KR930002559B1 - Permanent magnet and making method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 실시예에 있어서의 주소후의 평균 입경(μm)과 고온 프레스후의 보자력(iHc)과의 관계를 도시한 그래프.1 is a graph showing the relationship between the average particle diameter after the address (μm) and the coercive force (iHc) after a high temperature press in the embodiment.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 공정도.2 is a process diagram according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 희토류 원소와 철과 붕소를 기본성분으로 하는 영구자석 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a permanent magnet based on rare earth elements, iron and boron, and a method for producing the same.
영구자석은 일반가정의 각종 전기제품으로부터 대형 컴퓨터의 주변 단말기기까지 폭넓은 분야에서 사용되고 있는 중요한 전기, 전자재료의 하나이다.Permanent magnets are one of the important electrical and electronic materials used in a wide range of fields, from electrical appliances in general households to peripheral terminals in large computers.
최근의 전기제품의 소형화, 고효율화의 요구에 수반하여 영구자석도 점점 고성능화가 요구되고 있다. 현재 사용되고 있는 영구자석중 대표적인 것은 알니코(alnico), 하드페라이트 및 희토류 천이금속계 자석이다. 특히 희토류 천이금속계 자석인 R-CO계 영구자석이나 R-Fe-B계 영구자석은 높은 자기성능이 얻어지므로 종래부터 많이 연구 개발되고 있다.With the recent demand for miniaturization and high efficiency of electrical appliances, permanent magnets are also increasingly required for high performance. Representative permanent magnets currently used are alnico, hard ferrite and rare earth transition metal magnets. In particular, since R-CO permanent magnets and R-Fe-B permanent magnets, which are rare earth transition metal magnets, have high magnetic performance, they have been researched and developed in the past.
종래 이들 R-Fe-B계 영구자석의 제조방법에 관해서는 이하의 문헌에 나타낸 바와 같은 방법이 있다.Conventionally, the manufacturing method of these R-Fe-B permanent magnets has the method as shown to the following literature.
(1) 분말 야금법에 기초한 소결에 의한 방법(문헌1, 문헌2).(1) Methods by sintering based on powder metallurgy (documents 1 and 2).
(2) 아몰퍼스 합금을 제조하는데 사용하는 급냉 얇은 띠 제조 장치에서 두께 30μm정도의 급냉 박편을 만들고, 그 박편을 수지 결합법에서 자석으로 하는 멜트 스피닝법에 의한 급냉 박편을 사용한 수지 결합 방법(문헌3, 문헌4).(2) Resin bonding method using quenching flakes by melt spinning method using quenching flakes having a thickness of about 30 μm in a quenched thin strip manufacturing apparatus used to manufacture amorphous alloy and using the flakes as a magnet in the resin bonding method (Document 3) , Document 4).
(3) 상술한 (2)의 방법에서 사용한 급냉 박편을 2단계의 고온 프레스법으로 기계적 배향 처리를 행하는 방법(문헌4, 문헌5).(3) The method of performing a mechanical orientation process of the quenching flakes used by the method of (2) mentioned above by the two-step high temperature press method (
여기서here
문헌 1; 특개소 59-46008호 공보Document 1; Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-46008
문헌 2; J.Appl, Phys, Vol. 55(6)(1984년 3월 15일) 제 2083페이지(M. Sagawa, S.Fujimura, N.Togawa, H.Yamamoto 및 Y.Matsuura)
문헌 3; 특개소 59-211549호 공보Document 3; Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-211549
문헌4; App1, Phys, Lett Vo1. 46(8)(1985년4읠15일) 제 790페이지(R.W.Lee)
문헌 5; 특개소 60-100402호 공보
다음, 상기의 종래 방법에 관하여 설명한다.Next, the above conventional method will be described.
우선 (1)의 소결법에서는, 용해, 주조에 의해 합금 인고트를 만들고, 이 인고트를 3㎛정도의 입경까지 분쇄하고, 바인더와 혼합하고, 저장중에서 프레스 성형하여 성형체가 만들어진다.First, in the sintering method of (1), an alloy ingot is formed by melting and casting, the ingot is pulverized to a particle size of about 3 µm, mixed with a binder, and pressed to form a molded body during storage.
