KR20240097618A - Rare earth sintered magnets, and manufacturing method and device of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기장이 인가된 상태에서 고압을 가하여 희토류 자석 합금분말을 성형한 후, 소결, 절단 및 절삭 공정을 순차적으로 실행함으로써 소결자석을 제조하는 기존공정을 개선한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 분말을 금형(mold)에 균일하게 충진하기 위한 장치를 구성하여 NdFeB계 Near Net Shaping 희토류 소결자석을 제조하였다. 본 발명은 분말충진을 단순하고 효율적으로 방법으로 진행함으로써, 다양한 형상 및 크기를 갖는 소결자석을 제조할 수 있다.The present invention improves the existing process of manufacturing sintered magnets by forming rare earth magnet alloy powder by applying high pressure while a magnetic field is applied, and then sequentially performing sintering, cutting, and cutting processes. To this end, the present invention constructed a device to uniformly fill powder into a mold and manufactured NdFeB-based Near Net Shaping rare earth sintered magnets. The present invention can manufacture sintered magnets of various shapes and sizes by carrying out powder filling in a simple and efficient manner.
Description
본 발명은 희토류 소결자석의 제조방법, 장치 및 이를 통하여 제조된 희토류 소결자석에 관한 것으로서, 분말을 금형(mold)에 균일하게 충진하기 위하여 원심력을 이용한 분말 충진 장치를 구성하여 희토류 소결자석을 제조하는 방법 및 이를 위한 장치, 그리고 제조되는 희토류 소결자석을 제공한다.The present invention relates to a method and device for manufacturing rare earth sintered magnets, and to rare earth sintered magnets manufactured using the same. The present invention relates to a method for manufacturing rare earth sintered magnets by constructing a powder filling device using centrifugal force to uniformly fill powder into a mold. A method, a device therefor, and a rare earth sintered magnet manufactured are provided.
희토류 소결자석(NdFeB 소결자석)은 전기차, 수소연료전지차 구동모터, 로봇 서보모터, 드론 및 도심항공교통(UAM) 추진모터, 풍력발전기 등 다양한 분야에 적용되고 향후 지속적인 시장의 성장과 적용분야의 확대가 기대되고 있다.Rare earth sintered magnets (NdFeB sintered magnets) are applied to various fields such as electric vehicles, hydrogen fuel cell vehicle drive motors, robot servomotors, drone and urban air traffic (UAM) propulsion motors, and wind power generators, and are expected to continue to grow in the market and expand application areas in the future. is looking forward to it.
희토류 자석(NdFeB 자석)은 소결 자석, 열간압연(hot-deformation) 자석, 본드 자석(NdFeB 등의 분말재를 플라스틱 등으로 고체화시킨 것) 등이 있으며, 특히 위와 같은 응용분야에서는 자기적 특성이 우수한 소결자석이 보다 더 선호되고 있다.Rare earth magnets (NdFeB magnets) include sintered magnets, hot-deformed magnets, and bonded magnets (made by solidifying powder materials such as NdFeB into plastic, etc.). In particular, they have excellent magnetic properties in the above application fields. Sintered magnets are more preferred.
기존의 소결자석 제조공정은, 먼저 NdFeB 합금 용융물을 제조하고 이를 수소파쇄/제트밀(Jet-Mill) 분쇄 등 과정을 이용하여 분쇄한 후, 자장성형(자기장 하에서의 고압성형)을 시행하고, 성형체를 소결하여 소결자석 블럭을 제조하며, 제조된 소결자석 블럭을 절단/절삭 등을 하여 다단계 공정으로 제조된다.The existing sintered magnet manufacturing process first produces NdFeB alloy melt, pulverizes it using processes such as hydrogen crushing/jet-mill crushing, then performs magnetic field forming (high pressure forming under a magnetic field), and produces a molded body. A sintered magnet block is manufactured by sintering, and the manufactured sintered magnet block is manufactured in a multi-step process by cutting/cutting, etc.
이 과정에서 특히 고가의 대형장비인 자장 성형 장비를 무산소 분위기(불활성 분위기) 조건에서 가동해야 한다는 점에서 공정 비경제성이 야기된다. 아울러, 제조된 소결자석 블럭을 절삭 또는 절단 등을 하는 과정에서 재료의 손실률이 20 ~ 40% 에 달하여 제조 단가가 높아지고, 폐기물 또는 재가공 대상물이 양산되는 문제점이 존재한다.In this process, in particular, the magnetic field forming equipment, which is expensive and large equipment, must be operated in an oxygen-free atmosphere (inert atmosphere), resulting in process inefficiency. In addition, in the process of cutting or cutting the manufactured sintered magnet block, the material loss rate reaches 20 to 40%, which increases the manufacturing cost and causes the mass production of waste or reprocessed objects.
기존 소결자석 제조 공정의 문제점을 해결하고자 무가압 프로세스(PressLess Process)라고 알려진 공정이 개발되었으며, 동 공정에 따르면 압력을 가하지 않은 조건에서 소결이 가능하도록 충분히 작은 크기의 입자제조를 하여야 하는데, 미립의 제조는 고가의 제조 공정이 수반되므로, 경제성 면에서 문제가 있다.To solve the problems of the existing sintered magnet manufacturing process, a process known as the PressLess Process was developed. According to this process, particles of a sufficiently small size must be manufactured to enable sintering under pressure-free conditions. Since manufacturing involves an expensive manufacturing process, there is a problem in terms of economic feasibility.
또한, 금형 내 균일한 분말충진과 전체적으로 균일한 충진 밀도를 확보하기 위하여 가스압력을 이용한 진동 등의 기술이 개발되고 있으나, 복잡한 기계장치 및 다양한 크기와 형상의 소결자석 제조에 한계가 있다는 단점이 존재하므로, 본 기술을 개발하게 되었다.In addition, technologies such as vibration using gas pressure are being developed to ensure uniform powder filling and overall uniform filling density in the mold, but there are drawbacks such as limitations in manufacturing complex mechanical devices and sintered magnets of various sizes and shapes. Therefore, this technology was developed.
