KR101506891B1 - 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재는, 마그네슘 판재 양면에 알루미늄 판재를 위치시켜 가열한 후 롤본딩하고, 재가열 및 온간압연을 순차적으로 실시하여 알루미늄 판재와 마그네슘 판재 계면에 금속간화합물층이 형성됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 판재 외측에 알루미늄 판재를 롤본딩한 후, 재가열단계와 온간압연단계를 실시하여 상온 성형성 및 계면 건전성이 향상되도록 한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 두 가지 이상의 금속재료의 표면을 금속학적으로 접합하여 일체화시킨 적층형의 복합재료를 클래드재라 한다. 이때 수요자의 요구에 따라 모재를 적절히 조합해 사용하기 때문에 소재의 성능을 극대화시키고 고가의 소재를 절약할 수 있어 경제적으로도 큰 장점이 있다. 따라서, 소재의 조합이 점차 다양해지고 있으며 적용분야도 확대되고 있는 실정이다.
이 같은 클래드재는 가전제품, 자동차 부품, 원자력 및 석유 화학용 압력용기 등의 다양한 분야에 적용되고 있으며, 근래에 와서는 알루미늄, 티타늄, 구리 등 난접합성 소재군과도 클래드하여 사용되고 있고, 이들의 용도도 점차 확대되어 가고 있다.
지금까지 클래드재의 대표적인 제조방법은, 확산접합법, 폭발접합법, 열간롤압연법 등이 있다.
확산접합법은 두 판재를 진공 또는 불활성분위기 속에서 가열·가압하여 계면에서 확산을 일으켜 접합하는 방법으로, 접합부의 성능은 우수하나 시간이 많이 걸리며 제조원가가 매우 높아 경제성이 없다.
또한, 폭발접합법은 폭약이 폭발할 때 발생하는 고압력을 사용하여 접합하는 방법으로, 기술특성(소음문제)상 위험성이 높고 장소에 제약이 따르며 생산성이 낮은 배치(batch)형 공정이라 대량생산이 어려워 제조비용이 매우 높다는 문제점이 있다.
열간롤압연법은 가열로에서 가열된 두 판재를 이송대를 통하여 이송하여 압연기에서 압착하고 후열처리로에서 소둔처리하여 이종의 적층판재를 클래드재로 제조하는 방법으로, 제품을 가장 경제적이고 대량으로 상업 생산할 수 있다는 장점으로 많이 이용되고 있다.
그러나 대면적 연속 계면 접촉시 짧은 시간 동안 비평형 반응에 의해 계면 조직과 물성이 결정되는 이종 금속 고유의 특징을 도외시한 채, 성능의 미세한 향상을 위한 다양한 후공정(역기계적 처리)를 수반해야 하는 단점이 있다.
상기 열간압접압연법을 이용한 클래드재를 제조하는 선행기술로는 일본 공개특허공보 소 54-3468호, 동 공보 평 7-303977, 동 공보 평8-118044호 등이 있다.
상기 일본 공개특허공보 소 57-3468호에는 알루미늄과 스테인레스강을 가열로에서 가열하되 스테인레스강을 비산화성분위기에서 보다 더 높은 온도로 가열하여 압연하여 압착하고, 이 압착된 판재를 400℃ 부근에서 소둔하여 스테인레스강/알루미늄 클래드재를 제조하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 이 방법은 비산화성 분위기에서 소재를 가열하므로 상업적으로 제품을 대량생산하는 라인에서는 경제성이 없다.
대한민국 등록특허 제0578511호에는 저항심용접법을 이용하여 제조되는 클래드 판재가 게시되어 있다.
저항심용접법은, 두 전극 사이에 모재와 클래드 금속을 삽입한 후 전극에 전류와 압력을 동시에 가하여 모재와 클래드 금속을 비교적 단시간에 접합하기 때문에 접합부가 거의 산화되지 않고, 접합강도가 양호한 원형 및 직선 형태의 실형상 대형클래드 판재를 제조할 수 있으며, 설비가격 및 제조원가가 가장 저렴하다는 장점이 있다.
