NdFeB계 소결 자석의 제조 방법(METHOD FOR PRODUCING NdFeB SYSTEM SINTERED MAGNET)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2016년03월03일
(11) 등록번호 10-1599663
(24) 등록일자 2016년02월25일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
H01F 41/02 (2006.01) B22F 1/00 (2006.01)
B22F 3/00 (2006.01) B22F 9/04 (2006.01)
C22C 38/00 (2006.01) H01F 1/057 (2006.01)
H01F 1/08 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-7032439
(22) 출원일자(국제) 2013년06월27일
심사청구일자 2014년11월19일
(85) 번역문제출일자 2014년11월19일
(65) 공개번호 10-2014-0145632
(43) 공개일자 2014년12월23일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2013/067677
(87) 국제공개번호 WO 2014/017249
국제공개일자 2014년01월30일
(30) 우선권주장
JP-P-2012-164206 2012년07월24일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
KR1020090074767 A*
JP2007134353 A*
JP2005268538 A
JP2012160545 A
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
인터메탈릭스 가부시키가이샤
일본국 기후켄 나카츠가와시 나스비가와 1642반치
144
(72) 발명자
사가와 마사토
일본국 교토후 교토시 니시쿄쿠 고료 오하라 1반
치 36 인터메탈릭스 가부시키가이샤 내
미조구치 데츠히코
일본국 교토후 교토시 니시쿄쿠 고료 오하라 1반
치 36 인터메탈릭스 가부시키가이샤 내
우네 야스히로
일본국 교토후 교토시 니시쿄쿠 고료 오하라 1반
치 36 인터메탈릭스 가부시키가이샤 내
(74) 대리인
특허법인태평양
전체 청구항 수 : 총 2 항 심사관 : 임영국
(54) 발명의 명칭 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법
(57) 요 약
본 발명은, 입계(粒界) 확산법의 기재로서 사용했을 때에 희토류 리치상(rich相)을 통하여 RH가 확산하기 쉽고,
게다가 기재 그 자체의 보자력(保磁力)이 높은 NdFeB계 소결 자석을 제조하는 방법을 제공하는 것을 과제로
한다. NdFeB계 합금괴에 수소를 흡장시키는 것에 의해 해당 NdFeB계 합금괴를 거칠게 파쇄하는 것에 의해 조분을
(뒷면에 계속)
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1599663
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제작하는 수소 파쇄 공정(스텝 S1)과, 해당 조분을 더 분쇄하는 것에 의해 미분말을 제작하는 미분쇄 공정(스텝
S2)과, 해당 미분말을 충전 용기에 충전하는 충전 공정(스텝 S3)과, 미분말을 충전 용기에 충전한 채로 배향하는
배향 공정(스텝 S4)과, 배향 공정 후의 미분말을 충전 용기에 충전한 채로 소결하는 소결 공정(스텝 S5)을 가지
며, 수소 파쇄 공정으로부터 배향 공정까지의 각 공정에 대해서, 해당 수소 파쇄 공정에서 흡장된 수소를 이탈시
키기 위한 탈수소 가열 및 진공 흡인을 모두 행하지 않으며, 수소 파쇄 공정으로부터 소결 공정까지를 무산소 분
위기 하에서 행한다.
등록특허 10-1599663
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명 세 서
청구범위
청구항 1
a) NdFeB계 합금괴(合金塊)에 수소를 흡장(吸藏)시키는 것에 의해 해당 NdFeB계 합금괴를 거칠게 파쇄하는 것에
의해 조분(粗粉)을 제작하는 수소(水素) 파쇄 공정과,
b) 상기 조분을 더 분쇄하는 미(黴)분쇄를 행하는 것에 의해 미분말을 제작하는 미분쇄 공정과,
c) 상기 미분말을 충전 용기에 충전하는 충전 공정과,
d) 상기 미분말을 상기 충전 용기에 충전한 채로 해당 미분말을 배향하는 배향 공정과,
e) 상기 배향 공정 후의 미분말을 상기 충전 용기에 충전한 채로 소결(燒結)하는 소결 공정을 가지며,
상기 수소 파쇄 공정으로부터 상기 배향 공정까지의 각 공정에 대해서, 해당 수소 파쇄 공정에서 흡장된 수소를
이탈시키기 위한 탈(脫)수소 가열 및 진공 흡인을 모두 행하지 않으며,
상기 수소 파쇄 공정으로부터 상기 소결 공정까지의 각 공정을 무산소 분위기 하에서 행하며,
상기 소결 공정의 승온 개시로부터 소결 온도까지 온도가 상승하는 도중의 500℃ 이하인 소정 온도에 이르기까
지는 진공 흡인은 행하지 않고, 상기 소정 온도에 도달한 후에는 진공 흡인을 행하는 것을 특징으로 하는 NdFeB
계 소결 자석의 제조 방법.