본 기술은 중소벤처기업부 창업진흥원 초기창업패키지 '혁신공정을 활용한 E-Mobility 구동모터 및 전장시스템 적용을 위한 수요자 맞춤 가능한 희토류계 영구자석 제조'(주관기관 : 울산대학교, 연구기간 : 2022년 5월 1일 ~ 2023년 2월 28일, 과제고유번호 : 20061354)과제의 결과물로 도출되었다.This technology is supported by the Ministry of SMEs and Startups' Startup Promotion Agency's initial startup package 'Manufacture of rare earth permanent magnets that can be customized to consumers for application of E-Mobility drive motors and electronic systems using innovative processes' (host organization: University of Ulsan, research period: 2022) It was derived as the result of the task (from May 1 to February 28, 2023, task identification number: 20061354).
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 소결자석을 성형할 때, 금형 내에 분말충진하는 과정을 별도의 고가 가압 장비를 사용하지 않고 원심력을 이용하는 단순하고 효율적인 방법으로 진행함으로써, 성형의 용이성과 장비 구축비용의 절감을 구현할 수 있는 희토류 소결자석의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was developed to solve the problems of the prior art described above. The present invention provides a simple and efficient method of using centrifugal force to fill the mold with powder when forming a sintered magnet without using separate expensive pressurizing equipment. The purpose is to provide a method for manufacturing rare earth sintered magnets that can facilitate molding and reduce equipment construction costs.
또한, 본 발명은 기존 가압 성형 방법과 비교하여 원심력을 이용하는 것 이외에 별도의 가압장비를 사용하지 않으므로, 금형의 형태와 크기를 다양하게 구현할 수 있고, 따라서 다양한 형상 및 크기를 갖는 소결자석을 제조할 수 있는 희토류 소결자석의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, compared to the existing pressure molding method, the present invention does not use separate pressurizing equipment other than using centrifugal force, so the shape and size of the mold can be implemented in various ways, and thus sintered magnets with various shapes and sizes can be manufactured. Another purpose is to provide a manufacturing method of rare earth sintered magnets.
또한, 본 발명에서는 인공중력을 이용하여 희토류 소결자석이 최종 목적한 치수와 형상을 갖는데 핵심이 되는 균일한 분말 충진을 하여, 무가압 성형공정을 통해 가공이나 연삭과 같은 마감 방법의 사용을 최소화하거나 배제하는 공정인 Near-Net-Shape 공정을 구현할 수 있는 희토류 소결자석의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, in the present invention, artificial gravity is used to fill the rare earth sintered magnet with uniform powder, which is the key to having the final desired size and shape, and the use of finishing methods such as machining or grinding is minimized through a non-pressure molding process. Another purpose is to provide a method for manufacturing rare earth sintered magnets that can implement the Near-Net-Shape process, which is an exclusion process.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 다음과 같다.The characteristic configuration of the present invention for achieving the purpose of the present invention as described above and realizing the characteristic effects of the present invention described later is as follows.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금형에 희토류 자석의 원료를 분말형태로 충진하는 단계; 상기 충진된 금형에 인공중력을 인가하여 희토류 자석의 원료를 성형하는 단계; 성형된 원료 분말에 자기장을 인가하여 분말을 배향하는 단계; 및 상기 금형과 함께 원료를 열처리하여 상기 원료를 소결함으로써 소결자석을 제조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.According to one embodiment of the present invention, filling a mold with raw materials of rare earth magnets in powder form; Forming raw materials of rare earth magnets by applying artificial gravity to the filled mold; Applying a magnetic field to the molded raw powder to orient the powder; and manufacturing a sintered magnet by heat-treating the raw material together with the mold and sintering the raw material. A method for manufacturing a rare earth sintered magnet comprising:
일례로서, 상기 인공중력은 일방향으로 작용되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.As an example, a method for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, wherein the artificial gravity acts in one direction.
일례로서, 상기 인공중력은 원심력인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.As an example, a method for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, wherein the artificial gravity is centrifugal force.
일례로서, 상기 소결시 소결온도는 900 ~ 1100℃인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.As an example, a method for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, wherein the sintering temperature during sintering is 900 to 1100°C.
일례로서, 상기 희토류 자석의 원료를 충진하기 이전에 금형 내에 이형제가 도포되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.As an example, a method for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, characterized in that a release agent is applied to the mold before filling the raw material of the rare earth magnet.
일례로서, 상기 이형제는 상기 희토류 자석의 원료 및 그 소결체, 그리고 금형과 반응하지 않는 재질인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.As an example, a method for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, wherein the release agent is a material that does not react with the raw materials of the rare earth magnet, its sintered body, and the mold.
일례로서, 상기 이형제는 희토류 불화물 또는 질화붕소에 용매를 가하여 현탁액의 형태로 제조되어 적용되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.As an example, a method for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, wherein the release agent is prepared and applied in the form of a suspension by adding a solvent to rare earth fluoride or boron nitride.
일례로서, 상기 희토류 자석용 원료는 NdFeB인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법이 개시된다.As an example, a method for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, wherein the raw material for the rare earth magnet is NdFeB.
또 다른 일례로서, 상부 또는 하부에서 회전 동력 장치와 연결되는 중심축과; 상기 중심축의 일측에 연결되며, 상기 중심축과 미리 정해진 각도를 이루면서 연장되고, 상기 회전 동력 장치의 구동에 의하여 중심축이 회전되면, 상기 중심축의 주변으로 회전되는 지지축; 및 상기 지지축의 단부에 금형이 장착되는 금형 장착부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치가 개시된다.As another example, a central axis connected to a rotating power device at the top or bottom; a support shaft connected to one side of the central axis, extending at a predetermined angle with the central axis, and rotating around the central axis when the central axis is rotated by driving the rotary power device; and a mold mounting portion in which a mold is mounted on an end of the support shaft. An apparatus for manufacturing rare earth sintered magnets comprising a.
일례로서, 상기 지지축의 상기 중심축 연결부와 금형 장착부 사이에 회동부가 더 형성되며, 상기 지지축 중 회동부와 금형 장착부의 구간은, 상기 지지축이 회전되지 않으면 중력방향으로 하향되고, 상기 지지축이 회전되면 회동부를 매개로 원심력에 의하여 중력방향의 반대방향으로 상향되면서 회전되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치가 개시된다.As an example, a rotating portion is further formed between the central axis connection portion of the support shaft and the mold mounting portion, and a section of the pivoting portion of the support shaft and the mold mounting portion is downward in the direction of gravity when the support shaft is not rotated, and the support shaft An apparatus for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, which is characterized in that when the magnet is rotated, it rotates upward in the direction opposite to the direction of gravity by centrifugal force via the rotating part.
