중국의 소결 알니코 자석

소결 AlNiCo 자석의 단계별 제조 공정

1. 원료 준비 및 분말 생산

이 공정은 주조 AlNiCo와 유사한 고순도 원료, 즉 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 알루미늄(Al)과 구리(Cu) 또는 니오븀(Nb)과 같은 첨가제로 시작됩니다. 이 원료들은 용광로에서 용해되어 합금 잉곳을 형성합니다.

• 그런 다음 잉곳을 분무(가스 또는 물 분사)하거나 기계적으로 분쇄하여 미세 분말(입자 크기: 1~10마이크론)로 만듭니다. 이를 통해 균일한 분말 혼합물이 생성됩니다.
• 균일한 분포를 위해 분말을 체질하고 혼합하는데, 압축을 돕기 위해 결합제나 윤활제를 첨가하는 경우가 많습니다.

재밌는 사실: 분말의 품질이 중요합니다. 오염이 있으면 최종 자석의 특성이 약해질 수 있습니다.

2. 혼합 및 압축

분말을 블렌더에서 완전히 혼합하여 균질한 합금 조성을 얻습니다. 유동성을 높이기 위해 소량의 유기 결합제(예: 파라핀)를 첨가할 수 있습니다.

• 그런 다음 혼합물을 유압 프레스 또는 등압 프레스기를 사용하여 고압(일반적으로 500~1,000 MPa)으로 압축합니다. 이렇게 하면 "그린" 콤팩트, 즉 깨지기 쉬운 형상의 프리폼(예: 디스크, 실린더 또는 맞춤형 형상)이 형성됩니다.
• 압축 밀도가 핵심입니다. 균열 없이 소결할 수 있도록 이론 밀도 60-70%를 목표로 합니다.

이 단계에서는 자석을 녹이지 않고 모양을 만들 수 있어 복잡한 기하학적 형태에 적합합니다.

3. 소결

그린 컴팩트는 제어 분위기로(대개 진공 또는 수소 분위기로) 가열되어 합금의 녹는점(약 1,500°C)보다 낮은 1,200~1,300°C까지 가열됩니다. 이렇게 하면 입자들이 확산을 통해 결합되어 재료의 밀도가 95~99%로 높아집니다.

• 소결 시간: 1~4시간, 이후 열응력을 방지하기 위해 천천히 냉각합니다.
• 이방성 소결 AlNiCo(덜 일반적임)의 경우, 소결 중에 자기장을 가해 입자를 정렬합니다.

그 결과, 미세 구조가 정교하게 다듬어진 단단하고 다공성이 없는 자석이 탄생했습니다.

4. 열처리 및 어닐링

자기적 특성을 최적화하기 위해 소결된 조각은 열처리를 거칩니다.

• 솔루션 어닐링: 1,200°C까지 가열하여 각 상을 균일하게 용해시킵니다.
• 제어된 냉각 및 노화: 담금질 또는 천천히 냉각한 후 500~600°C에서 시효 처리하여 자성 침전물(예: Fe-Co 상)을 형성합니다.
• 냉각 중 자기장을 적용하면 방향성 자기에 대한 보자력과 잔류 자기력이 향상됩니다.

이를 통해 결정 구조가 개선되어 모양을 바꾸지 않고도 성능이 향상됩니다.

5. 가공 및 마무리

소결된 AlNiCo는 그린 컴팩트보다 밀도가 높고 단단하므로 최종 성형에는 연삭, EDM(방전 가공) 또는 다이아몬드 공구가 사용됩니다.

• 정밀한 허용 오차(하이엔드 애플리케이션의 경우 ±0.01mm)를 달성하기 위해 과도한 재료를 제거합니다.
• 표면을 광택 처리하고, 부식을 방지하기 위해 보호 코팅(예: 에폭시 또는 니켈 도금)을 적용합니다.

이 단계를 거치면 자석이 센서나 릴레이와 같은 장치에 완벽하게 들어맞게 됩니다.

6. 자화 및 품질 테스트

완성된 작품은 강력한 전자석이나 커패시터 방전 시스템을 사용하여 자화되어 도메인을 영구적으로 정렬합니다.

• 테스트에는 투과율계나 히스테리시스 그래프와 같은 도구를 사용하여 자속(Br), 보자력(Hc), 에너지 곱을 측정하는 작업이 포함됩니다.
• 균열, 밀도, 균일성에 대한 비파괴 검사를 통해 ASTM이나 ISO와 같은 표준을 준수하는지 확인합니다.

승인된 자석은 종종 자기소거 보호 기능이 있는 포장으로 포장됩니다.