KR20240022643A

KR20240022643A - 고성능 소결 NdFeB 자석 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20240022643A
Application number: KR1020247002013A
Authority: KR
Inventors: 지치앙 리; 팅 장; 난 자오; 링웬 슈에
Original assignee: 얀타이 정하이 마그네틱 머티리얼 컴퍼니 리미티드; 난통 젱하이 마그넷 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2022-07-20
Publication date: 2024-02-20
Also published as: CN113593800A; EP4358103A1; CN113593800B; WO2023001189A1

Abstract

본 발명은 고성능 소결 NdFeB 자석 및 이의 제조 방법을 공개하며, 상기 자석은 R¹ _mFe_nB_pM² _w를 기재로, R^H _xM¹ _yB_z 합금을 확산원으로 사용하여 확산 열처리를 통해 제조된다. 본 발명은 R^H _xM¹ _yB_z 합금을 확산원으로 사용하고 탈착 가능한 물질 반응통을 사용하여 확산하는 방식을 통해 고가성비의 희토류 영구자석을 효율적으로 생산함으로써, 확산 공정에서 확산원과 기재 간의 용접, 접착 문제를 해결하고, 소결 NdFeB 자석의 Hcj를 향상시키며, 확산 과정의 효율 향상 문제를 해결하고; 또한 본 발명의 확산원은 재활용이 가능하여 소결 NdFeB 자석의 생산 비용을 절감할 수 있고, 큰 사이즈의 자석에 적용 가능하며, 특히 배향 방향을 따른 두께가 8~30mm인 고가성비의 소결 NdFeB 제품의 대량 생산을 보장할 수 있다.

Description

고성능 소결 NdFeB 자석 및 이의 제조 방법

본 발명은 2021년 7월 20일 중국 국가지식재산권국에 제출된 특허 출원 번호가 202110819841.5이고, 발명의 명칭이 “고성능 소결 NdFeB 자석 및 이의 제조 방법”인 선출원의 우선권을 주장하는 바, 상기 선출원의 모든 내용은 본 발명에 참조로서 인용된다.

본 발명은 희토류 영구자석 재료 분야에 속하며, 구체적으로 고성능 소결 NdFeB 자석 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

NdFeB 자석은 상대적으로 우수한 성능을 지닌 현대 영구자석으로서 그 성능도 차이가 있는데, 그 중 고성능 소결 NdFeB가 가장 우수한 성능을 지닌다. 고성능 소결 NdFeB의 경우 급결 멜트 스피닝 방법, 수소 파쇄, 기류 연마, 압착 성형 및 소결 등 공정을 통해 무산소 공정 등을 사용하여 Hcj(고유 보자력, KOe)와 (BH)max(최대 자기에너지적, MGOe)의 합이 60보다 큰 소결 NdFeB 영구자석 재료를 제조한다. 최근 몇 년 동안 Br을 약간 감소시키고 비용을 약간 증가시키며 Hcj를 크게 향상시키는 NdFeB 자석 생산 공정을 개발하는 방법은 각 NdFeB 자석 제조업체의 중요한 목표가 되었다. 처음에는 경희토류 대신 고가의 중희토류를 사용하는 등의 성분 최적화를 수행한 다음, 결정립 미세화를 수행하여 NdFeB 자석의 자기에너지적과 보자력을 향상시키고; 동시에 이중 합금, 이중 주상 공정 등의 입계 강화 공정도 진행하고 있으나, 상기 공정에서는 고비율의 중희토류를 투입해야 하므로 Br이 크게 감소하고, 주로 사용되는 중희토류 Dy와 Tb는 매장량이 제한적이고 비용이 높아, 이 공정의 발전을 제한시킨다. 최근 몇 년 동안 NdFeB 자석의 Hcj 성능을 향상시키기 위해 업계에서 급속히 발전하고 있는 새로운 공정은 희토류 및 희토류 합금의 소결 NdFeB 입계 확산이며, 이 공정은 가성비가 높고 희토류 영구자석 자원 절약, 제품 업그레이드, 에너지 절약 및 배출 감소, 지속 가능한 발전을 촉진하는 데 중요한 역할을 한다.

공개번호 CN101707107A의 특허출원에서는 고잔자성 및 고보자력을 갖는 희토류 영구자석 재료의 제조 방법을 공개하며, 상기 방법은 모합금 제조, 분쇄, 성형, 소결에 의한 소결 자석 제조, 시효 처리, 기계적 가공, 표면 처리 공정 단계를 포함하고, 소결에 의한 소결 자석 R1-T-B-M1 제조 공정 단계 이후에 소결 자석을 중희토류HR2M² 합금 분말과 R3 산화물, R4 불화물, R5 불화물 중 하나 이상의 분말로 구성된 사전 혼합된 혼합 분말에 매립하는 것을 특징으로 한다. 여기서, HR2는 Dy, Ho 및 Tb 중 적어도 하나이고, M²는 Al, Cu, Co, Ni, Mn, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Zn 및 Ag 중 적어도 하나이며, R3, R4, R5는 Y 및 Sc를 포함하는 희토류 원소 중 하나 이상이다. 상기 방법은 확산 처리 시 자석 사이에 일정한 간극을 남겨두어야 하며, 그렇지 않으면 자석 접촉면이 접착될 위험이 있어 외관에 영향을 미친다. 따라서 작업자는 자석을 간격을 두고 배치해야 하므로 작업 효율이 저하되고 간격 배치가 노 장입량에 영향을 미치므로 생산 효율도 저하된다.

