KR900006532B1 - Making method for permanent magnets - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따른 R-Fe-B계 자석의 제조공정도.1 is a manufacturing process of the R-Fe-B magnet according to the invention.
제2도는 압출 열간가공에 의한 자기합금의 정렬공정도.2 is an alignment process diagram of a self-alloy by extrusion hot working.
제3도는 압연 열간가공에 의한 자기합금의 정렬공정도.3 is an alignment process diagram of a magnetic alloy by rolling hot working.
제4도는 스탬핑 열간가공에 의한 자기합금의 정렬 공정도.4 is an alignment process diagram of a self alloy by stamping hot working.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1: 유압프레스 2: 다이1: hydraulic press 2: die
3: 자기합금 4 : 압력을 표시하는화살표3: self alloy 4: arrow indicating pressure
5: 자기합금의 자화 용이방향을 표시하는 화살표5: Arrow indicating direction of magnetization of self alloy
11: 로울 12: 자기합금11: Row 12: Self Alloy
13: 로울의 회전방향을 표시하는 화살표13: Arrow indicating the direction of rotation of the roll
14: 자기합금의 이동방향을 표시하는 화살표14: arrow indicating the direction of movement of the self alloy
15: 자화 용이방향을 표시하는 화살표15: arrow indicating easy magnetization direction
21: 스탬프 22: 자기합금21: stamp 22: self-alloy
23: 밑판 24: 자화 용이방향을 표시하는 화살표23: base 24: arrow indicating the direction of easy magnetization
25: 스탬프의 수직운동을 표시하는 화살표25: arrow indicating vertical movement of stamp
26: 밑판의 운동방향을 표시하는 화살표.26: An arrow indicating the direction of movement of the base plate.
본 발명은 희토류-Fe계 영구자석에 관한 것이다.The present invention relates to a rare earth-Fe-based permanent magnet.
현재, 다음 세가지 방법이 R-Fe-B계 자석을 제조하기 위하여 실제적으로 사용되고 있다.At present, the following three methods are practically used to manufacture R-Fe-B magnets.
(1) 분말 야금술에 기초한 소결방법(참조번호 1).(1) Sintering method based on powder metallurgy (reference number 1).
(2) 아몰펄스 합금 생산용 용융 스핀장치를 사용하여 약 30미크론 두께의 급속 소입된 리본편을 준비하고, 이 리본편으로 수지 결합기법을 사용하여 자석을 만드는 방법(참조번호 2).(2) A method of preparing a quenched ribbon piece having a thickness of about 30 microns using a molten spin apparatus for producing an amorphous pulse alloy, and producing a magnet from the ribbon piece using a resin bonding technique (reference number 2).
(3) 상기 방법(2)에 의해 준비된 리본편에 2단계 열간 프레스 기법을 사용하여 기계적 정렬처리를 행하는 방법.(3) A method of mechanically aligning a ribbon piece prepared by the method (2) using a two-step hot press technique.
참조번호 1; 1984년 3월 15일에 출판된엠. 사가와, 에스.후지무라, 엔 도가와,에치.야마모또,와이.마쓰우라의 "일본 응용 물리학"55(6)권 2083페이지Reference number 1; Published on March 15, 1984. Sagawa, S. Fujimura, Endogawa, E. Yamamoto, Y. Matsuura's "Applied Physics in Japan" vol. 55 (6), Volume 2083
참조번호 2: 1985년 4월 15일에 출판된 알.더블유.리의 응용 물리학 46(8)권 790페이지Ref. 2: R. Double U. Lee's Applied Physics, published April 15, 1985, vol. 46 (8), page 790
이하 각 참조를 참고하여, 상기한 종래기술의 기법을 설명한다.The above-described prior art technique is described below with reference to each reference.
(1)의 소결방법에 있어서, 용융 및 주조방법을 사용하여 합금주괴를 만들고, 이 주괴를 입경이 약 3미크론인 미세한 분말로 비분한다. 그 다음에, 이 자기분말을 주형 첨가제로 제공되는 접착제와 혼합하여 자계에서 프레스 성형하여 성형체를 얻는다. 이 성형체를 약 1100℃에서 1시간동안 아르곤 분위기에서 소결시킨후에, 실온으로 소입한다. 소결시킨 후에 이 성형체를 약 600℃에서 열처리함으로써 고유 보자력을 증가시킨다.In the sintering method of (1), an alloy ingot is formed by melting and casting, and the ingot is pulverized into a fine powder having a particle diameter of about 3 microns. Next, the magnetic powder is mixed with an adhesive provided as a mold additive and press molded in a magnetic field to obtain a molded body. The molded body is sintered in an argon atmosphere at about 1100 ° C. for 1 hour and then quenched to room temperature. After sintering, the molded body is heat treated at about 600 캜 to increase the intrinsic coercive force.
방법(2)에서 R-Fe-B합금의 소입된 리본편은 최적 기판 속도에서 스피닝하는 용융 스피닝장치를 사용하여 준비한다. 이렇게 하여 얻어진 편들은 30미크론 두께의 리본모양이고, 직경 1000옹스트롬 이하인 결정립들의 응집으로 구성되어 있다. 이 리본편은 결정립이 등방성으로 분포되어 있기 매문에 취약하고 자기적으로 등방성이다. 이 리본편을 적당한 크기의 입자로 분쇄하여, 이 입자를 수지와 혼합하여, 프레스 성형한다. 이때, 원료는 약 7ton/cm2의 압력하에 85부피 퍼센트까지 충전된다.In the method (2), the quenched ribbon pieces of the R-Fe-B alloy are prepared using a melt spinning apparatus that spins at the optimum substrate speed. The pieces thus obtained are 30 micron-thick ribbons and consist of agglomerates of crystal grains up to 1000 angstroms in diameter. This ribbon piece is vulnerable to burial and magnetically isotropic because its grains are distributed isotropically. The ribbon piece is crushed into particles of a suitable size, the particles are mixed with a resin, and press molded. At this time, the raw material is filled up to 85% by volume under a pressure of about 7ton / cm 2 .
방법(3)에서, 이 급속 소입한 리본편을 진공이나 불활성 기체 분위기에서 약 700℃로 예열한 흑연 또는다른 적합한 고온 다이속으로 집어 넣는다.In method (3), this rapidly quenched ribbon piece is placed into graphite or other suitable hot die preheated to about 700 ° C. in a vacuum or inert gas atmosphere.
리본편의 온도가 예정된 온도까지 상승했을 때, 이 리본편에 단일방향의 압력을 가한다. 온도가 725±25℃, 압력이 P∼1.4ton/㎠인 조건이 충분한 소성을 얻는데 적합함에도 불구하고, 온도와 시간은 제한되지 않는다. 이때, 자석의 결정립은 프레스 방향으로 약간 정렬하지만, 전체적으로 등방성이다.When the temperature of the ribbon piece rises to a predetermined temperature, a single direction of pressure is applied to the ribbon piece. Although the conditions of the temperature of 725 25 degreeC and the pressure of P-1.4 ton / cm <2> are suitable for obtaining sufficient baking, temperature and time are not restrict | limited. At this time, the crystal grains of the magnet are slightly aligned in the press direction but are isotropic as a whole.
