[논문]분말입도에 따른 Nd-Fe-B 소결자석의 미세조직 변화 및 자기적 특성

신동원; 김동환; 박영철; 김정곤

doi:10.4150/kpmi.2016.23.6.447

분말입도에 따른 Nd-Fe-B 소결자석의 미세조직 변화 및 자기적 특성
Microstructure and Magnetic Properties of Nd-Fe-B Sintered Magnet with the Variation of Particle Size 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.23 no.6, 2016년, pp.447 - 452

신동원 (인천대학교 신소재공학과) , 김동환 (성림산업(주) R&D 연구소) , 박영철 (성림산업(주) R&D 연구소) , 김정곤 (인천대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B) sintered magnets have excellent magnetic properties such as the remanence, coercive force, and the maximum energy product compared to other hard magnetic materials. The coercive force of Nd-Fe-B sintered magnets is improved by the addition of heavy rare earth elements such as dysprosium and terbium instead of neodymium. Then, the magnetocrystalline anisotropy of Nd-Fe-B sintered magnets increases. However, additional elements have increased the production cost of Nd-Fe-B sintered magnets. Hence, a study on the control of the microstructure of Nd-Fe-B magnets is being conducted. As the coercive force of magnets improves, the grain size of the $Nd_2Fe_{14}B$ grain is close to 300 nm because they are nucleation-type magnets. In this study, fine particles of Nd-Fe-B are prepared with various grinding energies in the pulverization process used for preparing sintered magnets, and the microstructure and magnetic properties of the magnets are investigated.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 Nd-Fe-B 자석의 보자력을 향상시키기 위해서 소결자석의 제조 시 미세한 분말을 이용하여 미세조직을 개선시키는 실험을 진행하였다. Nd-Fe-B 합금 분말은 Dy 2 wt.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 Nd-Fe-B 자석의 보자력을 향상시키기 위해서 소결자석의 제조 시 미세한 분말을 이용하여 미세조직을 개선시키는 실험을 진행하였다. Nd-Fe-B 합금 분말은 Dy 2 wt.%가 첨가된 조성으로 먼저 Nd-Fe-B 합금 스트립(strip)을 제조하였고, 수소취화(hydrogen decrepitation) 및 젯밀(jet-milling)을 이용하여 단자구 크기에 가깝게 수 μm의 매우 미세한 분말로 분쇄하였다. 분쇄된 분말은 자장성형 후 소결 및 열처리를 진행하여 소결자석으로 제조하였으며, 제조된 소결자석의 결정구조, 미세조직 및 자기적 특성을 측정하여 합금의 미세분말이 Nd-Fe-B 소결자석의 자기적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.
%가 첨가된 조성으로 먼저 Nd-Fe-B 합금 스트립(strip)을 제조하였고, 수소취화(hydrogen decrepitation) 및 젯밀(jet-milling)을 이용하여 단자구 크기에 가깝게 수 μm의 매우 미세한 분말로 분쇄하였다. 분쇄된 분말은 자장성형 후 소결 및 열처리를 진행하여 소결자석으로 제조하였으며, 제조된 소결자석의 결정구조, 미세조직 및 자기적 특성을 측정하여 합금의 미세분말이 Nd-Fe-B 소결자석의 자기적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.

대상 데이터

본 연구에서 실험은 Nd₃₁Dy₂Fe₆₆B₁ wt.% 합금 조성을 이용하였고 스트립주조공정(strip-casting)으로 주조하였다. 스트립주조공정은 고진공(10^-4 torr) 및 고순도 아르곤(Ar)가스 분위기에서 고주파 용해로를 이용하여 합금을 용융시킨 후 1.

성능/효과

02 T가 감소하였고 잔류자화와 같은 경향성으로 최대에너지적은 9 kJ/m³가 감소했다. 미세한 분말을 이용하여 소결자석을 제조한 결과, 보자력은 크게 향상시킬 수 있었지만 미세하게 잔류자화가 감소하는 결과를 얻었고 이에 따라 최대에너지적값이 감소하였다. 이러한 원인을 분석하기 위해서 추가적으로 분말과 소결체의 산소농도 분석 또는 소결자석의 배향도를 확인할 수 있는 실험이 필요한 것으로 판단된다.

후속연구

미세한 분말을 이용하여 소결자석을 제조한 결과, 보자력은 크게 향상시킬 수 있었지만 미세하게 잔류자화가 감소하는 결과를 얻었고 이에 따라 최대에너지적값이 감소하였다. 이러한 원인을 분석하기 위해서 추가적으로 분말과 소결체의 산소농도 분석 또는 소결자석의 배향도를 확인할 수 있는 실험이 필요한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세조직 관점에서 Nd-Fe-B 자석의 미세조직을 개선시킬 때 보자력이 향상되는 이유는?	그러나 앞서 언급한 대체원소는 네오디뮴과 반강자성(antiferromagnetism) 결합을 형성하여 자석의 잔류자화를 감소시키고 자성을 저하시킴에 따라[7] 그 대안으로 소결자석의 미세조직을 개선시키는 연구를 진행 중에 있다[8, 9, 12]. 미세조직 관점에서, Nd-Fe-B의 보자력은 강자성상인 Nd2Fe14B가 결정립계(grain boundary)에 존재하는 Nd-rich상의 균일한 분포에 의해서 효과적으로 고립(isolation)되고 주상(matrix phase)인 Nd2Fe14B 결정립(grain)이 단자구(single magnetic domain) 크기인 300 nm에 가까울수록 결정립 내 역자구(reverse domain) 형성이 억제되어 보자력이 향상된다[6,10-14].
	Nd-Fe-B 합금의 특징은?	1984년 M. Sagawa에 의해서 발표된 Nd-Fe-B 합금[1]은 잔류자화(remanence), 보자력(coercive force)이 매우 높은 자성 재료로써 1990년대부터 상용화되기 시작했다[2]. 이론적으로 최대 450 kJ/m3의 최대에너지적(maximum energy product) 값을 갖는 Nd-Fe-B 자석은 컴퓨터 하드디스크의 보이스코일모터(voice coil motor), 자기공명영상장치(magnetic resonance imaging)와 같은 각종 전자 및 의료기기 부품에 사용되어 왔고[3], 최근에는 전기 자동차 및 각종 발전의 발전기 모터 등에 사용되고 있다[3-5].
	기존 Nd-Fe-B 자석보다 더 높은 보자력을 얻기 위한 연구는?	이론적으로 최대 450 kJ/m3의 최대에너지적(maximum energy product) 값을 갖는 Nd-Fe-B 자석은 컴퓨터 하드디스크의 보이스코일모터(voice coil motor), 자기공명영상장치(magnetic resonance imaging)와 같은 각종 전자 및 의료기기 부품에 사용되어 왔고[3], 최근에는 전기 자동차 및 각종 발전의 발전기 모터 등에 사용되고 있다[3-5]. 이러한 Nd-Fe-B 자석은 기존보다 더 높은 보자력을 얻기 위해 네오디뮴 일부를 디스프로슘(Dy, dysprosium) 및 터븀(Tb, terbium)과 같은 희토류(rare earth) 원소로 대체하여 Nd-Fe-B의 자기결정이방성을 증가시키는 연구를 진행해왔다[6]. 그러나 앞서 언급한 대체원소는 네오디뮴과 반강자성(antiferromagnetism) 결합을 형성하여 자석의 잔류자화를 감소시키고 자성을 저하시킴에 따라[7] 그 대안으로 소결자석의 미세조직을 개선시키는 연구를 진행 중에 있다[8, 9, 12].

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