공개번호 CN106298219A의 특허출원에서는 R-T-B 희토류 영구자석의 제조 방법을 공개하며, 상기 방법은 a) 확산원으로 사용되는 R^L _uR^H _vFe_100-u-v-w-zB_wM_z 희토류 합금을 제조하되, 상기 R^L은 Pr, Nd 중 적어도 하나 원소를 나타내고, R^H는 Dy, Tb, Ho 중 적어도 하나 원소를 나타내며, M은 Co, Nb, Cu, Al, Ga, Zr, Ti 중 적어도 하나 원소를 나타내고, 이 희토류 합금은 R-Fe-B 정방정계 결정의 주상 구조를 포함하며, u, v, w, z는 각 물질의 중량백분율이고, u, v, w, z는 0≤u≤10, 35≤v≤70, 0.5≤w≤5, 0≤z≤5를 나타내는 단계; b) R^L _uR^H _vFe_100-u-v-w-zB_wM_z 희토류 합금을 분쇄하여 합금 분말을 형성하는 단계; 및 c) 상기 합금 분말과 R-T-B 자석을 함께 확산 장치에 넣어 열확산을 수행하되, 온도 구간은 750~950℃이고, 시간 구간은 4~72시간인 단계; 및 d) 시효 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 상기 발명에 사용된 확산원 합금은 R-Fe-B 합금이지만, R-Fe-B 합금을 확산원으로 사용하고 확산원에 B 함량이 너무 높으면 융점이 상대적으로 높아져 확산 속도가 느려진다. 즉, 같은 시간 내에 기재에 들어가는 유효 성분이 적고, 확산 온도가 높아지면 주상 결정립이 파괴되어 확산 효과가 약해진다. 따라서 확산 효율이 낮고 이상적인 성능을 달성할 수 없다.

공개번호 CN107731437A의 특허출원에서는 소결 NdFeB 박편 자석의 비가역적 손실을 줄이는 방법을 공개하며, 경희토류 금속 Nd, Pr 또는 PrNd 합금 급결제와 불합격 소결 NdFeB 박편 자석을 일정한 비율로 혼합한 후, 확산로에 넣고 일정한 회전 속도와 온도 조건에서 열처리를 수행하며; 마지막으로 확산된 자석을 460℃~520℃에서 3~5시간 동안 어닐링 처리를 수행한다. 이 발명은 경희토류 금속 Nd, Pr 또는 PrNd 합금 급결제를 확산원으로 사용하여 Nd 또는 Pr 원소를 벌크 소결 NdFeB 박편 자석의 표층 영역으로 확산시켜 소결 NdFeB 박편 자석 표면 영역의 손상된 미세구조를 복구하여 소결 NdFeB 박편 자석의 보자력을 향상시킨다. 그러나 상기 공정에 사용된 확산원은 경희토류이고 경희토류의 확산 효과는 제한적이기 때문에, 박편 제품에만 상대적으로 효과적이고 Hcj 성능 향상도 제한적이며(1~3KOe만 증가), 두께가 약간 두꺼운 제품의 경우 Hcj 성능 개선 효과는 뚜렷하지 않다.

공개번호 CN105321702A의 특허출원에서는 소결 NdFeB 자석의 보자력을 향상시키는 방법을 공개하며, 중희토류 원소를 포함하지 않는 입계 확산 합금 소재를 사용하여 입계 확산 방법을 통해 소결 NdFeB 자석의 보자력을 향상시키고; 확산 합금의 성분은 Re_100-x-yAl_xM_y이며, Re는 Ce, Pr, Nd 중 하나 이상이고, M은 Mg, Cu 중 하나 이상이며, 2≤X≤33, 0≤y≤5이다. 상기 공정의 구체적인 단계는 다음과 같다. 진공에서 확산 합금을 제련하고, 확산 합금을 분말로 제조하거나 얇은 스트립으로 빠르게 퀀칭하며, 확산 합금을 소결 NdFeB 자석 표면에 코팅한 후, 진공로에서 600~1000℃에서 1~10시간 동안 확산시키고, 500℃에서 1~5시간 동안 템퍼링한다. 상기 방법은 위에서 분석한 특허문헌 CN107731437A에서 분석한 단점을 포함하는 것 외에도, 그 확산 과정은 확산원을 자석 표면에 코팅하여 확산시키므로, 자석 표면에 확산원 분말 또는 파편이 접착되고, 자석 자체 중력으로 인해 하부 표면에 상이한 정도의 피트 결함이 발생하여, 제품 사이즈 및/또는 외관에 영향을 미친다.

