WO2020111772A1 - 희토류 자석 제조방법 - Google Patents

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WO2020111772A1
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rare earth
hydride
hydrogen compound
magnet
grain boundary
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PCT/KR2019/016464
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임현석
공군승
나현민
김동환
박원규
배석
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엘지이노텍 주식회사
성림첨단산업(주)
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    • H—ELECTRICITY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties
    • C22C2202/02—Magnetic

Definitions

  • the embodiment relates to a method of manufacturing a rare earth magnet.
  • permanent magnets can be manufactured by adding heavy rare earths such as Dy and Tb.
  • the most common method is to use a composition alloy in which Dy or Tb is substituted for a part of Nd.
  • Nd of the Nd 2 Fe 14 B compound By substituting Nd of the Nd 2 Fe 14 B compound with these elements, the anisotropic magnetic field of the compound can be increased and the coercive force can also be increased.
  • substitution by Dy or Tb reduces the saturation magnetic polarization of the compound. Therefore, if the coercive force is increased only by the above method, there is a problem that the residual magnetic flux density decreases.
  • the size of the external magnetic field generated by the nucleus of the reverse domain at the grain interface becomes the coercive force.
  • the structure of the grain interface has a strong influence on the nucleation of the inverse magnetic domain, and the disturbance of the crystal structure in the vicinity of the interface leads to the disturbance of the magnetic structure and promotes the formation of the inverse magnetic domain.
  • the magnetic structure from the crystal interface to a depth of about 5 nm contributes to the increase in the coercive force.
  • the coercive force can be increased while suppressing the decrease in the residual magnetic flux density, and the Nd 2 Fe 14 B compound composition alloy and Dy or
  • a manufacturing method in which a Tb-rich alloy is separately produced and then mixed and sintered. In this method, the alloy rich in Dy or Tb becomes liquid during sintering and is distributed to surround the Nd 2 Fe 14 B compound.
  • Nd and Dy or Tb are substituted only in the vicinity of the grain boundary of the compound, and the coercive force can be effectively increased while suppressing the decrease in the residual magnetic flux density.
  • this method also has a problem in that manufacturing cost is increased in that it uses expensive Dy or Tb.
  • the embodiment may provide a method of manufacturing a rare earth magnet that can reduce the amount of heavy rare earth.
  • Method for producing a rare earth magnet preparing a magnetic sintered body containing RE, Fe, B as a composition component (RE is selected from one or two or more selected from rare earths); Applying a solution containing a grain boundary diffusion material to the sintered body; And thermally diffusing the sintered body, and the intergranular diffusion material includes heavy rare earth (HREE) hydrogen compound and light rare earth (LREE) hydrogen compound.
  • HREE heavy rare earth
  • LREE light rare earth
  • the heavy rare earth (HREE) hydrogen compound may include at least one of a Dy hydrogen compound, a Tb hydrogen compound, and a Ho hydrogen compound.
  • the light rare earth (LREE) hydrogen compound may include an Nd hydrogen compound (NdHx).
  • the content of the heavy rare earth (HREE) hydrogen compound may be less than that of the light rare earth (LREE) hydrogen compound.
  • the content of the heavy rare earth (HREE) hydrogen compound may be greater than the content of the light rare earth (LREE) hydrogen compound.
  • Preparing a magnetic sintered body containing RE, Fe, and B as a compositional component (RE is selected from one or two or more selected from rare earths); Applying a first solution containing a first grain boundary diffusion material to the sintered body; Heat-treating the sintered body to diffuse primary grain boundaries; Applying a second solution containing a second grain boundary diffusion material to the sintered body; A second grain boundary diffusion may be performed by heat-treating the sintered body.
  • the first grain boundary diffusion material may include a heavy rare earth (HREE) hydrogen compound
  • the second grain boundary diffusion material may include a light rare earth (LREE) hydrogen compound.
  • the embodiment it is possible to reduce the amount of heavy rare earth can be used to lower the manufacturing cost. Further, it is possible to prevent the coercive force and the magnetic flux density from being lowered.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a magnet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a magnet according to another embodiment of the present invention.
  • EPMA electron microscope analyzer
  • EPMA electron microscope analyzer
  • FIG. 8 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a rare earth magnet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a rare earth magnet according to another embodiment of the present invention.
  • a singular form may also include a plural form unless specifically stated in the phrase, and is combined with A, B, and C when described as "at least one (or more than one) of A and B, C". It can contain one or more of all possible combinations.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
  • a component when a component is described as being'connected','coupled' or'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also to the component It may also include the case of'connected','coupled' or'connected' due to another component between the other components.
  • top (top) or bottom (bottom) is not only when the two components are in direct contact with each other, Also included is the case where one or more other components are formed or disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one component.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a magnet according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged photograph of a conventional sintered magnet
  • FIG. 4 is an enlarged view of a diffusion magnet It is a picture.
  • the motor may include a housing 110, a stator 130, a rotor 120, and a rotating shaft 140.
  • the housing 110 may include a space part accommodating the stator 130 and the rotor 120.
  • the material and structure of the housing 110 are not particularly limited.
  • the motor of the embodiment may be a single assembly in which components are disposed in the housing 110, or may be an aggregate in which each component (stator, rotor) is disposed in the upper system.
  • the housing 110 may further include a cooling structure (not shown) to easily discharge internal heat.
  • the cooling structure may be an air cooling or water cooling structure, but is not limited thereto.
  • the stator 130 may be disposed in the inner space of the housing 110.
  • the stator 130 may include a stator core and a coil.
  • the stator core may include a plurality of split cores coupled in the axial direction, but is not limited thereto.
  • the rotor 120 may be rotatably disposed with respect to the stator 130.
  • the rotor 120 may include a plurality of magnets 121 disposed on the outer circumferential surface of the rotor core. However, the magnet 121 may also be inserted into the rotor core 210.
  • a rotating shaft 140 may be coupled to the central portion of the rotor 120. Therefore, the rotor 120 and the rotating shaft 140 may rotate together.
  • the rotating shaft 140 may be supported by a first bearing 151 disposed on one side and a second bearing 152 disposed on the other side.
  • Such a motor may be a traction motor or an EPS motor, but is not necessarily limited thereto, and may be applied to various types of motors.
  • the magnet according to the embodiment may be applied to various devices in which the magnet is mounted in addition to the motor.
  • the magnet may include a magnetic sintered compact crystal structure 121a including RE, Fe, and B as a compositional component, and a diffusion layer 121b diffused in grain boundaries of the crystal structure. Also, an Nd rich section 121c may be formed between the crystal 121a and the crystal 121a. The Nd rich section 121c may be defined as a section in which the composition of Nd is relatively higher than other compositions.
  • the magnetic sintered body can be produced by using rare earth magnet powder containing RE, Fe, and B as a compositional component.
  • RE may be one or two or more selected from rare earths of one or more of Nd, Pr, La, Ce, Ho, Dy, and Tb.
  • the rare earth magnet powder is described as an Nd-Fe-B-based sintered magnet, but the type of the magnet powder is not necessarily limited thereto.
  • the diffusion layer 121b may include heavy rare earth (HREE) and light rare earth (LREE). Heavy rare earth may include at least one of Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Tb, and Ho. In addition, the light rare earth may include at least one of La, Ce, Pr, Nd.
  • the composition of the diffusion layer 121b may include compositions such as Dy/Nd, Tb/Nd, Ho/Nd, Dy/Pr, Dy/Ho/Nd, and Dy/Ho/Pr.
  • light rare earth (Ho, Nd) having a relatively low price may be used instead of relatively high heavy rare earth (Dy, Tb). Therefore, there is an advantage of reducing the production cost by reducing the amount of heavy rare earth (Dy, Tb).
  • the diffusion layer 121b is not limited thereto, and may be composed of only heavy rare earth or only light rare earth.
  • the diffusion layer 121b may be composed of Dy/Tb, Tb/Ho, Dy/Tb/Ho, and Pr/Nd.
  • the diffusion layer 121b may be formed by wet-coating a rare earth powder on a base magnet, which is a permanent magnet for sintering, and then diffusing it at a high temperature. That is, when the permanent magnet coated with the rare earth powder is heat-treated at a high temperature, some of the rare earth elements diffuse through the grain boundaries of the magnet to form a core-shell structure. That is, the diffusion layer 121b may be defined as a shell. 3 and 4, in the BSE SEM image, a general sintered magnet and a diffusion magnet in which a clay element is diffused can be distinguished.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a magnet according to another embodiment of the present invention
  • Figure 6 is an electron microscope analyzer (EPMA) analysis results showing the content of the rare earth of the magnet according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is the present invention
  • the diffusion layer 121b may form a single layer even when a plurality of rare earths are mixed. However, as shown in FIG. 7, the diffusion layer 121b may be divided into a plurality of layers.
  • the inner layer 121b-1 may be made of an element having a relatively high diffusion rate
  • the outer layer 121b-2 may be made of an element having a relatively slow diffusion rate.
  • Dy and Ho when Dy and Ho are mixed and applied to a magnet and heat-treated, Dy with high diffusion may be formed inside and Ho with relatively slow diffusion may be formed in the outer layer.
  • Dy and Ho may be detected at the same position in the crystal as shown in FIG. 6 to form a single layer, but as shown in FIG. 7, Dy is disposed inside Ho to form a plurality of layers. You may.
  • a plurality of layers may be intentionally formed in addition to the case where the layers are divided by the diffusion rate. For example, when a separate application process and a heat treatment process are performed for each rare earth powder, the diffusion layer 121b may be divided into a plurality of layers.
  • these diffused elements can be finally detected through a transmission electron microscope (TEM), backscattered electron diffraction analysis (EBSD), secondary ion mass spectrometry (SIMS), and the like. .
  • TEM transmission electron microscope
  • EBSD backscattered electron diffraction analysis
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the initial coating amount before diffusion may be different from the detected amount.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a rare earth magnet according to an embodiment of the present invention.
  • the rare earth magnet manufacturing method comprises the steps of preparing a magnetic sintered body containing R, Fe, B as a composition component (S11); Applying a solution containing a grain boundary diffusion material to the sintered body (S12); And a step (S13) of heat-treating the sintered body for grain boundary diffusion.
  • a rare earth magnet powder containing a RE-B-TM-Fe composition component may be used.
  • RE may be a rare earth and TM may be a 3d transition element.
  • RE may be 28 to 35 parts by weight based on 100 parts by weight of the rare earth magnet powder, B to 0.5 to 1.5 parts by weight, and TM to 0 to 15 parts by weight. In addition, it may contain the balance Fe.
  • the alloy of the above composition may be melted in a vacuum induction heating method to manufacture an alloy ingot using a strip casting method.
  • a milling method such as jet mill, atritam, ball mill, vibration mill, etc. It can be made into a uniform and fine powder.
  • the process of manufacturing a powder of 1 to 10 ⁇ m from an alloy ingot is preferably performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent contamination of oxygen and deterioration of magnetic properties.
  • magnetic field molding may be performed using fine powder.
  • the kneaded powder is filled into a mold, and a DC magnetic field is applied by an electromagnet located on the left/right side of the mold to orient the kneaded powder, and at the same time, compression molding is performed by upper/lower punch to produce a molded body. can do.
  • the magnetic field forming process may be performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent oxygen from being contaminated and deteriorating magnetic properties.
  • the molded body can be sintered.
