KR101529128B1 - Method for manufacturing of magnesium alloys using grain refiner, and magnesium alloys thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 결정립 미세화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금에 관한 것으로, 상세하게는 카보네이트 계열 분말을 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2); 를 포함하는 마그네슘 합금의 제조방법과 카보네이트 계열 분말과 알루미늄(Al) 금속 칩을 혼합하고, 이를 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계(단계 1);상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2); 를 포함하는 마그네슘 합금의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금을 제공한다.
본 발명은 카보네이트 계열 분말을 직접 마그네슘 용탕에 투입하지 않고 알루미늄 모합금으로 제조한 후 마그네슘 용탕에 투입하기 때문에 발화 위험성을 낮추어 안전하게 미세화제를 첨가할 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘 합금에 대한 미세화제의 정량적 투입이 가능하며, 금속 칩의 용해속도에 따른 미세화제의 분해속도를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a magnesium alloy using a grain refinement agent and a magnesium alloy produced thereby, and more particularly, to a method for manufacturing a magnesium alloy by adding a carbonate-based powder to an aluminum melt to prepare an aluminum master alloy (step 1); A step (step 2) of preparing a magnesium alloy by adding the aluminum master alloy produced in the step 1 to a magnesium magnesium melt; (Step 1) of mixing a carbonate-based powder and an aluminum (Al) metal chip with a molten aluminum alloy to prepare an aluminum master alloy (step 1); mixing the aluminum master alloy To the magnesium melt to produce a magnesium alloy (step 2); And a magnesium alloy produced in accordance with the method.
In the present invention, since the carbonate-based powder is directly added to the magnesium molten alloy without being added directly to the magnesium molten metal, it is possible to safely add the finely reducing agent by lowering the risk of ignition, And it is possible to easily control the decomposition rate of the microfine agent in accordance with the dissolution rate of the metal chip.
Description
본 발명은 결정립 미세화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금에 관한 것으로, 상세하게는 결정립 미세화제를 포함하는 알루미늄 모합금을 첨가함으로써 결정립이 미세화된 마그네슘 합금을 제조하는 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a magnesium alloy using a grain refinement agent and a magnesium alloy produced thereby, and more particularly, to a method for producing a magnesium alloy having a grain refinement by adding an aluminum master alloy containing a grain refinement agent And a magnesium alloy produced thereby.
마그네슘은 비중이 1.74인 금속으로서 금속 재료 중에서 가장 가벼운 금속일 뿐만 아니라 비강도, 치수안정성, 전자파 차폐성, 방열성 등이 우수하여 전자기기의 외장재, 우주항공재료로서 각광 받고 있다. 그러나 마그네슘은 강도 및 부식성 측면에서 일반적인 특성이 구조재로 사용되기에 적합하지 못하여 여러가지 원소를 첨가한 합금형태로 사용하고 있다.Magnesium is a metal with a specific gravity of 1.74 and is not only the lightest metal among metal materials, but also has excellent non-strength, dimensional stability, electromagnetic wave shielding property, and heat dissipation property and is attracting attention as an exterior material and an aerospace material of electronic devices. However, magnesium is not suitable for use as a structural material in terms of strength and corrosion resistance, and is used in the form of an alloy containing various elements.
이러한, 마그네슘 합금의 대부분은 조밀육방격자(Hexagonal Close Packed lattice, HCP) 구조로 체심입방격자(Body Centered Cubic lattice, BCC) 또는 면심입방격자(Face Centered Cubic lattice, FCC) 구조를 가지는 통상적인 금속재료들과 비교하여 연성이 낮아, 일반적으로 소성가공성이 낮은 난가공 재료로 분류된다. 따라서 공업적으로 이용되는 마그네슘 합금은 단조형태 대신 주물형태로 이용되고 있다.
Most of the magnesium alloys are HCP (Hexagonal Close Packed lattice) structures and have a body centered cubic lattice (BCC) or a face centered cubic lattice (FCC) And is generally classified into a low-work-resistant material having a low plastic workability. Therefore, the magnesium alloy used industrially is used as a casting form instead of a forged shape.
한편, 마그네슘 합금의 주조과정에서 첨가되는 결정립 미세화제는 일반적인 금속에서와 마찬가지로 기계적 성질 향상, 주조결함 감소, 편석 억제, 성형성 향상, 표면특성 개선 등의 다양한 장점을 나타내게 한다.On the other hand, the grain refiners added during the casting process of magnesium alloys have various advantages such as improvement of mechanical properties, reduction of casting defects, segregation inhibition, improvement of formability, and improvement of surface characteristics as in general metals.
예를 들어, 내식성이 우수한 마그네슘(Mg)-알루미늄(Al)-아연(Zn)계인 AZ계 마그네슘 합금과, 연성이 우수한 마그네슘(Mg)-알루미늄(Al)계인 AM계 마그네슘 합금처럼 대부분의 상용 마그네슘 합금은 알루미늄을 함유하고 있는데, 알루미늄을 함유하는 마그네슘 합금의 결정립 미세화 메커니즘으로는 현재 불균일핵생성입자(heterogeneous nuclei)이론과 탄소 편석(carbon segregation)이론이 있다. 불균일 핵생성입자 이론은 용탕 중에 탄소를 함유하는 다양한 무기화합물, 가스 등을 투입함으로써 용탕 중의 알루미늄과 탄소가 결합하여 탄화물이 생성되고 이 입자가 용탕의 응고 시 마그네슘 기지의 핵생성 입자로 작용하여 결정립이 미세화된다는 이론이다. For example, most magnesium-magnesium alloys, such as magnesium-magnesium (Mg) -aluminum (Al) -Zinc alloy, which is excellent in corrosion resistance, and AM- magnesium alloy, Alloys contain aluminum. Hence, there are heterogeneous nuclei theory and carbon segregation theory as the grain refinement mechanism of magnesium alloys containing aluminum. The heterogeneous nucleation particle theory is based on the idea that by injecting various inorganic compounds and gases containing carbon into the molten metal, aluminum and carbon in the molten metal are combined with each other to produce carbide, and these particles act as nucleation particles of the magnesium base upon solidification of the molten metal, Is the theory that it is refined.
또한 탄소 편석이론은 용탕에 투여된 탄소 원소가 초기 응고된 결정립이 성장함에 따라 고액계면에 편석되어 결정립 성장을 방해함으로써 미세화된다는 이론이다.
In addition, the theory of carbon segregation is the theory that the carbon element injected into the molten metal segregates at the solid-liquid interface as the initially coagulated crystal grains grow, thereby refining the grain growth and refining.
상기 이론에 의한 종래의 마그네슘 합금의 미세화 방법으로는 용탕을 일정온도 이상 과열한 후, 주입온도까지 냉각하여 주입하는 과열처리법, 용탕 내에 염화제이철(FeCl3)을 첨가하는 Elfinal 공정법, 용탕 내에 지르코늄을 첨가하는 지르코늄(Zr) 첨가법, 탄소 첨가법 등 다양한 공정 및 그에 적합한 미세화제가 개발되어 있다.Conventional methods of refining magnesium alloys by the above-mentioned theory include a superheating treatment method in which a molten metal is heated to a predetermined temperature or more and then cooled to an injection temperature, an Elfinal process in which ferric chloride (FeCl 3 ) is added to the molten metal, A zirconium (Zr) addition method, a carbon addition method, and the like, and micronizing agents suitable for the various processes have been developed.
상기 과열처리법은 마그네슘 합금을 용해하여 제조된 용탕을 용융점보다 180 ℃ 내지 300 ℃이상 과열시킨 후 주조온도까지 급냉하여 주입하는 공정으로 열 및 급냉 공정으로 인한 설비비용과 생산비용 증가, 에너지 효율 감소 및 대형 주물 및 연속주조 공정에 적용하기 어려운 문제점이 있다.In the superheating treatment, the molten metal produced by dissolving the magnesium alloy is overheated by 180 ° C. to 300 ° C. or higher than the melting point, and then the molten metal is quenched to the casting temperature and injected. This increases equipment cost and production cost, It is difficult to apply it to a large casting and continuous casting process.
Elfinal 공정법은 1942년 독일에서 개발되었으며 염화제이철(FeCl3)을 740 ℃ 내지 780 ℃부근에서 용탕에 첨가함으로써 입자를 미세화시키는 방법이나 합금에 철(Fe)이 첨가됨으로써 합금의 내부식 성질을 저하시키고 인체에 유해한 염소 가스가 발생하는 단점이 있다.The Elfinal process was developed in Germany in 1942, and the method of refining the particles by adding ferric chloride (FeCl 3 ) to the melt at around 740 ° C to 780 ° C, or by adding iron (Fe) to the alloy, And harmful chlorine gas is generated in the human body.
지르코늄 첨가법은 0.5 내지 1.0 중량% 의 지르코늄을 첨가하여 마그네슘 결정립을 미세화하는 방법으로 현재도 널리 이용되고 있으나, 알루미늄 및 망간 합금 원소가 함유된 마그네슘 합금에서는 이들 원소와의 반응으로 미세화 효과가 사라지기 때문에 이용에 어려운 점이 있으며, 상용 마그네슘 합금은 이들 원소를 많이 함유하고 있어 실용화에 어려운 점이 있다.In the zirconium addition method, zirconium is added in an amount of 0.5 to 1.0 wt.% To make the magnesium grains finer. However, in the magnesium alloy containing aluminum and manganese alloying elements, the refinement effect disappears due to reaction with these elements Therefore, commercially available magnesium alloys contain a large amount of these elements and are difficult to be put to practical use.
