KR20180073444A - 합금 재료, 본드 자석 및 희토류 영구자석 분말의 개질 방법 - Google Patents

합금 재료, 본드 자석 및 희토류 영구자석 분말의 개질 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합금 재료, 본드 자석 및 희토류 영구자석 분말의 개질 방법을 제공한다. 이 합금 재료의 용융점은 600℃ 미만이고 합금 재료의 조성은 원자부수로 계산하여 RE100-x- yMxNy이고, 여기서, RE는 비 중희토류 Nd, Pr, Sm, La, Ce 중의 한가지 또는 여러 가지이고, M는 Cu, Al, Zn, Mg 중의 한가지 또는 여러 가지이며, N는 Ga, In, Sn 중의 한가지 또는 여러 가지이고, x = 10 ~ 35, y = 1 ~ 15이다. 본 출원의 합금 재료는 원가가 낮고 용융점이 낮은 공정 합금을 형성할 수 있으며 낮은 온도에서 액상 확산될 수 있어 저온에서 그중의 원소가 희토류 영구자석 분말로 확산하는 균일성을 개선할 수 있다. 이와 동시에, Ga, In, Sn는 NdFeb 합금에서 현저한 입계 군집화 특징을 구비하여 입계 확산을 강화하여 항자기력을 향상시키고 개질된 희토류 영구자석 분말로 형성되는 자석이 양호한 고온 기능을 구비하게 된다.

Description

합금 재료, 본드 자석 및 희토류 영구자석 분말의 개질 방법{Alloy material, bonded magnet, and modification method of rare-earth permanent magnetic powder}
본 발명은 희토류 재료 제조 분야에 관한 것으로, 특히 합금 재료, 본드 자석 및 희토류 영구자석 분말의 개질 방법에 관한 것이다.
희토류 영구자석 재료는 희토류 금속과 전이금속으로 형성된 합금이 일정한 가공 공정을 통하여 제조된 것으로 현대 공업 사회 발전을 지원하는 중요한 기초 재료이고 NdFeb를 대표로 하는 희토류 영구자석은 현재 응용 성능이 가장 높은 영구자석 합금이며 이미 소결, 본드, 열압 등 3대형 희토류 영구자석 합금 재료로 발전하였다. NdFeb 응용 범위가 확대되고 수요량이 증가됨에 따라 NdFeb 합금 성능에 대한 기대치가 높아지고 있다. 자기 에너지곱과 항자기력은 영구자석 재료의 가장 중요한 두 개 평가 지표이고 현재 응용되고 있는 NdFeb 합금 재료의 자기 에너지곱은 이미 이론적 최대 자기 에너지곱에 접근하고 있지만 항자기력은 아직 이론적 최대값과 멀리 떨어져 있다. 영구자석 재료의 항자기력이 낮으면 자석의 안전성이 낮고 특히 온도가 변화하는 특수한 응용 환경에서 자석의 자기 성능은 빠르게 감쇠하게 된다. 따라서 항자기력을 향상시키는 것은 자석 고온 성능을 향상시키고 온도 안전성을 개선하는 유효한 방법이다.
Nd2Fe14B 또는 Pr2Fe14B 희토류 영구자석 합금의 경우, 항자기력을 향상시키려면 주상(主相) 결정입자의 이방성 장(Anisotropic Field)으로부터 시작하여야 하고, 예를 들어, 합금 용해과정에 중희토류 Dy, Tb를 첨가하여 Nd 또는 Pr를 치환하면 항자기력을 강화시킬 수 있고 이는 형성된 (Dy, Tb)2Fe14B 상이 더욱 큰 이방성 장을 구비하게 때문이다. 하지만 중희토류 Dy, Tb로 Nd 또는 Pr를 치환하는 방법에 의하면 자기 에너지곱이 현저하게 저하된다. 다른 한 방면은 중희토류 Dy, Tb의 입계 확산인데 입계 부근의 반자화 영역 핵형성 장을 증가시키는 방법 또는 입계 강자성를 저하시키는 방법으로 인접한 결정입자의 자기 결합을 저하시켜 항자기력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 일본의 아이치 강철제조회사(Aichi steel)는 이방성 HDDR NdFeb 자성 분말 표면(CN1345073A)에 수소화물을 이용하여 Dy를 확산시켜 자성 분말의 항자기력을 향상시키고 사용 온도 및 자성 분말의 열안전성을 향상시켰다. 중희토류 Dy, Tb 등을 이용하여 대체 또는 입계 확산 방법으로 항자기력을 향상시키는 효과가 현저하지만 상기한 방법에는 중희토류 자원이 결핍하고 원가가 높은 등 문제들이 존재한다.
