열간 등방압 가압(HIP) 장비는 동시 고온 및 고압을 가하여 내부 결함을 제거함으로써 적층 제조된 자기 코어를 근본적으로 향상시킵니다. 이 공정은 잔류 미세 기공을 물리적으로 닫아 재료의 자기 투자율을 직접적으로 증가시키고 자기벽 고정이라고 알려진 간섭을 줄입니다.
내부 다공성을 효과적으로 치유함으로써 HIP는 더 밀집되고 균일한 재료 구조를 만듭니다. 이러한 물리적 공극의 제거는 자기 흐름을 방해하는 장벽을 제거하여 처리되지 않은 적층 제조 부품에 비해 우수한 자기 성능을 발휘합니다.
밀화 메커니즘
잔류 결함 제거
적층 제조는 종종 부품 내부에 미세한 공극, 가스 기공 또는 융합 부족(LOF) 결함을 남깁니다. HIP 장비는 퍼니스를 사용하여 열과 압력(아르곤과 같은 불활성 가스 사용)을 동시에 적용하여 이를 해결합니다.
기공 폐쇄의 물리학
이러한 극한 조건에서 재료는 소성 변형, 크리프 및 확산을 겪습니다. 이로 인해 내부 공극이 붕괴되고 닫히면서 재료가 효과적으로 치유됩니다. 결과적으로 상대 밀도가 99.9%를 초과할 수 있는 부품이 만들어집니다.
자기 성능에 미치는 영향
자기 투자율 향상
자기 코어의 이러한 밀화의 주요 이점은 자기 투자율의 상당한 증가입니다. 투자율은 자기장이 재료를 얼마나 쉽게 통과할 수 있는지를 측정합니다.
자기벽 고정 감소
다공성은 자기 도메인에 장애물 역할을 합니다. 자기벽 고정이라고 하는 현상에서 도메인 벽은 미세 기공에 "걸려서" 재료를 자화하기 위해 더 많은 에너지가 필요합니다. 이러한 기공을 제거함으로써 HIP는 도메인 벽이 자유롭게 움직이도록 하여 히스테리시스 손실을 줄이고 효율성을 개선합니다.
절충안 이해
공정 복잡성 및 비용
HIP는 특수 산업용 등급 장비가 필요한 추가적이고 별도의 후처리 단계입니다. 인쇄 또는 단순 소결 후 부품을 직접 사용하는 것에 비해 제조 워크플로에 시간과 비용이 추가됩니다.
미세 구조 변경
밀화는 일반적으로 긍정적이지만, 관련된 고온은 입자 조대화와 같은 미세 구조 변형을 유발할 수 있습니다. 연성에 종종 유익하지만, 엔지니어는 이러한 변화가 코어 응용 분야의 특정 자기 요구 사항과 일치하도록 해야 합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
제조 워크플로에 HIP를 통합할지 여부를 결정하는 것은 특정 성능 목표에 따라 달라집니다.
- 주요 초점이 최대 자기 효율인 경우: HIP를 사용하여 다공성으로 인한 도메인 벽 고정을 제거하여 투자율을 극대화하고 코어 손실을 줄입니다.
- 주요 초점이 기계적 내구성이인 경우: HIP를 사용하여 융합 부족 결함을 치유하고 밀도를 높여 피로 수명과 구조적 무결성을 크게 연장합니다.
자기 흐름을 방해하는 미세 결함을 제거함으로써 HIP는 인쇄된 부품을 고성능 자기 부품으로 변환합니다.
요약 표:
| 특징 | HIP 처리의 영향 | 자기 코어에 대한 이점 |
|---|---|---|
| 다공성 | 미세 기공 및 공극 제거 | 재료 밀도를 99.9% 이상으로 증가 |
| 투자율 | 흐름에 대한 장애물 감소 | 훨씬 높은 자기 투자율 |
| 도메인 벽 | 자기벽 고정 최소화 | 히스테리시스 손실 및 에너지 소비 감소 |
| 구조 | 융합 부족 결함 치유 | 향상된 기계적 내구성 및 피로 수명 |
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참고문헌
- Hans Tiismus, Tatjana Dedova. Laser Additively Manufactured Magnetic Core Design and Process for Electrical Machine Applications. DOI: 10.3390/en15103665
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