그러나, 이종 금속을 접합하는 경우 접합이 불충분하게 이루어질 뿐만 아니라 접합이 이루어진다고 하더라도 접합강도가 낮은 단점이 있다.
이러한 접합강도를 보완하기 위해 중간접합재를 삽입하여 저융점 공정 반응을 이용한 클래딩 기술이 개발되었으나, 이러한 클래딩 방법은 기존의 접합방법에서 이종 금속을 접합하는데 장시간이 소요되기 때문에 접합공정 중에 클래드금속과 모재의 계면 또는 클래드금속과 중간접합재 계면 또는 중간접합재와 모재의 계면에 취성이 강한 금속간 화합물이 생성될 수 있어서 품질이 낮아지게 되고, 제한적 성능을 갖게 되는 문제점이 있다.
예컨대 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0013791호에는 마그네슘-아연계 마그네슘판과 알루미늄판을 가열한 후 압연하여 접합하고, 이후 열처리 공정을 실시하여 확산열처리함으로써 클래드제를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 종래 기술은 도 1과 같이 10% 미만의 연신율을 갖고 있으므로 성형성이 낮은 문제점이 있습니다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마그네슘 판재 외측에 알루미늄 판재를 롤본딩한 후, 재가열단계와 온간압연단계를 실시하여 상온 성형성 및 계면 건전성이 향상되도록 한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재는, 마그네슘 판재 양면에 알루미늄 판재를 위치시켜 가열한 후 롤본딩하고, 재가열 및 온간압연을 순차적으로 실시하여 알루미늄 판재와 마그네슘 판재 계면에 금속간화합물층이 형성됨을 특징으로 한다.
상기 금속간화합물층은 Mg2Al3층과 Mg17Al12층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 Mg2Al3층은 Mg17Al12층보다 2배 이상 두껍게 형성됨을 특징으로 한다.
상기 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재는, 10% 이상의 파단연신율을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법은, 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 준비하는 소재준비단계와, 마그네슘 판재 양면에 알루미늄 판재를 위치시켜 가열하는 가열단계와, 알루미늄 판재 및 마그네슘 판재를 온간 압연하여 본딩하는 롤본딩단계와, 본딩된 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 가열하여 계면에 금속간화합물층을 형성하는 재가열단계와, 잔류 응력을 제거하여 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재를 완성하는 온간압연단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 재가열단계에서, 상기 금속간화합물층은 Mg2Al3층과 Mg17Al12층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 재가열단계에서, 상기 Mg2Al3층은 Mg17Al12층보다 2배 이상 두껍게 형성됨을 특징으로 한다.
상기 가열단계와 재가열단계는 동일한 온도에서 실시됨을 특징으로 한다.
상기 재가열단계와 온간압연단계는, 각각 300℃에서 10분 이상 60분 미만의 시간 동안 실시됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재 및 이의 제조 방법에서는, 마그네슘 판재 외측에 알루미늄 판재를 롤본딩한 후, 재가열단계와 온간압연단계를 실시하게 된다.
따라서, 높은 계면접합력을 가지며 상온 성형성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 대면적의 하이브리드 판재를 연속적으로 생산 가능한 이점이 있다.
뿐만 아니라, 계면의 반응상을 정밀 제어함으로써 인장강도, 항복강도 및 연신율이 향상된 하이브리드 판재의 제조가 가능하다.
도 1 은 종래 기술에 의한 클래드재의 인장시험 그래프.
도 2 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 외형을 보인 실물 사진.
도 3 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재에서 금속간화합물층을 보인 TEM 사진.
도 4 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 롤본딩단계까지 실시하여 제조된 판재의 외관을 보인 실물 사진.
도 6 은 도 5의 계면 반응상을 확인하기 위한 SEM 사진.
도 7 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조방법에서 재가열단계까지 실시하여 제조된 판재의 계면 반응상을 확인하기 위한 TEM 사진.
도 8 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조방법에서 380℃의 온도에서 재가열단계를 실시하여 제조된 판재에 대하여 온간압연단계를 실시하였을 때 계면 반응상을 확인하기 위한 TEM 사진.
도 9 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 300℃의 온도에서 재가열단계를 실시하여 제조된 판재의 미세조직 사진.
