KR101516378B1 - 마그네슘 합금, 마그네슘 합금 박판의 제조 방법 및 마그네슘 합금 박판 - Google Patents

Abstract

마그네슘 합금은 중량%로, Mn: 0.5 내지 2.0%, Al: 0.1% 이하(0% 제외), Be: 8 내지 15ppm, Ca: 0.2% 이하(0% 제외), 및 잔부 Mg을 포함한다.

Description

마그네슘 합금, 마그네슘 합금 박판의 제조 방법 및 마그네슘 합금 박판{MAGNESIUM ALLOY, METHOD FOR MANUFACTURING MAGNESIUM ALLOY SHEET, AND MAGNESIUM ALLOY SHEET}

본 발명은 마그네슘 합금, 마그네슘 합금 박판의 제조 방법, 및 마그네슘 합금 박판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고 방열 마그네슘 합금, 마그네슘 합금 박판의 제조 방법, 및 마그네슘 합금 박판에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄의 열전도도는 238 W/mK 이며, 마그네슘은 155 W/mK 수준으로 알려져 있지만, 이 값은 순수 금속(Pure Al or Mg)에서 측정한 값으로서, 이와는 달리 일반적으로 상용화된 합금의 열전도도는 훨씬 낮은 수준이다.

이러한 상용화된 합금의 열전도도가 낮은 이유는, 합금의 기계적 강도 향상을 위해서 첨가된 원소와 제조 공정에 기인한 것으로, 고용도, 금속간화합물, 전위 등의 내부 물질 또는 결함 등이 합금의 열전도를 방해하기 때문이다. 이런 이유로 일반 알루미늄 합금의 열전도도는 150~160 W/mK, 마그네슘 합금의 열전도도는 70~80 W/mK 정도의 수준으로 알려져 있다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0120194호(2009.11.24)에 개시되어 있다.

만일, 마그네슘 합금의 열전도도가 알루미늄 합금의 열전도도 수준이라면 경량화 요구에 부응하여 많은 산업부품이 알루미늄 합금으로부터 마그네슘 합금으로 대체가 이루어질 것이다. 일례로, 열전도도가 높은 고 방열 합금은 각종 전자 부품의 방열구조 및 온돌 판넬 등에 널리 사용이 가능하다.

따라서, 알루미늄 합금 수준의 열전도도를 가지는 마그네슘 합금이 제조된다면 응용 분야가 많을 것으로 기대된다.

본 발명의 일 실시예는, 알루미늄 합금의 열전도도에 대응하는 열전도도를 가지는 고 방열 마그네슘 합금, 마그네슘 합금 박판의 제조 방법 및 마그네슘 합금 박판을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은 중량%로, Mn: 0.5 내지 2.0%, Al: 0.1% 이하(0% 제외), Be: 8 내지 15ppm, Ca: 0.2% 이하(0% 제외), 및 잔부 Mg을 포함하는 마그네슘 합금을 제공한다.

또한, 본 발명의 제2 측면은 상기 마그네슘 합금을 상호 이웃하는 2개의 성형롤 사이에 삽입하여 제조하는 마그네슘 합금 박판의 제조 방법을 제공한다.

상기 마그네슘 합금은 670℃ 내지 710℃의 온도를 가질 수 있다.

상기 마그네슘 합금은 상기 2개의 성형롤 사이를 1 내지 2.5mpm(meter per min)의 속도로 지나갈 수 있다.

350℃ 내지 500℃의 온도에서 24시간 이내로 상기 마그네슘 합금 박판을 균질화 열처리할 수 있다.

상기 균질화 열처리된 상기 마그네슘 합금 박판을 150℃ 내지 300℃의 온도에서 10 내지 30%의 압연비로 압연할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 측면은 상기 마그네슘 합금 박판의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 박판을 제공한다.

상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 알루미늄 합금의 열전도도에 대응하는 열전도도를 가지는 고 방열 마그네슘 합금, 마그네슘 합금 박판의 제조 방법 및 마그네슘 합금 박판이 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면 및 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판 및 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판 각각의 인장 특성을 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판과 비교예 간의 열전도 특성을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 제조 방법을 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 중량%로, Mn: 0.5 내지 2.0%, Al: 0.1% 이하(0% 제외), Be: 8 내지 15ppm, Ca: 0.2% 이하(0% 제외), 및 잔부 Mg을 포함하는 마그네슘 합금(S/C Strip) 용탕(Liquid)을 노즐팁(Nozzle Tip)을 통해 상호 이웃하는 2개의 성형롤(Cast Roll) 사이에 삽입한다. 여기서, Be는 Al-Be 모합금, Ca는 Mg-Ca 모합금으로서 용탕에 투입될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에서의 성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.