다음에, 큰 횡단면 다이를 사용하여 열간 프레스 공정을 행한다. 가장 일반적인 프레스 조건은 700℃의온도에서 0.7 ton/㎠의 압력으로 수초동안 프레스하는 것이다. 이때, 재료의 두께는 처음 두께의 반으로 감소되고, 프레스 방향에 평행하게 자기정렬이 이루어져 합금은 이방성으로 된다.Next, a hot pressing step is performed using a large cross section die. The most common press condition is to press for several seconds at a pressure of 0.7 ton / cm 2 at a temperature of 700 ° C. At this time, the thickness of the material is reduced to half of the initial thickness, and self-alignment is performed parallel to the press direction, so that the alloy becomes anisotropic.
상기 공정을 "2단계 열간 프레스 공정"이라고 한다. 이러한 공정을 사용하여 고밀도의 이방성 R-Fe-B계 자석을 만든다.This process is referred to as the "two stage hot press process". This process is used to make high density anisotropic R-Fe-B magnets.
여기에서, 용융 스피닝법에 의해서 처음에 준비한 리븐펀의 결정립의 입경은 최대 고유 보자력이 나타나는 결정립 직경보다 조금 작게 만드는 것이 양호하다. 왜냐하면, 결정립이 열간 프레스 공정중에 어느정도 조악하게 되기 때문에, 만약 열간 프례스 공정전에 결정의 입경이 최적 직경보다 조금 작다면, 그것은 처리후에 최적이 될 것이다.Here, it is preferable to make the particle size of the grains of the ribfunn initially prepared by the melt spinning method to be slightly smaller than the grain diameter at which the maximum intrinsic coercive force appears. Because the grains become somewhat coarse during the hot press process, if the grain size of the crystal is slightly smaller than the optimum diameter before the hot fresce process, it will be optimal after the treatment.
상기한·종래기술의 기법으로 R-Fe-B계 자석을 만들 수 있지만, 이들 기법에는 몇가지 단점이 있다.Although the R-Fe-B magnets can be made by the techniques of the above and the prior art, these techniques have some disadvantages.
(1)의 소결방법에서는, 합금을 미세한 분말로 만들어야 한다. 그러나, R-Fe-B계 합금은 산소와 아주잘 반응하므로, R-Fe-B계 합금은 그만큼 더 쉽게 산화된다. 따라서, 소결체의 산소농도는 붙가피하게 높게된다.In the sintering method of (1), the alloy must be made into fine powder. However, since the R-Fe-B based alloy reacts very well with oxygen, the R-Fe-B based alloy is oxidized that much easier. Therefore, the oxygen concentration of the sintered compact becomes unavoidably high.
게다가, 분말을 성형할 때, 예를들어 스테아린산 아연과 같은 첨가제가 필요하다. 이러한 첨가제는 소결공정전에 제거됨에도 불구하고, 첨가제의 일부가 탄소의 형태로 자석속에 남는다. 이 탄소는 R-Fe-B의 자기적 성능을 크게 악화시킨다.In addition, when molding the powder, an additive such as zinc stearate is required. Although these additives are removed before the sintering process, some of the additive remains in the magnet in the form of carbon. This carbon greatly deteriorates the magnetic performance of R-Fe-B.
성형 첨가제를 첨가하여 프레스 성형한 성형체를 "미가공체"라고 부르는데, 이것은 쉽게 파괴되고, 취급하기가 매우 어렵다. 따라서, 미가공체를 소결로내에 바람직한 순서로 위치시키는 것이 큰 골치거리이고,이것이 큰 단점이다.Molded articles which are press-molded with the addition of molding additives are called "raw bodies" which are easily broken and very difficult to handle. Therefore, placing the green body in the preferred order in the sintering furnace is a big headache, and this is a big disadvantage.
위와 같은 단점 때문에, R-Fe-B계 소결자석을 제조하기 위해서는 값비싼 장치가 필요하다. 게다가,생산성이 극히 낮기 때문에 이러한 형태의 자석은 제조비용이 비싸다.Due to the above disadvantages, an expensive device is required to manufacture the R-Fe-B-based sintered magnet. In addition, magnets of this type are expensive to manufacture because of their extremely low productivity.
따라서, 소결방법(1)은 R-Fe-B계 자석의 값싼 원료비의 장점을 잘 이용한 방법이 아니다.Therefore, the sintering method (1) is not a method that makes good use of the advantages of the low raw material cost of the R-Fe-B-based magnet.
방법(2)와 (3)에서는, 진공 용웅 스피닝장치가 사용된다. 현재, 이 장치는 비생산적이고 값이 비싸다.In the methods (2) and (3), a vacuum molten spinning device is used. Currently, this device is unproductive and expensive.
방법(2)에서, 최종 자석의 결정은 등방성 이므로 에너지 적이 낮고, 그것의 히스테리시스 루프의 면적이 바람직하지 않다. 따라서, 방법(2)에 의해서 생산된 자석은 온도계수가 나쁘고 실용에 있어서 불리하다.In the method (2), the crystal of the final magnet is isotropic, so the energy is low, and the area of its hysteresis loop is undesirable. Therefore, the magnet produced by the method (2) has a bad temperature coefficient and is disadvantageous in practical use.
방법(3)은 두 단계에서 열간가공이 행해진다는 점에서 독특하다. 그러나, 이러한 방법이 대단히 비효율적이라는 점은 부인할 수 없다.The method (3) is unique in that hot work is performed in two steps. However, it is undeniable that this method is very inefficient.
본 발명의 목적은 상기한 것과 같은 종래 기술의 단점을 제거하고, 고성능 희토류-Fe계 영구자석을 싼가격으로 제공하는 것이다.An object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art as described above, and to provide a high performance rare earth-Fe-based permanent magnet at a low price.
본 발명에 따르면, 희토류-Fe계 영구자석은 R의 원자 퍼센트가 8 내지 30, B의 원자 퍼센트가 2 내지 28, Co의 원자 퍼센트가 50이하, Al 의 원자 퍼센트가 15이하이고, 잔부는 Fe 및 제조공정중에 불가피하게 포함된 다른 불순뭍로 구성되어 있는 합금을 용융하고, 상기 합금을 주조하고, 주괴의 결정립을 미세하게하고, 결정립 축을 특정방향으로 정렬시키기 위하여 500℃이상의 온도에서 주괴를 열간 가공함으로써 주조합금을 자기이방성으로 만드는 공정에 의해서 제공된다.According to the present invention, the rare earth-Fe-based permanent magnet has an atomic percent of R of 8 to 30, an atomic percent of B of 2 to 28, an atomic percent of Co of 50 or less, an atomic percent of Al of 15 or less, and the balance of Fe And hot-rolling the ingot at a temperature of 500 ° C. or higher to melt the alloy composed of other impurities inevitably included in the manufacturing process, to cast the alloy, to refine the grain of the ingot, and to align the grain axis in a specific direction. It is provided by a process that makes the main alloy magnetically anisotropic by processing.
또한, 본 발명에 따르면, 최종 자석의 자기적 성질을 개선하고, 특히, 고유 보자력을 증가시키기 위하여,초기원료는 R의 원자 퍼센트가 8 내지 25, B의 원자 퍼센트가 2 내지 8, Co의 원자 퍼센트가 40이하, Al의 원자 퍼센트가 15이하이고, 잔부는 Fe 및 제조공정중에 불가피하게 포함된 다른 불순물로 구성되어 있고, 250℃이상의 온도에서 열처리함으로써 자기적으로 경화되는 주조 자기합금이다.In addition, according to the present invention, in order to improve the magnetic properties of the final magnet and, in particular, to increase the intrinsic coercivity, the initial raw material has an atomic percentage of R 8 to 25, an atomic percentage of B 2 to 8, and atoms of Co The percentage is 40 or less, the atomic percentage of Al is 15 or less, and the remainder is composed of Fe and other impurities which are inevitably included in the manufacturing process, and is a cast magnetic alloy which is hardened magnetically by heat treatment at a temperature of 250 ° C or higher.
