KR100596287B1 - 내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금 - Google Patents

Abstract

실온성형이 가능하고 내식성에 뛰어난 마그네슘합금을 제공한다. 즉, 질량%로 Li:8.0∼11.0%, Zn:0.1∼4.0%, Ba:0.1∼4.5%를 함유하고, 잔부는 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지는 합금, 또한, Al: 0.1∼0.5%를 함유하는 것, 또한, Ln(란타노이드의 1종 또는 2종 이상의 총량): 0.1∼2.5%, Ca: 0.1∼1.2%를 함유하는 마그네슘합금을 제공한다.

Description

내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금{ROOM-TEMPERATURE- FORMABLE MAGNESIUM ALLOY WITH EXCELLENT CORROSION RESISTANCE}

본 발명은 자동차용 부품, 각종 가전제품 및 각종 OA 기기에 있어서 사용되는 높은 비강도(比强度)를 가진 마그네슘합금에 관한 것이며, 특히 내식성에 뛰어나며 실온성형이 가능한 마그네슘합금에 관한 것이다.

마그네슘합금은 경량으로 전자파 차단성이나 절삭성, 리사이클성에 뛰어나기 때문에, 실용적인 합금으로서 주목받고 있지만, 실온에서의 소성가공이 곤란한 점이 알려져 있다. 그 때문에, 종래의 프레스성형 등에서 사용되고 있는 마그네슘합금은, 온도(150∼350℃)사이에서의 성형이 필요하며, 작업성, 안전성, 비용면에서도 실온성형성을 가진 재료개발이 요구되고 있다.

Mg는 결정구조가 육방정(h.c.p.)으로 소성변형시 미끄럼면(slip plane)이 적기 때문에, 성형성이 나쁘다고 여겨지고 있다. 따라서, Mg에의 각종 원소의 첨가에 의한 결정구조의 변화(미끄럼면의 증가)에 의한 성형성의 향상에의 시도가 이루어지고 있다.

그러한 가운데, Mg-Li 공정합금(共晶合金)은, 6% 이상의 Li의 첨가에 의해 Mg에 Li를 고용한 체심입방정(b.c.c.)인 β상을 정출시켜, 성형성을 향상시킨 합금 이다. 이 Mg-Li 공정합금은, 실온에서의 성형이 가능하고, 이러한 특징을 살림으로써 새로운 가공방법의 가능성이 크게 넓어진다.

그러나, 이 Mg-Li 공정합금은 실온성형성에 뛰어나지만, 성형성의 향상에 따른 인장강도의 저하 및 Li와 같은 활성원소의 첨가에 의한 내식성의 저하와 같은 결점이 있다. 인장강도 및 내식성의 향상을 위해 Al, Zn 등을 다량으로 첨가한 경우에는, 이 합금의 특징인 실온성형성을 저하시킨다고 하는 큰 마이너스효과가 나타난다.

인장강도에 관해서는, Mg-Li 합금에 Y를 첨가함으로써 강도향상과 강도안정성의 향상에 대한 제안(일본 특허공보 평8-23057호 공보 참조)이 있지만, Li와 같이 활성원소인 Y를 사용하고 있으므로 내식성에 관한 과제는 여전히 남은 상태이다.

또한, Mg-Li 공정합금에 Ag를 첨가한 합금에 있어서 인장강도가 향상한다고 하는 보고도 있지만, Ag와 같은 고가의 재료의 사용은 합금의 제조 비용이 상승하므로 그다지 바람직하지 않다.

본 발명은, 실온성형이 가능하면서 더욱이 내식성에 뛰어난 마그네슘합금을 제공하는 것이다.

본 발명은 하기 (1)∼(3)의 구성으로 이루어진다.

(1) 질량%로, Li: 8.0∼11.0%, Zn: 0.1∼4.0%, Ba: 0.1∼4.5%를 함유하며, 잔부는 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금.

(2) 상기 (1)에 질량%로, Al: 0.1∼0.5%를 더욱 함유하는 내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 질량%로, Ln(란타노이드(lanthanoids)의 1종 또는 2종 이상의 총량): 0.1∼2.5%, Ca: 0.1∼1.2%를 더욱 함유하는 내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금.

본 발명에 있어서 성분의 한정이유는 다음과 같다. 이하, %는 질량%이다.

Li:Mg의 결정구조(h.c.p.)를 개선하여, 성형성을 갖기 위해서는 8.0% 이상의 Li가 필요하다. 한편, 11.0%을 넘는 첨가는 조직이 b.c.c.단상(單相)이 되어, 실온성형성이 향상하지만, 내식성이 저하한다. 따라서, 인장강도 및 내식시험의 결과를 바탕으로, Li의 범위는 8.0∼11.0%로 한다.

Zn:Zn은 내식성, 강도를 개선하는 원소이지만, 성형성 저하의 악영향도 동시에 미치기 때문에, 실온성형성을 갖기 위해서는 다량으로 첨가하는 것은 바람직하지 못하다.

한편, 마이크로조직 관찰의 결과로서는, Mg-Li 공정합금에 대하여, 2% Zn을 첨가한 합금에 있어서 성형성에 악영향을 미치는 α상(h.c.p.의 Mg상)의 감소가 관찰되었다. 따라서, 압연시험, 인장시험 및 내식시험의 결과를 기초로, Zn의 범위는 0.1∼4.0%로 한다.