일례로서, 상기 금형은 희토류 자석용 원료가 충진되는 금형부; 및 상기 금형부의 외주부를 일부 또는 전부 감싸며, 충진되는 원료의 여분이 수용되는 호퍼부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치가 개시된다.As an example, the mold includes a mold portion filled with raw materials for rare earth magnets; and a hopper portion partially or entirely surrounding the outer periphery of the mold portion and accommodating excess of the raw material to be filled. An apparatus for manufacturing rare earth sintered magnets comprising a.
일례로서, 상기 금형부와 호퍼부가 결합된 후, 상기 금형부와 호퍼부는 수용 용기에 수용되며, 상기 수용 용기가 상기 금형 장착부에 장착되되, 상기 수용 용기 내부는 무산소 분위기를 유지한 상태에서 밀봉되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치가 개시된다.As an example, after the mold portion and the hopper portion are combined, the mold portion and the hopper portion are accommodated in a receiving container, and the receiving container is mounted on the mold mounting portion, and the inside of the receiving container is sealed while maintaining an oxygen-free atmosphere. An apparatus for manufacturing rare earth sintered magnets is disclosed.
일례로서, 상기 지지축은 2500 ~ 3500rpm의 속도로 회전하여, 분말이 적어도 이론밀도의 35% 이상의 밀도값을 가지도록 충진되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치가 개시된다.As an example, an apparatus for manufacturing a rare earth sintered magnet is disclosed, wherein the support shaft rotates at a speed of 2500 to 3500 rpm and the powder is filled to have a density value of at least 35% of the theoretical density.
또 다른 일례로서, 전술한 방법에 의하여 제조되며, 인공중력에 의하여 분말이 배향성을 갖도록 성형된 상태에서 소결된 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석이 개시된다.As another example, a rare earth sintered magnet is disclosed, which is manufactured by the above-described method and is characterized in that the powder is sintered in a state in which the powder is molded to have orientation by artificial gravity.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 소결자석을 성형할 때, 금형 내에 분말충진하는 과정을 별도의 고가 가압 장비를 사용하지 않고 원심력을 이용하는 단순하고 효율적인 방법으로 진행함으로써, 성형의 용이성과 장비 구축비용의 절감을 구현할 수 있다.According to the present invention as described above, when molding a sintered magnet, the process of filling the mold with powder is carried out in a simple and efficient way using centrifugal force without using separate expensive pressurizing equipment, thereby improving ease of molding and reducing equipment construction costs. Savings can be realized.
또한, 본 발명은 기존 가압 성형 방법과 비교하여 원심력을 이용하는 것 이외에 별도의 가압장비를 사용하지 않으므로, 금형의 형태와 크기를 다양하게 구현할 수 있고, 따라서 다양한 형상 및 크기를 갖는 소결자석을 제조할 수 있다.In addition, compared to the existing pressure molding method, the present invention does not use separate pressurizing equipment other than using centrifugal force, so the shape and size of the mold can be implemented in various ways, and thus sintered magnets with various shapes and sizes can be manufactured. You can.
또한, 본 발명에서는 인공중력을 이용하여 희토류 소결자석이 최종 목적한 치수와 형상을 갖는데 핵심이 되는 균일한 분말 충진을 하여, 무가압 성형공정을 통해 가공이나 연삭과 같은 마감 방법의 사용을 최소화하거나 배제하는 공정인 Near-Net-Shape 공정을 구현할 수 있다.In addition, in the present invention, artificial gravity is used to fill the rare earth sintered magnet with uniform powder, which is the key to having the final desired size and shape, and the use of finishing methods such as machining or grinding is minimized through a non-pressure molding process. The Near-Net-Shape process, which is an exclusion process, can be implemented.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 공정도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 금형과 호퍼를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 제조장치를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 제조장치의 작동 원리를 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 희토류 자석 원료에 인공중력을 가하기 전과 후의 충진 상태를 나타내는 모식도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 희토류 소결자석의 성능특성을 나타내는 B-H 그래프이다.1 is a process diagram for manufacturing a rare earth sintered magnet according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a perspective view showing a mold and hopper for manufacturing rare earth sintered magnets according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a perspective view showing a manufacturing apparatus for manufacturing rare earth sintered magnets according to one embodiment and another embodiment of the present invention;
Figure 4 is a perspective view showing the operating principle of the manufacturing device for manufacturing rare earth sintered magnets according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a schematic diagram showing the filling state before and after applying artificial gravity to the rare earth magnet raw material according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a BH graph showing the performance characteristics of a rare earth sintered magnet according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.The detailed description of the invention described below refers to the accompanying drawings, which show by way of example specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention.
또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to enable those skilled in the art to easily practice the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명에서 무가압 성형 공정 또는 무가압 공정이란, 분말에 압력을 전혀 작용시키지 않는다는 것은 아니며, 인공중력에 의해서만 분말에 압력을 인가한다는 것을 의미한다.In the present invention, the non-pressure molding process or non-pressurized process does not mean that no pressure is applied to the powder at all, but means that pressure is applied to the powder only by artificial gravity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 공정도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 금형과 호퍼를 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 제조장치를 나타내는 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 소결자석을 제조하기 위한 제조장치의 작동 원리를 나타내는 사시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 희토류 자석 원료에 인공중력을 가하기 전과 후의 충진 상태를 나타내는 모식도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 희토류 소결자석의 성능특성을 나타내는 B-H 그래프이다.Figure 1 is a process diagram for manufacturing a rare earth sintered magnet according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a mold and hopper for manufacturing a rare earth sintered magnet according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a A perspective view showing a manufacturing device for manufacturing rare earth sintered magnets according to one embodiment and another embodiment of the present invention. Figure 4 is a perspective view showing the operating principle of the manufacturing device for manufacturing rare earth sintered magnets according to one embodiment of the present invention. , FIG. 5 is a schematic diagram showing the filling state before and after applying artificial gravity to the rare earth magnet raw material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a B-H graph showing the performance characteristics of the rare earth sintered magnet according to an embodiment of the present invention. .
본 발명은 희토류 소결자석이 최종 목적한 치수와 형상을 갖도록 하기 위하여 인공중력을 이용하도록 한 것이며, 이로써 균일한 분말 충진을 수행하여, PLP(PressLess Process)를 이용하여 Near-Net-Shape 희토류 소결자석을 제조할 수 있도록 한 것이다.The present invention uses artificial gravity to ensure that the rare earth sintered magnet has the final target size and shape, thereby performing uniform powder filling and producing Near-Net-Shape rare earth sintered magnets using PLP (PressLess Process). It was made possible to manufacture.
