WO2013111957A1

WO2013111957A1 - 연자성 코어 재료용 Ｆｅ-Ａｌ 합금분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 연자성 코어의 제조 방법

Info

Publication number: WO2013111957A1
Application number: PCT/KR2013/000463
Authority: WO
Inventors: 김영민; 김융산; 김달중; 최광보; 정인범
Original assignee: (주)창성
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-08-01
Also published as: KR20130087210A

Abstract

본 발명은 직류중첩 특성이 우수하고 코어 손실 값이 낮은 연자성 코어 재료용 Fe-Al 합금분말, 이의 제조방법 및 이 Fe-Al 합금분말을 이용한 연자성 코어의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe인 조성이 합금으로 용해하는 단계와, 상기 용해된 용해물을 분사시켜 합금분말로 제조하는 방법을 제공하며, 또한 상기 제조된 합금분말을 약 700 ~ 1100 ℃의 온도가 유지되는 수소, 질소, 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 1 ~ 5 시간 정도 열처리하는 단계와, 상기 열처리된 합금분말을 세라믹으로 절연코팅하는 단계와, 상기 세라믹 절연코팅된 합금분말을 코어형태로 압축성형하는 단계와, 상기 성형된 코어를 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 코어의 제조 방법을 제공한다. 이와 같이, 본 발명에 따라 제조된 연자성 코어는 종래의 연자성 코어보다 우수한 직류중첩 특성을 나타내고, 비저항이 낮아 종래의 연자성 코어에 비해 코어 손실이 적으며, 성형성이 우수한 효과가 있다.

Description

연자성 코어 재료용 Ｆｅ-Ａｌ 합금분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 연자성 코어의 제조 방법

본 발명은 연자성 코어 재료용 Fe-Al 합금분말, 이의 제조방법 및 이 분말을 이용한 연자성 코어의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중량비로 10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe로 이루어지는 Fe-Al 합금분말 및 이러한 Fe-Al 합금분말을 용이하게 획득할 수 있도록 한 Fe-Al 합금분말 제조방법과 이 분말을 이용한 연자성 코어의 제조방법에 관한 것이다.

최근 기후변화 위기로 인한 정부의 녹색성장정책과 국제정세에 따른 유가 상승이 대두되면서 하이브리드 자동차와 태양전지의 전원조절장치(Power Conditioning System)의 수요와 필요성이 급증하며, 또한 고성능화가 동시에 요구되고 있다. 이런 에너지 관련 기기에 사용되는 인덕터 또는 리액터는 대전류에서도 높은 투자율이 확보되고, 낮은 코어 손실 값을 가지며, 성형성이 우수하여 대형화가 가능한 소재이어야 한다.

이와 같은 특성을 만족시키는 소재로는 분말로 제조된 연자성 코어가 있으며, 현재 연자성 코어 재료 중 가장 널리 사용되어지고 있는 것으로는 순철, Fe-Ni 계 퍼멀로이(Permalloy) 합금, Fe-Si-Al 계 센더스트(Sendust) 합금, Fe-Si 계 합금 등이 활용되고 있다. Fe-Ni 계 퍼멀로이는 MPP(Molybdenum Permalloy Powder, 81 wt.% Ni-17 wt.% Fe-2 wt.% Mo) 합금과 High Flux (50 wt.% Ni-50 wt.% Fe)합금의 두 종류로 나뉘는데, 전자는 높은 투자율을 가지며 코어손실이 아주 낮으나 상대적으로 포화자속밀도가 작아 높은 직류 중첩시 안정성이 충분하지 못하며, 다량의 니켈을 함유하고 있어 가격이 가장 높은 편이다. 또한, 후자의 High Flux는 포화자속밀도가 커서 직류 중첩시 안정성이 좋고 코어 손실은 MPP와 유사하지만 투자율이 상대적으로 낮으며 니켈을 많이 함유하고 있는 관계로 가격이 비싼 문제가 있다. 센더스트 합금은 비교적 큰 포화자속밀도를 갖고 코어손실이 낮으며 가격도 저렴한 편이지만 규소를 다량으로 함유하고 있어 합금분말의 탄성이 높은 관계로 고압 성형을 하여도 밀도가 낮아 포화자속밀도 대비 직류 중첩 특성이 낮은 편이다(참고문헌 : Magnetics Literature PS-01 11G, Magnetic Cores for Switching Power Supplies, Butler (1997); 대한민국특허청 공개번호 특1999-0063341 등).

