KR101147655B1 - 상온용 마그네슘계 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상온용 마그네슘계 합금 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕에 CaO이 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가된 후, 상기 용탕과 첨가된 상기 CaO의 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO의 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속에 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca이 결합하여 형성된 화합물이 존재하는 마그네슘계 합금을 제공한다.

Description

상온용 마그네슘계 합금 및 그 제조 방법{MAGNESIUM ALLOY FOR NORMAL TEMPERATURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 상온용 고강도/고신율 마그네슘 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 산업적으로 Mg-Al계 합금이 널리 사용되고 있다. Mg합금에 Al을 첨가하면 Al에 의한 고용강화 및 β-Mg17Al12 상 형성에 의한 입계강화에 의해 Mg 합금의 강도가 향상되며 융점이 낮아지고 유동성이 향상되어 다이캐스팅에 적용하기에 용이하다. 그러나 취성이 강한 β상의 증가로 연성이 악화된다. 마그네슘 합금이 자동차 부품 등에 적용되기 위해서는 충격을 받게 되더라도 즉시 파단되지 않고 충격에너지를 흡수하여 버틸 수 있어야 하기 때문에 상온에서 높은 연성이 요구된다. 연성의 향상에 의해 가공성 및 제품 성형성 역시 확보할 수 있다.
따라서 강도와 주조성의 확보를 위하여 Al의 첨가비율을 일정수준 이상으로 유지하면서도 높은 수준의 연성을 갖는 Mg-Al계 합금의 개발이 필요하다. 연성의 향상은 일반적으로 강도와는 상호 희생적인 관계에 있기 마련이다. 연성의 향상이 강도의 감소를 불러온다면 이 또한 합금의 적용 범위에 제한이 생기게 되어 합금을 상용화하기에 힘들어진다.
그러므로 연성과 강도를 동시에 고려되어야 한다. Mg-Al 합금에서 연성을 향상시키기 위해서는 Mg 또는 Al과 반응성이 강한 원소를 첨가하여 새로운 상을 형성시켜 취성이 강한 β상을 억제시켜야 한다.
본 발명은 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕에 알칼리토금속 산화물을 첨가하여 마그네슘계 합금을 제조하는 상온용 마그네슘계 합금 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 마그네슘 합금에 알칼리토금속 산화물 즉, CaO를 첨가하여 산화물, 개재물 및 기공 감소 등의 주물의 내부 건전성을 향상시켜 연성 및 강도를 동시에 향상시킬 수 있는 상온용 마그네슘계 합금 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘계 합금은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕에 CaO가 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가된 후, 상기 용탕과 첨가된 상기 CaO의 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO가 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속에 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca가 결합하여 형성된 화합물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 마그네슘계 합금은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕에 CaO가 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가된 후, 상기 용탕과 첨가된 상기 CaO의 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO가 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속에 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca가 결합하여 형성된 화합물(금속간화합물)이 상온에 존재시킴으로, 기계적 물성중 강도와 연신율이 동시에 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 마그네슘계 합금은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕에 CaO가 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가된 후, 상기 용탕과 첨가된 상기 CaO의 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO가 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속의 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca가 결합하여 형성된 화합물(금속간화합물)이 존재시킴으로, 항복강도가 CaO 첨가전의 마그네슘이나 마그네슘의 합금의 항복강도 보다 증가된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 마그네슘계 합금은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕에 CaO가 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가된 후, 상기 용탕과 첨가된 상기 CaO의 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO가 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속의 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca가 결합하여 형성된 화합물(금속간화합물)이 존재시킴으로, 인장강도가 CaO 첨가전의 마그네슘이나 마그네슘의 합금의 인장강도 보다 증가된 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 마그네슘계 합금을 제조하기 위하여 사용되는 마그네슘 합금이 Mg-Al계 합금이고, 형성되는 상기 화합물은 적어도 Mg2Ca나 Al2Ca나 (Mg, Al)2Ca 중 하나임을 특징으로 하며, 상기 첨가되는 CaO 는 0.2 ~ 0.9 wt%임을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘계 합금의 제조 방법은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 액상으로 용해하는 단계; 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 용해된 용탕에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt%첨가하는 단계; 상기 용탕과 상기 첨가된 CaO의 표면 반응을 발생시켜, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 속에 CaO를 적어도 일부 소진시키는 단계; 및 상기 산소 성분이 제거된 Ca를 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금속에서 적어도 일부 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘계 합금의 제조 방법은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 액상으로 용해하는 단계; 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 용해된 용탕에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt%첨가하는 단계; 상기 용탕과 상기 첨가된 CaO의 충분한 표면 반응을 발생시켜, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 속에 CaO를 실질적으로 잔류되지 않도록 소진시키는 단계; 및 상기 산소 성분이 제거된 Ca를 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금속에 실질적으로 잔류되지 않도록 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상용 마그네슘 합금에 CaO를 첨가하게 되면 마그네슘 합금의 조직이 미세화되고, Al2Ca 상이 형성된다. 그리고, 취성이 강한 β-Mg17Al12 상의 형성이 억제되며, 주조결함이 크게 감소한다. 그 결과 동일한 CaO 첨가 비율에서 마그네슘합금의 강도와 연성이 동시에 증가하는 결과를 보인다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명에서 마그네슘 용탕에 첨가된 알칼리토금속 산화물의 해리 순서도이다.
도 3은 본 발명에서 마그네슘 용탕 상부층의 교반을 통한 알칼리토금속 산화물 해리의 모식도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에서 제조된 마그네슘 합금의 조직을 광학현미경 촬영한 사진이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 EDS 실험 결과를 도시한 사진이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에서 제조된 마그네슘 합금의 인장시편의 파면 SEM이미지 사진이다.
