KR101399221B1

KR101399221B1 - 경도와 인장강도가 향상된 아연-마그네슘 합금

Info

Publication number: KR101399221B1
Application number: KR1020120044360A
Authority: KR
Inventors: 김석환
Original assignee: 김석환
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-05-27
Also published as: KR20130121295A

Abstract

본 발명은 아연-마그네슘합금에 관한 것으로서, 상세하게는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄, 베릴륨, 주석, 인, 비스무스, 아연으로 구성되어 인체에 무해하고 가공성이 우수하면서도 경도와 인장강도가 향상되어서 악세사리 또는 핸드폰 내외장재로 사용하기에 적합한 경도와 인장강도가 향상된 아연-마그네슘합금에 관한 것이다.
본 발명에 의한 인장강도와 경도가 향상된 아연-마그네슘합금은 알루미늄 2.5% - 4.7 중량%, 구리 0.9 - 1.5 중량%, 마그네슘 0.001 - 3 중량%, 티타늄 0.003 - 0.01 중량%, 베릴륨 0.003 - 0.01 중량%, 주석 0.01 - 1 중량%, 인 0.0001 - 0.009 중량%, 비스무스 0.001 - 0.009 중량% 및 잔부의 아연으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

경도와 인장강도가 향상된 아연-마그네슘 합금{Zink-Magnesium alloy with improved hardness and tensile strength}

본 발명은 아연-마그네슘에 관한 것으로서, 상세하게는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄, 베릴륨, 주석, 인, 비스무스, 아연으로 구성되어 인체에 무해하고 가공성이 우수하면서도 경도와 인장강도가 향상되어서 핸드폰 내외장재로 사용하기에 적합한 아연-마그네슘 합금에 관한 것이다.

핸드폰은 제품의 소형화와 경량화가 제품의 경쟁력과 직결되므로, 이러한 목적을 충족시키기 위한 다양한 합금이 개발되었다. 이중 비철금속 합금으로 마그네슘과 알루미늄을 주성분으로 하는 합금이 많이 사용되었으나, 마그네슘은 그 본질적 특성상 발화위험성이 있고, 전기 화학적 음성도가 다른 금속원소에 비하여 높기 때문에 철, 구리, 니켈 또는 실리콘 등이 기지 내에서 금속간 화합물 형태의 작은 입자로 석출되면, 기지 상에 비하여 음극을 형성하여 경계면에서 전기 화학적인 부식이 잘 일어난다. 특히 마그네슘이 주성분인 합금에 철이 매우 적은 양이 첨가되어도 합금의 내식성을 크게 저하시킨다. 마그네슘 표면에 형성되는 자연적인 피막도 상당한 부동태 성질을 가지며 흔히 염기성을 띄고 있어 주변 환경에 약해 표면처리를 필요로 한다. 따라서 이를 주성분으로 사용하는 것은 바람직하지 못하므로, 마그네슘을 주성분으로 사용하지 않은 합금이 필요하게 되었다.

한편 핸드폰은 사람들이 항상 휴대하고 다니기 때문에 핸드폰에 흠집이 생기거나 바닥에 떨어져서 파손될 가능성이 높다. 이에 대부분의 사람들은 핸드폰의 외부에 연질의 보호케이스를 별도로 구비하여 이를 핸드폰의 외부에 씌운 상태로 사용하고 있다.

그러나 이러한 보호케이스는 단순히 핸드폰에 흠집이 생기거나 강한 충격에 의해 파손되는 것을 방지하기 위한 보조수단일 뿐이고, 핸드폰 자체가 흠집이 잘 생기지 않거나 또는 외부의 강한 충격에도 강한 특성을 가지고 있는 재질로 만들 필요성이 대두되었다.

KR

10-0961081

B1

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄, 베릴륨, 주석, 인, 비스무스, 아연으로 구성되어 인체에 무해하고 가공성이 우수하면서도 경도와 인장강도가 향상되어서 핸드폰 내외장재로 사용하기에 적합한 경도와 인장강도가 향상된 아연-마그네슘합금을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의한 인장강도와 경도가 향상된 아연-마그네슘합금은 알루미늄 2.5% - 4.7 중량%, 구리 0.9 - 1.5 중량%, 마그네슘 0.001 - 3 중량%, 티타늄 0.003 - 0.01 중량%, 베릴륨 0.003 - 0.01 중량%, 주석 0.01 - 1 중량%, 인 0.0001 - 0.009 중량%, 비스무스 0.001 - 0.009 중량% 및 잔부의 아연으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 아연-마그네슘합금은 인체에 무해한 원소들로만 구성되어서 핸드폰과 같이 인간이 항상 소지하고 있는 제품에 사용하여도 인체에 해를 끼치지 않고, 또한 가공성이 우수하며, 경도와 인장강도가 종래에 합금재에 비하여 크게 향상되어서, 이로 인하여 핸드폰 내외장재로 사용하기에 적합하다.

도 1은 실시예와 비교예의 실험결과를 도시한 그래프이다.