최근들어, 연자성 코어 재료 가운데, 철계 합금은 주성분인 철의 풍부한 매장량으로 가격이 저렴하여 많이 이용되고 있는 편이다. 특히, Fe-Si 합금은 낮은 자기 이방성과 자기 변형으로 높은 투자율 확보가 가능하며, 높은 비저항으로 인해 코어 손실 값이 낮아 자기소자 응용에 높은 활용 잠재력을 가진다. 그러나 Fe-Si 합금분말 코어에서 Si 함량이 5 wt.% 이상이 되면 가공성이 악화되어 소성변형이 어려워지고, 성형밀도가 감소하여 자기적 특성이 저하된다는 단점을 가진다.

이처럼 종래의 여러 종류의 금속 분말 형태의 연자성 코어 재료가 상용화되어 다양하게 사용되고 있으나, 높은 가격, 낮은 직류 중첩 특성, 높은 코어 손실과 같은 단점들을 하나 이상 가지고 있어 이들 재료들의 단점들을 해결하고 성능이 우수한 새로운 재료가 절실히 요구되어 왔다.

특허문헌 1) 공개특허공보 특1999-0063341호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 코어 손실이 적고, 직류중첩 특성이 우수하며, 성형성이 우수한 새로운 조성의 Fe-Al 합금 분말을 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 합금분말의 제조방법을 제공하는 것으로서 상기 합금분말의 제조방법에 있어서 조성 제어와 합금화가 편리하고, 불순물 유입이 적은 진공 용해 또는 분위기 용해 및 분사 방법으로 Fe-Al 합금분말을 제조하는 방법을 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 Fe-Al 합금분말을 이용하여 코어 손실 값이 낮고 성형성이 우수한 연자성 코어를 제조하는 방법을 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 조성이 중량비로 10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe로 이루어진 Fe-Al 합금분말을 제공한다. 이러한 Fe-Al 합금분말은 극미량의 불가피한 불순물들을 가질 수도 있다.

또한, 본 발명은 10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe로 이루어진 조성이 되도록 Fe와 Fe-Al 합금 또는 Fe와 Al을 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 용해하는 단계와; 상기 용해된 용해물을 가스 또는 물을 분사하여 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 제조하는 단계와; 상기 제조된 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 약 700 ~ 1100 ℃의 온도가 유지되는 수소, 질소, 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 1 ~ 5 시간 정도 열처리하는 단계를 포함하는 Fe-Al 합금분말의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe로 이루어진 Fe-Al 합금분말에 0.1 ~ 4 wt.%의 혼합 세라믹을 첨가하여 적어도 1회 이상 절연코팅을 실시하여 절연분말을 얻는 단계와; 상기 절연분말에 성형성 향상 및 금형 보호를 위해 아연(Zn), 아크로왁스(Acrowax), 아연-스테아레이트(Zn-Stearate), 알루미늄-스테아레이트(Al-Stearate) 와 같은 윤활제를 2 wt.% 이하로 혼합하거나, 또는 윤활제를 다이(Die)에 도포하는 단계와; 상기 윤활제를 혼합하거나, 또는 윤활제를 다이에 도포한 단계 후에 고압 성형하여 코어를 제조하는 단계와; 상기 성형된 코어의 잔류응력과 변형을 제거하도록 수소, 질소, 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 약 500 ~ 900 ℃의 온도를 유지한 채 약 20 ~ 180분 정도 열처리를 실시하여 연자성 코어를 제조하는 단계를 포함하는 연자성 코어 제조방법을 제공한다.

