KR0159651B1 - 이방성 희토류 영구자석 제조방법 - Google Patents

이방성 희토류 영구자석 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 간단한 구조의 열간압축 금형 및 다이업셋 금형을 사용하여 이방성 수지 자석 분말을 제조한 후 사출 및 압축 성형으로 영구자석을 제조할 수 있는 이방성 수지 영구자석 제조방법을 제공하는 데 있고, 자성분말을 튜브형 부재내에 넣는 단계와, 400 내지 1000℃ 의 온도에서 가압 부재를 작용시켜 상기 튜브형 부재와 함께 자성분말을 열간압축하여 고밀도의 등방성 성형체를 얻는 단계와, 상기 성형체가 자기 이방성을 갖도록 400 내지 1000℃의 온도에서 가압부재를 작용시켜 상기 튜브형 부재와 함께 성형체를 열간가공하는 단계와, 상기 이방화된 성형체를 튜브형 부재와 분리한후 분쇄하여 이방성 파우더를 만드는 단계와, 상기 이방성 파우더에 수지를 믹싱한후 자장중에서 사출 및 압축 성형하는 단계로 제조되는 것이다.

Description

이방성 희토류 영구자석 제조방법
제1도(a) ~ (g)는 본 발명에 따른 영구자석 제조방법을 나타낸 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 다이업셋 장치 11,12 : 상, 하부펀치
13 : 가열기 14 : 자성분말
15 : 튜브 16 : 등방성 성형체
17 : 이방성 성형체
본 발명은 이방성 수지 영구자석 제조방법에 관한 것으로서, 특히 튜브 내에 있는 자성 분말을 열가압축하여 고밀도 등방성 성형체를 만들고, 이를 열간가공하여 등방성 성형체 자기적 이방성을 부여하며, 다시 이를 분쇄하여 이방성을 갖는 파우더로 만들어 수지재와 믹싱한후 사출 또는 압축 및 소성을 실시하여 이방성 수지 영구자석을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하나 또는 그 이상의 희토류원소(RE)(rare earth element), 하나 또는 그 이상의 천이금속(TM)(transistion metal) 및 붕소(B)(boron)로 구성된 ME-TM-B계 영구자석을 제조하는 방법에는 두가지가 있다. 그중 하나는, ME-TM-B계 영구자석 인고트(ingot)를 가루로 만든 분말을 자장중에서 성형하고, 100℃ 이상의 온도에서 소결 및 열처리하여 제조하는 소결법으로, 이 방법은 분말 재료르 높은 온도에서 처리하여야 하므로, 비용이 많이 드는 복잡한 방법이며, 재료가 쉽게 산화되는 문제점이 있다.
두번째 방법은 용융 합금(molten alloy)를 급속 응고하여 얻은 비정질 및/또는 미세 결정 입자의 자성 분말을 금형에 넣고, 이 자성 분말을 가압하여 고밀도의 등방성 연구자석 성형체(densified isotropic magnet compact)를 얻으며, 이 성형체를 금형에 넣고 약 700℃의 온도에서 열간가공(hot working)함으로써 이방성 영구자석(anisotropic magnet)을 제조하는 열간가공법으로, 이는 소결법보다 간단하며, 사용하는 재료가 산화될 가능성은 적다.
그러나 열간압축 금형 및 다이업셋 금형을 높은 압력 및 온도에서 반복적으로 사용해야 하므로, 금형이 쉽게 변형되거나 파손되는 경향이 있다. 따라서 그러한 변형 및 파손 문제를 최소화하기 위해서는 높은 강성 및 경도를 가진 재료를 제작한 금형을 사용하여야 한다. 또한 마그네트는 다양한 크기와 다양한 형상을 가질 수 있기 때문에 다양한 크기 및 형상 조건에 맞는 금형들을 경질재료로 제작하는 작업은 상당한 비용이 드는 어려운 작업이다.
특히 이방성 수지 마그네트는 여러가지 이유로 인하여 현재까지 상용화가 전혀 되어 있지 않은 상태이다.
따라서 본 발명의 목적은 고가의 금형을 사용하지 않고 간단한 구조를 갖는 구리와 스텐레스 스틸 튜브를 이용하여 이방성 마그네트 분말을 만든후 분쇄하여 수지와 혼합에 이방성 수지 영구자석을 제조하는 경제적인 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적은 자성분말을 튜브형 부재내에 넣는 단계와, 400 내지 1000℃ 의 온도에서 가압 부재를 작용시켜 상기 튜브형 부재와 함께 자성분말을 열간압축하여 고밀도 성형체를 얻는 단계와, 상기 성형체가 자기 이방성을 갖도록 400 내지 1000℃의 온도에서 가압부재를 작용시켜 상기 튜브형 부재와 함께 성형체를 열간가공하는 단계와, 상기 이방화된 성형체를 튜브와 분리한후 분쇄하여 이방성 파우더를 만드는 단계와, 상기 이방성 파우더에 수지를 믹싱한후 자장중에 성형하는 단계를 포함하는 영구자석 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 영구자석 제조방법을 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.
