KR900001477B1 - 영구자석합금과 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

영구자석합금과 그 제조방법
제1도 내지 제3도는 자기 특성을 산소 농도의 함수로 나타낸 그라프이다.
본 발명은 희토류와 철을 함유하고 있는 영구자석 합금과 그 제조방법에 관한 것이다. RCo5또는 R2(CoCuFeM)17(R은 Sm 또는 Ce와 같은 희토류이고, M은 Ti, Zr 또는 Hf와 같은 천이 금속이다)가 종래의 희토류 영구자석용 재질로 알려져 있다.
그러나, 이와 같은 Co를 함유한 영구 자석 합금의 최대 에너지적(maximum energy product)(BH)ma(이 30MGOe 정도이기 때문에 자성이 약하고 그리고 또 비교적 고가인 Co를 많이 사용하기 때문에 문제점이 있다.
값비싼 Co 대신 Fe를 사용하는 영구자석이 최근에 개발되었다.
이러한 영구자석합금은 Nd-Fe-B 합금으로써 제조단가가 싸며 최대 에너지적이 30MGOe를 초과한다.
그렇지만 이러한 합금은 자기특성의 변화가 심하다.
특히 항자력(coercive force)의 변화가 300 Oe내지 10 KOe정도이다.
이러한 이유때문에 상기의 합금으로 안정된 자기특성을 얻을 수가 없다.
상기와 같은 결점때문에 상기의 합금은 공업적으로 적합하지 않으므로 재현성이
본 발명의 목적은 항자력과 최대 에너지 적이 양호하고, 자기특성이 안정되어 있으며 그리고 또 제조 가격이 저렴한 영구자석 합금을 만드는 것이다.
본 발명에 따른 영구자석 합금은 10 내지 40 중량%의 R, 0.1 내지 8중량%의 붕소, 50 내지 300중량ppm의 산소 그리고 나머지는 철로 구성되어 있다.
여기서 R은 이트륨과 희토류로 부터 선택된 한 성분이다.
본 발명에 따라 항자력(IHC)과 잔류 자속밀도(Br)를 양호하게 하기위해 R, B 및 O의 양을 상술한 범위내로 설정시켰다.
본 발명자는 산소농도가 자기 특성에 미치는 영향에 대해 고찰하였다.
얻어진 결과에 따르면 합금의 산소 농도가 300ppm을 초과할때 항자력(IHC)은 상당히 감소된다.
이결과 최대 에너지적(BH)max은 감소된다.
산소 농도가 50ppm이하일때 영구자석의 제조동안 분쇄시간이 길어지고, 잔류 자속밀도(Br)가 감소된다.
본 발명에 따른 상술한 것과 같은 성분을 가진 합금의 항자력(IHC)과 잔류자속 밀도(Br) 그리고 또 다른 자기특성이 양호하며 제조 가격도 저렴하다.
본 발명은 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 영구자석 합금에는 이트륨과 희토류로 부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 되어있는 R이 10 내지 40중량% 포함되어 있다.
일반적으로 항자력(IHC)은 고온에서 감소하는 경향이 있다.
R의 양이 10중량% 이하일 경우, 합금의 항자력(IHC)은 낮고, 영구자석으로서의 자기특성이 양호하지 못하게 된다.
그렇지만 R의 양이 40중량%를 초과할 경우, 잔류 자속밀도(Br)는 감소하게 된다.
최대 에너지적(BH)max는 항자력(IHC)와 잔류 자속밀도(Br)의 적(product)에 관계되는 값이다.
그러므로, 항자력(IHC)과 잔류 자속밀도(Br)중 어느 한쪽의 값이 낮으면 최대 에너지 적(BH)max가 낮아지게 된다.
이러한 이유 때문에 R의 양이 10 내지 40중량%로 선택되어지는 것이 좋다.
희토류 중에서 Nd와 Pr이 최대 에너지적(BH)max을 증가시키는데 특히 효율적이다.
즉 Nd와 Pr이 잔류 자속밀도(Br)와 항자력(IHC)을 증가시키는 역할을 한다.
그러므로 선택된 R에 Nd와 Pr중 어느 하나가 함유되는 것이 좋다.
이 경우에 Nd 그리고/또는 Pr의 양이 전체 R의 양중에서 70%이상인 것이 더 좋다.
B는 항자력(IHC)을 증가시키는 역할을 한다.
B의 양이 0.1중량% 이하일 경우 항자력(IHC)이 만족스럽게 증가될 수 없다.
그러나, B의 양이 8중량%를 초과하면 잔류자속밀도(Br)가 너무 많이 감소하게 된다.
이러한 이유 때문에 B의 양은 0.1 내지 8중량% 내로 되는 것이 좋다.
본 발명의 한 특성은 산소농도가 50 내지300ppm의 범위내로 되어 있다는 것이다.