공개번호 CN103003899A의 특허출원에서는 처리 장치를 공개하며, 상기 장치는 확산 처리부, 분리부, 열처리부를 포함하고, 여기서 확산 처리부는 Re-Fe-B계 소결 자석 및 중희토류 원소를 포함하는 금속 R^H의 금속 또는 합금의 확산원을 가열하면서 회전시키는 데 사용되며; 분리부는 확산 처리부에 의해 수용된 소결 자석 및 R^H 확산원에서 R^H 확산원을 선택적으로 분리하고; 열처리부는 중희토류 원소가 확산된 Re-Fe-B 소결 자석에 대해 R^H 확산원을 제거한 상태에서 열처리를 수행한다. 상기 장치의 상이한 캐비티의 연결 부위는 온도가 낮아지기 쉽고 노의 균일한 온도 영역을 보장하기 어려우며; 또한 확산 영역 및 열처리 영역은 상대적으로 긴 사이클 타임이 필요하고, 분리부는 상대적으로 짧은 시간이 소요되기 때문에, 상기 연속 처리로는 효율을 더 잘 향상시킬 수 없으며, 예를 들어 확산 영역에 물질이 있는 경우 분리부 및 열처리부는 물질 없이 대기 상태에 있기 때문에, 확산부, 분리부, 열처리부는 별도 장비에 비해 뚜렷한 장점이 없다.

따라서, 어떻게 소결 NdFeB 자석의 확산 과정에서 확산원과 기재 사이의 융착 및 접착 문제를 해결할 것이며, Hcj의 미흡한 개선, 확산 효율의 향상 어려움, 확산원 재활용 불가로 인해 비용이 높고 큰 사이즈의 자석에 적용할 수 없은 NdFeB 제품은 시급히 해결해야 할 기술적 과제가 되었다.

상기 기술적 과제를 개선하기 위해, 본 발명은 R^H _xM¹ _yB_z 합금을 제공하며, 상기 R^H는 Dy, Tb 중 1개 또는 2개의 원소로부터 선택되고, M¹은 Ti, Zr, Al 원소 중 1개, 2개 또는 3개의 원소로부터 선택되며, B는 붕소 원소이고, x, y, z는 원소의 중량백분율을 나타내며, x, y, z는 75%≤x≤90%, 0.1%≤z≤0.5%, y=1-x-z의 관계를 만족한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금에서, 80%≤x≤85%, 0.15%≤z≤0.3%, y=1-x-z; 예시적으로, x=80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%; z=0.1%, 0.15%, 0.2%, 0.25%, 0.3%이다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금에서, M¹은 바람직하게는 Ti, Zr, Al 원소 중 임의의 둘이고, 두 원소의 질량비는 1:1~2:1, 예시적으로 1:1, 1.5:1, 1:2, 2:1이다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금에서, R^H는 Dy, M¹은 Ti, Al 중 둘이고, x=85%, z=0.4%, y=14.6%이다. 예를 들어, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 Dy_85% Ti_9.73% Al_4.87% B_0.4%이다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금에서, R^H는 Tb이고, M¹은 Ti, Zr 중 둘이며, x=80%, z=0.3%, y=19.7%이다. 예를 들어, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 Tb_80% Ti_11.82% Zr_7.88% B_0.3%이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 시트 형태일 수 있으며, 예를 들어 이의 평균 두께는 ≤10mm이고; 바람직하게는, 평균 두께는 ≤5mm; 예시적으로 1mm, 1.8mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm이다.

본 발명은 또한 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금의 제조 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소를 포함하는 원료를 제련, 급결시켜 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금을 제조하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소는 상술한 바와 같은 의미를 갖는다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소의 사용량은 R^H:M¹:B 중량비=x:y:z에 따라 칭량되되; x, y 및 z는 상술한 바와 같은 의미를 갖는다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제련은 불활성 분위기에서 수행되고, 예를 들어 상기 불활성 분위기는 아르곤 가스 및/또는 헬륨 가스에 의해 제공될 수 있으며, 바람직하게는 아르곤 가스에 의해 제공된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제련의 온도는 1350℃~1550℃, 예시적으로 1350℃, 1450℃, 1480℃, 1500℃이고; 추가적으로, 상기 제련의 온도 유지 시간은 0~30분, 예시적으로 5분, 10분, 20분, 30분이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제련은 원료가 용융되어 합금액이 형성된 후 합금액이 용락될 때까지 수행된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제조 방법은 제련하여 얻은 합금액이 용락된 후 주입 온도까지 냉각시키는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 냉각 속도는 3~9℃/min, 예시적으로 3℃/min, 4℃/min, 6℃/min, 8℃/min, 9℃/min이다.

바람직하게는, 상기 주입 온도는 1330~1530℃, 예시적으로 1340℃, 1400℃, 1430℃, 1450℃이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제조 방법은 주입 온도까지 냉각된 합금액을 멜트 스피닝 방법을 통해 주입하여 R^H _xM¹ _yB_z 급결 합금 시트를 얻는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 급결 합금 시트의 평균 두께는 ≤10mm이고; 바람직하게는, 평균 두께는 ≤5mm; 예시적으로 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5 mm이다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 상기 제조 방법은 불활성 분위기에서 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소를 포함하는 원료를 제련하여 합금액을 형성하고, 합금액이 용락된 후 주입 온도까지 냉각시키며, 멜트 스피닝 방법으로 주입하여 평균 두께가 ≤10mm인 R^H _xM¹ _yB_z 급결 합금 시트를 얻는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금의 소결 NdFeB 재료의 제조에서의 응용, 바람직하게는 고성능 소결 NdFeB 재료의 제조에서의 응용을 제공한다. 여기서, 상기 고성능 소결 NdFeB 재료는 Hcj(고유 보자력, KOe)와 (BH)max(최대 자기에너지적, MGOe)의 합이 60보다 큰 소결 NdFeB 영구자석 재료를 의미한다. 바람직하게는, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 소결 NdFeB 재료의 제조에서 확산원으로 사용된다.

