KR20070107757A - Method of melting alloy containing high-vapor-pressure metal - Google Patents
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Abstract
Description
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본 출원은, 2005년 3월 2일에 출원된 일본 특허출원 2005-56985호를 기초 출원으로서, 우선권 주장하는 출원이다.This application is an application which claims priority as a basic application to Japanese Patent Application No. 2005-56985 for which it applied on March 2, 2005.
본 발명은 Mg, Ca, Li, Zn, Mn 및 Sr 등의 융점과 비점이 낮으며, 높은 증기압을 가지는 금속을 함유하는 합금을, 용해법에 의해 제조할 때의 용해방법에 대하여 제안하는 것이다.The present invention proposes a melting method for producing an alloy containing a metal having a low melting point and boiling point such as Mg, Ca, Li, Zn, Mn, and Sr and having a high vapor pressure by a dissolution method.
Mg, Ca, Zn 및 Li 등으로 대표되는 금속이나 이들 금속을 포함하는 합금은, 철 등의 전이금속이나 그들의 합금 등과 비교하면 경량이며 비강도(tenacity)가 높은 점으로부터, 구조 재료나 기능성 재료로서의 응용이 널리 기대되고 있다. 그 중에서도 Mg 및 Ca는 지각이나 해수 중에 풍부하게 존재하여, 저비용인 점, 또한 인체에 악영향을 미치지 않는 점으로부터, 그 이용 확대로의 기대가 크다. Metals represented by Mg, Ca, Zn, Li, and the like and alloys containing these metals are lighter and have higher tenacity than those of transition metals such as iron and their alloys, and thus are used as structural materials or functional materials. Applications are widely expected. Among them, Mg and Ca are abundantly present in the earth's crust and seawater, and since they are low in cost and do not adversely affect the human body, they are expected to expand their use.
그러나, Mg, Ca, Zn 및 Li 등의 금속 및 이들의 합금은 융점과 비점이 낮고, 증기압이 높은 점으로부터, 이들을 함유하는 합금을 용해법에 의해 제조하고자 하면, 증발에 의해 발생한 금속 미분(微粉)이 용해로 내를 오염시킨다고 하는 문제가 있다. 특히 Mg는 매우 활성으로, 이것이 용해로의 내벽 등에 부착되면, 대기에 접촉했을 때 발화나 폭발을 일으키는 등의 위험성이 높다.However, metals such as Mg, Ca, Zn and Li, and alloys thereof have low melting point and boiling point, and high vapor pressure, so that when the alloy containing them is to be produced by the dissolution method, fine metal powder generated by evaporation is produced. There is a problem of contaminating the inside of the melting furnace. In particular, Mg is very active, and if it adheres to the inner wall of a melting furnace, there is a high risk of ignition or explosion when it comes into contact with the atmosphere.
또한, 증발한 금속 미분의 연기에 의해, 용해로의 육안 관찰용 창이 오염되거나, 시계가 차단되거나 하여, 합금이 완전하게 용해되었는지의 여부의 판단이나, 교반이 충분한지의 여부 등의 육안에 의한 확인이나 판단이 불가능하다는 등의 문제도 있다. 더욱이, 정확한 증발량의 추측이 곤란하게 되므로, 목표로 하는 화학성분의 합금을 제조하는 것이 불가능하다고 하는 문제도 있다.In addition, the visual inspection of the melting furnace or the clock is blocked by the evaporation of the fine metal powder evaporated, and the visual inspection such as judgment of whether the alloy is completely dissolved or whether stirring is sufficient or not. Another problem is that judgment is impossible. Moreover, since it is difficult to guess the exact amount of evaporation, there also exists a problem that it is impossible to manufacture the alloy of the target chemical component.
