WO2020184802A1 - 망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석 - Google Patents

망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석 Download PDF

Info

Publication number
WO2020184802A1
WO2020184802A1 PCT/KR2019/013612 KR2019013612W WO2020184802A1 WO 2020184802 A1 WO2020184802 A1 WO 2020184802A1 KR 2019013612 W KR2019013612 W KR 2019013612W WO 2020184802 A1 WO2020184802 A1 WO 2020184802A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
manganese
phase
magnet
aluminum
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2019/013612
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최철진
박지훈
사평점
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Original Assignee
Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Institute of Machinery and Materials KIMM filed Critical Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Publication of WO2020184802A1 publication Critical patent/WO2020184802A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a manganese-based magnet with improved coercivity and a manganese-based magnet manufactured therefrom.
  • Manganese-based alloys have been extensively studied since the late 1950s due to their great potential as rare earth magnets that are inexpensive and have moderate magnetic performance. Most of the previous work on manganese-based alloys has succeeded in increasing the fraction of the ⁇ phase to achieve higher saturation magnetization (Ms), understanding the ⁇ phase change mechanism, and focused on improving magnetic performance, especially coercivity. did. A manganese-based alloy having a high purity ⁇ phase has been produced through various methods, and there is not much room for greatly improving the saturation magnetization by increasing the purity of the ⁇ -phase. Currently, the ⁇ phase conversion mechanism is well known, and the ⁇ process can be controlled by optimized annealing conditions.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a manganese-based magnet having excellent magnetic properties such as coercivity, and a manganese-based magnet manufactured therefrom.
  • It provides a method for manufacturing a manganese-based magnet including; pressing the ⁇ -phase manganese-based magnetic material and rotating it in a direction perpendicular to the pressing direction.
  • a manganese-based magnet manufactured by the above method and having a coercive force of 0.30 T to 0.65 T is provided.
  • the manganese-based magnet manufacturing method may provide a manganese-based magnet with improved coercivity.
  • Example 1 is an XRD pattern of a manganese-aluminum magnet prepared in Example 1 of the present invention and a ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body prepared in Comparative Example 1.
  • FIG. 1 is an XRD pattern of a manganese-aluminum magnet prepared in Example 1 of the present invention and a ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body prepared in Comparative Example 1.
  • Example 2 is a photograph taken using a transmission electron microscope (TEM) of the manganese-aluminum magnet prepared in Example 1 of the present invention and the surface/section of the ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body prepared in Comparative Example 1.
  • TEM transmission electron microscope
  • Example 3 is a hysteresis curve of manganese-aluminum magnets manufactured in Example 2 (FIG. 3A ), Example 4 (FIG. 3B) and Example 6 (FIG. 3C) of the present invention, respectively.
  • a method of manufacturing a manganese-based magnet comprises: obtaining a ⁇ -phase manganese-based magnetic material from a manganese-based alloy; And simultaneously pressing the ⁇ -phase manganese-based magnetic material and rotating it in a direction perpendicular to the pressing direction.
  • the manganese-based alloy comprises the steps of manufacturing a mixed melt by melting a raw material containing a manganese-based material; And cooling the mixed melt to prepare a manganese-based alloy; may be produced through.
  • the step of obtaining the ⁇ -phase manganese-based magnetic material may include annealing and rapid cooling the manganese-based alloy to obtain a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-based alloy; And heat-treating the nonmagnetic ⁇ -phase manganese-based alloy to obtain a ⁇ -phase manganese-based magnetic material. It may include.
  • the manganese-based alloy is annealed and rapidly cooled to obtain a nonmagnetic ⁇ -phase manganese alloy.
  • a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-based alloy obtained by rapid cooling may be heat-treated to obtain a ⁇ -phase manganese-based magnetic material.
  • the heat treatment corresponds to a treatment generally performed on an alloy since the ⁇ -phase manganese-based magnetic material, which is a ferromagnetic phase, has a higher coercivity than that of an ⁇ -phase alloy.
  • the manganese-based alloy of a certain ratio has little magnetism in the ⁇ -phase, but ferromagnetic in the ⁇ -phase, and in order to manufacture a magnet, the phase of the manganese-based alloy must be converted. Heat treatment may be performed to change the phase of the manganese alloy.
  • the heat treatment may be performed at 673K to 873K for 2 minutes to 60 minutes.
  • the nonmagnetic ⁇ -phase manganese-based alloy subjected to heat treatment within the above range may be converted into a ⁇ -phase manganese-based magnetic material with high purity.
  • the obtained ⁇ -phase manganese-based magnetic material may be manufactured in a disk shape to undergo a pressing and rotating step later.