도 10 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 300℃의 온도에서 재가열단계를 실시한 후 온간압연단계를 완료한 판재의 미세조직 사진.
도 11 은 도 9의 판재에 대한 계면 미세 조직을 나타낸 SEM 사진.
도 12 는 도 10의 판재에 대한 계면 미세 조직을 나타낸 SEM 사진.
도 13 은 도 11 및 도 12의 판재에 대하여 재가열단계 및 온간압연단계의 실시시간 변화에 따른 금속간화합물층의 두께 변화를 나타낸 그래프.
도 14 는 도 11 및 도 12의 판재로 만들어진 시편에 대한 인장 시험 결과를 나타낸 표.
도 15 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 롤본딩단계까지 완료된 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진.
도 16 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 재가열단계까지 완료된 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진.
도 17 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진.
도 2 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 외형을 보인 실물 사진.
도 3 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재에서 금속간화합물층을 보인 TEM 사진.
도 4 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 롤본딩단계까지 실시하여 제조된 판재의 외관을 보인 실물 사진.
도 6 은 도 5의 계면 반응상을 확인하기 위한 SEM 사진.
도 7 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조방법에서 재가열단계까지 실시하여 제조된 판재의 계면 반응상을 확인하기 위한 TEM 사진.
도 8 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조방법에서 380℃의 온도에서 재가열단계를 실시하여 제조된 판재에 대하여 온간압연단계를 실시하였을 때 계면 반응상을 확인하기 위한 TEM 사진.
도 9 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 300℃의 온도에서 재가열단계를 실시하여 제조된 판재의 미세조직 사진.
도 10 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 300℃의 온도에서 재가열단계를 실시한 후 온간압연단계를 완료한 판재의 미세조직 사진.
도 11 은 도 9의 판재에 대한 계면 미세 조직을 나타낸 SEM 사진.
도 12 는 도 10의 판재에 대한 계면 미세 조직을 나타낸 SEM 사진.
도 13 은 도 11 및 도 12의 판재에 대하여 재가열단계 및 온간압연단계의 실시시간 변화에 따른 금속간화합물층의 두께 변화를 나타낸 그래프.
도 14 는 도 11 및 도 12의 판재로 만들어진 시편에 대한 인장 시험 결과를 나타낸 표.
도 15 는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 롤본딩단계까지 완료된 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진.
도 16 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 재가열단계까지 완료된 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진.
도 17 은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진.
이하 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)의 구성을 설명한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2에는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)의 외형을 보인 실물 사진이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)에서 금속간화합물층(15)을 보인 TEM 사진이 도시되어 있다.
도면과 같이, 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)는 마그네슘 판재 양면에 알루미늄 판재를 적층한 후 롤본딩하고, 열처리 과정을 거쳐 온간 압연함으로써 제조된 것으로, 알루미늄 판재와 마그네슘 판재 사이의 계면에 금속간화합물층(15)을 형성하되 열처리 온도 및 시간(10분, 30분, 60분) 그리고, 온간 압연시 온도를 제어함으로써 Mg2Al3층(16)과 Mg17Al12층(17)의 두께를 제어하여 성형성이 향상될 수 있도록 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 금속간화합물층(15)은 Mg2Al3층(16)과 Mg17Al12층(17)을 포함하여 구성되며, 상기 Mg2Al3층(16)은 Mg17Al12층(17)보다 2배 이상 두껍게 형성되어 상기 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)는, 10% 이상의 파단연신율을 갖게 된다.
본 발명의 실시예에서 알루미늄 판재는 Al1050이 채택되었고, 마그네슘 판재는 AZ31B 가 채택되었다.
이하 첨부된 도 4를 참조하여 상기 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도면과 같이 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법은, 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 준비하는 소재준비단계(S100)와, 마그네슘 판재 양면에 알루미늄 판재를 위치시켜 가열하는 가열단계(S200)와, 알루미늄 판재 및 마그네슘 판재를 온간 압연하여 본딩하는 롤본딩단계(S300)와, 본딩된 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 가열하여 계면에 금속간화합물층(15)을 형성하는 재가열단계(S400)와, 잔류 응력을 제거하여 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)를 완성하는 온간압연단계(S500)를 순차적으로 실시된다.