청구항 2
삭제
청구항 3
청구항 1에 있어서,
상기 소정 온도가 100 ~ 400℃의 범위 내의 온도인 것을 특징으로 하는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은, NdFeB(네오디뮴·철·붕소)계 소결(燒結) 자석의 제조 방법에 관한 것이다. 여기서「NdFeB계 자석」[0001]
이란, Nd2Fe14B를 주상(主相)으로 하는 자석이지만, Nd, Fe 및 B만을 함유하는 것에 한정되지 않고, Nd 이외의
희토류 원소나, Co, Ni, Cu, Al 등의 다른 원소를 함유하는 것이라도 좋다. 본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석
의 제조 방법은, 후술의 입계(粒界) 확산법에 의한 처리(이하,「입계 확산 처리」라고 함)를 행하기 위한 기재
를 제조하는 방법과, 입계 확산 처리를 행하지 않고, 그것 자신이 자석으로서 사용되는 것을 제조하는 방법의
쌍방을 포함한다.
배 경 기 술
NdFeB계 소결 자석은, 1982년에 사가와(SAGAWA, 본 발명자) 들에 의해서 찾아내어진 것이지만, 지금까지의 영구[0002]
자석을 훨씬 능가하는 특성을 가지며, Nd(희토류의 일종), 철 및 붕소라고 하는 비교적 풍부하고 염가인 원료로
부터 제조할 수 있다고 하는 특징을 가진다. 그 때문에, NdFeB계 소결 자석은 하이브리드 자동차나 전기 자동차
의 구동용 모터, 전동 보조형 자전거용 모터, 산업용 모터, 하드 디스크 등의 보이스 코일(voice coil) 모터,
고급 스피커, 헤드폰, 영구 자석식 자기 공명 진단 장치 등, 여러 가지 제품에 사용되고 있다. 이들 용도에 사
용되는 NdFeB계 소결 자석은 높은 보자력(保磁力) HcJ 및 높은 최대 에너지적(積) (BH)max을 가지는 것이 요구된
다.
NdFeB계 소결 자석에서는, Dy나 Tb 등의 중희토류 원소 RH를 내부에 존재시키는 것에 의해, 자화(磁化)의 방향[0003]
등록특허 10-1599663
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과는 역방향의 자계(磁界)가 인가되었을 때에 역자구(逆磁區, 반대 자기(磁氣) 구역)가 생기기 어렵게 되고, 그
것에 의해 보자력이 향상하는 것이 알려져 있다. 역자구는, 최초로 NdFeB계 자석의 주상 입자의 표면 부근에서
발생하고, 그곳으로부터 주상 입자의 내부 및 인접하는 주상 입자로 퍼져 간다고 하는 특성을 가진다. 따라서,
최초의 역자구의 발생을 막기 위해서는, RH는 주상 입자의 표면 부근에 존재하기만 하면 좋으며, 그것에 의해 주
상 입자 표면에 역자구가 발생하는 것을 막을 수 있다. 한편, RH의 함유량이 증가하면 잔류 자속밀도 Br이 저하
하고, 그것에 의해 최대 에너지적 (BH)max도 저하한다고 하는 문제가 생긴다. 따라서, 최대 에너지적 (BH)max의
저하를 최대한 억제하면서, 보자력을 높이기(역자구가 형성되기 어렵게 하기) 위해서는, 주상 입자의 내부 보다
도 표면 부근에 고농도의 RH를 존재시키는 것이 바람직하다.
NdFeB계 소결 자석에 RH를 존재시키는 방법으로서, 출발(出發) 합금을 제작하는 단계에서 RH를 첨가하는 방법(1[0004]
합금법)이 있다. 또, RH를 포함하지 않는 주상계 합금과 RH를 첨가한 입계상계(粒界相系) 합금의 2종류의 출발
합금의 분말을 제작하고, 이들을 서로 혼합하여 소결시키는 방법(2합금법)이 있다. 게다가, NdFeB계 소결 자석
을 제작한 후, 그것을 기재(基材)로 하여 표면에 도포나 증착 등에 의해 RH를 부착시키고, 가열하는 것에 의해,
기재 표면으로부터 기재 중의 입계를 통해서 해당 기재 내부에 RH를 확산시키는 방법(입계 확산법)이 있다(특허
문헌 1).