먼저, 망간(Mn)은 0.5 내지 2.0중량%를 함유하도록 하는데, 만약 0.5중량% 보다 적은 양을 함유하는 경우에는 강도가 과도하게 약해지는 문제가 있으며, 2.0중량%를 초과하는 경우에는 방열성이 저하됨과 동시에 균일분포 제어가 곤란할 수 있는 문제가 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 망간의 함량을 상기 범위로 한정한다.

또한, 알루미늄(Al)은 고방열성 저하에 큰 영향을 미치므로 0.1중량% 이하(0% 제외)로 한정하며, 베릴륨(Be)은 만약 8ppm 보다 적게 함유하면 발화 문제가 발생할 수 있고, 15ppm을 초과하여 함유하면 인체에 유해할 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 베릴륨의 함량을 8 내지 15ppm으로 한정한다.

또한, 칼슘(Ca)은 0.2중량% 이하(0% 제외)를 함유하는데, 칼슘은 없어도 무방하나 소량이 있으면 발화가 억제되어 제조시 용이하다. 즉, 칼슘은 고방열성 저하에 영향을 미치나 발화 억제 효과가 있으므로 0.2중량%이하(0% 제외)로 함유하도록 한정한다.

상기 모합금들을 용탕에 투입한 후, 이웃하는 2개의 성형롤(Cast Roll)이 회전하면서 마그네슘 합금(S/C Strip)은 2개의 성형롤(Cast Roll) 사이에서 응고(S+L)가 일어난 후, 압연이 되면서 판재(Solid)로 형성된다. 이때, 제어가 가능한 가장 큰 제조 변수는 2개의 성형롤(Cast Roll)의 회전 속도로서, 2개의 성형롤(Cast Roll)의 회전 속도에 따라 마그네슘 합금(S/C Strip)이 2개의 성형롤(Cast Roll) 사이를 지나가는 주조 속도가 된다. 마그네슘 합금(S/C Strip)이 2개의 성형롤(Cast Roll) 사이를 1 내지 2.5mpm(meter per min.) 속도로 지나갈 수 있다.

또한 마그네슘 합금(S/C Strip) 용탕의 온도는 670℃ 내지 710℃의 온도를 가질 수 있는데, 만약 용탕의 온도가 670℃보다 낮으면 박판 주조가 용이하지 않고, 710℃보다 높으면 발화가 심하게 되므로 본 발명에 따른 실시예에서는 용탕의 온도늘 670~710℃로 한정한다.

상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 제조 방법에 의해 실질적으로 4.5mm 두께의 마그네슘 합금 박판을 제조할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판을 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이다. 도 2에서 화살표는 성형롤의 회전 방향을 의미한다.

도 2의 (a) 는 ND (normal direction)에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이고, (b) 는 RD (rolling direction)에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이고, (c) 는 TD (transverse direction)에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이며, (d) 는 (a)를 확대한 사진이다.

도 2의 (d)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판은 주상(Columnar) 구조가 발달되어 있으며, 박판 전체에 걸쳐서 Mn 입자가 미세하게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한 입내에 쌍정(twin) 들도 많이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판을 설명한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 다른 마그네슘 합금 박판의 제조 방법에 의해 제조될 수 있으며, 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판 대비 마그네슘 합금(S/C Strip)이 2개의 성형롤(Cast Roll) 사이를 지나가는 주조 속도를 1 내지 2.5mpm(meter per min.) 속도 내에서 증가시켜 제조될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이다. 도 3의 (a) 는 ND (normal direction)에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이고, (b) 는 RD (rolling direction)에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이고, (c) 는 TD (transverse direction)에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이며, (d) 는 (a)를 확대한 사진이다.

도 3의 (a) 내지 (d)에 나타난 바와 같이, 마그네슘 합금(S/C Strip)이 2개의 성형롤(Cast Roll) 사이를 지나가는 주조 속도를 1 내지 2.5mpm(meter per min.) 속도 내에서 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판 대비 증가시켜 제조된 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 미세조직은 상술한 제2 실시예와 유사하나 다소 미세해진 것을 확인할 수 있다. 따라서, 주조 속도를 1 내지 2.5mpm(meter per min.) 속도 범위에서는 마그네슘 합금 박판을 안정적으로 제조가 가능하다는 것을 확인하였다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면 및 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면을 나타낸 사진이다. 도 4의 (a)는 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면 사진이며, (b)는 제3 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 표면 사진이다.

특히, 도 4에 나타난 바와 같이, 주조 속도를 증가시킬 경우, 도 4의 (b)가 도 4의 (a) 대비 Mn의 크기가 더욱 미세한 동시에 고루 분포하는 것을 확인하였다.

