KR101870671B1 - Fe-based soft magnetic alloy with high-magnetization and ribbon using the alloy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 자기적 안정성을 가져 연성이고 열적으로 안정하며 다양한 전기 장치에 적합한 철계 비정질 합금에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, Fe-P-C계 연자성 합금으로서 Ge, Si, Sn 및 Sb 중에서 선택된 적어도 하나의 원소(M)를 더 포함하도록 구성되는 철계 연자성 합금 에 관한 것이다.The present invention relates to iron-based amorphous alloys having high magnetic stability and being soft and thermally stable and suitable for various electrical devices. Specifically, the present invention relates to an iron-based soft magnetic alloy which is constituted to further include at least one element (M) selected from Ge, Si, Sn and Sb as an Fe-P-C type soft magnetic alloy.
Description
본 발명은 고포화자화값을 갖는 철계 연자성 합금에 관한 것으로, 구체적으로 붕소를 제거하고도 높은 연성을 유지시킬 수 있는 철계 비정질/나노 복합체 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an iron-based soft magnetic alloy having a high saturation magnetization value, and more particularly to an iron-based amorphous / nanocomposite alloy capable of maintaining high ductility even when boron is removed.
철계 연자성 합금은 변압기(transformer), 자기적 스위치 및 전기 초크에 기초한 펄스 발생기 및 콤프레셔의 내부에 사용되어 왔다. 산업적 변압기에서, 철계 연자성 합금들은 부하가 걸리지 않거나 또는 코어(core) 손실이 일반적으로 사용되는 실리콘-스틸에 비해 약 1/4정도를 나타낸다. 이들 변압기들은 하루 24시간 내내 운행되기 때문에, 이들 자기적 기기들을 사용함에 의하여 전 세계적인 전체 변압기 손실은 현저하게 감소할 것이다. 감소된 손실은 더 적은 에너지 방출을 의미하며, 이것은 다시 말하면 감소된 CO2 방출을 의미한다.Iron-based soft magnetic alloys have been used inside of pulse generators and compressors based on transformers, magnetic switches and electric chokes. In industrial transformers, iron-based soft magnetic alloys exhibit about a quarter of the unloaded or core losses compared to commonly used silicon-steels. Since these transformers operate 24 hours a day, the use of these magnetic devices will significantly reduce the overall transformer loss worldwide. Reduced losses mean less energy emissions, which in turn means reduced CO 2 emissions.
현존하는 철이 풍부한 비정질 합금에 기초한 변압기 코어 물질들은 1.6 테슬라 미만의 포화 자화값 BS를 갖는다. 상기 포화 자화값 BS는, 자기적 물질이 가해진 필드 H로 여기(excitation)된 상태일 때의 그 자기적 포화에서의 자기 유도량 B로 정의된다. 종래의 그레인-배열 실리콘-스틸에 대하여 BS~2 테슬라와 비교해보면, 비정질 함금의 더 낮은 포화 자화값은 증가된 변압기 코어 사이즈의 원인이 된다. 따라서, 철계 연자성 합금의 포화 자화값 레벨은 1.56~1.6 테슬라의 현재 레벨에 비해 더 높아질 것이 요구된다.Transformer core materials based on existing iron-rich amorphous alloys have a saturation magnetization value B S of less than 1.6 Tesla. The saturation magnetization value B S is defined as a magnetic induction amount B in the magnetic saturation when the magnetic material is in an excited state with the applied field H. Compared to BS ~ 2 Tesla for conventional grain-array silicon-steels, the lower saturation magnetization value of the amorphous alloy causes increased transformer core size. Therefore, the saturation magnetization value level of the iron-based soft magnetic alloy is required to be higher than the current level of 1.56 to 1.6 tesla.
모터 및 발전기에서, 현저한 양의 자속(magnetic flux) 또는 유도량이 로터(rotors)와 고정자(stators) 사이의 빈 간격에서 손실된다. 따라서, 가능한한 높은 포화 자화값 또는 유속 밀도(flux density)를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 장치에서의 더 높은 포화 자화값 또는 유속 밀도를 위해서는 장치의 사이즈가 작아져야 한다.In motors and generators, a significant amount of magnetic flux or induced quantities is lost in the void space between rotors and stators. Therefore, it is desirable to use as high a saturation magnetization value or a flux density as possible. For higher saturation magnetization values or flux densities in such devices, the size of the device must be reduced.