상기 소재준비단계(S100)는 전술한 바와 같이 Al1050이 채택된 알루미늄 판재와, AZ31B 가 채택된 마그네슘 판재를 준비하는 과정이다.
상기 소재준비단계(S100)에서 알루미늄 판재와 마그네슘 판재가 준비되면, 한 쌍의 알루미늄 판재 사이에 마그네슘 판재를 끼워 적층한 상태로 가열단계(S200)를 실시하게 된다.
상기 가열단계(S200)는 380℃이하의 온도에서 60분 미만 동안 실시되며, 상기 가열단계(S200) 이후에는 롤본딩단계(S300)가 진행되며, 롤본딩된 판재는 도 5와 같은 외관을 갖게 된다.
상기 롤본딩단계(S300)는 적층된 한 쌍의 알루미늄 판재와 단일의 마그네슘 판재를 한 쌍의 롤러 사이로 통과시켜 가열 및 가압하는 과정이다.
도 5에는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 롤본딩단계(S300)까지 실시하여 제조된 판재의 외관을 보인 실물 사진이 도시되어 있다.
상기 롤본딩단계(S300) 이후에는 재가열단계(S400)가 실시된다. 상기 재가열단계(S400)는 롤본딩된 마그네슘 판재와 알루미늄 판재 사이의 계면에 금속간화합물층(15)을 형성하기 위한 단계로서 실시 시간과 온도를 제어하여 금속간화합물층(15)의 두께를 제한하게 된다.
상기 재가열단계(S400) 이후에는 온간압연단계(S500)가 실시된다. 상기 온간압연단계(S500)는 재가열된 판재의 인장 강도 및 성형성을 높이기 위한 과정으로서, 판재 내부의 잔류 응력을 제거하게 되며, 상기 재가열단계(S400)와 동일한 온도 조건에서 동일한 시간 동안 실시된다.
보다 구체적으로는, 상기 재가열단계(S400)와 온간압연단계(S500)는 각각 300℃에서 10분 이상 60분 미만의 시간 동안 실시됨이 바람직하다.
이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 상기 재가열단계(S400)가 실시 이유와 실시 조건을 설명한다.
도 6은 도 5의 계면 반응상을 확인하기 위한 SEM 사진이고, 도 7은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조방법에서 재가열단계(S400)까지 실시하여 제조된 판재의 계면 반응상을 확인하기 위한 TEM 사진이다.
먼저 도 6과 같이 재가열단계(S400)가 실시하지 않고 롤본딩단계(S300)까지만 실시된 판재의 경우 알루미늄 판재와 마그네슘 판재의 계면에는 금속간화합물층(15)이 존재하지 않는다.
그러나, 도 7과 같이 재가열단계(S400)를 실시한 경우에는 마그네슘 판재와 알루미늄 판재 사이에 금속간화합물층(15)이 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 금속간화합물층(15)의 생성을 위해 재가열단계(S400)는 반드시 수행되어야 함을 알 수 있다.
그리고, 상기 재가열단계(S400)를 실시하지 않은 도 5의 시료와 재가열단계(S400) 및 온간압연단계(S500)를 모두 실시한 바람직한 실시예의 도 2를 비교해보면 측면부에 crack이 일부 발생하긴 하나, 형상 균일도 측면에서 볼 때 도 2의 시료가 현격히 개선되었음을 확인할 수 있으며, 상기 재가열단계(s400)는 300℃에서 실시하였다.
한편, 380℃에서 재가열단계(S400)를 실시한 도 7의 판재에 대하여 온간압연단계(S500)를 실시하게 되면 도 8과 같은 상태의 금속간화합물층(15)을 얻게 된다.
즉, 도 8은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조방법에서 380℃의 온도에서 재가열단계(S400)를 실시하여 제조된 판재에 대하여 온간압연단계(S500)를 실시하였을 때 계면 반응상을 확인하기 위한 TEM 사진으로서, 금속간화합물층(15)이 존재하긴 하나 β(Mg2Al3층(16))층에서 파단이 발생한 것을 확인하였다.
이것은 재가열단계(S400) 중에 상당한 고온에 노출된 것에 기인한 것으로 판단된다.