본 발명에 의하여 다양한 형태, 다양한 크기의 희토류 소결자석의 제조가 가능하다. 본 발명은 종래와 같은 외부로부터의 물리적 압력의 전달에 의한 분말 충진의 공간적 불균일을 해소하는 방안으로서, 본 발명의 원리는 분말충진 공간 내의 모든 분말입자에 일정한 방향으로 일정 시간 이상 동일한 힘이 작용하도록 하여 분말충진의 효율성과 밀도 균일성 및 밀도 증진을 확보하는 것이다. 여기서, 인공중력은 원심력을 활용한다.According to the present invention, it is possible to manufacture rare earth sintered magnets of various shapes and sizes. The present invention is a method of solving the spatial non-uniformity of powder filling caused by the transmission of physical pressure from the outside as in the past. The principle of the present invention is to ensure that the same force acts on all powder particles in the powder filling space in a certain direction for a certain period of time or more. This ensures powder filling efficiency, density uniformity, and density improvement. Here, artificial gravity utilizes centrifugal force.
본 발명은 종래 물리적 압력을 가하여 분말을 성형하는 경우 발생되는 국부적 충진밀도 불균일이 성형체에서도 국부적 성형밀도 불균일로 이어짐으로써 소결시 물성의 이방성을 초래하게 되고, 물성 결함에 따른 제품 결함의 문제가 발생되는 것을 원천적으로 예방하기 위하여 고안된 것이다.In the present invention, local packing density unevenness that occurs when powder is molded by applying conventional physical pressure leads to local molding density unevenness in the molded body, resulting in anisotropy of physical properties during sintering, and problems of product defects due to defects in physical properties. It was designed to prevent it at the source.
분말충진 밀도는 단순히 원심력을 조절하는 회전수를 조절함으로써 조정할 수 있고, 자석 성형체(또는 소결자석)의 크기와 제조하고자 하는 형상 선택자유도를 제고할 수 있다.The powder filling density can be adjusted simply by adjusting the rotation speed that controls the centrifugal force, and the degree of freedom in selecting the size of the magnetic molded body (or sintered magnet) and the shape to be manufactured can be improved.
또한, 원심력을 유발하는 회전원심분리 장치에서 원심력에 따라서 각도가 자유롭게 조절되는 Swing-Rotor type의 원심분리 장치를 적용함으로써, 성형 초기에 분말충진 방향을 항상 금형의 바닥방향으로 유도하는데 유리하며, 분말의 최초 충진상태를 유지할 수 있다는 점에서 금형 및 원료 분말의 취급상 용이성이 확보된다.In addition, by applying a swing-rotor type centrifuge device whose angle is freely adjusted according to the centrifugal force in a rotating centrifugal device that generates centrifugal force, it is advantageous to always guide the powder filling direction toward the bottom of the mold at the beginning of molding. Ease of handling the mold and raw material powder is secured in that the initial filling state can be maintained.
본 발명에서는 희토류 원소인 Nd가 포함된 NdFeB계 분말을 이용한 소결자석의 제조에 대해서 설명하였으나, 원료가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 희토류 자석도 제조가 가능하다.In the present invention, the manufacture of sintered magnets using NdFeB-based powder containing Nd, a rare earth element, has been described, but the raw materials are not necessarily limited to this, and other types of rare earth magnets can also be manufactured.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 금형에 희토류 자석의 원료를 분말형태로 충진하는 단계(S10); 상기 충진된 금형에 인공중력을 인가하여 희토류 자석의 원료를 성형하는 단계(S20); 성형된 원료 분말에 자기장을 인가하여 분말을 배향하는 단계(S30); 및 상기 금형과 함께 원료를 열처리하여 상기 원료를 소결함으로써 소결자석을 제조하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, filling a mold with raw materials of rare earth magnets in powder form (S10); Forming raw materials of rare earth magnets by applying artificial gravity to the filled mold (S20); Applying a magnetic field to the molded raw powder to orient the powder (S30); and manufacturing a sintered magnet by heat-treating the raw material together with the mold and sintering the raw material (S40).
여기서, 인공중력은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 장치를 사용하면 일방향으로 작용하며, 물리적 가압을 대체하여 분말의 충진 밀도를 증진시키는 역할을 수행한다.Here, artificial gravity acts in one direction when using the centrifugal force device according to an embodiment of the present invention, and serves to improve the filling density of the powder by replacing physical pressure.
상기 소결시 소결온도는 900 ~ 1100 ℃ 인 것이 바람직하다.The sintering temperature during the sintering is preferably 900 to 1100°C.
무가압 성형 공정 후의 소결온도는 종래의 고압 프레스 성형과 동등하거나 오히려 낮은 경우가 바람직하다. 이러한 이유는 무가압 성형 공정에 부합되게 미세/초미세 입자를 사용할 수 있고, 그럼에도 불구하고 국부적인 충진밀도 편차를 최소화할 수 있으며, 입자 크기가 작음으로써 달성되는 입자표면 에너지의 증가효과를 인하여 소결이 촉진되는 효과가 존재한다.It is preferable that the sintering temperature after the non-pressure molding process is equal to or lower than that of conventional high-pressure press molding. This is because fine/ultra-fine particles can be used in accordance with the non-pressure molding process, local packing density deviations can still be minimized, and sintering is possible due to the effect of increasing particle surface energy achieved by small particle size. This promoting effect exists.
또한, 상기 희토류 자석의 원료를 충진하기 이전에 금형 내에 이형제가 도포될 수 있으며, 상기 이형제는 일 예로서, 상기 희토류 자석의 원료 및 그 소결체, 그리고 금형과 반응하지 않는 재질을 적용하고, 결과적으로, 소결체와 금형이 열처리 과정에서 서로 반응하지 않도록 작용할 수 있다. 이러한 이형제 재료로서 불화칼슘(CaF2)이 사용될 수 있으며, 그 밖에도 MgF2, SrF2, BaF2 등 희토류 토금속 불화물 및 BN(Boro Nitride) 등도 가능하다. 이와 같은 불화칼슘에 용매를 가하여 현탁액의 형태로 제조되어 금형 내에 코팅 및 건조되도록 한다.In addition, a release agent may be applied to the mold before filling the raw material of the rare earth magnet. As an example, the release agent may be made of a material that does not react with the raw material of the rare earth magnet, its sintered body, and the mold, and as a result, , it can act to prevent the sintered body and mold from reacting with each other during the heat treatment process. Calcium fluoride (CaF 2 ) can be used as this release agent material, and other rare earth metal fluorides such as MgF 2 , SrF 2 , BaF 2 and BN (Boro Nitride) can also be used. A solvent is added to calcium fluoride to prepare a suspension, which is then coated and dried in a mold.