비 중희토류의 입계 확산은 비 중희토류와 기타 합금 원소로 구성되는 저용융점 합금을 이용하여 NdFeb 주상 결정입자의 입계 영역으로 침투하여 자기 결합을 저하 또는 차단하여 자성 분말의 항자기력을 향상시키는 목적을 실현한다. 비 중희토류의 입계 확산의 경우, 예를 들어 PrCu, NdCu 합금이 열압, 소결 등을 통하여 괴상 자석 표면에 확산되어 항자기력을 현저하게 향상시키고 중희토류를 첨가하지 않은 고항자기력 자석을 실현하고 자석 서비스 성능을 개선한다. 본드 자석에도 일부 특수한 응용환경에서 자기 성능이 감쇠되는 문제가 존재하고 항자기력을 향상시키는 것이 자성 안전성을 개선하는 중요한 방법이다. 하지만 입계 확산은 본드 자석에서 아직 많이 응용되지 않았고 그 주요 원인은 입계 확산을 본드 자성 분말에 작용하면 자성 분말의 항자기력을 향상시키는 동시에 다른 한 지표인 자기 에너지곱이 선명하게 저하되는데 있고(Zhong Lin, Jingzhi Han, Shunquan Liu, et al. Journal of Applied Physics 2012, 111: 07A722), 그리고 자성 분말의 균일성에 대한 본드 자석의 요구가 아주 높지만 입계 확산은 확산이 균일하지 못한 등 문제가 존재하여 널리 보급하는데 불리하다. 그리고 고성능의 자성 분말은 일반적으로 미세 결정입자 조직 특징을 구비하여야 하지만 기존기술에 의하면 저온 확산 효과가 이상적이지 못하고 고온에서 장기간 처리하면 결정입자가 성장하여 자성 분말의 자기 성능을 저하시키게 된다.
특허문헌 1: CN1345073A(2002.04.17)
비특허문헌 1: Zhong Lin, Jingzhi Han, Shunquan Liu, et al. Journal of Applied Physics 2012, 111: 07A722
본 발명은 기존기술 중의 자석 고온 성능이 낮은 방법 문제를 해결할 수 있는 합금 재료, 본드 자석 및 희토류 영구자석 분말의 개질 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 용융점은 600℃ 미만이고, 조성은 원자부수로 계산하여 RE100-x- yMxNy이며, 여기서, RE는 비 중희토류Nd, Pr, Sm, La, Ce 중의 한가지 또는 여러 가지이고, M는 Cu, Al, Zn, Mg 중의 한가지 또는 여러 가지이며, N는 Ga, In, Sn의 한가지 또는 여러 가지이고, x = 10 ~ 35, y = 1 ~ 15인 합금 재료를 제공한다.
진일보로, 상기 합금 재료는 합금분말이고 합금분말의 입도가 160 ~ 40 μm인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 단계 S1, 상기 임의의 한 합금 재료와 희토류 영구자석 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻고, 여기서 혼합 분말중의 합금 재료의 질량비는 1 ~ 10%이고, 2 ~ 5%인 것이 바람직하고, 단계 S2, 제1 불활성 분위기 또는 진공 상태에서 혼합 분말에 열처리를 수행하여 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻는 것을 포함하는 희토류 영구자석 분말의 개질 방법을 제공한다.
진일보로, 상기 단계 S2는, 단계 S21, 제1 불활성 분위기 또는 진공 상태에서 혼합 분말을 675 ~ 900℃에서 5 ~ 30min 처리하여 전처리 분말을 얻고, 단계 S22, 전처리 분말을 500 ~ 600℃에서 2 ~ 12h 처리하여 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻는 단계를 포함한다.
진일보로, 상기 합금 재료는 입도가 160 ~ 40 μm인 합금분말이고, 희토류 영구자석 분말의 입도가 400 ~ 50 μm인 것이 바람직하다.
진일보로, 상기 진공 상태에서의 진공도는 10-2 ~ 10-4Pa이고 불활성 분위기가 아르곤 분위기인 것이 바람직하다.
진일보로, 상기 단계 S21 전에, 단계 S2가 15℃/min 이상의 속도로 온도를 675 ~ 900℃로 상승시키는 단계를 더 포함한다.
진일보로, 상기 단계 S21 후 단계 S22 전에, 단계 S2가 15℃/min 이상의 속도로 온도를 500 ~ 600℃로 하강시키는 단계를 더 포함한다.
진일보로, 상기 희토류 영구자석 분말의 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비하고, 여기서, RE'는 Nd 및/또는 Pr이고 그 중의 일부 Nd 또는 Pr는 Dy, Tb, La, Ce로 치환될 수 있고, 희토류 영구자석 분말 중의 희토류의 총 원자비는 9 ~ 12.0 %이다.
진일보로, 상기 개질 방법은, 합금 재료의 조성에 따라 각 원료의 무게를 측정하고 유도용해 또는 아크용해를 이용하여 각 원료로 모합금을 제조하고, 급결 주조법 또는 고속 방사법을 이용하여 모합금으로 합금 박편을 제조하며, 제2 불활성 분위기에서 기계 분쇄 또는 수소 분쇄하여 합금 박편을 입도가 160 ~ 40 μm인 합금분말로 분쇄하는 단계를 포함하는 합금 재료의 제조 방법을 포함하고, 제2 불활성 분위기는 아르곤 분위기인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 희토류 영구자석 분말로 제조되고 희토류 영구자석 분말이 상기한 임의의 개질 방법으로 얻은 개질된 희토류 영구자석 분말인 본드 자석을 제공한다.