  • a manganese-based magnet with improved coercivity is manufactured by pressing the ⁇ -phase manganese-based magnetic material and rotating it in a direction perpendicular to the pressing direction.
  • HPT High Pressure Torsion
  • the particle size of the bulk manganese magnet becomes fine and the particles become oriented. Due to this, the coercive force of the manganese magnet can be greatly improved.
  • the pressurization may be performed at a pressure of 20 GPa or less, preferably at a pressure of 0.01 to 15 GPa, and more preferably at a pressure of 1 to 8 GPa.
  • a pressure within the above range is applied to the ⁇ -phase manganese-based magnetic material, the ⁇ -phase manganese-based magnetic material has a fine particle size and a deformation of orientation occurs, and due to this deformation, the manganese-based magnet has high coercivity and residual magnetic flux density.
  • the rotation may be performed at a speed of 1 RPM to 6 RPM, and the rotation may be performed at 1 to 20 rotations. Preferably, the rotation may be performed at 1 to 10 rotations, more preferably 1 to 5 rotations.
  • rotation is applied to the ⁇ -phase manganese-based magnetic material at a speed within the above range, there may be an effect of increasing the coercive force of the magnetic material.
  • the raw material may further include at least one of Al, C, Bi, Ni, and Co in addition to the manganese-based material.
  • the manganese-based magnet manufacturing method may further include aging the resultant after the pressing and rotating steps. Through the aging, the residual magnetization and the saturation magnetization of the manganese-based magnet are improved, and the maximum magnetic energy ⁇ (BH) max ⁇ may be improved.
  • the aging may be performed at 573K to 823K for 5 to 20 minutes.
  • the residual magnetization and saturation magnetization of the manganese magnet may be improved.
  • a manganese-based magnet manufactured by the above method and having a coercive force of 0.30 T to 0.65 T is provided.
  • the manganese-based magnet is a MnAl magnet, and may have a composition of Mn x Al 100-x (40 ⁇ x ⁇ 55), and preferably has a composition of (50 ⁇ x ⁇ 55). I can. That is, the manganese-based magnet may contain 40 to 55% by weight of manganese.
  • the manganese-based magnet is a MnAlC magnet, and may have a composition of Mn x Al 100-x C y (40 ⁇ x ⁇ 60, 0 ⁇ y ⁇ 7), and preferably (50 ⁇ x ⁇ 55, 1 ⁇ y ⁇ 6) may have a composition. That is, the manganese-based magnet may contain 40 to 60% by weight of manganese and more than 0 and 7% by weight or less of carbon based on the total weight of manganese and aluminum.
  • High-purity aluminum pellets (Purchase: Taewon Science, purity: 99.999%) and manganese fragments (Purchase: Taewon Science, purity:99.9%) are induction melting using an MC16 Indutherm device at a temperature of 1673K to 1973K in an Ar gas atmosphere 1 Heated for minutes to 9 minutes to prepare a mixed melt.
  • the obtained mixed melt was cooled to 300K by a natural cooling method to prepare a manganese-aluminum binary alloy having a composition of Mn 54 Al 46 .
  • the manganese-aluminum binary alloy was annealed at 1373K and then quenched with water of 300K to obtain a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum binary alloy.
  • a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum binary alloy was heat-treated at a temperature in the range of 650 to 750K to obtain a ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body.
  • the prepared ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body was cut into a disk shape having a diameter of 10 mm and a thickness of 2.5 mm or less.
  • ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body into a high pressure torsion machine (device name: High pressure torsion), apply a pressure of 6 GPa, and rotate at 1-6 rpm for 1-10 min. -An aluminum magnet was manufactured.
  • a manganese-aluminum magnet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the number of rotations was 10 times.
  • a manganese-aluminum magnet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the number of rotations was 15 times.
  • a mixed melt was prepared by heating for 1 to 9 minutes at a temperature of 1673 K to 1973 K in a gas atmosphere.
  • the obtained mixed melt was cooled to 300K by a natural cooling method to prepare a manganese-aluminum-carbon ternary alloy having a composition of Mn 54 Al 46 C 2.44 .
  • the manganese-aluminum-carbon ternary alloy was annealed at 1373K and then quenched with 300K water to obtain a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon ternary alloy.
  • a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon ternary alloy was heat-treated at a temperature range of 650 to 750K to obtain a ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon magnetic body.
  • the prepared ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon magnetic body was cut into a disk shape having a diameter of 10 mm and a thickness of 2.5 mm or less.
  • ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon magnetic material into a high pressure torsion machine (device name: High pressure torsion) and apply a pressure of 6 GPa, and at the same time, rotate at 1-6 rpm for 1-10 min so that the number of rotations becomes one.