이들 방법 중, 1합금법에서는, 출발 합금 분말의 단계에서 주상 입자 내에 균일하게 RH가 포함되기 때문에, 그것[0005]
을 기초로 제작한 소결 자석에서도 주상 입자 내에 RH를 포함해 버린다. 그 때문에, 1합금법에 의해서 제작된 소
결 자석은, 보자력은 향상하는데 최대 에너지적이 저하해 버린다. 이것에 대해, 2합금법에서는, RH의 대부분을
주상 입자의 표면 부근에 존재시킬 수 있다. 그 때문에, 1합금법에 비해 최대 에너지적의 저하를 억제하는 것이
가능해진다. 또, 1합금법에 비해 레어 메탈(rare metal)인 RH의 사용량을 줄일 수 있다.
한편, 입계 확산법에서는, 가열에 의해 액화한 기재 내의 입계를 통해서, 기재 표면에 부착시킨 RH를 그 내부로[0006]
확산시킨다. 그 때문에, 입계 중의 RH의 확산 속도는, 입계로부터 주상 입자 내부로의 확산 속도 보다도 훨씬 빠
르고, RH는 신속하게 기재 내의 깊이까지 공급된다. 그것에 대해, 주상 입자는 고체인 채로 있기 때문에, 입계로
부터 주상 입자 내로의 확산 속도는 늦다. 이 확산 속도의 차이를 이용하여, 열처리 온도와 시간을 조정하는 것
에 의해, 기재 중의 주상 입자의 표면(입계)에 극히 가까운 영역에서만 Dy나 Tb의 농도가 높고, 주상 입자의 내
부에서는 Dy나 Tb의 농도가 낮다고 하는 이상적인 상태를 실현할 수 있다. 또, 입계 확산 처리에서의 열처리 온
도는 소결 온도 보다도 낮고, 2합금법에 비해 주상 입자의 융해가 억제되기 때문에, 2합금법 보다도 주상 입자
내로의 RH의 침입이 억제된다. 그 때문에, 2합금법 보다도 최대 에너지적 (BH)max의 저하를 억제하는 것이 가능해
진다. 또, 레어 메탈인 RH의 사용량을 2합금법 보다도 억제할 수 있다.
한편, NdFeB계 소결 자석을 제조하기 위한 방법으로서, 프레스(press)가 적용된 자석 제조 방법과 프레스가 적[0007]
용되지 않은 자석 제조 방법이 있다. 프레스가 적용된 자석 제조 방법은, 종래부터 널리 이용되고 있던 방법이
며, 출발 합금의 미분말(이하,「합금 분말」이라고 함)을 금형에 충전하고, 합금 분말에 프레스기로 압력을 가
하면서 자계를 인가하는 것에 의해, 압축 성형체의 제작과 해당 압축 성형체의 배향 처리를 동시에 행하며, 금
형으로부터 취출한 압축 성형체를 가열하여 소결시킨다고 하는 것이다. 프레스가 적용되지 않은 자석 제조 방법
은, 최근 찾아내어진 방법이며, 소정의 충전 용기에 충전한 합금 분말을, 압축 성형하지 않고, 해당 충전 용기
에 충전한 채로, 배향시키고, 소결시킨다고 하는 것이다(특허 문헌 2).
프레스가 적용된 자석 제조 방법에서는, 압분체(壓粉體)를 제작하기 위해서 대형의 프레스기가 필요하기[0008]
때문에, 밀폐 공간 내에서 충전으로부터 소결까지의 작업을 행하는 것이 어려운데 비해, 프레스가 적용되지 않
은 자석 제조 방법에서는 프레스기를 이용하지 않기 때문에, 이러한 작업을 행할 수 있다고 하는 특징이 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 특허 문헌 1 : 국제공개 WO 2006/043348호 공보 [0009]
등록특허 10-1599663
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(특허문헌 0002) 특허 문헌 2 : 일본특허공개 2006-019521호 공보
(특허문헌 0003) 특허 문헌 3 : 국제공개 WO 2011/004894호 공보
비특허문헌
(비특허문헌 0001) 비특허 문헌 1 : Rex Harris and A.J. Williams,"Rare Earth Magnets",[online], 2001년 8[0010]
월 7일, [2012년 7월 17일 검색], 인터넷
발명의 내용
해결하려는 과제
입계 확산법에서는, 증착·도포 등에 의해 기재 표면에 부착시키는 RH의 기재 내로의 확산이의 용이성, 확산시키[0011]
는 것이 가능한 기재 표면으로부터의 깊이 등은, 입계의 상태의 영향을 크게 받는다. 본 발명자는, 입계 중에
존재하는 희토류 리치상(rich相)(주상 입자보다 희토류 원소의 비율이 높은 상)이 입계 확산법에 의해 RH를 확
산시킬 때의 주요한 통로가 되는 것, 기재 표면으로부터 충분한 깊이에까지 RH를 확산시키기 위해서는, 기재의
입계에서, 희토류 리치상이 도중에 중단되지 않고 연결되어 있는 것이 바람직한 것을 찾아냈다(특허 문헌 3).
