KR100252237B1 - 고압주조용 마그네슘 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압주조용 마그네슘 합금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘을 주성분으로 하고 여기에 알루미늄, 아연, 규소 등을 첨가하여 이루어진 마그네슘 합금조성에 인(P)과 구리를 첨가하므로써 강도 및 인성이 우수하며 고압주조용으로 적용가능한 마그네슘 합금에 관한 것이다.

Description

고압주조용 마그네슘 합금

제 1 도는 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 합금을 주사전자현미경을 이용하여 구조를 관찰한 사진으로서, 여기서 A는 주강화상인 Mg₁₇Al₁₂를 나타낸 것이고, B는 Mg₂Si이고,

제 2 도는 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 합금 분말의 정제된 Mg₂Si의 투과전자현미경(TEM) 사진이고,

제 3 도는 마그네슘 합금을 주조하기 위하여 사용되는 스퀴즈 캐스팅(squeeze casting)장치를 나타낸 사진이고,

제 4 도는 알루미늄 9 중량%, 아연 1 중량%, 규소, 0.7 중량%를 첨가하여 이루어진 마그네슘 합금의 주조조건에 따른 미세구조를 나타낸 것으로,

(a)저압주조, (b) 고압주조에서의 광학현미경 사진이고,

제 5 도는 본 발명 마그네슘 합금의 미세구조를 나타낸 광학현미경 사진으로, 여기서 (a) Mg₁₇Al₁₂, (b) Mg2Si

본 발명은 고압주조용 마그네슘 합금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘을 주성분으로 하고 여기에 알루미늄, 아연, 규소 등을 첨가하여 이루어진 마그네슘 합금조성에 인(P)과 구리를 첨가하므로써 강도 및 인성이 우수하며 고압주조용으로 적용가능한 마그네슘 합금에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘 합금은 높은 비강도를 갖는 최경량의 합금으로서 일반주조 및 고압주조가 가능하여 부품이나 항공부품에 적용되는 등 그 응용범위가 넓다.

현재까지 개발된 마그네슘 합금의 조성을 살펴보면, 먼저 알루미늄 8.3~9.7 중량%, 아연 0.35~1.0 중량%, 망간 0.15 중량% 이하, 규소 0.1 중량% 이하 및 잔여분의 마그네슘으로 이루어진 고강도용 마그네슘 합금이 있고, 알루미늄 5.5~6.5중량%, 아연 0.22 중량% 이하, 망간 0.13 중량% 이상, 규소 0.5 중량% 이하 및 잔여분의 마그네슘으로 이루어진 고연신용 마그네슘 합금이 있으며, 알루미늄 3.5~5.0 중량%, 아연 0.12 중량% 이하, 망간 0.2~0.5 중량%, 규소 0.5~1.5 중량% 및 잔여분의 마그네슘으로 이루어진 내마모용 마그네슘 합금 등이 있다. 단, 상기 합금조성 모두 철 0.005 중량%이하, 구리 0.03 중량% 이하 및 니켈 0.002 중량% 이하의 조건을 만족해야 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 마그네슘 합금은 연신율이 좋으면 강도가 떨어지고, 강도가 우수하면 연신율이 저하되는 등 고인성 및 고강도의 조건을 모두 만족시키지 못하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명자들은 고강도이며 고인성을 갖는 마그네슘 합금을 제조하기 위해 연구노력한 결과, 마그네슘, 알루미늄, 아연 및 규소로 이루어진 마그네슘 합금에 인을 구리와 함께 첨가함으로써 핵생성 자리를 제공하여 균일하고 미세한 분포를 가능케 하여 강도 및 인성을 향상시킬 수 있는 마그네슘 합금을 개발하게 되었다.

본 발명은 고강도이면서 고인성으로 고압주조에 적합한 마그네슘 합금을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알루미늄, 아연 및 규소를 함유하는 마그네슘 합금에 있어서, 그 성분조성에 알루미늄 4.3~10.0 중량%, 아연 0.7~6.0 중량%, 규소 0.4~5.0 중량%, 인 0.025~5.0 중량% 및 구리 0.7 중량% 이하가 함유되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 인을 구리와 함께 첨가하여 고강도 및 고인성인 마그네슘 합금에 관한 것으로서, 본 발명에 첨가되는 인(P)은 핵생성 자리를 제공하는 것으로서 인을 중심으로 하여 Mg₂Si가 성장한다. 이와 같이 인이 핵생성 자리를 제공하는 여부를 확인하기 위하여 마그네슘 합금에 대하여 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 그 구조를 관찰하였으며, 그 결과는 첨부도면 제 1 도에 나타낸 바와 같다. 제 1 도의 결과로부터 Mg₂Si(B)상의 중앙부위에 구멍뚫린 것처럼 보이는 핵생성 자리를 분석한 결과 상부의 피크와 같이 인이 발견됨을 알 수 있다. 이는 Mg₂Si를 정제하여 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 결과에서 보다 뚜렷하게 알 수 있는 바, 이는 첨부도면 제 2 도에 나타낸 바와 같다. 이로부터 본 발명에서 첨가되는 인을 중심으로하여 Mg₂Si가 성장하고 미세하게 분포하게 됨을 알 수 있다.

