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고성능 Nd-Fe-B 소결자석 제조를 위한 입계 확산 공정의 개발 방향:
HRE-Rich Shell과 Nd-Rich Phase의 미세구조 제어 기술

한국자기학회지, Volume 31, Number 1, 28 Feb 2021, Pages 39-52
김태훈 * (한국재료연구원 자성재료연구실), 이정구 (한국재료연구원 자성재료연구실)
Abstract
본 논문에서는 최근의 미세구조 분석을 통해 밝혀진 입계 확산 공정 처리된 Nd-Fe-B 소결자석 내 HRE(Heavy Rare-earth)-
rich shell 및 Nd-rich 상의 미세구조적 특징을 기반으로 고성능 Nd-Fe-B 자석 제조를 위한 입계 확산 공정 연구의 개발 방향을
제시한다. 입계 확산 물질에 따른 소결자석 내부에서의 HRE 원소의 확산거동 차이를 규명하였고, 입계 확산 공정 동안의 Ndrich
입계상의 구조/화학적 변화를 체계적으로 분석하였다. SEM, HAADF-STEM, EDS, WDS를 이용한 면밀한 미세구조 관찰을
통해서, i) HRE 원자의 고상 확산, ii) chemically induced liquid film migration(CILFM)이라는 두 가지 관점에서의 HRE-rich
shell의 형성 기구를 제시하였고, 이를 통해 입계 확산 공정 이후에 HRE-rich shell이 소결자석 내 입계상을 따라 비대칭적으로
형성되는 이유를 규명하였다. 현재까지의 연구 결과들을 토대로, 입계 확산 공정을 통해 Nd-Fe-B 소결자석의 보자력을 더욱 향
상시킬 수 있는 미세구조 제어 기술을 제안해 보고자 한다.

We propose a guideline on development of grain boundary diffusion process for high-performance Nd-Fe-B sintered magnets based
on recent analytical works revealing the microstructural characteristics of HRE (Heavy Rare-earth)-rich shells and Nd-rich phases in
grain boundary diffusion processed magnets. A different diffusion behavior of HRE within the magnets depending on the type of
diffusing materials was characterized, and the systematic changes in structure and chemistry of the Nd-rich grain boundary phases
during the grain boundary diffusion process were analyzed. Through a detailed microstructure observation using the SEM and
HAADF-STEM combined with the EDS and WDS, the formation mechanism of HRE-rich shell could be established from two
perspectives: i) solid diffusion of HRE atoms and ii) chemically induced liquid film migration (CILFM). Thereby, the origin of the
asymmetric feature of HRE-rich shells along the grain boundary phases was also clarified. Based on the results from microstructure
characterization, a microstructure control technique for further improving the coercivity of Nd-Fe-B sintered magnets by the grain
boundary diffusion process will be proposed.
Keywords: Nd-Fe-B 소결자석; 입계 확산 공정; HRE-rich shell; Nd-Fe-B sintered magnets; grain boundary diffusion process; HRE-rich shell
DOI: https://doi.org/10.4283/JKMS.2021.31.1.039