분에서 240℃, 사출압력은 1400kg/cm2이었고, 이 혼합물에서 자석분말 함량은 92중량%이었다.
다음의 표 2는 생성된 접착된 자석의 자기특성, 큐리온도(Tc), 잔류자속밀도의 온도계수 △B/B를 나타낸다.
다음의 표 3은 생성된 접착된 자석의 내식성 및 내식성 시험후의 자기특성 및 내식성 시험전의 자기특성을 나타낸다.
표 2 및 표 3으로부터 본 발명에 따른 모든 자석용 합금은 우수한 자기특성, 온도특성 및 내식성을 가진다는 것을 알 수 있다.
[표 2]
Figure kpo00007
[표 3]
Figure kpo00008
상기 기술된 바와같이, 본 발명에 따른 RE-(Fe, Co, Ni)-B 자석용 합금은 종래의 Nd-Fe-B 형태의 자석에 비해서 현저히 우수한 내식성 및 온도 특성을 가지며 종래의 자석과 실질적으로 같은 자기특성을 가진다.
특히 본 발명에 따른 RE-(Fe, Co, Ni)-B 자석용 합금은 우수한 내식성을 가지기 때문에, 종래의 Nd-Fe-B 형태의 자석에 산화저항을 부여하기 위해 필요한 코팅, 표면처리등의 처리를 할 필요가 없다.
따라서, 본 발명에 따른 RE-(Fe, Co, Ni)-B 자석용 합금은 저가로 제조될 수 있으며 산업용 재질로써 고신뢰성을 가진다.

Claims (2)

  1. Y 및 란탄노이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내는 RE 10-25at%; 2-20at%의 B; 나머지는 실질적으로 Fe가 10at% 이상 73at% 미만, 가 7-50at%, Ni가 5-30at%이며, Fe, Co 및 Ni의 총량이 55at% 이상이며 88at% 미만으로된 Fe, Co 및 Ni의 천이금속으로 구성된 조성을 가진것을 특징으로 하는 희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금.
  2. Y 및 란탄노이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내는 RE 10-25at%; 2-20at%의 B; Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, In, Sn, Ta 및 W로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 8at%이하; 나머지는 실질적으로 Fe가 10at% 이상 73at% 미만, Co가 7-50at%, Ni가 5-30at%이며 Fe, Co 및 Ni의 총량이 55at% 이상이며 88at% 미만으로된 Fe, Co 및 Ni의 천이금속으로 구성된 조성을 가진것을 특징으로 하는 희토류 금속-천이금속 형태의 자석용 합금.
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