또한, 상기 Mg, Ca, Zn 및 Li 등을 함유하는 합금은 용해법 외에, 볼밀링(ball milling) 등의 기계적 합금화(mechanical alloying)법에 의해서도 제조하는 것이 가능하다. 이 합금 제조방법은 원료의 금속을 용해하지 않고 제조하는 방법이므로, 금속 미분 발생에 의한 상기와 같은 문제는 발생하지 않으나, 밀포트로부터의 철 등의 혼입에 의한 오염이나 합금의 균질성 저하가 일어나는 등의 문제가 있다. 또한, 제조에 장시간을 요하므로 제조비용이 높다고 하는 문제도 있어, 대량생산에는 적합하지 않다.Moreover, the alloy containing Mg, Ca, Zn, Li, etc. can be manufactured also by mechanical alloying methods, such as ball milling, in addition to the dissolution method. Since the alloy production method is a method for producing a metal without dissolving the raw material, the above-described problems due to the generation of metal fine powder do not occur, but contamination due to the incorporation of iron or the like from the mill pot or a decrease in the homogeneity of the alloy occurs. There is a problem. In addition, there is a problem that the manufacturing cost is high because the production takes a long time, it is not suitable for mass production.
발명의 개시Disclosure of the Invention
이상에서 설명한 바와 같이, Mg, Ca, Zn 및 Li 등을 함유하는 합금을 제조하는 종래의 방법은 모두 여러 가지 문제를 안고 있으므로, 이러한 문제점이 없는 새로운 제조기술의 개발이 강하게 요망되고 있었다. 이에, 본 발명의 주된 목적은 저융점, 저비점이며 증기압이 높은 금속을 함유하는 합금을, 용해법으로 제조하기에 유리한 용해방법에 대하여 제안하는 것이다.As described above, the conventional methods for producing alloys containing Mg, Ca, Zn, Li, and the like all have various problems, and therefore, there has been a strong demand for the development of new manufacturing techniques without these problems. Accordingly, a main object of the present invention is to propose an advantageous melting method for producing an alloy containing a metal having a low melting point, a low boiling point, and a high vapor pressure by a dissolution method.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 목표로 하는 화학성분의 합금을 증발한 활성 금속 미분에 의한 발화 등의 위험이나 오염을 저감하면서도, 목표로 하는 화학성분의 합금을 정밀도 좋고, 다량으로, 또한 안전하게 제조하는 방법을 제안하는 것에 있다. In addition, another object of the present invention is to reduce the risk and contamination such as ignition by the active metal fine powder evaporating the alloy of the target chemical component, while reducing the alloy of the target chemical component with high precision, large amount and safe It is to propose the manufacturing method.
발명자들은 상기 목적을 실현하기 위해 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 용해 분위기를 구성하는 가스성분을 적정화하는 것, 특히 헬륨 가스를 사용하는 것이 유효하다는 사실을 얻어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.The inventors earnestly studied to realize the above object. As a result, the present inventors have developed the fact that it is effective to optimize the gas component constituting the dissolution atmosphere, and in particular to use helium gas.
즉, 본 발명은 Mg, Ca, Li, Zn, Mn 및 Sr 중 어느 1종 이상을 함유하는 합금을 용해하여 제조하는 방법에 있어서, 그 용해의 분위기 가스로서, 헬륨 함유 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 고증기압 금속 함유 합금의 용해방법이다.That is, the present invention is a method for dissolving and manufacturing an alloy containing any one or more of Mg, Ca, Li, Zn, Mn, and Sr, wherein helium-containing gas is used as the atmospheric gas for dissolution. It is a method of dissolving a high vapor pressure metal-containing alloy.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 분위기 가스 중의 헬륨 농도는 10 vol% 이상인 것, 또한, 상기 분위기 가스는 헬륨과, 질소나 아르곤 등의 원료 금속과 반응하지 않는 가스의 혼합 가스인 것이 바람직하다. 또한, 상기 분위기 가스의 압력은 0.01 ㎫~1 ㎫인 것이 바람직하다. Moreover, in this invention, it is preferable that helium concentration in the said atmosphere gas is 10 vol% or more, and it is preferable that the said atmosphere gas is a mixed gas of helium and the gas which does not react with raw metals, such as nitrogen and argon. Moreover, it is preferable that the pressure of the said atmospheric gas is 0.01 Mpa-1 Mpa.