그 후, 본 발명자가 더 실험을 행한 바, 다음의 것을 찾아냈다. NdFeB계 소결 자석의 제조에서는, 합금 분말의[0012]
입자 사이의 마찰을 작게 하고, 배향을 행할 때에 입자를 회전하기 쉽게 하는 등의 이유 때문에, 합금 분말에
유기계 윤활제를 첨가하지만, 이것에는 탄소가 포함되어 있다. 이 탄소의 대부분은, NdFeB계 소결 자석 중에 잔
류한다. 그 중 입계 삼중점(3개 이상의 주상 입자에 의해 둘러싸이는 입계 부분)에 잔류한 탄소는, 서로 응집하
고, 희토류 리치상 중에 탄소 리치상(NdFeB계 소결 자석 전체의 평균 보다도 탄소 농도가 높은 상)을 형성한다.
상기와 같이, 입계에 존재하는 희토류 리치상은, RH를 NdFeB계 소결 자석의 내부로 확산시킬 때의 주요한 통로
가 되지만, 희토류 리치상 중의 탄소 리치상은 RH의 확산 통로를 막는 둑(weir)과 같은 역할을 하여, RH의 입계
경유의 확산을 저해한다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 입계 확산법의 기재로서 사용했을 때, 희토류 리치상을 통해 RH가 확산하기[0013]
쉽고, 그것에 의해 높은 보자력을 얻을 수 있는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법을 제공하는 것이다. 또, 본 발
명에 의해, 입계 확산 처리를 행하지 않는 자석으로서도 높은 보자력을 가지는 NdFeB계 소결 자석 및 그 제조
방법도 제공된다.
과제의 해결 수단
본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법은,[0014]
a) NdFeB계 합금괴(合金塊)에 수소를 흡장(吸藏)시키는 것에 의해 해당 NdFeB계 합금괴를 거칠게 파쇄하는 것에[0015]
의해 조분(粗粉)을 제작하는 수소(水素) 파쇄 공정과,
b) 상기 조분을 더 분쇄하는 미(黴)분쇄를 행하는 것에 의해 미분말을 제작하는 미분쇄 공정과,[0016]
c) 상기 미분말을 충전 용기에 충전하는 충전 공정과,[0017]
d) 상기 미분말을 상기 충전 용기에 충전한 채로 해당 미분말을 배향하는 배향 공정과,[0018]
e) 상기 배향 공정 후의 미분말을 상기 충전 용기에 충전한 채로 소결(燒結)하는 소결 공정을 가지며, [0019]
상기 수소 파쇄 공정으로부터 상기 배향 공정까지의 각 공정에 대해서, 해당 수소 파쇄 공정에서 흡장된 수소를[0020]
이탈시키기 위한 탈(脫)수소 가열 및 진공 흡인을 모두 행하지 않으며,
상기 수소 파쇄 공정으로부터 상기 소결 공정까지의 각 공정을 무산소 분위기 하에서 행하는 것을 특징으로 한[0021]
다.
여기서, 본원에서 이용하는 용어에 대해 설명한다. [0022]
등록특허 10-1599663
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「탈수소 가열」이란, 상기와 같이, 수소 파쇄 공정에서 NdFeB계 합금 조분이나 NdFeB계 합금 미분말에 흡장된[0023]
수소를 이탈시키는 것을 목적으로 한 가열을 말하며, NdFeB계 합금의 미분말을 소결시키기 위한 가열과는 구별
되는 것이다. 일반적으로는, 탈수소 가열은 소결을 위한 가열 보다도 낮은 온도에서 행해진다.
「진공 흡인」이란, 대기압 보다도 감압하는 것을 말한다. 진공 흡인에는, 로터리 펌프, 다이어프램 펌프, 드라[0024]
이 펌프, 터보 분자 펌프 등의 일반적인 진공 장치를 이용할 수 있다.
「NdFeB계 합금괴」란, NdFeB계 합금을 재료로 하고, NdFeB계 합금의 조분이나 미분말 보다도 큰 물체를 가리킨[0025]
다. NdFeB계 합금괴로서는, 스트립 캐스트법(strip cast法)에 의해 제작되는 NdFeB계 합금편을 대표적인 것으로
서 들 수 있지만, 그 이외의 NdFeB계 합금제의 괴상(塊狀) 물체도 포함된다. 또,「NdFeB계 합금」은, Nd, Fe, B
의 3종의 원소 이외에, Nd 이외의 희토류 원소나, Co, Ni, Al등의 원소를 함유하고 있어도 괜찮다.