펄스 발생 및 콤프레션에서 사용되는 자기적 스위치는 높은 포화 자화값, H=0에서의 자기 유도량 B와 BS의 비율로 정의되는 높은 BH 직각도(squareness ratio), AC 여기 및 자기 유도량 B가 0으로 되는 경우의 자기장(Magnetic field)로 정의되는 작은 보자력(coercivity), Hc 하에서의 낮은 자기적 손실을 가지는 자기적 물질을 필요로 한다. 따라서, 포화 자화값이 BS=1.6 테슬라보다 높고, 낮은 AC 자기적 손실을 나타내는 철계 연자성 합금이 명백히 필요하다.The magnetic switch used in pulse generation and compression has a high saturation magnetization value, a high BH squareness ratio, defined by the ratio of the magnetic induction amounts B and B S at H = 0, the AC excitation and the magnetic induction amount B A coercivity defined by a magnetic field when the magnetic field is zero, and a magnetic material with a low magnetic loss under Hc. Thus, there is a clear need for an iron-based soft magnetic alloy having a saturation magnetization value higher than B s = 1.6 tesla and exhibiting low AC magnetic loss.
자기적 물질의 센서 적용에 있어서, 높은 포화 자화값은 센서 신호의 높은 레벨을 의미하며, 이것은 작은 센서 장치 내에서 높은 감도(sensitivity)를 필요로 한다. 낮은 AC 자기적 손실은 또한, 센서 장치가 높은 주파수(frequency)에서 작동되고 있다면 필요하다. 높은 포화 자화값 및 낮은 AC 자기적 손실을 갖는 자기적 물질은 센서 적용에 명백하게 요구된다.For sensor applications of magnetic materials, a high saturation magnetization value means a high level of the sensor signal, which requires a high sensitivity in a small sensor device. A low AC magnetic loss is also necessary if the sensor device is operating at a high frequency. Magnetic materials with high saturation magnetization values and low AC magnetic losses are clearly required for sensor applications.
단지 몇개 안되는 알려진 자기적 물질의 적용인 상술한 모든 적용에 있어서도, AC 자기적 손실이 낮으면서 동시에 높은 포화 유도 물질이 요구된다. 따라서, 1.6T를 초과하는 포화 자기 유도량에 근접한 철계 연자성 합금을 기초로 하는 그러한 물질에 대한 연구가 요구된다.For all of the applications described above, which are only a few of the known magnetic material applications, a high saturation inducing material is required, while at the same time having low AC magnetic losses. Therefore, research on such materials based on iron-based soft magnetic alloys in close proximity to saturating magnetic inductions exceeding 1.6 T is required.
1.6 T보다 더 높은 포화 자화값을 가지는 철계 연자성 합금을 얻기 위한 과거의 시도가 있었다. 하나의 그러한 예는 비정질 Fe-B-C를 포함하는 것들이다. 이들 합금들은 현실적으로 사용되기에는 기계적으로 너무 부서지기 쉽다.Previous attempts have been made to obtain iron-based soft magnetic alloys with saturation magnetization values higher than 1.6 T. One such example is those involving amorphous Fe-B-C. These alloys are mechanically too brittle to be used realistically.
따라서, 포화 자화값이 1.6T를 초과하고, 낮은 AC 자기적 손실 및 장치의 작동 온도에서 높은 자기적 안정성을 가지는 연성의(ductile) 철계 연자성 합금이 요구된다.Accordingly, there is a need for a ductile iron-based soft magnetic alloy having a saturation magnetization value exceeding 1.6 T, a low AC magnetic loss and high magnetic stability at the operating temperature of the device.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 붕소 없이도 높은 포화자화값 및 연성을 가지는 합금을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another object is to provide an alloy having high saturation magnetization value and ductility without boron.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, Fe-P-C계 연자성 합금으로서, Ge, Si, Sn 및 Sb 중에서 선택된 적어도 하나의 원소(M)를 더 포함하도록 구성되는, 철계 연자성 합금을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an Fe-P-based soft magnetic alloy including at least one element (M) selected from Ge, Si, Sn and Sb, Magnetic alloy.
이때 상기 철계 연자성 합금은 FeaPbCcMd(75≤a≤85 at.%, 7≤b≤11 at.%, 5≤c≤9 at.% 및 2≤d≤6 at.%, a+b+c+d=100%)일 수 있다.Wherein the iron-based soft magnetic alloy is Fe a P b C c M d (75? A? 85 at.%, 7? B? 11 at.%, 5? C? 9 at.% And 2? %, a + b + c + d = 100%).
그리고, 상기 철계 연자성 합금은 비정질(amorphous) 또는 나노 복합체(nanocomposite)일 수 있다.The iron-based soft magnetic alloy may be an amorphous or nanocomposite.