이상의 구성으로 한 본 발명 방법에 의하면, Mg, Ca, Li 및 Zn 등의 저융점, 저비점이며 고증기압의 금속을 포함하는 합금, 예를 들면, 상기 금속과 Al이나 Ni 등의 합금을, 증발한 활성금속의 미분에 의한 발화 등의 위험이나 오염을 초래하는 일 없이, 목표로 하는 화학성분의 합금을 정밀도 좋고 안전하며 저비용으로 다량 제조하는 것이 가능하다. According to the method of the present invention having the above configuration, an alloy containing a metal having a low melting point, a low boiling point such as Mg, Ca, Li, and Zn, and a high vapor pressure, for example, the metal and an alloy such as Al or Ni is evaporated. It is possible to manufacture a large amount of alloys of target chemical components with high precision, safety and low cost without causing danger or contamination such as ignition by fine powder of active metal.
또한, 분위기 가스로서 헬륨 함유 가스를 사용하는 본 발명의 용해방법은, 전술한 활성금속 미분에 의한 문제점을 해결할 수 있는 것 이외에, 헬륨 가스가 가지는 높은 열전도율에 의해 용해한 금속의 응고 속도를 높이는, 즉, 급랭응고의 효과가 얻어진다고 하는 특징을 겸비하고 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 의하면, 종래, 급랭응고 전용의 용해장치를 사용하여 제조하고 있던 특수한 합금을, 통상의 용해장치로도 제조하는 것이 가능하게 해진다.In addition, the dissolution method of the present invention using helium-containing gas as the atmosphere gas not only solves the problems caused by the above-mentioned active metal fine powder, but also increases the solidification rate of the dissolved metal by the high thermal conductivity of helium gas. It also has a feature that the effect of rapid quenching and solidification can be obtained. Therefore, according to the method of this invention, it becomes possible to manufacture the special alloy which was conventionally manufactured using the melting apparatus for quenching solidification also with a conventional melting apparatus.
이상의 점으로부터, 차세대에 사용될 경량 금속이나 합금으로 되는 구조 재료나 기능성 재료의 개발 및 실용화가, 본 발명의 용해방법을 사용함으로써 크게 진전하는 것이 기대된다. In view of the above, it is expected that the development and practical use of structural materials and functional materials made of lightweight metals and alloys to be used in the next generation will greatly progress by using the dissolution method of the present invention.
도면의 간단한 설명Brief description of the drawings
도 1은 CaMg2 합금을 용해할 때의 분위기 가스 중의 헬륨 가스 농도가, Mg의 용해 수율에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.1 is a graph that helium gas concentration in the atmosphere gas at the time of melting the alloy CaMg 2, showing the effect on the yield of the soluble Mg.
도 2는 CaMg2 합금을 용해할 때의 분위기 가스로서, 헬륨 가스를 사용한 경우와 아르곤 가스를 사용한 경우에, 얻어진 합금의 X선 회절곡선을 비교하여 나타낸 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing the comparison of the X-ray diffraction curves of the alloys obtained when helium gas is used and when argon gas is used as the atmosphere gas when the CaMg 2 alloy is dissolved.
도 3은 La-Ni계 수소흡장합금을 헬륨 가스 분위기 중에서 용해한 La-Ni계 수소흡장합금과, 아르곤 가스 분위기 중에서 용해한 같은 합금의 압력 조성 등온선도(等溫線圖)를 비교하여 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view showing a comparison of a pressure composition isotherm of a La-Ni-based hydrogen storage alloy in which a La-Ni-based hydrogen storage alloy is dissolved in a helium gas atmosphere and the same alloy dissolved in an argon gas atmosphere.
발명을 실시하기Implement the invention 위한 최선의 형태 Best form for
이하, 본 발명의 용해방법에 대하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the dissolution method of this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 용해방법은 Mg, Ca, Li 및 Zn 등의 저융점, 저비점이면서도 증기압이 높은 금속 중의 1종 이상을 함유하는 합금을 용해할 때, 그 용해 분위기로서 헬륨 함유 가스를 사용하는 점에 특징이 있다. 이 헬륨 함유 가스를 용해 분위기로서 사용한 경우에는, 용해시에 증발하여 발생한 금속 미분의 응집을 방지하는 것이 가능해져, 금속 미분의 응집체에 의한 발화 등의 위험성이나 오염을 대폭으로 저감하는 것이 가능한 동시에, 목표로 하는 화학성분의 합금을 고정밀도로 다량으로, 또한 안전하게 제조하는 것이 가능하다. The dissolution method of the present invention is characterized in that a helium-containing gas is used as the dissolution atmosphere when dissolving an alloy containing at least one of a low melting point, a low boiling point such as Mg, Ca, Li, and Zn and a metal having a high vapor pressure and a high vapor pressure. There is this. When this helium-containing gas is used as a dissolution atmosphere, it becomes possible to prevent the aggregation of the metal fine powder generated by evaporation at the time of dissolution, and to significantly reduce the risk and contamination such as ignition by the aggregate of the metal fine powder, and at the same time, It is possible to manufacture the alloy of the target chemical component in high precision and in large quantities and safely.