본 발명에 의한 경도와 인장강도가 향상된 아연-마그네슘합금은 알루미늄 2.5% - 4.7 중량%, 구리 0.9 - 1.5 중량%, 마그네슘 0.001 - 3 중량%, 티타늄 0.003 - 0.01 중량%, 베릴륨 0.003 - 0.01 중량%, 주석 0.01 - 1 중량%, 인 0.0001 - 0.009 중량%, 비스무스 0.001 - 0.009 중량% 및 잔부의 아연으로 구성된다.

이하 각 구성요소별로 설명한다.

알루미늄은 전성(展性), 연성(延性)이 풍부하고 비중이 작으며, 인장강도가 크며, 열과 전기의 전도성이 크고 대기중에서의 내식성이 강하기 때문에, 판재, 박재(箔材), 봉재, 선재, 관재, 형재(型材) 등의 모든 형태로 가공되고 이용된다. 또한 알루미늄은 내식성과 인체에 해가 없기 때문에 식품공업 또는 식기류등에 이용되고 있는 점을 고려하여, 사람이 항상 소지하고 다니는 핸드폰의 내외장재 또는 악세사리에 사용될 수 있는 본 발명에 의한 아연-마그네슘합금의 구성요소로서 사용하게 되었다. 또한 본 발명에서의 알루미늄은 무른 금속에 속하지만, 함께 사용되는 티타늄과 베릴륨에 의해 경도를 향상시키면서도 인장강도를 함께 향상시키기 위하여 사용하였다. 즉, 본 발명에서의 알루미늄은 인체에 무해하면서도 경도를 저하시키지 않으면서도 내식성, 내구성, 인장강도를 향상시키는 역할을 한다.

본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 알루미늄이 2.5 - 4.7 중량% 포함된다.

알루미늄의 함량이 2.5중량% 미만이면 인장강도가 저하되는 문제가 있고, 알루미늄의 함량이 4.7중량% 초과하면 경도가 저하되는 문제가 있다.

구리는 인장강도, 탄성 및 내식성을 향상시키는 역할을 한다. 특히 구리는 베릴륨과의 합금에 의해 그 인장강도가 순수 구리보다 6배정도 커지게 커지게 되는데, 본 발명에서는 이러한 성질을 이용하여 인장강도를 크게 향상시켰다. 즉, 구리에 베릴륨을 넣으면 인장강도가 크게 향상된다. 여기서 필요에 따라서는 소량의 코발트, 은, 니켈등이 1중량%미만으로 첨가될 수 있다. 여기서 베릴륨의 함량이 적으면 인장강도 향상 효과가 적고, 베릴륨의 함량이 많으면 경제성이 저하되는 문제가 있다.

한편 본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 구리가 0.9 - 1.5 중량% 포함된다.

구리의 함량이 0.9중량% 미만이면, 인장강도 및 탄성이 저하되는 문제가 있고, 구리의 함량이 1.5중량% 초과하면, 기계적 성질이 저하되고 밀도도 떨어지는 문제가 있다.

마그네슘은 내구성과 내식성을 향상시켜서 제품의 수명을 연장시키는 역할을 한다. 본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 마그네슘이 0.001 - 3 중량% 포함된다. 마그네슘의 함량이 0.001중량% 미만이면, 내구성과 내식성이 저하되는 문제가 있으며, 마그네슘의 함량이 3중량% 초과하면, 상기된 종래기술의 문제점이 대두될 수 있고, 나아가 기계적 성질로 산화 요인이 될 수 있다는 문제점이 있다.

티타늄은 경도와 인장강도가 우수하고 내식 및 내열성이 우수하다. 이는 알루미늄과의 합금시 산화막을 형성시켜서 부식을 방지하고 경도 및 인장강도를 유지시키는 역할을 한다. 본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 티타늄이 0.003 - 0.01 중량% 포함된다.

티타늄의 함량이 0.003중량% 미만이면, 경도와 인장강도가 저하되고, 티타늄의 함량이 0.01중량% 초과하면, 기계적 성질 변형으로 부러지는 현상이 발생할 가능성 높다.

베릴륨은 비중 1.85로서 마그네슘 다음으로 가볍다. 내식성이 우수하지만 부서지기 쉬우므로 가공하기가 어려운 결점이 있고, 가격도 귀금속과 맞먹을 정도로 비싸기 때문에 보통의 구조용 재료로는 별로 이용되지 않고 있다. 그러나 베릴륨이 구리와 합금시 그 인장강도가 구리보다 6배 정도 커질 수 있는 점을 이용하여 본 발명에서는 구리와 함께 사용하였다. 또한 본 발명에 의한 아연-마그네슘합금의 경도를 향상시키는 역할을 한다.

본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 베릴륨이 0.003 - 0.01 중량% 포함된다. 베릴륨의 함량이 0.003중량% 미만이면, 경도가 저하되고, 베릴륨의 함량이 0.01중량% 초과하면, 기계적 강도가 높아 부러지는 현상을 초래할 수 있다.

주석은 은색의 가단성이 있는 전이후 금속으로 쉽게 산화되지 않으며 부식에 대한 저항성이 있다. 합금 또는 다른 금속의 부식을 막기 위한 도금에 사용된다. 전연성이 우수하여 본 발명에 의한 아연-마그네슘합금을 이용하여 제품을 만드는 과정에서 가공을 용이하게 하는 역할도 한다.

본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 주석이 0.01 - 1 중량% 포함된다.

주석의 함량이 0.01중량% 미만이면, 도금이 잘 안 되고 재료의 부식 문제가 발생할 수 있으며, 주석의 함량이 1중량% 초과하면, 원하는 목적을 달성하기 어렵다.

인은 광택 및 도금의 우월성을 확보하기 위하여 첨가한다. 본 발명에 의한 아연-마그네슘합금은 핸드폰 내외장재로 사용될 수 있으므로, 재료의 광택 및 도금은 매우 중요한 요소중의 하나이다. 다만 인은 많이 들어가면 연성이 감소하고 제품에 균열을 발생시킬 수 있다. 본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 인이 0.0001 - 0.009 중량% 포함된다.

인의 함량이 0.0001중량% 미만이면, 제품의 광택 및 도금에 문제가 발생할 수 있으며, 인의 함량이 0.009중량% 초과하면, 연성이 감소하고 균열을 발생시킨다.

비스무스는 각 금속간에 열을 올리고 서서히 식으면서 금속간에 성질을 단단하게 하고 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 특히 본 발명에서는 비스무스를 사용함으로서, 다른 금속과 합성되면 저온에서 융해되는 합금을 생성하게 되었다는 점을 이용하였다. 공융점으로 합성시에 주석과 함께 합금을 하면 138°C에서 용해되고 주석-납공융과 유사한특성을 보이게 된다. 그 외에 비스무스는 재료들 상호간의 점성을 유지시키는 역할을 한다. 본 발명에서의 아연-마그네슘합금에는 비스무스가 0.001 - 0.009 중량% 포함된다. 비스무스의 함량이 0.001중량% 미만이면 가공성이 저하되는 문제가 있고, 비스무스의 함량이 0.009중량% 초과하면 합금재의 가격이 올라서 경제성이 저하되는 문제가 있다.

아연은 각 재료의 인장강도, 경도, 강도 및 부식을 막는 중요한 역할을 하며, 특히 인장강도를 향상시키는 역할을 한다.

본 발명에 의한 아연-마그네슘합금은 구리, 알루미늄, 아연에 의해 인장강도가 향상되고, 베릴륨, 티타늄에 의해 경도가 향상되며, 비스무스, 주석에 의해 가공성이 향상되고, 인에 의해 가공후 도금이 용이하게 되는 장점을 가지고 있으면서도, 인체에 무해한 원소들로만 구성되어서, 핸드폰 케이스 또는 악세사리와 같이 사람이 항상 소지하고 다니는 물건의 재료로 사용하기 적합하다.

실시예와 비교예

실시예

알루미늄 3.46중량%, 구리 1.11중량%, 마그네슘 0.001중량%, 티타늄 0.008중량%, 베릴륨 0.009중량%, 주석 0.01중량%, 인 0.0003중량%, 비스무스 0.001중량% 및 잔부의 아연으로 구성된 본 발명에 의한 합금재를 만든다.

비교예1

알루미늄 4.0중량%, 구리 0.9중량%, 마그네슘 0.09중량%, 철 0.05중량%, 납 0.001중량%, 카드뮴 0.001중량%, 주석 0.001중량% 및 잔부의 아연으로 구성된 합금재를 만든다.

비교예2

알루미늄 4.0중량%, 구리 1.0중량%, 마그네슘 2.0중량%, 철 0.05중량%, 납 0.001중량%, 카드뮴 0.001중량%, 주석 0.001중량% 및 잔부의 아연으로 구성된 합금재를 만든다.

비교예3

알루미늄 4.0중량%, 구리 2.0중량%, 마그네슘 2.5중량%, 철 0.05중량%, 납 0.001중량%, 카드뮴 0.001중량%, 주석 0.001중량% 및 잔부의 아연으로 구성된 합금재를 만든다.

실시예와 비교예 1 내지 3에서 제작된 합금재를 이용하여 이들의 물성실험을 하였다. 그 결과는 아래의 표 1과 같고, 이를 그래프로 도시한 것이 도 1이다.

합금명	연신율(%)	브리넬 경도	융점(℃)	수축율(%)	인장강도(MPa)
비교예1	10	82	386	0.007	41.000
비교예2	7	91	386	0.007	47.600
비교예3	8	100	389	0.009	52.100
실시예	8	145	390	0.012	56.800

* 인장강도 : KS B 0802

* 경도 : KS B 5524(브리넬 경도기)

Claims

알루미늄 2.5% - 4.7 중량%, 구리 0.9 - 1.5 중량%, 마그네슘 0.001 - 3 %중량%, 티타늄 0.003 - 0.01 중량%, 베릴륨 0.003 - 0.01 중량%, 주석 0.01 - 1 중량%, 인 0.0001 - 0.009 중량%, 비스무스 0.001 - 0.009 중량% 및 잔부의 아연으로 구성된 것을 특징으로 하는 인장강도와 경도가 향상된 아연-마그네슘합금.
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