탄소 첨가법으로는 용탕에 미세한 탄소 분말을 직접 투입하는 방법과 탄소를 함유하는 무기 화합물을 투입하는 방법으로 나눠진다. 상기 탄소 첨가법은 과열처리법과 비교해 용탕을 높은 온도까지 승온할 필요가 없고 경제적 측면에서 우수하기 때문에 마그네슘(Mg)-알루미늄(Al)계 합금에서는 가장 중요한 미세화 방법으로 알려져있다.The carbon addition method is divided into a method of directly injecting fine carbon powder into the molten metal and a method of injecting an inorganic compound containing carbon. The carbon addition method is known to be the most important refining method in magnesium (Mg) -Aluminum (Al) based alloys because it does not need to raise the temperature of the molten metal to a high temperature as compared with the superheat treatment method and is excellent in economy.
그러나, 상기 기술한 탄소 첨가법 중 탄소 분말을 직접 투입하는 방법은 용탕 중에 탄소를 함유하는 미세 탄소분말, 활성 탄소(carbon black) 등을 직접 투입하는 방법으로서 투입 중 탄소 분말이 균일하게 분산되지 않고 대부분 용탕 위로 부상하여 미세화 효율이 떨어지는 단점이 있어 무기화합물 형태로 용탕에 투입하는 방법이 더 광범위하게 사용되고 있다.
However, the method of directly injecting the carbon powder in the above-described carbon addition method is a method of directly introducing carbon-containing fine carbon powder, carbon black or the like into the molten metal, in which the carbon powder is not uniformly dispersed Most of them are on the molten metal, and the refining efficiency is lowered. Thus, the method of introducing into the molten metal as the inorganic compound form is more widely used.
마그네슘 합금의 결정립 미세화제와 관련된 종래의 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0836599호에서는 마그네슘 합금 주조재의 결정립 미세화제 및 그 미세화 방법이 개시된 바 있다. 구체적으로는, 알루미늄 함유 마그네슘 합금을 용해한 후 650 ℃ 내지 760 ℃의 미세화제 첨가온도에서 탄산마그네슘(MgCO3) 분말을 용탕량 대비 0.5 중량% 내지 5.0 중량%로 첨가하는 미세화제첨가과정과; 상기 미세화제 첨가과정 이후 5분 이상 유지한 후 주조하는 주조과정; 을 포함하여 이루어지는 마그네슘 합금 주조재의 결정립 미세화 방법이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 미세화 방법에 따라 탄산마그네슘 분말을 마그네슘 용탕에 첨가할 경우, 반응성이 높은 탄산마그네슘이 표면적이 넓은 분말 형태로 사용함으로써 반응이 격렬하게 진행될 수 있고, 용탕의 하부까지 미세화제가 균일하게 혼합되지 않을 수 있으며, 상기 격렬한 반응은 폭발과 같은 문제를 발생시킬 수 있다.
As a conventional technique related to a grain refining agent of a magnesium alloy, Korean Patent Registration No. 10-0836599 discloses a grain refinement agent of a magnesium alloy cast material and a method of refining the same. More specifically, the present invention relates to a process for producing a microfibre agent, comprising the steps of: adding an amount of magnesium carbonate (MgCO 3 ) powder at a temperature of 650 ° C to 760 ° C at an addition temperature of 0.5 to 5.0% by weight based on the amount of the molten metal after dissolving the magnesium- A casting process in which the casting process is performed after maintaining the casting process for 5 minutes or more after the finishing agent addition process; A magnesium alloy casting material, and a method for refining the grain of the magnesium alloy casting material. However, when the magnesium carbonate powder is added to the magnesium melt according to the above-described micronization method, the reaction is vigorously promoted by using magnesium carbonate having a high reactivity as a powder having a wide surface area, and the micronization agent is uniformly mixed And the violent reaction may cause problems such as explosion.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2009-0036239호에서는 마그네슘 합금의 결정립 미세화 방법이 개시된 바 있으며, 구체적으로는, 아르곤 분위기로 조성된 전기로를 이용해서 마그네슘 합금을 용해시켜 마그네슘 합금 용탕을 제조하는 단계; 780 ℃의 온도에서 마그네슘 합금 용탕에 헥사클로르에탄(C2Cl6)을 첨가하는 단계; 및 마그네슘 합금과 헥사클로르에탄 혼합 용탕을 20분 동안 유지하여 헥사클로르에탄이 완전히 분해되도록 하는 단계로 구성된 마그네슘 합금의 결정립 미세화 방법이 개시된 바 있다. Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0036239 discloses a method for refining the grain size of a magnesium alloy, and more specifically, a method for producing a magnesium alloy melt by dissolving a magnesium alloy using an electric furnace formed in an argon atmosphere to produce a magnesium alloy melt; Adding hexachlorethane (C 2 Cl 6 ) to the magnesium alloy melt at a temperature of 780 ° C; And a step of maintaining the magnesium alloy and the hexachloroethane mixed molten metal for 20 minutes to completely decompose the hexachlorethane, thereby disclosing a method of refining the grain of the magnesium alloy.
그러나, 상기 미세화 방법에 따라 헥사클로르에탄을 마그네슘 합금 용탕에 첨가할 경우, 미세한 결정립을 얻을 수 있는 반면, 헥사클로르에탄을 용탕에 첨가 시 인체에 치명적이며 금속성 재질들을 부식시키는 염소 가스가 다량 발생되는 문제점이 있다.
However, when hexachlorethane is added to the magnesium alloy melt according to the above-described micronization method, fine crystal grains can be obtained, whereas when hexachlorethane is added to the molten metal, chlorine gas which is fatal to the human body and corrodes metallic materials is generated There is a problem.
나아가, 대한민국 등록특허 제10-1214939호에서는 마그네슘 합금의 제조방법이 개시된 바 있으며, 구체적으로는, 마그네슘 합금에 보호가스를 도포한 후 마그네슘 합금의 용해 온도까지 가열하고 용융시켜 마그네슘 합금 용탕을 제조하는 단계; 마그네슘 합금 용탕에 분말, 펠렛, 로드, 와이어 형태의 마그네슘 합금 결정립 미세화제를 첨가하는 단계; 마그네슘 합금 용탕을 주조하여 결정립이 미세한 마그네슘 합금 주조재를 형성하는 단계로 구성된 마그네슘 합금의 제조방법이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 마그네슘 합금 제조방법에 따라 분말 등을 직접 첨가하는 경우, 분말이 표면으로 분출되거나 용탕 표면에 떠오르는 현상으로 인해 첨가량 대비 낮은 수율을 보이며, 펠렛으로 첨가시 펠렛이 모두 분해되지 않고 일부 압축된 개재물 덩어리가 용탕 내 잔재하는 문제점이 있다. 또한 미세화제의 형태와 관계없이 카보네이트 계열인 탄산망간 등은 반응성이 높기 때문에 마그네슘 용탕에 직접 첨가하게 되면 분해 시 발생하는 이산화탄소 가스에 의해 용탕이 끓게 되어 발화의 위험성, 마그네슘 용탕 표면의 산화 위험성을 내포하고 있다.
Furthermore, Korean Patent Registration No. 10-1214939 discloses a method for producing a magnesium alloy. Specifically, a protective gas is applied to a magnesium alloy, and the magnesium alloy is heated to a melting temperature of the magnesium alloy and melted to produce a magnesium alloy melt step; Adding magnesium alloy grain refining agent in the form of powder, pellet, rod or wire to the magnesium alloy melt; And a step of casting a magnesium alloy melt to form a magnesium alloy cast material having a fine grain size. However, when the powder is directly added according to the magnesium alloy manufacturing method, the powder is sprayed on the surface or floated on the surface of the molten metal, resulting in a low yield relative to the added amount. When the pellets are added as a pellet, There is a problem that the inclusion mass remains in the molten metal. Since manganese carbonate, which is a carbonate type, has a high reactivity regardless of the type of micronizing agent, if it is added directly to the magnesium molten metal, the molten metal will be boiled by the carbon dioxide gas generated during the decomposition and the risk of ignition and the risk of oxidation of the magnesium molten metal surface .
이에, 본 발명의 발명자들은 발화, 산화의 위험성, 미세화제가 모두 분해되지 않는 점, 알루미늄 내 카보네이트 계열 분말의 금속 함량을 정량적으로 분석할 수 없는 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행하던 중, 미세화제로서 카보네이트 계열 분말을 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조한 후, 이를 마그네슘 용탕에 첨가함으로써 안전하고 효율적이면서도 미세화제의 정량적인 첨가량을 조절할 수 있는 마그네슘 합금 제조방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention have conducted studies to solve the problem that it is impossible to quantitatively analyze the metal content of the carbonate-based powder in aluminum as a fining agent The present inventors have developed a magnesium alloy manufacturing method which can safely and efficiently control quantitative addition amount of a microfine agent by adding a carbonate powder to an aluminum melt to prepare an aluminum master alloy and then adding it to a magnesium melt to complete the present invention.
본 발명의 목적은 마그네슘 합금 제조시에 사용되는 결정립 미세화제와, 이를 효율적으로 첨가할 수 있는 방법을 통해 마그네슘 합금을 제조하는 제조방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a magnesium alloy through a grain refinement agent used in manufacturing a magnesium alloy and a method capable of efficiently adding the grain refinement agent.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 따라 제조되는 마그네슘 합금을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a magnesium alloy produced by the above method.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
카보네이트 계열 분말을 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계(단계 1); 및Adding a carbonate-based powder to the molten aluminum to produce an aluminum master alloy (step 1); And
상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2); 를 포함하는 마그네슘 합금의 제조방법을 제공한다.