본 발명에 따른 철계 비정질 합금의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the iron-based amorphous alloy according to the present invention will be described below.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 붕소 없이도 높은 포화자화값 및 연성을 가지는 합금을 제공할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to provide an alloy having high saturation magnetization value and ductility without boron.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다. Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(HysteriGes loop)을 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다.
도 8는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다.
도 9은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.
도 10는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다.
도 11는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다.
도 12은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.
도 13는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다.
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다.
도 15은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시예의 실험결과를 합친 결과를 도시한다.Fig. 1 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows the results of a differential scanning calorimeter test of an alloy according to the first embodiment of the present invention.
3 shows a hysteresis loop according to the first embodiment of the present invention.
4 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the second embodiment of the present invention.
5 shows the results of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to a second embodiment of the present invention.
6 shows a hysteresis loop according to a second embodiment of the present invention.
7 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the third embodiment of the present invention.
Fig. 8 shows the results of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to the third embodiment of the present invention.
9 shows a hysteresis loop according to a third embodiment of the present invention.
Fig. 10 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the fourth embodiment of the present invention.
11 shows the result of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to the fourth embodiment of the present invention.
12 shows a hysteresis loop according to a fourth embodiment of the present invention.
13 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the fifth embodiment of the present invention.
Fig. 14 shows the results of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to the fifth embodiment of the present invention.
15 shows a hysteresis loop according to a fifth embodiment of the present invention.
Fig. 16 shows the result of combining the experimental results of the first to fifth embodiments of the present invention.
이하에서는 첨부의 도면을 참조로, 본 발명에 따른 철계 연자성 합금의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the iron-based soft magnetic alloy according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
상기 철계 연자성 합금은, Fe-P-C계 연자성 합금으로서 Ge, Si, Sn 및 Sb 중에서 선택된 적어도 하나의 원소(M)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.The iron-based soft magnetic alloy may be configured to further include at least one element (M) selected from Ge, Si, Sn and Sb as an Fe-P-C soft magnetic alloy.
구체적으로 상기 철계 연자성 합금은 FeaPbCcMd(75≤≤a≤≤85 at.%, 7≤≤b≤≤11 at.%, 5≤≤c≤≤9 at.% 및 2≤≤d≤≤6 at.%, a+b+c+d=100%)의 조성을 가질 수 있다.Specifically, the iron-based soft magnetic alloy is FeA PbCcMd (75?? A? 85 at.%, 7? B? 11 at.%, 5? C? 9 at.% And 2? at.%, a + b + c + d = 100%).
강자성 비정질계 리본은 변압기 코어, 회전 기계, 전기 초크, 자기 센서 및 펄스 전원 장치 등에 활용될 수 있다.Ferromagnetic amorphous ribbons can be used for transformer cores, rotating machines, electric chokes, magnetic sensors and pulse power devices.
철 기반의 비정질 합금 리본은 AC 여기(excitation) 하에서 낮은 자기 로스를 포함하는 우수한 연자성(soft magnetic property)을 나타내고, 변압기, 모터, 발전기, 펄스 전력 발전기 및 자기 센서를 포함하는 에너지 관리 장치와 같은 에너지 효율적인 자기 장치에 적용되고 있다.Iron-based amorphous alloy ribbons exhibit excellent soft magnetic properties including low magnetic losses under AC excitation and are useful as energy management devices, including transformers, motors, generators, pulsed power generators and magnetic sensors. And is being applied to energy-efficient magnetic devices.
포화 자화(Saturation Magnetization) 값은, 자기장 속에 놓인 강자성체(强磁性體)의 자화의 세기가 자기장의 증가와 함께 증가하다가 어떤 자기장 이상에서 일정해진 상태(자기포화)에서의 자화의 세기를 의미하는데, 이는 중요한 물성 중에 하나이다.The saturation magnetization value means the intensity of the magnetization in a ferromagnet placed in a magnetic field, which increases with the increase of the magnetic field and is constant at a certain magnetic field (magnetic saturation) This is one of the important physical properties.
일반적인 철계 연자성 합금의 경우 비정질의 성질을 갖기 위하여 붕소(원소기호 : B, boron)을 포함한다. 철계 연자성 합금에 첨가되는 붕소는, 비정질(amorphous)이 될 수 있는 역할을 한다. 변압기 등에 사용되기 위해서 철계 연자성 합금은 연성(ductility)이 요구되는데, 이러한 연성은 합금이 비정질일 때 얻어지는 물성이다. 즉, 붕소는 철계 합금이 비정질로 형성되기 위하여 첨가된다고 볼 수 있다.In general iron-based soft magnetic alloys, boron (element symbol: B, boron) is included to have amorphous properties. Boron added to the iron-based soft magnetic alloy plays a role of being amorphous. In order to be used in transformers and the like, iron-based soft magnetic alloys are required to have ductility. Such ductility is obtained when an alloy is amorphous. That is, boron can be considered to be added to form an iron-based alloy as an amorphous material.