「미분쇄」란, NdFeB계 합금괴를 수소 파쇄하는 것에 의해 얻어진 조분을 분쇄하는 것을 말한다. 미분쇄에는,[0026]
제트 밀법(jet mill法)이나 볼 밀법(ball mill法) 등, 기존의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에서, 수소
파쇄 후에 수(數) 단계의 분쇄 처리를 행하는 경우에는, 그들 수 단계의 분쇄 처리를 모두「미분쇄」에 포함하
는 것으로 한다.
상기와 같이, NdFeB계 소결 자석의 제조 방법으로서 프레스가 적용된 자석 제조 방법과 프레스가 적용되지 않은[0027]
자석 제조 방법이 있지만, 종래의 프레스가 적용된 자석 제조 방법에서는, 수소를 이탈하기 위한 탈수소 가열을
다음의 2개의 이유로부터 행하고 있었다. 제1 이유는, 수소 화합물을 포함하는 합금 분말은 산화하기 쉽기 때문
에, 탈수소 처리를 행하지 않으면, 합금괴에 포함되는 Nd2Fe14B나 희토류가 수소 흡장하는 것에 의해서 생기는
수소 화합물이 산화하고, 그것에 의해 제조 후의 자석의 자기 특성이 저하해 버리기 때문이다. 제2 이유는, 탈
수소 처리를 행하지 않으면, 성형 공정 후에, 자연스럽게 또는 소결할 때의 가열에 의해서 수소가 이탈하고, 그
것에 의해, 완전히 소결되기 전의 압분체(壓粉體) 내부에서 수소가 분자 및 기체가 되어 팽창하여, 압분체를 부
수는 경우가 있기 때문이다.
또, 종래의 프레스가 적용되지 않은 제조 방법에서도, 프레스가 적용된 자석 제조 방법에서 행해지고 있던 탈수[0028]
소 공정이 그대로 이용되고 있었다.
본 발명자는, 보다 자기(磁氣) 특성이 높은 NdFeB계 소결 자석을 제조하기 위해서, 각 공정의 재검토를 행했다.[0029]
그 결과, 탈수소 가열을 행하지 않고, 미분말(합금 분말)이 수소 화합물을 포함한 채로 해 두는 것에 의해, 배
향을 행하기 전(일반적으로는 합금 분말을 충전 용기에 충전할 때) 등에 합금 분말에 첨가되는 윤활제가 소결할
때의 가열에 의해서 제거되는 것을 찾아냈다. 이것은, 이 가열에 의해서 발생하는 수소 가스에 의해, 윤활제가
수소화 분해되고, 탄소 사슬이 짧게 되어 증발하기 때문이라고 생각되어진다. 그 때문에, 본 발명의 제조 방법
에 따라 제조된 NdFeB계 소결 자석에서는, 탄소 함유율 및 탄소 리치상의 체적 비율을 낮은 레벨로 억제할 수
있기 때문에, 자기 특성을 높일 수 있다. 또, 이와 같이 하여 얻어진 NdFeB계 소결 자석을 기재로 하여 입계 확
산 처리를 행하면, 탄소 리치상에 저해되지 않고, 입계 중의 희토류 리치상을 통해서, RH를 소결체 내부의 충분
한 깊이에까지 확산시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 보자력이 더 높은 NdFeB계 소결 자석을 얻을 수 있다.
또, 탈수소 가열에는, 통상, 수시간 정도의 시간을 필요로 하지만, 본 발명의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에[0030]
서는 이것을 행하지 않는 것에 의해, 탈수소 가열에 필요한 시간을 생략할 수 있다. 즉, 제조 공정의 간략화,
제조 시간의 단축 및 제조 코스트의 삭감을 행할 수 있다.
게다가, 본 발명에서는 수소 파쇄 공정으로부터 소결 공정까지를 무산소 분위기 하에서 행하는 것에 의해, 수소[0031]
흡장에 의해 생기는 수소 화합물을 포함하는 합금 분말이 산화하는 것이 방지된다. 또, 본 발명에서는, 프레스
가 적용되지 않은 자석 제조 방법을 행하기 위해, 프레스가 적용된 자석 제조 방법과 같이 수소가 기체가 되어
팽창하여 압분체가 부서진다고 하는 문제도 생기지 않는다.
단, 무산소 분위기를 형성하기 위해서 진공 흡인을 행하면, 그 진공 흡인에 의해서 수소가 합금 분말로부터 이[0032]
탈할 우려가 있다. 그 때문에, 본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서는, 수소 파쇄 공정으로부터
상기 배향 공정까지의 공정에서, 진공 흡인을 행하지 않는다. 또, 이 경우에서 미분쇄 공정 및 배향 공정을 무
산소 분위기 하에서 행하는 방법으로서, 예를 들면, 합금 분말의 주위를 질소나 아르곤 등의 비활성 가스로 채
우는 것을 들 수 있다. 특히, 희(希)가스를 이용하는 것이 바람직하다.
