일반기술

극박형 Fe-Al계 연자성 합금 및 그의 제조 방법

본 발명은 낮은 자심 손실과 고주파에서 우수한 자기적 특성을 나타내는 극박형 Fe-AlrP 연자성 합금 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 말하자면, 본 발명은 각종 전기 전자 장치의 부품으로서 사용되는 연자성 재료로서, 고주파 대역에서 우수한 투자율과 낮은 자심 손실을 갖는 극박형Fe-Al계 초미세 결정립 연자성 합금에 관한 것이다. 최근 전기전자 장치 및 정보 통신기의 고성능화 및 소형화, 경량화가 적극적으로 추진되면서 이들 각종 기기에 사용되는 전원장치의 소형화 및 고효율화가 요구되고 있다. 전원 장치에 사용되는 각종 부품 중 저항기, 콘덴서, 반도체 소자 등은 현재 칩형 부품으로 개발되어 소형화가 많이 진전된 반면에 자기 소자로 사용되고 있는 인덕터 및 소형 변압기 등은 아직도용적이 큰 벌크 형태로 사용되고 있어 소형화 및 경량화의 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 전원 장치에 사용되는 자성부품의경우 구동 주파수를 증가시킴으로써 소형화가 가능한데, 즉 주파수를 증가시키면 코아 단면적과 권선수를 적게 하여 부품의 소형화를 달성할 수 있다. 그러나, 일반적으로 연자성 재료는 고주파 동작 조건하에서는 손실이 크게 증가하여 부품이발열하게 되어 전기 전자 장치의 수명을 단축시키거나, 많은 에너지를 사용하므로 에너지 절약 차원에서도 불리하다. 그러므로, 고주파 동작 조건하에서도 저에너지를 소비하며, 고효율, 저손실의 특성을 갖는 우수한 연자성 재료의 개발이 연자성 부품의 소형,경량화의 관건이라고 할 수 있다. 현재 개발된 비정질 합금은 코발트계 및 철계 비정질 합금으로 대별되는데 이들은각종 전원 장치의 코아 재료로서 사용되고 있으며, 구동 주파수 대역은 수십에서 수백 kHz인 것으로 알려져 있다. 최근에는 각종 전자 기기의 경박 단소화에 따라 전자기기용 전원에 대한 소형화 및 이를 위한 고주파화가 더욱 강하게 요구되고 있으므로, Co계 비정질 합금 박대를 이용한 고주파용 자심의 경우 동작 주파수를 MHz 대역으로 증가시키기 위한연구가 행해져 왔다.이들 연구의 결과로서 통상의 급냉 박대의 두께보다 훨씬 얇은 극박형 Co계 비정질 합금 박대의 제조가 이루어졌는데, 종래 두께의 박대에 비하여 자심 손실 및 고주파 특성이 매우 개선되었다고 보고된 바 있다. 이러한 단점을 개선시키고자 최근에 급냉 응고 방식에 의해 제조된 Fe계 비정질 합금을 결정화 온도 이상에서 열처리하여 Fe의 다량 함유에 따른 높은 포화 자속 밀도를 가짐과 동시에 연자기 변형 특성이 나타나고, 또 우수한 고주파 특성이 얻어지는 현상이 발견되었다. 그러므로, 본 발명자들은 기존의 Fe-Si-B-Cu-Nb계 및 Fe-Zr-B-Cu계에 대응할만한 고포화 자속 밀도 및 고투자율 특성을갖는 새로운 합금에 대해 연구한 결과 Fe-B-M-N-R(여기서, M은 Hf, Zr, Nb 중에서 선택된 한 원소이고, N은 Cu 원소이며,R은 여러 첨가 원소이다)의 합금계에 일정량의 Al을 첨가하면 연자성 특성이 향상되고 결정 자기 이방성이 저하되며 전기저항이 증가하여 고주파 연자기 특성이 향상되는데 주목하여 Al 첨가 Fe계 합금의 극박화를 시도하였다. 그 결과 제조된극박형 Fe-Al계 초미세 결정 연자성 합금이 종래의 극박형 비정질 합금보다는 포화 자속 밀도가 훨씬 높으며, 또한 종래의 초미세 결정 합금에 비해 고주파 특성, 특히 MHz 대역에서 매우 향상된 연자기 특성을 보인다는 사실을 발견하여 본발명을 완성하였다.