본 발명을 따른 연자성 코어 재료용 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말, 이의 제조방법 및 이 분말을 이용한 연자성 코어의 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, Fe-Si 합금분말의 경우는 Si 함량이 5 wt.% 이상이 되면 가공성이 악화되어 소성변형이 어려워지는 등의 문제점이 발생하여, Si 함량이 5 wt.%의 한계 첨가량을 보이는데 반하여, 본 발명의 Fe-Al 합금분말은 Al 함량을 16 wt.% 까지 첨가하여도 가공성 내지 성형성에서는 큰 문제가 없으며, 나아가 이러한 높은 Al 첨가량에 의해 본 발명의 Fe-Al 합금분말의 비저항은 Al 첨가량에 비례하여 증가하며, 이는 낮은 와전류 손실(Pev)값을 나타낸다. 또한, 본 발명의 Fe-Al 합금분말은 낮은 코어 손실값을 나타내며, 이러한 Fe-Al 합금분말을 재료로 하여 연자성 코어를 제조함으로써 발열에 민감한 부품에 활용될 수 있는 장점이 있다.

둘째, 본 발명의 Fe-Al 합금분말은 Al을 16 wt.%까지 첨가하여도 성형성이 우수하며, 성형밀도 또한 높아 기존의 연자성 코어 재료인 몰리브덴 퍼멀로이 (Molybdenum Permalloy) 또는 센더스트(SENDUST)에 비해 대전류 직류중첩 특성이 현저히 향상된다.

셋째, 가격이 저렴한 Fe와 Al 원자재의 사용으로, 제조원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 본 발명의 Fe-Al 합금분말 제조방법은 진공분위기 또는 불활성 분위기에서 용해함으로서, 조성제어와 합금화가 편리하고 불순물 유입이 적은 장점이 있으며, 본 발명의 Fe-Al 합금분말을 이용한 연자성 코어의 제조방법은 우수한 직류중첩 특성과, 낮은 코어 손실 값을 나타내면서, 높은 투자율을 가지며, 성형밀도가 우수한 연자성 코어를 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 알루미늄 함량에 따른 Fe-Al 합금분말의 경도를 나타내는 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 다양한 실시예에 의해 제조된 연자성 코어인 발명재 및 기존의 코어인 비교재 간의 직류전류에 따른 인덕턴스 변화, 즉 직류중첩 특성을 도시한 비교 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 다양한 실시예에 의해 제조된 연자성 코어인 발명재 및 기존의 코어인 비교재 간의 주파수에 따른 코어 손실 값 변화를 도시한 비교 그래프.

이하에서는, 도면 내지 본 발명에 따른 바람직한 실시예 등에 의거하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 불활성 분위기에서 분사하는 방법에 의해 본 발명의 Fe-Al 합금분말을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe인 조성이 되도록 Fe와 Fe-Al 합금 또는 Fe와 Al을 진공 용해 또는 분위기 용해 방법으로 용해한다. 이러한 진공 용해 또는 분위기 용해는 Fe-Al 합금분말의 조성제어와 합금화가 편리하고 원료의 산화 손실을 줄일 수 있으며, 불활성 분위기로 비금속과 같은 불순물 유입이 적은 장점을 가진다. 이러한 분위기에서 용해물은 N₂, He, Ne, Ar, Kr, Xe 및 Rn 가스 중에서 한 가지 또는 두 가지 이상을 혼합한 가스(이하 ‘가스분사’라 함) 또는 물을 분사(이하 ‘수분사’라 함)하여 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 제조한다.

상기 Fe-Al 합금분말에서, Al 첨가량을 10 ~ 16 wt.%로 제한하였다. 이는 10 wt.% 미만의 조성에서는 낮은 비저항으로 코어 손실값이 높아지며, 16 wt.% 초과된 조성에서는 분말의 경도가 높아져 성형성이 떨어지며, 높은 Al 첨가량으로 인한 직류중첩 특성 또한 감소하여 이를 제한하였다.

