자장중 열처리가 Fe-B-Si 비정질 권철심의 자기적 성질에 미치는 영향

Abstract

1. Metglas 2605-S2의 열적, 자기적 특성 $Fe_{78}B_{13}Si_9$ 비정질 합금의 열적, 자기적 특성을 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) DTA 분석 결과 결정화는 2단계로 이루어짐을 알았는데, X-ray diffraction pattern 분석에 의해 첫째 peak는 α-(Fe, Si), 둘째 peak는 $Fe_2B$의 결정화에 기인하는 것으로 밝혀 졌으며 Augis-Benett plot에 의해 구한 결정의 활성화 에너지는 각각 94.11 kcal/mole (α-(Fe,Si)), 79.44 kcal/mole($Fe_2B$) 이었다. 2) As-quenched 시편은 square B-H loop을 나타냈는데 이는 시료내부에 불균일한 응력이 크게 걸려서 domain wall의 고착이 일어나기 때문으로 생각된다. 3) Wound core를 무자장에서 등온 열처리 했을 때 Curie temp.(415℃) 바로 밑에서 열처리 한 경우가 가장 좋은 자기적 특성을 나타내었다. 4) 420℃ 이하에서 annealing한 시료의 전기저항이 annealing 시간에 따라서 완만하게 감소하는 것은 구조완화에 기인하는 것이며 450 ~ 540℃에서 annealing한 시료의 annealing 시간에 따른 급격한 전기 저항의 감소는 결정상의 생성 및 성장에 의한 것으로 사료된다. 5) 결정화 과정에서 생성된 α-(Fe, Si)은 수지상의 BCC 구조를 $Fe_2B$는 실린더 형태의 BCT 구조를 가지고 있다. 2. Wound core의 자기특성에 미치는 자장중 열처리 효과 $Fe_{78}B_{13}Si_9$ 비정질 wound core의 자장중 열처리 효과에 대한 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 일정 응력하에서의 longitudinal field annealing 효과 a) 자장중 열처리에 의하여 무자장 열처리한 경우보다 coercive force는 50%, core loss(1.2 T/60 Hz)는 60%의 감소효과가 있었다. b) 10 Oe의 자장중에서 열처리 했을 때 380℃ ~ 390℃의 열처리 온도에서 가장 우수한 특성을 얻을 수 있었는데 이는 이 조건에서 uniaxial induced magnetic anisotropy가 가장 크게 유도돼 180℃ domain wall의 형성이 용이했기 때문인 것으로 사료된다. c) 자장중 열처리한 시편이 무자장 열처리한 시편에 비해 core loss가 최소가 되는 annealing 온도가 20 ~ 30℃ 낮아졌는데 이는 field 효과에 의한 원자확산의 촉진에 기인하는 것으로 생각된다. d) 상용주파수 영역에서는 total core loss에서 hysteres loss가 차지하는 비중이 eddy current loss에 비하여 훨씬 커서 70 ~ 80%이다. 따라서 coercive force의 크기가 total core loss에 크게 영향을 미친다. 2) Field annealing angle에 따른 특성 변화 Field annealing angle(φ)을 0˚ ~ 80˚ 까지 변화 시키면서 일정자장 (10 Oe), 적정 열처리 온도 (380℃, 2 h) 에서 annealing한 결과 φ = 20˚ ~ 30˚에서 가장 낮은 core loss를 가져서 φ = 0˚ 일때 보다 12%정도 감소하였다. 이러한 특성향상은 180˚ domain wall의 misorientation 감소에 기인하는 것으로 생각된다. 3) Strain 효과 Longitudinal field(10 Oe)로 380℃에서 2시간 동안 bobbin dia.로 응력을 변화 시키면서 annealing하여 응력변화에 따른 특성 변화를 관찰하였다. bobbin dia.가 커질 수록 core loss 및 coercive force가 감소하는데 이는 비정질 ribbon이 받는 toroidal 응력이 작아질 수록 자장중 열처리에 의한 일축유도 이방성의 형성이 용이해져 180˚ domain wall의