한편, 본 발명의 희토류 소결자석 제조장치(200)를 설명하면 아래와 같다. Meanwhile, the rare earth sintered magnet manufacturing apparatus 200 of the present invention will be described as follows.
본 발명의 일 실시예에 따른 희토류 소결자석 제조장치(200)는, 상부 또는 하부에서 회전 동력 장치(예를 들어 모터, 미도시)와 연결되는 중심축(210)과; 상기 중심축(210)의 일측에 연결되며, 상기 중심축(210)과 미리 정해진 각도를 이루면서 연장되고, 상기 회전 동력 장치의 구동에 의하여 중심축(210)이 회전되면, 상기 중심축(210)의 주변으로 회전되는 지지축(220, 230); 및 상기 지지축(220, 230)의 단부에 금형(100)이 장착되는 금형 장착부(240);를 포함한다.The rare earth sintered magnet manufacturing apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes a central axis 210 connected to a rotating power device (e.g., motor, not shown) at the top or bottom; It is connected to one side of the central axis 210, extends at a predetermined angle with the central axis 210, and when the central axis 210 is rotated by driving the rotary power device, the central axis 210 Support shafts (220, 230) rotated around; and a mold mounting unit 240 on which the mold 100 is mounted on the ends of the support shafts 220 and 230.
상기 중심축(210)은 지지축(220, 230)을 지지하는 동시에 지지축(220, 230) 및 단부에 원심력을 작용시키기 위하여 회전 동력이 작용한다. 지지축(220, 230)의 단부에는 금형(100)이 장착되는 금형 장착부(240)가 구비되어 있으며, 금형 장착부(240)의 형태는 금형(100) 또는 후술하는 금형(100)과 호퍼부(120)를 수용하는 수용 용기(미도시)를 장착할 수 있는 한, 어떠한 기계적 방법도 가능하며, 따라서 구조나 방식이 특별히 제한되지는 않는다.The central shaft 210 supports the support shafts 220 and 230, and at the same time, rotational power is applied to apply centrifugal force to the support shafts 220 and 230 and their ends. The ends of the support shafts 220 and 230 are provided with a mold mounting portion 240 on which the mold 100 is mounted. The shape of the mold mounting portion 240 is the mold 100 or the mold 100 and the hopper portion (described later). Any mechanical method is possible as long as a container (not shown) accommodating 120) can be mounted, and therefore the structure or method is not particularly limited.
여기서, 상기 지지축(220, 230)의 상기 중심축(210) 연결부와 금형 장착부(240) 사이에 회동부가 더 형성되며, 상기 지지축(220, 230) 중 회동부와 금형 장착부(240)의 구간인 제2지지축(230)은, 상기 지지축(220, 230)이 회전되지 않으면 중력방향으로 하향되고, 이로써 금형(100)에 충진된 분말이 쏟아지지 않고 충진된 원래의 상태를 유지하게 된다.Here, a rotating portion is further formed between the connection portion of the central axis 210 of the support shafts 220 and 230 and the mold mounting portion 240, and the rotating portion of the support shafts 220 and 230 and the mold mounting portion 240 are further formed. The second support shaft 230, which is a section, is lowered in the direction of gravity when the support shafts 220 and 230 are not rotated, so that the powder filled in the mold 100 does not pour out and maintains its original state. do.
상기 충진된 분말에 인공중력을 가하기 위해서는 인공중력의 발생을 위하여 중심축(210)의 회전에 종속하여 상기 지지축(220, 230)이 회전되며, 그에 따라 지지축(220, 230)의 단부에 장착된 금형(100) 내의 분말이 중심축(210)으로부터 멀어지는 방향으로 인공 중력을 받게 된다. 이로써 분말의 입자간 간격이 좁혀지고, 이러한 현상은 분말의 전 영역에 걸쳐서 이루어지게 된다. 이 때, 위 인공중력은 원심력이며, 상기 지지축(220, 230) 중 회동부와 금형 장착부(240)의 구간인 제2지지축(230)은 상기 회동부를 매개로 원심력에 의하여 하향력인 중력방향의 반대방향으로 상향되면서 회전된다. 상향시 중심축(210)과 지지축(220, 230)이 이루는 각도는 회전력에 비례하여 변동된다.In order to apply artificial gravity to the filled powder, the support shafts 220 and 230 are rotated in dependence on the rotation of the central axis 210 to generate artificial gravity, and accordingly, at the ends of the support shafts 220 and 230. The powder in the mounted mold 100 is subjected to artificial gravity in a direction away from the central axis 210. As a result, the gap between powder particles is narrowed, and this phenomenon occurs throughout the entire area of the powder. At this time, the above artificial gravity is centrifugal force, and the second support axis 230, which is the section between the rotating part and the mold mounting part 240, among the supporting axes 220 and 230, is a downward force due to centrifugal force through the rotating part. It rotates upward in the direction opposite to the direction of gravity. When moving upward, the angle formed by the central axis 210 and the support axes 220 and 230 changes in proportion to the rotational force.
위 실시예에서, 중심축(210)으로부터 회동부의 구간인 제1지지축(220)은 각도가 고정된 상태로 연결되며(예를 들어 90도), 위 구간은 회동부와 금형 장착부(240)의 구간(230)을 지지하는 역할을 수행하게 된다.In the above embodiment, the first support shaft 220, which is a section of the rotating portion from the central axis 210, is connected at a fixed angle (for example, 90 degrees), and the upper section is connected to the rotating portion and the mold mounting portion 240. ) plays a role in supporting the section 230.
한편, 금형(100)은 희토류 자석용 원료가 충진되는 금형부(110); 및 상기 금형부(110)의 외주부를 일부 또는 전부 감싸며, 충진되는 원료의 여분이 수용되는 호퍼부(120);를 포함한다.Meanwhile, the mold 100 includes a mold portion 110 filled with raw materials for rare earth magnets; and a hopper part 120 that partially or completely surrounds the outer periphery of the mold part 110 and accommodates excess of the raw material to be filled.