이 헬륨 함유 가스에 의한 상기 효과는, 헬륨이 다른 불활성 가스와 비교하여, 열전도율이 높고(아르곤의 약 3배), 밀도가 낮으며(아르곤의 0.1배), 또한 평균자유행정이 긴(아르곤의 약 3배) 것으로 인해 얻어지는 것으로 추찰하고 있다. 또한, 헬륨 이외에는, 수소가 동일한 특징을 가지고 있으나, 수소는 원료금속과 반응하여 금속 수소화물을 구성하는 경우가 있으므로, 용해 분위기 가스로서는 적당하지 않다. 단, 수소와 반응하지 않는 저융점, 저비점이면서도 고증기압의 금속을 용해하는 경우라면, 수소 함유 가스를 분위기 가스로서 사용한 경우에는, 헬륨과 동일한 효과를 기대하는 것이 가능하다.The effect of this helium-containing gas is that helium has a higher thermal conductivity (about 3 times that of argon), lower density (0.1 times that of argon), and longer average free stroke (argon) than that of other inert gases. It is estimated that it is obtained by about 3 times). In addition to hydrogen, hydrogen has the same characteristics, but since hydrogen may react with the raw metal to form a metal hydride, it is not suitable as a dissolved atmosphere gas. However, if the low melting point and low boiling point which do not react with hydrogen, and the metal of high vapor pressure melt | dissolve, when hydrogen containing gas is used as an atmospheric gas, the effect similar to helium can be expected.
단, 헬륨 가스는 매우 고가이다. 따라서, 비용 저감의 관점에서는, 이 헬륨 가스를 상기 원료금속과 반응하지 않는 저렴한 가스로 일부 치환하여 사용하는 것이 바람직하다. 이에, 발명자들은 헬륨을 다른 여러 가스로 치환하는 실험을 행한 결과, 헬륨 가스의 일부를 질소나 아르곤 등의 원료금속과 반응하지 않는 가스로 치환한 가스라면, 증발에 의해 발생한 금속 미분이 응집하는 것에 의한 발화 등의 위험성이나 오염을, 상당히 저감하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다. However, helium gas is very expensive. Therefore, from the viewpoint of cost reduction, it is preferable to partially replace this helium gas with an inexpensive gas that does not react with the raw metal. Therefore, the inventors have conducted experiments in which helium is replaced with various other gases. As a result, when a part of the helium gas is replaced with a gas that does not react with a raw metal such as nitrogen or argon, the metal fine powder generated by evaporation coagulates. It was found that it is possible to considerably reduce risks such as ignition by fire and contamination.
또한, 헬륨 가스를 치환하는 가스로서는 아르곤 가스가 가장 바람직하다. 그 이유는, 아르곤 가스는 저렴하고, 고온에 있어서도 Mg, Ca, Li 및 Zn 등과 반응하지 않기 때문이다.Moreover, argon gas is the most preferable gas which replaces helium gas. The reason is that argon gas is inexpensive and does not react with Mg, Ca, Li and Zn even at high temperatures.