이와 관련하여, 연자성 코어에서 코어 손실은 회로 내에서 부품으로 사용될 때 열 및 회로의 효율로 표현되므로 코어 손실을 낮추는 것이 매우 중요한 일이다. 이러한 측면에서 본 발명의 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말은 10 ~ 16 wt.%의 알루미늄 함량 범위내에서 코어 손실이 낮아지는 결과를 달성하고 있다. 특히, 알루미늄 함량이 13 wt.%에서 가장 낮은 275 mW/cc의 코어 손실을 보이는 최종 결과를 달성하고 있다.

한편, 알루미늄 함량에 따른 본 발명의 Fe-Al 합금분말의 경도가 도 1에 나타나 있다. 본 발명의 연자성 코어와 같이 압축 가압 성형을 하여 제조하는 금속 분말 연자성 코어의 경우 연자성 코어 재료인 합금분말입자의 경도가 자성 특성에 큰 영향을 준다. 도 1을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 Fe-Al 합금분말의 비커스 경도는 Al의 함량이 증가할수록 높아진다. 그러나, 본 발명의 Fe-Al 합금분말의 Al 함량의 상한값인 16 wt.% Al에서의 비커스 경도가 287 정도로 종래의 센더스트의 비커스 경도인 450에 비하여 현저히 낮은 값을 가지며, Fe-Si 합금분말의 경도(약 309 정도) 보다도 낮아 압축가압 성형시 좋은 연자성 특성, 특히 직류중첩 특성이 우수하다.

또한, 가스분사 또는 수분사로 제조된 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말의 평균입도는 180㎛ 이하로 제한하며, 이는 연자성 코어 성형시, 성형강도 및 프레스의 파손을 방지하며, 코어 손실 값에서 와전류 손실(Pev)을 낮추기 위함이다.

다음으로, 사별된 본 발명의 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 약 700 ~ 1100 ℃의 온도가 유지되는 수소, 질소, 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 1~5 시간 정도 열처리한다. 이러한 열처리는 분사법에 의해 상기 합금분말 내부에 발생된 응력을 제거하고, 연자성 코어를 제조할 때에 코어의 압축 성형 중에 기계적 가공에 의해 가공경화된 분말과 절연층 사이에 전단(shearing)이 발생하는 것을 줄이기 위함이다. 상기 열처리 조건에 부합한 조건에서는 열처리하지 않은 합금분말 코어보다 직류중첩 특성이 향상되고, 코어 손실 값도 낮아진다. 반면에, 열처리 조건이 상기의 조건에 부합하지 않으면 직류중첩 특성 등의 개선 정도가 낮아지게 된다.

또한, 상기와 같이 제조된 본 발명의 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 이용하여 연자성 코어를 제조하는 바, Al 10~16 wt.%, 잔여량이 Fe로 이루어진 Fe-Al 합금분말을 구비한 후, 구비된 합금분말에 0.1~4 wt.%의 혼합 세라믹을 첨가하여 1회 또는 2~4회로 나누어 절연코팅을 실시한다.

혼합 세라믹은 소듐 실리케이트(Sodium Silicate) 또는 포타슘 실리케이트(Potassium Silicate) 를 기본으로 하는 세라믹 혼합물을 말하며, 세라믹 코팅은 개개의 분말을 분리시킴으로써 연자성 코어 재료의 와전류손실(Pev)을 줄이기 위한 것이다. 여기에서, 상기 혼합 세라믹의 첨가량을 0.1~4 wt.%로 한정하는 이유는 0.1 wt.% 미만에서는 세라믹 양이 적어 코팅이 안되는 분말이 생기고, 4 wt.% 초과에서는 세라믹의 소모량이 많을 뿐만 아니라 4 wt.% 이하의 세라믹으로도 충분히 원하는 낮은 투자율을 얻을 수 있기 때문이다.