이 성형체는 아르곤 가스중에서 1100℃전후의 온도로 1시간 동안 소결하고, 그후 600℃전후의 온도로 열처리함으로써 보자력이 향상된다.The molded body is sintered for 1 hour at a temperature around 1100 ° C. in argon gas, and then the coercive force is improved by heat treatment at a temperature around 600 ° C.
(2)의 멜트 스피닝법에 의한 급냉 박편을 사용한 수지 결합 방법에서는 우선 급냉 얇은 띠 제조 장치의 회전수를 최적화하여 직경이 1000Å 이하의 다결정의 집합체로 되어 있도록 R-Fe-B합금의 두께 30㎛의 리본형 박편을 만든다. 이 박편중의 결정립의 결정축은 등방적으로 분포하고 자기적으로 등방성이고, 적절한 입도로 분쇄하여 수지와 반죽하여 프레스 성형하면 등방성의 자석이 얻어진다.In the resin bonding method using the quenching flakes by the melt spinning method of (2), the thickness of the R-Fe-B alloy is 30 µm in order to optimize the rotational speed of the quenching thin strip manufacturing apparatus so that it becomes an aggregate of polycrystals having a diameter of 1000 mm or less. Make ribbon flakes. The crystal axes of the crystal grains in the flakes are isotropically distributed, magnetically isotropic, and when they are pulverized to an appropriate particle size, kneaded with a resin and press-molded, an isotropic magnet is obtained.
(3)의 2단계 고온 프레스에 의한 제조방법은, (2)에서 사용된 리본형의 급냉 박편이 진공중 혹은 불활성가스중 7OO℃ 부근에서 압력 1.4톤/㎠ 이하로 프레스된다. 다음에 똑같은 700℃에서 0.7톤/㎠로 수초간 프레스하여 그 두께를 처음의 1/2로 하면 합금은 이방성화되고, 치밀하게 이방성을 가지는 R-Fe-B 자석이 제조될 수 있다.In the manufacturing method by the two-step high temperature press of (3), the ribbon type quenching flakes used in (2) are pressed at the pressure of 1.4 ton / cm <2> or less in the vacuum or near 70000 degreeC in inert gas. Next, pressing the same thickness at 0.7 ton /
또, Liquid dynamic cmopaction법(이하, LDC법이라 한다)에 의해 벌크 상태에서 보자력을 가지는 합금도 만들어지고 있다(문헌 6; J. Appln. Phys. 59(4)(l986년 2읠 15일) 제1297페이지(T.S.Chin외).In addition, an alloy having coercive force in the bulk state is also produced by the liquid dynamic cmopaction method (hereinafter referred to as LDC method) (
상술한 종래기술에서 일단 희토류 원소와 철과 붕소를 기본 성분으로 하는 영구자석은 제조될 수 있지만, 이들의 제조방법에는 다음과 같은 결점을 가지고 있다.In the above-described prior art, permanent magnets based on rare earth elements, iron and boron as basic components can be produced, but these manufacturing methods have the following drawbacks.
(1)의 소결법은 합금을 분말로 하는 것이 필수적이지만, R-Fe-B계 자석합금에 있어서 그 분말은 산소에 대하여 매우 활성이 있으므로 소결법에 사용되는 분말은 엄중히 관리될 필요가 있고, 불활성 가스 분위기등의 고가의 설비가 필요하게 된다.In the sintering method of (1), it is essential to use an alloy as a powder. However, in the R-Fe-B-based magnetic alloy, the powder is very active against oxygen, so the powder used for the sintering method needs to be managed strictly and inert gas. Expensive facilities such as atmospheres are necessary.
또 소결법에 있어서는, 바인더의 탄소가 자기성능에 악영향을 끼치는 문제나 그린(green)체로 불리는 성형체의 취급이 곤란하다고 하는 생산 효율을 나쁘게 하는 문제가 있고, R-Fe-B계 자석의 원료비의 염가화를 충분히 발휘할 수 있는 방법이라고는 말하기 어렵다.In addition, in the sintering method, there is a problem in that the carbon of the binder adversely affects the magnetic performance, and a problem of worsening the production efficiency that the handling of a molded body called a green body is difficult, resulting in a low raw material cost of the R-Fe-B magnet. It's hard to say it's a good way to get angry.
그리고, (2) 및 (3)의 방법은 진공 멜트 스피닝 장치 혹은 고온 프레스라는 생산성이 나쁘고 더우기 고가인 설비가 필요하다.In addition, the methods of (2) and (3) require a low-productivity, more expensive equipment, such as a vacuum melt spinning apparatus or a hot press.