  • a manganese-aluminum-carbon magnet was manufactured by rotating.
  • a manganese-aluminum-carbon magnet was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the number of rotations was set to 10 times.
  • a manganese-aluminum-carbon magnet was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the number of rotations was set to 20 times.
  • the manganese-aluminum magnet of Example 2 was aged at 623K for 40 minutes to prepare a manganese-aluminum magnet.
  • High-purity aluminum pellets (Purchase: Taewon Science, purity: 99.999%) and manganese fragments (Purchase: Taewon Science, purity:99.9%) are induction melting using an MC16 Indutherm device at a temperature of 1673K to 1973K in an Ar gas atmosphere 1 Heated for minutes to 9 minutes to prepare a mixed melt.
  • the obtained mixed melt was cooled to 300K by a natural cooling method to prepare a manganese-aluminum binary alloy having a composition of Mn 54 Al 46 .
  • the manganese-aluminum binary alloy was annealed at 1373K and then quenched with 300K water to obtain a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum binary alloy.
  • a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum binary alloy was heat-treated at a temperature in the range of 650 to 750K to obtain a ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body.
  • the prepared ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body was cut into a disk shape having a diameter of 10 mm and a thickness of 2.5 mm or less.
  • a mixed melt was prepared by heating for 1 to 9 minutes at a temperature of 1673 K to 1973 K in a gas atmosphere.
  • the obtained mixed melt was cooled to 300K by a natural cooling method to prepare a manganese-aluminum-carbon ternary alloy having a composition of Mn 54 Al 46 C 2.44 .
  • the manganese-aluminum-carbon ternary alloy was annealed at 1373K and then quenched with 300K water to obtain a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon ternary alloy.
  • a nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon ternary alloy was heat-treated at a temperature range of 650 to 750K to obtain a ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon magnetic body.
  • the prepared ⁇ -phase manganese-aluminum-carbon magnetic body was cut into a disk shape having a diameter of 10 mm and a thickness of 2.5 mm or less.
  • the manganese-aluminum magnet prepared in Example 1 and the ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic material prepared in Comparative Example 1 were analyzed by X-ray diffraction using a Horizontal X-ray Diffractometer D/Max 2500 (RIKAGU) device, and FIG. The XRD pattern was shown. In addition, X-ray diffraction analysis data of the nonmagnetic ⁇ -phase manganese-aluminum binary alloy are also shown for reference.
  • the peak of the ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic material of Comparative Example 1 can be identified as the ⁇ -phase peak at a position completely different from the peak of the ⁇ -phase.
  • the manganese-aluminum magnet of Example 1 it can be seen that most of the peaks other than the (111) peak disappeared. That is, it can be seen that the particles of the magnetic body are deformed and pulverized by the high pressure and rotation process to be refined, and defects are generated on the boundary surface of the particles and have orientation.
  • the manganese-aluminum magnet prepared in Example 1 and the surface/cross-section of the ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body prepared in Comparative Example 1 were photographed using a transmission electron microscope (TEM).
  • TEM transmission electron microscope
  • the left photo of FIG. 2 corresponding to the photo of the ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic body of Comparative Example 1 confirms that the size of the bulk particles is large, but the manganese-aluminum magnet of Example 1
  • directionality occurs in the shear direction due to rotation, and the size of the particles is also significantly smaller than before deformation. That is, it can be seen that the particles of the magnetic body are micronized by the high pressure and rotation process, defects are generated on the interface of the particles, and orientation is obtained.
  • Magnetic properties of the manganese-aluminum magnets prepared in Examples 1 to 7 and the ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic bodies prepared in Comparative Examples 1 and 2 were measured using a quantum design magnetic property measurement system under the condition of 300K. It was measured, and the measurement results are shown in Table 1 below.
  • the magnetic properties of the manganese-aluminum magnets prepared in Examples 2, 4 and 6 were measured under the above conditions, and are shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the manganese-aluminum magnet of the embodiment has a higher coercivity than the ⁇ -phase manganese-aluminum magnetic material of the comparative example, and thus has excellent magnetic properties.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

본 발명에서는 자성체에 배향성을 부여하여 자화도 및 보자력을 향상시킬 수 있는 망간계 자석을 제조하는 방법이 제공된다. τ-상 망간계 자성체에 가압함과 동시에 상기 가압 방향과 수직 방향으로 회전함으로써 자성체를 변형시켜 자성체의 조직을 미세화하여 우수한 자기적 특성을 보유하는 망간계 자석을 제조할 수 있다. 또한 본 발명에서는 보자력이 우수한 망간계 자석이 제공된다.