단, 헬륨과 다른 불활성 가스의 치환에는 한계가 있는 것을 알 수 있었다. 발명자들이 발견한 사실에 의하면, 이와 같은 혼합 가스 중의 헬륨 함유량은 적어도 10 vol%로 하는 것이 필요하며, 바람직하게는 25 vol% 이상, 보다 바람직하게는 50 vol% 이상이다. 더욱 바람직하게는 95 vol% 이상이지만, 물론 90~100 vol%여도 된다. 이와 같이, 분위기 가스로서 헬륨이 차지하는 비율의 하한을 10 vol%로 한 것은, 10 vol% 미만이면 헬륨의 전술한 작용 효과가 얻어지지 않기 때문이다.However, it turns out that there is a limit in the substitution of helium and other inert gases. According to the findings of the inventors, the helium content in such a mixed gas needs to be at least 10 vol%, preferably 25 vol% or more, and more preferably 50 vol% or more. More preferably, it is 95 vol% or more, but of course, 90-100 vol% may be sufficient. In this way, the lower limit of the ratio of helium as the atmosphere gas is set to 10 vol% because the above-described effect of helium is not obtained when the volume is less than 10 vol%.
또한, 본 발명의 용해방법에 있어서는, 헬륨 함유 가스로 되는 용해 분위기의 압력은 0.01 ㎫~1 ㎫인 것이 바람직하다. 그 이유는, 이 압력이 0.01 ㎫ 미만에서는 증발온도가 현저하게 저하되므로, 증발이 촉진되어 금속 미분의 발생량을 저감하는 것이 불가능하기 때문이다. 한편, 1 ㎫를 초과하면 증발량은 감소하지만, 융점이 상승하여 용해가 곤란해지기 때문이다.Moreover, in the dissolution method of this invention, it is preferable that the pressure of the melting atmosphere which becomes a helium containing gas is 0.01 Mpa-1 Mpa. The reason for this is that when the pressure is less than 0.01 MPa, the evaporation temperature is significantly lowered, so that evaporation is accelerated and it is impossible to reduce the amount of metal fines generated. On the other hand, if it exceeds 1 MPa, the amount of evaporation decreases, but the melting point rises, which is difficult to dissolve.
또한, 상기 헬륨 함유 가스의 압력 범위는, 용해 전의 실온상태에 있어서의 압력으로, 용해 공정 중에 용해로 내가 고온이 된 경우에는, 상기 범위를 초과하는 경우가 있다.In addition, the pressure range of the said helium containing gas is the pressure in the room temperature state before melt | dissolution, and when the inside of a melting furnace becomes high temperature during a melting process, it may exceed the said range.
또한, 상기의 분위기 가스로서 사용하는 헬륨의 농도 및 압력의 최적 범위는, 주로 비용의 관점에서 고찰, 개발을 거듭한 결과 얻어진 것이다.In addition, the optimum range of the helium concentration and pressure which are used as said atmospheric gas is obtained as a result of consideration and development mainly from a cost viewpoint.
또한, 본 발명의 용해방법에 있어서는, 분위기 가스로서 공급하는 상기 헬륨 함유 가스 중에는, 산소, 이산화탄소, 수증기 등의 불순물 가스를 본 발명의 작용을 해하지 않는 범위에서 함유하고 있어도 되지만, 그 함유량은 1 mass% 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 1 mass%를 초과하면 용해 중에 이들 가스와 Mg, Ca, Li 및 Zn 등이 반응하여, 산화물, 수산화물 및 탄화물 등이 생성되어, 목표로 하는 화학 조성 합금 및 화합물을 제조하는 것이 불가능해지기 때문이다.In the dissolution method of the present invention, the helium-containing gas supplied as an atmosphere gas may contain impurity gases such as oxygen, carbon dioxide, and water vapor in a range that does not impair the function of the present invention, but the content is 1 mass. It is preferable to set it as% or less. The reason is that if it exceeds 1% by mass, these gases react with Mg, Ca, Li, and Zn during dissolution, and oxides, hydroxides, carbides, and the like are produced, making it impossible to produce a target chemical composition alloy and compound. For it is done.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다.Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, of course, this invention is not limited to these Examples.