이어, 절연코팅이 이루어진 혼합 분말은 성형다이에서 프레스에 의해 압축성형되어 임의의 형상을 가진 코어로 성형하는 바, 이때 성형다이와 밀집된 성형체 사이의 마찰력 및 분말 입자 사이의 마찰을 감소시키기 위해 윤활제를 2 wt.% 이하로 첨가하거나, 또는 윤활제를 다이에 도포한다.

상기 윤활제는 통상 아연(Zn), 아크로왁스(Acrowax), Zn-Stearate(아연-스테아레이트), 또는 Al-Stearate(알루미늄-스테아레이트)과 같은 것이 사용되며, 이는 연자성 코어의 성형성을 향상시킬 뿐만 아니라 프레스의 금형을 보호하는 기능을 수행한다.

그런 후에, 성형된 연자성 코어에서 잔류응력과 변형을 제거하기 위해 수소, 질소 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 약 500 ~ 900 ℃의 온도를 유지한 채 약 20 ~ 180분 정도 열처리를 실시하여 연자성 코어를 제조하게 된다.

연자성 코어의 열처리 온도 및 시간을 상기와 같이 한정하는 이유는 잔류응력을 완전히 제거하고 합금분말의 절연층이 파괴되는 것을 방지하여 우수한 직류중첩 특성과 코어 손실 값을 얻기 위한 것으로, 500℃ 미만에서는 히스테리시스 손실(Hysteresis Loss)이 크고 900℃ 초과에서는 세라믹이 손상될 우려가 있으며, 20분 미만에서는 열처리 효과가 전무하고 180분 초과에서는 코어의 투자율의 변화가 없으므로 180분 초과로 열처리할 필요가 없기 때문이다.

이와 같은 과정을 통해 제조된 연자성 코어는 습기, 대기로부터 코어의 특성을 보호하기 위해 상기 코어의 표면에 폴리에스테르 또는 에폭시 수지 등으로 코팅 처리함으로써 최종적인 연자성 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말 코어가 완성된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 제조방법에 따른 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말의 제조 및 이러한 본 발명의 합금분말을 이용한 연자성 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말 코어의 제조를 하기한 바와 같이 실시하였으며, 각 실시예에 따른 직류중첩 특성과 코어 손실 값을 평가하여 각각 도 2와 도 3에 그래프로 비교 도시하였다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

Fe-Al 합금분말의 제조를 위한 원재료의 용해는 20 kg 용량의 진공용해로를 이용한다. 이러한 진공용해로는 고주파 발생장치, 진공장치, 용해장치로 구성된다. 진공장치는 용해실내의 진공도를 10^-4 토르(torr) 이하로 유지시킬 수 있는 펌프시스템을 포함하며, 고주파 발생장치는 용해 용량에 따라 다르나 20 kg 용량의 로에서는 50 kw 정도가 사용된다.

이러한 진공용해로를 이용하여 준비된 원자재인 전해철과 페로알루미늄을 Al 13 wt.%, 잔여량 Fe로 이루어진 Fe-Al의 합금분말의 조성비가 되도록 용해로에 장입하고, 진공펌프를 작동시켜 진공도를 10^-4 토르로 낮춘 다음 파워를 올려 60 ~ 80 분 후에 상기 원자재가 용해되면 약 10분 정도 유지한 후 아르곤 가스를 대기압과 유사할 때까지 주입한 후, 상부와 하부의 챔버에 압력차를 주고 분사를 개시하였다. 분사 시 노즐은 내경사이즈 4 mm의 BN 노즐을 사용하였으며 분사 가스는 아르곤을 사용하였다. 분사 시 분사압력은 20kgf 정도를 유지하였다. 이러한 진공용해 분사법으로 구형의 분말을 제조한 후, 140 메쉬 체를 사용하여 106 ㎛이하의 크기를 갖도록 상기 제조된 합금분말을 사별하였다. 사별된 분말은 800 ℃ 의 질소분위기에서 2시간 동안 열처리하였다.