즉 본 발명자는 산소농도가 항자력(IHC)과 잔류자속밀도(Br)에 중요한 영향력을 미친다는 것을 입증했다.
제1도는 합금속에 있는 산소농도에 따른 항자력(IHC)과 잔류자속 밀도(Br)를 나타내는 그라프이다.
산소농도가 300ppm을 초과할 때 항자력(IHC)은 상당히 감소된다.
이러한 이유때문에 항자력(IHC)과 잔류 자속밀도(Br)의 적의 최대값인 최대 에너지적(BH)max은 감소된다.
그러나 산소농도가 50ppm 이하일때 잔류 자속밀도(Br)는 감소된다.
그리고 부가적으로 합금의 제조 가격이 증가된다.
합금의 산소농도가 50ppm 이하일때 분쇄시간이 너무 길어지게 되어 분쇄가 실제상에 있어서 불가능 하게된다.
그리고 동시에 분쇄후의 입자의 크기가 불균일하게 된다.
합금이 자장 내에서 압축되어질때 특성이 저하되고 잔류자속밀도(Br)가 낮아지게 된다.
따라서 최대 에너지적(BH)max도 역시 감소된다.
산소농도는 작게하기 위해 합금을 생산하는 과정동안 정확하게 산소농도를 제어해야하기 때문에 제조가격이 상승되게 된다.
항자력(IHC)과 잔류자속밀도(Br)가 양호하고, 제조가격이 저렴하게 하기 위해 합금의 산소농도를 50 내지 300중량ppm 내의 범위로 정하는 것이 좋다.
합금의 자기특성이 미치는 산소농도의 영향은 다음과 같다.
합금이 제조될때 용해된 합금속에 있는 산소가 R 또는 Fe와 부분적으로 결합하여 산화물을 형성시키고 그리고 또 잔여하는 산소에 의해 합금의 결정입자들이 분리되어 지게된다.
R-Fe-B로 된 자석이 미립자 자석이고, 이와 같은 자석의 항자력이 주로 역 자기지역을 생성시키는 자장에 의해 결정되기 때문에 합금이 산화물을 포함하는 결점과 분정(segregation) 현상이 발생하는 결점등이 생기면 이와 같은 결점은 역 자기지역 형성 요인으로 되고 또 항자력을 감소시킨다.
그러므로 산소농도가 많이 높을 때 항자력을 감소된다.
상기와 같은 결점에 조금 존재할 때 결정입자의 경계가 파괴되는 현상이 자주 일어나지 않게 되고 분쇄성이 저하된다.
그러므로 산소농도가 너무 낮으면 합금을 분쇄시키기가 어렵게 된다.
본 발명에 따른 합금은 상기한 성분들과 철로 구성되어 있는데 철은 잔류자속밀
B대신 C, N, Si, P또는 Ge등을 대치시킬 수 있는데 이와 같이 B대신 다른것을 대치시키게 되면 소결이 향상되고, 잔류자속밀도(Br)와 최대 에너지적(BH)max이 증가될 수 있다.
이 경우에 대치시키는 양을 B용량의 50%까지 행할 수 있다.
본 발명에 따른 합금은 기본적으로 R, Fe, B와 O로 구성되어 있다.
그렇지만 본 발명에 따른 합금에다 부가적으로 코발트(Co), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 지로코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오붐(Nb), 탄탈(Ta), 바나듐(V), 망간(Mn), 몰리브데늄(Mo) 그리고 텅스텐(W)를 포함시킬 수 있다.
Co는 합금의 큐리(Curie)온도를 증가시키고 온도변화에 대한 자기특성의 안정성을 향상시키는 역할을 하고, Cr과 Al은 합금의 부식저항을 현저하게 개선시키는 역할을 한다.
Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, V, Mn, Mo와 W는 항자력을 증가시키는 역할을 한다.
이와 같은 성분의 양은 전체양의 20중량%, 이하로 부가되어진다.
이러한 성분의 전체양이 20중량%를 초과하면 Be의 양과 합금의 잔류 자속밀도가 감소하게 된다.
이와 같이 되면 최대 에너지적(BH)max도 따라서 감소되게 된다.
Ti와 Al이 합금의 항자력을 현저하게 개선시키기 때문에 이러한 성분을 조금만 부가 시켜도 항자력은 향상 되어진다.
그렇지만 이러한 성분의 양이 0.2중량% 이하로 되면 항자력(IHC)은 조금만 증가
그러므로 합금에 Ti이나 Al이 적어도 0.2 내지 5중량% 함유되어 있는 것이 좋다.
Co는 합금의 열에 대한 안정성을 향상시키는 역할을 하고 그것의 양이 20중량% 이하로 부가되는 것이 좋다.
Co를 조금만 부가시켜도 열에 대한 안정성을 향상 시킬 수 있지만 5중량% 이상 부가시키는 것이 좋다.
상기한 것과 같은 구성물로 이루어진 영구 자속 합금을 사용하여 영구자석을 만드는 방법은 다음과 같다.
