[논문]가스분무로 제조된 NdFeB 합금분말의 강소성변형을 통한 결정립 미세화 및 이방성 제어

조주영; 박상민; 자비드 후세인; 송명석; 김택수

doi:10.5228/kstp.2022.31.3.124

가스분무로 제조된 NdFeB 합금분말의 강소성변형을 통한 결정립 미세화 및 이방성 제어
Control of Grain Refinement and Anisotropy of NdFeB Alloy Powder by Severe Plastic Deformation Fabricated by the Gas Atomization Process 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.31 no.3, 2022년, pp.124 - 128

조주영 (한라캐스트 연구소) , 박상민 (한국생산기술연구원 뿌리기술연구소) , 자비드 후세인 (한국생산기술연구원 뿌리기술연구소) , 송명석 (한국생산기술연구원 뿌리기술연구소) , 김택수 (한국생산기술연구원 뿌리기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

NdFeB magnets have been positioned as the core materials in advanced technologies such as MRI (magnetic resonance imaging), FA (factory automation system), robot, motors, and so on based on the highest magnetic properties. To effectively improve the refined microstructure, the plastic deformation has been known as the good alternatives by the recrystallization. However, it has been regarded as being impossible because of the few slip systems in the RE-Fe-B magnets at room temperature. The purpose of this study was to investigate the possibility of control of grain refinement and magnetic anisotropy of NdFeB alloy powder by the severe plastic deformation. The NdFeB magnet powder was fabricated by gas atomization process, and the powder was pre-compacted at high temperature. The pre-compacted billets were deformed by HPT (high pressure torsion), and then the deformed billets were observed microstructure and magnetic properties. After the HPT process at room temperature, the grain size decreased with increasing because of the melted Nd-rich phase, and the anisotropy of Nd2Fe14B phase was formed after the HPT process.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1 Microstructure of gas atomized Nd_xFe_94-xB₆ powder with composition and powder size. (a) x=12, 10μm, (b) x=12, 30μm, (c) x=12, 50μm, (d) x=14, 10μm, (e) x=14, 30μm, (f) x=14, 50μm.
그림 Fig. 2 Microstructure of Nd12Fe82B6 plates after HPT process (a) 1 GPa, (b) 2 GPa (c) 3 GPa, (d) 4 GPa, (e) 5 GPa and (f) 6 GPa
그림 Fig. 3 Microstructure of Nd14Fe80B6 plates after HPT process (a) 1 GPa, (b) 2 GPa (c) 3 GPa, (d) 4 GPa, (e) 5 GPa and (f) 6 GPa
그림 Fig. 4 Pore ratio and aspect ratio after HPT process with Nd composition (a) pore ratio, (b) aspect ratio.

AI 본문요약
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제안 방법

이후 미세조직의 화상분석 (Image J software)을통해 기공률 및 종횡비를 측정함으로써 강 소성변형 이후 치밀화 및 형상이방성 형성 여부를 확인하였다. 강소성변형 이후 자성특성은 VSM (vibrating sample magnetometer, model : VersaLab VSM, USA) 을통해 측정하였으며 강소성변형을 통한 상온에서의 자석 제조 가능성을 확인하였다.
따라서 본 연구에서는 가스분무된 NdFeB 합금 분말을 활용, 가성형한 뒤 상온에서 강소성변형 방법 중 하나인 HPT (high pressure torsion) 방법을 통해 소성변형을 수행하였고 Nd 함량에 따른 치밀화 정도 및 결정립 미세화, 이방성 형성 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 강소성변형 방법 중 HPT 공정을 이용, 가스분무된 NdFeB 합금 분말을 강 소성 변형하여 자석을 제조하였으며 결정립미세화 및 이방 성형성 효과, 자성특성을 확인함으로써 상온에서의 강 소성변형을 통한 희토류 영구 소성변형 자석 제조가 가능한지 여부를 판단하였고 다음과 같은 결론을 얻었다.
이 후 가 성형된 빌렛을 직경 10 Φ, 높이 1.5mm 로 기계가공 하였으며 소성변형 이후 하중에 따른 미세조직 변화 및 이방성 형성을 확인하기 위해 HPT 장비에 장입하여 2 turn, 1~6 GPa 범위에서 매 1 GPa 씩 하중을 변화 시켜 강소성변형을 수행하였다
강소성변형 이후 판형 시편의 밀도측정은 비중계를 활용하였으며 FE-SEM (model : Jeol, JSM-7100F, Japan) 을 통해 미세조직을 관찰함으로써 결정립 미세화 여부를 관찰하였다. 이후 미세조직의 화상분석 (Image J software)을통해 기공률 및 종횡비를 측정함으로써 강 소성변형 이후 치밀화 및 형상이방성 형성 여부를 확인하였다. 강소성변형 이후 자성특성은 VSM (vibrating sample magnetometer, model : VersaLab VSM, USA) 을통해 측정하였으며 강소성변형을 통한 상온에서의 자석 제조 가능성을 확인하였다.

이론/모형

5mm 로 기계가공 하였으며 소성변형 이후 하중에 따른 미세조직 변화 및 이방성 형성을 확인하기 위해 HPT 장비에 장입하여 2 turn, 1~6 GPa 범위에서 매 1 GPa 씩 하중을 변화 시켜 강소성변형을 수행하였다. 강소성변형 이후 판형 시편의 밀도측정은 비중계를 활용하였으며 FE-SEM (model : Jeol, JSM-7100F, Japan) 을 통해 미세조직을 관찰함으로써 결정립 미세화 여부를 관찰하였다. 이후 미세조직의 화상분석 (Image J software)을통해 기공률 및 종횡비를 측정함으로써 강 소성변형 이후 치밀화 및 형상이방성 형성 여부를 확인하였다.

성능/효과

(1) 상온에서 NdFeB 합금을 강소성변형 한 결과 마찰열로 인해 Nd-rich 상의 용해가 발생되어 액상Nd-rich 흐름을 통해 결정립 미세화 및 치밀화가 발 생함을 확인하였다.
(2) 자성특성을 볼 때 하중에 따라 보자력 및 잔 류자화 값이 개선되어 결정립 미세화 효과 및 이방 성이 형성됨을 확인하였다.

후속연구

(3) 향후 열처리를 통한 응력제거, 결정립계 개선 및 첨가원소 개선 등을 통해 자성특성 향상이 가능 할 것으로 판단된다.
같은 조성에서 나머지 값이 동일하므로, 하중이 증가함에 따라 결정립 미세화 효과로 인해 보자력이 증가했다고 판단할 수 있으며, 밀도 개선 및 이방성 형성으로 인해 잔류자화 값이 향상되었다고 판단할 수 있다. 자성특성의 경우 일반적인 NdFeB 자석과 비교할 때 낮은 값을 가졌는데 이는 강소성변형 중 응축된 응력으로 인한 결과로 보이며 향후 열처리를 통한 응력제거, 결정립계개선 및 합금 첨가원소 개선 등으로 자성특성 향상이 가능할 것으로 판단된다.

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