본 발명의 기술방안에 의하면, 합금 재료에 비 중희토류 또는 고풍족도(abundant)의 Nd, Pr, Sm, La, Ce 희토류 원소 중의 임의의 한가지 또는 여러 가지를 사용하여 원가가 낮고 Cu, Al, Zn, Mg 중의 한가지 또는 여러 가지 비 희토류 금속 원소를 첨가하고 함유량의 비율 조절을 통하여 용융점이 낮은 공정 합금을 형성할 수 있고 이 공정 합금은 낮은 온도에서 액상 확산될 수 있다. 그리고 용융점이 낮은 금속 Ga, In, Sn 중의 한가지 또는 여러 가지 원소를 적당히 첨가하여 합금 재료의 용융점을 진일보로 낮추고 합금 재료와 희토류 영구자석 분말 사이의 습윤성을 강화하여 그 중의 원소의 희토류 영구자석 분말로의 확산 균일성을 개선하고 저온 확산을 실현하며, 고온에서 장기간 열처리하여 자성 분말의 자기 성능이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 이와 동시에 Ga, In, Sn는 NdFeb 합금에서 현저한 입계 군집화 특징을 나타냄으로 입계 확산을 강화하여 항자기력을 향상시킨다. 이와 같이 본 출원의 상기한 합금 재료를 희토류 영구자석 분말의 개질에 응용할 경우, 저온에서 확산시킬 수 있고 희토류 영구자석 분말의 항자기력을 강화하며 개질된 희토류 영구자석 분말로 형성되는 자석이 양호한 고온 기능을 구비하게 된다.
다만, 모순되지 않는 상황하에서 본 출원 중의 실시예 및 실시예 중의 특징을 서로 조합할 수 있다. 아래 실시예를 결합하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
배경기술 부분에서 분석한 바와 같이 기존기술 중의 희토류 영구자석 분말에 대한 각종 개질 방법은 모두 일정한 문제가 존재하여 저원가로 희토류 영구자석 분말의 고온 성능을 향상시키는 목적을 실현할 수 없고, 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 출원은 합금 재료, 본드 자석 및 희토류 영구자석 분말의 개질 방법을 제공한다.
본 출원의 전형적인 실시형태에 있어서 합금 재료를 제공하는데 이 합금 재료의 용융점은 600℃ 미만이고 합금 재료의 조성은 원자부수로 계산하여 RE100-x- yMxNy이고, 여기서, RE는 비 중희토류 Nd, Pr, Sm, La, Ce 중의 한가지 또는 여러 가지이고, M은 Cu, Al, Zn, Mg 중의 한가지 또는 여러 가지이며, N은 Ga, In, Sn 중의 한가지 또는 여러 가지이고, x = 10 ~ 35, y = 1 ~ 15이다.
본 출원의 상기 합금 재료는 비 중희토류 또는 고풍족도의 Nd, Pr, Sm, La, Ce 희토류 원소 중의 임의의 한가지 또는 여러 가지를 포함하여 원가가 낮고, Cu, Al, Zn, Mg 중의 한가지 또는 여러 가지 비 희토류 금속 원소를 첨가하고 함유량 조절을 통하여 용융점이 낮은 공정 합금을 형성하고 이러한 공정 합금은 저온에서 액상 확산된다. 그리고 용융점이 낮은 금속 Ga, In, Sn 중의 한가지 또는 여러 가지 원소를 적당히 첨가하여 합금 재료의 용융점을 진일보로 저하시키고 합금 재료와 희토류 영구자석 분말 사이의 습윤성을 강화하여 그중의 원소의 희토류 영구자석 분말로의 확산 균일성을 개선하고 저온 확산을 실현하며, 고온에서 장기간 열처리하여 자성 분말의 자기 성능이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 이와 동시에 Ga, In, Sn은 NdFeb 합금에서 현저한 입계 군집화 특징을 나타냄으로 입계 확산을 강화하여 항자기력을 향상시킨다. 이와 같이 본 출원의 상기한 합금 재료를 희토류 영구자석 분말의 개질에 응용할 경우, 저온에서 확산시킬 수 있고 희토류 영구자석 분말의 항자기력을 강화하며 개질된 희토류 영구자석 분말로 형성되는 자석이 양호한 고온 기능을 구비하게 된다.
상기 합금 재료를 시트 형태로 보존할 수 있고 사용 편이성을 위하여 상기 합금 재료가 합금분말인 것이 바람직하고 합금분말의 입도가 160 ~ 40 μm인 것이 더욱 바람직하다. 상기 합금분말을 이용하면 직접 희토류 영구자석 분말의 개질에 응용하는데 유리하다.