첫째로, 상기한 것과 같은 합금을 만들고, 용해된 합금을 주조하여 얻어지는 합금 덩어리를 보올 밀(ball mill) 또는 제트 밀 등과 같은 분쇄장치를 사용하여 분쇄한다.
이 경우에 다음에 행할 소결을 용이하게 하기 위해 합금 입자의 평균 크기가 2 내지 10㎛을 초과할 경우 자속 밀도는 저하된다.
입자의 평균 크기가 2㎛ 이하로 되도록 합금을 분쇄시키는 것은 어렵다.
만약 입자를 미세하게 하면 항자력(IHO)이 약화된다.
이와 같이 하여 얻어진 가루를 선정된 형태로 압축 시킨다.
이과정에서, 정상적으로 소결된 자속을 만드는 종래의 방식에서와 같이 약 15KOe의 자장을 적용시켜 선정된 자기방향을 얻는다.
가루로 뭉쳐진 것을 0.5 내지 5시간동안 1,000 내지1,200℃로 소결시켜 소결된 덩어리를 얻는다.
소결과정에서, 합금내의 산소농도를 증가시키지 않기 위하여 상기 가루로 뭉쳐-3
이와 같은 결과에 의해 생기는 소결된 덩어리를 1 내지 10시간 동안 400 내지 1,100℃에서 가열시켜 시효처리(aging)시킨다.
이와 같이 하면 합금의 자기 특성이 향상된다.
시효처리 온도가 체택된 성분에 따라 다르지만 합금이 Al 그리고/또는 Ti를 함유하고 있을 경우 550 내지 1,000℃로 하는 것이 좋다.
이와 같이 하여 만들어진 영구자석 합금의 항자력(IHC)과 잔류자속 밀도(Br)가 양호하고, 그리고 또 최대 에너지적(BH)max이 높아지게 된다.
그로므로 본 발명에 따른 영구자석합금은 우수한 자기 특성을 가진다.
본 발명의 예를 기술하면 다음과 같다.
각각의 성분은 ＂표 1＂에 나타난 것과 같다.
각 조성물의 2Kg이 아크로(are furnace)에 있는 수냉동(水冷銅)보트에서 용융 되었다.
이 경우에 아크로의 내부에는 Ar가스가 채워졌고, 합금내의 산소농도를 조정하기 위해 아크로내의 산소농도를 엄격하게 조절되었다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 희토류나 이트륨, 붕소 및 철로 구성된 영구자석합금에 있어서, 이트륨과 희토류로 부터 선택된 적어도 한성분인 R을 10 내지 40중량%함유 하고 붕소(B)를 0.1 내지 8중량% 함유하며 산소(O)를 50 내지 300중량ppm 함유하고 그리고 나머지는 모두 철로 구성되어 있는것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  2. 제1항에 있어서, 코발트, 크롬, 알루미늄, 티탄, 지르코륨, 하프늄, 니오붐, 탄탈, 바나듐, 망간, 몰리브데늄 및 텅스텐을 구성하는 그룹으로 부터 선택된 적어도 하나의 원소의 양이 20중량% 보다 많지 않은 것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  3. 제2항에 있어서, 코발트의 양이 20중량% 보다 많지 않은 것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  4. 제3항에 있어서, 코발트의 양이 5 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  5. 제1항에 있어서, 알루미늄과 티탄중 적어도 하나의 양이 5중량%보다 많지 않은 것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  6. 제5항에 있어서, 알루미늄과 티탄중 적어도 하나의 양이 0.2 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  7. 제1항에 있어서, 알루미늄과 티탄중 적어도 하나의 양이 5중량%보다 많지 않고 그리고 코발트의 양이 20중량%보다 많지 않은 것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  8. 제7항에 있어서, 코발트의 양이 5 내지 20중량%이고 그리고 알루미늄과 티탄중 적어도 하나의 양이 0.2 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 영구자석합금.
  9. 원료를 용해시키고, 용해된 원료를 주조시켜 덩어리로 만들며, 상기 덩어리를 평균크기가 2 내지 10㎛정도의 크기로 되도록 가루로 분쇄시키고, 상기 가루에다 자장을 적용시켜 압축시키며, 상기의 압축에 의해 생긴 뭉쳐진 것을 0.5 내지 5시간동안 1,000 내지1,200℃의 온도에서 소결 시키는 단계로 구성되어 있고, 상기 원료가 기본적으로 이트륨과 희토류로부터 선택된 적어도 한 성분인 R을 10 내지 40중량% 함유하고 붕소를 0.1 내지 8중량% 함유하며 산소를 50 내지 300중량ppm 함유하고 그리고 나머지는 모두 철로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 영구자석합금의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 소결된 덩어리가 1 내지 10시간동안 400 내지 1,100℃의 온도에서 시효 처리되는 것을 특징으로 하는 영구자석합금 방법.
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