본 발명은 또한 소결 NdFeB 자석을 제공하며, 상기 자석은 R¹ _mFe_nB_pM² _w를 기재로, R^H _xM¹ _yB_z 합금을 확산원으로 사용하여 확산 열처리를 통해 제조된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 상술한 바와 같은 의미를 갖는다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, 상기 R¹은 Pr, Nd, Dy, Tb, Ho, Gd, Ce, La 및 Y 원소로 이루어진 군 중 하나, 둘 또는 그 이상으로부터 선택되고, Fe는 철 원소이며, B는 붕소 원소이고, M²는 Ti, Zr, Co, V, Nb, Ni, Cu, Zr, Al 및 Ga 원소로 이루어진 군 중 하나, 둘 또는 그 이상의 원소로부터 선택된다.

바람직하게는, 상기 R¹은 Nd 및 Dy로부터 선택되고, 상기 M²는 Ti, Cu, Ga 및 Co로부터 선택된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, m은 R¹의 중량 백분 함량을 나타내고, 35%≥m≥27%이며; 예시적으로, m=29%, 29.5%, 30%, 31%, 32%이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, n은 Fe의 중량 백분 함량을 나타내고, 70%≥n≥60%이며, 예시적으로, n=62%, 64%, 66.5%, 67.5%, 68.5%이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, p는 B의 중량 백분 함량을 나타내고, 상기 B 원소의 함량은 0.8%≤p≤1.5%이며, 예시적으로, p=0.8%, 1.0%, 1.1%이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재의 제조 방법은 제련, 분말화, 압착 성형, 소결 시효를 통해 자석을 제조하는 단계를 포함하고, 또한 기계적 가공, 표면 처리 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 배향 방향을 따른 상기 기재의 두께는 30mm를 초과하지 않고, 예를 들어 1~30mm이며, 1~8mm, 8~15mm, 15~20mm, 20~30mm로 나눌 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 소결 NdFeB 자석의 Hcj(고유 보자력)는 20kOe 이상, 바람직하게는 21~29kOe, 예시적으로 23.61kOe, 24.45kOe, 25.63kOe, 26.40kOe, 27.50kOe, 28.89kOe이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 소결 NdFeB 자석의 Br는 13.8~14.6kGs, 예시적으로 13.85 kGs, 13.94 kGs, 14.1kGs, 14.2 kGs, 14.3 kGs, 14.55kGs이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 소결 NdFeB 자석의 밀도는 7.50~7.60 g/cm³, 예시적으로 7.50 g/cm³, 7.56 g/cm³, 7.60 g/cm³, 바람직하게는 7.56 g/cm³이다.

본 발명은 또한 상기 소결 NdFeB 자석의 제조 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은,

확산원인 R^H _xM¹ _yB_z 합금과 R¹ _mFe_nB_pM² _w기재를 균일하게 혼합한 후, 확산 열처리를 통해 상기 소결 NdFeB 자석을 얻는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 확산원인 R^H _xM¹ _yB_z 합금과 R¹ _mFe_nB_pM² _w기재의 질량비는 (1~5):1, 예시적으로 1:1, 1.5:1, 2:1, 2.3:1, 3:1, 5:1이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 확산 열처리는 단계별 승온 및 감온 방식을 사용한다. 바람직하게는, 3단계 승온 및 감온 방식을 사용한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 3단계 승온 및 감온 방식의 제1 단계는 300~650℃, 예시적으로 400℃, 480℃, 550℃, 650℃까지 승온시키고; 제1 단계는 1~8시간, 예시적으로 2시간, 4시간, 6시간, 8시간 동안 온도를 유지하며;

제2 단계는 750~980℃, 예시적으로 800℃, 850℃, 930℃, 980℃까지 승온시키고; 제2 단계는 7~50시간, 예시적으로 10시간, 20시간, 30시간, 40시간, 50시간 동안 온도를 유지하며;

제3 단계는 700~930℃, 예시적으로 750℃, 800℃, 880℃, 930℃까지 감온시키고; 제3 단계는 3~20시간, 예시적으로 5시간, 10시간, 15시간, 20시간 동안 온도를 유지한다.

예를 들어, 각 단계의 승온 속도는 3~15℃/min, 예시적으로 6℃/min, 10℃/min이고; 감온 속도는 5~30℃/min, 예시적으로 6℃/min, 10℃/min, 20℃/min이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 확산 열처리는 시효 처리를 더 포함한다. 바람직하게는, 시효 처리 온도는 400~680℃, 예시적으로 400℃, 500℃, 520℃, 600℃, 680℃이고; 시효 처리의 온도 유지 시간은 2~10시간, 예시적으로 2시간, 4시간, 6시간, 8시간, 10시간이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 확산 열처리는 탈착 가능하게 장착된 확산 장치에서 수행된다. 탈착 가능하게 장착된 물질 반응통은 용이하게 교체할 수 있고, 한 통의 물질을 처리한 후 연속적으로 다음 노에서 처리할 수 있어, 소결 NdFeB 자석의 연속적인 생산이 용이하다.