하지만, 붕소는 높은 포화 자화값을 저해시키는 불순물로 작용을 하기 때문에 이 조성을 낮추거나 이를 완전히 제외시킬 경우 리본은 더 높은 포화 자화값을 가질 수 있다. 또한 붕소는 단가가 높기 때문에 많은 양의 합금을 조성하는데 있어서 적절하지 못하다.However, since boron acts as an impurity that inhibits high saturation magnetization values, the ribbon may have a higher saturation magnetization value if this composition is lowered or completely excluded. Also, boron is not suitable for forming large amounts of alloys because of high unit cost.
따라서, 본 발명에서 제안하는 조성은, 보다 높은 포화 자화값을 얻기 위하여 붕소 없이 구성될 수 있는 Fe-P-C계 연자성 합금이다. 본 발명의 일실시예에서는 이러한 연자성 합금은, 붕소 없이도 비정질로 형성되어 연성을 구비할 수 있다.Therefore, the composition proposed in the present invention is an Fe-P-C type soft magnetic alloy which can be constituted without boron in order to obtain a higher saturation magnetization value. In one embodiment of the present invention, such a soft magnetic alloy may be formed into an amorphous state without boron to have ductility.
이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 Fe-P-C계 연자성 합금은, 4족 또는 5족에 해당하는 원소를 더 첨가하여 연성을 보완한다. 구체적으로, Fe-P-C계 연자성 합금으로서, Ge, Si 및 Sn 중에서 선택된 적어도 하나의 원소(M)를 더 포함할 수 있다.To this end, the Fe-P-C soft magnetic alloy according to an embodiment of the present invention is supplemented with an element of
이때, 상기 연자성 합금은 Fe80P13 - xC7Mx식의 화학 조성을 가지며, x는 2<x≤6[at.%]일 수 있다. 이하, 각 원소별 실시예 및 실험결과에 대해서 설명한다.At this time, the soft magnetic alloy has a chemical composition of the formula Fe 80 P 13 - x C 7 M x , and x may be 2 <x? 6 [at.%]. Hereinafter, embodiments and experimental results of each element will be described.
실시예 1 내지 5에 사용된 잉곳(Ingot)은 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 분위기에서 아크 용해(Arc Melting)된 고순도의 철, 코발트, 티타늄 및 지르코늄으로 이루어졌고, 균일성을 위해 최소 4회 이상 재용해되었다.The ingots used in Examples 1 to 5 were made of high purity iron, cobalt, titanium and zirconium arc-melted in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) Or more.
본 발명의 제 1 실시예에서는, Fe-P-C계 연자성 합금에 Si를 더 포함한다.In the first embodiment of the present invention, Si is further included in the Fe-P-C soft magnetic alloy.
구체적인 화학조성은 Fe80P13 - xC7Six이고 상기 x는 2<x≤6[at.%]일 수 있다.The specific chemical composition is Fe 80 P 13 - x C 7 Si x and x may be 2 < x? 6 [at.%].
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다. X선 회절 시험을 통하여 비정질 구조인지 확인할 수 있다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.Fig. 1 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the first embodiment of the present invention. X-ray diffraction analysis shows that the amorphous structure can be confirmed. Fig. 2 shows the results of a differential scanning calorimeter test of an alloy according to the first embodiment of the present invention. 3 shows a hysteresis loop according to the first embodiment of the present invention.
시험은 아래 표 1과 같이, x=2, x=4 및 x=6[at.%]인 경우로 구분되어 수행되었다.The tests were performed as shown in Table 1 below, with x = 2, x = 4 and x = 6 [at.%].
도 1의 X선 회절 시험 결과를 살펴보면, x=2 및 4[at. %]일 때 결정형 피크가 존재하지 않기 때문에 비정질 구조라고 확인하였고, x=6[at. %]일 때 결정형 피크가 존재하기 때문에 나노 복합체로 확인할 수 있다.The X-ray diffraction test results of FIG. 1 show that x = 2 and 4 [at. %], It was confirmed that the amorphous structure was present because x = 6 [at. %], It can be confirmed as a nanocomposite because there is a crystal type peak.