더우기, (2)의 수지 결합 자석은, 등방성으로서 높은 에너지적(積)은 얻어지지 않고 온도 특성에 대해서도, 사용하는 면에 있어서도 불리하다.Furthermore, the resin-bonded magnet of (2) is not isotropic and high energy is not obtained, and it is also disadvantageous in terms of using the temperature characteristic.
그리고 (3)의 방법은 2단계와 고온 프레스때문에 매우 생산성이 나쁘고, 소결법과 똑같이 R-Fe-B계 자석의 원료비의 염가화를 충분히 발휘할 수가 없다.In addition, the method of (3) is very poor in productivity due to the two-stage and high temperature press, and it is not possible to sufficiently reduce the raw material cost of the R-Fe-B magnet as in the sintering method.
LDC법도 역시 고가의 설비와 생산 효율의 악화라는 문제점을 가지고 있다.The LDC method also has problems of expensive equipment and deterioration of production efficiency.
본 발명은 이상의 종래기술의 결점을 해결하는 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 고성능 그리고 낮은비용의 희토류-철계 영구자석 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object thereof is to provide a high performance and low cost rare earth-iron permanent magnet and a manufacturing method thereof.
본 발명의 영구자석은, 희토류 원소(단, Y를 포함함)와 철과 붕소를 기본성분으로 하는 자석에 있어서, 상기 자석의 결정 평균 입경이 150㎛이하이고, 함유 탄소 및 산소가 각각 400ppm이하, 1000ppm이하인것을 특징으로 하는 영구자석이다.The permanent magnet of the present invention is a magnet having a rare earth element (including Y), iron and boron as a basic component, and has a crystal average particle diameter of 150 µm or less and 400 ppm or less of carbon and oxygen, respectively. The permanent magnet is characterized in that less than 1000ppm.
그리고, 그 영구자석의 제조방법의 제1방법은, 희토류 원소(단, Y를 포함함)와 철과 붕소를 기본성분으로 하는 자석의 제조방법에 있어서, 그 결정 평균 입경이 150㎛이하가 되도록 주조하고, 다음에 250℃이상의 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 영구자석의 제조방법이다.The first method of manufacturing the permanent magnet is a manufacturing method of a magnet having a rare earth element (including Y) and iron and boron as a basic component, so that the average crystal grain size thereof is 150 µm or less. The method of producing a permanent magnet is characterized by casting and subsequent heat treatment at 250 ° C or higher.
그 영구자석의 제조방법의 제2방법은, 상기 제1의 제조방법에 있어서 주조후, 500℃이상의 온도에서 열간 가공함으로써 상기 자석을 이방성화 하는 것을 특징으로 하는 영구자석의 제조방법이다.A second method of manufacturing the permanent magnet is a method of producing a permanent magnet, wherein the magnet is anisotropically formed by hot working at a temperature of 500 ° C. or higher after casting in the first manufacturing method.
그리고, 그 영구자석의 제조방법의 제3방법은, 상기 제2의 제조방법에 있어서 열간 가공후, 250℃이상의 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 영구자석의 제조방법이다.The third method of manufacturing the permanent magnet is a method of manufacturing the permanent magnet, characterized in that heat treatment is performed at 250 ° C. or higher after the hot working in the second manufacturing method.
본 발명에 있어서 사용되고 있는 희토류 원소와 철과 붕소를 기본성분으로 하는 영구자석의 바람직한 조성은 희토류 원소 8 내지 30원자%, 붕소 2 내지 28원자%, 나머지가 철인 것이다.Preferred compositions of the rare earth element used in the present invention and the permanent magnet based on iron and boron are 8 to 30 atom% of rare earth elements, 2 to 28 atom% of boron, and the rest of iron.
희토류 원소로서는 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu가 사용되지만 특히 Nd, Pr이 바람직하다.As the rare earth element, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu are used, but Nd and Pr are particularly preferable.