도 7은 본 발명에서 CaO를 사용하지 않은 마그네슘합금의 물성값과 대비하여 CaO 함량을 달리하면서 제조된 마그네슘 합금의 상온 항복강도를 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명에서 CaO를 사용하지 않은 마그네슘합금의 물성값과 대비하여 CaO 함량을 달리하면서 제조된 마그네슘 합금의 상온 인장강도를 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명에서 CaO를 사용하지 않은 마그네슘합금의 물성값과 대비하여 CaO 함량을 달리하면서 제조된 마그네슘 합금의 상온 연신율을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명에서 CaO 함량을 달리하면서 제조된 마그네슘 합금의 상온 연실율과 상온 항복강도를 CaO를 사용하지 않은 마그네슘합금의 물성값과 비교한 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에서 제조된 마그네슘 합금을 다이캐스팅 방법으로 제조한 자동차용 부품 오일팬 및 시험용 시편의 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는 알칼리토금속 산화물을 마그네슘 용탕에 첨가하여 새로운 합금을 제조하는 방법 및 그의 합금으로, 상기 알칼리토금속을 마그네슘에 첨가할 때의 문제점을 해결 및 물성적 한계를 극복하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법은 마그네슘계 용탕 형성 단계(S1)와, 알칼리토금속 산화물 첨가 단계(S2), 교반 단계(S3), 알칼리토금속 산화물 소진 단계(S4), 알칼리토금속 반응 단계(S5), 주조 단계(S6), 및 응고 단계(S7)를 포함한다. 상기 알칼리토금속 산화물 소진 단계(S4)와 상기 알칼리토금속 반응 단계(S5)는 설명의 편의상 별개의 단계로 분리하였지만, 두 공정(S4, S5)은 거의 동시에 일어난다.
상기 마그네슘계 용탕 형성 단계(S1)에서는 마그네슘 또는 마그네슘 합금(이하, 상세한 설명과 청구범위에서는 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 '마그네슘 합금'으로 통칭함)을 도가니에 넣고 보호 가스 분위기에서 400 내지 800℃의 온도를 제공한다. 그러면, 상기 도가니 내의 마그네슘 합금은 용해되어 마그네슘계 용탕을 형성한다.
마그네슘이나 마그네슘 합금의 용해온도
본 발명에서 마그네슘이나 마그네슘합금의 용해를 위한 온도는 순수 마그네슘금속이 녹는 온도와 마그네슘합금이 녹는 온도를 의미한다. 합금의 종류에 따라 녹는 온도는 차이가 있을 수 있다. 충분한 반응을 위하여는 마그네슘이나 마그네슘합금이 완전히 용해된 상태에서 알칼리토금속 산화물이 투입된다. 마그네슘이나 마그네슘합금의 용해 온도는 고상이 충분히 녹아서 완전한 액상으로 존재하는 온도이면 충분하다. 단, 본 발명에서 알칼리토금속 산화물의 첨가로 인하여 용탕의 온도가 떨어지는 점을 고려하여 충분히 여유를 갖는 온도범위에서 용탕을 유지하는 작업이 필요하다.
여기서, 온도가 400℃ 미만이면 마그네슘 합금 용탕이 형성되기 어렵고, 온도가 800℃를 초과하면 마그네슘계 용탕이 발화할 위험이 있다. 그리고, 상기 마그네슘의 경우 대체적으로 600℃ 이상에서 용탕을 형성하지만, 마그네슘 합금의 경우에는 600℃이하 400℃ 이상에서도 용탕이 형성될 수 있다. 일반적으로 금속학에서 합금화가 됨에 따라 용융점은 떨어지는 경우가 많다.
용해온도를 너무 높이 올릴 경우에는 액체금속의 승화가 발생하고 또한 마그네슘의 특성상 쉽게 발화하여 용탕양의 손실을 가져올 수 있고 최종물성에도 악영향을 미칠 수 있다.
상기 마그네슘계 용탕 형성 단계에서 이용된 마그네슘은 순수 마그네슘, 마그네슘 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 마그네슘 합금은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, 마그네슘-Al, 마그네슘-Al-Re, 마그네슘-Al-Sn, 마그네슘-Zn-Sn, 마그네슘-Si, 마그네슘-Zn-Y 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 마그네슘 합금으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상적으로 산업계에서 사용되고 있는 어떠한 마그네슘합금도 사용이 가능하다.
상기 알칼리토금속 산화물 첨가 단계(S2)에서는 상기 마그네슘 용탕에 분말 형태의 알칼리토금속 산화물을 첨가한다. 여기서, 알칼리토금속 산화물은 마그네슘 합금과의 반응을 촉진시키기 위해 분말상태인 것이 바람직하다.
알칼리토금속 산화물의 분말 상태
반응을 위하여 투입되는 알칼리토금속 산화물은 어떠한 형태로 투입되어도 상관이 없다. 바람직하게는 효율적인 반응을 위하여 반응 표면적을 증대시키기 위하여 분말상태의 투입이 바람직하다. 그러나 0.1㎛미만으로 너무 미세한 경우는 승화되는 마그네슘이나 열풍에 의하여 비산되어 노에 투입되기가 어려움이 발생된다. 그리고 서로 응집되어서 액상의 용융금속과 쉽게 섞이지 않고 덩어리지게 된다. 너무 굵은 경우에는 언급하였듯이 표면적을 증대시킨다는 관점에서 바람직하지 않다. 이상적인 파우더의 입도는 500㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 200㎛이하인 것이 좋다.
