KR101105870B1 - 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘과 알루미늄을 이용하여 박판의 층상복합재를 만들수 있는 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법은 마그네슘플레이트의 표면을 세척하는 세척단계와, 상기 세척된 마그네슘플레이트의 표면에 산화마그네슘층을 제거하도록 스크래치를 형성하는 전처리 단계와, 상기 전처리된 마그네슘플레이트에 알루미늄플레이트를 부착한 뒤 이를 열간 압연시키는 압연단계를 포함한다.

본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법은 알루미늄과 마그네슘의 층상복합재 형성이 용이하며, 박판의 형성이 가능한 이점이 있다.

마그네슘-알루미늄 층상 복합, 압연

Description

마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법 {Manufacturing method of Mg-Al stratified composite material}

본 발명은 층상 복합재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘과 알루미늄을 이용하여 박판의 층상복합재를 만들수 있는 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법에 관한 것이다.

마그네슘합금은 저밀도 금속이며 비강도ㆍ비강성이 높기 때문에 경량구조재료로서 주목받고 있다. 그 중에서 특히 전신재(展伸材)는 강도ㆍ인성(靭性) 등의 기계적 특성이 우수하기 때문에 향후의 보급이 기대되고 있다.

마그네슘합금은 첨가하는 금속원소의 종류나 첨가량을 변화시킴으로써 특성이 변화되고, 특히 알루미늄 함유량이 높은 합금(예를 들면 ASTM규격에 있어서의 AZ91)은 내식성이나 강도가 높아서 전신재에 있어서의 수요도 크다.

그러나 마그네슘합금은 최밀육방정이라고 하는 결정구조에 의해 항온에서의 소성가공성이 나쁘기 때문에 판재의 프레스가공은 판재온도를 200~300℃로 승온해서 실시되고 있다. 이런 연유로 가능한 한 저온에서 안정된 가공이 가능한 마그네슘합금판의 개발이 요망되고 있다.

그런데 마그네슘 합금판의 제조에는 다이캐스팅이나 틱소몰딩 (thixo- molding)과 같은 다양한 방법이 이용될 수 있지만 이러한 방법들에 의해서는 얇은 합금판을 제조하는 것이 곤란하다.

마그네슘합금판의 또 다른 제조방법으로서 압연 방법을 들 수 있는데, 마그네슘합금 소재판을 300℃이상으로 예열해서 항온의 압연롤에 의해 압연을 실시하고, 이 예열과 압연을 반복하는 것이다.

또한 압연롤의 표면온도를 80~230℃로 하고, 마그네슘합금 소재판의 표면온도를 250~350℃로 해서 압연을 실시하여 소성가공성을 향상시키는 목적으로 미세한 결정립의 마그네슘합금판을 얻는 기술도 공지되어 있다.

상기 압연을 이용한 마그네슘합금판의 제조방법은 그 내부에 정출물이 다수 발생하거나 결정입경이 커지거나 표면이 거칠어지는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압연을 통해 알루미늄과 마그네슘의 박육 층상복합재를 제조할 수 있는 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법은 마그네슘플레이트의 표면을 세척하는 세척단계와, 상기 세척된 마그네슘플레이트의 표면에 산화마그네슘층을 제거하도록 스크래치를 형성하는 전처리 단계와, 상기 전처리된 마그네슘플레이트에 알루미늄플레이트를 부착한 뒤 이를 열간 압연시키는 압연단계를 포함한다.

상기 압연단계에서의 압연 온도는 250 내지 400℃이며, 상기 마그네슘플레이트와 상기 알루미늄플레이트는 크로스압연에 의해 압연되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법은 알루미늄과 마그네슘의 층상복합재 형성이 용이하며, 박판의 형성이 가능한 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법(이하 '층상복합 재 제조방법'이라 함)은 도 1에 도시되어 있는 것처럼 세척단계, 전처리단계, 압연단계를 포함한다.

각 단계에 따른 공정은 다음과 같다.

1. 세척단계

본 단계에서는 마그네슘플레이트(10)의 표면을 세척하여, 후술하는 압연공정시 알루미늄과 마그네슘 소재의 용이한 결합이 이루어지도록 하기위한 것으로서, 에탄올을 이용하여 마그네슘플레이트(10)의 표면의 이물질을 제거한다.

2. 전처리단계

전처리단계는 세척된 마그네슘플레이트(10)의 표면에 스크래치를 형성하는 것이다.

마그네슘플레이트(10)의 표면에는 마그네슘과 산소의 반응으로 인한 산화마그네슘층이 형성되어 있다. 산화마그네슘층은 후술하는 알루미늄플레이트(20)와 마그네슘플레이트(10)의 압연 성형시 접합면의 접합을 방해하여 결합강도를 약화시키는 원인이 될 수 있다.

따라서 마그네슘플레이트(10)의 표면에 브러시(30)를 이용하여 스크래치를 형성한다. 이 스크래치 형성부분에서는 산화마그네슘층이 벗겨지기 때문에 알루미늄플레이트(20)와의 결합이 용이하게 이루어질 수 있다.

3. 압연단계

본 단계에서는 마그네슘플레이트(10)와 알루미늄플레이트(20)를 압연 성형한다.

스크래치가 형성되어 있는 마그네슘플레이트(10)의 양 면에 알루미늄플레이트(20)를 접촉 고정시킨 다음 압연롤(40)을 이용해 압연가공하게 되는데, 마그네슘플레이트(10)의 표면에 산화마그네슘층이 벗겨진 스크래치가 형성되어 있기 때문에 알루미늄플레이트(20)와 마그네슘플레이트(10)의 결합이 용이해진다.