본 발명의 유익한 효과:

(1) 본 발명은 R^H _xM¹ _yB_z 합금을 확산원으로 사용하고 탈착 가능한 반응통을 사용하여 확산하는 방식을 통해 고가성비의 희토류 영구자석을 효율적으로 생산함으로써, 확산 공정에서 확산원과 기재 간의 용접, 접착 문제를 해결하고, 소결 NdFeB 자석의 Hcj를 향상시키며, 확산 과정의 효율 향상 문제를 해결하고; 또한 본 발명의 확산원은 재활용이 가능하여 소결 NdFeB 자석의 생산 비용을 절감할 수 있고, 큰 사이즈의 자석에 적용 가능하며, 특히 배향 방향을 따른 두께가 8~30mm인 고가성비의 소결 NdFeB 제품의 대량 생산을 보장할 수 있다.

(2) 본 발명의 확산원인 R^H _xM¹ _yB_z 합금에서 R^H는 Dy, Tb 중 하나 또는 조합을 사용하여 확산시키고, B 원소 함량을 0.1%≤z≤0.5%로 제어하는 경우, R^H _xM¹ _yB_z 합금의 융점을 적절하게 향상시키면서 확산 과정에서 Dy, Tb가 자석 내부로 효율적으로 확산되도록 보장할 수 있고, 너무 높은 온도로 인해 Dy, Tb 등이 승화되어 낭비되는 것을 방지할 수 있으며; M¹은 Ti, Zr, Al 원소로 이루어진 군 중 하나 이상으로부터 선택되는 원소이고, 상기 성분의 조성비를 합리적으로 최적화하여 중희토류의 확산 효과를 보장하면서 확산원의 온도 안정성을 효과적으로 개선할 수 있으므로, 소결 NdFeB 자석의 Hcj 및 자기에너지적을 크게 향상시켜 고성능 소결 NdFeB 재료 자석을 제조할 수 있다.

(3) 본 발명의 확산 장치의 내장 물질 반응통은 탈착 가능한 장착 방식을 사용하므로, 교대로 사용할 수 있어 연속적인 적재 및 하역 작업이 용이하고 생산 효율이 크게 향상되며; 동시에 확산 과정에서 확산원과 기재 사이에는 항상 접촉과 상대적인 움직임이 있으므로, 기재 사이의 접착 및 확산원과 기재 사이의 접착을 방지하고 효과적으로 확산시킬 수 있어, 소결 NdFeB 소재 자석의 성능을 향상시킬 수 있다.

(4) 본 발명은 3단계 승온 및 감온 확산 열처리 방식을 사용하고, 여기서 제1 온도 유지 단계의 목적은 확산원, 기재 표면 및 내부의 잔류 수분 및 유기물을 제거하는 것이며; 온도가 300℃보다 낮은 경우, 온도 유지 시간이 길어지고 에너지 소모가 커지며; 온도가 650℃보다 높은 경우, 자석 표면의 입계가 용융 상태가 되기 쉽고, 개별 부위가 우선적으로 확산되어, 재승온 과정에서 그 확산량이 균일하지 않고 성능 변동이 크며; 제2 온도 유지 단계의 목적은 확산원을 기재와 충분히 반응시키기 위해 확산원의 중희토류 원소를 입계 근처의 매우 좁은 범위 내에 효과적으로 집중시켜 자석의 Hcj를 향상시키면서 잔자성 손실을 감소시키는 것이며; 온도가 750℃보다 낮은 경우, 중희토류의 확산 속도가 감소되어 자석의 Hcj 성능을 향상시키는 데 불리하고, 중희토류의 이용도도 낮으며; 온도가 980℃보다 높은 경우, 중희토류가 입계상에 들어간 후 주상 Nd₂Fe₁₄B로 계속 확산되므로, 결정질 구조가 파괴되어 자석의 Br 및 Hcj가 모두 감소된다. 따라서 본 발명은 2차 열처리 온도를 750~980℃ 범위 내로 제어하여 고성능 소결 NdFeB 재료 자석을 제조하고; 제3 감온 단계 온도는 제2 단계의 온도보다 20~50℃ 정도 약간 낮게 설정하며, 그 목적은 확산원이 더 충분히 유동하도록 약간의 온도 강하를 만들어 확산 효과를 향상시키는 것이다.

이하, 구체적인 실시예를 결부하여 본 발명의 기술적 해결수단을 더 상세히 설명할 것이다. 하기 실시예는 단지 본 발명을 예시적으로 설명하고 해석할 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 이해해야 한다. 본 발명의 상기 내용에 기반하여 구현된 기술은 모두 본 발명이 보호하고자 하는 범위 내에 포함된다.

달리 명시되지 않는 한, 하기 실시예에 사용된 원료 및 시약은 모두 시판 상품이고, 또는 공지된 방법을 통해 제조될 수 있다.