  • the sintering conditions are not limited, but sintering may be performed at a temperature within the range of 900°C to 1100°C, and the temperature increase rate at 700°C or higher may be adjusted within the range of 0.5 to 15°C/min.
  • the molded body obtained by magnetic field molding can be charged to a sintering furnace, and sufficiently maintained at a vacuum atmosphere and 400° C. or less to completely remove remaining impurities. Subsequently, the temperature is raised to 900° C. to 1100° C. again, and the sintering can be densified by maintaining it for 1-4 hours.
  • the sintering atmosphere is preferably performed in an inert atmosphere such as vacuum and argon, and at a temperature of 700° C. or higher, the heating rate can be adjusted to 0.1 to 10° C./min, preferably 0.5 to 15° C./min.
  • the sintered body after sintering may be stabilized by performing heat treatment for 1 to 4 hours in the range of 400 to 900°C, and then processed to a predetermined size to produce a sintered rare earth magnet.
  • a solution containing a grain boundary diffusion material may be applied to the produced magnet.
  • the intergranular diffusion material may include heavy rare earth (HREE) hydrogen compounds and light rare earth (LREE) hydrogen compounds. According to an embodiment, there is an advantage in that the production cost can be lowered by diffusing a large amount of light rare earth, which is relatively inexpensive.
  • Heavy rare earth (HREE) hydrogen compounds may include at least one of Dy hydrogen compounds, Tb hydrogen compounds, and Ho hydrogen compounds
  • light rare earth (LREE) hydrogen compounds may include Nd hydrogen compounds (NdHx).
  • the weight part of the heavy rare earth (HREE) hydrogen compound based on 100 parts by weight of the grain boundary diffusion material may be smaller than the weight part of the light rare earth (LREE) hydrogen compound.
  • the weight of the heavy rare earth (HREE) hydrogen compound may be greater than or equal to the light weight of the light rare earth (LREE) hydrogen compound, taking into account the limit of diffusion.
  • any one or more of Ho hydrogen compound, Dy hydrogen compound, and Tb hydrogen compound and light rare earth hydrogen compound are mixed to prepare a grain boundary diffusion material, and the ratio of the grain boundary diffusion material and alcohol is 50%: 50% uniform It can be mixed to prepare a rare earth compound slurry.
  • the prepared slurry can be placed in a beaker and dispersed uniformly using an ultrasonic cleaner, followed by depositing the work piece and then uniformly applying the solution to the magnet surface.
  • step (S13) of intergranular diffusion in order to diffuse the applied heavy rare earth (HREE) hydrogen compound and light rare earth (LREE) hydrogen compound to the grain boundaries inside the magnet, a sintered magnet coated with a solution is charged in a heating furnace and in an argon atmosphere. It can be heated to a heating rate of 0.1°C/min to 10°C/min to maintain 4 to 8 hours at a temperature of 700 to 1000°C.
  • the heavy rare earth hydrogen compound is decomposed into heavy rare earth
  • the light rare earth hydrogen compound is decomposed into light rare earth and diffuses into the magnet to allow the penetration reaction to proceed.
  • the heat treatment may be further included in the range of 400°C to 1000°C to remove stress.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a rare earth magnet according to another embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a rare earth magnet includes preparing a magnetic sintered body including RE, Fe, and B as a composition component (S21); Applying a first solution containing a first grain boundary diffusion material to the sintered body (S22); Heat-treating the sintered body to diffuse primary grain boundaries (S23); Applying a second solution containing a second grain boundary diffusion material to the sintered body (S24); It includes a step (S25) of the secondary grain boundary diffusion by heat treatment of the sintered body.
  • the above-described configuration (S11) may be applied as it is.
  • the ratio of the first grain boundary diffusion material and the alcohol composed of the heavy rare earth hydrogen compound and/or the light rare earth hydrogen compound is adjusted to 50%:50%, and uniformly mixed, thereby mixing the rare earth compound slurry Can be produced. Thereafter, the prepared slurry can be uniformly dispersed in a beaker and uniformly dispersed using an ultrasonic cleaner, while the workpiece is deposited for 1 to 2 minutes and then the slurry can be uniformly applied to the magnet surface.
  • a sintered magnet coated with a solution is charged in a heating furnace to diffuse the applied rare earth compound to the grain boundaries inside the magnet, and heated in an argon atmosphere at a temperature of about 700°C to 1000°C. Hours to 8 hours. During this process, the rare earth compound is decomposed into rare earths and diffuses into the magnet, whereby the penetration reaction may proceed.
  • stress relief heat treatment may be performed at a temperature of 400°C to 1000°C.
  • the ratio of the second grain boundary diffusion material and the alcohol composed of the heavy rare earth hydrogen compound and/or the light rare earth hydrogen compound is adjusted to 50%:50%, respectively, and uniformly mixed to make the rare earth compound slurry.
  • the first grain boundary diffusion material may be different from the second grain boundary diffusion material.
  • the first grain boundary diffusion material may be a heavy rare earth hydrogen compound and the second grain boundary diffusion material may be a light rare earth hydrogen compound.
  • the first grain boundary diffusion material may be a light rare earth hydrogen compound and the second grain boundary diffusion material may be a heavy rare earth hydrogen compound.
  • the application amount of the first grain boundary diffusion material and the application amount of the second grain boundary diffusion material may be different.
  • the first grain boundary diffusion material may be 0.1 to 1.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total rare magnet hydrogen compound
  • the second grain boundary diffusion material may contain 0.1 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the light rare earth hydrogen compound. It can be wealth.
  • the first grain boundary diffusion material may have 0.1 to 0.5 parts by weight of the heavy rare earth hydrogen compound based on 100 parts by weight of the magnet
  • the second grain boundary diffusion material may contain 0.1 to 1.0 wt. It can be wealth.
  • the coated body is charged in a heating furnace to diffuse the applied rare earth compound to the grain boundaries inside the magnet, and heated in an argon atmosphere at a temperature of about 700°C to 1000°C for 4 to 8 hours. Can keep. During this process, the rare earth compound is decomposed into rare earths and diffuses into the magnet, whereby the penetration reaction may proceed.
  • stress relief heat treatment may be performed at a temperature of 400°C to 1000°C.
  • the diffusion efficiency of the rare earth in the grain boundary can be increased by the primary diffusion and the secondary diffusion. Therefore, the coercive force and/or residual magnet density can be improved compared to the case where only primary diffusion is performed.
  • the alloy alloy was prepared by dissolving the alloy in an argon atmosphere using an induction heating method and rapidly cooling using a strip casting method.
  • the strip In the process of coarsely pulverizing the prepared alloy strip, the strip is charged into a vacuum furnace and evacuated, and then maintained in a hydrogen atmosphere for 2 hours or more to absorb hydrogen into the strip, and then heated to 600°C in a vacuum atmosphere to exist inside the strip. The hydrogen to be removed was removed.
  • the coarsely pulverized hydrotreating powder was used to prepare a uniform, fine powder having an average particle size of 1 to 5.0 ⁇ m by a pulverization method using jet mill technology. At this time, the process of manufacturing the alloy strip as a fine powder was performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent the oxygen from being contaminated and deteriorating its magnetic properties.
  • Magnetic field molding was performed as follows using fine rare earth powder crushed by a jet mill. A rare earth powder is filled in a mold in a nitrogen atmosphere, and a DC magnetic field is applied by an electromagnet located on the left/right side of the mold to orient the rare earth powder in a uniaxial direction, and at the same time, compression molding is performed by pressing the upper/lower punches.
  • the molded body obtained by magnetic field molding was charged into a sintering furnace, and sufficiently maintained under a vacuum atmosphere and 400°C or less to completely remove the remaining impurity organic substances, and again heated to 1050°C and maintained for 2 hours to carry out a sinter densification process.
  • the sintered body was manufactured by the sintering manufacturing process as described above, the sintered body was processed into a magnet having a size of 12.5 x 12.5 x 5 mm, and the following grain boundary diffusion process was performed to improve high temperature magnetic properties.
  • the surface of the cleaned workpiece is rare earth by uniformly kneading by adjusting the ratio of Nd-Hydride, Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride compound and alcohol to 50%:50%, respectively, in order to apply uniformly with rare earth compounds.
  • the prepared slurry was placed in a beaker and uniformly dispersed using an ultrasonic cleaner, while depositing the work piece and maintaining it for 1-2 minutes, so that the rare earth compound was uniformly applied to the magnet surface.
  • the coated body In order to diffuse the applied rare earth compound to the grain boundaries inside the magnet, the coated body is charged in a heating furnace and heated in an argon atmosphere at a heating rate of 1°C/min. to maintain the rare earth compound at a temperature of 900°C for 6 hours while the rare earth compound diffuses into the magnet. And allowed the penetration reaction to proceed. After the diffusion treatment, the diffusion layer was removed from the surface, and then subjected to stress relief heat treatment at 900°C for 10 hours. In addition, after completing the diffusion treatment, a final specimen was prepared by performing diffusion treatment under the same conditions again using Nd-Hydride, Ho-Hydride, Dy-Hydride, and Tb-Hydride compounds as coating materials.
  • Comparative Example 1-1 diffused Nd hydrogen compound only once, resulting in a residual magnetic flux density (Br) of 13.8 (kG) and a coercive force of 15.2 (kOe), whereas in Example 1-1 It can be seen that the residual magnetic flux density (Br) is equivalent to 13.8 (kG) and the coercive force is improved to 16.4 (kOe) by diffusing the Nd hydrogen compound twice. It can also be seen that Examples 1-2 to 1-4 also improved the coercive force. That is, it can be seen that the magnetic properties can be improved by repeating the diffusion process. At this time, it can be seen that the coercive force is most improved when it is diffused twice using Tb-Hydride.
  • the alloy alloy was prepared by dissolving the alloy in an argon atmosphere in an induction heating method, and then rapidly cooling using a strip casting method.
  • the strip In the process of coarsely pulverizing the prepared alloy strip, the strip is charged into a vacuum furnace and evacuated, and then maintained in a hydrogen atmosphere for 2 hours or more to absorb hydrogen into the strip, and then heated to 600°C in a vacuum atmosphere to exist inside the strip. The hydrogen to be removed was removed.
  • the coarsely pulverized hydrotreating powder was used to prepare a uniform, fine powder having an average particle size of 1 to 5.0 ⁇ m by a pulverization method using jet mill technology. At this time, the process of manufacturing the alloy strip as a fine powder was performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent the oxygen from being contaminated and deteriorating its magnetic properties.
  • Magnetic field molding was performed as follows using fine rare earth powder crushed by a jet mill. A rare earth powder is filled in a mold in a nitrogen atmosphere, and a DC magnetic field is applied by an electromagnet located on the left/right side of the mold to orient the rare earth powder in a uniaxial direction, and at the same time, compression molding is performed by pressing the upper/lower punches.
  • the molded body obtained by magnetic field molding was charged into a sintering furnace, and sufficiently maintained under a vacuum atmosphere and 400°C or less to completely remove the remaining impurity organic substances, and again heated to 1050°C and maintained for 2 hours to carry out a sinter densification process.
  • the sintered body was manufactured by the sintering manufacturing process as described above, the sintered body was processed into a magnet having a size of 12.5 x 12.5 x 5 mm, and the following grain boundary diffusion process was performed to improve high temperature magnetic properties.