시차주사열량계 시험은 일정한 속도로 가열하면서 발산되는 열을 측정하는 실험을 의미하며, 이 시험 결과를 통하여 결정화 온도를 알 수 있다. 결정화 온도 이상의 온도에서는 비정질 구조의 결정화가 진행되므로, 결정화 온도가 높다는 것은 고온에서의 비정질 구조로서의 구조적 안정성이 높다는 의미이다. 따라서, 결정화 온도가 높을수록 열적 특성이 우수하다고 할 수 있다.The differential scanning calorimetry test is an experiment in which heat is radiated while heating at a constant rate, and the crystallization temperature can be determined through the test results. Since the crystallization of the amorphous structure proceeds at a temperature above the crystallization temperature, a high crystallization temperature means a high structural stability as an amorphous structure at a high temperature. Therefore, the higher the crystallization temperature, the better the thermal characteristics.
일정한 속도로 열을 가열할 때 열을 발산하는 구간이 나타나는데, 이 구간이 시작되는 지점의 온도가 결정화 온도로 해석된다.When heating the heat at a constant rate, a section that emits heat appears, and the temperature at the point where this section starts is interpreted as the crystallization temperature.
도 2의 시차주사열량계 시험 결과를 살펴보면, x=2 [at. %]일 때 680K, x=4 [at. %]일 때 670K 그리고 x=6[at. %]일 때 780K의 결정화 온도를 갖는 것으로 확인할 수 있다.Referring to the results of the differential scanning calorimeter test of FIG. 2, x = 2 [at. %], 680K, x = 4 [at. %] And 670K and x = 6 [at. %], It can be confirmed that it has a crystallization temperature of 780K.
히스테리시스 곡선은, 진동시료자력계(Vibrating Sample Magnetometer, VSM)를 이용하여 측정된 자기적 특성 곡선을 말한다.The hysteresis curve refers to a magnetic characteristic curve measured using a vibrating sample magnetometer (VSM).
도 3의 히스테리시스 곡선을 살펴보면, 보자력은 거의 0에 가까우며 포화자화 값은 아래 표 2와 같이 나타난다.Referring to the hysteresis curve of FIG. 3, the coercive force is close to zero and the saturation magnetization value is shown in Table 2 below.
상기 도 1 내지 도 3의 시험 결과를 참조하면, x=2 [at. %] 및 x=4 [at. %]일 때 비정질이면서 강자성상, x=6[at. %]일 때 나노 복합체이면서 강자성 및 상자성 복합상으로 해석할 수 있다.Referring to the test results of FIGS. 1 to 3, x = 2 [at. %] And x = 4 [at. %], Amorphous and strong magnetic properties, x = 6 [at. %], It can be interpreted as a nanocomposite and a ferromagnetic and paramagnetic composite phase.
본 발명의 제 2 실시예에서는, Fe-P-C계 연자성 합금에 Ge를 더 포함한다.In the second embodiment of the present invention, Ge is further included in the Fe-P-C soft magnetic alloy.
구체적인 화학조성은 Fe80P13 - xC7Gex이고 상기 x는 2<x≤6[at.%]일 수 있다.The specific chemical composition is Fe 80 P 13 - x C 7 Ge x and x may be 2 < x < = 6 [at.%].
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다. 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(HysteriGes loop)을 도시한 것이다.4 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the second embodiment of the present invention. 5 shows the results of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to a second embodiment of the present invention. 6 shows a hysteresis loop according to a second embodiment of the present invention.
시험은 아래 표 3과 같이, x=2, x=4 및 x=6[at.%]인 경우로 구분되어 수행되었다.The tests were performed as shown in Table 3 below, with x = 2, x = 4 and x = 6 [at.%].
도 4의 X선 회절 시험 결과를 살펴보면, x=2 및 4[at. %]일 때 결정형 피크가 존재하지 않기 때문에 비정질 구조라고 확인하였고, x=6[at. %]일 때 결정형 피크가 존재하기 때문에 나노 복합체로 확인할 수 있다.The results of X-ray diffraction analysis of FIG. 4 show that x = 2 and 4 [at. %], It was confirmed that the amorphous structure was present because x = 6 [at. %], It can be confirmed as a nanocomposite because there is a crystal type peak.
도 5의 시차주사열량계 시험 결과를 살펴보면, x=2 [at. %]일 때 640K, x=4 [at. %]일 때 630K 그리고 x=6[at. %]일 때 770K의 결정화 온도를 갖는 것으로 확인할 수 있다.Referring to the results of the differential scanning calorimeter test of FIG. 5, x = 2 [at. %], 640K, x = 4 [at. %] And 630K and x = 6 [at. %], It can be confirmed that it has a crystallization temperature of 770K.
도 6의 히스테리시스 곡선을 살펴보면, 보자력은 거의 0에 가까우며 포화자화 값은 아래 표 4와 같이 나타난다.Referring to the hysteresis curve of FIG. 6, the coercive force is close to zero and the saturation magnetization value is shown in Table 4 below.
상기 도 4 내지 도 6의 시험 결과를 참조하면, x=4 [at. %]일 때(Fe80P9C7Ge4) 고포화자화값(1.62T)을 갖는 비정질 합금으로 해석할 수 있다.Referring to the test results of FIGS. 4 to 6, x = 4 [at. %] (Fe 80 P 9 C 7 Ge 4 ) and an amorphous alloy having a high saturation magnetization value (1.62 T).
본 발명의 제 3 실시예에서는, Fe-P-C계 연자성 합금에 (Si0 . 5Ge0 . 5)를 더 포함한다.In the third embodiment of the present invention, the Fe-PC-based soft magnetic alloy (Si 0. 5 Ge 0. 5) further comprises a.
구체적인 화학조성은 Fe80P13 - xC7(Si0.5Ge0.5)x이고 상기 x는 2<x≤6[at.%]일 수 있다.The specific chemical composition may be Fe 80 P 13 - x C 7 (Si 0.5 Ge 0.5 ) x and x may be 2 < x? 6 [at.%].
도 7는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다. 도 8는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다. 도 9은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.7 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the third embodiment of the present invention. Fig. 8 shows the results of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to the third embodiment of the present invention. 9 shows a hysteresis loop according to a third embodiment of the present invention.
시험은 아래 표 5과 같이, x=2, x=4 및 x=6[at.%]인 경우로 구분되어 수행되었다.The tests were performed as shown in Table 5 below, with x = 2, x = 4 and x = 6 [at.%].
도 7의 X선 회절 시험 결과를 살펴보면, x=2 및 4[at. %]일 때 결정형 피크가 존재하지 않기 때문에 비정질 구조라고 확인하였고, x=6[at. %]일 때 결정형 피크가 존재하기 때문에 나노 복합체로 확인할 수 있다.7, x = 2 and 4 [at. %], It was confirmed that the amorphous structure was present because x = 6 [at. %], It can be confirmed as a nanocomposite because there is a crystal type peak.
도 8의 시차주사열량계 시험 결과를 살펴보면, x=2 [at. %]일 때 670K, x=4 [at. %]일 때 650K 그리고 x=6[at. %]일 때 780K의 결정화 온도를 갖는 것으로 확인할 수 있다.Referring to the results of the differential scanning calorimeter test of FIG. 8, x = 2 [at. %], 670K, x = 4 [at. %] And 650K and x = 6 [at. %], It can be confirmed that it has a crystallization temperature of 780K.
도 9의 히스테리시스 곡선을 살펴보면, 보자력은 거의 0에 가까우며 포화자화 값은 아래 표 6와 같이 나타난다.Referring to the hysteresis curve of FIG. 9, the coercive force is close to zero and the saturation magnetization value is shown in Table 6 below.
상기 도 7 내지 도 9의 시험 결과를 참조하면, x=2 [at. %] 및 x=4 [at. %]일 때 비정질이면서 강자성상, x=6[at. %]일 때 나노 복합체이면서 강자성 및 상자성 복합상으로 해석할 수 있다.Referring to the test results of FIGS. 7 to 9, x = 2 [at. %] And x = 4 [at. %], Amorphous and strong magnetic properties, x = 6 [at. %], It can be interpreted as a nanocomposite and a ferromagnetic and paramagnetic composite phase.
본 발명의 제 4 실시예에서는, Fe-P-C계 연자성 합금에 Sn를 더 포함한다.In the fourth embodiment of the present invention, Sn is further included in the Fe-P-C soft magnetic alloy.
구체적인 화학조성은 Fe80P13 - xC7Snx이고 상기 x는 2<x≤6[at.%]일 수 있다.The specific chemical composition is Fe 80 P 13 - x C 7 Sn x and x may be 2 < x < = 6 [at.%].
도 10는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다. 도 11는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다. 도 12은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.Fig. 10 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the fourth embodiment of the present invention. 11 shows the result of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to the fourth embodiment of the present invention. 12 shows a hysteresis loop according to a fourth embodiment of the present invention.
시험은 아래 표 7과 같이, x=2 및 x=4[at.%]인 경우로 구분되어 수행되었다.The tests were performed as shown in Table 7 below, with x = 2 and x = 4 [at.%].