이와같이 본 발명에서 인은 핵생성 자리를 제공함으로써 인의 분포에 따라 그 구조가 균일하고 미세해짐을 알 수 있다.

상기와 같은 역할을 하는 인을 본 발명에서는 전체 합금 조성중 0.025~5.0 중량%로 첨가하는 바, 그 함량이 0.025 중량% 미만이면 첨가시 양의 조절이 어려운 문제가 있고, 5.0 중량%를 초과하는 경우 핵생성 자리를 제공하는 역할을 하지 못하는 문제가 있다.

그리고. 본 발명에서는 구리를 전체 합금 조성중 0.7 중량% 이하로 첨가하는 데, 일반적으로 인은 기화가 잘 일어나는 것으로서 이를 안정적으로 첨가하기 위한 방법을 모색하던 중 구리는 Cu₃P라는 낮은 융점을 갖는 금속간화합물(intermetallic compound)을 형성함을 알게되어 구리를 첨가하게 되었다.

이와같은 역할을 하는 구리는 그 함량이 많아지면 부식을 초래하므로 전체 합금 조성중 0.7 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전체 합금 조성은 상기한 인과 구리 외에 알루미늄 4.3~10.0 중량%, 아연 0.7~6.0 중량%, 규소 0.4~5.0 중량% 및 그 나머지의 마그네슘으로 이루어지는 바, 여기서 알루미늄은 강화상인 Mg₁₇Al₁₂을 형성하는 역할을 하는 것으로서 그 함량이 상기 10.0 중량%를 초과하는 경우 Mg₂Si가 큰 구상으로 형성되는 문제가 있다. 그리고, 아연의 함량이 6.0 중량%를 초과하면 핫크랙(hot crack)이 발생되는 문제가 있다.

한편, 규소는 제 2의 강화상인 Mg₂Si를 형성하는 것으로서, 그 함량이 0.5중량% 미만이면 Mg₂Si가 적게 석출되는 문제가 있고, 5.0 중량%를 초과하는 경우 내부식성이 저하되는 문제가 있다.

상기와 같은 조성으로 이루어진 본 발명의 마그네슘 합금은 일반적으로 규소를 함유하는 합금의 경우에서와 같이 다이캐스팅(die-casting)이나 스퀴즈 캐스팅(sqeeze casting)과 같은 고압주조에 적합하며, 만일 본 발명의 합금을 저압주조하는 경우 Mg₂Si가 침상구조로 생성되지 못하고 일반적인 규소의 결정을 형성하여 강도가 저하되는 문제가 있다. 이는 첨부도면 제 3 도에 나타낸 바와 같은 스퀴즈 캐스팅 장치를 이용하여 종래의 규소를 0.7 중량% 함유하는 마그네슘 합금을 저압주조(gravity casting, a) 및 고압주조(b하고, 이들 각각의 미세조직을 광학현미경을 이용하여 관찰한 결과를 보면 쉽게 예측할 수 있다. 이의 광학현미경 사진은 첨부도면 제 4 도에 나타낸 바와 같으며, 그 결과로부터 일반적은 규소를 함유하는 마그네슘 합금의 경우 (a)의 경우와 같이 저압주조하는 것에 비하여 (b)에 나타낸 바와 같이 고압주조하는 것이 그 구조가 미세하여 강도 및 인성이 우수함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 마그네슘 합금의 경우도 일반적인 경우에서와 같이 저압주조보다는 고압주조하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 및 비교예 1~2]

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 마그네슘 합금을 제조하고, 제조된 마그네슘 합금에 대하여 인장강도, 항복강도 및 연신율을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

여기서, 인장강도, 항복강도 및 연신율은 ASTM 규격에 의거하여 측정하였다.

[표 1]

상기 표 1의 결과로부터 본 발명에서와 같이 인과 구리를 첨가하여 이루어진 마그네슘 합금의 경우 인장강도, 항복강도 및 연신율이 우수함을 알 수 있다.

실험예 : 마그네슘 합금의 미세구조

상기 실시예 1에 따라 제조된 마그네슘 합금에 대하여 그 미세조직을 광학현미경을 통해 관찰하였으며, 그 결과는 첨부도면 제 5 도에 나타낸 바와 같다.

첨부도면 제 5 도의 결과로부터 본 발명의 마그네슘 합금에서는 Mg₁₇Al₁₂상(a)과 Mg₂Si(b)이 함께 미세하게 분포하고 있음을 알 수 있다.

상기와 같은 결과로부터 본 발명의 마그네슘 합금은 고강도 및 고인성의 조건을 만족시키며, 이를 보다 만족시키기 위해서는 본 발명의 합금을 이용하여 주물을 제조하는 경우 다이캐스팅이나 스퀴즈 캐스팅과 같은 고압주조 방법을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 알루미늄, 아연 및 규소를 함유하는 마그네슘 합금에 있어서, 그 성분조성에 알루미늄 4.3~10.0 중량%, 아연 0.7~6.0 중량%, 규소 0.4~5.0 중량%, 인 0.025~5.0 중량% 및 구리 0.7 중량% 이하가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금.