실시예 1

(1) 제련법에 의한 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재의 제조: 아르곤 가스 분위기에서 각 원료를 제련하고, 상기 합금의 조성은 29.5% Nd, 0.5% Dy, 1.0% B, 0.2% Ti, 0.2% Cu, 0.1% Ga, 1% Co, 여분 Fe로 구성되며; 조성비에 따라 각 원료를 준비하여 제련로에 첨가하고, 합금이 용융된 후 1480℃로 승온시켜 5분 동안 온도 유지한 다음, 1400℃로 냉각시켜 주조하며, 멜트 스피닝 공정을 통해 평균 두께가 0.28mm인 급결제를 얻고;

(2) 분말화: 수소 폭발+기류 연마를 통해 최종적으로 평균 입도가 3.0μm인 분말을 얻으며;

(3) 압착 성형: 자기장에서 압분체로 압착하고, 등방향 가압을 통해 약 4.6g/cm³의 압분체를 형성하며;

(4) 소결 성형: 먼저 350℃에서 3시간 동안 온도 유지한 후, 850℃로 승온시켜 1시간 동안 온도 유지하여 탈기시키고, 1060℃의 고온에서 120분 동안 온도 유지하여 소결하며, 마지막으로 520℃에서 300분 동안 시효 및 온도 유지하여 소결 NdFeB 기재를 형성하고;

(5) 단계 (4)에서 제조된 기재를 가공하여 각각 40-20-5mm 사이즈의 제품(즉, 두께 5mm)을 얻은 후, 탈지, 세척, 산세척을 통해 화학적 표면 전처리를 수행하여, 기재 표면에 산화물 피막이 없도록 하고 확산원의 확산을 방지 및 억제하며;

(6) 확산원인 R^H _xM¹ _yB_z 합금-아르곤 가스 분위기에서 각 원료를 제련하고, 상기 합금은 85% Tb, 0.4% B, 여분 Ti+Al(질량비 2:1)로 구성되며; 합금이 용락된 후, 1500℃로 승온시켜 10분 동안 온도 유지하고, 1430℃로 냉각시켜 주조하며, 멜트 스피닝 공정을 통해 평균 두께가 1.8mm인 두꺼운 급결제를 얻고;

(7) 확산 처리: 단계 (5)에서 표면 전처리된 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재 및 단계 (6)에서 제조된 R^H _xM¹ _yB_z 확산원 합금을 내장 반응통(기재: 확산원 합금의 질량비 1:2.3)에 균일하게 분포시켜 확산로에 넣고, 100Pa 이하로 펌핑하여 가열을 시작하며, 확산의 제1 단계에서는 400℃에서 4시간 동안 온도 유지하고, 제2 단계에서는 930℃에서 20시간 동안 온도 유지하며; 제3 단계에서는 880℃에서 10시간 동안 온도 유지하고; 각 단계의 승온 속도는 모두 6℃/min이며; 감온 속도는 10℃/min이고; 시효는 520℃*4h이며, 결과적으로 소결 NdFeB 자석을 얻었다.

비교예 1

비교예 1과 실시예 1의 구별점으로는 R^H _xM¹ _yB_z 확산원에서 각 원소의 함량 구성이 85% Tb, B 없음, 여분 Ti+Al(질량비 2:1)인 것이다.

비교예 2

비교예 2와 실시예 1의 구별점으로는 R^H _xM¹ _yB_z 확산원에서 각 원소 함량 구성이 85% Tb, 1% B, 여분 Ti+Al(질량비 2:1)인 것이다.

비교예 1 및 비교예 2에서 확산재의 B 함량을 조절함으로써, 확산재의 B 함량이 확산된 자석의 외관 및 자기 성능에 미치는 영향(외관 검사 방식: 노에서 일정량의 물질이 방출된 후 물질의 외관을 100% 검사하고, 상기 노에서 재료의 확산이 완료된 후 2개 이상의 자석 시트 사이에 접착이 없는 경우 외관 접착율이 0%인 것으로 간주하고, 2개 이상이 접착되어 분리가 불가능한 경우에는 접착 시트로 간주하며, 접착율=(접착 개수/노 방출 전체 개수 )*100%)을 조사하고, 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.

표 1의 결과로부터 알 수 있다시피, 적당량의 B를 첨가하면 R^H _xM¹ _yB_z 합금의 융점을 적절하게 향상시켜, 표면 용융으로 인한 R^H _xM¹ _yB_z확산원 합금의 접착을 방지하고, 나아가 자석 간의 외관 접착율을 감소시켜, 자석의 노 방출 외관을 개선하고, 자석의 Hcj를 효과적으로 향상시킬 수 있지만; B 함량이 너무 높은 경우, 확산 채널에 영향을 미치고, 이는 확산된 자석의 Hcj의 향상에 영향을 미친다.

실시예 2

(1) 제련법에 의한 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재의 제조: 아르곤 가스 분위기에서 각 원료를 제련하고, 상기 합금은 29.5% Nd, 0.5% Dy, 1.0% B, 0.2% Ti, 0.2% Cu, 0.1% Ga, 1% Co, 여분 Fe로 구성되며; 합금이 용융된 후 1480℃로 승온시켜 5분 동안 온도 유지한 다음, 1400℃로 냉각시켜 주조하고, 멜트 스피닝 공정을 통해 평균 두께가 0.28mm인 급결제를 얻으며;

(2) 분말화: 수소 폭발+기류 연마를 통해 최종적으로 평균 입도가 3.0μm인 분말을 얻고;

(5) 단계 (4)에서 제조된 기재를 가공하여 각각 40-20-10mm 사이즈의 제품(즉, 두께 10mm)을 얻은 후, 탈지, 세척, 산세척을 통해 화학적 표면 전처리를 수행하여, 기재 표면에 산화물 피막이 없도록 하고 확산원의 확산을 방지 및 억제하며;