  • the surface of the cleaned processed body is uniformly kneaded by adjusting the ratio of Nd-Hydride compound and alcohol to 50%:50%, respectively, in order to uniformly apply with the rare earth compound, and then the prepared slurry is beaker And the rare earth compound was uniformly applied to the surface of the magnet while maintaining uniform dispersion for 1 ⁇ 2 minutes after depositing the work piece while uniformly dispersing it using an ultrasonic cleaner.
  • the coated body is charged in a heating furnace and heated in an argon atmosphere at a heating rate of 1°C/min. to maintain the rare earth compound at a temperature of 900°C for 6 hours while the rare earth compound diffuses into the magnet. And allowed the penetration reaction to proceed. After the diffusion treatment, the diffusion layer was removed from the surface, and then subjected to stress relief heat treatment at 900°C for 10 hours.
  • a final specimen was prepared by performing diffusion treatment under the same conditions again using Ho-Hydride, Dy-Hydride, and Tb-Hydride compounds as coating materials.
  • Example 2-1 when the Ho hydrogen compound was diffused only once, the residual magnetic flux density (Br) was 13.7 (kG), and the coercive force was 15.9 (kOe), whereas Example 2-1.
  • the residual magnetic flux density (Br) has an equivalent performance of 13.7 (kG), and the coercive force is improved to 17.8 (kOe).
  • Examples 2-2 and 2-3 also improved coercive force. That is, it can be seen that the magnetic properties can be improved by repeating the diffusion process with different coating materials. At this time, it can be confirmed that the coercive force was significantly improved in the case of the 2-3rd embodiment, which was first diffused with Nd hydrogen compound and diffused with Tb hydrogen compound.
  • the alloy strip was prepared by dissolving the alloy in an argon atmosphere by induction heating, and then rapidly cooling using a strip casting method.
  • the strip In the process of coarsely pulverizing the manufactured alloy strip, the strip is charged into a vacuum furnace and evacuated, and then maintained in a hydrogen atmosphere for 2 hours or more to absorb hydrogen into the strip, and then heated to 600°C in a vacuum atmosphere to exist inside the strip. The hydrogen to be removed was removed.
  • the coarsely pulverized hydrotreating powder was used to prepare a uniform, fine powder having an average particle size of 1 to 5.0 ⁇ m by a pulverization method using jet mill technology.
  • the process of manufacturing the alloy strip as a fine powder was performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent the oxygen from being contaminated and deteriorating its magnetic properties.
  • Magnetic field molding was performed as follows using fine rare earth powder crushed by a jet mill. A rare earth powder is filled in a mold in a nitrogen atmosphere, and a DC magnetic field is applied by an electromagnet located on the left/right side of the mold to orient the rare earth powder in a uniaxial direction, and at the same time, compression molding is performed by pressing the upper/lower punches.
  • the molded body obtained by magnetic field molding was charged into a sintering furnace, and sufficiently maintained under a vacuum atmosphere and 400°C or less to completely remove the remaining impurity organic substances, and again heated to 1050°C and maintained for 2 hours to carry out a sinter densification process.
  • the sintered body was manufactured by the sintering manufacturing process as described above, the sintered body was processed into a magnet having a size of 12.5 x 12.5 x 5 mm, and the following grain boundary diffusion process was performed to improve high temperature magnetic properties.
  • the oil component on the surface of the magnet was removed by rubbing it with a ceramic ball of size 2-10, and again, the remaining degreasing agent was completely removed by washing the magnet several times with distilled water. .
  • the ratio of Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride compound and alcohol is adjusted to 50%:50%, respectively, and uniformly kneaded to prepare a rare earth compound slurry After that, the prepared slurry was placed in a beaker and uniformly dispersed using an ultrasonic cleaner, while depositing the work piece for 1 to 2 minutes, and then allowing the rare earth compound to be uniformly applied to the magnet surface.
  • the coated body In order to diffuse the applied rare earth compound to the grain boundaries inside the magnet, the coated body is charged in a heating furnace and heated in an argon atmosphere at a heating rate of 1°C/min. to maintain the rare earth compound at a temperature of 900°C for 6 hours while the rare earth compound diffuses into the magnet. And allowed the penetration reaction to proceed. After the diffusion treatment, the diffusion layer was removed from the surface, and then subjected to stress relief heat treatment at 900°C for 10 hours, followed by final heat treatment at 500°C for 2 hours.
  • the alloy strip was prepared by dissolving the alloy in an argon atmosphere by induction heating, and then rapidly cooling using a strip casting method.
  • the strip In the process of coarsely pulverizing the manufactured alloy strip, the strip is charged into a vacuum furnace and evacuated, and then maintained in a hydrogen atmosphere for 2 hours or more to absorb hydrogen into the strip, and then heated to 600°C in a vacuum atmosphere to exist inside the strip. The hydrogen to be removed was removed.
  • the coarsely pulverized hydrotreating powder was used to prepare a uniform, fine powder having an average particle size of 1 to 5.0 ⁇ m by a pulverization method using jet mill technology.
  • the process of manufacturing the alloy strip as a fine powder was performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent the oxygen from being contaminated and deteriorating its magnetic properties.
  • Magnetic field molding was performed as follows using fine rare earth powder crushed by a jet mill. A rare earth powder is filled in a mold in a nitrogen atmosphere, and a DC magnetic field is applied by an electromagnet located on the left/right side of the mold to orient the rare earth powder in a uniaxial direction, and at the same time, compression molding is performed by pressing the upper/lower punches.
  • the molded body obtained by magnetic field molding was charged into a sintering furnace, and sufficiently maintained under a vacuum atmosphere and 400°C or less to completely remove the remaining impurity organic substances, and again heated to 1050°C and maintained for 2 hours to carry out a sinter densification process.
  • the sintered body was manufactured by the sintering manufacturing process as described above, the sintered body was processed into a magnet having a size of 12.5 x 12.5 x 5 mm, and the following grain boundary diffusion process was performed to improve high temperature magnetic properties.
  • the oil component on the surface of the magnet was removed by rubbing it with a ceramic ball of size 2-10, and again, the remaining degreasing agent was completely removed by washing the magnet several times with distilled water. .
  • the surface of the cleaned workpiece was made by mixing Ho-Hydride and Dy-Hydride powders in a weight ratio of 50%:50% in order to apply uniformly with rare earth compounds. Then, the ratio of the rare earth compound and the alcohol mixed with the heterogeneous mixture is adjusted to 50%:50%, and uniformly kneaded to prepare the heterogeneous rare earth compound slurry. The rare earth compound was uniformly applied to the surface of the magnet while maintaining the product for 1-2 minutes after depositing.
  • the coated body In order to diffuse the applied rare earth compound to the grain boundaries inside the magnet, the coated body is charged in a heating furnace and heated in an argon atmosphere at a heating rate of 1°C/min. to maintain the rare earth compound at a temperature of 900°C for 6 hours while the rare earth compound diffuses into the magnet. And allowed the penetration reaction to proceed. After the diffusion treatment, the diffusion layer was removed from the surface, and then subjected to stress relief heat treatment at a temperature of 900°C for 10 hours, followed by final heat treatment at a temperature of 500°C for 2 hours to prepare a final specimen.
  • Comparative Example 1-3 uses only Dy-Hydride, the residual magnetic flux density (Br) is 13.6 (kG) and the coercive force is 21.5 (kOe), whereas in Example 4-5, the residual magnetic flux density It can be seen that (Br) is 13.66 (kG), and the coercive force is 19.01 (kOe). That is, it can be seen that in the case of Example 4-5, Dy-Hydride was used only 50% to lower the manufacturing cost, while having the same performance as the case where 100% of Dy-Hydride was used. In addition, in Example 4-14, the residual magnetic flux density (Br) is 13.43 (kG), and the coercive force is 20.01 (kOe), so it can be seen that it has almost the same performance as Comparative Example 1-3.
  • the alloy strip was prepared by dissolving the alloy in an argon atmosphere by induction heating, and then rapidly cooling using a strip casting method.
  • the strip In the process of coarsely pulverizing the manufactured alloy strip, the strip is charged into a vacuum furnace and evacuated, and then maintained in a hydrogen atmosphere for 2 hours or more to absorb hydrogen into the strip, and then heated to 600°C in a vacuum atmosphere to exist inside the strip. The hydrogen to be removed was removed.
  • the coarsely pulverized hydrotreating powder was used to prepare a uniform, fine powder having an average particle size of 1 to 5.0 ⁇ m by a pulverization method using jet mill technology.
  • the process of manufacturing the alloy strip as a fine powder was performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent the oxygen from being contaminated and deteriorating its magnetic properties.
  • Magnetic field molding was performed as follows using fine rare earth powder crushed by a jet mill. A rare earth powder is filled in a mold in a nitrogen atmosphere, and a DC magnetic field is applied by an electromagnet located on the left/right side of the mold to orient the rare earth powder in a uniaxial direction, and at the same time, compression molding is performed by pressing the upper/lower punches.
  • the molded body obtained by magnetic field molding was charged into a sintering furnace, and sufficiently maintained under a vacuum atmosphere and 400°C or less to completely remove the remaining impurity organic substances, and again heated to 1050°C and maintained for 2 hours to carry out a sinter densification process.
  • the sintered body was manufactured by the sintering manufacturing process as described above, the sintered body was processed into a magnet having a size of 12.5 x 12.5 x 5 mm, and the following grain boundary diffusion process was performed to improve high temperature magnetic properties.
  • the oil component on the surface of the magnet was removed by rubbing it with a ceramic ball of size 2-10, and again, the remaining degreasing agent was completely removed by washing the magnet several times with distilled water. .
  • the surface of the cleaned workpiece was made by mixing Nd-Hydride and Dy-Hydride powders in a weight ratio of 50%:50% in order to apply uniformly with rare earth compounds. Then, the ratio of the rare earth compound and the alcohol mixed with the heterogeneous mixture is adjusted to 50%:50%, and uniformly kneaded to prepare the heterogeneous rare earth compound slurry. The rare earth compound was uniformly applied to the surface of the magnet while maintaining the product for 1-2 minutes after depositing.
  • the coated body In order to diffuse the applied rare earth compound to the grain boundaries inside the magnet, the coated body is charged in a heating furnace and heated in an argon atmosphere at a heating rate of 1°C/min. to maintain the rare earth compound at a temperature of 900°C for 6 hours while the rare earth compound diffuses into the magnet. And allowed the penetration reaction to proceed. After the diffusion treatment, the diffusion layer was removed from the surface, and then subjected to stress relief heat treatment at a temperature of 900°C for 10 hours, followed by final heat treatment at a temperature of 500°C for 2 hours to prepare a final specimen.
  • Comparative Example 1-3 uses only Dy-Hydride, the residual magnetic flux density (Br) is 13.6 (kG), and the coercive force is 21.5 (kOe), whereas in Example 5-4, the residual magnetic flux It can be seen that the density (Br) is 13.96 (kG) and the coercive force is 20.33 (kOe). That is, in the case of Example 5-4, it can be seen that even if only 50% of Dy-Hydride is used, it can have the same performance as the case of using 100% of Dy-Hydride. Since the magnetic flux density (Br) is 13.98 (kG) and the coercive force is 20.35 (kOe), it can be seen that it has almost the same performance as Comparative Example 1-3.
  • the alloy strip was prepared by dissolving the alloy in an argon atmosphere by induction heating, and then rapidly cooling using a strip casting method.
  • the strip In the process of coarsely pulverizing the manufactured alloy strip, the strip is charged into a vacuum furnace and evacuated, and then maintained in a hydrogen atmosphere for 2 hours or more to absorb hydrogen into the strip, and then heated to 600°C in a vacuum atmosphere to exist inside the strip. The hydrogen to be removed was removed.
