KR920005621B1

KR920005621B1 - 전기비저항이 적은 물질을 증착한 연자성 금속재료

Info

Publication number: KR920005621B1
Application number: KR1019900011600A
Authority: KR
Inventors: 김대수; 박종성; 민인선
Original assignee: 주식회사 럭키금속; 홍종우
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1992-07-10
Also published as: KR920002820A

Abstract

내용 없음.

Description

전기비저항이 적은 물질을 증착한 연자성 금속재료

제1도는 연자성 금속재료로서 사용되는 철심의 조립구조도로서,(a)는 기존의 퍼머로이 철심구조, (b)는 기존의 아몰퍼스 철심구조, (c)는 기존 철심판 표면에 전기비저항이 적은 물질이 표면처리된 본 발명의 철심판의 단면도.

제2도는 연자성 금속재료의 표면처리 장치도.

제3도는 동(Cu)으로 표면처리된 퍼머로이 철심의 Power전달의 증가율 그래프.

제4도는 동(Cu)으로 표면처리된 퍼머로이 철심의 실효투자율(Effective Permeability)의 비교그래프.

제5도는 은(Ag)으로 표면처리된 퍼머로이 철심의 Power전달의 증가율 그래프.

제6도는 은(Ag)으로 표면처리된 퍼머로이 철심의 실효투자율의 비교그래프.

제7도는 동(Cu)으로 표면처리된 아몰퍼스 철심의 Power전달의 증가율 그래프.

제8도는 동(Cu) 또는 은(Ag)으로 표면처리된 아몰퍼스 철심의 실효투자율 비교 그래프.

본 발명은 퍼머로이합금, 아몰퍼스합금과 같은 연자성 금속재료의 특성향상을 위한 표면처리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연자성 금속재료층에 연자성 금속재료보다 전기비저항이 적은 금속층을 증착함으로서 주파수 증대 사용시에도 자기적 성질이 저하되지 않은 연자성 금속재료에 관한 것이다. 순철, 규소강, 퍼머로이(Permalloy) 합금, 아몰퍼스(Amorphose) 합금과 같은 연자성 재료는 비교적 약한 자장에 의해 쉽게 자화 될 수 있는 특징이 있다.

이중 퍼머로이 합금은 철, 니켈을 주성분으로 하고 여기에 제3원소(Mo, Cu, Cr, Mn등)를 첨가한 합금으로서, 변성기의 철심, 자기증폭기, 각종계기 및 오디오 레코팅 헤드, 각종쉴드용에 광범위하게 사용되고 있으며 그중 PB급(Ni 40∼50%)은 높은 투자율과 고포화 자속밀도 재질로서 통신기 및 직류중첩용 변성기 철심에 적합하고 pc급(Ni70∼80%)은 높은 투자율과 와전류(eddy current)손실이 적은 재질로서 고임피던스, 저철손이 요구되는 통신기용 변성기등에 사용되고 있다. 일본공개 특허공보 소화 54-11823호는 45% Ni퍼머로이에 동(Cu) 등을 첨가하여 자속밀도와 초기투자율을 증대시키고 있고, 열간가공성 증대를 위하여 Fe-Ni-Cu합금에 Mn을 가한 내용이 기술되어 있다.

또한 일본공개 특허공보 소화 54-11825호는 45% Ni 퍼머로이의 자기특성과 내식성 향상을 위하여 Cr, Co, Cu를 첨가하고 있다. 아몰퍼스 합금은 자기헤드 및 센서, 스위칭 전원의 각종 자심재료로 사용되고 있는 등 그 용도는 통신기기, 전자기기, 민생기기 분야에 이르기까지 중요한 역할을 하게 되었다.

일본공개 특허공보 소화 54-107825에서는 고투자율을 갖는 Co-Fe-Si-B와 같은 아몰퍼스 합금에 제3원소를 첨가하여 투자율, 자속밀도, 기계적 성질, 열적안정성을 향상시키고 있으며, 또한 일본공개 특허공보 소화 60-181237호에서는 결정화온도(T_x) 보다 낮고 큐리온도(T_c) 보다는 높은 온도(T₁)에서 열처리한 후 온도(T₂)(T_c＜T₂＜T₁)에서 재 열처리하는 방법을 이용하여 낮은 손실과 높은 포화자화를 갖는 아몰퍼스 합금을 개발한 내용이 기술되어 있다.