(발명예 1)(Invention example 1)
수소흡장합금 CaMg2의 원료로서, Mg와 Ca의 금속을 이들의 몰비가 2:1이 되도록 합계 1 ㎏을 준비하고, 이들의 전량을 유도 용융형 용해로 내에 장입하여, 이 용해로 내를 8×10-3 Torr까지 배기하고, 이어서, 분위기 가스로서 헬륨 가스(농도 100 vol%)를 600 Torr가 될 때까지 도입하였다. 그 후, 이 분위기 가스로 용해로 내를 채우면서, 용해로의 온도를 1100℃까지 가열하여 상기 원료를 용해하고, 추가로 상기 합금의 용탕(溶湯)온도를 1050℃로 30분간 유지하였다. 그 후, 상기 합금 의 용탕을 수냉한 정반 상에 붓고, 냉각속도 1000℃/초로 냉각하여 응고시켜, CaMg2 합금을 제작하였다. 이와 같이 하여 얻은 CaMg2 합금에 대하여, 하기(1) 및 (2)의 방법으로 용해 수율 및 화학성분을 측정하였다.As a raw material of the hydrogen storage alloy CaMg 2 , a total of 1 kg of Mg and Ca metals are prepared so that their molar ratio is 2: 1, and the total amount thereof is charged into an induction melting furnace, and the inside of this furnace is 8x10 After exhausting to -3 Torr, helium gas (
(1)용해 수율의 측정(1) Measurement of dissolution yield
용해 전의 원료의 질량 및 용해 주조 후의 합금의 질량을 각각 측정하는 것에 의해, 증발에 따른 감소한 질량을 구하여, 용해 수율을 산출하였다.By measuring the mass of the raw material before melt | dissolution and the mass of the alloy after melt casting, respectively, the reduced mass according to evaporation was calculated | required, and melt | dissolution yield was computed.
(2)화학성분의 측정(2) Measurement of chemical composition
ICP 발광 분광 분석법에 의해, 용해 주조 후의 합금의 화학성분을 정량 분석하였다.The chemical composition of the alloy after melt casting was quantitatively analyzed by ICP emission spectroscopy.
상기 측정 결과를 표 1에 나타내었다. 이 결과로부터, 용해 분위기 가스로서 헬륨 가스를 사용한 본 발명예 1에서는, 용해 수율은 98.2% 이상으로 높고, 또한 목표 합금 조성에 대하여 ±1% 이내의 높은 정밀도로 합금이 제조되어 있는 것을 알 수 있다.The measurement results are shown in Table 1. From this result, in the present invention example 1 using helium gas as the dissolution atmosphere gas, it can be seen that the dissolution yield is high, 98.2% or more, and the alloy is manufactured with high precision within ± 1% of the target alloy composition. .
(비교예 1)(Comparative Example 1)
분위기 가스로서 아르곤 가스(농도 100 vol%)를 사용한 이외에는, 발명예 1과 동일하게 하여 CaMg2 합금을 제작하였다. 이 CaMg2 합금에 대하여, 상기(1) 및 (2)의 방법으로 용해 수율 및 화학성분을 측정하여, 결과를 표 1에 병기하여 나타내었다. A CaMg 2 alloy was produced in the same manner as in Example 1 except that argon gas (
(발명예 2~4)(Invention example 2-4)
분위기 가스로서 도입하는 헬륨 가스의 농도를 75, 50, 25 vol%(잔부 아르곤 가스)로 변화시킨 것 이외에는, 상기 발명예 1과 동일하게 하여 CaMg2 합금을 제작하였다. 이들의 CaMg2 합금에 대하여, 상기(1) 및 (2)의 방법으로 용해 수율 및 화학성분을 측정하여, 그 결과를 표 1에 병기하여 나타내었다. 이들의 결과로부터, 헬륨 가스 농도가 50 vol%를 초과하는 경우(발명예 2 및 3)에는 용해 수율이 98% 정도로 높고, 또한 목표로 하는 합금 조성이 높은 정밀도로 얻어질 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 헬륨 가스 농도가 25 vol%인 경우(발명예 4)에는, 용해 수율 및 합금 조성이 발명예 1~3에 떨어지지만, 헬륨 가스를 함유하고 있지 않은 경우(비교예 1)보다 용해 수율 및 합금 조성의 정밀도가 향상되어 있어, 헬륨 가스 도입의 효과를 확인할 수 있다. A CaMg 2 alloy was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of helium gas introduced as the atmosphere gas was changed to 75, 50, and 25 vol% (residual argon gas). For these CaMg 2 alloys, the dissolution yield and chemical composition were measured by the methods (1) and (2) above, and the results are shown in Table 1 together. From these results, it can be seen that when the helium gas concentration exceeds 50 vol% (Inventive Examples 2 and 3), the dissolution yield is as high as 98%, and the target alloy composition can be obtained with high precision. . On the other hand, when the helium gas concentration is 25 vol% (Invention Example 4), the melt yield and the alloy composition are inferior to Inventive Examples 1 to 3, but the melt yield and The precision of the alloy composition is improved, and the effect of helium gas introduction can be confirmed.