이에 따라 상기 재가열단계(S400)의 실시 온도를 300℃로 낮추었으며, 실시 시간 변화에 따른 계면 상태는 도 9와 같다.
도 9는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 300℃의 온도에서 재가열단계(S400)를 실시하여 제조된 판재의 미세조직 사진으로서, 상측부터 아래로 각각 10분, 30분, 60분 동안 재가열단계(S400)를 실시한 시료의 계면 사진이다.
도면과 같이 10분 또는 30분간 재가열단계(S400)를 실시한 경우 계면 박리 현상은 발생하지 않았으나, 60분간 재가열단계(S400)를 실시한 경우 금속간화합물층(15)이 급격하게 성장하여 계면 박리 현상이 발생하였다.
따라서, 상기 재가열단계(S400)는 300℃에서 60분 미만의 시간 동안 실시됨이 바람직하다.
이하 도 10 을 참조하여 온간압연단계(S500)의 실시 시간 변화에 따른 계면 상태 변화를 살펴본다.
도 10은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 300℃의 온도에서 재가열단계(S400)를 실시한 후 온간압연단계(S500)를 완료한 판재의 미세조직 사진이다.
도 10의 상측 사진은 재가열단계(S400)와 온간압연단계(S500)를 각각 10분씩 실시한 시편의 계면이고, 가운데 사진은 재가열단계(S400)와 온간압연단계(S500)를 각각 30분씩 실시한 시편의 계면이며, 아래 사진은 재가열단계(S400)와 온간압연단계(S500)를 각각 60분씩 실시한 시편의 계면이다.
도면과 같이 온간 압연 후에 계면 박리 현상은 발견되지 않았으나, 온간압연단계(S500)를 60분간 실시한 경우 아래 사진과 같이 불규칙한 열유기 계면 박리가 발생하였다.
도 11은 도 9의 판재에 대한 계면 미세 조직을 나타낸 SEM 사진이고, 도 12는 도 10의 판재에 대한 계면 미세 조직을 나타낸 SEM 사진이다.
도면과 같이 금속간화합물층(15)은 알루미늄에 인접한 Mg2Al3층(16)과 마그네슘에 인접한 Mg17Al12층(17)으로 구분되며, 재가열단계(S400)의 실시 시간이 증가함에 따라 Mg2Al3층(16)의 두께가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 12와 같이 온간압연단계(S500)를 실시하였을 때 금속간화합물층(15)의 두께 감소 효과를 확인하였으나, 60분간 재가열단계(S400)를 실시한 후 60분간 온간압연단계(S500)를 실시한 도 12의 우측 사진의 경우 위치별로 계면 금속간화합물층(15)의 두께 및 형상이 불균일하였다
따라서, 상기 온간압연단계(S500)는 60분 미만으로 실시됨이 바람직하다.
상기한 시험 결과를 정리하면 도 13과 같다. 도 13은 도 11 및 도 12의 판재에 대하여 재가열단계(S400) 및 온간압연단계(S500)의 실시시간 변화에 따른 금속간화합물층(15)의 두께 변화를 나타낸 그래프로서, 온간압연단계(S500)의 경우 10분간 실시하였을 때 금속간화합물층(15)의 두께가 1/2~1/3 수준으로 감소하였다.
이하 첨부된 도 14를 참조하여 각 단계별 시편의 기계적 물성을 살펴본다.
도 14는 도 11 및 도 12의 판재로 만들어진 시편에 대한 인장 시험 결과를 나타낸 표이다.
도면과 같이 상기 재가열단계(S400)까지 실시하여 제조된 판재로 만들어진 시편은 모두 롤본딩단계(S300)까지 실시하여 제조된 판재로 만들어진 시편보다 항복강도, 인장강도 및 연신율에서 모두 향상된 결과를 얻었다.
그리고, 온간압연단계(S500)까지 완료한 판재로 제조된 시편은 재가열단계(S400)까지 실시된 시편보다 항복강도, 인장강도 및 연신율에서 모두 월등히 향상된 결과를 나타내었다.
이중에서 온간압연단계(S500)를 10분간 실시한 시편의 경우 118.5㎫의 항복강도와, 185.2㎫의 인장강도, 14.5% 이상의 연신율을 나타내어 최상의 기계적 물성을 가진 것으로 확인되었다.
이하 첨부된 도 15 내지 도 17을 참조하여 각 단계별 시편의 인장 시험 후 파단면 상태를 설명한다.
도 15는 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 롤본딩단계(S300)까지 완료된 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진이고, 도 16은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법에서 재가열단계(S400)까지 완료된 판재로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진이며, 도 17은 본 발명에 의한 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)로 제조된 시편의 인장 시험 후 파단면을 나타낸 SEM 사진이다.
먼저 도 15와 같이 재가열단계(S400)를 실시하지 않고 롤본딩단계(S300)까지만 실시하여 제조된 판재의 경우 마그네슘의 파단면 대부분이 취성 파괴 현상을 보였으며, 이것으로부터 낮은 연신율을 확인할 수 있다.
상기 온간압연단계(S500)를 실시하지 않고 재가열단계(S400)까지만 실시하여 제조된 판재의 경우 도 16과 같이 연성 파괴를 의미하는 맥상(vein pattern)과 함께 취성 파괴(brittle fracture)도 적절히 분포하는 것을 확인할 수 있었다.
마지막으로 온간압연단계(S500)까지 실시한 바람직한 실시예의 경우 도 17과 같이 연성 파괴를 의미하는 맥상(vein pattern)이 대부분을 차지하였으며, 취성파단 영역은 사라진 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재(10)는 연신율이 향상될 수 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
10. 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재
15. 금속간화합물층 16. Mg2Al3층
17. Mg17Al12층 S100. 소재준비단계
S200. 가열단계 S300. 롤본딩단계
S400. 재가열단계 S500. 온간압연단계
15. 금속간화합물층 16. Mg2Al3층
17. Mg17Al12층 S100. 소재준비단계
S200. 가열단계 S300. 롤본딩단계
S400. 재가열단계 S500. 온간압연단계
Claims (9)
- AZ31B가 채택된 마그네슘 판재와,
AL1050이 채택되어 상기 마그네슘 판재 외측에 위치하는 한 쌍의 알루미늄 판재와,
상기 마그네슘 판재와 한 쌍의 알루미늄 판재 사이에 각각 형성되어 마그네슘 판재와 한 쌍의 알루미늄 판재를 접합하는 Mg2Al3층과 Mg17Al12층을 포함하는 금속간화합물층을 포함하여 구성되며,
상기 Mg2Al3층은 Mg17Al12층보다 2배 이상 두껍게 형성되고 상기 금속간화합물층은 10㎛ 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재는,
181 내지 185.2㎫의 인장강도와, 118.5 내지 123.7㎫의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재.
- 제 2 항에 있어서, 상기 마그네슘 판재는, 10.1 내지 14.5%의 파단연신율을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재.
- 제 3 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재는,
11.5 내지 15.5%의 파단연신율을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재.
- 삭제
- 삭제
- AZ31B가 채택된 마그네슘 판재와, AL1050이 채택된 알루미늄 판재를 준비하는 소재준비단계와,
마그네슘 판재 양면에 알루미늄 판재를 위치시켜 가열하는 가열단계와,
알루미늄 판재 및 마그네슘 판재를 온간 압연하여 본딩하는 롤본딩단계와,
본딩된 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 가열하여 계면에 Mg2Al3층과 Mg17Al12층을 포함하는 금속간화합물층을 형성하는 재가열단계와,
잔류 응력을 제거하여 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재를 완성하는 온간압연단계로 이루어지며,
상기 재가열단계에서,
상기 Mg2Al3층은 Mg17Al12층보다 2배 이상 두껍게 형성하고, 상기 금속간화합물층은 10㎛ 이상의 두께를 갖도록 하는 과정임을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 가열단계는 380℃ 이하의 온도에서 60분 미만동안 실시됨을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-알루미늄-하이브리드 판재의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 재가열단계와 온간압연단계는,
각각 300℃에서 10분 이상 60분 미만의 시간 동안 실시됨을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-알루미늄 하이브리드 판재의 제조 방법.
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