  • the coarsely pulverized hydrotreating powder was used to prepare a uniform, fine powder having an average particle size of 1 to 5.0 ⁇ m by a pulverization method using jet mill technology.
  • the process of manufacturing the alloy strip as a fine powder was performed in a nitrogen or inert gas atmosphere to prevent the oxygen from being contaminated and deteriorating its magnetic properties.
  • Magnetic field molding was performed as follows using fine rare earth powder crushed by a jet mill. A rare earth powder is filled in a mold in a nitrogen atmosphere, and a DC magnetic field is applied by an electromagnet located on the left/right side of the mold to orient the rare earth powder in a uniaxial direction, and at the same time, compression molding is performed by pressing the upper/lower punches.
  • the molded body obtained by magnetic field molding was charged into a sintering furnace, and sufficiently maintained under a vacuum atmosphere and 400°C or less to completely remove the remaining impurity organic substances, and again heated to 1050°C and maintained for 2 hours to carry out a sinter densification process.
  • the sintered body was manufactured by the sintering manufacturing process as described above, the sintered body was processed into a magnet having a size of 12.5 x 12.5 x 5 mm, and the following grain boundary diffusion process was performed to improve high temperature magnetic properties.
  • the oil component on the surface of the magnet was removed by rubbing it with a ceramic ball of size 2-10, and again, the remaining degreasing agent was completely removed by washing the magnet several times with distilled water. .
  • the surface of the cleaned workpiece was made by mixing Ho-Hydride and Dy-Hydride powders in a weight ratio of 75%:25% in order to apply uniformly with rare earth compounds. Then, the ratio of the rare earth compound and the alcohol mixed with the heterogeneous mixture is adjusted to 50%:50%, and uniformly kneaded to prepare the heterogeneous rare earth compound slurry. The rare earth compound was uniformly applied to the surface of the magnet while maintaining the product for 1-2 minutes after depositing.
  • the coated body In order to diffuse the applied rare earth compound to the grain boundaries inside the magnet, the coated body is charged in a heating furnace and heated in an argon atmosphere at a heating rate of 1°C/min. to maintain the rare earth compound at a temperature of 900°C for 6 hours while the rare earth compound diffuses into the magnet. And allowed the penetration reaction to proceed. After the diffusion treatment, the diffusion layer was removed from the surface, and then subjected to stress relief heat treatment at a temperature of 900°C for 10 hours, followed by final heat treatment at a temperature of 500°C for 2 hours to prepare a final specimen.
  • FIG. 11 is a graph measuring a change in the coercive force (Hcj) according to the application amount.

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Abstract

실시 예는 RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(RE는 희토류로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상 선택됨); 상기 소결체에 입계 확산 물질을 함유한 용액을 도포하는 단계; 및 상기 소결체를 열처리하여 입계 확산시키는 단계를 포함하고, 상기 입계 확산 물질은 중희토(HREE) 수소화합물 및 경희토(LREE) 수소화합물을 포함하는 희토류 자석 제조방법을 개시한다.

Description

희토류 자석 제조방법
실시 예는 희토류 자석 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 소결 영구 자석의 경우 고온에서의 신뢰성이 취약하므로 트랙션 모터나 EPS 모터로 사용되기 위해서는 고보자력(High Coercivity)이 요구되고 있다. 고보자력을 확보하기 위해 중희토류인 Dy, Tb등을 첨가하여 영구자석을 제조할 수 있다.
현재 가장 일반적인 방법은 Dy나 Tb로 Nd의 일부를 치환한 조성 합금을 이용하는 것이다. Nd2Fe14B 화합물의 Nd를 이들 원소로 치환함으로써 화합물의 이방성 자계가 증대하고 보자력도 증가할 수 있다. 그러나, Dy나 Tb에 의한 치환은 화합물의 포화자기분극(saturation magnetic polarization)을 감소시킨다. 따라서, 상기 방법으로만 보자력의 증대를 도모한다면 잔류 자속 밀도가 저하되는 문제가 있다.
Nd-Fe-B 자석은 결정립 계면에서 역자구(reverse domain)의 핵이 생성하는 외부 자계의 크기가 보자력이 된다. 역자구의 핵 생성에는 결정립 계면의 구조가 강하게 영향을 미치고 있으며, 계면 근방에서의 결정구조의 흐트러짐이 자기적인 구조의 흐트러짐을 초래하고 역자구의 생성을 조장한다. 일반적으로는, 결정 계면으로부터 5nm 정도의 깊이까지의 자기적 구조가 보자력의 증대에 기여하고 있다고 한다.
한편, 결정립의 계면 근방에만 약간의 Dy나 Tb를 확산시켜 계면 근방만 이방성 자계를 증대시킴으로써, 잔류 자속밀도의 저하를 억제하면서 보자력을 증대할 수 있으며, Nd2Fe14B 화합물 조성 합금과 Dy 혹은 Tb이 풍부한 합금을 별도로 제작한 후에 혼합하여 소결하는 제조방법이 있다. 이 방법에서는 Dy 혹은 Tb가 풍부한 합금은 소결시에 액상이 되고, Nd2Fe14B 화합물을 둘러싸도록 분포한다.
그 결과, 화합물의 입계 근방에서만 Nd와 Dy 혹은 Tb가 치환되어 잔류 자속밀도의 저하를 억제하면서 효과적으로 보자력을 증대할 수 있다. 그러나, 이러한 방법 역시 고가의 Dy 또는 Tb를 사용하는 점에서 제조 단가가 상승하는 문제가 있다.
실시 예는 중희토 사용량을 줄일 수 있는 희토류 자석 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 희토류 자석 제조방법은, RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(RE는 희토류로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상 선택됨); 상기 소결체에 입계 확산 물질을 함유한 용액을 도포하는 단계; 및 상기 소결체를 열처리하여 입계 확산시키는 단계를 포함하고, 상기 입계 확산 물질은 중희토(HREE) 수소화합물 및 경희토(LREE) 수소화합물을 포함한다.
상기 중희토(HREE) 수소화합물은 Dy 수소화합물, Tb 수소화합물, 및 Ho 수소화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 경희토(LREE) 수소화합물은 Nd 수소화합물(NdHx)을 포함할 수 있다.
상기 중희토(HREE) 수소화합물의 함량은 상기 경희토(LREE) 수소화합물의 함량보다 적을 수 있다.
상기 중희토(HREE) 수소화합물의 함량은 상기 경희토(LREE) 수소화합물의 함량보다 많을 수 있다.
RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(RE는 희토류로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상 선택됨); 상기 소결체에 제1 입계 확산 물질을 함유한 제1 용액을 도포하는 단계; 상기 소결체를 열처리하여 1차 입계 확산시키는 단계; 상기 소결체에 제2 입계 확산 물질을 함유한 제2 용액을 도포하는 단계; 상기 소결체를 열처리하여 2차 입계 확산시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 입계 확산 물질은 중희토(HREE) 수소화합물을 포함하고, 상기 제2 입계 확산 물질은 경희토(LREE) 수소화합물을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 중희토 사용량을 줄일 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 보자력과 자속밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그넷의 개념도이고,
도 3은 종래 소결 마그넷의 확대 사진이고,
도 4는 확산 마그넷의 확대 사진이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그넷의 개념도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그넷의 희토류의 함량을 보여주는 전자 현미경 분석기(EPMA) 분석 결과이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그넷의 희토류의 함량을 보여주는 전자 현미경 분석기(EPMA) 분석 결과이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 희토류 자석 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 희토류 자석 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 10은 도포량에 따른 잔류자속밀도(Br)의 변화를 측정한 그래프이고,
도 11은 도포량에 따른 보자력(Hcj)의 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그넷의 개념도이고, 도 3은 종래 소결 마그넷의 확대 사진이고, 도 4는 확산 마그넷의 확대 사진이다.
도 1을 참조하면, 모터는 하우징(110), 스테이터(130), 로터(120), 및 회전축(140)을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 스테이터(130) 및 로터(120)를 수용하는 공간부를 포함할 수 있다. 하우징(110)의 재질 및 구조는 특별히 한정하지 않는다. 실시 예의 모터는 하우징(110) 내에 구성요소가 배치된 하나의 조립체일 수도 있고, 상위 시스템에 각 구성요소(스테이터, 로터)가 배치된 집합체일 수도 있다.
하우징(110)은 내부 열을 용이하게 배출할 수 있도록 냉각 구조(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 냉각 구조는 공냉 또는 수냉 구조가 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
스테이터(130)는 하우징(110)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 스테이터(130)는 스테이터 코어와 코일을 포함할 수 있다. 스테이터 코어는 축방향으로 결합된 복수 개의 분할 코어를 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
로터(120)는 스테이터(130)에 대해 회전 가능하게 배치될 수 있다. 로터(120)는 로터 코어의 외주면에 배치되는 복수 개의 마그넷(121)을 포함할 수 있다. 그러나, 마그넷(121)은 로터 코어(210)의 내부에 삽입 배치될 수도 있다.
로터(120)의 중앙부에는 회전축(140)이 결합될 수 있다. 따라서, 로터(120)와 회전축(140)은 함께 회전할 수 있다. 회전축(140)은 일 측에 배치된 제1베어링(151)과 타 측에 배치된 제2베어링(152)에 의해 지지될 수 있다.
이러한 모터는 트랙션 모터나 EPS 모터일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않고 다양한 종류의 모터에 적용될 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 마그넷은 모터 이외에도 마그넷이 장착되는 다양한 장치에 적용될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 마그넷은 RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체 결정 구조(121a), 및 결정 구조의 결정립계에 확산된 확산층(121b)을 포함할 수 있다. 또한 결정(121a)과 결정(121a) 사이에 Nd 리치 구간(121c)이 형성될 수 있다. Nd 리치 구간(121c)은 상대적으로 Nd의 조성이 다른 조성 보다 높은 구간으로 정의할 수 있다.
자석 소결체는 RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 희토류 자석 분말을 이용하여 제작할 수 있다. 여기서, RE는 Nd, Pr, La, Ce, Ho, Dy, Tb 중 하나 이상의 희토류로부터 1종 또는 2종 이상 선택될 수 있다. 이하에서는 희토류 자석 분말은 Nd-Fe-B계 소결 자석인 것으로 설명하나 자석 분말의 종류는 반드시 이에 한정하지 않는다.
확산층(121b)은 중희토(HREE)와 경희토(LREE)를 포함할 수 있다. 중희토는 Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Tb, 및 Ho 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 경희토는 La, Ce, Pr, Nd 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적으로 확산층(121b)의 조성은 Dy/Nd, Tb/Nd, Ho/Nd, Dy/Pr, Dy/Ho/Nd, Dy/Ho/Pr 등의 조성을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상대적으로 가격이 높은 중희토 (Dy, Tb) 대신 상대적으로 가격이 낮은 경희토 (Ho, Nd)을 사용할 수 있다. 따라서, 중희토 (Dy, Tb)의 사용량을 줄여 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 확산층(121b)은 중희토만으로 구성될 수도 있고, 경희토만으로 구성될 수도 있다. 예시적으로 확산층(121b)은 Dy/Tb, Tb/Ho, Dy/Tb/Ho, 및 Pr/Nd로 구성될 수도 있다.