상기 발명예 1~4 및 비교예 1의 결과로부터 얻어지는 헬륨 가스 농도와 용해 수율의 관계를 도 1에 나타낸다. 도 1로부터, 헬륨 가스 농도가 높아지는 동시에 용해 수율이 향상되고 있는 것을 알 수 있다.The relationship between the helium gas concentration obtained from the result of the said Inventive Examples 1-4 and the comparative example 1, and melt | dissolution yield is shown in FIG. It can be seen from FIG. 1 that the helium gas concentration is increased and the dissolution yield is improved.
더욱이, 상기 발명예 1 및 비교예 1에서 얻어진 CaMg2 합금에 대하여, X선 회절강도의 측정을 행하여, 합금 및 화합물이 목표대로의 단상(單相)구조를 가지고 있는지의 여부를 확인하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2로부터, 발명예 1의 CaMg2 합금은 CaMg2 상의 단상구조 합금으로 되어 있으나, 비교예 1의 합금은 CaMg2 상과 Ca 상의 2상이 혼재된 구조의 합금으로 되어 있는 것을 알 수 있다.Further, X-ray diffraction intensity was measured on the CaMg 2 alloys obtained in Inventive Example 1 and Comparative Example 1 to confirm whether the alloy and the compound had a single-phase structure as desired, and The results are shown in FIG. 2 shows that the CaMg 2 alloy of Inventive Example 1 is a single-phase structure alloy of CaMg 2 phase, but the alloy of Comparative Example 1 is an alloy having a structure in which two phases of CaMg 2 and Ca phases are mixed.
이상, 표 1, 도 1 및 도 2로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 방법에 따르면, 목적으로 하는 조성의 단상 합금을 편차 없이 제조하는 것이 가능하다. 이것에 대해, 비교예의 방법으로는 원료의 증발 손실이 제어 불가능하여, 목표 조성으로부터 크게 벗어나고, 또한 합금 조성의 편차가 생기고 있다.As described above, as can be seen from Table 1, Fig. 1 and Fig. 2, according to the method of the present invention, it is possible to produce a single-phase alloy having a desired composition without variation. On the other hand, by the method of a comparative example, the evaporation loss of a raw material is not controllable, it deviates greatly from a target composition, and the deviation of an alloy composition has arisen.
(발명예 5)(Invention example 5)
합금 원료로서 Ca와 Al을 사용한 것 이외에는, 상기 발명예 1과 동일하게 하여 CaAl2 합금을 제작하고, 얻어진 CaMg2 합금에 대하여, 상기(1) 및 (2)의 방법에 의해 용해 수율 및 화학성분을 측정하고, 그 결과를 표 1에 병기하여 나타내었다. 이 결과로부터, 본 발명예 5에서는 용해 수율이 98% 정도로 높고, 또한 목표의 Al조성에 대하여 ±1% 이내의 높은 정밀도로 목표 합금이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.Except for using Ca and Al as alloy raw materials, the CaAl 2 alloy was produced in the same manner as in Inventive Example 1, and the yield and chemical composition of the CaMg 2 alloy obtained by the methods (1) and (2). Was measured, and the result was shown together in Table 1. From this result, it can be seen that in Example 5 of the present invention, the target alloy was obtained with a high precision of about 98% and a high precision of within ± 1% of the target Al composition.