Description

망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석
본 명세서는 2019년 3월 13일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2019-0028821호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다.
본 발명은 보자력이 향상된 망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석에 관한 것이다.
망간 기반의 합금은 1950년대 후반부터 저렴하면서도 적당한 자기 성능을 지니는 희토류 자석으로서의 큰 잠재력으로 인해 광범위하게 연구되어 왔다. 망간 기반 합금에 대한 이전 연구의 대부분은 τ상의 분율을 높이는 것을 성공하여 더 높은 포화 자화도(Ms)를 달성하고, ε→τ 상변환 메커니즘을 이해하며, 자기 성능, 특히 보자력을 향상시키는 데 주력했다. 다양한 방법을 통해 지금까지 고순도의 τ상을 갖는 망간계 합금이 제조되었고, 이제 τ-상의 순도를 높여 포화 자화도를 크게 향상시킬 여지는 많지 않다. 현재 ε→τ상변환 메커니즘은 잘 알려져 있으며 최적화된 어닐링 조건에 의해 ε→τ 프로세스를 제어 할 수 있다.
그러나 해결되지 않은 주된 과제는 다양한 방법으로 제조된 망간계 합금의 보자력이 상대적으로 낮다는 점이다. 이를 해결하기 위해 소결 조건을 다양하게 변경시키려는 시도가 있었으나, 보자력의 향상 정도는 크지 않았다.
이에 망간계 합금의 입자 크기를 조절하는 방법으로서 볼 밀링을 통해 합금 입자의 크기를 조절하거나, 가스 원자화 분말로부터 벌크 망간계 합금을 제조하거나, 망간계 합금을 고온 압출하는 등의 방법이 이용되었으나, 이러한 방법에 의하더라도 충분히 필요한 만큼의 보자력을 달성하지 못하였다. 이로 인해 응용 분야에 대한 개발이 크게 제한되어 있어 고성능 망간계 자석의 보자력을 향상시키기 위한 추가적 처리에 관해 연구가 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보자력 등의 자기적 특성이 우수한 망간계 자석의 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 망간계 합금으로부터 τ상 망간계 자성체를 얻는 단계; 및
상기 τ상 망간계 자성체를 가압함과 동시에 상기 가압 방향과 수직 방향으로 회전시키는 단계;를 포함하는 망간계 자석 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 방법으로 제조되고, 보자력이 0.30 T 내지 0.65 T인 망간계 자석이 제공된다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 망간계 자석 제조방법은 보자력이 향상된 망간계 자석을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 에서 제조된 망간-알루미늄 자석 및 비교예 1에서 제조된 τ상 망간-알루미늄 자성체의 XRD 패턴이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 에서 제조된 망간-알루미늄 자석 및 비교예 1에서 제조된 τ상 망간-알루미늄 자성체의 표면/단면을 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 3은 각각 본 발명의 실시예 2(도 3a), 실시예 4(도 3b) 및 실시예 6(도 3c)에서 제조된 망간-알루미늄 자석의 자기 이력 곡선이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 망간계 자석 제조방법은 망간계 합금으로부터 τ상 망간계 자성체를 얻는 단계; 및 상기 τ상 망간계 자성체를 가압함과 동시에 상기 가압 방향과 수직 방향으로 회전시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 망간계 합금은 망간계 물질을 포함하는 원료 물질을 용융하여 혼합 용융물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용융물을 냉각하여 망간계 합금을 제조하는 단계;를 통해 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 τ-상 망간계 자성체를 얻는 단계는 상기 망간계 합금을 어닐링하고 급냉하여 비자성상 ε-상 망간계 합금을 얻는 단계; 및 상기 비자성상 τ-상 망간계 합금을 열처리하여 τ-상 망간계 자성체를 얻는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 망간계 자석 제조방법은 먼저, 상기 망간계 합금을 어닐링하고 급냉하여 비자성상 ε-상 망간계 합급을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 망간계 자석 제조방법은 급냉하여 얻어진 비자성상 ε-상 망간계 합금을 열처리하여 τ-상 망간계 자성체를 얻을 수 있다. 상기 열처리는 강자성상인 τ-상 망간계 자성체는 ε-상인 합금에 비해 보자력이 높아 일반적으로 합금에 행하는 처리에 해당한다.