수지 결합자석의 경우, 쉽게 수소화 화합물을 만드는 성질을 이용하여 상기 조성의 합금을 미분하고, 이 미세한 분말을 유기 첨가제와 혼합하고, 그 다음에 경화시켜 수지 결합자석을 얻는다.In the case of the resin-bonded magnet, the alloy of the composition is ground using the property of easily producing a hydrogenated compound, the fine powder is mixed with an organic additive, and then cured to obtain a resin-bonded magnet.
통상적인 미분으로 수지 결합자석을 얻기 위해서는, 열간가공에 의해 결정립이 쉽게 미세해지고, 미분한후에도 분말의 각 결정립이 다수의 자기 R2Fe14B 결정립을 포함하고 있는 성질을 이용하여 분말을 제조하고, 이 분말을 유기 접착제로 혼합하고, 그 다음에 경화하여 수지 결합자석을 얻는다.In order to obtain a resin-bonded magnet with ordinary fine powder, the crystal grains are easily fined by hot working, and after the fine powder, powders are prepared using the property that each grain of the powder contains a large number of magnetic R 2 Fe 14 B crystal grains. This powder is mixed with an organic adhesive and then cured to obtain a resin bonding magnet.
이미 기술한 것처럼, 희토류-Fe계 영구자석을 제조하는 현존하는 방법, 즉, 소결방법 및 소입방법은 각각 분말의 취급이 어렵고, 생산성이 나쁘다는 그 자체의 중대한 결정을 갖고 있다. 이들 단점을 제거하기위하여, 본 발명의 발명자들은 체적 상태에서의 자기경화를 연구하여 다음과 같은 사실을 발진했다. 다음; (1) 본 발명에 마른 합금의 조성범위에서, 합금은 열간가공에 의해서 미세하게 되고, 이방성이 된다. (2)본 발명에 따른 합금의 조성범위에서 충분한 고유 보자력은 단지 주괴상태에서 열처리함으로써 얻어진다.As already described, the existing methods for producing the rare earth-Fe-based permanent magnets, that is, the sintering method and the hardening method, each have their own significant determination that the powder is difficult to handle and the productivity is poor. In order to eliminate these disadvantages, the inventors of the present invention have studied the self-hardening in the volume state and oscillated as follows. next; (1) In the composition range of the alloy dried in the present invention, the alloy becomes fine by hot working and becomes anisotropic. (2) The sufficient intrinsic coercive force in the composition range of the alloy according to the present invention is obtained only by heat treatment in the ingot state.
(3)(2)의 주괴를 수소 디크리피테이션(decrepitation)에 의해서 분말로 미분하고, 이 분말을 유기 접착제로 혼합하고, 이 혼합물을 경화시킴으로써 수지 결합자석이 얻어진다. (4)열간 가공후의 주괴는 다수의 미세한 결정립으로 구성되어 있기 때문에 미분된 분말 역시 다수의 미세한 결정립을 갖게 되고, 따라서, 수지 결합자석이 얻어진다.The ingot of (3) (2) is finely divided into powder by hydrogen decreplication, the powder is mixed with an organic adhesive, and the mixture is cured to obtain a resin bonded magnet. (4) Since the ingot after the hot working is composed of many fine grains, the finely divided powder also has a large number of fine grains, and thus a resin bonding magnet is obtained.
본 발명의 방법에서, 주괴를 이방성으로 만들기 위한 열간가공은 단지 일단계이고, 참조번호 2에 설명된 소입방법에서처럼 2단계가 아니다.In the process of the invention, the hot working to make the ingot anisotropic is only one step, not two steps as in the hardening method described in reference 2.
게다가, 결정립이 미세하게 만들어지기 때문에 가공체의 고유 보자력이 현저하게 증가된다. 또한, 주조주괴를 미분할 필요가 없기 매문에 소결등을 위한 분위기를 엄격하게 제어할 필요가 없으므로 장치비용이 감소한다 . 본 발명의 방법에 의해 얻어진 수지 결합자석은 원래 통상적인 소입방법에 의해 얻어진 자석과같은 등방성이 아니고, 이방성 수지 결합자석이 쉽게 얻어지는 것이 본 발영의 또 다른 장점이다. 따라서, 고성능이고 값이 싼 R-Fe-B자석의 유리함을 충분히 살릴 수 있다.In addition, since the grains are made fine, the intrinsic coercive force of the workpiece is significantly increased. In addition, there is no need to fine-tune the cast ingot, so the equipment cost is reduced because there is no need to strictly control the atmosphere for sintering. The resin-bonded magnet obtained by the method of the present invention is not isotropic as originally obtained by the conventional quenching method, but it is another advantage of the present invention that an anisotropic resin-bonded magnet is easily obtained. Therefore, the advantage of the high performance and low cost R-Fe-B magnet can be fully utilized.
체적상태에서의 합금의 자화에 대한 유사한 논문이 히로아끼 미호등에 의해 제출되었다(1985년 8월, 일본금속학회의 강연회, 강연번호 544). 그러나, 이 논문은 아르곤 가스 스프레이에 노출시켜 공기중에서 용융하여, 시료로 추출한 Nd16.2Fe50.7Co22.6V1.3B9.2의 조성을 갖는 작은 시료에 관한 것이다.A similar paper on the magnetization of alloys by volume was presented by Hiroaki Miho et al. (August 1985, Japanese Metal Society Lecture, Lecture No. 544). However, this paper relates to a small sample having a composition of Nd 16.2 Fe 50.7 Co 22.6 V 1.3 B 9.2 extracted with a sample of molten air and exposed to an argon gas spray.
따라서, 이 논문의 연구에서, 소입에 의해 미세화된 결정립의 효과는 소량의 시료이기 때문에 우연히 얻어진 것으로 생각된다.Therefore, in the study of this paper, it is thought that the effect of the crystal grains refined by hardening is obtained by chance because it is a small amount of sample.
우리는 이 논문의 조성에서 주요상인 Nd2Fe14B의 결정립은 통상적인 주조방법으로 주조될 때 조악해진다는 사실을 실험을 통하여 발견했다. 열간가공에 의해서 이방성인 Nd16.2Fe50.7Co22.6V1.3B9.2조성을 갖는 합금을 만드는 것이 가능함에도 불구하고, 그 최종체로 만든 영구자석으로 충분한 고유 보자력을 얻기가 상당히 어렵다.We have found through experiments that the grains of Nd 2 Fe 14 B, the main phase in the composition of this paper, are coarser when cast by conventional casting methods. Although it is possible to produce alloys with anisotropic Nd 16.2 Fe 50.7 Co 22.6 V 1.3 B 9.2 by hot working, it is quite difficult to obtain sufficient intrinsic coercivity with the permanent magnets made from the final body.
또한, 통상적인 주조방법에 의해서도 층분한 고유 보자력을 갖는 자석을 얻기 위해서는 초기재료의 조성의 B가 적은 조성, 즉, R의 원자 퍼센트가 8 내지 25, B의 원자 퍼센트가 2 내지 8, Co의 원자 퍼센트가 50이하, Al의 원자 퍼센트가 15이하이고, 잔부는 Fe 및 다른 불가피한 불순물이어야 한다는 사실을 발견했다.In addition, in order to obtain a magnet having a layered intrinsic coercivity even by a conventional casting method, a composition having a low B of the initial material composition, that is, an atomic percentage of R is 8 to 25, and an atomic percentage of B is 2 to 8, It has been found that atomic percentage is less than 50, Al atomic percentage is less than 15, and the balance should be Fe and other unavoidable impurities.