본 출원의 다른 한 전형적인 실시형태에 있어서, 단계 S1, 상기한 임의의 합금 재료와 희토류 영구자석 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻고, 여기서 혼합 분말중의 합금 재료의 질량비는 1 ~ 10%이고 2 ~ 5%인 것이 바람직하며, 단계 S2, 제1 불활성 분위기 또는 진공 상태에서 혼합 분말에 열처리를 수행하여 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻는 것을 포함하는 희토류 영구자석 분말의 개질 방법을 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 출원에서 제공하는 합금 재료는 용융점이 낮은 특징을 구비하고 희토류 영구자석 분말과의 양호한 습윤성을 구비함으로 낮은 온도에서 액상 확산을 실현할 수 있고 고온에서 장기간 열처리를 수행하여 자성 분말의 자기 성능을 파괴하는 것을 방지할 수 있다. 그리고 상기 합금 재료에 Ga, In 및/또는 Sn을 구비함으로 NdFeb 합금에서 현저한 입계 군집화 특징을 구비하여 입계 확산을 강화하여 항자기력을 향상시키고 이에 따라 얻은 개질된 희토류 영구자석 분말로 형성되는 자석이 양호한 고온 성능을 구비하게 된다.
상기 열처리를 수행하는 것은 합금 재료 중의 원소를 희토류 영구자석 분말중으로 확산시키기 위한 것임으로 처리 온도는 적어도 합금 재료의 용융점에 달하여야 하고, 합금 재료 중의 원소의 확산을 진일보로 촉진하고 열처리 온도로 인하여 희토류 영구자석 분말의 성능에 영향을 미치는 것을 피면하기 위하여, 상기 단계 S2가, 단계 S21, 제1 불활성 분위기 또는 진공 상태에서 혼합 분말을 675 ~ 900℃에서 5 ~ 30min 처리하여 전처리 분말을 얻고, 단계 S22, 전처리 분말을 500 ~ 600℃에서 2 ~ 12h 처리하여 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 고온과 저온의 두 단계의 열처리 공정의 구체적인 조건은 상기 범위 내에서 확산 합금 성분에 근거하여 조절할 수 있고, 우선 고온에서 단기간 열처리를 통하여 확산 합금으로 희토류 영구자석 분말의 액상을 균일하게 피복하고 그 다음, 저온에서 장기간 열처리하여 합금으로 하여금 자성 분말 내부의 결정입자 경계 영역으로 균일하게 확산하도록 한다. 따라서 고온에서 장기간 열처리하여 자성 분말의 자기 성능을 파괴하는 것은 피면하면서 균일하게 확산시키는 목적을 실현하여 최종적으로 항자기력을 향상시키고 온도 안전성을 개선하는 목적을 실현하고 균일하게 확산된 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻을 수 있다.
합금 재료는 고온 단계에서 용해됨으로 균일하게 확산된 개질을 실현하기 위하여, 상기 합금 재료가 입도가 160 ~ 40 μm인 합금분말인 것이 바람직하고, 이와 동시에 합금 재료의 입도가 너무 크면 확산이 균일하지 못하고 입도가 너무 작으면 산소를 흡수하여 산화되게 쉽다. 합금 재료와 균일하게 혼합되도록 희토류 영구자석 분말의 입도가 400 ~ 50 μm인 것이 더욱 바람직하다.
상기한 바와 같이 합금 재료의 입도가 너무 작으면 쉽게 산화됨으로 산화를 방지하기 위하여 상기 진공 상태에서의 진공도가 10-2 ~ 10-4Pa인 것이 바람직하고 또는 불활성 분위기가 아르곤 분위기인 것이 바람직하다.
본 출원의 한 바람직한 실시예에 있어서, 단계 S21 전에, 상기 단계 S2가, 15℃/min 이상의 속도로 온도를 675 ~ 900℃로 상승시키는 단계를 더 포함한다. 온도 상승 속도를 제어함으로써 반응물로 하여금 단시간 내에 소정 온도에 달하게 하고 장기간 고온을 유지하여 희토류 영구자석 분말의 구조에 영향을 주는 것을 피면할 수 있다. 고속 상승을 실현할 수 있도록 상기 온도 상승 속도의 최대값은 기존기술에서 구현할 수 있는 전제하에서 높으면 높을수록 좋다.
본 출원의 다른 한 바람직한 실시예에 있어서, 단계 S21 후 단계 S22 전에, 단계 S2가, 15℃/min 이상의 속도로 온도를 500 ~ 600℃로 하강시키는 단계를 포함한다. 상기 하강 속도에 의하여 전처리 분말이 신속히 저온으로 하강되어 장기간 고온을 유지하여 영향을 주는 것을 피면할 수 있다. 고속 하강을 실현할 수 있도록 상기 온도 하강 속도의 최대값은 기존기술에서 구현할 수 있는 전제하에서 높으면 높을수록 좋다.