소결 공정에서는, 적어도 승온 개시로부터, 소결 온도 이하의 소정 온도에 이르기까지는 진공 흡인을 행하지 않[0033]
는 것이 바람직하다. 이하, 그 이유를 설명한다.
등록특허 10-1599663
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일반적으로, 수소를 흡장한 NdFeB계 합금을 가열하면, 실온으로부터 400℃의 온도 범위 내에서, 주상에 흡장되[0034]
어 있던 수소나 희토류 리치상과 결합하고 있던 수소의 일부가 이탈하는 것이 알려져 있다(비특허 문헌 1 참
조). 이와 같이 이탈한 수소의 가스에 의해서, 윤활제를 수소화 분해시켜, 윤활제의 증발을 촉진시킬 수 있다.
만일 500℃ 보다도 고온의 상태에서 윤활제가 잔류하고 있으면, NdFeB계 합금과 윤활제가 반응하여, 합금 중의
탄소량이 증가해 버린다.
그래서, 승온 개시로부터 상기 소정 온도에 이르기까지 진공 흡인을 행하지 않는 것에 의해, 합금으로부터 발생[0035]
하는 수소 가스가 윤활제와 접촉하는 시간을 길게 하고, 그것에 의해, 효율 좋게 또한 충분히 수소화 분해를 행
할 수 있기 때문에, NdFeB계 소결 자석의 탄소 함유량을 보다 적게 할 수 있다. 여기서, 소정 온도는, 전형적으
로는 수소의 이탈 온도의 범위 내인 100 ~ 400℃로 한다. 또, 이 수소 이탈 온도에 이른 후에는, 소결 밀도를
높이기 위해서, 진공 흡인을 행하는 것이 바람직하다.
게다가, 본 발명에 의하면, 합금괴 중에 수소를 널리 퍼지게 할 수 있는 것에 의해, 조분의 입자가 보다 미세하[0036]
게 됨과 아울러 조분이 취화(脆化)하기 때문에, 미분쇄의 속도를 높일 수 있고, 그것에 의해 제조 효율을 높일
수 있다.
발명의 효과
본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에 따르면, 탄소 함유율이 낮고, 그것에 의해 자기 특성이 높은[0037]
NdFeB계 소결 자석을 얻을 수 있다. 또, 이와 같이 하여 얻어진 NdFeB계 소결 자석을 기재로 하여 입계 확산 처
리를 행하는 것에 의해, 탄소 리치상에 저해되지 않고, 입계 중의 희토류 리치상을 통해서, RH를 소결체 내부의
충분한 깊이에까지 확산시키는 것이 가능해지기 때문에, 보자력이 높은 NdFeB계 소결 자석을 얻을 수 있다. 게
다가, 제조 공정의 간략화, 제조 시간의 단축, 제조 코스트의 삭감 등의 여러 가지 효과를 얻을 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 플로우 차트.[0038]
도 2는 비교예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트.
도 3은 본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서의 수소 파쇄 공정의 온도 이력을 나타내는 그래프.
도 4의 (a)는 비교예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서의 수소 파쇄 공정의 온도 이력을 나타내는 그래프,
및 (b)는 도 3의 그래프를 도 4의 (a)의 그래프의 스케일에 맞추어 나타낸 것.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명에 관한 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법의 일 실시예를 설명한다. [0039]
본 실시예의 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 스트립 캐스트법(strip cast法)에[0040]
의해 미리 제작된 NdFeB계 합금의 합금편에 수소(水素)를 흡장(吸藏)시키는 것에 의해 해당 NdFeB계 합금편을
거칠게 파쇄하는 수소 파쇄 공정(스텝 S1)과, 수소 파쇄 공정에서 NdFeB계 합금편이 수소 파쇄된 후에 탈(脫)수
소 가열되지 않았던 NdFeB계 합금의 조분(粗粉)에 0.05 ~ 0.1wt%의 카프릴산(caplyric酸) 메틸 등의 윤활제를
혼합시키고, 제트 밀(jet mill) 장치를 이용하여 질소 가스 기류 중에서, 레이저 회절법으로 측정한 입도(粒度)
분포의 중앙값 (D50)에서 3.2㎛ 이하가 되도록 미(黴)분쇄하는 미분쇄 공정(스텝 S2)과, 미분쇄 된 미분말(합금
분말)에 0.05 ~ 0.15wt%의 라우린산(Laurin酸) 메틸 등의 윤활제를 혼합하고, 몰드(충전 용기) 내에 3.0 ~
3.5g/cm
3
의 밀도로 충전하는 충전 공정(스텝 S3)과, 몰드 내의 합금 분말을 실온에서 자계중(磁界中)에서 배향
시키는 배향 공정(스텝 S4)과, 배향된 몰드 내의 합금 분말을 소결시키는 소결 공정(스텝 S5)을 가진다.