본 발명의 압연공정은 250~400℃의 온도에서 압연이 이루어지는 열간압연이 바람직하다.

도 2와 도 3에는 각각 압연온도가 300℃와, 380℃에서 열간압연이 이루어진 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 접합부를 확대한 확대이미지가 개시되어 있다.

두 경우 모두 마그네슘플레이트(10)와 알루미늄플레이트(20)의 접합시 두께가 2T였으며, 이를 각각의 온도에서 열간압연하여 1차적으로 1.5T로 압축한 뒤, 다시 재 압연을 통해 1T로 압축 성형하였다.

두 경우 모두 1T로 압축된 접합부의 확대도면에서 확인할 수 있는 것처럼 접합면이 이질되지 않고 자연스럽게 접합되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이렇게 열간압연에서의 압연온도가 300℃, 380℃인 경우 모두 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 형성이 용이하게 이루어졌으며, 개시되지는 않았으나 250℃, 400℃에서도 마그네슘플레이트(10)와 알루미늄플레이트(20)의 접합이 용이하게 이루어짐을 확인할 수 있다.

그러나 개시되지는 않았으나 압연온도가 250℃ 미만인 경우에는 압연시 변형저항이 너무 커지는 문제점이 나타났으며, 압연온도가 400℃를 초과하는 경우에는 표면에서의 산화에 의해 표면이 고르지 못하게 되고, 치수의 정밀도를 맞추는 것이 어려운 문제점이 있었다.

따라서 압연공정에서의 압연온도는 250 ~ 400℃의 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4는 마그네슘플레이트(10)와 알루미늄플레이트(20)의 접합부를 기준으로 이 접합부와 양측에서의 EDS(energy dispersive spectroscopy) 분석을 실시한 결과를 도시한 도면이다.

A부분은 마그네슘플레이트(10)이며, 그래프에 도시된 바와 같이 주사된 파장에 대하여 나타나는 에너지값을 통해 A부분이 마그네슘플레이트(10)임을 확인할 수 있으며, 같은 방법은 C부분은 알루미늄플레이트(20)임을 확인할 수 있다.

그리고 B부분은 마그네슘플레이트(10)와 알루미늄 플레이트의 접합부분이며, 마그네슘과 알루미늄의 에너지값이 모두 나타나고 있다. 이렇게 EDS 분석을 통해서 알루미늄플레이트(20)와 마그네슘플레이트(10)의 접합이 완전하게 이루어졌음을 확인할 수 있다.

압연공정은 또한 크로스 압연을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.

도 5 내지 도 7에는 각각 일반 압연과 크로스압연에 의해 가공된 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 미세조직이 개시되어 있다.

도 5는 일반압연에 의해 압연성형된 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 미세조직이며, 도 6과 도 7은 각각 압연롤(40)의 크로스각도가 2.5°와 7.5°로 형성된 크로스압연기에 의해 압연된 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 미세조직이다.

각각의 압연시 압연롤(40)의 크로스 각도를 제외한 나머지 조건은 모두 동일한 상태에서 압연이 진행되었으며, 압연후 어닐링 온도와 시간도 모두 동일하게 진행한 후, 미세조직의 관찰을 실시하였다.

도면에서 확인할 수 있는 것처럼, 크로스압연롤(40)에 의해 압연된 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 경우 미세조직의 결정립의 크기가 일반 압연에 의해 가공된 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 미세조직 결정립보다 상대적으로 작았다. 그리고 압연롤(40)의 크로스 각도가 7.5°일때가 2.5°일때보다 상대적으로 미세조직 결정립의 크기가 더 작음을 확인할 수 있었다.

이렇게 미세조직의 결정립의 크기가 작을수록 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 두께를 더욱 얇게 형성할 수 있으므로, 압연공정이 크로스 압연에 의해 이루어질 때, 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 박판 가공이 더욱 용이하게 이루어질 수 있음을 확인할 수 있다.

상술한 본 단계에 따른 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법은 마그네슘플레이트(10)와 알루미늄플레이트(20)의 박판 성형이 가능하며, 접합면에서의 접합이 용이하게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법의 각 단계를 도시한 개념도,

도 2 및 도 3은 열간압연 온도가 각각 300℃, 380℃일 때의 접합부의 확대도를 도시한 이미지,

도 4는 마그네슘플레이트와 알루미늄플레이트의 접합부를 기준으로 양측과 접합부에서의 EDS 분석결과를 도시한 그래프,

도 5 내지 도 7은 각각 압연롤(40)의 크로스 각도가 0°,2.5°,7.5°일때의 미세조직의 결정립크기를 도시한 이미지이다.

Claims (3)

1. 마그네슘플레이트의 표면을 세척하는 세척단계와;

   상기 세척된 마그네슘플레이트의 표면에 산화마그네슘층을 제거하도록 스크래치를 형성하는 전처리 단계와;

   상기 전처리된 마그네슘플레이트에 알루미늄플레이트를 부착한 뒤 이를 250 내지 400℃의 압연 온도로 열간 압연시키는 압연단계;를 포함하며,

   상기 압연단계에서 상기 마그네슘플레이트와 상기 알루미늄플레이트는 상호 교차되는 두 개의 롤러 사이를 통과하는 크로스압연에 의해 압연되는 것을 특징으로 하는 마그네슘-알루미늄 박육 층상 복합재의 제조방법.
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