특정 비율의 망간계 합금은 ε-상에서는 자성이 거의 없으나, τ-상에서는 강자성을 띠는 합금으로서 자석을 제조하기 위해서는 망간계 합금의 상을 변환시켜야 한다. 망간계 합금의 상을 변환시키기 위해서는 열처리를 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 열처리는 673K 내지 873K 에서 2분 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 열처리를 거친 비자성상 ε-상 망간계 합금은 고순도로 τ-상 망간계 자성체로 상이 변환될 수 있다. 얻어진 τ-상 망간계 자성체는 후에 가압 및 회전 단계를 거치기 위해 디스크 형태로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 망간계 자석 제조방법은 상기 τ-상 망간계 자성체를 가압함과 동시에 상기 가압 방향과 수직 방향으로 회전시켜 보자력이 향상된 망간계 자석을 제조한다. 가압 및 회전을 동시에 가하는 공정을 HPT(High Pressure Torsion) 처리라고 하며, 망간계 자석에 가압 및 회전을 동시에 가하여 처리하는 경우 벌크 망간계 자석의 입자 크기가 미세해지며 상기 입자에 배향성이 생기게 되고, 이로 인해 망간계 자석의 보자력이 크게 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가압은 20 GPa 이하의 압력에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 15 GPa 의 압력에서 수행될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 내지 8 GPa 의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 압력을 τ-상 망간계 자성체에 가하는 경우, τ-상 망간계 자성체는 입자의 크기가 미세해지며, 배향성의 변형이 일어나고, 이러한 변형으로 인해 망간계 자석은 높은 보자력과 잔류자속밀도를 보유할 수 있는 장점을 가지게 된다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전은 1 RPM 내지 6 RPM의 속도로 수행될 수 있고, 상기 회전은 1 내지 20회의 회전수로 수행될 수 있다. 바람직하게는 상기 회전은 1 내지 10회의 회전수로 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 내지 5회의 회전수로 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 속도로 τ-상 망간계 자성체에 회전을 가하는 경우, 자성체의 보자력을 증가시키는 효과가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 원료 물질은 망간계 물질 이외에 Al, C, Bi, Ni 및 Co 중 1 종 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 망간계 자석 제조방법은 상기 가압 및 회전하는 단계 이후에 결과물을 에이징하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 에이징을 통하여 망간계 자석의 잔류 자화도 및 포화 자화도가 향상되며, 최대자기에너지적{(BH) max}을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에이징은 573K 내지 823K에서 5분 내지 20분 동안 수행될 수 있다. 상기 온도 범위 및 시간 범위 내에서 에이징을 수행하는 경우 망간계 자석의 잔류 자화도 및 포화 자화도가 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 방법으로 제조되고, 보자력이 0.30 T 내지 0.65 T인 망간계 자석이 제공된다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 망간계 자석은 MnAl 자석으로서, Mn xAl 100-x (40≤x≤55) 의 조성을 가질 수 있고, 바람직하게는 (50≤x≤55) 의 조성을 가질 수 있다. 즉, 상기 망간계 자석은 망간이 40 내지 55 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 망간계 자석은 MnAlC 자석으로서, Mn xAl 100-xC y (40≤x≤60, 0<y≤7) 의 조성을 가질 수 있고, 바람직하게는 (50≤x≤55, 1≤y≤6) 의 조성을 가질 수 있다. 즉, 상기 망간계 자석은 망간 및 알루미늄 총 중량에 대하여 망간이 40 내지 60 중량%로 포함되고, 탄소가 0 초과 7 중량% 이하로 포함되는 것일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1
고순도 알루미늄 펠렛(구입처: 태원과학, 순도:99.999%) 및 망간 조각(구입처: 태원과학, 순도:99.9%)을 유도 용융법으로 MC16 Indutherm 기기를 이용하여 Ar 가스 분위기에서 1673K 내지 1973K의 온도로 1분 내지 9분간 가열하여 혼합 용융물을 제조하였다. 얻어진 혼합 용융물을 자연냉각법으로 300K까지 냉각하여 Mn 54Al 46의 조성을 갖는 망간-알루미늄 2원 합금을 제조하였다. 상기 망간-알루미늄 2원 합금을 1373K에서 어닐링한 다음 300K의 물로 급냉시켜 비자성상 ε-상 망간-알루미늄 2원 합금을 얻었다. 비자성상 ε-상 망간-알루미늄 2원 합금을 650 내지 750K의 온도 범위에서 열처리하여 τ-상 망간-알루미늄 자성체를 얻었다. 제조된 τ-상 망간-알루미늄 자성체를 직경 10 mm, 두께 2.5 mm 이하의 디스크 형상으로 절단하였다.
상기 τ-상 망간-알루미늄 자성체를 고압 비틀림 기계(장치명:High pressure torsion)에 넣고 6GPa의 압력을 가하며, 동시에 1-6 rpm 으로 1-10 min 동안 회전을 가하여 회전 수가 5회가 되도록 회전시켜 망간-알루미늄 자석을 제조하였다.