상기 금형부(110)는 실시예에 따라서 다수의 공간으로 구획하기 위한 구획부(111)가 분말 수용 공간내에 형성될 수 있다.Depending on the embodiment, the mold unit 110 may have a partition unit 111 formed in the powder receiving space to divide the mold unit into a plurality of spaces.
호퍼부(120)는 금형부(110)에 충진되는 분말이 인공중력에 의하여 충진된 이후에는 부피가 줄어들기 때문에, 소결자석의 크기를 금형(100)의 크기에 대응되도록 제작하기 위하여, 충진전의 분말을 금형부(110)의 용량보다 더 많게 수용하기 위하여 사용된다. 호퍼부(120)는 그 상단부가 금형부(110)의 상단보다 더 높게 구성되며, 이는 호퍼부(120)의 상단 높이를 높이기 위한 연장부(121)를 구비함으로써 가능해지나, 호퍼부(120)의 상단 높이를 금형부(110)의 상단 높이보다 더 높게 하는 방법은 다양하게 구현될 수 있으므로 특정 형상으로 한정되지는 않는다.Since the volume of the hopper unit 120 decreases after the powder filled in the mold unit 110 is filled by artificial gravity, in order to manufacture the size of the sintered magnet to correspond to the size of the mold 100, It is used to accommodate more powder than the capacity of the mold part 110. The upper end of the hopper unit 120 is configured to be higher than the upper end of the mold unit 110, and this is made possible by providing an extension part 121 to increase the height of the upper end of the hopper unit 120. The method of making the top height of the mold part 110 higher than the top height of the mold part 110 can be implemented in various ways and is not limited to a specific shape.
상기 금형부(110)와 호퍼부(120)가 결합된 후, 상기 금형부(110)와 호퍼부(120)는 수용 용기에 수용되며, 상기 수용 용기가 상기 금형 장착부(240)에 장착되되, 상기 수용 용기 내부는 무산소 분위기를 유지한 상태에서 밀봉된다.After the mold portion 110 and the hopper portion 120 are combined, the mold portion 110 and the hopper portion 120 are accommodated in a receiving container, and the receiving container is mounted on the mold mounting portion 240, The inside of the container is sealed while maintaining an oxygen-free atmosphere.
이는 희토류 자석 원료의 성형과정에서부터 소결과정에 이르기까지 산소와의 접촉으로 인하여 원료가 산화되는 것을 방지하기 위함이며, 이로써, 산화되지 않은 형태의 NdFeB 소결자석을 제조할 수 있다. 물론, 산화금속을 재질로 하는 자석을 제작하는 경우에는 이러한 과정을 생략할 수도 있다.This is to prevent the raw materials from being oxidized due to contact with oxygen from the molding process of the rare earth magnet raw materials to the sintering process. As a result, NdFeB sintered magnets in a non-oxidized form can be manufactured. Of course, this process can be omitted when manufacturing a magnet made of metal oxide.
분말의 충진을 수행하기 위하여 필요한 원심력의 경우, 회전력에 의하여 정의되며, 소정의 밀도값을 달성하기 위하여 최적의 조건이 설정될 수 있다. 바람직하게는 상기 지지축(220, 230)은 2500 ~ 3500 rpm 의 속도로 회전하는 것이 바람직하며, 그 결과 분말이 적어도 이론밀도의 35% 이상의 밀도값을 가지도록 충진된다.The centrifugal force required to fill the powder is defined by the rotational force, and optimal conditions can be set to achieve a predetermined density value. Preferably, the support shafts 220 and 230 rotate at a speed of 2500 to 3500 rpm, and as a result, the powder is filled to have a density value of at least 35% of the theoretical density.
이와 같이 이론밀도의 35% 이상의 밀도값을 가지도록 충진밀도가 측정되는 경우, 900 ~ 1100 ℃ 의 온도범위에서 소결자석을 제작할 수 있으며, 예시적으로 도 6에서 도시된 바와 같은 1.2 Tesla의 전류자속밀도, 12 KOe 의 보자력을 나타낼 수 있다. 다만, 위 전류자속밀도와 보자력은 위 수치에 한정되는 것은 아니다.In this way, when the filling density is measured to have a density value of 35% or more of the theoretical density, sintered magnets can be manufactured in a temperature range of 900 to 1100 ℃, and for example, a current magnetic flux of 1.2 Tesla as shown in FIG. 6 It can represent density and coercive force of 12 KOe. However, the current magnetic flux density and coercivity are not limited to the above values.
<실시예><Example>
여기서 희토류 자석의 원료는 일 실시예로서, Nd2O3 37g, Fe 66g, B 0.92g, Cu 0.4g, Ca 17g으로 하였으며, 이들을 균일하게 혼합하여 임의의 크기를 갖는 용기에 담아 불활성 가스(Ar, He) 분위기 및 950℃의 온도에서 1 시간 동안 가열하여 반응시킴으로써 분말을 합성하고, 산화를 방지하기 위하여 oil(Kerosene) 용매에서 유용성(oil soluble) 유기산/유기산 암모늄염 혼합물을 이용하여 반응 부산물인 CaO를 제거하여 NdFeB 분말을 제조하였다.Here, as an example, the raw materials for the rare earth magnet were 37 g of Nd 2 O 3 , 66 g of Fe, 0.92 g of B, 0.4 g of Cu, and 17 g of Ca. These were mixed uniformly, placed in a container of arbitrary size, and inert gas (Ar). , He) The powder was synthesized by heating and reacting in an atmosphere and at a temperature of 950°C for 1 hour, and in order to prevent oxidation, an oil soluble organic acid/organic acid ammonium salt mixture was used in an oil (Kerosene) solvent to remove CaO, a by-product of the reaction. was removed to prepare NdFeB powder.
제조된 NdFeB 분말에 중량비 기준으로 Nd(50) : Cu(2.8) : Al(4.1)로 제작된 합금 분말(Nd50Cu2.8Al4.1 분말)을 NdFeB의 중량비를 기준으로 5 중량% 첨가하여 Paste Mixer를 사용하여 균일하게 혼합하였다. 이때, Nd50Cu2.8Al4.1 분말은 Nd2O3, Cu, Al, Ca를 혼합한 후 가열하여 제조하는 통상적인 환원확산 방법을 적용하여 제조하였다.To the manufactured NdFeB powder, 5% by weight of alloy powder (Nd50Cu2.8Al4.1 powder) made of Nd(50) : Cu(2.8) : Al(4.1) was added based on the weight ratio of NdFeB and mixed with a paste mixer. and mixed uniformly. At this time, Nd50Cu2.8Al4.1 powder was manufactured by applying a typical reduction-diffusion method of mixing Nd 2 O 3 , Cu, Al, and Ca and then heating it.