(발명예 6)(Invention Example 6)
합금 원료로서 Mg와 Ni를 사용한 것 이외에는, 상기 발명예 1과 동일하게 하여 MgNi2 합금을 제작하고, 얻어진 MgNi2 합금에 대하여, 상기(1) 및 (2)의 방법에 의해 용해 수율 및 화학성분을 측정하고, 그 결과를 표 1에 병기하여 나타내었다. 이 결과로부터, 본 발명예 6에서는 용해 수율이 98% 정도로 높고, 또한 목표의 Ni조성비에 대하여 ±2% 이내의 높은 정밀도로 목표 합금이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. Except for using Mg and Ni as the alloy raw material, the MgNi 2 alloy was produced in the same manner as in Inventive Example 1, and the yield and chemical composition of the MgNi 2 alloy obtained by the methods (1) and (2). Was measured, and the result was shown together in Table 1. From this result, in Example 6 of this invention, it turns out that the target alloy is obtained with high precision of about 98%, and high precision within +/- 2% with respect to target Ni composition ratio.
(발명예 7)(Invention Example 7)
합금 원료로서 Ca와 Ni를 사용한 것 이외에는, 상기 실험예 1과 동일하게 하여 CaNi2 합금을 제작하고, 얻어진 CaNi2 합금에 대하여, 상기(1) 및 (2)의 방법에 의해 용해 수율 및 화학성분을 측정하고, 그 결과를 표 1에 병기하여 나타내었다. 이 결과로부터, 본 발명예 7에서는 용해 수율이 98% 정도로 높고, 또한 목표의 Ni조성비에 대하여 ±2% 이내의 높은 정밀도로 목표 합금이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. Except for using Ca and Ni as alloy raw materials, the CaNi 2 alloy was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and the yield and chemical composition of the CaNi 2 alloy obtained by the methods (1) and (2). Was measured, and the result was shown together in Table 1. From this result, it can be seen that in Example 7 of the present invention, the target alloy is obtained with a high precision of about 98% and a high accuracy of within ± 2% with respect to the target Ni composition ratio.
(발명예 8 및 비교예 2)(Invention Example 8 and Comparative Example 2)
본 발명에 따라, 헬륨 가스 100 vol% 분위기 중에서 용해 제작한 La-Ni계 수소흡장합금(발명예 8) 및 아르곤 가스 100 vol% 분위기 중에서 용해 제작한 같은 화학 조성의 La-Ni계 수소흡장합금(비교예 2)에 대하여 압력 조성 등온선도를 측정하여, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 이 도 3으로부터, 발명예 8의 합금은 비교예 2의 합금에 비하여 플래토(plateau)영역이 평탄하면서도 넓게 되어 있어, 헬륨 가스에 의해 급랭응고된 발명예 8의 합금은, 균질성이 우수한 합금으로 되어 있는 것을 알 수 있다.According to the present invention, a La-Ni-based hydrogen storage alloy prepared by dissolving in a 100 vol% atmosphere of helium gas (Inventive Example 8) and a La-Ni-based hydrogen storage alloy having the same chemical composition prepared by dissolving in a 100 vol% atmosphere of argon gas ( The pressure composition isotherm was measured for Comparative Example 2), and the results are shown in FIG. 3. From Fig. 3, the alloy of Inventive Example 8 has a flat and wide plateau compared to the alloy of Comparative Example 2, and the alloy of Inventive Example 8 which is rapidly solidified with helium gas is an alloy having excellent homogeneity. It can be seen that.
본 발명의 기술은 Mg나 Ca, Zn 및 Li 등으로 대표되는 저융점, 저비점이면서도 증기압이 높은 금속을 포함하는 합금의 대량 생산기술로서 이용될 뿐 아니라, 그들 금속을 단체(單體)로 용해하는 경우나, 갈륨-비소와 같은 반도체 등에 사용되는 화합물이나 그 외의 화합물의 용해에도 적용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 기술은 차세대에 있어서 사용될 경량 금속이나 합금으로 되는 구조 재료나 기능성 재료나 반도체 화합물, 그 외의 화합물의 용해 기술에도 적용이 가능하다.The technique of the present invention is not only used as a mass production technology of alloys containing low melting point, low boiling point and high vapor pressure metals represented by Mg, Ca, Zn and Li, etc., but also dissolving these metals in a single body. The present invention can also be applied to dissolution of a compound used for a semiconductor or the like such as gallium arsenide or the like. Moreover, the technique of this invention is applicable also to the melting | dissolution technique of the structural material, functional material, a semiconductor compound, and other compound which consist of lightweight metals or alloys used for the next generation.
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