그러나, 이상에서와 같은 종래의 연자성 금속재료는 주파수 증가에 따른 실효투자율(Effective Permeability)의 감소, 와전류 손실의 증가에 의한 코아손실의 증가등 자기적 성질이 열화되는 등의 문제점이 있어왔다. 따라서 본 발명은 종래와 같은 문제점을 개선키 위하여 기존의 연자성 금속재료 표면에 전기비저항이 적은물질(Cu, Ag …)을 증착함으로서 주파수 영역을 증대 사용시에도 자기적 성질이 저하되지않은 기술을 제공하는데 목적이 있다.

이하 본 발명은 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 제1도(a)(b)의 일예와 같은 철심구조에 사용되는 연자성 금속재료에 관한 것으로서, 본 발명은 퍼머로이 합금, 아몰퍼스 합금과 같은 기존의 연자성 금속재료 표면층에 연자성 금속재료보다 전기비저항이 적은물질(Cu, Ag …)을 미립자 형태로 증착시킨 제1도(c)와 같은 구성으로 되어 있다.

이와 같이 연자성 금속재료층에 전기비저항이 적은물질을 미립자형태로 증착시키는 방법에 대하여는 제2도에 따라 설명한다. 동(Cu) 또는 은(Ag)과 같은 물질(13)을 도가니(2)에 넣은 후 미립자 제조실(1)과 적층실(3)을 각각 10^-1∼10^-6범위내의 진공하에서 진공펌프(6)를 이용하여 배기한 후 미립자 제조실(1)과 적층실(3)에 가스주입관(10)(10')을 통하여 헬륨가스를 주입하여 120Torr의 압력으로 맞춘후 ArC전류(4)를 흘려주면 미립자 제조실(1)에서 동(Cu) 또는 은(Ag) 등의 미립자가 제조된다. 그후 미립자 제조실(1)에 1.0∼3.01/ml의 유량으로 헬륨가스를 흘려주면 헬륨가스에 분산된 동(Cu), 은(Ag)의 미립자는 이송관(7)을 따라 적층실(3)에 이송하여 직경이 약 0.2∼1.0mm의 구멍이 뚫린 노즐(8)을 통하여 퍼머로이 표면(9)에 분산시켜서 동(Cu), 은(Ag)의 미립자를 형성시키며 기판(11)을 X, Y방향으로 움직여서 퍼머로이 표면전체에 고르게 분포된 미립자막(12)을 얻는다.

미립자막(12)과 퍼머로이(9)의 접착성을 높이기 위하여 진공분위기에서 약 300∼400℃로 30분∼1시간 동안 열치리한다. 열처리후 증착막 두께는 0.5∼수십㎛이었다. 또다른 진공증착법은 진공실내에 퍼머로이를 홀더(Holder)에 고정시켜 10^-1∼10^-6Torr까지 배기한 후 저항가열 용기를 사용하여 동, 은등을 증발시켜서 퍼머로이 표면에 증착막을 형성시킨다. 형성된 박막과 퍼머로이의 접착성을 높이기 위하여 진공분위기에서 300∼400℃로 30분∼1시간 동안 가열한다. 상기 방법에서는 퍼머로이만을 예시하고 있으나 아몰퍼스를 비롯한 여타의 연자성 금속재료에도 적용될 수 있다.

제2도에서 설명되지 않은 (5)는 압력계이다. 다음은 이와 같이 제조하여서된 본 발명의 작용효과를 설명키로한다. 일반적으로 제1도의 (a)(b)와 같은 철심(9)에 교류자속을 통하면 이에의한 와전류가 철심중에 유기되므로 주율(Jule)손실이 발생하는데 이와 같은 와전류에 의하여 생기는 손실을 와류손(Eddy Loss)이라고 한다. 와류손은 교류자속의 주파수 및 최대자속의 자승에 비례하며 저항에 반비례하므로 철심의 전도도를 K라고하면 단위 체적의 와류손은 Pe α KF²Bm²이 된다.

이와 같은 와류손은 주파수와 비례관계가 있으므로 고주파에서의 와류손은 더욱 커지게 된다. 따라서 본발명에서는 철심중에 유기된 와전류를 감소시키기 위해 철심의 표면에 전기비저항이 적은 물질을 표면처리함으로서 철심내부에 유기되었던 와전류를 표면으로 흘려보내 내부에 유기되는 와전류를 감소시킬 수 있었다.

그 결과 지금까지 표면처리되지 않았던 철심으로는 사용할 수 없었던 고주파 영역에서도 사용할 수가 있게 되었다. 실효투자율은 철심에 감은 코일수의 자승에 반비례하고 인덕턴스(Inductance)(L)와 철심상수(∑l/A)에 비례하므로

μe=L/4πN²∑l/A 10⁹이 된다.