확산층(121b)은 소결 영구자석인 모재 마그넷에 희토류 분말을 습식 코팅한 후 고온에서 확산시킴으로써 형성할 수 있다. 즉, 희토류 분말이 도포된 영구자석을 고온에서 열처리하면 희토 원소 중 일부가 자석의 입계를 통하여 확산이 이루어져 코어-쉘(Core-shell) 구조를 형성할 수 있다. 즉, 확산층(121b)은 쉘(shell)로 정의될 수도 있다. 도 3과 도 4를 참조하면, BSE SEM image에서 일반 소결 마그넷과 회토 원소가 확산된 확산 마그넷이 구분될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그넷의 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그넷의 희토류의 함량을 보여주는 전자 현미경 분석기(EPMA) 분석 결과이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그넷의 희토류의 함량을 보여주는 전자 현미경 분석기(EPMA) 분석 결과이다.
확산층(121b)은 복수 개의 희토류가 혼합된 경우에도 단일층을 형성할 수 있다. 그러나, 도 7과 같이 확산층(121b)은 복수의 층으로 구분될 수도 있다. 예시적으로 내부층(121b-1)은 상대적으로 확산 속도가 빠른 원소로 이루어질 수 있고, 외곽층(121b-2)은 상대적으로 확산 속도가 느린 원소로 이루어질 수 있다. 예시적으로 Dy와 Ho를 혼합하여 마그넷에 도포하고 열처리한 경우, 확산이 빠른 Dy가 내측에 형성되고 상대적으로 확산이 느린 Ho가 외곽층에 형성될 수도 있다.
전자 현미경 분석기(EPMA) 분석 결과, 도 6과 같이 Dy와 Ho가 결정 내에서 동일한 위치에서 검출되어 단일층을 형성할 수도 있으나, 도 7과 같이 Dy가 Ho보다 내측에 배치되어 복수의 층을 형성할 수도 있다. 실시 예에 따르면, 확산 속도에 의해 층이 구분되는 경우 이외에도 의도적으로 복수 개의 층을 형성할 수도 있다. 예를 들면, 각각의 희토류 분말에 대해서 별도의 도포 공정 및 열처리 공정을 진행하는 경우 확산층(121b)은 복수 개의 층으로 구분될 수도 있다.
이러한 확산된 원소는 전자 현미경 분석기(EPMA) 이외에도, 투과 전자 현미경(TEM), 후방 산란 전자 회절 분석(EBSD), 이차 이온 질량 분석기(SIMS) 등을 통해 최종적으로 검출 위치, 검출량 등을 확인할 수 있다. 본 경우, 확산 이후 확산의 정도, 확산의 위치 등에 따라 확산 이전의 최초 도포량과 검출되는 양이 상이할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 희토류 자석 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 희토류 자석 제조방법은 R, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(S11); 상기 소결체에 입계 확산 물질을 함유한 용액을 도포하는 단계(S12); 및 상기 소결체를 열처리하여 입계 확산시키는 단계(S13)를 포함한다.
RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(S11)는, 먼저 RE-B-TM-Fe 조성 성분을 포함하는 희토류 자석 분말을 이용할 수 있다. 여기서 RE는 희토류고, TM은 3d 천이원소일 수 있다. 반드시 이에 한정하는 것은 아니나 RE는 희토류 자석 분말 전체 100 중량부를 기준으로 28∼35 중량부이고, B는 0.5∼1.5중량부이고, TM은 0∼15 중량부일 수 있다. 또한,잔부 Fe를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 조성의 합금을 진공 유도 가열방식으로 용해하여 스트립 케스팅 방법을 이용하여 합금 인고트(ingot)로 제조할 수 있다. 이들 합금인곳트의 분쇄능을 향상시키기 위하여 상온~600℃ 범위에서 수소처리 및 탈수소처리를 실시한 후, 젯밀, 아트리타밀, 볼밀, 진동밀 등의 분쇄방식을 이용하여 1~10㎛ 입도범위의 균일하고 미세한 분말로 제조할 수 있다.
합금 인고트(ingot)로부터 1~10㎛의 분말로 제조하는 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행하는 것이 좋다.
이후 미세 분말을 이용하여 자장성형을 실시할 수 있다. 그 일례로서, 혼련된 분말을 금형에 충진하고, 금형의 좌/우에 위치하는 전자석에 의해 직류자장을 인가하여 혼련된 분말을 배향시키고, 동시에 상/하펀치에 의해 압축성형을 실시하여 성형체를 제조할 수 있다. 자장성형 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행할 수 있다.
자장 성형이 완료되면 성형체를 소결할 수 있다. 소결 조건은 제한되지 않으나 900℃ ~ 1100℃ 범위내의 온도에서 소결을 수행할 수 있으며, 700℃ 이상에서의 승온 속도는 0.5 ~ 15 ℃/min 범위 내로 조절될 수 있다.
예시적으로 자장성형에 의해 얻어진 성형체를 소결로에 장입하고, 진공분위기 및 400℃ 이하에서 충분히 유지하여 잔존하는 불순 유기물을 완전히 제거할 수 있다. 이후, 다시 900℃~1100℃ 범위까지 승온시켜 1-4시간 유지함으로써 소결치밀화를 진행할 수 있다.
소결 분위기는 진공 및 아르곤 등의 불활성 분위기로 수행하는 것이 좋으며, 700℃ 이상의 온도에서는 승온속도를 0.1 ~ 10℃/min, 바람직하게는 0.5 ~ 15 ℃/min으로 조절할 수 있다.
선택적으로, 소결이 완료된 소결체를 400~900℃ 범위에서 1-4시간 후열처리를 실시하여 안정화시킬 수 있으며, 그 후 소정의 크기로 가공하여 희토류 자석 소결체를 제조할 수 있다.
용액을 도포하는 단계(S12)는, 제작된 마그넷에 입계 확산 물질이 함유된 용액을 도포할 수 있다. 입계 확산 물질은 중희토(HREE) 수소화합물 및 경희토(LREE) 수소화합물을 포함할 수 있다. 실시 예에 따르면, 상대적으로 저가인 경희토를 다량 확산시켜 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
중희토(HREE) 수소화합물은 Dy 수소화합물, Tb 수소화합물, 및 Ho 수소화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 경희토(LREE) 수소화합물은 Nd 수소화합물(NdHx)을 포함할 수 있다. 이때, 입계 확산 물질 100 중량부를 기준으로 중희토(HREE) 수소화합물의 중량부는 경희토(LREE) 수소화합물 중량부보다 작을 수 있다. 그 결과 확산 공정에서 상대적으로 저가인 경희토의 중량이 증가하여 제조 단가를 더 낮출 수 있는 장점이 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 확산될 수 있는 한계치를 고려하여 중희토(HREE) 수소화합물의 중량부는 경희토(LREE) 수소화합물 중량부보다 더 많거나 동일할 수도 있다.
구체적으로 Ho 수소화합물, Dy 수소화합물, Tb 수소화합물 중 어느 하나와 경희토 수소화합물 중 어느 하나 이상을 혼합하여 입계 확산 물질을 제조하고, 입계 확산 물질과 알콜의 비율을 50%: 50%로 균일하게 혼합하여 희토화합물 슬러리를 제조할 수 있다. 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파 세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 용액을 자석 표면에 균일하게 도포할 수 있다.
입계 확산시키는 단계(S13)는, 도포된 중희토(HREE) 수소화합물 및 경희토(LREE) 수소화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 용액이 도포된 소결 자석을 가열로에 장입하고 아르곤 분위기에서 승온속도가 0.1℃/min 내지 10℃/min 이 되도록 가열하여 700 내지 1000℃ 온도에서 4시간 내지 8시간 유지할 수 있다. 이 과정에서 중희토 수소화합물이 중희토로 분해되고 경희토 수소화합물이 경희토로 분해되어 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행될 수 있다.
이때, 급격한 확산에 의해 자석 내부에 잔류응력이 발생하는 것을 방지하기 위해, 확산반응을 완료한 후 400℃ 내지 1000℃ 범위 내에서 열처리하여 응력을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 희토류 자석 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 희토류 자석 제조방법은, RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(S21); 상기 소결체에 제1 입계 확산 물질을 함유한 제1 용액을 도포하는 단계(S22); 상기 소결체를 열처리하여 1차 입계 확산시키는 단계(S23); 상기 소결체에 제2 입계 확산 물질을 함유한 제2 용액을 도포하는 단계(S24); 상기 소결체를 열처리하여 2차 입계 확산시키는 단계(S25)를 포함한다.
자석 소결체를 준비하는 단계(S21)는 위에서 설명한 구성(S11)이 그대로 적용될 수 있다.
제1 용액을 도포하는 단계(S22)는 중희토 수소화합물 및/또는 경희토 수소화합물로 구성된 제1 입계 확산 물질과 알콜의 비율을 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼합함으로써 희토화합물 슬러리를 제조할 수 있다. 이후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 슬러리를 자석 표면에 균일하게 도포할 수 있다.
1차 입계 확산시키는 단계(S23)는 도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 용액이 도포된 소결 자석을 가열로에 장입하고, 아르곤 분위기에서 가열하여 약 700℃ 내지 1000℃ 온도에서 4시간 내지 8시간을 유지할 수 있다. 이 과정에서 희토화합물이 희토류로 분해되어 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행될 수 있다.
확산처리 후에는 표면에 확산층을 제거한 후, 400℃ 내지 1000℃ 온도에서 응력제거열처리를 수행할 수 있다.
제2 용액을 도포하는 단계(S24)는 중희토 수소화합물 및/또는 경희토 수소화합물로 구성된 제2 입계 확산 물질과 알콜의 비율을 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼합함으로써 희토화합물 슬러리를 제조할 수 있다. 이후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 슬러리를 자석 표면에 균일하게 도포할 수 있다.
이때, 제1 입계 확산 물질은 제2 입계 확산 물질과 상이할 수 있다. 예시적으로 제1 입계 확산 물질은 중희토 수소화합물일 수 있고 제2 입계 확산 물질은 경희토 수소화합물일 수 있다. 또는 이와 반대로 제1 입계 확산 물질은 경희토 수소화합물일 수 있고 제2 입계 확산 물질은 중희토 수소화합물일 수 있다.
제1 입계 확산 물질의 도포량과 제2 입계 확산 물질의 도포량은 상이할 수 있다. 예시적으로 제1 입계 확산 물질은 중희토 수소화합물이 자석 전체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.0 중량부일 수 있고 제2 입계 확산 물질은 경희토 수소화합물이 자석 전체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.5 중량부일 수 있다. 또는 이와 반대로 제1 입계 확산 물질은 중희토 수소화합물이 자석 전체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.5 중량부일 수 있고 제2 입계 확산 물질은 경희토 수소화합물이 자석 전체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.0 중량부일 수 있다.
2차 입계 확산시키는 단계(S25)는 도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 도포체를 가열로에 장입하고, 아르곤 분위기에서 가열하여 약 700℃ 내지 1000℃ 온도에서 4시간 내지 8시간을 유지할 수 있다. 이 과정에서 희토화합물이 희토류로 분해되어 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행될 수 있다.
확산처리 후에는 표면에 확산층을 제거한 후, 400℃ 내지 1000℃ 온도에서 응력제거열처리를 수행할 수 있다.
실시 예에 따르면, 1차 확산과 2차 확산에 의해 결정립계 내에 희토류의 확산 효율이 증가할 수 있다. 따라서, 1차 확산만을 수행한 경우에 비해 보자력 및/또는 잔류 자석밀도가 개선될 수 있다.