종래의 기술에서 R-Fe-B계 자석의 전형적인 최적 조성은 참조번호 1에서 보는 것처럼 R15Fe77B8인것으로 믿었다. 이 조성은 주요상 R2Fe14B 화합물과 원자 백분율이 같은 R11.7Fe92.4B5.9인 조성보다 R 및 B가 더 풍부하다. 이것은 충분한 고유 보자력을 얻기 위해서는 주요상 뿐만 아니라 R가 풍부한 상 및 B가 풍부한 상인 비자기적 상도 필요하다는 사실로 설명된다.In the prior art it is believed that the typical optimal composition of R-Fe-B based magnets is R 15 Fe 77 B 8 as shown by reference number 1. This composition is richer in R and B than the composition in which R 11.7 Fe 92.4 B 5.9 has the same atomic percentage as the main phase R 2 Fe 14 B compound. This is explained by the fact that in order to obtain sufficient intrinsic coercivity, not only the main phase but also the nonmagnetic phase, which is R rich and B rich, are required.
본 발명에 따른 합금의 조성에서, B가 통상의 조성에서보다 적을 때, 고유 보자력이 초대가 된다. 일반적으로, 이러한 B가 적은 조성은 소결방법이 행해질 때 고유 보자력이 크게 감소한다.In the composition of the alloy according to the invention, when B is less than in the normal composition, the intrinsic coercive force is superficial. In general, such a low B composition greatly reduces the intrinsic coercive force when the sintering method is performed.
따라서, 이러한 조성범위는 별로 주위깊게 생각되지 않았다.Therefore, this composition range was not considered very much.
그러나, 본 발명에 따른 조성범위에서, 통상적인 주조방법에 의해 높은 고유 보자력이 얻어지고, 소결방법을 위한 주요 조성 범위인 B가 풍부한 조성에서는 고유 보자력이 충분치 못하다.However, in the composition range according to the present invention, a high intrinsic coercive force is obtained by a conventional casting method, and inherent coercive force is not sufficient in a composition rich in B, which is the main composition range for the sintering method.
그 이유는 다음과 같이 생각된다. 첫째, 본 발명의 소결방법 또는 주조방법에 의해서, 자석의 고유 보자력 매카니즘은 본질적으로 핵생성 모델에 따른다는 것이다. 이러한 사실은 두 방법에 의해 제조된 자석의초기 자화곡선이, 예를들어, SmCo5의 초기 자화곡선에서처럼, 급격한 증가를 보인다는 사실에 의해 입증된다. 이러한 헝태의 자석은 단일 자구 구조에 따른 고유 보자력을 갖는다. 즉, 만약 큰 결정 자기 이방성을 갖고 있는 R2Fe14B화합물의 결정립이 너무 크면, 결정립내에 자벽이 발생하고, 따라서, 자벽의 이동은 역자화가 쉽게 반전되도록 하여, 이에 따라 고유 보자력을 감소시킨다. 반면에, 만약 R2Fe14B화합물의 결정립이 일정한 크기보다 작으면, 자벽은 결정립에서 소멸된다. 이 경우 자학의 반전은 자학의 회전에 의해서만 발생하므로 고유 보자력은 감소한다.The reason is considered as follows. First, by the sintering method or casting method of the present invention, the intrinsic coercive mechanism of the magnet is essentially in accordance with the nucleation model. This is evidenced by the fact that the initial magnetization curves of the magnets produced by the two methods show a sharp increase, for example as in the initial magnetization curve of SmCo 5 . This magnet of Hengtae has inherent coercive force according to the single domain structure. That is, if the grains of the R 2 Fe 14 B compound having large crystal magnetic anisotropy are too large, magnetic walls are generated in the crystal grains, and therefore, the movement of the magnetic walls causes reverse magnetization to be easily reversed, thereby reducing the intrinsic coercivity. On the other hand, if the grains of the R 2 Fe 14 B compound are smaller than a certain size, the magnetic domain wall disappears from the grains. In this case, the inversion of the magnetic field occurs only by the rotation of the magnetic field, so the intrinsic coercivity decreases.
따라서, 층분한 고유 보자력을 얻기 위해서는, R2Fe14B상이 적합한 결정립 직경, 즉, 약 10미크론을 갖는 것이 요구된다. 소결방법을 행할 때, 소결하기 전에 분말의 직경을 조절함으로써 결정립의 직경을 적합하게 조절할 수 있다. 그러나, 소결방법을 사용하면, R2Fe14B화합물의 결정립 직경은 액체원료가 응고될 때 결정된다. 따라서, 조성 및 응고공정을 세심하게 제어할 필요가 있다.Therefore, in order to obtain a layered intrinsic coercive force, it is required that the R 2 Fe 14 B phase has a suitable grain diameter, that is, about 10 microns. When carrying out the sintering method, the diameter of the crystal grains can be suitably adjusted by adjusting the diameter of the powder before sintering. However, using the sintering method, the grain diameter of the R 2 Fe 14 B compound is determined when the liquid raw material solidifies. Therefore, it is necessary to carefully control the composition and solidification process.
특히, 조성은 중요하다. 만약 B가 8원자 퍼센트이상 포함되어 있다면, 주조한 후에 자석내에 R2Fe14B상의 결정립이 100미크론보다 크기가 매우 쉽다. 따라서, 이러한 경우, 참조 2에 사용된 것과 같은 소입장치를 사용하지 않고 주조상태에서 충분한 고유 보자력을 얻기 어렵다. 반대로, B가 적은 조성범위에서는, 자석의 결정립의 직경은 주형의 종류, 성형온도등을 조절함으로써, 쉽게 감소된다.In particular, the composition is important. If B contains more than 8 atomic percent, the grains of the R 2 Fe 14 B phase in the magnet after casting are much easier to size than 100 microns. In this case, therefore, it is difficult to obtain sufficient intrinsic coercive force in the casting state without using the hardening apparatus as used in Reference 2. In contrast, in the composition range where B is small, the diameter of the crystal grains of the magnet is easily reduced by adjusting the type of mold, the molding temperature and the like.
그러나, 어느 경우에서든지, 주요상 R2Fe14B의 결정립은 열간가공을 행함으로써 더 미세해지고, 따라서, 열간가공후에 자석의 고유 보자력이 증가한다.In either case, however, the grains of the main phase R 2 Fe 14 B become finer by performing hot working, thus increasing the intrinsic coercive force of the magnet after hot working.
주조상태에서 충분한 고유 보자력을 갖는 조성 범위, 즉 B가 적은 조성범위는 역으로 Fe가 풍부한 조성이라고도 말할 수 있다. 응고상태에서, Fe가 처음에 초정으로 나타나고, 그 다음에 포정반응에 의해 R2Fe14B상이 나타난다.이 때에, 냉각속도가 평형 반응속도보다 상당히 크기 때문에, 시료는 R2Fe14B상이 초정 Fe를 둘러싸는 형태로 응고된다.이러한 조성범위는 B가 적기 때문에, 소결방법에 적합한 전형적인조성인 R15Fe77B8의 자석에서 볼 수 있는 B가 풍부한 상은 필연적으로 양이 너무 직어서 B가 풍분한 상은 거의 무시된다.The composition range having sufficient intrinsic coercive force in the cast state, that is, the composition range having less B, may be said to be a composition rich in Fe. In the solidified state, Fe first appears as a first crystal, and then the R 2 Fe 14 B phase appears by the siphoning reaction. At this time, since the cooling rate is considerably larger than the equilibrium reaction rate, the sample shows that the R 2 Fe 14 B phase is primary. Since the composition range of B is small, the B-rich phase seen in the magnet of R 15 Fe 77 B 8 , which is a typical composition suitable for the sintering method, is inevitably too straight so that B Rich images are almost ignored.