그리고, 이들 희토류 원소가 2종 이상 포함되어도 좋다. 또한, 상기의 기본성분 이외에 제조 공정상 불가피한 불순물이 포함되어도 좋고, 퀴리 온도 및 온도특성의 개선을 위해, 코발트가, 그리고 보자력 향상을 위해 Al, Cr, Mo, W, Nb, Ta, Zr, Hf, Ti등이 포함되어도 좋다.And 2 or more types of these rare earth elements may be contained. In addition to the above basic components, impurities unavoidable in the manufacturing process may be included, and for the improvement of the Curie temperature and the temperature characteristics, the cobalt number, and the coercive force, Al, Cr, Mo, W, Nb, Ta, Zr, Hf , Ti, etc. may be included.
더우기, 본 발명의 제조방법에 있어서는, 자석중의 함유탄소 및 산소를 각각 400ppm, 1000ppm을 넘으면 그 자기성능을 악화시키므로 400ppm이하, 1000ppm이하로 정했다.Moreover, in the manufacturing method of this invention, when the content of carbon and oxygen in a magnet exceeds 400 ppm and 1000 ppm, respectively, the magnetic performance will deteriorate, so it was set to 400 ppm or less and 1000 ppm or less.
R-Fe-B계의 자석에 있어서, 벌크 상태에서 보자력을 얻기 위해서는 그 결정 입경이 적절하지 않으면 안된다.In the R-Fe-B magnet, the grain size must be appropriate for obtaining the coercive force in the bulk state.
즉, 주조후의 평균 입경이 150㎛을 넘으면 주조후에 열간가공을 행하여도 보자력은 페라이트 자석의 4KOe를 하회하고 실용 영구자석 합금이라고는 말하기 어려우므로 평균 입경은 150㎛이하이지 않으면 안된다. 이들 입경 제어는 주형재질 및 주형의 열용량등의 조절에 의해 냉각 온도를 바꿈으로써 수행할 수 있다.That is, if the average particle diameter after casting exceeds 150 µm, even if hot working is performed after casting, the coercive force is less than 4 KOe of the ferrite magnet and it is hard to say that it is a practical permanent magnet alloy. Therefore, the average particle diameter must be 150 µm or less. These particle size control can be performed by changing the cooling temperature by adjusting the mold material and the heat capacity of the mold.
그리고, 주조후의 열처리는, 주조 합금중에 초정으로서 존재하는 Fe상을 확산시키고, 자기적으로 소프트한 상을 없애는데 필요하고, 물론 열간가공후에도 똑같은 열처리를 하는 것은 그 자기 특성을 향상시키는 효과가 있다.The heat treatment after casting is necessary to diffuse the Fe phase present as primary in the cast alloy and to remove the magnetic soft phase, and of course, the same heat treatment after hot working has an effect of improving its magnetic properties.
500℃이상의 온도로 열간 가공하는 것은 그 결정립의 결정축을 배향시켜 이방성화하는 효과와 그 결정립을 미세화하는 효과도 있고 자기성능을 대폭 향상시키게 된다.Hot working at a temperature of 500 ° C. or more has the effect of orienting the crystal axes of the crystal grains and anisotropicizing them, and miniaturizing the grains, and greatly improving magnetic performance.
다음에 본 발명의 실시예에 관하여 기술한다.Next, examples of the present invention will be described.
[실시예 1]Example 1
제1표에는, 이하의 공정에 의해 만든 여러가지 희토류 원소와 철과 붕소를 기본성분으로 하는 영구자석합금의 조성이 기재되어 있다.Table 1 describes the composition of the various rare earth elements and permanent magnet alloys based on iron and boron made by the following steps.
우선, 소요조성의 합금을 Ar분위기중에서 저주파 용해로를 사용하여 용해하고, 각종 주형에 1000℃ 주조하고, 20분후 주조 합금을 꺼냈다. 이때 희토류 금속으로서는 순도 95%의 것(불순물은 주로 다른 희토류금속)을 사용하고, 천이금속으로서는 99.9 %이상의 순도의 것을, 붕소에 관해서는 붕소철(ferroborn) 합금을 사용하였다.First, the required composition alloy was melted in an Ar atmosphere using a low frequency melting furnace, cast at 1000 ° C. in various molds, and the cast alloy was taken out after 20 minutes. At this time, a rare earth metal having a purity of 95% (impurity is mainly a rare earth metal) was used, a transition metal having a purity of at least 99.9%, and a boron ferroborn alloy was used.