이하 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
Xwt%RE-Ywt%B-Zwt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(여기서, RE=희토류원소, TM=3d 천이원소, X=28~35, Y=0.5~1.5, Z=0~15)조성의 합금을 아르곤 분위기에서 유도 가열방식으로 용해하고, 스트립 캐스팅 방법을 이용하여 급속냉각 함으로써 합금 스트립을 제조하였다.
제조된 합금 스트립을 조분쇄하는 과정에서는 스트립을 진공로에 장입하고 진공배기한 후 수소분위기에서 2시간 이상 유지함으로써 스트립 내부로 수소를 흡수시키고, 이어서 진공분위기에서 600℃로 가열하여 스트립 내부에 존재하는 수소를 제거하였다. 조분쇄를 완료한 수소처리 분말을 사용하여 젯밀기술을 이용한 분쇄방식에 의해 평균입경 1∼5.0㎛ 범위의 균일하고 미세한 분말로 제조하였다. 이때, 합금스트립을 미세 분말로 제조하는 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행하였다.
젯밀에 의해 분쇄된 미세 희토분말을 이용하여 다음과 같이 자장성형을 실시하였다. 질소분위기에서 희토분말을 금형에 충진하고, 금형의 좌/우에 위치하는 전자석에 의해 직류자장을 인가하여 희토분말을 일축방향으로 배향시키고, 동시에 상/하펀치의 가압에 의해 압축성형을 실시하여 성형체를 제조하였다. 자장성형에 의해 얻어진 성형체를 소결로에 장입하고 진공분위기 및 400℃ 이하에서 충분히 유지하여 잔존하는 불순 유기물을 완전히 제거하고, 다시 1050℃까지 승온시켜 2시간 유지함으로써 소결치밀화 과정을 실시하였다.
상기와 같은 소결 제조공정에 의해 소결체를 제조한 후, 소결체는　12.5 ×12.5×5mm 크기의 자석으로 가공하였고, 고온 자기특성을 향상시키기 위해 다음과 같은 입계확산 공정을 실시하였다.
자석가공품을 알칼리탈지제 용액에 담근 후, 직경 파이 2~10 크기의 세라믹볼과 함께 문질러줌으로써 자석 표면에 묻어있는 기름성분을 제거하였고, 다시 자석을 증류수로 수차례 깨끗이 세정함으로써 잔존하는 탈지제를 완전히 제거하였다.
세정된 가공체의 표면은 희토화합물로 균일하게 도포하기 위해 Nd-Hydride, Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride 화합물과 알콜의 비율이 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼련함으로써 희토화합물 슬러리를 제조한 후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 희토화합물이 자석 표면에 균일하게 도포되도록 하였다.
도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 도포체를 가열로에 장입하고 아르곤 분위기에서 승온속도=1℃/min.으로 가열하여 900℃ 온도에서 6시간 유지하면서 희토화합물이 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행되도록 하였다. 확산처리 후 표면에 확산층을 제거한 후 900℃ 온도에서 10시간 응력제거열처리를 실시하였다. 또한, 확산처리를 완료한 후, 도포물질로서 Nd-Hydride, Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride 화합물을 이용하여 재차 동일한 조건으로 확산처리를 실시하여 최종시편을 제조하였다.
표 1은 31wt%Nd-1wt%B-2wt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(M=Cu, Al, Nb, Co) 조성의 소결체를 제조한 후, 도포물질로서 Nd-Hydride, Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride 화합물을 이용하여 1차 및 2차 입계 확산을 실시하여 제조된 자석의 자기특성을 평가한 결과이다.
샘플제조조건 1차 확산 2차 확산 상온 자기특성
도포물질 도포량(wt%) 도포물질 도포량(wt%) 잔류자속밀도,Br(kG) 보자력,Hcj(kOe)
1-1 비교예 Nd-Hydride 1.0 × × 13.8 15.2
1-2 비교예 Ho-Hydride 1.0 × × 13.7 15.9
1-3 비교예 Dy-Hydride 1.0 × × 13.6 21.5
1-4 비교예 Tb-Hydride 1.0 × × 13.6 25.4
1-1 실시예 Nd-Hydride 0.5 Nd-Hydride 0.5 13.8 16.4
1-2 실시예 Ho-Hydride 0.5 Ho-Hydride 0.5 13.7 17.2
1-3 실시예 Dy-Hydride 0.5 Dy-Hydride 0.5 13.6 22.8
1-4 실시예 Tb-Hydride 0.5 Tb-Hydride 0.5 13.6 26.9
상기 표 1을 참조하면, 비교예 1-1은 Nd 수소화합물을 1차례만 확산시켜 잔류자속밀도(Br)는 13.8(kG)이고 보자력은 15.2(kOe)인 반면, 실시 예 1-1의 경우 Nd 수소화합물 2차례 확산시킴으로써 잔류자속밀도(Br)는 13.8(kG)로 동등한 성능을 갖고 보자력은 16.4(kOe)로 개선되었음을 확인할 수 있다. 실시 예 1-2 내지 1-4 역시 보자력이 개선되었음을 알 수 있다. 즉, 확산 공정을 반복하면 자기 특성을 개선할 수 있음을 알 수 있다. 이때, Tb-Hydride를 이용하여 2번 확산시킨 경우 보자력이 가장 개선되었음을 확인할 수 있다.
[실시 예 2]
Xwt%RE-Ywt%B-Zwt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(여기서, RE=희토류원소, TM=3d 천이원소, X=28∼35, Y=0.5∼1.5, Z=0∼15)조성의 합금을 아르곤분위기에서 유도 가열방식으로 용해하고, 이어서 스트립 캐스팅 방법을 이용하여 급속냉각 함으로써 합금 스트립을 제조하였다.
제조된 합금 스트립을 조분쇄하는 과정에서는 스트립을 진공로에 장입하고 진공배기한 후 수소분위기에서 2시간 이상 유지함으로써 스트립 내부로 수소를 흡수시키고, 이어서 진공분위기에서 600℃로 가열하여 스트립 내부에 존재하는 수소를 제거하였다. 조분쇄를 완료한 수소처리 분말을 사용하여 젯밀기술을 이용한 분쇄방식에 의해 평균입경 1∼5.0㎛ 범위의 균일하고 미세한 분말로 제조하였다. 이때, 합금스트립을 미세 분말로 제조하는 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행하였다.
젯밀에 의해 분쇄된 미세 희토분말을 이용하여 다음과 같이 자장성형을 실시하였다. 질소분위기에서 희토분말을 금형에 충진하고, 금형의 좌/우에 위치하는 전자석에 의해 직류자장을 인가하여 희토분말을 일축방향으로 배향시키고, 동시에 상/하펀치의 가압에 의해 압축성형을 실시하여 성형체를 제조하였다. 자장성형에 의해 얻어진 성형체를 소결로에 장입하고 진공분위기 및 400℃ 이하에서 충분히 유지하여 잔존하는 불순 유기물을 완전히 제거하고, 다시 1050℃까지 승온시켜 2시간 유지함으로써 소결치밀화 과정을 실시하였다.
상기와 같은 소결 제조공정에 의해 소결체를 제조한 후, 소결체는 12.5×12.5×5mm 크기의 자석으로 가공하였고, 고온 자기특성을 향상시키기 위해 다음과 같은 입계확산 공정을 실시하였다.
자석가공품을 알칼리탈지제 용액에 담근 후, 파이 2~10 크기의 세라믹볼과 함께 문질러줌으로써 자석 표면에 묻어있는 기름성분을 제거하였고, 다시 자석을 증류수로 수차례 깨끗이 세정함으로써 잔존하는 탈지제를 완전히 제거하였다.
세정된 가공체의 표면은 희토화합물로 균일하게 도포하기 위해 Nd-Hydride 화합물과 알콜의 비율이 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼련함으로써 희토화합물 슬러리를 제조한 후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 희토화합물이 자석 표면에 균일하게 도포되도록 하였다. 도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 도포체를 가열로에 장입하고 아르곤 분위기에서 승온속도=1℃/min.으로 가열하여 900℃ 온도에서 6시간 유지하면서 희토화합물이 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행되도록 하였다. 확산처리 후 표면에 확산층을 제거한 후 900℃ 온도에서 10시간 응력제거열처리를 실시하였다.
또한, 확산처리를 완료한 후, 도포물질로서 Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride 화합물을 이용하여 재차 동일한 조건으로 확산처리를 실시하여 최종시편을 제조하였다.
표 2는 31wt%Nd-1wt%B-2wt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(M=Cu, Al, Nb, Co) 조성의 소결체를 제조한 후, 도포물질로서 Nd-Hydride 화합물을 이용하여 1차 입계확산을 실시하고 이어서 Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride 화합물을 이용하여 2차 입계확산을 실시하여 제조된 자석의 자기특성을 평가한 결과이다.
샘플제조조건 1차 확산 2차 확산 상온 자기특성
도포물질 도포량(wt%) 도포물질 도포량(wt%) 잔류자속밀도,Br(kG) 보자력,Hcj(kOe)
1-2 비교예 Ho-Hydride 1.0 × × 13.7 15.9
1-3 비교예 Dy-Hydride 1.0 × × 13.6 21.5
1-4 비교예 Tb-Hydride 1.0 × × 13.6 25.4
2-1 실시예 Nd-Hydride 0.5 Ho-Hydride 1.0 13.7 17.8
2-2 실시예 Nd-Hydride 0.5 Dy-Hydride 1.0 13.6 23.5
2-3 실시예 Nd-Hydride 0.5 Tb-Hydride 1.0 13.6 27.3
상기 표 2를 참조하면, 비교예 1-2는 Ho 수소화합물을 1차례만 확산시킨 경우 잔류자속밀도(Br)는 13.7(kG)이고, 보자력은 15.9(kOe)인 반면, 실시 예 2-1의 경우 Nd 수소화합물로 1차 확산시키고, Ho 수소화합물로 2차 확산 시킨 결과, 잔류자속밀도(Br)는 13.7(kG)로 동등한 성능을 갖고, 보자력은 17.8(kOe)로 개선되었음을 확인할 수 있다. 또한, 실시 예 2-2및 2-3 역시 보자력이 개선되었음을 확인할 수 있다. 즉, 서로 다른 도포 물질로 확산 공정을 반복함으로써 자기 특성을 개선할 수 있음을 알 수 있다. 이때, Nd 수소화합물로 1차 확산시키고, Tb 수소화합물로 확산 시킨 제2-3 실시 예의 경우 보자력이 크게 개선되었음을 확인할 수 있다.
[실시 예 3]
Xwt%RE-Ywt%B-Zwt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(여기서, RE=희토류원소, TM=3d 천이원소, X=28∼35, Y=0.5∼1.5, Z=0∼15)조성의 합금을 아르곤분위기에서 유도 가열방식으로 용해하고, 이어서 스트립 캐스팅 방법을 이용하여 급속냉각 함으로써 합금스트립을 제조하였다.
제조된 합금스트립을 조분쇄하는 과정에서는 스트립을 진공로에 장입하고 진공배기한 후 수소분위기에서 2시간 이상 유지함으로써 스트립 내부로 수소를 흡수시키고, 이어서 진공분위기에서 600℃로 가열하여 스트립 내부에 존재하는 수소를 제거하였다. 조분쇄를 완료한 수소처리 분말을 사용하여 젯밀기술을 이용한 분쇄방식에 의해 평균입경 1∼5.0㎛ 범위의 균일하고 미세한 분말로 제조하였다. 이때, 합금스트립을 미세 분말로 제조하는 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행하였다.