A step (step 2) of preparing a magnesium alloy by adding the aluminum master alloy produced in the
또한 본 발명은, Further, according to the present invention,
카보네이트 계열 분말과 알루미늄(Al) 금속 칩을 혼합하고, 이를 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계(단계 1); 및A step (step 1) of mixing an aluminum (Al) metal chip with a carbonate-based powder and adding it to an aluminum melt to produce an aluminum master alloy; And
상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2); 를 포함하는 마그네슘 합금의 제조방법을 제공한다.
A step (step 2) of preparing a magnesium alloy by adding the aluminum master alloy produced in the
나아가 본 발명은, Further,
상기 마그네슘 합금의 제조방법에 따라 제조되는 마그네슘 합금을 제공한다.
There is provided a magnesium alloy produced by the method for producing the magnesium alloy.
본 발명에 따른 결정립 미세화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조방법은 일반주조공정 뿐만 아니라 연속주조공정에도 적용이 가능하고, 종래 미세화제를 직접 마그네슘 용탕에 첨가했던 것과는 달리, 미세화제가 포함된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 이산화탄소와 알루미늄과의 반응을 촉진시킬 수 있기 때문에 이산화탄소 발생으로 인한 발화 위험성을 낮추어 안전하게 미세화제를 첨가할 수 있다. 또한, 알루미늄 내 망간 함량을 정량적으로 분석할 수 있어 마그네슘 합금에 대한 미세화제의 정량적 투입이 가능하다. The method for producing a magnesium alloy using the grain refinement agent according to the present invention can be applied not only to general casting but also to continuous casting. Unlike the conventional method in which a microfine agent is directly added to a magnesium melt, an aluminum master alloy containing a microfilizer It can be added to the magnesium molten metal to accelerate the reaction between carbon dioxide and aluminum, so that the risk of ignition due to the generation of carbon dioxide can be lowered and the fine refining agent can be safely added. In addition, it is possible to quantitatively analyze the content of manganese in aluminum, so that it is possible to quantitatively inject a fine agent into the magnesium alloy.
나아가, 금속 칩과 미세화제를 혼합하여 용탕에 첨가함으로써 금속 칩의 용해속도에 따른 미세화제의 분해속도를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
Further, by mixing the metal chips and the microfabricating agent and adding them to the molten metal, it is possible to easily control the decomposition rate of the microfabricating agent according to the dissolution rate of the metal chip.
도 1은 기존의 마그네슘 합금 제조공정과 본 발명의 마그네슘 합금 제조공정을 비교하여 나타낸 모식도이고;
도 2는 펠렛형태의 미세화제 제조방법을 나타낸 모식도이고;
도 3은 로드형태 또는 와이어형태의 미세화제 제조방법을 나타낸 모식도이고;
도 4는 비연속 주조공정과 연속 주조공정에서의 미세화제 주입방법을 나타낸 모식도이고;
도 5는 용탕 내에서의 펠렛형태 미세화제의 반응거동을 나타낸 모식도이고;
도 6은 알루미늄 용탕과 마그네슘 용탕 내에서 펠렛형태의 미세화제 반응거동을 나타낸 사진이고;
도 7은 동일한 중량의 펠렛조건에서 탄산망간 첨가량에 따른 반응속도와,
동일한 첨가량의 탄산망간 조건에서 펠렛 전체 중량에 따른 반응속도를 나타낸 그래프이고;
도 8은 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 마그네슘 합금과, 대조군인 AZ91 마그네슘 합금에 있어서 알루미늄 모합금 첨가량에 따른 마그네슘 합금의 미세조직 변화를 광학현미경으로 촬영한 사진이고;
도 9는 알루미늄 모합금 첨가량에 따른 마그네슘 합금 결정립의 크기 변화를 분석한 그래프이다. 1 is a schematic view showing a comparison between a conventional magnesium alloy manufacturing process and a magnesium alloy manufacturing process of the present invention;
FIG. 2 is a schematic view showing a method for producing a pelletized microfiltration agent;
FIG. 3 is a schematic view showing a method of manufacturing a rod-shaped or wire-shaped microfabrication agent;
4 is a schematic view showing a method of injecting a microfiltration agent in a discontinuous casting process and a continuous casting process;
5 is a schematic view showing the reaction behavior of the pellet-shaped micronizing agent in the molten metal;
6 is a photograph showing the reaction behavior of a pellet-shaped micronizing agent in a molten aluminum and a molten magnesium;
FIG. 7 shows the relationship between the reaction rate depending on the amount of manganese carbonate added under the same weight pellet condition,
A graph showing the reaction rate depending on the total weight of the pellets under the same addition amount of manganese carbonate;
8 is a photomicrograph of the microstructural changes of the magnesium alloy according to the addition amounts of the aluminum parent alloy in the magnesium alloy prepared in Examples 1 to 5 of the present invention and the AZ91 magnesium alloy as the control group;
9 is a graph showing changes in size of magnesium alloy grains with respect to the amount of aluminum parent alloy added.
본 발명은 The present invention
카보네이트 계열 분말을 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계(단계 1); 및Adding a carbonate-based powder to the molten aluminum to produce an aluminum master alloy (step 1); And
상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 마그네슘 합금의 제조방법을 제공한다.
And a step (step 2) of preparing a magnesium alloy by adding the aluminum master alloy produced in the
이하, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a magnesium alloy according to the present invention will be described in detail for each step.
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 단계 1은 카보네이트 계열 분말을 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계이다.In the method for producing a magnesium alloy according to the present invention,
종래기술에 따르면, 도 1의 그림을 통해 도시한 바와 같이 마그네슘 합금 미세화제(예를 들어, 탄산망간)를 마그네슘 용탕에 직접 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하였다. 그러나 종래기술과 같이 미세화제를 직접 첨가하는 경우 미세화제가 모두 분해되지 않고 일부 압축된 개재물 덩어리가 용탕 내 잔재하는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 미세화제의 분해시 발생하는 이산화탄소 가스에 의해 용탕이 끓게 되어 발화의 위험성과 마그네슘 용탕 표면의 산화 위험성을 내포하고 있었다.According to the prior art, as shown in FIG. 1, a magnesium alloy fine-granulating agent (for example, manganese carbonate) was directly added to a magnesium melt to prepare a magnesium alloy. However, when the microfilizing agent is directly added as in the prior art, there is a problem that the microlizing agent is not decomposed at all and a part of the compressed inclusion remains in the molten metal. In addition, since the molten metal is boiled by the carbon dioxide gas generated upon decomposition of the micronization agent, the risk of ignition and the risk of oxidation of the surface of the magnesium molten metal are contained.
반면, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 제조방법에서는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도 1의 그림에서 도시한 바와 같이, 미세화제를 포함하는 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가한다. 이를 위하여, 상기 단계 1에서는 미세화제로서 카보네이트 계열 분말을 알루미늄 용탕에 첨가하여, 미세화제를 포함하는 알루미늄 모합금을 제조한다. 상기 단계 1과 같이 미세화제를 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조할 경우 이산화탄소와 알루미늄과의 반응을 촉진시킬 수가 있고, 알루미늄 용탕은 마그네슘 용탕과는 달리 폭발 및 산화의 위험성이 없기 때문에 종래기술에 비해 발화위험성을 낮출 수 있고 미세화제 함량의 정량적 분석이 가능하다.
On the other hand, in the magnesium alloy manufacturing method according to the present invention, in order to solve the problems of the conventional art as described above, an aluminum master alloy containing a microfine agent is added to the magnesium melt as shown in FIG. To this end, in
상기 카보네이트 계열 분말은 마그네슘 용탕에 첨가되었을 때, 용탕 온도인 600 ℃ 내지 780 ℃의 온도에서 분해될 수 있는 물질이다. 또한, 상기 카보네이트 계열 분말은 반응성이 높은 분말로서, 함께 혼합될 수 있는 탄소분말 등이 균일하게 분산되게 하여 결정립 미세화 효율이 떨어지는 문제를 방지할 수 있으며, 결정립 미세화 반응속도를 조절할 수 있다.The carbonate-based powder is a substance which can be decomposed at a temperature of 600 ° C to 780 ° C, which is the temperature of the molten metal, when it is added to the magnesium melt. In addition, the carbonate-based powder is a highly reactive powder, and carbon powder or the like that can be mixed together can be uniformly dispersed to prevent the grain refinement efficiency from being lowered, and the crystal grain refining reaction rate can be controlled.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 카보네이트 계열 분말은 탄산마그네슘(MgCO3) 분말, 탄산망간(MnCO3) 분말, 탄산구리(CuCO3) 분말 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 종래의 미세화제에 비해 다량으로 저렴하게 구입할 수 있고 인체에 무해한 탄산마그네슘(MgCO3) 또는 탄산망간(MnCO3)을 사용할 수 있다. In the manufacturing method of the present invention, the carbonate-based powder of the
이때, 상기 단계 1에서 제조되는 알루미늄 모합금은 첨가되는 카보네이트 계열 분말에 따라, 알루미늄 대비 1 내지 5 중량 % 의 범위로 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등의 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속들이 상기 범위로 알루미늄 모합금에 포함되도록 카보네이트 계열 분말의 첨가량을 조절함에 따라 결정립 미세화를 용이하게 수행할 수 있다.At this time, the aluminum master alloy produced in
그러나, 상기 카보네이트 계열 분말이 이에 제한되는 것은 아니며, 결정립 미세화제로 사용될 수 있으며, 마그네슘 용탕의 온도인 600 내지 780 ℃ 의 온도에서 분해될 수 있는 카보네이트 계열 분말을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
However, the carbonate-based powder is not limited thereto, and carbonate-based powder that can be used as a grain refining agent and decomposed at a temperature of 600 to 780 ° C, which is the temperature of the magnesium melt, can be appropriately selected and used.