이렇게 열처리하여 제조된 본 발명의 Fe-Al 합금분말을 0.5 wt.%의 혼합 세라믹으로 1회 절연코팅을 행하고, 0.4 wt.%의 알루미늄-스테아레이트 윤활제를 첨가하여 외경 26.9 ㎜, 내경 14.7 ㎜, 높이 11.1 ㎜의 토로이달(Toroidal)형 코어가 되도록 15 ton/㎠의 압력으로 성형하였으며, 700 ℃의 질소 분위기하에서 1시간 동안 열처리하여 본 발명의 연자성 코어를 완성하였다(발명재 1).

상기 제조된 연자성 코어(발명재 1)의 인덕턴스, 직류중첩 특성 및 코어 손실 값을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

상기 제조된 연자성 코어의 자성 특성의 평가는 제조된 코어에 대해 0.55 ㎜의 에나멜 동선을 36회 권선 후 정밀 LCR 미터(meter)를 사용하여 인덕턴스(L; μH)를 측정한 후, 아래 수학식 1로 나타낸 토로이달형 코어(Toroidal Core)의 관계식에 의하여 투자율(μ)을 구하고 Q값(품질계수; Quality Factor)을 측정한다. 측정조건은 주파수 100 ㎑, 교류전압 1V, 직류를 중첩시키지 않은 상태(I_DC=0A)이다.

[수학식 1]

여기에서 L은 인덕턴스(μH), μ는 코어의 투자율, N은 권선횟수, A는 코어의 종단면적(㎠), ℓ은 평균자로의 길이(㎝)이다.

또한, 직류전류를 변화시키며 투자율의 변화를 측정하여 직류중첩 특성을 검사하는데, 이 때 측정조건은 주파수 100㎑, 교류전압 1V를 인가하고, 직류전류를 0~40A 인가하여 정밀 LCR 미터를 사용하여 직류중첩 특성을 평가하였다.

[비교예 1]

Si 5 wt.%, 잔여량 Fe로 이루어진 Fe-Si을 대기용해 분사법으로 구형의 분말을 제조한 후, 140 메쉬 체를 사용하여 106 ㎛이하의 크기를 갖도록 사별하였다. 사별된 분말은 800℃의 질소분위기에서 2시간 동안 열처리하였다.

이렇게 열처리하여 제조된 Fe-Si 합금분말은 0.5 wt.%의 혼합 세라믹으로 1회 절연코팅을 행하고, 0.4 wt.%의 알루미늄-스테아레이트 윤활제를 첨가하여 외경 26.9 ㎜, 내경 14.7 ㎜, 높이 11.1 ㎜의 토로이달형 코어가 되도록 15ton/㎠ 의 압력으로 성형하였으며, 700 ℃의 질소 분위기하에서 1시간 동안 열처리하여 기존의 연자성 코어를 완성하였다(비교재 1).

상기 방법으로 제조된 Fe-Si 합금분말 코어에 대한 특성 검사는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

[비교예 2]

Si 9 wt.%, Al 6 wt.%, 잔여량 Fe로 이루어진 센더스트를 주조하여 잉고트를 만들고, 8시간 동안 잉고트를 볼밀하여 분쇄분말을 제조한 후, 140 메쉬 체를 사용하여 106 ㎛이하의 크기를 갖도록 사별하였다. 사별된 분말은 700℃의 질소 분위기에서 2시간 동안 열처리하였다.

이렇게 열처리하여 제조된 센더스트 합금분말은 1.0 wt.%의 혼합 세라믹으로 1회 절연코팅을 행하고, 0.4 wt.%의 알루미늄-스테아레이트 윤활제를 첨가하여 외경 26.9 ㎜, 내경 14.7 ㎜, 높이 11.1 ㎜의 토로이달형 코어가 되도록 15 ton/㎠의 압력으로 성형하였으며, 700 ℃의 질소 분위기하에서 1시간 동안 열처리하여 기존의 센더스트 합금분말 코어를 완성하였다(비교재2).