제1도(a)는 다이업셋 장치(10)를 도시하고 있는 것으로, 다이업셋 장치(10)는 상부펀치(11), 하부펀치(12) 및 가열기(13)를 갖는다. 상부펀치(11)에 있는 평탄한 펀치면은 공작물을 완전히 덮을 정도로 넓고, 가압수단(도시하지 안음)에 부착되어 있다. 또한 하부펀치(12)에 있는 평탄한 펀치면도 공작물을 완전히 덮을 정도로 충분히 넓고, 가압수단(도시하지 않음)에 부착되어 있으며, 가열기(13)가 다이업셋 장치(10)를 둘러싸고 있다.
본 발명의 제1단계는 자성분말(14)을 중공형 튜브(15)내에 넣는 것이다. 상기 자성분말(14)은 하나 또는 그 이상의 희토류원소(RE), 하나 또는 그 이상의 천이금속(TM) 및 붕소(B)를 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 희토류원소는 대체로 Nd를 사용하지만, 부분적으로 또는 전부를 Pr 로 대체할 수도 있고, 천이금속의 경우에는 Fe가 바람직하지만, 부분적으로 또는 전부를 Co로 대체할 수도 있다. 이러한 자성분말(14)은 ME-TM-B 재료의 용융합금을 급속 냉각하여 제조한 자성재료를 분말화하여 만든다.
중공형 튜브(15)는 예를 들면 구리 또는 스테인레스 스틸과 같은 상자성 또는 비자성 금속으로 만드는 것이 바람직하며, 강자성금속으로 만들 수도 있다. 도면에는 중공형 튜브(15)가 원형으로 도시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 여러형태로 변형가능하다.
자성분말(14)을 중공형 튜브(15)에 넣은 후, 다이업셋 장치(10)를 이용하여 제1도(b)에서와 같이 열간압축 작업을 시작한다. 상부펀치(11)를 아래로 이동시켜 400 내지 1000℃ 바람직하기로는 700 내지 800℃의 온도에서, 예를들면 0.1 내지 0.5 톤/㎤의 압력을 자성분말(14)과 중공형 튜브(15)에 가함으로써 고밀도의 등방성 성형체(16)를 만든다. 이 압력은 튜브(15) 재료의 강도와 두께에 따라 변경될 수 있다. 온도는, 예를들면 저항 가열기와 같은 가열기에 의해 제공되는 것으로, 400℃ 보다 낮은 온도에서는 가공성이 떨어지며, 1000℃ 보다 낮은 온도에서는 입자가 조대화할 수도 있다.
열간 압축 성형에 있어서, 제1도(c)에서와 같이, 등방성 성형체(16)와 중공형 튜브(15)를 함께 열간가공한다. 연간가공은 400℃ 내지 1000℃, 바람직하기로는 700 내지 800℃ 온도에서, 예를 들면 약 2 톤/㎤ 의 압력을 등방성 성형체(16) 및 튜브(15)에 가한다. 이 과정중에 등방성 성형체(16)는 소성변형되어 그 높이가 감소되고, 소성변형에 의해 등방성 성형체(16)는 자기적 이방성을 갖게 된다.
이와 같이 얻어진 이방성 성형체(17)는, 제1도(d) 및 (e)에 도시된 바와 같이 중공형 튜브(15)를 제거한 후, 분쇄함으로써 이방성 파우더(18)로 만들어지고, 이어서 이방성 파우더(18)에 수지를 믹싱하여 제1도(f)에서와 같이 통상의 열간압축장치(20)로 압축 성형 한다. 이때 압축 성형과 동시에 자장을 걸어줌으로써 제1도(g)에 도시된 바와 같은 이방성 수지 영구자석을 제조한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 영구자석 제조방법에 의하면, 간단한 구조의 열간압축 금형 및 다이업셋 금형을 사용하여 이방성 수지자석 분말을 제조한 후 사출 및 압축 성형으로 이방성 수지 영구자석이 제조되는 산업상 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

  1. 자성분말을 튜브형 부재내에 넣는 단계와, 400 내지 1000℃ 의 온도에서 가압 부재를 작용시켜 상기 튜브형 부재와 함께 자성분말을 열간압축하여 고밀도의 등방성 성형체를 얻는 단계와, 상기 등방성 성형체가 자기 이방성을 갖도록 400 내지 1000℃의 온도에서 가압부재를 작용시켜 상기 튜브형 부재와 함께 성형체를 열간가공하는 단계와, 상기 이방화된 성형체를 튜브와 분리한후 분쇄하여 이방성 파우더를 만드는 단계와, 상기 이방성 파우더에 수지를 믹싱한후 자장중에 성형하는 단계를 포함하는 영구자석 제조방법.
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