(6) 확산원인 R^H _xM¹ _yB_z 합금-아르곤 가스 분위기에서 각 원료를 제련하고, 상기 합금은 80% Tb, 0.3% B, 여분 Ti+Zr(질량비 1.5:1)로 구성되며; 합금이 용락된 후, 1500℃로 승온시켜 10분 동안 온도 유지하고, 1430℃로 냉각시켜 주조하며, 멜트 스피닝 공정을 통해 평균 두께가 2.0mm인 두꺼운 급결제를 얻고;

(7) 확산 처리: 단계 (5)에서 표면 전처리된 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재 및 단계 (6)에서 제조된 R^H _xM¹ _yB_z 확산원 합금을 내장 반응통(기재: 확산재를 질량비 1:2에 따라 확산로에 넣음)에 균일하게 분포시키고, 100Pa 이하로 펌핑하여 가열을 시작하며, 확산의 제1 단계에서는 400℃에서 4시간 동안 온도 유지하고, 제2 단계에서는 930℃에서 30시간 동안 온도 유지하며; 제3 단계에서는 880℃에서 10시간 동안 온도 유지하고; 각 단계의 승온 속도는 모두 6℃/min이며; 감온 속도는 10℃/min이고; 시효는 520℃*4h이다.

비교예 3

비교예 3과 실시예 2의 구별점으로는 R^H _xM¹ _yB_z 확산원에서 각 원소의 함량 구성이 70% Tb, 0.3% B, 여분 Ti+Zr(질량비 1.5:1)인 것이다.

비교예 4

비교예 4와 실시예 2의 구별점으로는 단계 (7)의 확산은 2차 처리를 사용하고, 즉 확산의 제1 단계에서는 400℃에서 4시간 동안 온도 유지하며, 제2 단계에서는 930℃에서 30시간 동안 온도 유지하고; 각 단계의 승온 속도는 모두 6℃/min이며; 감온 속도는 10℃/min이고; 시효는 500℃*6h인 것이다.

실시예 3

본 실시예와 실시예 2의 구별점:

① R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재를 가공하여 40-20-15mm 사이즈의 제품(즉, 두께 15mm)을 얻고;

② 확산의 제2 단계에서는 930℃에서 40시간 온도 유지한다.

실시예 2-3 및 비교예 3-4에서 제조된 자석의 외관 및 자기 성능을 테스트하고, 결과는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.

상기 표 2로부터 알 수 있다시피, 실시예 2에 비해, 비교예 3은 Tb 함량의 비율을 감소시켰고, 확산 후 제조된 자석의 Hcj는 감소되었으며; 비교예 4는 확산 공정을 조정하였고, 3단계 승온 및 감온 확산 방식에서 2단계 승온 및 감온 확산 방식으로 조정하였으며, 이로부터 제조된 자석의 Hcj는 감소되었다. 실시예 3의 결과에 따르면, R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재의 두께를 증가시킨 경우, 3단계 승온 및 감온 확산 처리의 시간을 조정하여 확산된 자석의 Hcj 성능을 향상시킬 수도 있다.

이상, 본 발명의 예시적인 실시형태에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 보호범위는 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 당업자에 의해 이루어진 임의의 수정, 동등한 교체, 개선 등은 모두 본 발명의 보호범위 내에 포함되어야 한다.