실시예 2
회전 수를 10회가 되도록 하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 망간-알루미늄 자석을 제조하였다.
실시예 3
회전 수를 15회가 되도록 하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 망간-알루미늄 자석을 제조하였다.
실시예 4
고순도 알루미늄 펠렛(구입처:태원과학, 순도:99.999%), 망간 조각(구입처: 태원과학, 순도:99.9%) 및 탄소(태원과학, 순도 99.9%)을 유도 용융법으로 MC16 Indutherm 기기를 이용하여 Ar 가스 분위기에서 1673K 내지 1973K의 온도로 1분 내지 9분간 가열하여 혼합 용융물을 제조하였다. 얻어진 혼합 용융물을 자연냉각법으로 300K까지 냉각하여 Mn 54Al 46C 2.44의 조성을 갖는 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 제조하였다. 상기 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 1373K에서 어닐링한 다음 300K의 물로 급냉시켜 비자성상 ε-상 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 얻었다. 비자성상 ε-상 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 650 내지 750K의 온도 범위에서 열처리하여 τ-상 망간-알루미늄-탄소 자성체를 얻었다. 제조된 τ-상 망간-알루미늄-탄소 자성체를 직경 10 mm, 두께 2.5 mm 이하의 디스크 형상으로 절단하였다.
상기 τ-상 망간-알루미늄-탄소 자성체를 고압 비틀림 기계(장치명:High pressure torsion)에 넣고 6 GPa의 압력을 가하며, 동시에 1-6 rpm 으로 1-10 min 동안 회전을 가하여 회전 수가 1회가 되도록 회전시켜 망간-알루미늄-탄소 자석을 제조하였다.
실시예 5
회전 수를 10회가 되도록 하는 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 방법으로 망간-알루미늄-탄소 자석을 제조하였다.
실시예 6
회전 수를 20회가 되도록 하는 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 방법으로 망간-알루미늄-탄소 자석을 제조하였다.
실시예 7
실시예 2의 망간-알루미늄 자석을 623K에서 40분간 에이징하여 망간-알루미늄 자석을 제조하였다.
비교예 1
고순도 알루미늄 펠렛(구입처:태원과학, 순도:99.999%) 및 망간 조각(구입처: 태원과학, 순도:99.9%)을 유도 용융법으로 MC16 Indutherm 기기를 이용하여 Ar 가스 분위기에서 1673K 내지 1973K의 온도로 1분 내지 9분간 가열하여 혼합 용융물을 제조하였다. 얻어진 혼합 용융물을 자연냉각법으로 300K까지 냉각하여 Mn 54Al 46의 조성을 갖는 망간-알루미늄 2원 합금을 제조하였다. 상기 망간-알루미늄 2원 합금을 1373K에서 어닐링한 다음 300K의 물로 급냉시켜 비자성상 ε-상 망간-알루미늄 2원 합금을 얻었다. 비자성상 ε-상 망간-알루미늄 2원 합금을 650 내지 750K의 온도 범위에서 열처리하여 τ-상 망간-알루미늄 자성체를 얻었다. 제조된 τ-상 망간-알루미늄 자성체를 직경 10 mm, 두께 2.5 mm 이하의 디스크 형상으로 절단하였다.
비교예 2
고순도 알루미늄 펠렛(구입처:태원과학, 순도:99.999%), 망간 조각(구입처: 태원과학, 순도:99.9%) 및 탄소(태원과학, 순도 99.9%)을 유도 용융법으로 MC16 Indutherm 기기를 이용하여 Ar 가스 분위기에서 1673K 내지 1973K의 온도로 1분 내지 9분간 가열하여 혼합 용융물을 제조하였다. 얻어진 혼합 용융물을 자연냉각법으로 300K까지 냉각하여 Mn 54Al 46C 2.44의 조성을 갖는 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 제조하였다. 상기 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 1373K에서 어닐링한 다음 300K의 물로 급냉시켜 비자성상 ε-상 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 얻었다. 비자성상 ε-상 망간-알루미늄-탄소 3원 합금을 650 내지 750K의 온도 범위에서 열처리하여 τ-상 망간-알루미늄-탄소 자성체를 얻었다. 제조된 τ-상 망간-알루미늄-탄소 자성체를 직경 10 mm, 두께 2.5 mm 이하의 디스크 형상으로 절단하였다.