본 발명에서의 열처리는 초정 Fe를 확산시켜 평형상태에 이르도록 하는 것이다. 따라서, 최종 자석의 고유 보자력은 Fe의 확산에 크게 의존한다.The heat treatment in the present invention is to diffuse the primary Fe to reach an equilibrium state. Therefore, the intrinsic coercive force of the final magnet depends greatly on the diffusion of Fe.
다음에, 본 발명에서의 수지결합을 설명한다.Next, the resin bond in this invention is demonstrated.
수지 결합자석은 참조번호 2의 소입방법에 의해서 실제로 제조된다. 그러나, 소입방법에 의해 얻어진 분말은 직경이 1000옹스트롬 이하인 다결정의 등방성 응집으로 구성되어 있기 때문에, 분말은 자기적으로 등방성이다. 따라서, 이방성 자석을 얻을 수 없고, 값이 싸고 고성능인 R-Fe-B계자석의 잇점을 소입방법으로는 살릴 수 없다. R-Fe-B계 자석을 준비할 때, 기계적인 비틀림을 거의 야기시키지 않는 수소 디크리피테이션(decrepitation)으로 미분함으로써 자석의 고유 보자력이 충분히 높게 유지되고, 이에 따라 수지결합이 실현될 수 있다. 이러한 방법의 가장 큰 장점은 참조번호 2와는 달리, 이방성 자석을 준비할 수 있다는 사실이다.The resin bonding magnet is actually manufactured by the hardening method of reference numeral 2. However, since the powder obtained by the quenching method is composed of polycrystalline isotropic agglomerates having a diameter of 1000 angstroms or less, the powder is magnetically isotropic. Therefore, anisotropic magnets cannot be obtained and the advantages of inexpensive and high-performance R-Fe-B magnets cannot be exploited by the hardening method. When preparing an R-Fe-B-based magnet, the intrinsic coercive force of the magnet is kept sufficiently high by differentiating with hydrogen decreplication which hardly causes mechanical twist, and thus resin bonding can be realized. The main advantage of this method is that, unlike the reference 2, it is possible to prepare an anisotropic magnet.
마지막으로, 본 발명의 수지 결합자석에 관하여 서술한다.Finally, the resin bonding magnet of the present invention will be described.
수지결합 R-Fe-B계 자석이 특정한 미분방법에 의해서만 준비될 수 있는 이유가 두가지 있다.There are two reasons why a resin-bonded R-Fe-B magnet can be prepared only by a specific differential method.
첫깨, R2Fe14B화합물의 단일 자구의 임계 반지름이 SmCo5등의 임계 반지름보다 훨씬 작아서, 초미크론 수준이라는 사실을 주목해야 한다.First, it should be noted that the critical radius of the single domain of the R 2 Fe 14 B compound is much smaller than the critical radius of SmCo 5 and the like, so that it is ultra-micron level.
통상의 기계적인 미분으로 그러한 작은 결정립 직경까지 원료를 미분하는 것은 극히 어렵다. 게다가, 얻어진 분말이 지나치게 활성이므로 매우 쉽게 산화되고 발화된다. 따라서, 결정립 직경 때문에 최종 자석의고유 보자력은 매우 작다. 본 발명자들은 결정립직경과 최종 고유 보자력사이의 관계를 연구했다. 연구결과, 고유 보자력은 기껏해야 몇KOe였고, 자석에 표면처리를 행하여도 증가하지 않았다.It is extremely difficult to differentiate the raw materials up to such small grain diameters with ordinary mechanical fines. In addition, the powder obtained is so active that it oxidizes and ignites very easily. Therefore, the unique coercive force of the final magnet is very small because of the grain diameter. We have studied the relationship between grain size and final intrinsic coercive force. As a result, the intrinsic coercive force was at most KOe, and it did not increase even when the magnet was surface treated.
또 다른 문제는 기계적인 가공에 의해 생긴 비틀림이다. 예를들면, 만약 소결된 상태에서 10KOe의 고유보자력을 갖고 있는 자석이 기계적으로 미분되면, 결정립 직경이 20 내지 30미크론인 최종 분말은 1KOe보다 낮은 보자력을 갖는다. 유사한 핵생성 모델을 갖고 있는 것으로 생각되는 SmCo 자석을 기계적으로 미분하는 경우, 그러한 고유 보자력의 감소가 발생하지 않을 뿐만 아니라 충분한 보자력을 갖고 있는 분말이 쉽게 제조된다. 위와 같은 현상 때문에 R-Fe-B계 자석을 미분 및 가공함으로써 생기는 비틀림 등의 효과는 상당히 큰 것으로 확산된다. 이러한 효과는 시계용 스텝 모터의 회전자 자석용과 같은 소형 자석을 소결 자석 덩어리에서 잘라낼 때 중대한 문제가 된다.Another problem is the torsion caused by mechanical processing. For example, if a magnet having a natural coercive force of 10 KOe in the sintered state is mechanically finely divided, the final powder having a grain diameter of 20 to 30 microns has a coercive force lower than 1 KOe. When mechanically differentiating an SmCo magnet, which is thought to have a similar nucleation model, such a reduction in intrinsic coercivity does not occur, but a powder with sufficient coercivity is easily produced. Due to the above phenomena, the effects of torsion and the like caused by differentiating and processing the R-Fe-B magnets are spread to a great extent. This effect is a significant problem when cutting small magnets, such as for rotor magnets in clock step motors, from sintered magnet masses.
위와 같은 이유, 즉, 임계 반지름이 작고, 기계적인 비틀림의 효과가 크기 때문에, 통상적인 미분으로 수지 결합자석을 얻을 수 없다. 충분한 고유 보자력을 갖고 있는 분말을 얻기 위해서는, 참조번호 2에 설명된것처럼 분말의 결정립이 다수의 R2Fe14B결정립을 포함하는 분말이 준비되어야 한다. 그러나, 참조번호 2의 소입방법은 생산성에서 문제가 있다 게다가, 소결체를 미분함으로써 이러한 종류의 분말을 준비하는 것을 실제로 불가능하다. 왜냐하면, 소결하는 동안 결정립이 성장하여 어느 정도까지 커지게 되기 때문에, 소결하기 전에 최종적으로 원하는 직경보다 더 작은 결정립 직경을 만들 필요가 있다. 그러나, 만약, 분말의졀정립 직경이 상당히 작으면, 분말의 산소농도가 극히 높고, 자석의 성능이 만족스럽지 못하게 된다.For the same reason as above, that is, the critical radius is small and the effect of mechanical torsion is large, so that the resin bonded magnet cannot be obtained by the normal fine powder. In order to obtain a powder having a sufficient intrinsic coercivity, a powder having a plurality of R 2 Fe 14 B grains must be prepared as described in reference numeral 2. However, the quenching method of reference 2 has a problem in productivity. In addition, it is practically impossible to prepare this kind of powder by pulverizing the sintered body. Because, during sintering, the grain grows and becomes large to some extent, so it is necessary to finally make the grain diameter smaller than the desired diameter before sintering. However, if the powder size of the powder is considerably small, the oxygen concentration of the powder is extremely high, and the performance of the magnet becomes unsatisfactory.