젯밀에 의해 분쇄된 미세 희토분말을 이용하여 다음과 같이 자장성형을 실시하였다. 질소분위기에서 희토분말을 금형에 충진하고, 금형의 좌/우에 위치하는 전자석에 의해 직류자장을 인가하여 희토분말을 일축방향으로 배향시키고, 동시에 상/하펀치의 가압에 의해 압축성형을 실시하여 성형체를 제조하였다. 자장성형에 의해 얻어진 성형체를 소결로에 장입하고 진공분위기 및 400℃ 이하에서 충분히 유지하여 잔존하는 불순 유기물을 완전히 제거하고, 다시 1050℃까지 승온시켜 2시간 유지함으로써 소결치밀화 과정을 실시하였다.
상기와 같은 소결 제조공정에 의해 소결체를 제조한 후, 소결체는 12.5×12.5×5mm 크기의 자석으로 가공하였고, 고온 자기특성을 향상시키기 위해 다음과 같은 입계확산 공정을 실시하였다. 자석가공품을 알칼리탈지제 용액에 담근 후, 파이 2~10 크기의 세라믹볼과 함께 문질러줌으로써 자석 표면에 묻어있는 기름성분을 제거하였고, 다시 자석을 증류수로 수차례 깨끗이 세정함으로써 잔존하는 탈지제를 완전히 제거하였다.
세정된 가공체의 표면은 희토화합물로 균일하게 도포하기 위해 Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride 화합물과 알콜의 비율이 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼련함으로써 희토화합물 슬러리를 제조한 후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 희토화합물이 자석 표면에 균일하게 도포되도록 하였다.
도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 도포체를 가열로에 장입하고 아르곤 분위기에서 승온속도=1℃/min.으로 가열하여 900℃ 온도에서 6시간 유지하면서 희토화합물이 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행되도록 하였다. 확산처리 후 표면에 확산층을 제거한 후 900℃ 온도에서 10시간 응력제거열처리를 실시하고, 이어서 500℃ 온도에서 2시간 최종열처리를 실시하였다.
또한, 확산처리를 완료한 후, 도포물질로서 Nd-Hydride 화합물을 이용하여 재차 동일한 조건으로 확산처리를 실시하여 최종시편을 제조하였다.
표 3은 31wt%Nd-1wt%B-2wt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(M=Cu, Al, Nb, Co) 조성의 소결체를 제조한 후, 도포물질로서 Ho-Hydride, Dy-Hydride, Tb-Hydride 화합물을 이용하여 1차 입계확산을 실시하고 이어서 Nd-Hydride 화합물을 이용하여 2차 입계확산을 실시하여 제조된 자석의 자기특성을 평가한 결과이다.
샘플제조조건 1차 확산 2차 확산 온도특성
도포물질 도포량(wt%) 도포물질 도포량(wt%) 온도에 따른 Br 감소율(%/℃) 온도에 따른 Hcj 감소율(%/℃)
1-2 비교예 Ho-Hydride 1.0 × × -0.13 -0.65
1-3 비교예 Dy-Hydride 1.0 × × -0.12 -0.58
1-4 비교예 Tb-Hydride 1.0 × × -0.11 -0.52
3-1 실시예 Ho-Hydride 1.0 Nd-Hydride 0.5 -0.13 -0.55
3-2 실시예 Dy-Hydride 1.0 Nd-Hydride 0.5 -0.12 -0.51
3-3 실시예 Tb-Hydride 1.0 Nd-Hydride 0.5 -0.11 -0.45
상기 표 3을 참조하면, 비교예 1-2는 Ho 수소화합물을 1차례만 확산시킨 경우 온도에 따른 Br 감소율이 -0.13(%/℃)이고 온도에 따른 Hcj 감소율이 -0.65(%/℃)인 반면, 실시 예 3-1의 경우 Ho 수소화합물로 1차 확산시키고, Nd 수소화합물로 2차 확산시킨 경우, 온도에 따른 Br 감소율이 -0.13(%/℃)로 동등한 성능을 갖고, Hcj 감소율은 -0.55(%/℃)로 개선되었음을 확인할 수 있다. 즉, 서로 다른 도포 물질로 확산 공정을 반복함으로써 자기 특성을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 4]
Xwt%RE-Ywt%B-Zwt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(여기서, RE=희토류원소, TM=3d 천이원소, X=28∼35, Y=0.5∼1.5, Z=0∼15)조성의 합금을 아르곤분위기에서 유도 가열방식으로 용해하고, 이어서 스트립 캐스팅 방법을 이용하여 급속냉각 함으로써 합금스트립을 제조하였다.
제조된 합금스트립을 조분쇄하는 과정에서는 스트립을 진공로에 장입하고 진공배기한 후 수소분위기에서 2시간 이상 유지함으로써 스트립 내부로 수소를 흡수시키고, 이어서 진공분위기에서 600℃로 가열하여 스트립 내부에 존재하는 수소를 제거하였다. 조분쇄를 완료한 수소처리 분말을 사용하여 젯밀기술을 이용한 분쇄방식에 의해 평균입경 1∼5.0㎛ 범위의 균일하고 미세한 분말로 제조하였다. 이때, 합금스트립을 미세 분말로 제조하는 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행하였다.
젯밀에 의해 분쇄된 미세 희토분말을 이용하여 다음과 같이 자장성형을 실시하였다. 질소분위기에서 희토분말을 금형에 충진하고, 금형의 좌/우에 위치하는 전자석에 의해 직류자장을 인가하여 희토분말을 일축방향으로 배향시키고, 동시에 상/하펀치의 가압에 의해 압축성형을 실시하여 성형체를 제조하였다. 자장성형에 의해 얻어진 성형체를 소결로에 장입하고 진공분위기 및 400℃ 이하에서 충분히 유지하여 잔존하는 불순 유기물을 완전히 제거하고, 다시 1050℃까지 승온시켜 2시간 유지함으로써 소결치밀화 과정을 실시하였다.
상기와 같은 소결 제조공정에 의해 소결체를 제조한 후, 소결체는 12.5×12.5×5mm 크기의 자석으로 가공하였고, 고온 자기특성을 향상시키기 위해 다음과 같은 입계확산 공정을 실시하였다. 자석가공품을 알칼리탈지제 용액에 담근 후, 파이 2~10 크기의 세라믹볼과 함께 문질러줌으로써 자석 표면에 묻어있는 기름성분을 제거하였고, 다시 자석을 증류수로 수차례 깨끗이 세정함으로써 잔존하는 탈지제를 완전히 제거하였다.
세정된 가공체의 표면은 희토화합물로 균일하게 도포하기 위해 Ho-Hydride, Dy-Hydride 파우더를 무게비율로 50%:50%를 혼합하여 만들었다. 그리고 이종을 혼합한 희토화합물과 알콜의 비율이 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼련함으로써 이종 희토화합물 슬러리를 제조한 후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 희토화합물이 자석 표면에 균일하게 도포되도록 하였다.
도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 도포체를 가열로에 장입하고 아르곤 분위기에서 승온속도=1℃/min.으로 가열하여 900℃ 온도에서 6시간 유지하면서 희토화합물이 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행되도록 하였다. 확산처리 후 표면에 확산층을 제거한 후 900℃ 온도에서 10시간 응력제거열처리를 실시하고, 이어서 500℃ 온도에서 2시간 최종열처리를 실시하여 최종 시편을 제조하였다.
표 4는 31wt%Nd-1wt%B-2wt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(M=Cu, Al, Nb, Co) 조성의 소결체를 제조한 후, 도포물질로서 Ho-Hydride, Dy-Hydride 화합물을 50:50%비율로 혼합하고 입계확산하여 제조된 자석의 자기특성을 평가한 결과이다.
샘플제조조건 확산 상온 자기 특성
도포물질 도포량(wt%) 잔류자속밀도,Br(kG) 보자력,Hcj(kOe)
1-2 비교예 Ho-Hydride 1.0 13.7 15.9
1-3 비교예 Dy-Hydride 1.0 13.6 21.5
4-1 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.03% 13.90 18.06
4-2 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.20% 13.95 18.33
4-3 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.31% 13.91 18.42
4-4 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.43% 13.91 18.52
4-5 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.55% 13.66 19.01
4-6 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.79% 13.74 18.80
4-7 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.81% 13.71 19.05
4-8 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.95% 13.66 19.26
4-9 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.13% 13.58 19.50
4-10 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.28% 13.54 19.52
4-11 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.46% 13.48 19.57
4-12 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.65% 13.56 19.61
4-13 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.88% 13.33 19.94
4-14 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.98% 13.43 20.01
상기 표 4를 참조하면, 비교예 1-3은 Dy-Hydride만을 사용하여 잔류자속밀도(Br)는 13.6(kG)이고 보자력은 21.5(kOe)인 반면, 실시예 4-5의 경우 잔류자속밀도(Br)는 13.66(kG)이고, 보자력은 19.01(kOe)임을 알 수 있다. 즉, 실시 예 4-5의 경우 Dy-Hydride를 50%만 사용하여 제조 단가를 낮추면서도 Dy-Hydride를 100% 사용한 경우와 대등한 성능을 가질 수 있음을 알 수 있다. 또한, 실시예 4-14의 경우 잔류자속밀도(Br)는 13.43(kG)이고, 보자력은 20.01(kOe)이므로 비교예 1-3과 거의 동일한 성능을 가짐을 알 수 있다.
[실시 예5]
Xwt%RE-Ywt%B-Zwt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(여기서, RE=희토류원소, TM=3d 천이원소, X=28∼35, Y=0.5∼1.5, Z=0∼15)조성의 합금을 아르곤분위기에서 유도 가열방식으로 용해하고, 이어서 스트립 캐스팅 방법을 이용하여 급속냉각 함으로써 합금스트립을 제조하였다.
제조된 합금스트립을 조분쇄하는 과정에서는 스트립을 진공로에 장입하고 진공배기한 후 수소분위기에서 2시간 이상 유지함으로써 스트립 내부로 수소를 흡수시키고, 이어서 진공분위기에서 600℃로 가열하여 스트립 내부에 존재하는 수소를 제거하였다. 조분쇄를 완료한 수소처리 분말을 사용하여 젯밀기술을 이용한 분쇄방식에 의해 평균입경 1∼5.0㎛ 범위의 균일하고 미세한 분말로 제조하였다. 이때, 합금스트립을 미세 분말로 제조하는 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행하였다.
젯밀에 의해 분쇄된 미세 희토분말을 이용하여 다음과 같이 자장성형을 실시하였다. 질소분위기에서 희토분말을 금형에 충진하고, 금형의 좌/우에 위치하는 전자석에 의해 직류자장을 인가하여 희토분말을 일축방향으로 배향시키고, 동시에 상/하펀치의 가압에 의해 압축성형을 실시하여 성형체를 제조하였다. 자장성형에 의해 얻어진 성형체를 소결로에 장입하고 진공분위기 및 400℃ 이하에서 충분히 유지하여 잔존하는 불순 유기물을 완전히 제거하고, 다시 1050℃까지 승온시켜 2시간 유지함으로써 소결치밀화 과정을 실시하였다.