분말상들의 비산을 방지하기 위하여 분말형태를 응집시킨 팰랫형태의 알칼리토금속산화물을 투입하는 것도 가능하다.
투입되는 알칼리토금속 산화물
용탕에 첨가되는 알칼리토금속 산화물로는 대표적으로 CaO가 사용될 수 있다. 그밖에도 SrO, BeO 또는 MgO 및 그 등가물 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 알칼리토금속 산화물 첨가 단계에서 이용된 알칼리토금속 산화물은 0.001 내지 30 wt%가 첨가될 수 있다. 바람직하게는 0.1 내지 15 wt%가 될 수 있다. 상기 알칼리토금속 산화물이 0.001 wt% 미만인 경우에는 알칼리토금속 산화물에 의한 효과가 작다.
알칼리토금속 산화물의 투입양은 목적으로 하는 최종타겟 합금조성에 따라서 결정된다. 즉 마그네슘합금 속에 Ca를 합금화하길 희망하는 양에 따라서 역계산하여 CaO의 양을 결정할 수 있다. 마그네슘합금 속에 CaO로부터 간접적으로 합금화하는 Ca양이 21.4wt%(CaO의 경우 30wt%)를 초과하는 경우에는 마그네슘합금의 물성이 원래의 물성으로부터 벗어나기에 상기의 투입되는 양이 30.0wt% 이하에서 조절하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10.7wt%의 Ca를 최종 타겟 합금조성으로 하고 CaO를 15.0wt%를 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 경우 알칼리토금속 산화물의 투입양을 0.05에서 1.2wt%이다. 알칼리토금속 산화물의 투입양은 1.2wt% 이하에서 고강도/고신율의 물성치를 얻을 수 있었다. 0.05wt% 미만에서는 상기 물성치의 개선효과가 상대적으로 크지 않았다. 상기 조성은 더욱 바람직하게는 0.2에서 0.9wt%이다.
상기 교반 단계(S3)에서는 상기 마그네슘 용탕을 첨가되는 알칼리토금속산화물의 0.1wt% 당 1초~60분 동안 교반한다.
여기서 교반 시간이 0.1wt% 당 1초 미만이면 마그네슘 용탕에 알칼리토금속 산화물이 충분히 섞이지 않고, 교반 시간이 0.1wt% 당 60분을 초과하면 마그네슘 용탕의 교반 시간이 불필요하게 길어질 수 있다. 일반적으로 교반의 시간은 용탕의 크기와 투입되는 알칼리토금속 산화물의 양에 의존하다.
산화물 분말의 투입은 필요양을 일시에 투입하는 방법도 사용할 수 있으나, 반응을 촉진시키고 분말의 응집 가능성을 낮추는 측면에서는 일차 투입 후에 시간차를 가지고 재차 또는 적정량으로 나누어 순차적으로 투입하는 것도 바람직하다.
교반 방법 및 조건
본 발명의 마그네슘 또는 마그네슘합금과 알칼리토금속 산화물과의 효율적인 반응을 위하여 교반이 바람직하다. 교반의 형태는 용탕을 담고 있는 노주위에 전자기장을 인가할 수 있는 장치를 구비함으로 전자기장 필드를 발생시켜 용탕의 컨벡션을 유도할 수 있다. 또한 외부에서 용탕에 인위적인 교반(기계적인 교반)을 할 수 있다. 기계적인 교반의 경우 투입되는 알칼리토금속 산화물 분말이 뭉치지 않도록 적절하게 교반할 수도 있다. 교반의 궁극적인 목적은 용탕과 투입되는 분말과의 반응을 적절하게 유도하는데 있다.
교반을 위한 시간은 용탕의 온도와 투입되는 분말의 상태(예열상태 등)등에 따라 차이가 있을 수 있다. 바람직하게는 용탕표면에서 분말이 보이지 않을 때까지 교반하여 주는 것을 원칙으로 한다. 그 이유는 분말은 비중이 용탕보다 낮기에 정상상태에서는 용탕위에 유동하게 되고 용탕위에서 분말이 보이지 않을 때는 충분한 반응이 되었다고 간접적으로 결정할 수 있다. 여기서 충분한 반응이라고 함은 알칼리토금속 산화물이 용탕과 실질적으로 모두 반응하여 소진된 상태를 의미한다.
비록 분말이 용탕위에서 확인되지 않더라도 용탕속에서 존재할 가능성도 배제할 수 없기에 교반시간 이후 유지시간을 갖으면서 미쳐 부상하지 않은 분말의 존재를 확인하고 미쳐 반응하지 않은 분말의 반응을 마치는 시간을 부여한 유지시간이 필요하다.
교반의 시기
교반의 시기는 산화물 분말의 투입과 동시에 하는 것이 유효하다. 또한 산화물이 용탕으로부터 열을 공급받아 일정 온도 이상으로 도달한 후 교반을 시작하여 반응을 촉진시킬 수도 있다. 용탕의 표면에서 투입된 산화물의 분말이 감지되지 않을 때까지 교반을 계속하여 준다. 알칼리토금속 산화물이 반응으로 모두 소진된 후 교반을 완료한다.
표면 반응
일반적으로 용탕에 알칼리토금속 중 Ca와 Sr을 첨가하는 경우에는 비중차에 의하여 비중이 낮은 마그네슘의 용탕속으로 가라앉으면서 반응이 일어난다. 따라서 Ca의 용해를 돕기 위해서 단순히 용탕을 저어주는 것으로 합금화가 이루어진다.