또한, 본 발명에서 제조되는 마그네슘 합금 결정립 미세화제는 상이한 미세화 효과를 나타내는 1종 이상의 분말을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 탄소분말, 탄화물 분말, 질화물 분말, 황화물 분말, 붕소화물 분말, 금속간 화합물 분말 등을 카보네이트 계열 분말과 함께 미세화제로서 사용할 수 있다.In addition, the magnesium alloy grain refiners manufactured according to the present invention may further include at least one powder exhibiting different refinement effects. Specifically, a carbon powder, a carbide powder, a nitride powder, a sulfide powder, a boride powder, an intermetallic compound powder and the like may be used together with a carbonate-based powder as a finizing agent.
먼저, 본 발명에 있어서 상기 탄소분말은, 바람직하게는 활성 탄소 분말을 사용할 수 있다. 상기 탄소분말은 용탕 내에 첨가되어 마그네슘 합금 결정립을 미세화시키는 역할을 한다. 그러나 상기 탄소분말은 반응성이 낮아 분산이 잘 되지 않는 성질을 가지기 때문에 상기 카보네이트 계열 분말과 적절한 비율로 혼합하여 첨가함으로써, 탄소분말을 용탕 내에 고르게 분산시킬 수 있다.First, in the present invention, the carbon powder may preferably be activated carbon powder. The carbon powder is added to the molten metal to refine the magnesium alloy crystal grains. However, since the carbon powder has low reactivity and is not well dispersed, it is possible to uniformly disperse the carbon powder in the molten metal by mixing and adding the carbonate powder at an appropriate ratio.
다음으로, 본 발명에 있어서 상기 탄화물 분말은 탄화알루미늄(Al4C3) 분말, 탄화실리콘(SiC) 분말, 탄화하프늄(HfC) 분말, 탄화몰리브덴(Mo2C) 분말, 알루미늄마그네슘탄화물(Al2MgC2) 분말 등을 사용할 수 있다. Next, according to the present invention, the carbide powder is carbide of aluminum (Al 4 C 3) powder, silicon carbide (SiC) powder, a carbide, hafnium (HfC) powder, molybdenum carbide (Mo 2 C) powder, magnesium aluminum carbide (Al 2 MgC 2 ) powder and the like can be used.
또한, 상기 질화물 분말은 질화알루미늄(AlN) 분말, 질화니오븀(Nb2N) 분말 또는 이들의 혼합분말을 사용할 수 있다. The nitride powder may be an aluminum nitride (AlN) powder, a niobium nitride (Nb 2 N) powder, or a mixed powder thereof.
또한, 상기 황화물 분말은 이황화티타늄(TiS2) 분말, 이황화몰리브덴(MoS2) 분말 또는 이들의 혼합분말을 사용할 수 있다. The sulfide powder may be a titanium disulfide (TiS 2 ) powder, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) powder, or a mixed powder thereof.
또한, 상기 금속간 화합물 분말은 Al8Mn5 분말, AlMn 분말 또는 이들의 혼합분말을 사용할 수 있다. The intermetallic compound powder may be Al 8 Mn 5 powder, AlMn powder, or mixed powder thereof.
그러나, 상기 분말들이 이에 제한되는 것은 아니며, 반응성이 낮아 카보네이트 계열 분말과 함께 첨가했을 때 반응속도를 조절할 수 있는 분말을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
However, the powders are not limited thereto. Powders that can control the reaction rate when added together with the carbonate-based powder because of low reactivity can be appropriately selected and used.
한편, 상기한 바와 같이 결정립 미세화제로서 카보네이트 계열 분말과 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말의 고체 구조가 면심입방격자일 때, 이의 격자상수는 0.4369 nm 내지 0.4692 nm를 만족하는 것이 바람직하고, 상기 분말의 고체구조가 체심입방격자일 때의 격자상수는 0.3322 nm 내지 0.3789 nm를 만족하는 것이 바람직하며, 상기 분말의 고체구조가 조밀육방격자일 때의 격자상수는 0.2882 nm 내지 0.3522 nm 또는 0.4679 nm 내지 0.5719 nm를 만족시키는 것이 바람직하다. On the other hand, when the solid structure of the powder added to the molten aluminum as well as the carbonate-based powder as the grain refinement agent as described above is a face-centered cubic lattice, the lattice constant thereof preferably satisfies 0.4369 nm to 0.4692 nm, The lattice constant when the solid structure is the body-centered cubic lattice satisfies 0.3322 nm to 0.3789 nm, and the lattice constant when the solid structure of the powder is the dense hexagonal lattice is 0.2882 nm to 0.3522 nm or 0.4679 nm to 0.5719 nm Is satisfied.
이는 상기 분말이 가지는 고체 구조의 격자상수가 상기의 범위를 만족할 때, 마그네슘의 격자상수와 유사해져 마그네슘과의 계면에너지가 작아지고 그 결과 용탕 내에서 마그네슘의 불균일 핵생성 장소(heterogeneous nucleation site)로 효과적으로 작용할 수 있기 때문이다.
This is because when the lattice constant of the solid structure of the powder satisfies the above range, it becomes similar to the lattice constant of magnesium, so that the interface energy with magnesium becomes small, resulting in a heterogeneous nucleation site of magnesium in the melt It can work effectively.
상기 단계 1의 마그네슘 합금 결정립 미세화제에 있어서, 상기한 바와 같이 결정립 미세화제로서 카보네이트 계열 분말과 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말은 카보네이트 계열 분말과 8:2 내지 3:7 (첨가분말:카보네이트 계열 분말) 의 부피비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 만약 카보네이트 계열 분말이 20 부피% 미만으로 혼합될 경우 상기 혼합 분말이 고르게 분산되지 못하여 마그네슘 합금의 결정립도가 균일하게 생성되지 못하는 문제점이 있고, 카보네이트 계열 분말이 70 부피% 초과로 혼합될 경우 추가적인 결정립 미세화 효과가 현저하지 않고, 오히려 카보네이트 계열 분말의 빠른 분해로 인해 반응이 격렬하게 진행되어 폭발과 같은 공정 위험성을 야기하는 문제점이 있다.
As described above, in the magnesium alloy grain refining agent of
상기한 바와 같이 결정립 미세화제로서 카보네이트 계열 분말과 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말의 입도는 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것이 바람직하다. 만약, 상기 분말의 입도가 0.1 ㎛ 미만일 경우, 분말의 입자와 기지상 간의 젖음성(wettability)이 낮아 기지상의 핵생성이 어려워지는 문제점이 있고, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 첨가량 대비 핵생성 입자의 수가 적어 미세화 효과가 낮아지는 문제점이 있다. As described above, the particle size of the powder to be added to the aluminum molten metal together with the carbonate-based powder as the crystal grain refining agent is preferably 0.1 mu m to 100 mu m. If the particle size of the powder is less than 0.1 탆, the wettability between the particles of the powder is low and the nucleation of the matrix on the base is difficult. On the other hand, when the particle size exceeds 100 탆, the number of nucleation particles There is a problem that the refinement effect is lowered.
또한 본 발명에 있어서 상기 카보네이트 계열 분말의 입도는 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하나 상기 카보네이트 계열 분말은 용탕 내에서 분해되므로 이에 제한되지는 않는다.
In addition, in the present invention, the carbonate-based powder preferably has a particle size of 0.1 to 1000 탆, but the carbonate-based powder is decomposed in the molten metal.
상기 단계 1에서 결정립 미세화제인 카보네이트 계열 분말 및 이와 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말은 분말형태, 펠렛형태, 로드형태 또는 와이어형태로 성형한 후, 성형된 성형체를 알루미늄 용탕에 투입하는 방법으로 첨가될 수 있다.In
구체적으로 분말형태로 성형될 경우, 상기 카보네이트 계열 분말과 첨가되는 분말을 균일하게 혼합하여 성형하는 것이 바람직하다. 또한 상기 분말은 반응성에 따라 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 크기일 수 있으며, 카보네이트 계열 분말은 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛ 의 크기 일 수 있다. 상기 성형된 분말형태의 미세화제는 마그네슘, 알루미늄, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 또는 철계 재질의 금속 캡슐 형태로 싸여져 알루미늄 용탕 내부로 투입될 수 있다. Specifically, when the powder is shaped into powder, it is preferable that the carbonate-based powder and the powder to be added are uniformly mixed and molded. The powder may have a size of 0.1 to 100 [mu] m depending on the reactivity, and the carbonate-based powder may have a size of 0.1 [mu] m to 1000 [mu] m. The shaped powder-form micronizing agent may be enclosed in the form of a metal capsule of magnesium, aluminum, magnesium alloy, aluminum alloy, or iron-based material, and may be introduced into the aluminum melt.