따라서, 현재 소결후에 R2Fe14B화합물의 허용 결정립 직경은 약 10 미크론이다. 그러나, 미분후에 고유보자력은 거의 제로까지 감소한다.Thus, after sintering, the permissible grain diameter of the R 2 Fe 14 B compound is about 10 microns. However, after differentiation, the intrinsic coercive force decreases to almost zero.
그 다음에, 본 발명자들은 열간가공함으로써 결정립을 미세화하는 것에 관심을 가졌다. 소결에 의해서 준비된 대략 일정한 크기의 결정립의 성형된 상태인 R2Fe14B 화합물을 만드는 것은 비교적 용이하다. 따라서, 이같은 결정립 크기의 R-Fe-B상을 포함하고 있는 주조 덩어리를 열간가공함으로써 결정립을 더 미세하고 정렬되게 만들어, 그 후에 미분한다. 수지 결합 자석용 분말의 결정립 직경은 20에서 30 미크론 사이이기 때문에 위와 같은 방법으로 분말내에 다수의 R2Fe14B결정립을 포함시키는 것이 가능하다. 이렇게하여 충분한 고유 보자력을 갓고 있는 분말을 얻는다. 게다가, 이렇게 얻어진 최종 분말은 참조번호 2의 소입방법에 의해 얻어진 분말과 같은 등방성이 아니라, 자계내에 정렬될 수 있고, 따라서, 이방성 자석이 이러한 형태의 분말로 준비된다. 물론, 만약 결정립이 수소 디크리피테이션에 의해 미분된다면, 고유 보자력은 더 좋게 유지된다.The inventors then became interested in miniaturizing the grains by hot working. It is relatively easy to make the R 2 Fe 14 B compound in the shaped state of approximately constant size grains prepared by sintering. Therefore, by hot working a cast mass containing such grain size R-Fe-B phase, the grains are made finer and aligned, and then finely divided. Since the grain diameter of the powder for the resin-bonded magnet is between 20 and 30 microns, it is possible to include a plurality of R 2 Fe 14 B grains in the powder in the same manner as above. In this way, a powder having sufficient intrinsic coercivity is obtained. In addition, the final powder thus obtained can be aligned in a magnetic field rather than isotropic as powder obtained by the quenching method of reference number 2, and therefore, an anisotropic magnet is prepared into this type of powder. Of course, if the grains are differentiated by hydrogen decrementation, the intrinsic coercivity remains better.
본 발명의 영구 자석의 조성을 선택하는 이유를 아래에 설명한다.The reason for selecting the composition of the permanent magnet of the present invention is described below.
예를들어, 희토류 원소 Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Td,Dy,Mo,Tm,Yb,Lu로 부터 선택된 하나 또는화합을 사용한다. Pr을 선택할 때 가장 높은 자기적 성능이 얻어진다 따라서, 실제적인 용도를 위해서는, Pr, Pr-Nd 합금, Ce-Pr-Nd 합금 등을 사용한다.For example, one or a compound selected from the rare earth elements Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Td, Dy, Mo, Tm, Yb, and Lu is used. The highest magnetic performance is obtained when selecting Pr. Therefore, for practical use, Pr, Pr-Nd alloy, Ce-Pr-Nd alloy and the like are used.
때때로, 소량의 Dy,Tb 등, Al,Mo,Si 등과 같은 중희토류 첨가제가 고유 보자력을 증대 시키기 위해 요구된다.Sometimes, small amounts of heavy earth additives such as Dy, Tb, Al, Mo, Si, etc. are required to increase the intrinsic coercive force.
R-Fe-B계 자석의 주요상은 R2Fe14B이다. 만약 R이 8원자퍼센트 이하이면 위와 같은 화합물이 나타나지 않고 α-철과 같은 체심 입방 구조가 나타난다. 결과적으로 높은 자기적 성질이 얻어지지 않는다. 반면, 만약 R이l 30원자퍼센트 이상이면, 비자기적 R이 풍부한 상의 양이 증가하여, 자기적 성질이 극도로 나빠진다. 따라서, R의 양의 적당한 범위는 8에서 30원자퍼센트 사이이다.그러나, 주조자석을 위해 더욱 양호한 R의 범위는 8에서 25원자퍼센트 사이이다.The main phase of the R-Fe-B magnet is R 2 Fe 14 B. If R is less than 8 atomic percent, the above compounds do not appear and a body-centered cubic structure such as α-iron is shown. As a result, high magnetic properties are not obtained. On the other hand, if R is more than 30 atomic percent, the amount of nonmagnetic R-rich phase increases, leading to extremely poor magnetic properties. Thus, a suitable range of R amounts is between 8 and 30 atomic percent. However, a better range of R for cast magnets is between 8 and 25 atomic percent.
B는 R2Fe14B를 나타나게 하는 필수요소이다. 만약, B가 2원자퍼센트 이하이면, 능면 R-Fe계가 나타나고, 그 결과, 높은 고유 보자력이 얻어지지 않는다. 그러나, 종래기술의 소결방법에 의해 생산된 자석에 따르면, 만약, B의 양이 28원자퍼센트 이상이면 비자성 B가 풍분한 상이 증가하고, 잔류 자속밀도가 현저하게 감소된다. 성형 자석을 위하여 바람직한 B의 양의 상한선은 8원자퍼센트이다. 만약, B가 8원자퍼센트 이상이면, 특정한 냉각이 행하여지지 않으면 미세한 R2Fe14B상이 얻어지지 않고, 고유 보자력이 낮다.B is an essential element to reveal R 2 Fe 14 B. If B is 2 atomic percent or less, a rhombohedral R-Fe system appears, and as a result, high intrinsic coercive force is not obtained. However, according to the magnet produced by the sintering method of the prior art, if the amount of B is 28 atomic percent or more, the phase in which the nonmagnetic B is enriched increases, and the residual magnetic flux density is significantly reduced. The upper limit of the preferred amount of B for a molded magnet is 8 atomic percent. If B is 8 atomic percent or more, a fine R 2 Fe 14 B phase is not obtained unless specific cooling is performed, and the intrinsic coercive force is low.
Co는 퀴리점(Currie Point)을 증대시키는 데 효율적인 원소이고, 근본적으로 Fe원소의 자리(site)를 치환하여 R2Fe14B를 생산하는 효과를 갖는다. 그러나, 이 R2Fe14B화합물은 작은 결정상의 이방성 영역을 갖고 있고, 화합물 R2Fe14B 의 양이 증가할 수록 자석의 고유 보자력은 감소한다. 따라서, 영구자석용으로 충분하다고 생각되는 1KOe 이상의 보자력을 얻기 위해서는, Co는 50원자퍼센트 이하여야 한다.Co is an efficient element for increasing Curie Point, and has the effect of producing R 2 Fe 14 B by essentially replacing sites of Fe element. However, this R 2 Fe 14 B compound has a small crystalline anisotropic region, and as the amount of the compound R 2 Fe 14 B increases, the intrinsic coercive force of the magnet decreases. Therefore, to obtain coercive force of 1 KOe or more deemed sufficient for permanent magnets, Co must be 50 atomic percent or less.
은 참조번호 4; 샹 마오카이등의 희토류 자석에 관한 8차 국제 연구회 회보,1985, P541에 묘사된 것처럼 고유 보자력을 중가시키는 효과를 갖고 있다. 동일한 효과가 주조자석의 경우에 나타남에도 불구하고,이 참조번호 4는 소결자석의 경우의 Al효과만 나타내고 있다.Is referenced 4; It has the effect of increasing the intrinsic coercivity, as described in the 8th International Research Society Bulletin of Rare Earth Magnets, Shang Maokai et al., 1985, P541. Although the same effect appears in the case of cast magnets, this reference number 4 shows only the Al effect in the case of sintered magnets.