반면에 용탕에 알카리토금속 산화물을 투입하는 경우에는 비중차에 의하여 용탕 속으로 가라앉지 않고 용탕의 표면에 부유하게 된다.
통상의 금속의 합금화의 경우에는 용탕과 합금원소 금속을 대류(convection)나 교반(stirring)시켜서 적극적인 반응을 유도하여 용탕내부에서 반응이 일어나도록 하는 것이 일반적이다. 그러나 본원의 경우에는 적극적인 반응을 유도한 경우에는 용탕 속으로 투입되는 산화물이 미쳐 반응하지 못하고 최종 재료에 잔류하여 물성치를 떨어뜨리거나 결함의 원인으로 작용하였다. 즉, 용탕의 표면이 아니 용탕속의 반응을 유도하는 경우, 용탕의 표면에서의 반응보다 알칼리토금속의 산화물이 최종 용탕속에 잔류하는 경우가 높았다.
따라서 본 발명에서는 산화물이 용탕 속에서 반응하기 보다는 용탕의 표면에서 반응하도록 반응환경을 조성하는 것이 중요하다. 그러기 위해서는 용탕 표면에 부유하는 산화물을 강제적으로 용탕 안으로 저어주지 않도록 하는 것이 중요하다. 단순히 표면에 펴져 있는 알칼리토금속 산화물을 노출되는 용탕의 표면쪽으로 고루 퍼지도록 펼쳐주는 것이 중요하다.
교반을 안하는 것보다는 하는 것이 반응이 잘 일어나고, 용탕의 내부보다는 외부표면(상층부 표면)에서 교반을 하는 것이 더 잘 일어났다. 즉 외부표면(상층부 표면)은 대기와 노출된 분말과 더 반응을 잘 일으켰다. CaO의 한쪽은 대기중에 접촉하고 있는 것이 효과가 더 좋았다. 진공이나 분위기 가스하에서는 결과가 좋지는 않았다. 충분한 반응을 위해서는 상층부 교반을 행하여 표면반응을 유도하는 것이 필요하다.
아래의 표 1은 AM60B 마그네슘합금의 용탕에 70㎛의 입자크기를 갖는 5, 10, 15wt%의 산화칼슘을 각각 첨가한 후 교반의 방법에 따른 마그네슘합금내의 산화칼슘의 잔량을 측정하였다. 교반의 방법으로는 용탕의 상층부 교반, 용탕의 내부 교반, 그리고 나머지 하나는 교반을 하지 않았다. 교반 조건을 달리함에 따라서 교반의 상층부만을 교반하는 경우가 교반하지 않는 경우와 내부 교반을 한 경우와 비교할 때 산화칼슘의 잔량이 5, 10, 15wt% 산화칼슘을 첨가함에 따라서 최종 잔류량은 0.001, 0.002, 0.005wt%로 가장 작게 잔류함을 확인할 수 있었다. 즉 CaO를 Mg용탕의 표면에서 반응시키기 위해 용탕상층부를 교반한 경우 첨가된 CaO 거의 대부분 Ca로 분리되는 것을 알 수 있다.
5wt%CaO 첨가 10wt%CaO 첨가 15wt%CaO 첨가
합금 내
CaO 잔량		 교반하지 않음 4.5wt% CaO 8.7wt% CaO 13.5wt% CaO
용탕 내부 교반 1.2wt% CaO 3.1wt% CaO 5.8wt% CaO
용탕 상층부
교반(본 발명)		 0.001wt% CaO 0.002wt% CaO 0.005wt% CaO
알칼리토금속 산화물의 산소성분은 상기 용탕 상부층의 교반을 통해서 실질적으로 용탕 표면 위로 제거된다. 상기 교반은 상기 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 20% 내외의 상층부에서 교반이 이루어지는 것이 좋다. 20% 이상의 깊이에서는 본 발명에서 바람직한 예시로 제시한 표면반응이 일어나기가 어렵다. 더욱 바람직하게는 상기 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 10% 내외의 상층부에서 교반이 이루어지는 것이 좋다. 이는 실질적으로 부유하는 알칼리토금속 산화물을 실제로 용탕깊이에 10% 상위층에서 위치하도록 유도함으로 용탕의 교란을 최소화할 수 있었다.
상기 알칼리토금속 산화물의 소진 단계(S4)에서는 상기 용탕과 상기 첨가된 알칼리토금속 산화물의 반응을 통해, 알칼리토금속 산화물이 마그네슘 합금 속에 적어도 일부 또는 실질적(substantially)으로 잔류되지 않도록 소진시키게 된다. 본 발명에서 투입되는 알칼리토금속 산화물은 충분한 반응에 의하여 전부 소진되어 것이 바람직하다. 그러나, 일부 반응되지 않고 합금내에 남아 있는 경우라도 물성에 크게 영향을 미치지 않는 경우에도 유효하다.
여기에서, 알칼리토금속 산화물을 소진시킨다는 것은, 알칼리토금속 산화물에서 산소 성분을 제거하는 것이다. 상기 산소 성분은 산소(O2) 가스의 형태로 제거되거나, 또는 용탕속의 마그네슘 또는 그 합금성분과의 결합을 통해서 드로스(dross)나 슬러지형태로 제거될 수 있다. 여기서 첨가제에서 제공되는 Ca는 합금속의 Mg 보다는 그 외 다른 성분원소와 화합물화를 하는 경향을 보였다. 그리고, 상기 산소 성분은 용탕 상부층의 교반을 통해서 실질적으로 용탕 표면 위로 제거된다.
도 3은 본 발명에서 마그네슘 용탕 상부층의 교반을 통한 알칼리토금속 산화물 해리의 예시도이다.
상기 알칼리토금속 반응 단계(S5)에서는, 상기 알칼리토금속 산화물의 소진 결과로 생성된 알칼리토금속을 마그네슘 합금 속에 적어도 일부 또는 실질적으로 잔류되지 않도록 반응시키게 된다. 여기서, 소진 결과 생성된 알칼리토금속은 상기 마그네슘 합금 속의 마그네슘, 알루미늄, 그리고 상기 용탕속의 그 외 합금원소(성분) 중 적어도 어느 하나와 화합물화되어 실질적으로 잔류되지 않도록 한다는 것이다. 여기서 화합물이라 함은 금속과 금속의 결합하여 이루어진 금속간화합물을 지칭한다.
본 발명에서 투입되는 알칼리토금속 산화물은 전부 소진하는 것이 효과가 최대로 나타났다. 용탕과 알칼리토금속 산화물이 충분한 반응을 일으켜서 알칼리토금속 산화물이 마그네슘합금속에 잔류하지 않도록 유도할 수 있다. 용탕 속에는 상기 알칼리토금속 산화물이 잔류하지 않는 경우에 기계적인 물성치가 최고가 된다. 만일 어떠한 이유에서 알칼리토금속 산화물이 반응에 의하여 전부 소진되지 못하고 일부만 소진된 경우에는 기계적인 물성치가 전부 소진된 경우보다는 물성치가 낮았다. 일부가 소진된 경우라도 알칼리토금속 산화물을 투입하지 않은 동일조성의 마그네슘 합금의 물성치 보다는 좋았다.
결국, 첨가된 알칼리토금속 산화물은 용탕인 마그네슘 합금과의 반응을 통해 산소성분이 제거되어 적어도 일부 또는 실질적으로 없어지며, 산소 성분이 제거된 알칼리토금속은 마그네슘 합금 속의 마그네슘, 알루미늄, 그리고 상기 용탕속의 그 외 합금원소 중 적어도 어느 하나와 화합물화되어 마그네슘 합금 속에 적어도 일부 또는 실질적으로 잔류되지 않게 된다. 지금까지 설명한 과정은 도 1과 도 2에 도시되어 있다. 도 2은 본 발명에서 마그네슘 용탕에 첨가하여 사용되는 알칼리토금속 산화물의 해리 순서도이다.
한편, 주조 단계(S6)에서는 상기 마그네슘 용탕을 상온이나 예열상태의 주형에 넣어 주조한다. 여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 중력 주조, 연속 주조 및 그 등가 방식이 가능하다.
상기 마그네슘계 용탕의 온도가 떨어짐에따라 상기 마그네슘계 합금 속에 마그네슘, 알루미늄, 그리고 상기 용탕속의 그 외 합금원소 중 적어도 어느 하나와 화합물을 생성시키게 된다.
상기 응고 단계(S7)에서는 상기 주형을 상온으로 냉각시킨 후 주형에서 마그네슘 합금(eg. 마그네슘 합금 잉곳)을 꺼낸다. 상기와 같은 방법으로 제조된 마그네슘 합금은 아래에서 설명하겠지만 마그네슘계 합금 속에 마그네슘, 알루미늄, 그리고 상기 용탕속의 그 외 합금원소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 형태를 갖게 된다.
상기 금속간화합물은 상기 마그네슘 결정립들의 외부인 경계면에 대부분 존재하게 되지만, 마그네슘 결정립의 내부에도 존재할 수도 있다. 여기서, 상기 마그네슘 결정립은 순수 마그네슘 결정립, 마그네슘 합금 결정립 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 금속간화합물은 마그네슘과 알칼리 금속의 화합물, 마그네슘과 알칼리토금속의 화합물, 마그네슘 합금 중 마그네슘 이외의 물질과 알칼리 금속의 화합물, 및 마그네슘 합금중 마그네슘 이외의 물질과 알칼리토금속의 화합물 중에서 적어도 어느 하나일 수 있고, 또는 이들의 복합 화합물일 수도 있다.
상기 마그네슘 결정립은 순수 마그네슘 결정립, 마그네슘 합금 결정립 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 그리고, 상기 금속간화합물은 마그네슘과 알칼리토금속의 화합물과, 마그네슘 합금 중 마그네슘 이외의 물질과 알칼리토금속의 화합물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 주로 금속간화합물은 마그네슘계 금속간화합물과 Al계 금속간화합물이 될 수 있다.
상기와 같은 제조 방법으로 형성된 마그네슘계 합금은 경도(HRF)가 40 내지 80일 수 있다. 그러나 이러한 경도값은 가공 방법 및 열처리 등에 따라 다양하게 변화하기 때문에, 이러한 경도 값으로 본 발명에 따른 마그네슘계 합금을 한정하는 것은 아니다.
순수한 마그네슘 용탕의 경우에는 용탕속의 마그네슘성분은 알칼리토금속과 반응하여 마그네슘(알칼리토금속) 화합물을 형성한다. 일예로 알칼리토금속 산화물이 CaO인 경우는 Mg2Ca가 형성된다. 그리고 CaO를 구성하고 있던 산소는 O2가 되어 용탕 밖으로 배출되거나, Mg와 결합하여 MgO가 되고 dross형태로 배출된다.(아래 반응식 1을 참조)
반응식 1
Pure Mg + CaO -> Mg (Matrix) + Mg2Ca
... [O2 발생 + MgO dross발생]
마그네슘 합금 용탕의 경우에는 용탕속의 마그네슘성분은 알칼리토금속과 반응하여 마그네슘(알칼리토금속) 화합물이나 알루미늄(알칼리토금속) 화합물을 형성한다. 또한 마그네슘이나 알루미늄과 함께 마그네슘의 합금원소가 알칼리토금속과 화합물을 형성한다. 일예로 알칼리토금속 산화물이 CaO인 경우는 Mg2Ca, Al2Ca, 또는 (Mg, Al, 기타 합금원소)2Ca가 형성된다. 그리고 CaO를 구성하고 있던 산소는 순수 마그네슘의 경우와 같이 O2가 되어 용탕 밖으로 배출되거나, Mg와 결합하여 MgO가 되고 dross형태로 배출된다.(아래 반응식 2를 참조)
반응식 2
Mg Alloy + CaO -> Mg Alloy (Matrix) +
(Mg2Ca + Al2Ca + (Mg, Al, 기타 합금원소)2Ca}
... [O2 발생 + MgO dross발생]
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 마그네슘 합금의 생산방법과 비교하여 보다 경제적으로 마그네슘 합금을 제조공법이다. 알칼리토금속(예: Ca)은 상대적으로 알칼리토금속 산화물(예: CaO)에 비하여 고가의 합금원소로서 마그네슘합금의 가격을 상승시키는 요인으로 작용한다. 또한 알칼리토금속 산화물을 알칼리토금속을 대신하여 마그네슘나 마그네슘합금에 첨가함으로 상대적으로 합금화하기가 용이하다. 반면에, 알칼리토금속(예: Ca)을 직접 첨가하지 않고, 화학적으로 안정한 알칼리토금속 산화물(예: CaO)을 첨가함으로써 동일 또는 그 이상의 합금화 효과가 발생시킬 수 있다.
또한, 알칼리토금속을 마그네슘나 마그네슘합금에 직접 투입하는 경우 마그네슘합금에서 알칼리토금속의 고용화가 일정한 양 발생하는 반면에, 본 발명의 기술을 활용한 경우에는 알칼리토금속 산화물(CaO)를 첨가시에는 고용되는 정도가 알칼리토금속을(Ca) 직접 첨가하는 경우와 비교하여 고용이 없거나 극히 적다. 따라서 마그네슘합금의 물성을 올리기 위해서는 일정 분률이상의 알칼리토금속의 첨가가 필요한 반면에, 알칼리토금속 산화물을 첨가하여 마그네슘합금을 제조하는 경우에는 알칼리토금속의 상당한 양이 직접 마그네슘이나 Al의 금속간화합물(예: Mg2Ca나 Al2Ca)을 형성함으로 인해 물성이 Ca를 직접 투입했을 때 보다 향상됨을 볼 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 각종 실험 결과를 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 CaO 첨가비율에 따른 광학 현미경 상의 조직 사진이다.
CaO의 첨가 비율(도 4a는 0.3wt%, 도 4b는 0.6wt%, 도 4c는 0.9wt%, 도 4d는 1.2wt%)이 높아짐에 따라 마그네슘합금의 조직이 미세화됨을 알 수 있다
도 5a 내지 도 5d는 AM60B 합금의 용탕에 0.45wt% CaO를 첨가하여 본원의 마그네슘 합금 제조방법인 상층부 교반에 의한 표면반응으로 CaO에서 O를 제거하고 Ca를 환원시켜 제조한 마그네슘 합금의 ESD 성분 분석의 그림이다. 도시된 바와 같이 Al2Ca 상의 형성 및 β-Mg17Al12 상의 형성이 억제됨을 알 수 있다.
Al과 Ca의 존재 영역이 유사하게 분포되고 있음을 알 수 있다. 즉 마그네슘 용탕에 첨가된 CaO에서 분리된 Ca가 Al과 화합물을 형성하는 것을 의미한다. 이로 인하여 기존 Mg-Al 계 합금에 존재하는 취성이 강한 β-Mg17Al12 상의 형성이 억제되어 마그네슘 합금의 연성이 증가되며 동시에 Al2Ca 상의 형성으로 합금의 강도가 증가하는 것이다.
도 6a 내지 도 6d는 AM60B 합금 및 AM60B 에 CaO를 반응시킨 마그네슘합금의 인장시편의 인장시험 후 파면의 SEM 이미지를 보여준다.
도 6a는 AM60B의 인장 시편 파면 사진이다.합금 내에 기공 등의 주조 결함으로 Dimple 구조(오목하게 들어간 부분)가 많은 것을 볼 수 있다. 이에 비교하여 CaO가 첨가된 함금의 경우(도 6b는 AM60B에 0.25wt%CaO 첨가, 도 6c는 AM60B에 0.58wt%CaO 첨가,도 6d는 AM60B에 0.98wt%CaO 첨가) 인장시편 파면의 Dimple 구조가 현저하게 감소한 것을 볼 수 있다. 즉, CaO 첨가에 의해 합금의 기공이 감소하고 산화물, 개재물이 감소하는 등 주조 결함이 감소함을 의미한다.
도 7은 마그네슘 합금에 산화칼슘을 첨가하였을 때 항복강도(TYS)를 나타낸 그래프이다. 실선은 CaO를 첨가하지 않은 AM60B 합금의 항복강도를 나타낸다.
실시예에서는 AM60B 마그네슘 합금에 산화칼슘을 0.2wt% 내지 1.0wt%를 첨가하여 실험하였다.
도 7에서 보듯이, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.3wt%를 첨가할 경우 항복강도가 대략 130 내지 137[MPa]이고, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.7wt%를 첨가할 경우 항복강도가 대략 151 내지 168[MPa]이고, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.9wt%를 첨가할 경우 항복강도가 대략 156[MPa] 정도이다.