따라서 안정적인 조건인 1 내지 2.5mpm(meter per min.) 속도 범위 내에서 생산성이 우수한 높은 주조 속도로 마그네슘 합금 박판을 제조하는 것이 미세조직 측면에서 유리하다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판 및 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판을 설명한다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 다른 마그네슘 합금 박판의 제조 방법에 의해 제조된 상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판을 350℃ 내지 500℃의 온도에서 24시간 이내로 균질화 열처리하여 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 상기와 같이 열처리 온도를 350℃ 내지 500℃로 한정하는데, 만약 350℃보다 낮은 경우에는 균질화 효과가 미흡하게 되고, 500℃보다 높으면 고온 산화가 심하게 되는 문제가 있으므로 본 발명의 실시예에서는 열처리 온도를 350℃ 내지 500℃로 한정한다.

또한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판은 상술한 본 발명의 제4 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판을 150℃ 내지 300℃의 온도에서 10 내지 30%의 압연비로 압연하여 실질적으로 1.1mm의 두께를 가지도록 제조할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에서는 압연 온도를 150℃ 내지 300℃의 범위로 한정하는데, 만약 압연 온도가 150℃보다 낮은 경우에는 압연성이 저하되고, 300℃보다 높은 경우에는 상업화 생산에 적용이 가능한 압연유가 없어 상용화가 곤란하므로 본 발명의 실시예에서는 압연 온도를 150~300℃로 한정한다.

그리고, 압연비가 10%보다 작은 경우에는 압연 패스의 수가 많아지게 되어 생산성이 저하되고, 30%보다 높은 경우에는 과다하게 압하되어 압연시 균열이 발생할 가능성이 높아지게 되므로 본 발명의 실시예에서는 압연비를 10~30%로 한정한다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판 및 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판 각각의 인장 특성을 나타낸 표이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판(Homogenized Sheet) 및 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판(As-rolled Sheet) 각각의 인장 특성이 제품화하기에 적절하다. 이 값들은 실시예일뿐 조건에 따라 연성이 크게 증가할 수도 있다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 다른 마그네슘 합금 박판의 열전도 특성을 설명한다.

상술한 본 발명의 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판의 열전도성과 방열성을 다른 금속과 비교하기 위해 dipping test를 실시하였다. dipping test는 80℃ 로 가열된 물에 시편을 넣고 8분 동안 유지한 후, 17℃ 의 물에 넣는 실험으로 실시하였다.

이러한 실험 과정 동안 온도는 지속적으로 기록이 되는데, 알루미늄 합금 판재, 마그네슘 합금 판재와 본 발명의 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판을 비교하였다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판과 비교예 간의 열전도 특성을 나타낸 그래프로서, 상술한 실험에 따른 시간(sec.)당 온도(℃)를 보여주는 그래프이다. 도 6에서, Al60은 6천계 알루미늄 합금, Al50은 5천계 알루미늄 합금, AZ31과 AZ61 은 상용화된 마그네슘 합금을 의미하며, 본발명은 본 발명의 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판을 의미한다.

도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 마그네슘 합금 박판은 알루미늄 합금 판재와 동일 수준의 열전도 특성을 나타냄으로써, 기존의 마그네슘 합금 보다 우수한 열전도성과 방열성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

마그네슘 합금(S/C Strip), 성형롤(Cast Roll)

Claims (7)

1. 중량%로, Mn: 0.5 내지 2.0%, Al: 0.1% 이하(0% 제외), Be: 8 내지 15ppm, Ca: 0.2% 이하(0% 제외), 및 잔부 Mg을 포함하는 마그네슘 합금.
2. 중량%로, Mn: 0.5 내지 2.0%, Al: 0.1% 이하(0% 제외), Be: 8 내지 15ppm, Ca: 0.2% 이하(0% 제외), 및 잔부 Mg을 포함하고, 670℃ 내지 710℃의 온도를 가지는 마그네슘 합금을 상호 이웃하는 2개의 성형롤 사이에 삽입하여 마그네슘 판재를 형성하는 단계;
   상기 마그네슘 판재를 균질화 열처리하는 단계; 및
   상기 균질화 열처리 된 마그네슘 합금을 압연하여 마그네슘 합금 박판을 형성하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금 박판의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 마그네슘 판재를 형성하는 단계는 상기 마그네슘 합금이 상기 2개의 성형롤 사이를 1 내지 2.5mpm(meter per min.)의 속도로 지나가는 것인 마그네슘 합금 박판의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 마그네슘 판재를 균질화 열처리하는 단계는 350℃ 내지 500℃의 온도에서 24시간 이내로 이루어지는 것인 마그네슘 합금 박판의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 균질화 열처리 된 마그네슘 합금을 압연하여 마그네슘 합금 박판을 형성하는 단계;는
   상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 박판을 150℃ 내지 300℃의 온도에서 10 내지 30%의 압연비로 압연하는 단계인 것인 마그네슘 합금 박판의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 마그네슘 합금 박판의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 박판.
7. 삭제

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