X선 회절 분석(XRD)
실시예 1 에서 제조된 망간-알루미늄 자석 및 비교예 1에서 제조된 τ-상 망간-알루미늄 자성체를 Horizontal X-ray Diffractometer D/Max 2500(RIKAGU) 기기를 이용하여 X선 회절 분석하고, 도 1에 XRD 패턴을 나타내었다. 또한 참조로 비자성상 ε-상 망간-알루미늄 2원 합금의 X선 회절 분석 데이터도 함께 나타내었다.
도 1을 참조하면, 비교예 1의 τ-상 망간-알루미늄 자성체의 피크는 ε-상의 피크와 전혀 다른 위치의 τ-상 피크를 확인할 수 있다. 실시예 1의 망간-알루미늄 자석의 경우 (111) 피크를 제외한 다른 피크가 대부분 사라진 것을 확인할 수 있다. 즉, 고압 및 회전 공정에 의해 자성체 조직의 입자가 변형 및 분쇄되어 미세화되고, 입자의 경계면에 결함이 생기며 배향성을 갖게 되었음을 확인할 수 있다.
투과전자현미경(TEM) 사진 촬영
실시예 1 에서 제조된 망간-알루미늄 자석 및 비교예 1에서 제조된 τ-상 망간-알루미늄 자성체의 표면/단면을 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 촬영한 것을 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면, 비교예 1의 τ-상 망간-알루미늄 자성체의 사진에 해당하는 도 2의 좌측 사진은 벌크 입자의 크기가 큰 것을 확인할 수 있으나, 실시예 1의 망간-알루미늄 자석의 사진에 해당하는 도 2의 우측 사진은 회전으로 인해 전단 방향으로 방향성이 생기고, 입자의 크기도 변형 전보다 확연히 작아진 것을 확인할 수 있다. 즉, 고압 및 회전 공정에 의해 자성체 조직의 입자가 미세화되고 입자의 경계면에 결함이 생기며 배향성을 갖게 되었음을 확인할 수 있다.
자기적 특성 측정(보자력 및 포화 자화도 측정)
실시예 1 내지 실시예 7에서 제조된 망간-알루미늄 자석 및 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 τ-상 망간-알루미늄 자성체의 자기적 특성을 300K의 조건에서 양자 디자인 자기 특성 측정 시스템을 사용하여 측정하고, 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한 실시예 2, 실시예 4 및 실시예 6에서 제조된 망간-알루미늄 자석의 자기적 특성을 위와 같은 조건에서 측정하고, 도 3a 내지 도 3c에 나타내었다.
상기 실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1 및 비교예 2의 제조 조건 및 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 조성 인가압력 (GPa) 회전수 자기적 특성(보자력, T)
실시예 1 Mn 54Al 46 6 5 0.46
실시예 2 Mn 54Al 46 6 10 0.59
실시예 3 Mn 54Al 46 6 15 0.57
실시예 4 Mn 54Al 46C 2.44 6 1 0.34
실시예 5 Mn 54Al 46C 2.44 6 10 0.37
실시예 6 Mn 54Al 46C 2.44 6 20 0.52
실시예 7 Mn 54Al 46 6 10 0.39
비교예 1 Mn 54Al 46 - - 0.2
비교예 2 Mn 54Al 46C 2.44 - - 0.18
상기 표 1 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 실시예의 망간-알루미늄 자석이 비교예의 τ-상 망간-알루미늄 자성체보다 보자력이 높고, 이에 따라 자기적 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (11)

  1. 망간계 합금으로부터 τ-상 망간계 자성체를 얻는 단계; 및
    상기 τ상 망간계 자성체를 가압함과 동시에 상기 가압 방향과 수직 방향으로 회전시키는 단계;를 포함하는 망간계 자석 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 망간계 합금은 망간계 물질을 포함하는 원료 물질을 용융하여 혼합 용융물을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합 용융물을 냉각하여 망간계 합금을 제조하는 단계;를 통해 제조되는 것인 망간계 자석 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 원료 물질은 망간계 물질 이외에 Al, C, Bi, Ni 및 Co 중 1 종 이상의 물질을 추가로 포함하는 망간계 자석 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 τ-상 망간계 자성체를 얻는 단계는 상기 망간계 합금을 어닐링하고 급냉하여 비자성상 ε-상 망간계 합금을 얻는 단계; 및
    상기 비자성상 ε-상 망간계 합금을 열처리하여 τ-상 망간계 자성체를 얻는 단계; 를 포함하는 것인 망간계 자석 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압은 20 GPa 이하의 압력에서 수행되는 망간계 자석 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전은 1 내지 6 RPM의 속도로 수행되는 망간계 자석 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전은 1 내지 20회의 회전수로 수행되는 망간계 자석 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압 및 회전시키는 단계 이후에 결과물을 에이징하는 단계를 더 포함하는 망간계 자석 제조방법.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되고, 보자력이 0.30 T 내지 0.65 T인 망간계 자석.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 망간계 자석은 MnAl 자석으로서, Mn xAl 100-x (40≤x≤55) 의 조성을 갖는 망간계 자석.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 망간계 자석은 MnAlC 자석으로서, Mn xAl 100-xC y (40≤x≤60, 0<y≤7) 의 조성을 갖는 망간계 자석.