이와 같은 산화칼슘의 wt%에 따른 항복강도는 아래 표 2와 같다.
합금 산화칼슘 첨가량 항복강도[MPa]
마그네슘 합금
(AM60B)		 0.2 ~ 0.3 wt% 123 ~ 137
0.3 ~ 0.4 wt% 131 ~ 138
0.4 ~ 0.5 wt% 137 ~ 142
0.5 ~ 0.6 wt% 141 ~ 161
0.6 ~ 0.7 wt% 143 ~ 166
0.7 ~ 0.8 wt% 149 ~ 170
0.8 ~ 0.9 wt% 148 ~ 160
0.9 ~ 1.0 wt% 148 ~ 158
따라서, 상기 표 2에서와 같이 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.7 내지 0.8 wt%를 첨가하였을 때 인장강도가 가장 우수하게 나타난다.
도 8은 마그네슘 합금에 산화칼슘을 첨가하였을 때 인장강도를 나타낸 그래프이다. 실선은 CaO를 첨가하지 않은 AM60B 합금의 인장강도를 나타낸다.
실시예에서는 AM60B 마그네슘 합금에 산화칼슘을 0.2wt% 내지 1.0wt%를 첨가하여 실험하였다.
도 8에서 보듯이, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.3wt%를 첨가할 경우 인장강도가 대략 205 내지 230[MPa]이고, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.7wt%를 첨가할 경우 인장강도가 대략 240 내지 261[MPa]이고, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.9wt%를 첨가할 경우 인장강도가 대략 245 내지 251[MPa] 정도이다.
이와 같은 산화칼슘의 wt%에 따른 인장강도는 아래 표 3과 같다.
합금 산화칼슘 첨가량 인장강도[MPa]
마그네슘 합금
(AM60B)		 0.2 ~ 0.3 wt% 205 ~ 231
0.3 ~ 0.4 wt% 205 ~ 229
0.4 ~ 0.5 wt% 223 ~ 232
0.5 ~ 0.6 wt% 239 ~ 260
0.6 ~ 0.7 wt% 240 ~ 260
0.7 ~ 0.8 wt% 240 ~ 261
0.8 ~ 0.9 wt% 240 ~ 255
0.9 ~ 1.0 wt% 240 ~ 252
따라서, 상기 표 3에서와 같이 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.5 내지 0.8 wt%를 첨가하였을 때 인장강도가 가장 우수하게 나타난다.
도 9는 마그네슘 합금에 산화칼슘을 첨가하였을 때 연신율(elongation)을 나타낸 그래프이다. 실선은 CaO를 첨가하지 않은 AM60B 합금의 연신율을 나타낸다.
실시예에서는 AM60B 마그네슘 합금에 산화칼슘을 0.2wt% 내지 1.0wt%를 첨가하여 실험하였다.
도 9에서 보듯이, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.3wt%를 첨가할 경우 연신율가 대략 6 내지 10[%]이고, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.7wt%를 첨가할 경우 연신율가 대략 13 내지 15[%]이고, 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.9wt%를 첨가할 경우 연신율이 대략 13 내지 14[%] 정도이다.
이와 같은 산화칼슘의 wt%에 따른 연신율은 아래 표 4와 같다.
합금 산화칼슘 첨가량 연신율[%]
마그네슘 합금
(AM60B)		 0.2 ~ 0.3 wt% 6 ~ 10
0.3 ~ 0.4 wt% 7 ~ 12
0.4 ~ 0.5 wt% 12 ~ 14
0.5 ~ 0.6 wt% 12 ~ 15
0.6 ~ 0.7 wt% 13 ~ 17
0.7 ~ 0.8 wt% 12 ~ 16
0.8 ~ 0.9 wt% 12 ~ 15
0.9 ~ 1.0 wt% 13 ~ 14
따라서, 상기 표 4에서와 같이 마그네슘 합금에 산화칼슘 0.5 내지 0.8 wt%를 첨가하였을 때 연신율이 가장 우수하게 나타난다.
아래 표 5는 본 발명에 의해 제조된 마그네슘 합금의 기계적 특성의 평균값을 나타낸 것이다. 각 데이터는 약 200개의 실험측정값을 통해서 평균을 구하였다.
YS(MPa) UTS(MPa) EL(%)
AM60B 115 205 6
AM60B-0.3wt%CaO 130 220 9
AM60B-0.5wt%CaO 160 255 14
AM60B-0.7wt%CaO 165 260 14
AM60B-0.9wt%CaO 155 250 13
도 10은 본 발명에 의해 제조된 마그네슘계 합금과 기존의 합금의 인장강도와 연신율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 기존의 AM(알루미늄과 망간이 첨가된 마그네슘합금)과 AE(알루미늄에 희토류금속이 첨가된 마그네슘합금)는 인장강도와 연신율이 반비례하는 것으로 나타난다.
상기 그래프는 CaO가 첨가된 마그네슘합금의 연신율에 대한 항복강도를 나타낸다. 일반적으로는 그래프의 동그라미점(Mg-Al-RE 합금)이나 삼각형점(Mg-Al-Mn 합금)의 경향과 같이 연신율이 증가하게 되면 그 합금의 항복강도는 감소하게 된다. 즉 연신율과 항복강도는 상호희생적인 관계에 있는 것이 일반적이다. 하지만 상기 그래프의 사각형점(CaO를 첨가한 마그네슘합금)에서 볼 수 있는 바와 같이 CaO를 첨가한 경우에는 연신율이 증가함에 따라 항복강도 역시 동시에 증가하는 경향을 보이고 있다.