또한, 펠렛형태로 성형될 경우, 도 2의 모식도에서 볼 수 있듯이, 상기 분말형태의 미세화제를 약 140 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 1.0 kN 내지 3.0 kN의 압력을 가하여 펠렛으로 성형할 수 있으며, 상기 성형된 펠렛형태의 미세화제는 직접 용탕에 첨가되거나 추가적으로 마그네슘, 알루미늄, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 또는 철계 재질의 금속캡슐에 싸여져 투입될 수 있다. 또한 상기 펠렛형태로 성형된 미세화제 다수개를 가이드 파이프에 적층하여 로드형태로 제조하여 주입할 수도 있다.2, the powder-form micronizing agent can be molded into pellets by applying a pressure of 1.0 kN to 3.0 kN at a temperature of about 140 ° C to 200 ° C, The molded pellet-shaped micronizing agent may be directly added to the molten metal or may be added in a metal capsule of magnesium, aluminum, magnesium alloy, aluminum alloy or iron-based material. Further, a plurality of the fine refining agents molded in the form of pellets may be laminated on a guide pipe to be manufactured into a rod shape and then injected.
나아가, 와이어형태로 성형될 경우, 도 3의 모식도에서 볼 수 있듯이, 카보네이트 계열 분말과 첨가분말 등을 균일하게 혼합하여 금속 재질의 파이프 혹은 캡슐에 압축 및 충진하여 성형하는 것이 바람직하다. 이때 추가적으로 유기 바인더를 첨가하는 것이 가능하며, 상기 유기 바인더는 미세화제를 용탕에 투입할 때 분해 가능한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 성형된 와이어형태의 미세화제는 연속주조 공정에서 일정 속도로 연속적으로 용탕에 투입될 수 있다.
Furthermore, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, it is preferable that the carbonate-based powder and the additive powder are uniformly mixed and compressed and filled into a pipe or capsule made of a metal to form the wire. At this time, it is possible to add an additional organic binder, and it is preferable to use the organic binder which can be decomposed when the fineizing agent is put into the molten metal. The shaped wire-shaped micronizing agent can be continuously introduced into the melt at a constant rate in a continuous casting process.
마그네슘 용탕에 첨가하는 모합금 제조에 있어서, 베이스(base) 원소를 적절히 선택하여야 한다. 예를 들어, Mg-Al계열 마그네슘 합금에 미세화제를 포함하는 모합금을 첨가하기 위해서는, 모합금의 조성이 마그네슘 혹은 알루미늄으로 제한될 수 있다.In the production of the parent alloy to be added to the magnesium melt, the base element should be appropriately selected. For example, in order to add a parent alloy containing a microfilizer to the Mg-Al series magnesium alloy, the composition of the parent alloy may be limited to magnesium or aluminum.
이때, 모합금으로서 알루미늄을 사용하면 모합금 제조 시 보호가스가 필요 없고, 용해 온도를 마그네슘에 비해 상당히 높일 수 있어 결정립 미세화제인 카보네이트 계열 분말의 분해시 발생하는 이산화탄소 가스와 알루미늄과의 반응을 촉진시킬 수 있는바, 상기 단계 1에서는 미세화제를 포함하는 알루미늄 모합금을 제조한다.
In this case, when aluminum is used as the parent alloy, the protective gas is not required in the production of the parent alloy, and the melting temperature can be significantly higher than that of magnesium, thereby promoting the reaction between carbon dioxide gas and aluminum generated upon decomposition of the carbonate- In
본 발명에서 분말형태, 펠렛형태, 로드형태 또는 와이어형태로 제조된 미세화제를 알루미늄 용탕에 첨가하는 방법은, 도 4의 미세화제 주입방법에서 나타낸 바와 같이 비연속 주조공정 또는 연속 주조공정에서 모두 사용가능하다. In the present invention, the method of adding the fine refining agent in the form of powder, pellet, rod or wire to the molten aluminum may be used both in the discontinuous casting process or in the continuous casting process, It is possible.
구체적으로 비연속 주조공정에서 상기 분말형태의 미세화제는 금속캡슐 형태로 싸여져 용탕 내부로 투입됨으로써, 분말체가 용탕 하부로 가라앉으면서 서서히 반응이 일어나게 하여, 용탕 윗부분에서 반응이 집중되는 현상을 최소화시킬 수 있다. 또한 비연속 주조공정에서 상기 펠렛형태의 미세화제는 도 4 (a)의 비연속 주조공정의 주입방법에서 볼 수 있듯이, 직접 투입하거나 금속캡슐 속에 넣어서 투입하는 것이 모두 가능하고, 펠렛형태로 제조하여 투입함으로써, 도 5의 용탕내에서의 펠렛형태 미세화제의 반응거동에서 볼 수 있듯이 펠렛의 표면부터 반응이 진행되어 용탕내에서의 격렬한 반응을 예방할 수 있으며, 용탕 윗부분에서 반응이 집중되는 현상을 최소화시킬 수 있다.Specifically, in the discontinuous casting process, the powder-form micronizing agent is enclosed in the form of a metal capsule, and is introduced into the molten metal, thereby causing the powder to sink to the lower part of the molten metal and causing the reaction to be gradually performed, . In the discontinuous casting process, the pelletizing agent can be directly injected into the metal capsules or injected into the metal capsules as shown in FIG. 4 (a) As shown in the reaction behavior of the pellet-shaped micronizing agent in the molten metal of FIG. 5, the reaction proceeds from the surface of the pellet to prevent a violent reaction in the molten metal and minimizes the concentration of the reaction at the upper portion of the molten metal .
연속 주조공정에서 상기 미세화제의 투입은 도 4 (b), (c)의 연속 주조공정에서의 주입방법에서도 볼 수 있듯이, 용탕에 가이드 파이프 하단부를 침지시키고 상기 가이드 파이프를 통해 마그네슘 합금 결정립 미세화제를 연속적으로 첨가하는 것이 바람직하다. In the continuous casting process, as shown in the injection method in the continuous casting process of FIGS. 4 (b) and 4 (c), the lowering of the guide pipe is immersed in the molten metal, and the magnesium alloy crystal fine- Is preferably added continuously.
상기 마그네슘 합금 결정립 미세화제는 도 4에서와 같이 펠렛형태, 로드형태, 또는 와이어형태로 상기 가이드 파이프로 도입되고, 이 때 상기 로드형태의 미세화제는 펠렛형태 다수개를 가이드 파이프 내에 적층하여 제조될 수 있다.
The magnesium alloy grain refiners are introduced into the guide pipe in a pellet shape, a rod shape, or a wire shape as shown in FIG. 4, wherein the rod-shaped fine refining agent is manufactured by stacking a plurality of pellets in a guide pipe .
한편, 상기 단계 1에 제조되는 알루미늄 모합금은 5 내지 20 중량 %의 함량범위로 마그네슘을 포함할 수 있다. 마그네슘이 알루미늄 모합금 대비 20 중량 %를 초과하여 첨가되는 경우, 이에 따른 발화의 위험성이 있기 때문에 보호가스가 요구되는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the aluminum master alloy produced in the
또한, 상기 단계 1에 제조되는 알루미늄 모합금은 망간, 아연과 같은 통상적인 마그네슘 합금 원소를 포함할 수 있다. 이는 본 발명의 제조방법에서 최종적으로 제조하고자 하는 마그네슘 합금 조성을 고려하여, 상기 알루미늄 모합금이 알루미늄 외의 합금 원소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In addition, the aluminum master alloy produced in the
또한, 100%의 알루미늄 모합금의 경우, 가공이 어렵기 때문에 상기와 같이 마그네슘 합금원소를 더 포함하는 것이 바람직하나, 상기 단계 1에서 제조되는 알루미늄 모합금이 이에 제한되는 것은 아니다.
Further, in the case of 100% of the aluminum master alloy, it is preferable to further include the magnesium alloy element as described above because it is difficult to process, but the aluminum master alloy produced in the
본 발명에 마그네슘 합금 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계이다. In the method for manufacturing a magnesium alloy according to the present invention, the
상기 단계 2에서 사용될 수 있는 마그네슘 합금은 AZ91, AZ31, AM60 등의 다양한 주조용 및 가공용 마그네슘 합금이 사용될 수 있고, 바람직하게는 알루미늄을 포함하는 마그네슘 합금을 사용할 수 있다.
The magnesium alloy that can be used in
상기 단계 2의 마그네슘 합금 용탕의 온도는 600 ℃ 내지 780 ℃의 온도인 것이 바람직하다. 상기 마그네슘 합금 용탕의 온도가 600 ℃미만인 경우에는 액상 용융 상태를 유지하지 못하는 문제점이 있고, 780 ℃를 초과하는 경우에는 마그네슘 합금의 반응성이 증가하여 산화되거나 불순물이 포함될 수 있는 문제점이 있다.
The temperature of the magnesium alloy melt in
또한, 마그네슘 합금 용탕과 대기 중 산소와의 반응을 차단하고, 용탕 표면에 안정한 보호성 피막을 형성시키기 위하여 마그네슘 용탕 상부로 보호 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 상기 보호 가스로는 일례로서 (SF6 + CO2) 와 같은 혼합 가스를 사용할 수 있으나, 상기 보호가스가 이에 제한되는 것은 아니다.
Further, it is preferable to supply a protective gas to the upper part of the magnesium molten metal in order to block the reaction between the magnesium alloy melt and oxygen in the atmosphere and to form a stable protective film on the surface of the molten metal. As the protective gas, a mixed gas such as (SF 6 + CO 2 ) may be used as an example, but the protective gas is not limited thereto.
알루미늄 모합금이 첨가된 마그네슘 용탕은 금형 및 사형에 의한 주조,저압주조, 연속주조, 박판주조, 정밀주조, 다이캐스팅 등의 다양한 주조방법을 통해 최종적으로 마그네슘 합금으로 제조할 수 있다.
The magnesium molten alloy to which the aluminum parent alloy is added can be finally made of a magnesium alloy through various casting methods such as die casting, low pressure casting, continuous casting, thin plate casting, precision casting and die casting.
또한 본 발명은, Further, according to the present invention,
카보네이트 계열 분말과 알루미늄(Al) 금속 칩을 혼합하고, 이를 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계(단계 1); 및A step (step 1) of mixing an aluminum (Al) metal chip with a carbonate-based powder and adding it to an aluminum melt to produce an aluminum master alloy; And
상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2); 를 포함하는 마그네슘 합금의 제조방법을 제공한다.
A step (step 2) of preparing a magnesium alloy by adding the aluminum master alloy produced in the
이하, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a magnesium alloy according to the present invention will be described in detail for each step.
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 단계 1은 카보네이트 계열 분말과 알루미늄 금속칩을 혼합하고, 이를 알루미늄 용탕에 첨가하여 알루미늄 모합금을 제조하는 단계이다.
In the method for producing a magnesium alloy according to the present invention,
상기 카보네이트 계열 분말은 마그네슘 용탕에 첨가되었을 때, 용탕 온도인 600 ℃ 내지 780 ℃의 온도에서 분해될 수 있는 물질이다. The carbonate-based powder is a substance which can be decomposed at a temperature of 600 ° C to 780 ° C, which is the temperature of the molten metal, when it is added to the magnesium melt.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 카보네이트 계열 분말은 탄산마그네슘(MgCO3) 분말, 탄산망간(MnCO3) 분말, 탄산구리(CuCO3) 분말 등을 사용할 수 있다. In the manufacturing method of the present invention, the carbonate-based powder of the
이때, 상기 단계 1에서 제조되는 알루미늄 모합금은 첨가되는 카보네이트 계열 분말에 따라, 알루미늄 대비 1 내지 5 중량 % 의 범위로 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등의 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속들이 상기 범위로 알루미늄 모합금에 포함되도록 카보네이트 계열 분말의 첨가량을 조절함에 따라 결정립 미세화를 용이하게 수행할 수 있다.At this time, the aluminum master alloy produced in
그러나, 상기 카보네이트 계열 분말이 이에 제한되는 것은 아니며, 결정립 미세화제로 사용될 수 있으며, 마그네슘 용탕의 온도인 600 내지 780 ℃ 의 온도에서 분해될 수 있는 카보네이트 계열 분말을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
However, the carbonate-based powder is not limited thereto, and carbonate-based powder that can be used as a grain refining agent and decomposed at a temperature of 600 to 780 ° C, which is the temperature of the magnesium melt, can be appropriately selected and used.
또한, 본 발명에서 제조되는 마그네슘 합금 결정립 미세화제는 상이한 미세화 효과를 나타내는 1종 이상의 분말을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 탄소분말, 탄화물 분말, 질화물 분말, 황화물 분말, 붕소화물 분말, 금속간 화합물 분말 등을 카보네이트 계열 분말과 함께 미세화제로서 사용할 수 있다.In addition, the magnesium alloy grain refiners manufactured according to the present invention may further include at least one powder exhibiting different refinement effects. Specifically, a carbon powder, a carbide powder, a nitride powder, a sulfide powder, a boride powder, an intermetallic compound powder and the like may be used together with a carbonate-based powder as a finizing agent.
먼저, 본 발명에 있어서 상기 탄소분말은, 바람직하게는 활성 탄소 분말을 사용할 수 있다. 다음으로, 본 발명에 있어서 상기 탄화물 분말은 탄화알루미늄(Al4C3) 분말, 탄화실리콘(SiC) 분말, 탄화하프늄(HfC) 분말, 탄화몰리브덴(Mo2C) 분말, 알루미늄마그네슘탄화물(Al2MgC2) 분말 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 질화물 분말은 질화알루미늄(AlN) 분말, 질화니오븀(Nb2N) 분말 또는 이들의 혼합분말을 사용할 수 있다. 또한, 상기 황화물 분말은 이황화티타늄(TiS2) 분말, 이황화몰리브덴(MoS2) 분말 또는 이들의 혼합분말을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속간 화합물 분말은 Al8Mn5 분말, AlMn 분말 또는 이들의 혼합분말을 사용할 수 있다. First, in the present invention, the carbon powder may preferably be activated carbon powder. Next, according to the present invention, the carbide powder is carbide of aluminum (Al 4 C 3) powder, silicon carbide (SiC) powder, a carbide, hafnium (HfC) powder, molybdenum carbide (Mo 2 C) powder, magnesium aluminum carbide (Al 2 MgC 2 ) powder and the like can be used. The nitride powder may be an aluminum nitride (AlN) powder, a niobium nitride (Nb 2 N) powder, or a mixed powder thereof. The sulfide powder may be a titanium disulfide (TiS 2 ) powder, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) powder, or a mixed powder thereof. The intermetallic compound powder may be Al 8 Mn 5 powder, AlMn powder, or mixed powder thereof.
그러나, 상기 분말들이 이에 제한되는 것은 아니며, 반응성이 낮아 카보네이트 계열 분말과 함께 첨가했을 때 반응속도를 조절할 수 있는 분말을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
However, the powders are not limited thereto. Powders that can control the reaction rate when added together with the carbonate-based powder because of low reactivity can be appropriately selected and used.
한편, 상기한 바와 같이 결정립 미세화제로서 카보네이트 계열 분말과 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말의 고체 구조가 면심입방격자일 때, 이의 격자상수는 0.4369 nm 내지 0.4692 nm를 만족하는 것이 바람직하고, 상기 분말의 고체구조가 체심입방격자일 때의 격자상수는 0.3322 nm 내지 0.3789 nm를 만족하는 것이 바람직하며, 상기 분말의 고체구조가 조밀육방격자일 때의 격자상수는 0.2882 nm 내지 0.3522 nm 또는 0.4679 nm 내지 0.5719 nm를 만족시키는 것이 바람직하다.
On the other hand, when the solid structure of the powder added to the molten aluminum as well as the carbonate-based powder as the grain refinement agent as described above is a face-centered cubic lattice, the lattice constant thereof preferably satisfies 0.4369 nm to 0.4692 nm, The lattice constant when the solid structure is the body-centered cubic lattice satisfies 0.3322 nm to 0.3789 nm, and the lattice constant when the solid structure of the powder is the dense hexagonal lattice is 0.2882 nm to 0.3522 nm or 0.4679 nm to 0.5719 nm Is satisfied.
상기 단계 1의 마그네슘 합금 결정립 미세화제에 있어서, 상기한 바와 같이 결정립 미세화제로서 카보네이트 계열 분말과 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말은 카보네이트 계열 분말과 8:2 내지 3:7 (첨가분말:카보네이트 계열 분말) 의 부피비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
As described above, in the magnesium alloy grain refining agent of
상기한 바와 같이 결정립 미세화제로서 카보네이트 계열 분말과 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말의 입도는 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것이 바람직하다. As described above, the particle size of the powder to be added to the aluminum molten metal together with the carbonate-based powder as the crystal grain refining agent is preferably 0.1 mu m to 100 mu m.
또한 본 발명에 있어서 상기 카보네이트 계열 분말의 입도는 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하나 상기 카보네이트 계열 분말은 용탕 내에서 분해되므로 이에 제한되지는 않는다.
In addition, in the present invention, the carbonate-based powder preferably has a particle size of 0.1 to 1000 탆, but the carbonate-based powder is decomposed in the molten metal.
상기 단계 1에서 결정립 미세화제인 카보네이트 계열 분말 및 이와 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말은 분말형태, 펠렛형태, 로드형태 또는 와이어형태로 성형한 후, 성형된 성형체를 알루미늄 용탕에 투입하는 방법으로 첨가될 수 있다.In
구체적으로 분말형태로 성형될 경우, 상기 카보네이트 계열 분말과 첨가되는 분말을 균일하게 혼합하여 성형하는 것이 바람직하다. 또한 상기 분말은 반응성에 따라 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 크기일 수 있으며, 카보네이트 계열 분말은 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛ 의 크기 일 수 있다. 상기 성형된 분말형태의 미세화제는 마그네슘, 알루미늄, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 또는 철계 재질의 금속 캡슐 형태로 싸여져 알루미늄 용탕 내부로 투입될 수 있다. Specifically, when the powder is shaped into powder, it is preferable that the carbonate-based powder and the powder to be added are uniformly mixed and molded. The powder may have a size of 0.1 to 100 [mu] m depending on the reactivity, and the carbonate-based powder may have a size of 0.1 [mu] m to 1000 [mu] m. The shaped powder-form micronizing agent may be enclosed in the form of a metal capsule of magnesium, aluminum, magnesium alloy, aluminum alloy, or iron-based material, and may be introduced into the aluminum melt.
또한, 펠렛형태로 성형될 경우, 도 2의 모식도에서 볼 수 있듯이, 상기 분말형태의 미세화제를 약 140 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 1.0 kN 내지 3.0 kN의 압력을 가하여 펠렛으로 성형할 수 있으며, 상기 성형된 펠렛형태의 미세화제는 직접 용탕에 첨가되거나 추가적으로 마그네슘, 알루미늄, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 또는 철계 재질의 금속캡슐에 싸여져 투입될 수 있다. 또한 상기 펠렛형태로 성형된 미세화제 다수개를 가이드 파이프에 적층하여 로드형태로 제조하여 주입할 수도 있다.2, the powder-form micronizing agent can be molded into pellets by applying a pressure of 1.0 kN to 3.0 kN at a temperature of about 140 ° C to 200 ° C, The molded pellet-shaped micronizing agent may be directly added to the molten metal or may be added in a metal capsule of magnesium, aluminum, magnesium alloy, aluminum alloy or iron-based material. Further, a plurality of the fine refining agents molded in the form of pellets may be laminated on a guide pipe to be manufactured into a rod shape and then injected.
나아가, 와이어형태로 성형될 경우, 도 3의 모식도에서 볼 수 있듯이, 카보네이트 계열 분말과 첨가분말 등을 균일하게 혼합하여 금속 재질의 파이프 혹은 캡슐에 압축 및 충진하여 성형하는 것이 바람직하다. 이때 추가적으로 유기 바인더를 첨가하는 것이 가능하며, 상기 유기 바인더는 미세화제를 용탕에 투입할 때 분해 가능한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 성형된 와이어형태의 미세화제는 연속주조 공정에서 일정 속도로 연속적으로 용탕에 투입될 수 있다.
Furthermore, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, it is preferable that the carbonate-based powder and the additive powder are uniformly mixed and compressed and filled into a pipe or capsule made of a metal to form the wire. At this time, it is possible to add an additional organic binder, and it is preferable to use the organic binder which can be decomposed when the fineizing agent is put into the molten metal. The shaped wire-shaped micronizing agent can be continuously introduced into the melt at a constant rate in a continuous casting process.
본 발명에 있어서, 단계 1의 금속 칩은 3 내지 10 중량% 의 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금인 것이 바람직하다. 상기 금속 칩이 3 중량% 미만의 마그네슘을 포함하는 경우 칩의 가공이 용이하지 않는 문제가 있고, 금속 칩이 10 중량%를 초과하여 마그네슘을 포함하는 경우에는 성형체 투입 시 용탕 표면의 산화 및 발화의 위험성이 있다.
In the present invention, the metal chip of
또한, 상기 카보네이트 계열 분말(또는 카보네이트 계열 분말 및 첨가분말)은 금속 칩에 대하여 10 내지 50 중량% 의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 하나의 펠렛을 기준으로 금속 칩과 카보네이트 계열 분말의 혼합 비율은 무게비로 금속 칩 대비 10 내지 50 중량% 이며 카보네이트 계열 분말의 비율이 높을수록 적은 양의 펠렛으로 고농도의 모합금을 제조할 수 있다. The carbonate-based powder (or carbonate-based powder and additive powder) is preferably mixed in a proportion of 10 to 50% by weight based on the metal chip. Based on one pellet, the mixing ratio of the metal chip and the carbonate-based powder is 10 to 50 wt% based on the weight of the metal chip, and the higher the proportion of the carbonate-based powder, the smaller the amount of the pellet can be.
10 중량% 미만의 비율에서는 원하는 효율의 고농도 모합금을 제조하기 위해서 첨가되는 펠렛의 개수가 많아지게 되어 효율이 떨어진다. 50 중량% 초과의 비율에서는 투입하는 펠렛의 개수는 줄어들지만 카보네이트 계열 분말의 반응에 의해 형성되는 다량의 산화물(oxide) 입자들이 충분히 용해되지 않은 금속 칩과 섞여 슬러리(slurry) 형태로 표면에 떠오르는 현상이 발생한다.
At a ratio of less than 10% by weight, the number of pellets to be added to produce a high-concentration master alloy with a desired efficiency increases, resulting in an inefficiency. At a ratio of more than 50% by weight, the number of the pellets to be injected is reduced, but a large amount of oxide particles formed by the reaction of the carbonate-based powder are mixed with the metal chips not sufficiently dissolved and floated on the surface in the form of slurry Lt; / RTI >
또한, 본 발명에서 알루미늄 금속 칩의 크기는 0.5 내지 5 mm인 것이 바람직하며, 상기 금속 칩의 형태는 가공 중 이루어질 수 있는 모든 형태가 가능한 바, 특별히 제한되지 않는다.In addition, the size of the aluminum metal chip in the present invention is preferably 0.5 to 5 mm, and the shape of the metal chip is not particularly limited as long as it can be formed during processing.
한편, 상기 금속 칩의 크기가 0.5 mm 미만인 경우에는 상기의 크기로 알루미늄 금속 칩을 가공하기 위해 추가적인 분쇄작업이 요구되는 문제가 있으며, 공정단계가 복잡하여 이에 따른 공정비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 또한, 상기 금속 칩의 크기가 5 mm를 초과하는 경우에는 결정립 미세화제와의 입도차이로 인하여 분말형태의 결정립 미세화제가 펠렛 내부에 고르게 분산되지 못하고 편중되는 문제가 발생할 수 있다.
On the other hand, when the size of the metal chip is less than 0.5 mm, there is a problem that an additional crushing operation is required to process the aluminum metal chip with the above-mentioned size, and the process steps are complicated, . If the size of the metal chip is more than 5 mm, the fine grain refiners in powder form may not be dispersed evenly in the pellet due to the grain size difference with the grain refinement agent.
상기 단계 1에서 결정립 미세화제인 카보네이트 계열 분말 및 이와 함께 알루미늄 용탕에 첨가되는 분말과 금속 칩을 혼합한 혼합물, 또는 이를 펠렛형태, 로드형태 또는 와이어형태로 성형한 후, 성형된 성형체를 알루미늄 용탕에 투입하는 방법으로 첨가될 수 있다.In
구체적으로 혼합물 자체를 첨가하는 경우, 상기 카보네이트 계열 분말과 첨가되는 분말을 균일하게 혼합하여 금속 칩과 함께 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 상기 분말은 반응성에 따라 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 크기일 수 있으며, 카보네이트 계열 분말은 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛ 의 크기 일 수 있다. 상기 분말형태의 미세화제는 마그네슘, 알루미늄, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 또는 철계 재질의 금속 캡슐 형태로 싸여져 금속 칩과 함께 알루미늄 용탕 내부로 투입될 수 있다. Specifically, when the mixture itself is added, it is preferable that the carbonate-based powder and the powder to be added are uniformly mixed and added together with the metal chip. The powder may have a size of 0.1 to 100 [mu] m depending on the reactivity, and the carbonate-based powder may have a size of 0.1 [mu] m to 1000 [mu] m. The powder-form micronizing agent may be enclosed in the form of a metal capsule of magnesium, aluminum, magnesium alloy, aluminum alloy, or iron-based material, and may be introduced into the aluminum melt together with the metal chip.
또한, 펠렛형태로 성형될 경우, 도 2의 모식도에서 볼 수 있듯이, 상기 분말형태의 미세화제와 금속 칩을 약 140 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 1.0 kN 내지 3.0 kN의 압력을 가하여 펠렛으로 성형할 수 있으며, 상기 성형된 펠렛은 직접 용탕에 첨가되거나 추가적으로 마그네슘, 알루미늄, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 또는 철계 재질의 금속캡슐에 싸여져 투입될 수 있다. 또한 상기 다수개의 펠렛을 가이드 파이프에 적층하여 로드형태로 제조하여 주입할 수도 있다.In the case of molding in the form of a pellet, as shown in the schematic diagram of FIG. 2, the powder-form micronizing agent and the metal chip are molded into pellets by applying a pressure of 1.0 kN to 3.0 kN at a temperature of about 140 to 200 캜 And the molded pellets may be directly added to the molten metal or may be further charged in a metal capsule of magnesium, aluminum, magnesium alloy, aluminum alloy or iron-based material. Further, the plurality of pellets may be laminated on a guide pipe to be formed into a rod shape and injected.
나아가, 와이어형태로 성형될 경우, 도 3의 모식도에서 볼 수 있듯이, 카보네이트 계열 분말과 첨가분말 등을 균일하게 혼합한 후 금속 칩과 함께 금속 재질의 파이프 혹은 캡슐에 압축 및 충진하여 성형하는 것이 바람직하다. 이 때 추가적으로 유기 바인더를 첨가하는 것이 가능하며, 상기 유기 바인더는 미세화제를 용탕에 투입할 때 분해 가능한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 와이어형태의 성형체는 연속주조 공정에서 일정 속도로 연속적으로 용탕에 투입될 수 있다.
In addition, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, it is preferable that the carbonate-based powder and the additive powder are uniformly mixed and then pressed and filled into a metal pipe or capsule together with the metal chip Do. In this case, it is possible to add an organic binder additionally, and it is preferable to use the organic binder which can be decomposed when the fineizing agent is put into a molten metal. The wire-shaped shaped body can be continuously injected into the melt at a constant speed in a continuous casting process.
마그네슘 용탕에 첨가하는 모합금 제조에 있어서, 베이스(base) 원소를 적절히 선택하여야 한다. 예를 들어, Mg-Al계열 마그네슘 합금에 미세화제를 포함하는 모합금을 첨가하기 위해서는, 모합금의 조성이 마그네슘 혹은 알루미늄으로 제한될 수 있다.
In the production of the parent alloy to be added to the magnesium melt, the base element should be appropriately selected. For example, in order to add a parent alloy containing a microfilizer to the Mg-Al series magnesium alloy, the composition of the parent alloy may be limited to magnesium or aluminum.