본 출원의 개질 방법은 이론적으로 모든 유형의 희토류 영구자석 분말에 응용될 수 있고, 특히 희토류 총함유량이 경자성 주상 RE'2Fe14B 중의 희토류 총 원자비 11.8%보다 낮거나 약간 높은 NdFeb류 희토류 영구자석 분말에 응용될 수 있고, 희토류 영구자석 분말의 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비하며, 여기서 RE'는 Nd 및/또는 Pr이고 그 중의 일부 Nd 또는 Pr는 Dy, Tb, La, Ce로 치환될 수 있고, 상기 희토류 영구자석 분말중의 희토류의 총 원자비가 9 ~ 12.0%인 것이 바람직하다. 이러한 희토류 영구자석 분말 재료 내부에 미세한 나노 결정입자 조직을 구비하고 재료 내부의 나노 결정입자 사이의 결합을 통하여 높은 잔자성과 자기 에너지곱을 실현하고, 그 자기 성능은 결정입자 조직과 밀접한 관련이 있다. 하지만 희토류 함유량이 낮고 결정입자 조직이 쉽게 열처리 공정의 영향을 받으며 장기간 고온 열처리 시 결정입자가 성장하여 자기 성능이 현저하게 저하된다. 하지만 상기 합금 재료를 이용하여 개질하면 저온에서 균일하게 확산시켜 항자기력을 향상시키는 목적을 실현할 수 있고 고온에서 장기간 열처리하여 자기 성능이 하강되는 문제를 해결할 수 있다.
본 출원의 개질 방법을 간단히 실현하기 위하여, 상기 개질 방법이 합금 재료의 제조 방법을 더 포함하는 것이 바람직하고, 이 제조 방법은 합금 재료의 조성에 따라 각 원료의 무게를 측정하고 유도용해 또는 아크용해를 이용하여 각 원료로 모합금을 제조하며, 급결 주조법 또는 고속 방사법을 이용하여 모합금으로 합금 박편을 제조하며, 제2 불활성 분위기에서 기계 분쇄 또는 수소 분쇄를 이용하여 합금 박편을 합금분말로 분쇄하는 단계를 포함하고, 합금분말의 입도는 160 ~ 40 μm이고 제2 불활성 분위기가 아르곤 분위기인 것이 바람직하다. 상기 유도용해, 아크용해, 급결 주조법과 고속 방사법은 모두 이 분야의 상용 방법으로 본 출원에 응용할 경우 그 조건에 대하여서는 기존기술을 참조할 수 있고 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
본 출원의 다른 한 전형적인 실시형태에 있어서 본드 자석을 제공하는데 희토류 영구자석 분말로 제조되고 그중의 희토류 영구자석 분말이 상기한 임의의 개질 방법으로 얻은 개질된 희토류 영구자석 분말이다. 본 출원의 희토류 영구자석 분말의 장점에 기반하여 얻은 본드 자석의 항자기력 등 자기 성능은 고온에서도 양호하고 기존기술에서 얻은 희토류 영구자석 분말로 형성된 본드 자석이 고온 성능이 낮은 문제를 해결할 수 있다.
아래 실시예와 비교예를 결합하여 본 출원의 유익한 효과를 진일보로 설명한다.
하기 실시예에 있어서, 자성 분말 확산 전후의 자기 성능(최대 자기 에너지곱 BHm 및 항자기력 Hcj)을 진동시료자력계(VSM)로 측정하였다. 열안전성 표현은 본드 자석의 자속 감쇠를 측정하여 수행하였고 확산 전후의 자성 분말로 본드 자석을 제조하고 대기 환경에서 120℃에서 100h 보존하고 표면의 자속 감쇠를 측정하였다.
실시예 1
하기 단계에 따라 네오디뮴 프라세오디뮴계 Nd7 . 6Pr2 . 5Fe84 . 1B5 .8 영구자석 분말에 처리를 수행하였다:
1) 설계 성분 비율의 원료로 진공 유도용해를 통하여 Nd66Cu28Ga6 저용융점 합금의 모합금을 제조하였고 얻은 모합금을 고속 단일 롤 방사법을 이용하여 25m/s의 담금질 속도로 확산 합금 담금질 밴드를 제조하며, Ar 가스 보호 분위기에서 기계로 연마하는 방법으로 분쇄하여 분말을 얻고 분말 입도가 160 ~ 40 μm인 Nd66Cu28Ga6 합금분말을 얻는다.
2) 입도가 400 ~ 50 μm인 희토류 영구자석 분말(희토류RE 총원자비는 10.1%이고 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비한다)과 Nd66Cu28Ga6 합금분말을 기계로 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성하였고 혼합물 중의 합금분말의 질량부수는 3%이다.
3) 혼합물을 진공 5×10-3Pa 조건에서, 25℃/min의 속도로 온도를 725℃로 상승시켜 25min 보온시킨 후 약 20℃/min의 속도로 온도를 600℃로 냉각시켜 계속하여 600℃에서 5h 보온하는 두 단계의 확산 열처리를 수행하고, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시켜 실시예 1의 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻었다.
실시예 2
하기 단계에 따라 Ce를 함유한 프라세오디뮴 네오디뮴계 Nd3 . 2Pr7 .6 Ce1.2Fe81.8B6.2 영구자석 분말에 처리를 수행하였다:
1) 진공 유도용해를 통하여 Ce85Al9Mg3Sn3 저용융점 합금 모합금을 제조하고 Ar 보호 분위기에서 급결 주조 SC 기술을 이용하여 8m/s에서 확산 합금 박편을 제조하며 Ar 가스 보호 분위기에서 기류 연마 방법으로 기계 분쇄하여 분말을 얻고 분말 입도가 120 ~ 50 μm인 Ce85Al9Mg3Sn3 합금분말을 얻었다.
