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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 그림 3은 NdFeB 소결자석의 제조함에 있어 Nd-rich의 미세구조를 변화 시켜 보자력을 증가시키는 개선된 소결공정의 모식도이다. 개선된 소결 공정을 통하여 등온소결시의 불균일한 미세구조 및 국부적으로 삼중점에 존재하는 액상인 Nd-rich의 미세구조를 고르게 분포하는 목적으로 연구를 수행하였다.
• Nd-Fe-B 소결자석은 1980년대에 등장한 이래 현재까지 최고성능의 영구자석으로 각광 받으며, 우수한 자기특성으로 인해 전자기기, 자동차 및 의료기기 등 산업 전반에 사용되고 있다. 본 연구에서는 보다 우수한 자성특성을 가지는 소결 자석을 제조하고자 소결공정 변화를 통한 미세구조 변화를 유도 하였으며, 이에 따른 고보자력 (Nd,Dy)-Fe-B 자성분말의 소결거동과 균일한 미세구조를 가지는 최적의 소결조건을 제시하였으며, 이에 따른 자성특성을 측정하였다.

제안 방법

• 1) 고보자력 (Nd, Dy)-Fe-B 소결자석의 제조를 위한 소결 공정 변화를 통화여 미세구조를 유도하였고 진 밀도를 가지는 (Nd, Dy)-Fe-B 소결자석을 제조하였다. 이러한 Two-step 소결 공정은 결정립 크기를 효과 적으로 제어하였으며, 불규칙한 입자성장을 최소하여 그 보자력이 약 3kOe 증가하였다.
• XRD, EDS, SEM 을 이용하여 상분석 및 미세조직 관찰 하였다. B-H loop tracer를 이용해 상온에서의 자성특성을 평가하였다.
• 이러한 분말을 150 MPa의 압력으로 일축자장성형을 한 후, 10-6 torr 이하의 진공 분위기에서 다양한 소결공정을 적용하여진 밀도를 가지는 시편을 제조 하였다. SEM 을 이용하여 미세조직 관찰 하였으며 소결시편의 밀도는 아르키메데스 법을 이용하여 측정하였고, 결정립 크기를 측정하기 위하여 시편을 연마한 후 단면을 관찰하여 이미지분석을 실시하였다. XRD, EDS, SEM 을 이용하여 상분석 및 미세조직 관찰 하였다.
• SEM 을 이용하여 미세조직 관찰 하였으며 소결시편의 밀도는 아르키메데스 법을 이용하여 측정하였고, 결정립 크기를 측정하기 위하여 시편을 연마한 후 단면을 관찰하여 이미지분석을 실시하였다. XRD, EDS, SEM 을 이용하여 상분석 및 미세조직 관찰 하였다. B-H loop tracer를 이용해 상온에서의 자성특성을 평가하였다.
• %)의 조성을 가지는 자성분말을 제조하였다. 이러한 분말을 150 MPa의 압력으로 일축자장성형을 한 후, 10-6 torr 이하의 진공 분위기에서 다양한 소결공정을 적용하여진 밀도를 가지는 시편을 제조 하였다. SEM 을 이용하여 미세조직 관찰 하였으며 소결시편의 밀도는 아르키메데스 법을 이용하여 측정하였고, 결정립 크기를 측정하기 위하여 시편을 연마한 후 단면을 관찰하여 이미지분석을 실시하였다.
• 보자력은 미세구조와 결정립의 크기와 밀접한 관계를 가지고 있어, 비자성상인 Nd-rich 상이 Nd2Fe14B 상간의 미세구조를 개선시키고 결정립 성장을 억제시킴으로써 보자력의 향상을 가져올 수 있다. 입자성장과 비정상적으로 큰 결정립 생성을 억제하는 것을 목적으로 Two-step 소결을 적용 하여 미세 결정립을 가지는 Nd-Fe-B 소결자석을 제조하였다.

대상 데이터

• Nd₁₃Dy₂Fe₇₆.2TM2.8B6(TM=Co, Cu, Al, Nb; at.%)의 조성을 가지는 자성분말을 제조하였다. 이러한 분말을 150 MPa의 압력으로 일축자장성형을 한 후, 10-6 torr 이하의 진공 분위기에서 다양한 소결공정을 적용하여진 밀도를 가지는 시편을 제조 하였다.

성능/효과

• 2) Nd-rich의 미세구조를 개선하는 목적으로 수행된 개선된 소결공정은 등온소결공정에 비해 보자력이 약 1.5 kOe 정도 증가한 결과를 나타내었으며 Nd-rich의 미세구조 제어를 통하여 보자력 값을 향상시킬 수있음을 확인하였다.
• 그 결과 보자력은 개선된 소결 공정 적용시 27.77 kOe에서 29 kOe로 약 1.5 kOe 증가하였다. 이는 개선된 소결공정 중 액상의 이동을 통하여 결정립계에 Nd-rich가 균일하게 분포함으로써 인접한 Nd₂Fe₁₄B상간의 자기 교환 결합 작용을 억제 하여 효과적으로 자장절연체 역할을 하였기 때문으로 판단된다.
• 그 결과 평균 결정립크기는 등온소결시 8.4 µm, Two-step 소결시 결정립 크기를 효과적으로 제어 하여 5.8 µm의 결정립 크기를 가지는 소결자석을 제조하였으며, 등온소결시 관찰 되었던 불균일한 입자 성장 또한 감소하였다.
• 그에 따른 자성특성 변화는 그림 2에 나타내었다. 보자력은 등온소결시에는 약 23.3 kOe, Two-step 소결 공정 시에는약 26 kOe로 측정되었으며, 이러한 미세구조 변화는 보자력 값이 증가하는 원인으로 판단되었다.

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