스텝 S3 ~ S5의 공정은 프레스가 적용되지 않은 공정에 의해 행한다. 또, 스텝 S1은 진공 흡인을 행하지 않고[0041]
수소 가스 중에서 행하고, 스텝 S2 ~ S4는 진공 흡인을 행하지 않고 비활성 가스 중에서 행한다. 또, 스텝 S1
전에, 합금의 산화를 막음과 아울러 수소와 산소의 폭명(爆鳴) 반응을 방지하여 안전성을 확보하기 위해서, 진
공 흡인을 행해도 괜찮지만, 이것은, 수소 파쇄 공정을 개시하기 전의 공정이다. 또, 스텝 S5는, 본 실시예에서
는 온도가 소결 온도까지 상승하는 도중의 500℃가 될 때까지는 아르곤 가스 중에서 행하고, 그 후는 진공 중에
서 행한다. 또, 이들 각 스텝에서, 비활성 가스로는, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 희(希)가스나 질소 가스, 혹
은 그들의 혼합 가스 등을 이용할 수 있다.
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여기서, 비교를 위해서, 도 2를 이용하여, 탈수소 가열 및/또는 진공 흡인을 행하는 예를 설명한다. 이 예에서[0042]
의 제조 방법은, 이하의 2개의 차이점을 제외하고, 도 1의 플로우 차트에서 나타낸 방법과 동일하다. 1번째의
차이점은, 수소 파쇄 공정에서 NdFeB계 합금에 수소를 흡장시킨 후, 해당 수소를 이탈시키기 위한 탈수소 가열
및/또는 진공 흡인을 행하는 점이다(스텝 S1A). 즉, 스텝 S1A에서는, (i) 탈수소 가열을 행함(진공 흡인은 행하
지 않음), (ii) 진공 흡인을 행함(탈수소 가열은 행하지 않음), (iii) 탈수소 가열 및 진공 흡인 모두 행함, 중
어느 하나의 조작을 행한다. 2번째의 차이점은, 배향 공정에서, 자계중 배향 전 또는 도중에 합금 분말을 가열
해도 괜찮은(단, 필수는 아님) 점이다(스텝 S4A). 이러한 가열을 따르는 배향을「승온 배향」이라고 한다. 이
승온 배향은, 본 실시예와 같이 보자력이 높은 합금 분말을 이용하는 경우에, 배향 공정을 할 때에 합금 분말의
각 입자의 보자력을 일시적으로 저하시켜 입자 사이의 반발을 억제하고, 그것에 의해, 제조 후의 NdFeB계 소결
자석의 배향도를 향상시키기 위해서 행하는 것이지만, 가열 공정과 냉각 공정이 포함되기 때문에, 생산 효율이
저하한다. 그러므로, 본 실시예에서는, 승온 배향은 행하지 않는다.
다음으로, 탈수소 가열과 진공 흡인 중 전자에 주목하고, 수소 파쇄 공정의 온도 이력을 이용하여 탈수소 가열[0043]
의 유무의 차이를 설명한다. 도 3의 그래프는, 탈수소 가열이 없는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서의 수소
파쇄 공정(스텝 S1, 또는 비교예의 스텝 S1A 중 상기 (ii)의 경우)의 온도 이력, 도 4의 (a)의 그래프는, 탈수
소 가열이 있는 NdFeB계 소결 자석의 제조 방법에서의 수소 파쇄 공정(스텝 S1A 중 상기 (i), (iii)의 경우)의
온도 이력이다. 또, 도 4의 (b)의 그래프는, 도 3의 그래프의 세로축 및 가로축의 스케일을, 도 4의 (a)의 그래
프의 스케일에 맞추어 나타낸 것이다.
수소 파쇄 공정에서는, NdFeB계 합금괴에 수소를 흡장시킨다. 이 수소 흡장과정은 발열 반응이므로 NdFeB계 합[0044]
금괴는 200 ~ 300℃정도까지 자기(自己) 발열로 온도 상승한다. 이 과정에서, 합금괴 중의 Nd 리치상(rich相)이
수소와 반응하여 팽창하고, 다수의 균열(크랙)이 생겨 파쇄된다. 또, 수소의 일부는, 주상(主相)에도 흡장된다.
일반적으로는 자연 방냉(放冷, 내놓아 식힘) 후, 합금의 산화를 억제하는 목적으로, Nd 리치상과 반응한 수소의
일부를 이탈시키기 위해서 500℃ 정도까지 가열(탈수소 가열)하고, 그리고 실온까지 자연스럽게 냉각시킨다. 도
4의 (a)에 나타낸 탈수소 가열이 있는 예에서는, 수소를 이탈하는데 필요로 하는 시간을 포함하여, 수소 파쇄
공정에 약 1400분의 시간이 필요하게 된다.