2) 입도가 400 ~ 80 μm인 희토류 영구자석 분말(희토류 RE 총원자비는 12.0%이고 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비한다)과 Ce85Al9Mg3Sn3 합금분말을 기계로 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성하였고 혼합물 중의 확산 합금분말의 질량부수는 4%이다.
3) 혼합물을 진공 2×10-3Pa 조건에서, 25℃/min의 속도로 온도를 775℃로 상승시켜 30min 보온시킨 후 약 20℃/min의 속도로 온도를 580℃로 냉각시켜 계속하여 580℃에서 6h 보온하는 확산 열처리를 수행하고, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시켜 실시예 2의 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻었다.
실시예 3
하기 단계에 따라 Ce, La를 함유한 네오디뮴계 Nd7 . 2La1 . 5Ce0 . 3Fe84Nb1 . 2B5 .8 영구자석 분말에 처리를 수행하였다:
1) 유도용해를 통하여 La70Cu29Sn1 저용융점 합금을 제조하고 단일 롤 고속 방사법을 이용하여 20m/s의 담금질 속도로 확산 합금 담금질 밴드을 제조하였으며 Ar 가스 보호 분위기에서 기계로 연마하는 방법으로 분쇄하여 분말을 얻어 분말 입도가 160 ~ 60 μm인 La70Cu29Sn1 합금분말을 얻었다.
2) 입도가 300 ~ 70 μm인 희토류 영구자석 분말(희토류 RE 총원자비는 9.0%이고 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비한다)과 La70Cu29Sn1 합금분말을 기계로 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성하였고 혼합물중의 확산 합금분말의 질량부수는 2%이다.
3) 혼합물을 진공 1×10-3Pa 조건에서, 25℃/min의 속도로 온도를 675℃로 상승시켜 30min 보온시킨 후 약 20℃/min의 속도로 온도를 500℃로 냉각시켜 계속하여 500℃에서 12h 보온하는 확산 열처리를 수행하고, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시켜 실시예 3의 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻었다.
실시예 4
하기 단계에 따라 네오디뮴계 Nd11 . 3Fe80 . 8Co2 . 0B5 .9 희토류 영구자석 분말에 처리를 수행하였다:
1) 유도용해를 통하여 Nd78Al12Cu2In8 저용융점 합금을 제조하고 고속 방사법을 이용하여 30m/s의 담금질 속도로 확산 합금담금질 밴드를 제조하였으며 그 다음 Ar 보호 분위기에서 기계로 연마하는 방법으로 분쇄하여 분말을 얻어 분말 입도가 100 ~ 40 μm인 Nd78Al12Cu2In8 합금분말을 얻었다.
2) 입도가 200 ~ 80 μm인 희토류 영구자석 분말(희토류RE 총원자비는 11.3%이다)과 Nd78Al12Cu2In8 합금분말을 기계로 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성하고 혼합물 중의 확산 합금분말의 질량부수는 3%이다.
3) 혼합물을 진공 5×10-3Pa 미만의 조건에서, 30℃/min의 속도로 온도를 850℃로 상승시켜 10min 보온시킨 후 약 18℃/min의 속도로 온도를 560℃로 냉각시켜 계속하여 560℃에서 5h 보온하는 확산 열처리를 수행하고, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시켜 실시예 4의 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻었다.
실시예 5
하기 단계에 따라 프라세오디뮴계 Pr9 . 3Fe85 . 2Nb0 . 2B5 .3 희토류 영구자석 분말에 처리를 수행하였다:
1) 유도용해를 통하여 Pr66Zn19Ga15 저용융점 합금의 모합금정을 제조하고 합금정을 Ar 보호 분위기에서 균일화 처리한 후 수소 분쇄 방법으로 확산 합금 분말을 얻어 분말 입도가 120 ~ 50 μm인 Pr66Zn19Ga15 합금분말을 얻었다.
2) 입도가 300 ~ 100 μm인 희토류 영구자석 분말(희토류RE 총원자비는 9.3%이고 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비한다)과 Pr66Zn19Ga15 합금분말을 기계로 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성하고 혼합물중의 확산 합금분말의 질량부수는 5%이다.
3) 혼합물을 순Ar 보호 분위기에서, 35℃/min의 속도로 온도를 900℃로 상승시켜 5min 보온시킨 후 약 30℃/min의 속도로 온도를 600℃로 냉각시켜 계속하여 600℃에서 2h 보온하는 확산 열처리를 수행하고, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시켜 실시예 5의 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻었다.