상기와 같은 소결 제조공정에 의해 소결체를 제조한 후, 소결체는 12.5×12.5×5mm 크기의 자석으로 가공하였고, 고온 자기특성을 향상시키기 위해 다음과 같은 입계확산 공정을 실시하였다. 자석가공품을 알칼리탈지제 용액에 담근 후, 파이 2~10 크기의 세라믹볼과 함께 문질러줌으로써 자석 표면에 묻어있는 기름성분을 제거하였고, 다시 자석을 증류수로 수차례 깨끗이 세정함으로써 잔존하는 탈지제를 완전히 제거하였다.
세정된 가공체의 표면은 희토화합물로 균일하게 도포하기 위해 Nd-Hydride, Dy-Hydride 파우더를 무게비율로 50%:50%를 혼합하여 만들었다. 그리고 이종을 혼합한 희토화합물과 알콜의 비율이 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼련함으로써 이종 희토화합물 슬러리를 제조한 후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 희토화합물이 자석 표면에 균일하게 도포되도록 하였다.
도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 도포체를 가열로에 장입하고 아르곤 분위기에서 승온속도=1℃/min.으로 가열하여 900℃ 온도에서 6시간 유지하면서 희토화합물이 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행되도록 하였다. 확산처리 후 표면에 확산층을 제거한 후 900℃ 온도에서 10시간 응력제거열처리를 실시하고, 이어서 500℃ 온도에서 2시간 최종열처리를 실시하여 최종 시편을 제조하였다.
표 5는 31wt%Nd-1wt%B-2wt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(M=Cu, Al, Nb, Co) 조성의 소결체를 제조한 후, 도포물질로서 Nd-Hydride, Dy-Hydride 화합물을 50:50%비율로 혼합하고 입계확산하여 제조된 자석의 자기특성을 평가한 결과이다
샘플제조조건 확산 상온 자기 특성
도포물질 도포량(wt%) 잔류자속밀도,Br(kG) 보자력,Hcj(kOe)
1-1 비교예 Nd-Hydride 1.0 13.8 15.2
1-3 비교예 Dy-Hydride 1.0 13.6 21.5
5-1 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 0.28% 14.28 17.61
5-2 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 0.64% 14.16 18.88
5-3 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 0.87% 14.04 19.87
5-4 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.03% 13.96 20.33
5-5 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.24% 13.96 20.73
5-6 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.46% 14.10 20.20
5-7 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.63% 13.95 20.30
5-8 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.83% 14.00 20.58
5-9 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 1.95% 13.90 21.03
5-10 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.03% 14.06 20.16
5-11 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.27% 13.95 20.34
5-12 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.37% 14.08 20.38
5-13 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.44% 14.08 20.43
5-14 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.72% 13.90 20.68
5-15 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 2.90% 13.92 21.17
5-16 실시예 Nd-Hydride: Dy-Hydride = 50wt%:50wt% 3.06% 13.98 20.35
상기 표 5를 참조하면, 비교예 1-3은 Dy-Hydride만을 사용하여 잔류자속밀도(Br)는 13.6(kG)이고, 보자력은 21.5(kOe)인 반면, 실시예 5-4의 경우 잔류자속밀도(Br)는 13.96(kG)이고, 보자력은 20.33(kOe)임을 알 수 있다. 즉, 실시 예 5-4의 경우 Dy-Hydride를 50%만 사용하여도 Dy-Hydride를 100% 사용한 경우와 대등한 성능을 가질 수 있음을 알 수 있다.또한, 실시예 5-16의 경우 잔류자속밀도(Br)는 13.98(kG)이고, 보자력은 20.35(kOe)이므로 비교예 1-3과 거의 동일한 성능을 가짐을 알 수 있다.
[실시 예6]
Xwt%RE-Ywt%B-Zwt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(여기서, RE=희토류원소, TM=3d 천이원소, X=28∼35, Y=0.5∼1.5, Z=0∼15)조성의 합금을 아르곤분위기에서 유도 가열방식으로 용해하고, 이어서 스트립 캐스팅 방법을 이용하여 급속냉각 함으로써 합금스트립을 제조하였다.
제조된 합금스트립을 조분쇄하는 과정에서는 스트립을 진공로에 장입하고 진공배기한 후 수소분위기에서 2시간 이상 유지함으로써 스트립 내부로 수소를 흡수시키고, 이어서 진공분위기에서 600℃로 가열하여 스트립 내부에 존재하는 수소를 제거하였다. 조분쇄를 완료한 수소처리 분말을 사용하여 젯밀기술을 이용한 분쇄방식에 의해 평균입경 1∼5.0㎛ 범위의 균일하고 미세한 분말로 제조하였다. 이때, 합금스트립을 미세 분말로 제조하는 공정은 산소가 오염되어 자기특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질소 혹은 불활성가스 분위기에서 수행하였다.
젯밀에 의해 분쇄된 미세 희토분말을 이용하여 다음과 같이 자장성형을 실시하였다. 질소분위기에서 희토분말을 금형에 충진하고, 금형의 좌/우에 위치하는 전자석에 의해 직류자장을 인가하여 희토분말을 일축방향으로 배향시키고, 동시에 상/하펀치의 가압에 의해 압축성형을 실시하여 성형체를 제조하였다. 자장성형에 의해 얻어진 성형체를 소결로에 장입하고 진공분위기 및 400℃ 이하에서 충분히 유지하여 잔존하는 불순 유기물을 완전히 제거하고, 다시 1050℃까지 승온시켜 2시간 유지함으로써 소결치밀화 과정을 실시하였다.
상기와 같은 소결 제조공정에 의해 소결체를 제조한 후, 소결체는 12.5×12.5×5mm 크기의 자석으로 가공하였고, 고온 자기특성을 향상시키기 위해 다음과 같은 입계확산 공정을 실시하였다. 자석가공품을 알칼리탈지제 용액에 담근 후, 파이 2~10 크기의 세라믹볼과 함께 문질러줌으로써 자석 표면에 묻어있는 기름성분을 제거하였고, 다시 자석을 증류수로 수차례 깨끗이 세정함으로써 잔존하는 탈지제를 완전히 제거하였다.
세정된 가공체의 표면은 희토화합물로 균일하게 도포하기 위해 Ho-Hydride, Dy-Hydride 파우더를 무게비율로 75%:25%를 혼합하여 만들었다. 그리고 이종을 혼합한 희토화합물과 알콜의 비율이 각각 50%:50%로 조절하여 균일하게 혼련함으로써 이종 희토화합물 슬러리를 제조한 후, 제조된 슬러리를 비이커에 담아 초음파세정기를 이용하여 균일하게 분산시키면서 가공체를 침적한 후 1~2분 유지하면서 희토화합물이 자석 표면에 균일하게 도포되도록 하였다.
도포된 희토화합물을 자석내부의 결정립계로 확산시키기 위해 도포체를 가열로에 장입하고 아르곤 분위기에서 승온속도=1℃/min.으로 가열하여 900℃ 온도에서 6시간 유지하면서 희토화합물이 자석 내부로 확산되어 침투반응이 진행되도록 하였다. 확산처리 후 표면에 확산층을 제거한 후 900℃ 온도에서 10시간 응력제거열처리를 실시하고, 이어서 500℃ 온도에서 2시간 최종열처리를 실시하여 최종 시편을 제조하였다.
표 6은 31wt%Nd-1wt%B-2wt%TM-Bal.Bal.wt%Fe(M=Cu, Al, Nb, Co) 조성의 소결체를 제조한 후, 도포물질로서 Ho-Hydride, Dy-Hydride 화합물을 50:50%비율로 혼합하고 입계확산하여 제조된 자석의 자기특성을 평가한 결과이다.
샘플제조조건 확산 상온 자기 특성
도포물질 도포량(wt%) 잔류자속밀도,Br(kG) 보자력,Hcj(kOe)
1-2 비교예 Ho-Hydride 1.0 13.7 15.9
1-3 비교예 Dy-Hydride 1.0 13.6 21.5
6-1 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 75wt%:25wt% 0.79% 14.19 15.60
6-2 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 75wt%:25wt% 0.78% 14.07 15.79
6-3 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 75wt%:25wt% 1.20% 13.98 16.13
6-4 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 75wt%:25wt% 1.24% 13.92 16.19
6-5 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 75wt%:25wt% 1.54% 13.82 16.57
6-6 실시예 Ho-Hydride: Dy-Hydride = 75wt%:25wt% 1.74% 13.87 16.53
상기 표 6을 참조하면, 실시예 6-1 내지 6-6의 경우 표 5의 실시예에 비해 보자력이 낮아졌음을 확인할 수 있다. 즉, Ho-Hydride의 함량이 Dy-Hydride의 함량보다 3배 많아짐으로써 보자력이 실시 예 5에 비해 크게 개선되지 않았음을 확인할 수 있다.도 10은 도포량에 따른 잔류자속밀도(Br)의 변화를 측정한 그래프이고, 도 11은 도포량에 따른 보자력(Hcj)의 변화를 측정한 그래프이다.
도 10을 참조하면, Dy-Hydride만을 사용한 경우에 비해 Dy-Hydride와 Nd-Hydride를 혼합한 경우 잔류자속밀도(Br)가 일부 구간에서 증가하였음을 알 수 있다. 또한, 도 11을 참조하면, Dy-Hydride만을 사용한 경우에 비해 Dy-Hydride와 Nd-Hydride를 혼합한 경우 보자력(Hcj)이 비슷한 성능을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(RE는 희토류로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상 선택됨);
    상기 소결체에 입계 확산 물질을 함유한 용액을 도포하는 단계; 및
    상기 소결체를 열처리하여 입계 확산시키는 단계를 포함하고,
    상기 입계 확산 물질은 중희토(HREE) 수소화합물 및 경희토(LREE) 수소화합물을 포함하는 희토류 자석 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중희토(HREE) 수소화합물은 Dy 수소화합물, Tb 수소화합물, 및 Ho 수소화합물 중 적어도 하나를 포함하는 희토류 자석 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경희토(LREE) 수소화합물은 Nd 수소화합물(NdHx)을 포함하는 희토류 자석 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중희토(HREE) 수소화합물의 함량은 상기 경희토(LREE) 수소화합물의 함량보다 작은 희토류 자석 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중희토(HREE) 수소화합물의 함량은 상기 경희토(LREE) 수소화합물의 함량보다 많은 희토류 자석 제조방법.
  6. RE, Fe, B를 조성 성분으로 포함하는 자석 소결체를 준비하는 단계(RE는 희토류로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상 선택됨);
    상기 소결체에 제1 입계 확산 물질을 함유한 제1 용액을 도포하는 단계;
    상기 소결체를 열처리하여 1차 입계 확산시키는 단계;
    상기 소결체에 제2 입계 확산 물질을 함유한 제2 용액을 도포하는 단계; 및
    상기 소결체를 열처리하여 2차 입계 확산시키는 단계를 포함하는 희토류 자석 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 입계 확산 물질은 중희토(HREE) 수소화합물을 포함하고,
    상기 제2 입계 확산 물질은 경희토(LREE) 수소화합물을 포함하는 희토류 자석 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 입계 확산 물질은 경희토(LREE) 수소화합물을 포함하고,
    상기 제2 입계 확산 물질은 중희토(HREE) 수소화합물을 포함하는 희토류 자석 제조방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 중희토(HREE) 수소화합물은 Dy 수소화합물, Tb 수소화합물, 및 Ho 수소화합물 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 경희토(LREE) 수소화합물은 Nd 수소화합물을 포함하는 희토류 자석 제조방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 방법에 의해 제작된 희토류 자석을 포함하는 모터.
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