그러나, Al은 비자성 원소이기 때문에, 만약, Al의 양이 많으면, 잔류 자속밀도는 감소하고, 만약, Al의 양이 15원자퍼센트 이상이면, 잔류 자속밀도는 경 페라이트 수준까지 감소한다. 이러한 자석은 희토류 자석으로서의 고성능 목적을 실현시키지 못한다. 따라서, Al의 양은 15원자퍼센트 이하인 것이 바람직하다.However, since Al is a nonmagnetic element, if the amount of Al is large, the residual magnetic flux density decreases, and if the amount of Al is more than 15 atomic percent, the residual magnetic flux density decreases to the light ferrite level. Such a magnet does not realize the high performance purpose as a rare earth magnet. Therefore, the amount of Al is preferably 15 atomic percent or less.
[실시예 1]Example 1
본 발명에 따른 영구자석의 제조공정을 도시한 제1도에 관하여 언급한다.Reference is made to FIG. 1, which shows a process for manufacturing a permanent magnet according to the present invention.
첫째, 원하는 조성의 합금을 유도 전기로에서 용해하여, 다이로 주조한다. 이때, 자석에 이방성을 부여하기 위하여, 시료에 다양한 종류의 열간 가공을 행한다. 이 실시예에서는, 일반적인 성형방법이 아닌 특정한 성형방법 즉, 소입함으로써 결정립을 미세하게 만드는 큰 효과를 갖고 있는 액체 동적 압분 방법(참조번호 5; T.S.Chin et al.,J.APPl.Phys.59(4),15 February,1986, P 1297)을 행하였다.First, an alloy of the desired composition is melted in an induction furnace and cast into a die. At this time, in order to give anisotropy to a magnet, various types of hot working are performed to a sample. In this embodiment, the liquid dynamic compacting method, which has a great effect of making the crystal grains fine by quenching rather than the general molding method (see Fig. 5; TSChin et al., J. APPl. Phys. 59 ( 4), 15 February, 1986, P 1297).
이 실시예에 사용된 열간 가공방법은 (1) 압출형(제2도) (2) 압연형(제3도) 및 (3) 스탬핑형 중의 하나이고, 각각 1000℃의 온도에서 행하여진다.The hot working method used in this example is one of (1) extrusion type (FIG. 2), (2) rolling type (FIG. 3), and (3) stamping type, and is performed at a temperature of 1000 DEG C, respectively.
압출형에서는, 시료에 등압적으로 압력을 가하기 위하여, 다이의 측면으로 부터 시료에 압력을 가하는 수단도 제공된다. 압연 및 스탬핑형에서는, 변형률을 최소화하기 위하여 압연이나 스탬핑 속도가 조절된다.어떠한 형태의 방법을 사용하든지, 결정립의 자화 용이축은 합금이 힘을 받는 방향에 평행하게 정렬된다.In the extrusion type, a means for applying pressure to the sample from the side of the die is also provided in order to pressurize the sample isostatically. In the rolling and stamping molds, the rolling or stamping speed is controlled to minimize the strain. In either type of method, the easy axis of magnetization of the grains is aligned parallel to the direction in which the alloy is forced.
표1에 표시한 것과 같은 조성의 합금을 용응시켜 제1도에 도시된 공정에 의해 자석을 만들었다. 열간가공시에, 온도는 1000℃로 조절되고, 변형률은 초당 10-3에서 10-2사이이고, 감소율은 80%이다. 열간 가공후에 1000℃에서 24시간 동안 소둔을 행한다.An alloy of the composition as shown in Table 1 was melted to produce a magnet by the process shown in FIG. In hot working, the temperature is controlled to 1000 ° C., the strain is between 10 −3 and 10 −2 per second and the reduction rate is 80%. After hot working, annealing is performed at 1000 ° C. for 24 hours.
[표 1]TABLE 1
[표 2]TABLE 2
표2로 부터, 압출, 압연 및 스탬핑-형 열간가공 중의 어느 방법에 의해서도 잔류 자속밀도는 증가하고, 이에따라, 시료들은 자기적으로 이방성이 된다는 사실을 알 수 있다From Table 2, it can be seen that the residual magnetic flux density increases by any method of extrusion, rolling and stamping-type hot working, and thus the samples are magnetically anisotropic.
[실시예 2]Example 2
본 실시예는 일반적인 주조방법에 의한 것이다.This embodiment is a general casting method.
우선, 표3에 표시한 것과 같은 조성의 합금을 유도 전기로에서 용융시켜, 철로 만든 다이로 주조한다. 그 다음에, 열간 프레싱을 사용하여 1000℃에서 열간 가공을 한다 .이때, 변형률은 초당 10-3내지 10-2로 조절하고, 감소율은 80%이다. 그 다음에,1000℃에서 24시간동안 소둔처리를 한다. 소둔 후에, 시료의 평균 결정립 직경은 약 15 미크론이다.First, an alloy having a composition as shown in Table 3 is melted in an induction furnace and cast into a die made of iron. The hot working is then performed at 1000 ° C. using hot pressing, where the strain is adjusted to 10 −3 to 10 −2 per second and the reduction rate is 80%. Then, annealing is performed at 1000 ° C. for 24 hours. After annealing, the average grain diameter of the sample is about 15 microns.
주조 자석에서는, 열간 가공없이 원하는 모양으로 시료를 가공함으로써, 주상영역의 이방성을 이용하는 면 이방성 자석이 얻어진다. 수지 결합 자석에서는, 실온에서 18-8 스테인레스 강 용기안에서, 약 10기압의 수소압에서 수소 흡수 그리고 10-5torr의 압력에서 수소 배출이 반복하여 시료를 미분하였다.그 후에 4중량 퍼센트이 에폭시 수지를 혼련하였다. 그 다음에, 이 압분체를 프레싱 방향에 수직으로 가한 10KOe의 자계내에서 성형한다.In a cast magnet, the surface anisotropic magnet which uses the anisotropy of columnar area | region is obtained by processing a sample to a desired shape, without hot working. In the resin-bonded magnet, the sample was repeatedly finely divided into hydrogen absorption at a pressure of about 10 atm and discharge of hydrogen at a pressure of 10 −5 torr in a 18-8 stainless steel vessel at room temperature. Kneaded. Next, the green compact is molded in a magnetic field of 10 KOe applied perpendicularly to the pressing direction.
이 최종 자석의 성질을 표4에 표시한다.The properties of this final magnet are shown in Table 4.
[표 3]TABLE 3
[표 4]TABLE 4
주조형에서는,(BH)max(최대 에너지적) 및 iHc(고유 보자력)이 열간 가공에 의해서 크게 증가한다. 이것은 결정립이 열간가공에 의해서 정렬되고, BH곡선의 면적이 상당히 개선되기 때문이다. 반면에, 참조번호 2의 소입방법에 의하면, iHc는 열간가공에 의해서 낮아지는 경향이 있다. 따라서, 고유 보자력이 크게 개선되는 것이 본 발명의 큰 장점중의 하나이다.In the casting mold, (BH) max (maximum energy) and iHc (intrinsic coercive force) are greatly increased by hot working. This is because the grains are aligned by hot working and the area of the BH curve is significantly improved. On the other hand, according to the hardening method of reference number 2, iHc tends to be lowered by hot working. Therefore, it is one of the great advantages of the present invention that the intrinsic coercivity is greatly improved.