Ba:Ba는 b.c.c.이지만 Mg에의 고용한도는 작고, Mg와의 금속간 화합물 (Mg₁₇Ba₂)이 형성된다. Mg₁₇Ba₂는, Mg-Li의 공정반응온도인 588℃에 가깝고, 그보다도 높은 온도인 634℃에서 석출하기 때문에 α및 β상의 정출시에 그 핵으로서 작용하여, α및 β상의 미세화, 분산균일화를 달성한다. 단, Mg₁₇Ba₂는 h.c.p.이기 때문에, 존재량이 증가하면 성형성 저하의 악영향이 우려된다. 따라서, 인장강도의 결과를 바탕으로, Ba의 범위는 0.1∼4.5%로 한다.

상기 (2)에 있어서의 Al의 첨가이유는 아래와 같다.

Al:Al는 내식성, 강도를 크게 개선하는 원소이지만, 강도상승에 동반하여 성형성 저하의 악영향도 크기 때문에, 실온성형성을 갖기 위해서는 다량으로 첨가하는 것은 바람직하지 못하다. 따라서, 내식성 시험의 결과를 바탕으로 내식성 개선효과로부터 하한을 O.1%로 하고, 인장시험(신장)의 결과를 바탕으로 실온성형성을 가진 범위인 0.5%를 상한으로 한다.

상기 (3)에 있어서의 Ln, Ca의 조성한정이유는 아래와 같다.

Ln:Ln(La, Ce, 미시메탈(misch metal) 등)은 내식성, 내열성을 개선하는 원소이지만, 인장강도 저하의 악영향도 동시에 미치게 한다. 또, 고가의 재료이기 때문에 다량으로 사용하는 것은 합금의 제조비용이 상승하므로 그다지 바람직하지 않다. 따라서, 인장시험의 결과를 바탕으로, Ln의 범위는 0.1∼2.5%로 한다.

Ca:Ca는 인장강도를 개선하는 원소이지만, 내식성 저하의 악영향도 동시에 미치게 하기 때문에, 다량으로 첨가하는 것은 바람직하지 못하다. 따라서, 인장시험의 결과를 바탕으로, 강도개선 효과로부터 하한을 O.1%로 하고, 내식성 시험의 결과를 기초로 상한을 1.2%로 한다.

본 발명은, 상기의 각 원소의 성분범위를 취하는 것에 의해, 실온성형이 가능하고 내식성에 뛰어난 마그네슘합금을 제공할 수가 있다.

다음에 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

102∼103kPa로 조정한 아르곤 분위기의 고주파 유도 용해로에 있어서, 표 1에 나타내는 조성의 합금을 용제(溶製)하였다. 용해는 스텐레스 도가니를 사용하며, 플럭스 등은 사용하지 않았다. 용탕은 250mm ×300mm ×30 mm^t의 금형에 주입하는 것으로, 시험용 잉곳(ingot)을 제작하였다. 이렇게 해서 얻어진 잉곳으로부터 시험편을 채취하여, 마이크로조직 관찰을 실시하였다.

시험편 10 mm ×10mm ×5mm^t (주조방향의 단면을 경면(鏡面)연마)

열처리 없음 (As Cast)

에칭조건 나이탈 용액으로 10초간 부식하고, 세정 후 건조

그 후, 0.6mm^t까지 압연하여, (1) 인장시험, (2) 내식시험을 실시하였다.

(1) 인장시험 조건

장치 시마즈 오토그래프(AJ-100kNB)

시험편 두께 0.6mm^t, 표점간 폭 5mm, 표점간 길이 40mm

[JIS(일본공업규격)Z2201에 규정된 시험편 13B호의 8/12.5배

사이즈의 시험편, 압연방향에서 채취]

열처리조건 없음(As Roll)

분위기 실온, 대기중

인장속도 2mm/min (초기 잡아당김 속도 8.3 ×10^-4s^-1 )

평가 인장강도, 신장

(2) 내식시험 조건

장치 바닷물 분무시험기 스가시험기

시험편 60mm ×120mm ×0.6mm^t

열처리조건 없음(As Roll)

분무용액 35℃, 5% NaCl수용액

분무압 1kgf/cm²

평가 부식손상부(부식반응부)를 제거하여, 손상부 면적율을 측정

인장시험 및 내식시험의 측정결과를 표 1에 나타낸다.

본 실시예에서 사용한 표 1의 'Ln'은, Ce, La를 합계 95% 이상 포함하고, 잔여물이 다른 란타노이드 계열의 원소로 이루어진다.

표 1

본 발명의 구성에 의한 마그네슘합금은, 실온성형이 가능하고 내식성에 뛰어난 합금을 제공하는 것이다. 특히 자동차용 부품, 각종 가전제품 및 각종 OA 기기에 있어서 사용되는 높은 비강도(比强度)를 가진 마그네슘합금을 제공하는 것이다.

Claims (3)

1. 질량%로, Li: 8.0∼11.0%, Zn: 0.1∼4.0%, Ba: 0.1∼4.5%를 함유하고, 잔부는 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금.
2. 제 1 항에 있어서, 질량%로, Al: 0.1∼0.5%를 더욱 함유하는 내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 질량%로, Ln(란타노이드의 1종 또는 2종 이상의 총량): 0.1∼2.5%, Ca: 0.1∼1.2%를 더욱 함유하는 내식성에 뛰어난 실온성형이 가능한 마그네슘합금.