KR100424142B1 - 희토류계 영구자석의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 등방성 영구자석을 제조한 후 소성변형과정을 거쳐 이방성 영구자석을 만드는 제조방법에 관한 것이다. 종래의 기술에서는 외부발열방식에 의하여 등방성 및 이방성 영구자석이 제조되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 외부의 발열체나 고주파 코일을 이용하지 않고 분말을 가압성형시 영구자석 분말과 몰드에 직접적으로 전류를 통하여 분말과 몰드 자체의 저항에 의한 주울 열을 이용하여 짧은 시간 내에 우수한 자기적 특성을 지닌 영구자석을 제조하는데 있다. 본 발명은 영구자석 분말을 흑연 몰드에 장입하고 프레스로 상, 하부 펀치를 가압시킴과 동시에 전기적 장치에 의해 흑연 상, 하부 펀치에 전류를 통하여 등방성 영구자석을 얻는 단계. 등방성 영구자석을 흑연 상, 하부 펀치 사이에 고정하고 프레스로 상, 하부 펀치를 가압시키면서 동시에 상, 하부펀치에 전류를 통하게 하여 등방성 영구자석이 소성변형을 일으키고 이러한 과정을 통해서 이방성 영구자석을 얻는 단계, 이방성 영구자석을 분쇄하여 본드자석 및 사출자석용 원료 분말로 만드는 단계로 구성된다.

본 발명에 의하여 복잡한 코일방식의 발열체를 사용하지 않고 비용이 저렴한 다양한 형태의 몰드 내지 성형보조체를 이용하여 손쉽게 이방성 영구자석을 제조할 수 있으며, 이것을 미세분말로 분쇄하여 본드자석 및 사출자석용 원료로 사용할 수 있다.

Description

희토류계 영구자석의 제조방법{A fabrication method of rare earth magnets}

본 발명은 희토류계 영구자석의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 희토류계 자석분말 또는 자석합금의 성분이 될 수 있는 원소중 희토류 원소를 포함하여 혼합된 분말로부터 이방성 영구자석을 제조하고 이 영구자석으로부터 본드자석 및 사출자석 원료로 사용될 수 있는 이방성 영구자석 분말을 제조하는 방법에관한 것이다.

종래의 이방성 영구자석 제조방법은 크게 2가지로 분류할 수 있다. 첫째는 자성합금 주괴를 만들고 이것을 분쇄하고 상온에서 자계가 인가된 상태에서 프레스로 성형하여 소결하는 방법이다. 둘째는 급냉응고법으로 제조된 희토류계 영구자석 분말(4)을 고온에서 압축성형하여 벌크형태의 등방성 영구자석(5)을 제조한 후(도 1) 이 자석(5)을 다시 고온에서 압축 변형시킴으로써 입자들이 한 방향으로 배향된 이방성 영구자석(6)을 제조하는 방법이다(도 2). 위와 같은 방법으로 제조된 영구자석은 가공 후 이방성 영구자석으로 직접 사용되기도 하고 이러한 이방성 영구자석을 다시 분쇄하여 본드자석용 원료 분말로 사용한다. 이 때 전자에 의한 방법에 의해 제조된 이방성 영구자석은 후자에 의한 방법으로 제조된 이방성 영구자석보다 우수한 자기 특성을 나타내나 분쇄하여 이방성 자석 분말을 제조하였을 경우에는 이방성 벌크 자석이 지니고 있는 자기적 특성이 많이 감소하는 단점이 있다. 반면 후자에 의하여 제조된 이방성 영구자석은 분쇄하여 분말로 만들어도 특성이 크게 변하지 않는 장점이 있다.

그러나 후자에 의한 방법으로 희토류계 영구자석을 제조하는 경우 등방성 자석을 만드는 hot press 공정과 이렇게 제조된 등방성 영구자석을 고온에서 압축변형하여 이방성 자석을 제조하는 hot deformation 과정은 통상적으로 700 ℃ 정도의 고온과 1 ton/㎠ 의 고압 상태에서 행해진다. 따라서 용기 내부에 발열 코일(1)을 감아 온도를 올리거나 몰드 주변에 고주파 코일(1)을 통하여 원하는 온도환경을 만들고 고압이 가해져야 하기 때문에 강도가 작은 흑연 재질의 몰드를 사용하기가 극히 제한적이며 특수 재질의 성형보조체를 사용한다는 것은 불가능하다. 종래의 제조방법에서는 금속(2, 3)이나 세라믹 재질을 사용하고 있다. 또한 몰드가 손상될 경우 몰드를 대체하는 비용이 많이 들고 원하는 모양의 제품을 만들기 위해서는 제품완성 후 가공단계가 필수적으로 요망된다.

본 발명의 목적은 외부의 발열체나 고주파 코일을 이용하지 않고 분말을 가압성형시 전기적인 장치에 의해 영구자석 분말이나 영구자석 성형체에 직접적으로 직류전류를 통하게 하여 분말과 몰드 자체의 저항에 의한 주울 열에 의해 희토류계 등방성 영구자석 및 희토류계 이방성 영구자석을 제조하고 이렇게 제조된 이방성 영구자석을 분쇄하여 본드자석 사출자석을 만들 수 있는 고성능 이방성 영구자석 분말을 얻을 수 있다. 몰드 자체를 흑연재질을 사용하기 때문에 몰드와 성형된 영구자석을 분리하는데 용이하고 특수 재질의 다양한 성형보조체를 사용하여 손쉽게 이방성 영구자석을 제조할 수도 있다.

(도 1), (도 2)는 종래의 hot-press, hot-deformation 공정을 통한 희토류계 이방성 영구자석 제조방법을 나타낸 공정도.