도 10의 X선 회절 시험 결과를 살펴보면, x=2 [at. %]일 때 결정형 피크가 존재하지 않기 때문에 비정질 구조이며, 4[at. %]일 때 결정형 피크가 존재하기 때문에 나노 복합체로 확인할 수 있다.The X-ray diffraction test results of FIG. 10 show that x = 2 [at. %], It is an amorphous structure because there is no crystalline peak, and 4 [at. %], It can be confirmed as a nanocomposite because there is a crystal type peak.
도 11의 시차주사열량계 시험 결과를 살펴보면, x=2 [at. %]일 때 650K 및 x=4 [at. %]일 때 630K의 결정화 온도를 갖는 것으로 확인할 수 있다.Referring to the results of the differential scanning calorimeter test of FIG. 11, x = 2 [at. %] And 650K and x = 4 [at. %], It can be confirmed that it has a crystallization temperature of 630K.
도 12의 히스테리시스 곡선을 살펴보면, 보자력은 거의 0에 가까우며 포화자화 값은 아래 표 8와 같이 나타난다.Referring to the hysteresis curve of FIG. 12, the coercive force is nearly zero and the saturation magnetization value is shown in Table 8 below.
상기 도 10 내지 도 12의 시험 결과를 참조하면, x=2 [at. %]일 때 비정질이면서 강자성상, x=4[at. %]일 때 나노 복합체이면서 강자성상으로 해석할 수 있다.Referring to the test results of FIGS. 10 to 12, x = 2 [at. %], Amorphous and strong magnetic properties, x = 4 [at. %], It can be interpreted as a nanocomposite and a ferromagnetic state.
본 발명의 제 5 실시예에서는, Fe-P-C계 연자성 합금에 Sb를 더 포함한다.In the fifth embodiment of the present invention, Sb is further included in the Fe-P-C soft magnetic alloy.
구체적인 화학조성은 Fe80P13 - xC7Sbx이고 상기 x는 2<x≤6[at.%]일 수 있다.The specific chemical composition is Fe 80 P 13 - x C 7 Sb x and x may be 2 < x? 6 [at.%].
도 13는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 합금의 X선 회절(X-Ray Diffraction, XRD) 시험의 결과를 도시한다. 도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 합금의 시차주사열량계 시험의 결과를 도시한 것 이다. 도 15은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 히스테리시스 곡선(Hysterisis loop)을 도시한 것이다.13 shows the results of an X-ray diffraction (XRD) test of an alloy according to the fifth embodiment of the present invention. Fig. 14 shows the results of a differential scanning calorimetry test of an alloy according to the fifth embodiment of the present invention. 15 shows a hysteresis loop according to a fifth embodiment of the present invention.
시험은 아래 표 9과 같이, x=2인 경우 수행되었다.The test was performed with x = 2, as shown in Table 9 below.
Fe80P9C7Sb4, Fe80P7C7Sb6 의 경우 리본 형태(즉, 비정질 형태)의 제조가 불가능하였다.In the case of Fe 80 P 9 C 7 Sb 4 and Fe 80 P 7 C 7 Sb 6 , it was impossible to produce a ribbon form (i.e., an amorphous form).
도 13의 X선 회절 시험 결과를 살펴보면, x=2 [at. %]일 때 결정형 피크가 존재하지 않기 때문에 비정질 구조로 확인할 수 있다.Referring to the X-ray diffraction test results of FIG. 13, x = 2 [at. %], It can be confirmed as an amorphous structure because no crystal type peak exists.
도 14의 시차주사열량계 시험 결과를 살펴보면, x=2 [at. %]일 때 640K의 결정화 온도를 갖는 것으로 확인할 수 있다.Referring to the results of the differential scanning calorimeter test of FIG. 14, x = 2 [at. %], It can be confirmed that it has a crystallization temperature of 640K.
도 15의 히스테리시스 곡선을 살펴보면, 보자력은 거의 0에 가까우며 포화자화 값은 아래 표 10와 같이 나타난다.Referring to the hysteresis curve of FIG. 15, the coercive force is nearly zero and the saturation magnetization values are shown in Table 10 below.
상기 도 13 내지 도 15의 시험 결과를 참조하면, x=2 [at. %]일 때 비정질이면서 강자성상으로 해석할 수 있다.Referring to the test results of FIGS. 13 to 15, x = 2 [at. %], It can be interpreted as amorphous and ferromagnetic.
도 16은 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시예의 실험결과를 합친 결과를 도시한다.Fig. 16 shows the result of combining the experimental results of the first to fifth embodiments of the present invention.