분말 충진을 위하여 도 3에서 도시된 금형 위에 여분의 분말을 수용할 수 있는 호퍼부를 결합한 후, 호퍼를 통하여 금형에 충진하고자 하는 분말량 대비 10 부피% 이상의 분말을 수용하였다. 분말을 수용한 금형부-호퍼부를 밀폐용기에 Ar 가스 등 불활성 가스가 충진된 상태로 밀봉한다. 이 때, 충진 가스는 불활성 가스이면 되므로, Ar 가스로 한정되는 것은 아니다. 금형부-호퍼부가 담긴 밀폐용기를 원심력에 따라 각도가 변하는 Swing Rotor 형태의 원심분리장치인 희토류 소결자석 제조장치(200)에 장착하고 분당 회전속도(RPM) 3000으로 회전시켜 NdFeB 입자가 금형내에서 서로 밀착하여 충진되도록 한다. 이로써 충진밀도가 향상되는 효과가 있다. 본 발명에서 적용한 회전속도 3000 RPM은 중력가속도 1220×g(지구중력가속도)에 해당하며, 충진된 분말의 밀도는 3.0 g/cm3 로 계산되었다. 바람직하게는 2500 ~ 3500 RPM의 속도범위가 좋으며, 충진된 분말의 충진 밀도는 적어도 2.5 g/cm3의 크기가 바람직하다.For powder filling, a hopper part that can accommodate excess powder was attached to the mold shown in FIG. 3, and then more than 10% by volume of powder was accommodated through the hopper compared to the amount of powder to be filled in the mold. The mold part and hopper part containing the powder are sealed in a sealed container filled with an inert gas such as Ar gas. At this time, the filling gas can be any inert gas, so it is not limited to Ar gas. The sealed container containing the mold and hopper parts is mounted on the rare earth sintered magnet manufacturing device (200), which is a swing rotor type centrifugal separator whose angle changes depending on centrifugal force, and rotated at a rotation speed per minute (RPM) of 3000 to remove NdFeB particles from within the mold. Make sure they are filled in close contact with each other. This has the effect of improving filling density. The rotation speed of 3000 RPM applied in the present invention corresponds to the gravitational acceleration of 1220 × g (Earth's gravitational acceleration), and the density of the filled powder is 3.0 g/cm 3 It was calculated as Preferably, the speed range is 2500 to 3500 RPM, and the packing density of the filled powder is preferably at least 2.5 g/cm 3 .
금형내부에서 NdFeB 분말가 접촉하는 부분은 에탄올에 CaF2가 분산된 현탁액이 코팅 및 건조되며, 이로써, 금속재질의 금형과 NdFeB 분말이 소결과정에서 상호 융착이 되지 않도록 하였다.The part where the NdFeB powder is in contact inside the mold is coated and dried with a suspension of CaF 2 dispersed in ethanol, thereby preventing the metal mold and NdFeB powder from fusing together during the sintering process.
인공중력(원심력)을 이용한 분말 충진 후에 호퍼부를 밀어서 여분의 분말을 금형으로부터 제거하였다. 이후에 분말이 충진된 금형에 순간 세기 5 Tesla인 펄스자기장을 인가하여 분말을 배향시켰다. 위 자기장의 세기는 위 세기로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 가변할 수 있다.After powder filling using artificial gravity (centrifugal force), the hopper was pushed to remove excess powder from the mold. Afterwards, a pulsed magnetic field with an instantaneous intensity of 5 Tesla was applied to the mold filled with powder to orient the powder. The strength of the above magnetic field is not limited to the above strength and can be varied as needed.
이후, 배향된 분말이 충진된 있는 금형을 진공 소결로에서 가열하여 소결자석을 제조하였다. B-H Tracer 장비를 이용한 소결자석 특성분석 결과, 전류자속밀도(자장세기)는 1.2 Tesla, 보자력은 12 KOe의 성능을 나타내었다(도 6 참조).Afterwards, the mold filled with the oriented powder was heated in a vacuum sintering furnace to produce a sintered magnet. As a result of analyzing the characteristics of the sintered magnet using the B-H Tracer equipment, the current magnetic flux density (magnetic field strength) was 1.2 Tesla and the coercive force was 12 KOe (see Figure 6).
여기서, 분말충진밀도가 통상의 가압성형(자장성형)보다 낮은 점은 인정되나 최종 제품인 소결자석의 밀도가 낮아지는 것은 아니다. 통상 희토류 소결자석은 가압성형을 하여도 47% 이상의 충진밀도를 달성하기 어려우며, 따라서 본 발명에 의해서든 가압 성형에 의해서든 희토류 자석 원료의 충진 밀도의 차이가 현격히 차이가 나지 않다고 볼 수 있다. 이러한 경우라면, 소결 과정에서 부분 액상 소결(partial liquid sintering)이 일어나므로 최종 소결밀도의 차이는 거의 일어나지 않는 바, 본 발명에 의한 원료의 충진밀도가 가압에 의한 충진밀도보다 다소 낮음에도 불구하고, 두 가지 경우에 있어서 소결밀도 및 그에 수반되는 물성의 차이가 거의 없다고 할 수 있다.Here, it is acknowledged that the powder filling density is lower than that of normal pressure molding (magnetic field molding), but this does not lower the density of the sintered magnet, which is the final product. In general, it is difficult for rare earth sintered magnets to achieve a packing density of 47% or more even through pressure molding, and therefore, it can be seen that the difference in packing density of the rare earth magnet raw materials is not significantly different whether by the present invention or by pressure molding. In this case, since partial liquid sintering occurs during the sintering process, there is almost no difference in final sintered density. Even though the packing density of the raw material according to the present invention is somewhat lower than the packing density by pressing, In the two cases, it can be said that there is almost no difference in sintering density and accompanying physical properties.