실시예 6
하기 단계에 따라 네오디뮴 프라세오디뮴계 Pr8 . 2Nd2 . 5Fe81 . 9Co1 . 5B5 .9 영구자석 분말에 처리를 수행하였다:
1) 유도용해를 통하여 Pr62Cu28Al7Ga3 저용융점 합금을 제조하고 급결 주조 기술을 이용하여 10m/s에서 확산 합금 박편을 제조하였으며 Ar 가스 보호 분위기에서 기류 연마 방법으로 기계로 분쇄하여 분말을 얻어 분말 입도가 120 ~ 50 μm인 Pr62Cu28Al7Ga3 합금분말을 얻었다.
2) 입도가 300 ~ 50 μm인 희토류 영구자석 분말(희토류RE 총원자비는 10.7%이고 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비한다)과 Pr62Cu28Al7Ga3 합금분말을 기계로 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성하고 혼합물 중의 합금분말의 질량부수는 3%이다.
3) 혼합물을 진공 5×10-3Pa 조건에서, 25℃/min의 속도로 온도를 725℃로 상승시켜 15min 보온시킨 후 약 30℃/min의 속도로 온도를 520℃로 냉각시켜 계속하여 520℃에서 8h 보온하는 확산 열처리를 수행하고, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시켜 실시예 6의 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻었다.
실시예 7
희토류 영구자석 분말Nd7 . 6Pr2 . 5Fe84 . 1B5 .8의 입도가 300 ~ 500μm인 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
실시예 8
Nd66Cu28Ga6 합금분말의 입도가 100 ~ 200μm인 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
실시예 9
두 단계의 열처리가 진공 0.02Pa 조건에서 수행된 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
실시예 10
열처리 공정이 12℃/min 속도로 온도를 725℃로 상승시켜 25min 보온하고 약 20℃/min의 속도로 600℃로 냉각시켜 계속하여 600℃에서 5h 보온하며, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
실시예 11
열처리 공정이 25℃/min 속도로 온도를 650℃로 상승시켜 25min 보온하고 약 20℃/min의 속도로 600℃로 냉각시켜 계속하여 600℃에서 5h 보온하며, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
실시예 12
열처리 공정이 25℃/min 속도로 온도를 725℃로 상승시켜 35min 보온하고 약 20℃/min의 속도로 600℃로 냉각시켜 계속하여 600℃에서 5h 보온하며, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다
실시예 13
열처리 공정이 25℃/min 속도로 온도를 725℃로 상승시켜 25min 보온하고 약 12℃/min의 속도로 600℃로 냉각시켜 계속하여 600℃에서 5h 보온하며, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다
실시예 14
열처리 공정이 25℃/min 속도로 온도를 725℃로 상승시켜 25min 보온하고 약 20℃/min의 속도로 650℃로 냉각시켜 계속하여 650℃에서 5h 보온하며, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다
실시예 15
열처리 공정이 25℃/min 속도로 온도를 725℃로 상승시켜 25min 보온하고 약 20℃/min의 속도로 600℃로 냉각시켜 계속하여 600℃에서 15h 보온하며, 확산 열처리가 종료된 후 샘플을 실온으로 공냉시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다
비교예 1
혼합물 중의 합금분말의 질량부수가 12%인 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
상기 방법으로 각 실시예와 비교예의 희토류 영구자석 분말의 개질 전후의 자기 에너지곱과 항자기력 및 얻은 본드 자석의 자속 감쇠를 측정하였고 측정 결과는 표 1과 같다.
Figure pat00001
상기 표 중의 실시예 1 ~ 15에 의하면, 본 발명의 방법으로 제공한 저용융점 합금분말을 이용하고 제공한 열처리 고정에 따라 대응되는 희토류 영구자석 분말에 확산 열처리를 수행하면 자기 에너지곱이 소량 하강되고 항자기력은 명확하게 향상되며, 확산 처리 후의 분말로 제조된 본드 자석은 고온 환경에서 자속 감쇠가 현저하게 감소된다. 그리고 실시예 1에 비하여 실시예 7과 8의 결과에 의하면 입도 비율을 제어함으로써 확산이 더욱 균일해지고 항자기력과 자기 에너지곱의 크기가 적합하며 대응되는 확산 후의 자성 분말의 열안전성도 유리하다. 실시예 9의 결과에 의하면, 진공도를 향상시키면 자성 분말과 확산원의 산소를 제어하여 자기 성능을 진일보로 향상시킬 수 있다. 실시예 10 ~ 15의 결과에 의하면, 확산 열처리 과정의 온도 상승 속도, 열처리 온도, 시간을 진일보로 제어하면 열처리 과정의 확산원 응집, 결정입자 성장 등을 피면할 수 있고 자기 성능을 진일보로 향상시킬 수 있다. 비교예1의 결과에 의하면, 과량의 합금분말을 첨가하여 항자기력과 열안전성이 향상되었지만 자성 분말의 자기 에너지곱을 하강시켰고 희토류의 함유량이 선명하게 향상되어 원재료의 원가를 높이고 자성 분말의 응용에 불리하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 상기한 실시예에 의하면 하기와 같은 기술적 효과를 실현할 수 있다 :
본 출원의 상기한 합금 재료는 비 중희토류 또는 고풍족도(abundant)의 Nd, Pr, Sm, La, Ce 희토류 원소 중의 임의의 한가지 또는 여러 가지를 사용하여 원가가 낮고 Cu, Al, Zn, Mg 중의 한가지 또는 여러 가지 비 희토류 금속 원소를 첨가하고 함유량의 비율 조절을 통하여 용융점이 낮은 공정 합금을 형성할 수 있고 이 공정 합금은 낮은 온도에서 액상 확산될 수 있다. 그리고 용융점이 낮은 금속 Ga, In, Sn중의 한가지 또는 여러 가지 원소를 적당히 첨가하여 합금 재료의 용융점을 진일보로 낮추고 합금 재료와 희토류 영구자석 분말 사이의 습윤성을 강화하여 그중의 원소의 희토류 영구자석 분말로의 확산 균일성을 개선하고 저온 확산을 실현하며, 고온에서 장기간 열처리하여 자성 분말의 자기 성능이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 이와 동시에 Ga, In, Sn는 NdFeb 합금에서 현저한 입계 군집화 특징을 나타냄으로 입계 확산을 강화하여 항자기력을 향상시킨다. 이와 같이 본 출원의 상기한 합금 재료를 희토류 영구자석 분말의 개질에 응용할 경우, 저온에서 확산시킬 수 있고 희토류 영구자석 분말의 항자기력을 강화하며 개질된 희토류 영구자석 분말로 형성되는 자석이 양호한 고온 기능을 구비하게 된다.