표5는 변형률과 자기적 성질사이의 관계를 보여준다. 대표적인 예로서, 표5에 표시한 것과 같은 조성의2개의 합금을 유도 전기로에서 용융시켜, 철로 만든 다이로 주조한다. 그 다음에, 이를 다양한 속도에서 열간 프레싱한다. 그 결과를 표5에 표시한다.이 경우에, 온도는 1000℃로 조절되고, 감소율은 80%이다. 열간 프레싱을 한 후에,1000℃에서 24시간 동안 소둔 처리를 행한다.Table 5 shows the relationship between strain and magnetic properties. As a representative example, two alloys of the composition as shown in Table 5 are melted in an induction furnace and cast into a die made of iron. It is then hot pressed at various speeds. The results are shown in Table 5. In this case, the temperature is adjusted to 1000 ° C., and the reduction rate is 80%. After hot pressing, the annealing treatment is performed at 1000 ° C. for 24 hours.
표3에서 볼 수 있는 것처럼, 변형률이 초당 10-4보다 작을 때, 고유 보자력은 극도로 감소한다. 그 이유는 열에 의해 결정립의 성장이 촉진되고, 부피가 커지기 때문이라고 생각된다. 한편, 변형률이 너무 작으면, 생산성이 감소하여, 제조비가 증가한다. 변형률이 초당 1보다 클때, 몇개의 시료는 그들의 조성 때문에 균열되고, 그러한 시료는 제조될 수 없다. 따라서, 바람직한 변형률은 초당 10-4에서 1이고, 우수한 자기적성질을 갖기 위해서는 초당 10-3에서 10-1이 더욱 바람직하다.As can be seen in Table 3, when the strain is less than 10 -4 per second, the intrinsic coercivity decreases extremely. The reason for this is considered to be that the growth of the crystal grains is promoted by heat and the volume becomes large. On the other hand, when the strain rate is too small, productivity decreases and manufacturing cost increases. When the strain is greater than 1 per second, some samples crack because of their composition and such samples cannot be prepared. Thus, the preferred strain is 10 −4 to 1 per second, and more preferably 10 −3 to 10 −1 per second in order to have good magnetic properties.
[표 5]TABLE 5
대표적인 예로서, 표6에 표시한 조성의 세개의 합금을 유도 전기로에서 용융시켜, 철로 만든 다이로 주조한다. 그 다음에 다양한 온도에서 압츌 방법으로 열간가공하고,1000℃에서 24시간 동안 소둔 처리를 행한다.·제조온도, 고유 보자력 및 C축 방향성 비율의 관계를 표6에 나타냈다. 변형률은 초당 10-3에서 10-2로 조절되고, 감소율은 80%이다.As a representative example, three alloys of the compositions shown in Table 6 are melted in an induction furnace and cast into a die made of iron. Then, hot working is carried out by pressing method at various temperatures, and annealing treatment is performed at 1000 ° C. for 24 hours. The relationship between the manufacturing temperature, the intrinsic coercive force, and the C-axis directional ratio is shown in Table 6. The strain is adjusted from 10 -3 to 10 -2 per second, with a reduction of 80%.
게다가, C축 방향성 비율은 동일한 방향을 갖는(본 발명의 영구자석의 C축에 해당하는) 결정립의 자화용이축의 비율(부피 퍼센트)를 나타낸다. 이 비울이 클수록, 더 미세한 이방성 자석을 얻을 수 있다.In addition, the C-axis directional ratio represents the ratio (volume percentage) of the easy axis of magnetization of the grains (corresponding to the C-axis of the permanent magnet of the present invention) having the same direction. The larger this empty, the finer anisotropic magnet can be obtained.
표6에서 보듯이, 만약, 제조온도가 500℃이상이면, 시료가 균열되므로 제조될 수 없다. 우수한 자기적성질을 얻기 위해서는 C축 방향성 비율이 80%인 것이 바람직하다. 이 경우에, 제조욘도는 800℃에서1100℃ 사이여야 한다. 그러나, 만약 온도가 1100℃이면, 고유 보자력이 극도로 감소된다. 따라서, 더욱 바람직한 제조온도는 800℃에서 1050℃사이이다.As shown in Table 6, if the manufacturing temperature is 500 ℃ or more, the sample is cracked and cannot be manufactured. In order to obtain excellent magnetic properties, the C-axis directional ratio is preferably 80%. In this case, the manufacturing consistency should be between 800 ° C and 1100 ° C. However, if the temperature is 1100 ° C., the intrinsic coercivity is extremely reduced. Thus, more preferred production temperatures are between 800 ° C. and 1050 ° C.
[표 6]TABLE 6
×: 시료가 제조될 수 없다. △: 시료가 균열되어 측정될 수 없다.X: A sample cannot be manufactured. (Triangle | delta): A sample cracks and cannot be measured.
표7에 표시한 조성의 합금을 용융시켜 표6과 같은 방법으로 주조한다. 그 다음에,1000℃의 온도에서 감소율을 다양하게 하는 열간가공, 이 경우 압출방법을 행한다. 그 다음에 1000℃의 온도에서 24시간 동안 소둔처리한다. 표7에 감소비, 고유 보자력 및 C축 방향성 비율의 관계를 나타냈다. 또한, 변형률은 초당 10-3에서 10-2사이로 조절된다. 표7에서 보듯이, 만약, C축 방향성 비율이 80%이상 요구되면, 감소비는 60%이상이 되어야 한다.The alloy of the composition shown in Table 7 is melted and cast in the same manner as in Table 6. Next, a hot working in which the reduction rate is varied at a temperature of 1000 ° C., in this case, extrusion is performed. Then annealing for 24 hours at a temperature of 1000 ℃. Table 7 shows the relationship between the reduction ratio, the natural coercive force, and the C-axis directional ratio. In addition, the strain is adjusted from 10 −3 to 10 −2 per second. As shown in Table 7, if the C-axis directional ratio is required above 80%, the reduction ratio should be above 60%.
[표 7]TABLE 7
이상에서 기술한 것처럼, 본 발명에 따르면, 충분한 고유 보자력을 갖는 영구자석은 통상적인 소결 방법과 같이 주괴를 미분하는 일 없이 열간 가공만을 행함으로써 얻어진다.As described above, according to the present invention, a permanent magnet having sufficient intrinsic coercive force is obtained by performing only hot working without finely injecting ingots as in the usual sintering method.
게다가, 본 발명에서 열간 가공은 단지 일단계이고 소입방법처럼 이 단계가 아니며, 자석을 이방성으로 만들 뿐만 아니라 고유 보자력을 증가시키는 효과를 갖고 있다.Moreover, in the present invention, the hot working is only one step and not this step as the hardening method, and has the effect of making the magnet anisotropic as well as increasing the intrinsic coercive force.
따라서, 본 발명에 따르면, 영구자석의 제조 공정이 종래 기술에서의 소결방법이나 소입방법과 비교하여 상당히 단순화된다.Therefore, according to the present invention, the manufacturing process of the permanent magnet is considerably simplified compared with the sintering method or the hardening method in the prior art.
또한, 열간 가공후에 시료를 수소 디크리피테이션이나 미분함으로써, 이방성 수지 결합 자석 역시 본 발명에 따라 만들 수 있다.In addition, anisotropic resin-bonded magnets can also be made according to the present invention by subjecting the sample to hydrogen decrementation or fine grinding after hot working.
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