Claims

R^H _xM¹ _yB_z 합금으로서,
상기 R^H는 Dy, Tb 중 1개 또는 2개의 원소로부터 선택되고, M¹은 Ti, Zr, Al 원소 중 1개, 2개 또는 3개의 원소로부터 선택되며, B는 붕소 원소이고, x, y, z는 원소의 중량백분율을 나타내며, x, y, z는 75%≤x≤90%, 0.1%≤z≤0.5%, y=1-x-z의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 R^H _xM¹ _yB_z 합금.
제1항에 있어서,
상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금에서, 80%≤x≤85%, 0.15%≤z≤0.3%, y=1-x-z이고;
바람직하게는, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금에서, M¹은 Ti, Zr, Al 원소 중 임의의 둘이며, 두 원소의 질량비는 1:1~2:1이고;
바람직하게는, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 시트 형태일 수 있으며, 예를 들어 이의 평균 두께는 ≤10mm이고; 바람직하게는, 평균 두께는 ≤5mm인 것을 특징으로 하는 R^H _xM¹ _yB_z 합금.
제1항 또는 제2항에 따른 R^H _xM¹ _yB_z 합금의 제조 방법으로서,
상기 제조 방법은 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소를 포함하는 원료를 제련, 급결시켜 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금을 제조하는 단계를 포함하고;
바람직하게는, 상기 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소는 제1항에 따른 의미를 가지며;
바람직하게는, 상기 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소의 사용량은 R^H:M¹:B 중량비=x:y:z에 따라 칭량되되; x, y 및 z는 제1항에 따른 의미를 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 제련은 불활성 분위기에서 수행되고, 바람직하게는 상기 불활성 분위기는 아르곤 가스에 의해 제공되며;
바람직하게는, 상기 제련의 온도는 1350℃~1550℃이고, 상기 제련의 온도 유지 시간은 0~30분이며;
바람직하게는, 상기 제련은 원료가 용융되어 합금액이 형성된 후 합금액이 용락될 때까지 수행되고;
바람직하게는, 상기 제조 방법은 제련하여 얻은 합금액이 용락된 후 주입 온도까지 냉각시키는 단계를 더 포함하며;
바람직하게는, 상기 냉각 속도는 3~9℃/min이고;
바람직하게는, 상기 주입 온도는 1330~1530℃인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제조 방법은 주입 온도까지 냉각된 합금액을 멜트 스피닝 방법을 통해 주입하여 R^H _xM¹ _yB_z 급결 합금 시트를 얻는 단계를 포함하고;
바람직하게는, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 급결 합금 시트의 평균 두께는 ≤10mm이며; 바람직하게는, 평균 두께는 ≤5mm이고;
바람직하게는, 상기 제조 방법은 불활성 분위기에서 R^H 원소, M¹ 원소 및 B 원소를 포함하는 원료를 제련하여 합금액을 형성하고, 합금액이 용락된 후 주입 온도까지 냉각시키며, 멜트 스피닝 방법으로 주입하여 평균 두께가 ≤10mm인 R^H _xM¹ _yB_z 급결 합금 시트를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 따른 R^H _xM¹ _yB_z 합금 및/또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 제조된 R^H _xM¹ _yB_z 합금의 응용으로서,
소결 NdFeB 재료의 제조, 바람직하게는 고성능 소결 NdFeB 재료의 제조에 사용되고,
바람직하게는, 제1항 또는 제2항에 따른 R^H _xM¹ _yB_z 합금 및/또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 제조된 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 소결 NdFeB 재료의 제조에서 확산원으로 사용되는 응용.
소결 NdFeB 자석으로서,
상기 자석은 R¹ _mFe_nB_pM² _w를 기재로, R^H _xM¹ _yB_z 합금을 확산원으로 사용하여 확산 열처리를 통해 제조되고;
바람직하게는, 상기 R^H _xM¹ _yB_z 합금은 제1항 또는 제2항에 따른 의미를 갖는 것을 특징으로 하는 소결 NdFeB 자석.
제7항에 있어서,
상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, 상기 R¹은 Pr, Nd, Dy, Tb, Ho, Gd, Ce, La 및 Y 원소로 이루어진 군 중 하나, 둘 또는 그 이상으로부터 선택되고, Fe는 철 원소이며, B는 붕소 원소이고, M²는 Ti, Zr, Co, V, Nb, Ni, Cu, Zr, Al 및 Ga 원소로 이루어진 군 중 하나, 둘 또는 그 이상의 원소로부터 선택되며;
바람직하게는, 상기 R¹은 Nd 및 Dy로부터 선택되고, 상기 M²는 Ti, Cu, Ga 및 Co로부터 선택되며;
바람직하게는, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, m은 R¹의 중량 백분 함량을 나타내고, 35%≥m≥27%이며;
바람직하게는, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, n은 Fe의 중량 백분 함량을 나타내고, 70%≥n≥60%이며;
바람직하게는, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재에서, p는 B의 중량 백분 함량을 나타내고, 상기 B 원소의 함량은 0.8%≤p≤1.5%이며;
바람직하게는, 상기 R¹ _mFe_nB_pM² _w 기재의 제조 방법은 제련, 분말화, 압착 성형, 소결 시효를 통해 자석을 제조하는 단계를 포함하고, 또한 기계적 가공, 표면 처리 단계를 추가로 포함할 수 있으며;
바람직하게는, 배향 방향을 따른 상기 기재의 두께는 30mm를 초과하지 않고, 예를 들어 1~30mm인 것을 특징으로 하는 자석.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 소결 NdFeB 자석의 Hcj(고유 보자력)는 20kOe 이상이고, 바람직하게는 21~29kOe이며;
바람직하게는, 상기 소결 NdFeB 자석의 Br는 13.8~14.6kGs이고;
바람직하게는, 상기 소결 NdFeB 자석의 밀도는 7.50~7.60g/cm³인 것을 특징으로 하는 자석.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 자석의 제조 방법으로서,
상기 제조 방법은,
확산원인 R^H _xM¹ _yB_z 합금과 R¹ _mFe_nB_pM² _w기재를 균일하게 혼합한 후, 확산 열처리를 통해 상기 소결 NdFeB 자석을 얻는 단계를 포함하고;
바람직하게는, 확산원인 R^H _xM¹ _yB_z 합금과 R¹ _mFe_nB_pM² _w기재의 질량비는 (1~5):1이며;
바람직하게는, 상기 확산 열처리는 단계별 승온 및 감온 방식을 사용하고, 바람직하게는, 3단계 승온 및 감온 방식을 사용하며;
바람직하게는, 3단계 승온 및 감온 방식의 제1 단계는 300~650℃까지 승온시키고, 제1 단계는 1~8시간 동안 온도를 유지하며;
제2 단계는 750~980℃까지 승온시키고, 제2 단계는 7~50시간 동안 온도를 유지하며;
제3 단계는 700~930℃까지 감온시키고, 제3 단계는 3~20시간 동안 온도를 유지하며;
바람직하게는, 각 단계의 승온 속도는 3~15℃/min이고, 감온 속도는 5~30℃/min이며;
바람직하게는, 상기 확산 열처리는 시효 처리를 더 포함하고;
바람직하게는, 시효 처리의 온도는 400~680℃이며, 시효 처리의 온도 유지 시간은 2~10시간인 것을 특징으로 하는 제조 방법.