그러므로 같은 조건에서 측정되는 두 철심의 실효투자율은 인덕턴스(L)의 차이로 비교될 수 있다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

본 발명의 자성특성을 비교하기 위하여 퍼머로이 합금에 대하여 다음과 같은 실험을 하였다. 먼저 기존의 퍼머로이 합금인 0.05mm의 판재를 제1도(a)와 같은 정방형 형태로 프레싱한 후 1100°C에서 1시간 아르곤가스 분위기에서 열처리 하였다. 그후 퍼머로이 합금 철심표면에 전기비저항이 적은 물질을 상기의 방법에 따라 표면처리한 후 철심사이를 절연시켜 증착하지 않은 철심과 증착한 철심을 각각 적층하여 만들었다. 1차, 2차 코일은 각각 30회씩 감고 임피던스 분석기(Impedance Analyzer)를 사용하여 60Hz에서 1MHz까지 인덕턴스(L)와 임피던스(Z)를 측정하여 제4도에 따른 표 1과, 제6도에 따른 표 2와 같은 실효투자율을 비교하였고, 기존의 판재로 적층하여 만든 철심과 본 발명과 같은 표면처리하여 만든철심을 주파수에 따라 1차코일에 입력되는 전류와 2차코일에 출력되는 전류의 비를 계산하여 power전달의 증가율을 살펴본바 제3도에 따른 표 3과, 제5도에 따른 표 4와 같은 결과가 나왔다.

즉, 퍼머로이 합금 철심표면에 동(Cu)과 은(Ag)을 각각 증착시킨 본 발명은 증착시키지 않은 기존의 철심에 비해 표 1과 표 2에 나타난 바와 같이 동(Cu)을 증착시킨 경우는 60Hz∼0.3KHz 범위에서 실효투자율 증가율은 3.5∼3.97%의 범위이고 1KHz까지는 3.94%, 5KHz까지는 3.45%의 증가율이 나타났고 은(Ag)을 증착시킨 경우는 60Hz∼1KHz 범위에서 실효투자율 증가율은 1.3-2.3%의 범위로서,1KHz까지는 1.3% 정도의 증가율이 나타났다.

또한, 표 3과 표 4에 나타난 바와 같이 철심의 Power 전달의 증가율은 동(Cu)을 증착한 경우 1KHz까지는 9.83%, 100KHz까지는 1.25%의 증가율이 나타났고, 은(Ag)을 증착한 경우 300Hz까지는 4.9%, 500Hz까지는 3.4% 증가율이 나타났다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[실시예 2]

본 실시예에서는 아몰퍼스 합금에 관한 실험으로서, 기존의 아몰퍼스 합금을 제1도(b)와 같은 원형으로 철심을 만들었다. 그후 아몰퍼스 합금의 철심표면에는 진공증착법을 이용하여 전기비저항이 적은 물질을 증착시켰다. 철심의 1차, 2차코일을 각각 20회씩 감고 실시예 1과 같은 방법으로 실효투자율과 철심 Power전달의 증가율을 조사하였다. 실효투자율은 제8도에 따른 표 5와 같이 은(Ag)을 증착시킨 경우 6KHz까지는 20.4%, 1000KHz까지는 14.2%의 투자율 증가가 나타났고, 동(Cu)을 증착한 경우는 6KHz까지는 40.8%, 1000KHz까지는 28.6%의 투자율의 증가율이 나타났다.

또한, 제17도에 따른 표 6과 같이 동(Cu)을 증착한 경구 철심의 Power전달의 증가율은 5KHz까지 16.4%, 30KHz까지는 10%의 증가율이 나타났다. 이상의 실시예에 나타난 바와 같이 본 발명의 제품은 기존 제품에 비해 우수한 특성이 나타남을 알 수 있었다.

[표 5]

[표 6]

Claims

퍼머로이 합금(Permalloy), 아몰퍼스 합금 등과 같은 연자성 금속재료에 있어서, 연자성 금속재료의 표면에 연자성 금속재료 보다 전기비저항이 적은 미립자 물질이 피착되어 이루어짐에 따라 자기적 성질을 향상시킴을 특징으로 하는 연자성 금속재료.
제1항에 있어서, 연자성 금속재료의 표면에 연자성 금속재료 보다 전기비저항이 적은 미립자 물질이 동(Cu) 또는 은(Ag)임을 특징으로 하는 연자성 금속재료.