도 11a는 본 발명에 의한 마그네슘합금을 실제 다이캐스팅(콜드챔버방식)으로 제조한 자동차 부품용 오일팬의 모습을 보여준다. 그림에서 제품의 끝부분에 마그네슘합금의 특성을 시험하기 위한 인장시편이 달려 있는 것을 볼 수 있다. 다이캐스팅의 특성 상 제품의 끝부분은 일반적으로 품질이 안 좋은 것임에도 불구하고 본 발명의 마그네슘합금은 상기한 바와 같이 기계적 특성 및 주조결함 등의 주조품질이 우수한 것으로 나타났다. 도 11b는 다양한 CaO 함량(0.05~1.22wt%)의 상기 다이캐스팅에 의한 제조된 오일팬에서 분리한 시험용 시편들이다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 마그네슘계 합금에 있어서,
    마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕의 표면에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가한 후, 상기 첨가된 CaO를 상기 용탕과 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO의 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속에 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca가 결합하여 형성된 화합물이 존재하는 상온용 마그네슘계 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    마그네슘계 합금을 제조하기 위하여 사용되는 마그네슘 합금이 Mg-Al계 합금인 경우, 형성되는 상기 화합물은 적어도 Mg2Ca나 Al2Ca나 (Mg, Al)2Ca 중 하나임을 특징으로 하는 상온용 마그네슘계 합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 첨가되는 CaO는 0.2 ~ 0.9 wt%임을 특징으로 하는 상온용 마그네슘계 합금.
  4. 마그네슘계 합금을 제조하는 방법에 있어서,
    마그네슘 또는 마그네슘 합금을 액상으로 용해하는 단계;
    상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 용해된 용탕의 표면에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt%첨가하는 단계;
    상기 첨가된 CaO를 상기 용탕과 표면 반응을 발생시켜, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 속에 CaO을 적어도 일부 소진시키는 단계; 및
    상기 산소 성분이 제거된 Ca를 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금속에서 적어도 일부 반응시키는 단계;
    를 포함하는 상온용 마그네슘계 합금의 제조 방법.
  5. 마그네슘계 합금을 제조하는 방법에 있어서,
    마그네슘 또는 마그네슘 합금을 액상으로 용해하는 단계;
    상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 용해된 용탕의 표면에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt%첨가하는 단계;
    상기 첨가된 CaO를 상기 용탕과 충분한 표면 반응을 발생시켜, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 속에 CaO가 잔류되지 않도록 소진시키는 단계; 및
    상기 산소 성분이 제거된 Ca를 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금속에 잔류되지 않도록 반응시키는 단계;
    를 포함하는 상온용 마그네슘계 합금의 제조 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 첨가되는 CaO는 0.2 ~ 0.9 wt%임을 특징으로 하는 상온용 마그네슘계 합금의 제조 방법.
  7. 마그네슘계 합금에 있어서,
    마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕의 표면에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가한 후, 상기 첨가된 CaO를 상기 용탕과 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO의 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속에 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca가 결합하여 형성된 금속간화합물을 상온에 존재시킴으로, 기계적 물성 중 강도와 연신율이 동시에 증가하는 특징을 가지는 상온용 마그네슘계 합금.
  8. 제 7 항에 있어서,
    마그네슘계 합금을 제조하기 위하여 사용되는 마그네슘 합금이 Mg-Al계 합금인 경우, 형성되는 상기 화합물은 적어도 Mg2Ca나 Al2Ca나 (Mg, Al)2Ca 중 하나임을 특징으로 하는 상온용 마그네슘계 합금.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 첨가되는 CaO는 0.2 ~ 0.9 wt%임을 특징으로 하는 상온용 마그네슘계 합금.
  10. 마그네슘계 합금에 있어서,
    마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕의 표면에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가한 후, 상기 첨가된 CaO를 상기 용탕과 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO의 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속의 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca가 결합하여 형성된 금속간화합물을 존재시킴으로, 항복강도가 CaO 첨가전의 마그네슘이나 마그네슘의 합금의 항복강도보다 증가된 특징을 가지는 상온용 마그네슘계 합금.
  11. 마그네슘계 합금에 있어서,
    마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕의 표면에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가한 후, 상기 첨가된 CaO를 상기 용탕과 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO의 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속의 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca이 결합하여 형성된 금속간화합물을 존재시킴으로, 인장강도가 CaO 첨가전의 마그네슘이나 마그네슘의 합금의 인장강도보다 증가된 특징을 가지는 상온용 마그네슘계 합금.
  12. 마그네슘계 합금에 있어서,
    마그네슘 또는 마그네슘 합금의 용탕의 표면에 CaO를 0.05 ~ 1.2 wt% 첨가한 후, 상기 첨가된 CaO를 상기 용탕과 표면 반응을 발생시켜, 상기 CaO의 일부 또는 전부가 소진된 결과로, 상기 마그네슘계 합금 속의 Mg나 합금을 구성하는 다른 원소와 Ca이 결합하여 형성된 금속간화합물을 존재시킴으로, 연신율이 CaO 첨가전의 마그네슘이나 마그네슘의 합금의 연신율보다 증가된 특징을 가지는 상온용 마그네슘계 합금.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060094734A (ko) * 2005-02-25 2006-08-30 한국생산기술연구원 산화칼슘이 첨가된 마그네슘 합금 및 그의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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한국주조공학회지, 제29권, 제3호 (2009.06.) pp. 101-112.. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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