결과를 살펴보면, Fe80P9C7Ge4 화학 조성을 가질 때 비정질 구조에서의 가장 높은 포화 자화력을 나타내는 것으로 확인하였으며 Fe80P7C7Ge6 화학 조성을 가질 때 나노 복합체 구조에서 가장 높은 포화 자화력을 나타내는 것으로 확인하였다.The results show that Fe 80 P 9 C 7 Ge 4 The highest saturation magnetization of amorphous structure was obtained with chemical composition and the highest saturation magnetization of nanocomposite structure with Fe 80 P 7 C 7 Ge 6 chemical composition was confirmed.
이상으로 본 발명에 따른 합금 및 이를 이용한 소자의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.Although the embodiments of the alloy and the device using the alloy according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the technical idea, structure and operation of the present invention, The scope of the technical idea of the present invention is not limited to the description with reference to the drawings or the drawings. It will also be appreciated by those skilled in the art that the concepts and embodiments of the invention set forth herein may be used as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and their equivalents. And various changes, substitutions, and alterations can be made without departing from the scope of the invention.
Claims (12)
Ge 원소(M)를 더 포함하도록 구성되며,
상기 Fe-P-C계 연자성 합금은,
FeaPbCcMd(75≤a≤85 at.%, 7≤b≤11 at.%, 5≤c≤9 at.% 및 2≤d≤6 at.%, a+b+c+d=100%)인,
철계 연자성 합금.As an Fe-PC soft magnetic powder,
Ge element (M)
The Fe-PC based soft magnetic alloy,
Fe a P b C c M d (75≤a≤85 at.%, 7≤b≤11 at.%, 5≤c≤9 at.% And 2≤d≤6 at.%, A + b + c + d = 100%),
Iron - based soft magnetic alloy.
Si, Sn 및 Sb 중에서 선택되는 적어도 하나의 원소(M)을 추가로 더 포함하는, 철계 연자성 합금.The method according to claim 1,
Further comprising at least one element (M) selected from Si, Sn and Sb.
상기 철계 연자성 합금은 비정질(amorphous)인 것을 특징으로 하는,
철계 연자성 합금.The method according to claim 1,
Wherein the iron-based soft magnetic alloy is amorphous.
Iron - based soft magnetic alloy.
상기 비정질 철계 연자성 합금의 포화자화값이 1.6T이상인 것을 특징으로 하는,
철계 연자성 합금.The method of claim 3,
Wherein the amorphous iron-based soft magnetic alloy has a saturation magnetization value of 1.6 T or more.
Iron - based soft magnetic alloy.
상기 철계 연자성 합금은 나노 복합체(Nanocomposite)인 것을 특징으로 하는,
철계 연자성 합금.The method according to claim 1,
Wherein the iron-base soft magnetic alloy is a nanocomposite.
Iron - based soft magnetic alloy.
상기 x는 2<x≤6[at.%]이고,
상기 M은 Ge인,
철계 연자성 합금.Fe 80 P 13-x C 7 M x ,
X is 2 < x? 6 [at.%]
Wherein M is Ge,
Iron - based soft magnetic alloy.
Fe80P13-xC7Mx식의 화학 조성을 가지며,
상기 x는 2<x≤6[at.%]이고,
상기 M은 Ge이되,
Si, Sn 및 Sb 중에서 선택되는 적어도 하나의 원소(M)을 추가로 더 포함하는,
철계 연자성 합금.The method according to claim 6,
Fe 80 P 13-x C 7 M x ,
X is 2 < x? 6 [at.%]
Wherein M is Ge,
Further comprising at least one element (M) selected from Si, Sn and Sb.
Iron - based soft magnetic alloy.
상기 x는 3<x≤5[at.%]인,
철계 연자성 합금.8. The method according to claim 6 or 7,
X is 3 < x < = 5 [at.%]
Iron - based soft magnetic alloy.
상기 x는 4[at.%]인,
철계 연자성 합금.9. The method of claim 8,
Where x is 4 [at.%]
Iron - based soft magnetic alloy.
상기 M은 Si0.5Ge0.5이고,
x는 3<x≤5[at.%]인,
철계 연자성 합금.8. The method of claim 7,
Wherein M is Si 0.5 Ge 0.5 ,
x is 3 < x < = 5 [at.%]
Iron - based soft magnetic alloy.
포화자화값이 1.6T이상인,
철계 연자성 합금.8. The method according to claim 6 or 7,
A saturation magnetization value of 1.6 T or more,
Iron - based soft magnetic alloy.
상기 합금 리본은 1 내지 200μm의 두께를 갖는,
철계 연자성 합금으로 이루어진 합금 리본.An alloy ribbon made of the iron-based soft magnetic alloy according to claim 6 or 7,
The alloy ribbon has a thickness of 1 to 200 [mu] m,
Alloy ribbon made of iron-based soft magnetic alloy.
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