상기한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예로 본 발명을 한정하는 것이 아니고 당업자라면 본 발명에 여러 가지 변화를 가져올 수 있다. 본 발명의 사상과 원칙을 벗어나지 않는 범위 내에서 수행하는 모든 수정, 동등교체, 개량 등은 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 용융점은 600℃ 미만이고, 조성은 원자부수로 계산하여 RE100-x- yMxNy이며, 여기서, RE는 비 중희토류 Nd, Pr, Sm, La, Ce 중의 한가지 또는 여러 가지이고, M는 Cu, Al, Zn, Mg 중의 한가지 또는 여러 가지이며, N는 Ga, In, Sn의 한가지 또는 여러 가지이고, x = 10 ~ 35, y = 1 ~ 15인 것을 특징으로 하는 합금 재료.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 합금 재료는 합금분말이고, 상기 합금분말의 입도가 160 ~ 40 μm인 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 합금 재료.
  3. 희토류 영구자석 분말의 개질 방법에 있어서,
    단계 S1, 청구항 1 또는 2에 기재된 합금 재료와 희토류 영구자석 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻고, 여기서 상기 혼합 분말중의 상기 합금 재료의 질량비는 1 ~ 10 %이고, 2 ~ 5%인 것이 바람직하고,
    단계 S2, 제1 불활성 분위기 또는 진공 상태에서 상기 혼합 분말에 열처리를 수행하여 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 단계 S2는,
    단계 S21, 제1 불활성 분위기 또는 진공 상태에서 상기 혼합 분말을 675 ~ 900℃에서 5 ~ 30min 처리하여 전처리 분말을 얻고,
    단계 S22, 상기 전처리 분말을 500 ~ 600℃에서 2 ~ 12h 처리하여 상기 개질된 희토류 영구자석 분말을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 합금 재료는 입도가 160 ~ 40 μm인 합금분말이고, 상기 희토류 영구자석 분말의 입도가 400 ~ 50 μm인 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 진공 상태에서의 진공도는 10-2 ~ 10-4Pa이고, 상기 불활성 분위기가 아르곤 분위기인 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 단계 S21 전에, 단계 S2가
    15℃/min 이상의 속도로 온도를 675 ~ 900℃로 상승시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 단계 S21 후 단계 S22 전에, 단계 S2가
    15℃/min 이상의 속도로 온도를 500 ~ 600℃로 하강시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 희토류 영구자석 분말의 자성 주상은 RE'2Fe14B 구조를 구비하고, 여기서, RE'는 Nd 및/또는 Pr이고 그중의 일부 Nd 또는 Pr는 Dy, Tb, La, Ce로 치환되고, 상기 희토류 영구자석 분말중의 희토류의 총 원자비는 9 ~ 12.0%인 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 합금 재료의 조성에 따라 각 원료의 무게를 측정하고 유도용해 또는 아크용해를 이용하여 상기 각 원료로 모합금을 제조하고,
    급결 주조법 또는 고속 방사법을 이용하여 상기 모합금으로 합금 박편을 제조하며,
    제2 불활성 분위기에서 기계 분쇄 또는 수소 분쇄하여 상기 합금 박편을 입도가 160 ~ 40 μm인 합금분말로 분쇄하는 단계
    를 포함하는 합금 재료의 제조 방법을 포함하고,
    상기 제2 불활성 분위기가 아르곤 분위기인 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  11. 청구항 3 내지 10 중의 임의의 한 항에 기재된 개질 방법으로 얻은 개질된 희토류 영구자석 분말로 제조되는 것을 특징으로 하는 본드 자석.
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