(도 3), (도 4), (도 5)는 본 발명에 따른 희토류계 이방성 영구자석 제조방법을 나타낸 공정도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 명칭>

1. 가열코일 2. 금형 몰드 3. 금형 펀치 4. 영구자석 분말 5. 등방성 영구자석

6. 이방성 영구자석 7. 흑연 몰드 8. 흑연 펀치 9. 등방성 영구자석 성형체.

10. 이방성 영구자석 성형체 11. 성형보조체 12. 이방성 영구자석 성형체

본 발명은 희토류계 이방성 영구자석의 제조방법에 관한 것으로서, 전기적인 힘과 외부의 가압적인 힘을 동시에 이용하여 짧은 시간에 간단한 공정을 통하여 고성능 희토류계 이방성 영구자석을 제조하는 것이다.

이하 본 발명에 따른 영구자석 제조방법을 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

본 발명의 1단계는 희토류계 영구자석을 분말(4)을 흑연 몰드(7)내에 장입하는 단계이다. 상기의 영구자석 분말(4)은 하나 또는 그 이상의 희토류원소(RE)가 첨가되어 자기적 특성을 지니고 있는 합금분말이거나, 자기적 특성을 지니고 있지 않으나 하나 또는 그 이상의 희토류 원소(RE)가 포함되어 개개 원소의 분말들이 혼합된 형태로 되어 있는 분말이다. 흑연 몰드(7) 대신 종래의 방식에서 사용하던 금속재질이나 세라믹 재질을 사용할 수도 있다.

2단계는 프레스로 흑연 상, 하부 펀치(8)를 가압(10∼150 MPa)시킴과 동시에 전기적인 장치에 의하여 상, 하부 펀치(8)에 직류전류(1000∼5000 A)를 통하게 하여 등방성 영구자석 성형체(9)를 얻는다(도 3). 종래의 가열코일에 의한 발열 방식과는 전혀 다른 개념의 방식으로서 몰드와 분말자체의 직접적인 저항에 의한 주울 열 발생으로 짧은 시간 내에 고순도, 고밀도 영구자석(9)을 얻을 수 있다. 3단계는 몰드(7)는 사용하지 않고 등방성 영구자석 성형체(9)를 흑연 상, 하부 펀치(8) 사이에 고정하고 프레스로 상, 하부 펀치(8)를 가압시킴과 동시에 상, 하부 펀치(8)에 직류전류를 통하게 하여 영구자석 내부의 저항열을 발생시키고 이로 인하여 가압 방향으로 수축함과 동시에 가압 방향의 수직방향으로는 팽창된 형태로 소성변형된 고성능 이방성 영구자석 성형체(10)를 얻는다(도 4). 그리고 제1단계에서 몰드(7)를 사용하는 대신 성형성을 지닌 성형보조체(11)에 영구자석 분말(4)을 압축하여 장입시키고 상,하부 펀치(8) 사이에 고정시키고 가압과 동시에 전류를 흘려주어 외부를 성형보조체(11)가 감싸고 있는 모양의 이방성 영구자석 성형체(12))를 제조한 다음 성형보조체(11)를 제거하여 이방성 영구자석을 얻을 수도 있다(도 5). 성형보조체(11)의 재질은 재질의 용융 온도와 관계없이 연성을 지닌 금속계열이면가능하고, 본 발명에 의한 방법에 의하면 특수 계열의 소재도 사용이 가능하다. 상기 과정에서 제조된 이방성 영구자석 성형체(10, 12)들을 분쇄하여 분말로 만들어서 본드자석 및 사출자석을 만드는 원료 분말로 사용할 수 있다.

본 발명에 의해서 희토류계 영구자석 제조시 간단한 공정을 통한 짧은 시간 내에 영구자석 분말로부터 우수한 자기적 특성을 지니는 고순도, 고밀도의 등방성 영구자석을 얻을 수 있다.

본 발명에 의해서 희토류계 등방성 영구자석을 제조하고 이러한 영구자석을 소성변형시켜 짧은 시간 내에 희토류계 고성능 이방성 영구자석을 얻을 수 있으며 특히 박판 두께의 고성능 자기 특성을 지니는 이방성 영구자석을 쉽게 제조할 수 있다.

본 발명에 의하여 제조된 고성능 이방성 영구자석을 분쇄하여 본드자석 및 사출자석용 고성능 이방성 자석 분말을 얻을 수 있다.

본 발명에 의하여 희토류계 영구자석 제조시 재질의 용융온도에 관계없이 성형성을 지닌 금속계열이나 특수 계열의 성형보조체를 사용하여 영구자석 성형체를 제조하고 성형보조체를 분리하여 이방성 영구자석을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 희토류계 영구자석 분말을 몰드에 장입하고 상, 하부 펀치로 50∼150 MPa 압력을 가함과 동시에 전기적인 장치에 의하여 상, 하 펀치를 통하여 450∼4000 A/㎠ 직류전류를 통하게 하여 분말로부터 벌크상태로 하는 것을 특징으로 하는 등방성 영구자석의 제조방법.
2. 제 1항에 의하여 제조된 등방성 영구자석을 포함하여 벌크 상태의 영구자석을 상, 하부 펀치 사이에 고정시키고 프레스로 상, 하부 펀치를 가압(10∼100 MPa)시킴과 동시에 전기적인 장치에 의하여 상, 하부 펀치에 직류전류(500∼5000 A/㎠)를 통하게 하여 가압방향과 같은 방향으로는 수축되고 수직방향으로는 팽창된 형태로 소성변형된 것을 특징으로 하는 이방성 영구자석의 제조방법.
3. 삭제
4. 제2항의 제조방법에 의하여 제조된 이방성 영구자석을 분쇄하여 제조된 이방성 자석분말