PCT/KR2019/013612 2019-03-13 2019-10-16 망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석 Ceased WO2020184802A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0028821 2019-03-13
KR20190028821 2019-03-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020184802A1 true WO2020184802A1 (ko) 2020-09-17

Family

ID=72427599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/013612 Ceased WO2020184802A1 (ko) 2019-03-13 2019-10-16 망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020184802A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100237164B1 (ko) * 1996-12-09 2000-01-15 신현준 고자화력 질화철계 자성분말의 제조방법
KR20060021093A (ko) * 2004-09-02 2006-03-07 한국기계연구원 플라즈마 아크방전을 이용한 나노분말 제조공정
KR20110044953A (ko) * 2011-03-16 2011-05-03 한국기계연구원 망간-알루미늄 자성분말의 제조방법
US20140002220A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 General Electric Company Nanocomposite permanent magnets and methods of making the same
KR20180066801A (ko) * 2016-12-09 2018-06-19 포항공과대학교 산학협력단 초고강도 고망간강 및 이의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100237164B1 (ko) * 1996-12-09 2000-01-15 신현준 고자화력 질화철계 자성분말의 제조방법
KR20060021093A (ko) * 2004-09-02 2006-03-07 한국기계연구원 플라즈마 아크방전을 이용한 나노분말 제조공정
KR20110044953A (ko) * 2011-03-16 2011-05-03 한국기계연구원 망간-알루미늄 자성분말의 제조방법
US20140002220A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 General Electric Company Nanocomposite permanent magnets and methods of making the same
KR20180066801A (ko) * 2016-12-09 2018-06-19 포항공과대학교 산학협력단 초고강도 고망간강 및 이의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101535487B1 (ko) Mn-Bi계 자성체, 이의 제조방법, Mn-Bi계 소결자석 및 이의 제조방법
CN108305735B (zh) 高性能高电阻率烧结钐钴永磁材料、其制备方法与应用
WO2015046732A1 (ko) 열간가압성형 공정을 이용한 이방성 열간가압성형 자석의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 열간가압성형 자석
WO2016093379A1 (ko) 비자성 합금을 포함하는 열간가압변형 자석 및 이의 제조방법
WO2016171321A1 (ko) 망간비스무트를 포함한 이방성 복합 소결 자석 및 이의 상압소결 방법
CN113871121B (zh) 耐高温磁体及其制造方法
CN112582122A (zh) 高膝点矫顽力烧结钐钴磁体的制备方法
CN113903587A (zh) 一种高温2:17型烧结钐钴磁体的制备方法
WO2021010714A1 (ko) Fe계 연자성 합금 제조방법 및 이를 통해 제조된 fe계 연자성 합금
WO2019212101A1 (ko) 희토류 영구자석의 제조방법
WO2023063539A1 (ko) Mn-bi 계 수지자석 제조 방법 및 이로부터 제조된 mn-bi 계 수지자석
WO2020184802A1 (ko) 망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석
US3148092A (en) Process for producing sheets of magnetic materials
WO2018030582A1 (ko) 질소가 첨가된 비정질 연자성 합금 및 이의 제조 방법
WO2017191866A1 (ko) 희토류 소결 자석의 제조방법
EP0776014A1 (en) Raw material for permanent magnets and production method of the same
US2622050A (en) Process for heat-treating cobalt-platinum magnets
KR102727379B1 (ko) Fe계 영구자석의 제조방법 및 이로부터 제조된 Fe계 영구자석
WO2024048972A1 (ko) Thmn12형 자성체 분말의 제조방법
WO2022080963A1 (ko) 자성 분말의 제조 방법
WO2024048973A1 (ko) Fe계 영구자석의 제조방법 및 이로부터 제조된 fe계 영구자석
JPH0444301A (ja) 希土類永久磁石の製造方法
EP4531062A1 (en) Method for preparing magnetic alpha-mnbi bulk material
WO2024106628A1 (ko) 경-연자성 복합 자성 입자 및 이의 제조방법, 이를 포함하는 영구자석
CN119993666B (zh) 一种具有xrd特征峰的钕铁硼磁石及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19918807

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WA Withdrawal of international application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE