전산모사를 이용한 NdFeB계 희토류 자석의 열처리 거동 연구

국문 초록 (Abstract)

오늘날 희토류는 IT첨단산업분야에서 없어서는 안 될 매우 중요한 소재이다. 반도체, 스마트폰, TV, 의료기기, 전기자동차 등 기계, 전자, IT 제품 외에도 태양광, 전기자동차, 풍력발전 터빈 등의 청정에너지 산업에서도 핵심적인 재료로 활용되고 있어 수요가 나날히 증가하고 있다. 그러나, 희토류의 지각내 매장량이 적고, 지리적 편중성이 높아 전량 수입에 의존하고 있어 수급이 원활하지 못하다. 이를 해결하고자, 희토류의 저감 및 재활용 관련 기술이 연구되고 있으며 그 중 NdFeB계 영구자석의 재활용 기술이 가장 활발히 연구되고 있다. 그러나, 대부분 습식공정으로, 공정이 복잡하고 사용하는 약품과 발생되는 폐수로 인한 환경오염 문제와 공정 중 소요되는 에너지를 고려하여 더 간단한 재사용 기술에 대한 연구가 필요하다 판단된다. 폐 NdFeB 영구자석은 모든 공정에 앞서 취급의 용이성을 위해 자성을 완전히 제거하는 탈자 공정을 거치는데 통상 큐리온도 이상의 온도를 가하여 탈자한다. 이 때, Nd 자석은 고온의 열처리로 표면 및 자석 내부가 산화되어 영구적으로 자기적 특성이 손상이 발생하여 재사용이 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 실제 열처리와 전산모사를 병행하여 NdFeB 자석의
손상없는 탈자 열처리 조건을 연구하고, 탈자된 Nd 자석을 다시 착자하여 Nd 자석의 재사용 가능성 여부를 확인하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Today, rare earth elements are indispensable and very important materials in the high-tech IT industry. In addition to machinery, electronics, and IT products such as semiconductors, smartphones, TVs, medical devices, and electric vehicles, it is also used as a key material in the clean energy industry such as solar power, electric vehicles, and wind turbines, and demand is increasing day by day.
However, due to the low amount of rare earth reserves in the earth's crust and high geographical concentration, the entire amount is dependent on imports, making supply and demand difficult. In order to solve this problem, research is being conducted on technologies related to the reduction and recycling of rare earth elements, and among them, the recycling technology of NdFeB-based permanent magnets is being studied most actively. However, most of them are wet processes, and the process is complicated, and
considering the environmental pollution problem caused by the chemicals used and wastewater generated, and the energy required during the process, it is judged that research on simpler reuse technologies is necessary.
Waste NdFeB permanent magnets undergo a demagnetization process that completely removes magnetism for ease of handling prior to all processes, and is usually demagnetized by applying a temperature higher than the Curie temperature. At this time, the surface and inside of the Nd magnet are oxidized due to high-temperature heat treatment, which permanently damages magnetic properties, making it difficult to reuse.
Therefore, in this study, the conditions for demagnetization heat treatment without damage of NdFeB magnets are studied through actual heat treatment and computer simulation, and the demagnetized Nd magnet is remagnetized to confirm the reusability of the Nd magnet.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• 1. 연구의 배경 및 목적
• Ⅱ. 이론적 배경
• 1. NdFeB 영구자석의 종류 및 표면 보호 구조
• 2. 영구자석의 착자와 탈자
• 3. 탈자 열처리 시 전산모사의 열전달 지배방정식
• Ⅲ. 실험 방법
• 1. 시편 및 시편의 분석
• 2. Nd 자석의 자속밀도 측정
• 3. Nd 자석의 실제 열처리
• 4. Nd 자석의 열 이력 검토를 위한 열처리 전산모사
• 5. 탈자된 Nd 자석의 착자
• Ⅳ. 결과 및 고찰
• 1. Nd 자석의 대기 분위기 열처리 시 열 이력 검토
• 2. Nd 자석의 질소 분위기 열처리 시 열 이력 검토
• 3. Nd 자석의 모재 및 도금층 분석
• 4. 탈자 열처리 후 Nd 자석의 표면 건전성 분석
• 5. 탈자 열처리 후 Nd 자석의 착자
• Ⅴ. 결 론