상기 방법으로 제조된 센더스트 합금분말 코어에 대한 특성 검사는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

[표 1]

※ Pev : 와전류 손실, Phv : 히스테리시스 손실, DCB : 직류중첩 특성(Direct Current Bias Characteristic)

한편, 상기 살펴본 실시예 및 비교예에 의해 제조된 본 발명의 연자성 코어인 발명재 1 과 기존의 연자성 코어인 비교재 1 및 비교재 2 사이에는 자성의 특성등에서 차이가 있다.

이와관련하여, 도 2는 본 발명의 발명재 1과 기존의 비교재 1 및 비교재 사이의 직류전류에 따른 인덕턴스 변화, 즉 직류중첩 특성을 도시한 비교 그래프이다. 이러한 도 2를 통해서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 연자성 코어의 직류전류에 따른 인덕턴스 변화, 즉 직류중첩 특성은 기존의 센더스트(비교예2)에 비해 매우 높은 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 표 1 및 도 3을 통해서도 알 수 있듯이, 본 발명의 발명재 1은 기존의 비교재 1 및 비교재 2에 비하여 높은 투자율을 보이고 있으며, 코어 손실 값도 본 발명의 발명재 1은 Fe-Si 합금분말 연자성 코어인 비교예 1에 비해 매우 낮으며, 비교예 2와는 대등한 정도로 낮은 값을 나타내고 있다.

또한, 본 발명의 발명재 1의 상대밀도는 92%인 반면에, 비교재 1은 90% 이고, 비교재 2는 85%로 발명재 1 보다 낮은 상대밀도를 가진다. 이처럼, 본 발명의 발명재 1은 상대밀도가 높음으로서 상대적으로 우수한 성형성을 달성할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 코어 손실이 적고, 직류중첩 특성이 우수하며, 성형성이 우수한 새로운 조성의 Fe-Al 합금 분말을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 합금분말의 제조방법을 제공하는 것으로서 상기 합금분말의 제조방법에 있어서 조성 제어와 합금화가 편리하고, 불순물 유입이 적은 진공 용해 또는 분위기 용해 및 분사 방법으로 Fe-Al 합금분말을 제조하는 방법으로 활용 할 수 있다.

또한, 본 발명은 Fe-Al 합금분말을 이용하여 코어 손실 값이 낮고 성형성이 우수한 연자성 코어를 제조하는 방법으로 할용 할 수 있다.

Claims

10 ~ 16 wt.% 의 Al, 잔여량이 Fe로 이루어진 Fe-Al계 연자성 코어 재료용 합금분말.

10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe인 조성이 되도록 Fe와 Fe-Al 합금 또는 Fe와 Al을 진공 분위기에서 용해하거나 불활성 분위기에서 용해하여, 가스 또는 물을 분사하는 것을 특징으로 하는 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 제조하는 방법.

제 2항에 있어서,

상기 가스 또는 물을 분사하여 제조된 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 700 ~ 1100 ℃의 온도가 유지되는 수소, 질소, 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 1~5 시간동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 제조하는 방법.

10 ~ 16 wt.%의 Al, 잔여량이 Fe로 이루어진 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말을 구비하는 단계와;

상기 Fe-10~16 wt.%Al 합금분말에 0.1~4 wt.%의 혼합 세라믹을 첨가하여 1회 또는 2~4회로 나누어 절연코팅을 실시하는 단계와;

상기 절연코팅된 합금분말에 윤활제를 2 wt.% 이하로 혼합하거나, 또는 윤활제를 다이에 도포하는 단계와;

상기 윤활제를 혼합한 합금분말을 다이에 투입하거나, 또는 윤활제가 도포된 다이에 합금분말을 투입하여 고압성형하여 코어를 제조하는 단계와;

상기 성형된 코어의 잔류응력과 변형을 제거하도록 수소, 질소 또는 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 500 ~ 900 ℃의 온도를 유지한 채 20 ~ 180분 정도 열처리를 실시하여 연자성 코어를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 코어 제조 방법.