[논문]모터 코어용 연자성체의 열처리 특성

이규석; 차현록; 윤철호; 정태욱

모터 코어용 연자성체의 열처리 특성
Characteristics of Heat-Treatment using Soft Magnetic Composites for Motor Core 원문보기

이규석 (한국생산기술연구원 부품소재팀) , 차현록 (한국생산기술연구원 부품소재팀) , 윤철호 (한국생산기술연구원 부품소재팀) , 정태욱 (한국생산기술연구원 부품소재팀)

본 논문은 모터 코어용으로 사용되어지는 연자성체 분말의 열처리 조건에 따른 기계적 특성 및 자기적 특성에 대한 논문이다. 연자성체는 모터 코어 형상 제작이 일반 실리콘 강판에 비해 우수하고 고주파에서 자기적 특성이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 현재 모터 코어용으로 많은 제작이 이루어지고 있다. 이런 연자성체는 압분 압력 및 열처리 조건 등 다양한 제조 공정에 따라 상이한 자기적 특성결과를 가져온다. 따라서 본 논문에서는 다양한 열처리 조건 중에서 연자성체의 각 온도별, holding time별 조건에 대한 자기적 특성 및 기계적 특성을 알아보고, 온도와 holding time에 대해 가장 적합한 연자성체 열처리 조건을 연구하였다. 또한 열처리시료의 재열처리를 통한 시편의 자기적 특성을 연구 제시 하였다.

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문제 정의

하지만 이 SMC, 죽 순철 분말은윤활제의 함량 및 압력, 열처리 조건 등 다양한 제조 공정에 따라 다양한 결과를 나타냄을 알 수 있다. 따라서본 논문에서는 순철 분말(S0MAL0YTM 500 [5])에 윤활제인 Kenolube가 0.5% 함유된 premix된 시료를 가지고각 열처리 조건 및 holding time에 따른 SMC의 자기적특성 및 기계적 특성을 연구하였다.

제안 방법

그림 5는 성형 후 열처리된 시편의 사진이며, 그림 6은 권선 작업을 실시한 시편이다. 권선 작업은 Primary 20tum, Secondary 60tum으로 Primary 권선 사이에 secondary 권선이 3tum씩 위치하도록 권선 작업을 실시한 후 철손을 측정하였다. Primary 권선의 굵기는 0.
적용 하였다. 금형 mold는 외경 25Q 내경 156로 제작 후 금형 내에 분말(Powder)를 삽입하고 고압으로 (796Mpa) 눌러 찍어 내는 방법을 사용하였다. 분말 압분은 UTM 장비를 사용 하였으며 SMC 500ke 분말 2을 금형 내부에 삽입한 후 성형 하였다.
또한 기계적 강도 특성 측정을 위하여 여분의 시편을 각각의 열처리 조건에 맞추어 열처리 한 후 기계적 강도, 즉 항복 강도를 측정하였다. 항복 강도란 시편에 변형이 가기 시작하는 지점을 말하며, 연자성체로 모터 코어제작 시 모터코어가 변형이 되면 안 되기 때문에 기계적강도 또한 연자성체로 모터 코어 제작 시 중요한 부분을차지한다.
분말 압분된 압분체 (SMC₅₀0 Ke 0.5%)를 가지고 대기 중 5t/min 의 승온 속도로 각 온도까지 상승 시킨후 지정한 온도에서 온도 유지시간을 거친 후 고온로 안에서 자연 냉각 시키는 방법을 이용하였다. 온도 상승 시간이란 설정한 온도까지 열을 가하는데 걸리는 시간이며, 온도 유지 시간(Holding timQ이란 동일온도에서 얼마의 시간 동안 열처리를 할 것인지를 나타내며, 온도 하강 시간이란 고온로 내에서 자연 냉각되는 시간을 말한다.
압분된 시료를 위와 같은 조건에서 열처리 후 철손 측정 장비를 이용하여 시편의 자기적 특성을 측정하였다. 철손 측정운 MPG-100D 장비로 측정을 하였으며, 만들어진 시편의 철손 측정을 위하여 아래와 같이 권선 작업을 실시 하였다.
열처리 시 발생 될 수 있는 가공 손실을 최소화 하고 그 영향도를 조사 하기 위해서 열처리된 시료를 재열처리를 실시하였다. 열처리 조건은 앞에서 설정된 5oor 60min조건을 2번 실시하였다.
철손 측정운 MPG-100D 장비로 측정을 하였으며, 만들어진 시편의 철손 측정을 위하여 아래와 같이 권선 작업을 실시 하였다. 그림 5는 성형 후 열처리된 시편의 사진이며, 그림 6은 권선 작업을 실시한 시편이다.
최적 열처리 조건을 선정하기 위해서 본 연구에서는 300t, 40이:, 450C, 5001, 55이, 60(도에서 유지 시간 60분 조건으로 각각 특성을 평가 하였다특히 세밀한 온도에 따른 특성을 고려하기 위해서 600C까지의 미세 구간까지 고려하여 온도별 특성을 측정하였다. 그림에서 알 수 있듯이 철손은 500C에서 가장 낮게 나타나며, 이는 주파수가 다론 조건 50 ~ 500 Hz까지 조건에서도 동일한 특성을 지닌다.
항복 강도란 시편에 변형이 가기 시작하는 지점을 말하며, 연자성체로 모터 코어제작 시 모터코어가 변형이 되면 안 되기 때문에 기계적강도 또한 연자성체로 모터 코어 제작 시 중요한 부분을차지한다. 항복 강도의 측정은 UTM 장비로 실시하였으며 stroke speed를 5mm/min로 일정하게 유지한 다음측정 하였다.

이론/모형

현재 가장 많이 적용 되고 있는 성형 방법인 압분 (Compaction)방법을 적용 하였다. 금형 mold는 외경 25Q 내경 156로 제작 후 금형 내에 분말(Powder)를 삽입하고 고압으로 (796Mpa) 눌러 찍어 내는 방법을 사용하였다.

성능/효과

또한주파수가 높아질수록 철손값의 변화량은 더욱 커지는 것을 알 수 있었다. 기계적 항복 강도 특성은 450C ~ 500t 사이가 가장 높았으며 300t 및 550C이상의 온도에서는강도가 급격히 떨어짐을 알 수 있다.
열처리후와 재열처리후의 철손 비교시 재 열처리후의 철손이 더 나빠짐을 볼 수 있다. 따라서 SMC 500 Ke(0.5%)의 가장 적합한 열처리조건을 정리하자면 온도는 500에서 온도 유지시간은 40')분 사이로 열처리 하는 것이 가장 최적의 조건으로판명 되었다. 그리고 가공 손실의 최소화를 위해 재 열처리를 하는 것은 분말 압분체의 자기적 특성을 더 나쁘게 함으로 재열처리 공정은 재고 되어야 한다고 본다.
이를 통해 미루어 볼 때 열처리 온도는 500C에서 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한주파수가 높아질수록 철손값의 변화량은 더욱 커지는 것을 알 수 있었다. 기계적 항복 강도 특성은 450C ~ 500t 사이가 가장 높았으며 300t 및 550C이상의 온도에서는강도가 급격히 떨어짐을 알 수 있다.
그림에서 알 수 있듯이 철손은 500C에서 가장 낮게 나타나며, 이는 주파수가 다론 조건 50 ~ 500 Hz까지 조건에서도 동일한 특성을 지닌다. 이를 통해 미루어 볼 때 열처리 온도는 500C에서 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한주파수가 높아질수록 철손값의 변화량은 더욱 커지는 것을 알 수 있었다.

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