그리고, 이들 주조 합금은, 250℃이상의 열처리(1000℃에서 24시간)를 행하고, 절단, 연삭을 행하여 영구자석을 얻었다.These cast alloys were subjected to heat treatment at 250 ° C. or higher (24 hours at 1000 ° C.) for cutting and grinding to obtain permanent magnets.
제2표에, 각 조성에 있어서 철 주형을 사용하여 주조한 경우의 자기성능과 평균 입경이 나타나 있다.In Table 2, the magnetic performance and average particle diameter in the case of casting using an iron mold in each composition are shown.
또, 제1도에는 제1표의 No.3와 No.4의 조성을 이용한 시료에 있어서의 주조후의 평균 입경(㎛)과 고온 프레스후의 보자력(iHc)의 관계가 나타나 있다. 이때, 입경의 제어는 수냉 구리 주형, 철 주형, 세라믹주형등의 각종의 주형 및 진동이 주형에 부여되는 것 등에 의해 행해졌다. 이 결과로부터 입경을 제어한 주조에 의해 높은 보자력을 지닌 영구자석이 얻어짐을 알 수 있다.1 shows the relationship between the average particle diameter after casting and the coercive force (iHc) after hot pressing in a sample using the compositions of Nos. 3 and 4 in Table 1. FIG. At this time, the control of the particle diameter was performed by applying various molds and vibrations such as water-cooled copper molds, iron molds, ceramic molds, and the like to the molds. From this result, it can be seen that the permanent magnet having a high coercive force is obtained by casting with a controlled particle diameter.
[제1표][Table 1]
[제2표][Table 2]
[실시예 2]Example 2
제3표에 나타낸 영구자석 합금의 조성을 실시예1과 똑같은 방법으로 수냉 구리 주형을 사용하여 주조한후, 1000℃에서 고온 프레스하여 이방성화하였다.The composition of the permanent magnet alloy shown in Table 3 was cast using a water-cooled copper mold in the same manner as in Example 1, and then anisotropically formed by hot pressing at 1000 ° C.
이때의 주조 단계에서 열처리한 경우의 평균입경과 자기성능 및 고온 프레스후의 평균입경과 자기성능이 제4표에 나타나 있다.The average particle diameter and magnetic performance when the heat treatment in the casting step at this time, and the average particle diameter and magnetic performance after hot pressing are shown in Table 4.
또, No11과 No13, No14의 시료에 대하여 고온 프레스후 더우기 1000℃, 24시간의 열처리를 행한 때의 자기 특성이 제5표에 나타나 있다.In addition, the magnetic properties of the samples No11, No13, and No14 when the heat treatment at 1000 DEG C for 24 hours after hot pressing are further shown in Table 5.
[제3표][Table 3]
[제4표][Table 4]
[제5표][Table 5]
이 결과로부러 명백한 바와 같이 열간가공에 의해 입경이 작게 되면서 자기성능이 대폭 향상되고 또 열처리에 의해 자기성능이 개선되는 것을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the magnetic performance is greatly improved and the magnetic performance is improved by heat treatment as the particle diameter is reduced by hot working.
더우기, 본 발명의 실시예에 있어서는, 주조법을 채용함으로써, 얻어진 자석중의 함유탄소 및 산소는 각각 400ppm 및 1000ppm이하이었다.Moreover, in the Example of this invention, the content of carbon and oxygen in the magnet obtained by employing the casting method were 400 ppm and 1000 ppm or less, respectively.
또한, 제2도를 참조하여 본 발명의 방법에 따른 제조 공정도를 살펴보면, 주조한후, 열간 가공하여 열처리를 하고, 그후에 가공하여 코팅하므르써 본 발명의 영구자석은 제조된다.In addition, referring to Figure 2, a manufacturing process diagram according to the method of the present invention, after casting, hot working by heat treatment, and then processed and coated by the permanent magnet of the present invention is produced.
이상 전술한 바와 같이, 본 발명의 영구자석 및 그 제조방법에 의하면, 주조 인고트를 분쇄함이 없이 벌크 상태에서 보자력이 얻어지므로 제조 공정을 현저히 단순화할 수 있고, 낮은 비용 그리고 고성능의 영구자석 함금의 제조가 가능하게 된다.As described above, according to the permanent magnet of the present invention and the manufacturing method thereof, the coercive force is obtained in the bulk state without crushing the casting ingot, it is possible to significantly simplify the manufacturing process, low cost and high performance permanent magnet alloy Can be manufactured.
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