한편, 탈수소 가열이 없는 경우에는, 도 3 및 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 수소 흡장 과정에서의 발열에[0045]
의한 온도 상승 후, 실온까지 냉각시키는 시간을 다소 길게 취해도, 약 400분에 수소 파쇄 공정을 종료할 수 있
다. 따라서, 도 4의 (a)의 예와 비교하면, 약 1000분(16.7 시간) 정도 제조 시간을 단축할 수 있다. 이와 같이,
탈수소 가열을 행하지 않는 것에 의해, 제조 공정의 간략화와, 제조 시간의 대폭적인 단축을 행하는 것이 가능
해진다.
이하, 본 실시예의 방법 및 비교예의 방법에 의해, 실제로 NdFeB계 소결 자석을 제작한 실험의 결과를[0046]
나타낸다. 본 실시예에서 사용한 비활성 가스는, 미분쇄 공정(스텝 S2)에서는 질소 가스이고, 그 이외의 공정에
서는 아르곤 가스이다. 비교예에서는, 수소 파쇄 공정(스텝 S1A)에서의 탈수소 가열 및 배향 공정(스텝 S4A)에
서의 승온 배향은 행하지 않았지만, 수소 파쇄 공정에서의 진공 흡인을 행했다(즉, 상기 (ii)의 방법을 채용했
다). 원료의 NdFeB계 합금괴에는, 본 실시예, 비교예 함께 동일 조성을 가지는 것을 이용했다. 그 조성은, Nd:
26.95, Pr: 4.75, Dy: 0, Co: 0.94, B: 1.01, Al: 0.27, Cu: 0.1, Fe: 잔부(단위는 모두 중량%)이다.
이 실험의 결과, 비교예에서 제작된 NdFeB계 소결 자석의 보자력은 17.6kOe인 것에 대해, 본 실시예에서 제작된[0047]
NdFeB계 소결 자석의 보자력은 18.1kOe로 향상했다.
또, 본 실시예 및 비교예에서 제작된 NdFeB계 소결 자석을 기재로 하여, 이하와 같이 입계 확산 처리를 실시하[0048]
는 실험을 행했다.
먼저, Tb: 92wt%, Ni: 4.3wt%, Al: 3.7wt%의 TbNiAl 합금 분말과 실리콘 윤활유를 중량비로 80:20의 비율로 혼[0049]
합한 혼합물 10g에 실리콘 오일을 0.07g 첨가한 페이스트를 기재의 양자극면(7mm×7mm의 면)에 각각 10mg씩 도
포했다.
다음으로, 상기 페이스트를 도포한 직방체 기재를, 복수의 뾰족한 형상의 지지부가 마련된 몰리브덴제의 트레이[0050]
에 놓고, 직방체 기재를 해당 지지부에 의해서 지지하면서, 10
-4
Pa의 진공 중에서 가열했다. 가열 온도와 가열
시간은 각각 880℃, 10시간으로 했다. 그 후 실온 부근까지 급냉하고, 다음에 500℃에서 2시간 가열하여, 재차
실온까지 급냉했다. 이것에 의해, 입계 확산 처리가 완료한다.
이 입계 확산 처리 실험의 결과, 비교예에서 제작된 NdFeB계 소결 자석의 보자력은 25.5kOe인 것에 대해, 본 실[0051]
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시예에서 제작된 NdFeB계 소결 자석의 보자력은 26.4kOe로 향상했다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 진공 흡인을 행하지 않는 것에 의해, 얻어진 NdFeB계 소결 자석의 자기 특성이[0052]
향상하는 것이 확인되었다.
또, 본 실시예에서는, 자기 특성만이 아니라, 미분쇄 공정에서의 분쇄 속도도 향상했다. 구체적으로는, 조분으[0053]
로부터 평균 입경 2㎛(레이저법으로 측정한 D50값)까지 미분쇄할 때에, 분쇄 속도가 비교예에서는 12g/min였던
것에 대해, 본 실시예에서는 21g/min가 되어, 약 7할 향상했다. 이것은, 본 실시예에서는, 조분에 수소를 보다
많이 흡장시킨 상태에서 미분쇄를 행하고 있고, 특히 주상에의 수소의 흡장량이 많은 것에 의한 것으로 생각되
어진다. 이상과 같이, 탈수소를 위한 진공 흡인을 행하지 않는 것에 의해 , NdFeB계 소결 자석을 대량 생산할
때에 시간적인 넥(neck)이 되는 미분쇄 공정을 단축할 수 있어, 제조 효율을 높일 수 있다.
도면
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