고융점 금속 첨가에 의한 HREE-free Nd-Fe-B 소결 자석의 결정립미세화 및 자성특성에 관한 연구

Abstract

영구자석 중 Nd-Fe-B 소결자석은 1983년에 개발된 이후 현재 까지 가장 강한 영구자석으로 알려져 있다. 높은 자기적 특성으로 인해 산업소재에서 제품의 소형화와 경량화를 충족시킬 수 있는 재료로써 미래형 자동차, 전동기, 발전기 그린 에너지 등 차세대 성장동력산업에서 고 특성 자성 재료로 각광받고 있다. 하지만 Nd-Fe-B 소결자석은 낮은 큐리온도 (310℃~340℃) 및 열적안정성이 취약한 단점을 가지고 있어 이를 개선하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. Nd-Fe-B 소결자석의 단점을 개선하기 위해서는 재료의 이방성자계를 높여서 보자력을 향상시키는 것이 필요하다. 일반적으로 보자력을 향상시키게 되면 열화가 진행되더라도 구동온도에서 필요한 자성특성을 나타낼 수 있어 Nd-Fe-B 자석의 단점을 개선할 수 있다. 이러한 보자력을 향상시키기 위한 연구로는 미세구조를 제어를 통해 향상시킬 수 있으며 미세구조 제어 요소 중에서 결정립 크기는 보자력과 반비례관계를 갖는다. 즉 결정립 크기가 단자구(Single domain)에 가까울수록 보자력은 증가하여 결정립크기를 줄여야만 한다. 하지만 Nd-Fe-B 소결자석은 고온에서 장시간 소결공정을 통해 제조가 되기 떄문에 소결공정 중 결정립 성장이 발생하여 결정립 크기가 증가하게 되고 이로 인해 보자력은 감소하게 된다. 이에 본 연구에서는 소결공정중 계면에 고융점금속을 선택적으로 형성 시켜 잔류자속밀도 감소를 최소화하면서 결정립 성장 억제 하여 보자력을 증가 시키고자 코팅 시 불순물의 영향이 없으며 얇은 두께의 코팅이 가능한 물리적 증착방법인 스퍼터링 코팅 공정을 통해 고융점금속을 분말의 표면에 코팅된 형상의 분말을 제조 하였으며 이를 소결 완료 후 계면에 선택적으로 형성된 고융점 금속과 자성특성과의 관계를 고찰하고자 하였다.