예시적으로, 분말이 충진되는 4개의 동일한 공간을 갖는 금형을 사용하여 소결자석을 제조하였을 경우, 각각의 공간에 충진된 분말의 소결에 의한 소결자석의 질량편차는 1% 이하로 나타났으며, 이는 서로 다른 공간에 충진된 분말이 전반적으로 유사한 충진밀도를 나타내는 바, 최종 제작되는 소결자석의 품질의 균일성과 재현성(reproducibility)을 확보할 수 있다.For example, when a sintered magnet was manufactured using a mold having four identical spaces filled with powder, the mass deviation of the sintered magnet due to sintering of the powder filled in each space was found to be less than 1%, This means that the powders filled in different spaces have similar overall packing densities, thereby ensuring uniformity and reproducibility of the quality of the final manufactured sintered magnet.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is within the scope of common knowledge in the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications and implementations are possible by those who have, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.
100 : 금형
110 : 금형부
111 : 구획부
120 : 호퍼부
121 : 연장부
200 : 희토류 소결자석 제조장치
210 : 중심축
220, 230 : 지지축
240 : 금형 장착부100: mold 110: mold part
111: compartment 120: hopper section
121: Extension 200: Rare earth sintered magnet manufacturing device
210: central axis 220, 230: support axis
240: Mold mounting part
Claims (14)
상기 충진된 금형에 인공중력을 인가하여 희토류 자석의 원료를 성형하는 단계;
성형된 원료 분말에 자기장을 인가하여 분말을 배향하는 단계; 및
상기 금형과 함께 원료를 열처리하여 상기 원료를 소결함으로써 소결자석을 제조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.Filling a mold with raw materials of rare earth magnets in powder form;
Forming raw materials of rare earth magnets by applying artificial gravity to the filled mold;
Applying a magnetic field to the molded raw powder to orient the powder; and
Manufacturing a sintered magnet by heat-treating the raw material together with the mold and sintering the raw material;
A method of manufacturing a rare earth sintered magnet comprising:
상기 인공중력은 일방향으로 작용되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.According to paragraph 1,
A method of manufacturing a rare earth sintered magnet, characterized in that the artificial gravity acts in one direction.
상기 인공중력은 원심력인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.According to paragraph 2,
A method of manufacturing a rare earth sintered magnet, wherein the artificial gravity is centrifugal force.
상기 소결시 소결온도는 900 ~ 1100 ℃ 인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.According to paragraph 1,
A method of manufacturing a rare earth sintered magnet, characterized in that the sintering temperature during sintering is 900 ~ 1100 ℃.
상기 희토류 자석의 원료를 충진하기 이전에 금형 내에 이형제가 도포되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.According to paragraph 1,
A method of manufacturing a rare earth sintered magnet, characterized in that a release agent is applied to the mold before filling the raw materials of the rare earth magnet.
상기 이형제는 상기 희토류 자석의 원료 및 그 소결체, 그리고 금형과 반응하지 않는 재질인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.According to clause 5,
A method of manufacturing a rare earth sintered magnet, wherein the release agent is a material that does not react with the raw materials of the rare earth magnet, its sintered body, and the mold.
상기 이형제는 희토류 불화물 또는 질화붕소에 용매를 가하여 현탁액의 형태로 제조되어 적용되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.According to clause 6,
A method of producing a rare earth sintered magnet, wherein the release agent is prepared and applied in the form of a suspension by adding a solvent to rare earth fluoride or boron nitride.
상기 희토류 자석용 원료는 NdFeB인 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조방법.According to paragraph 1,
A method of manufacturing a rare earth sintered magnet, characterized in that the raw material for the rare earth magnet is NdFeB.
상기 중심축의 일측에 연결되며, 상기 중심축과 미리 정해진 각도를 이루면서 연장되고, 상기 회전 동력 장치의 구동에 의하여 중심축이 회전되면, 상기 중심축의 주변으로 회전되는 지지축; 및
상기 지지축의 단부에 금형이 장착되는 금형 장착부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치.A central axis connected to the rotary power unit at the top or bottom;
a support shaft connected to one side of the central axis, extending at a predetermined angle with the central axis, and rotating around the central axis when the central axis is rotated by driving the rotary power device; and
a mold mounting portion where a mold is mounted on an end of the support shaft;
A manufacturing device for rare earth sintered magnets comprising a.
상기 지지축의 상기 중심축 연결부와 금형 장착부 사이에 회동부가 더 형성되며,
상기 지지축 중 회동부와 금형 장착부의 구간은,
상기 지지축이 회전되지 않으면 중력방향으로 하향되고, 상기 지지축이 회전되면 회동부를 매개로 원심력에 의하여 중력방향의 반대방향으로 상향되면서 회전되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치.According to clause 9,
A rotating portion is further formed between the central axis connection portion of the support shaft and the mold mounting portion,
The section between the rotating part and the mold mounting part of the support axis is,
When the support shaft is not rotated, it moves downward in the direction of gravity, and when the support shaft rotates, it rotates upward in the direction opposite to the direction of gravity by centrifugal force via the rotating part.
상기 금형은 희토류 자석용 원료가 충진되는 금형부; 및
상기 금형부의 외주부를 일부 또는 전부 감싸며, 충진되는 원료의 여분이 수용되는 호퍼부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치.According to claim 9 or 10,
The mold includes a mold portion filled with raw materials for rare earth magnets; and
a hopper part that partially or completely surrounds the outer periphery of the mold part and accommodates excess of the raw material to be filled;
A manufacturing device for rare earth sintered magnets comprising a.
상기 금형부와 호퍼부가 결합된 후, 상기 금형부와 호퍼부는 수용 용기에 수용되며, 상기 수용 용기가 상기 금형 장착부에 장착되되, 상기 수용 용기 내부는 무산소 분위기를 유지한 상태에서 밀봉되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치.According to clause 11,
After the mold portion and the hopper portion are combined, the mold portion and the hopper portion are accommodated in a receiving container, and the receiving container is mounted on the mold mounting portion, and the inside of the receiving container is sealed while maintaining an oxygen-free atmosphere. A manufacturing device for rare earth sintered magnets.
상기 지지축은 2500 ~ 3500 rpm 의 속도로 회전하여, 분말이 적어도 이론밀도의 35% 이상의 밀도값을 가지도록 충진되는 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석의 제조장치.According to claim 9 or 10,
The support shaft rotates at a speed of 2500 ~ 3500 rpm, and the powder is filled to have a density value of at least 35% of the theoretical density.
인공중력에 의하여 분말이 배향성을 갖도록 성형된 상태에서 소결된 것을 특징으로 하는 희토류 소결자석.Manufactured by the method of any one of claims 1 to 8,
A rare earth sintered magnet characterized in that it is sintered in a state in which the powder is molded to have orientation by artificial gravity.
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