상기 미세화제와 금속 칩을 혼합한 혼합물 자체, 또는 이를 펠렛형태, 로드형태 또는 와이어형태로 제조한 성형체를 알루미늄 용탕에 첨가하는 방법은, 도 4의 미세화제 주입방법에서 나타낸 바와 같이 비연속 주조공정 또는 연속 주조공정에서 모두 사용가능하다. The method of adding the mixture obtained by mixing the above-mentioned micronizing agent and metal chip or a molded product produced in the form of pellet, rod or wire into the molten aluminum may be a continuous casting process Or continuous casting processes.
구체적으로 비연속 주조공정에서 상기 분말형태의 미세화제는 금속캡슐 형태로 싸여져 용탕 내부로 투입됨으로써, 분말체가 용탕 하부로 가라앉으면서 서서히 반응이 일어나게 하여, 용탕 윗부분에서 반응이 집중되는 현상을 최소화시킬 수 있다. 또한 비연속 주조공정에서 상기 펠렛형태의 미세화제는 도 4 (a)의 비연속 주조공정의 주입방법에서 볼 수 있듯이, 직접 투입하거나 금속캡슐 속에 넣어서 투입하는 것이 모두 가능하고, 펠렛형태로 제조하여 투입함으로써, 도 5의 용탕내에서의 펠렛형태 미세화제의 반응거동에서 볼 수 있듯이 펠렛의 표면부터 반응이 진행되어 용탕내에서의 격렬한 반응을 예방할 수 있으며, 용탕 윗부분에서 반응이 집중되는 현상을 최소화시킬 수 있다.Specifically, in the discontinuous casting process, the powder-form micronizing agent is enclosed in the form of a metal capsule, and is introduced into the molten metal, thereby causing the powder to sink to the lower part of the molten metal and causing the reaction to be gradually performed, . In the discontinuous casting process, the pelletizing agent can be directly injected into the metal capsules or injected into the metal capsules as shown in FIG. 4 (a) As shown in the reaction behavior of the pellet-shaped micronizing agent in the molten metal of FIG. 5, the reaction proceeds from the surface of the pellet to prevent a violent reaction in the molten metal and minimizes the concentration of the reaction at the upper portion of the molten metal .
연속 주조공정에서 상기 미세화제의 투입은 도 4 (b), (c)의 연속 주조공정에서의 주입방법에서도 볼 수 있듯이, 용탕에 가이드 파이프 하단부를 침지시키고 상기 가이드 파이프를 통해 마그네슘 합금 결정립 미세화제를 연속적으로 첨가하는 것이 바람직하다. In the continuous casting process, as shown in the injection method in the continuous casting process of FIGS. 4 (b) and 4 (c), the lowering of the guide pipe is immersed in the molten metal, and the magnesium alloy crystal fine- Is preferably added continuously.
상기 마그네슘 합금 결정립 미세화제는 도 4에서와 같이 펠렛형태, 로드형태, 또는 와이어형태로 상기 가이드 파이프로 도입되고, 이 때 상기 로드형태의 미세화제는 펠렛형태 다수개를 가이드 파이프 내에 적층하여 제조될 수 있다.
The magnesium alloy grain refiners are introduced into the guide pipe in a pellet shape, a rod shape, or a wire shape as shown in FIG. 4, wherein the rod-shaped fine refining agent is manufactured by stacking a plurality of pellets in a guide pipe .
한편, 상기 단계 1에 제조되는 알루미늄 모합금은 5 내지 20 중량 %의 함량범위로 마그네슘을 포함할 수 있다. 마그네슘이 알루미늄 모합금 대비 20 중량 %를 초과하여 첨가되는 경우, 이에 따른 발화의 위험성이 있기 때문에 보호가스가 요구되는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the aluminum master alloy produced in the
또한, 상기 단계 1에 제조되는 알루미늄 모합금은 망간, 아연과 같은 통상적인 마그네슘 합금 원소를 포함할 수 있다. 이는 본 발명의 제조방법에서 최종적으로 제조하고자 하는 마그네슘 합금 조성을 고려하여, 상기 알루미늄 모합금이 알루미늄 외의 합금 원소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In addition, the aluminum master alloy produced in the
또한, 100%의 알루미늄 모합금의 경우, 가공이 어렵기 때문에 상기와 같이 마그네슘 합금원소를 더 포함하는 것이 바람직하나, 상기 단계 1에서 제조되는 알루미늄 모합금이 이에 제한되는 것은 아니다.
Further, in the case of 100% of the aluminum master alloy, it is preferable to further include the magnesium alloy element as described above because it is difficult to process, but the aluminum master alloy produced in the
본 발명에 마그네슘 합금 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계이다.
In the method for manufacturing a magnesium alloy according to the present invention, the
상기 단계 2에서 사용될 수 있는 마그네슘 합금은 AZ91, AZ31, AM60 등의 다양한 주조용 및 가공용 마그네슘 합금이 사용될 수 있고, 바람직하게는 알루미늄을 포함하는 마그네슘 합금을 사용할 수 있다.
The magnesium alloy that can be used in
또한, 마그네슘 합금 용탕과 대기 중 산소와의 반응을 차단하고, 용탕 표면에 안정한 보호성 피막을 형성시키기 위하여 마그네슘 용탕 상부로 보호 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 상기 보호 가스로는 일례로서(SF6 + CO2) 와 같은 혼합 가스를 사용할 수 있으나, 상기 보호가스가 이에 제한되는 것은 아니다.
Further, it is preferable to supply a protective gas to the upper part of the magnesium molten metal in order to block the reaction between the magnesium alloy melt and oxygen in the atmosphere and to form a stable protective film on the surface of the molten metal. As the protective gas, a mixed gas such as (SF 6 + CO 2 ) may be used as an example, but the protective gas is not limited thereto.
알루미늄 모합금이 첨가된 마그네슘 용탕은 금형 및 사형에 의한 주조,저압주조, 연속주조, 박판주조, 정밀주조, 다이캐스팅 등의 다양한 주조방법을 통해 최종적으로 마그네슘 합금으로 제조할 수 있다.
The magnesium molten alloy to which the aluminum parent alloy is added can be finally made of a magnesium alloy through various casting methods such as die casting, low pressure casting, continuous casting, thin plate casting, precision casting and die casting.
나아가, 본 발명은 Further,
상기 마그네슘 합금의 제조방법에 따라 제조되는 마그네슘 합금을 제공한다.
There is provided a magnesium alloy produced by the method for producing the magnesium alloy.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은 상기 제조방법을 통해 결정립 미세화제가 사용되어 제조된 것으로서, 결정립을 미세화 처리하기 전의 결정립 크기에 비하여 현저하게 미세화된 10 내지 300㎛ 이하의 결정립 크기를 가질 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 합금이 향상된 기계적 특성 및 가공성을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 기계적 특성 및 가공성이 향상됨에 따라 수송기기, 전자제품, 스포츠 레저용품에 이르기까지 폭넓게 이용될 수 있다.
The magnesium alloy according to the present invention is manufactured by using the grain refinement agent through the above-described manufacturing method and may have a grain size of 10 to 300 탆 or less which is remarkably finer than the grain size before the grain refining treatment. Accordingly, the magnesium alloy can exhibit improved mechanical properties and processability. Further, since the magnesium alloy according to the present invention has improved mechanical properties and processability, it can be widely used for transportation equipment, electronic products, and sports and leisure goods.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.
<실시예 1> 마그네슘 합금의 제조 1≪ Example 1 > Preparation of
단계 1: 결정립 미세화제인 탄산망간을 알루미늄 용탕에 투입하여 알루미늄 모합금을 제조하였다. 이때, 제조한 알루미늄 모합금은 알루미늄 대비 3 중량% 의 함량으로 탄산망간을 포함하도록 모합금을 제조하였다.
Step 1: Manganese carbonate, which is a grain refining agent, was added to molten aluminum to prepare an aluminum master alloy. At this time, the mother alloy was prepared so that the produced aluminum master alloy contained manganese carbonate in an amount of 3% by weight based on aluminum.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모합금의 양을 AZ91합금 대비 0.1 중량% 의 함량으로 AZ91합금 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하였다.
Step 2: Magnesium alloy was prepared by adding the amount of the aluminum master alloy prepared in the
<실시예 2> 마그네슘 합금의 제조 2≪ Example 2 > Preparation of
상기 실시예 1의 단계 2에서 0.5 중량% 의 알루미늄 모합금을 AZ91합금 용탕에 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금을 제조하였다.
A magnesium alloy was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.5 wt% of the aluminum master alloy was added to the AZ91 alloy melt in the
<실시예 3> 마그네슘 합금의 제조 3≪ Example 3 > Preparation of
상기 실시예 1의 단계 2에서 1 중량% 의 알루미늄 모합금을 AZ91합금 용탕에 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금을 제조하였다.
A magnesium alloy was prepared in the same manner as in Example 1, except that in
<실시예 4> 마그네슘 합금의 제조 4≪ Example 4 > Preparation of
상기 실시예 1의 단계 2에서 2 중량% 의 알루미늄 모합금을 AZ91합금 용탕에 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금을 제조하였다.
A magnesium alloy was prepared in the same manner as in Example 1, except that in
<실시예 5> 마그네슘 합금의 제조 5≪ Example 5 > Preparation of
상기 실시예 1의 단계 2에서 3 중량% 의 알루미늄 모합금을 AZ91합금 용탕에 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금을 제조하였다.
A magnesium alloy was prepared in the same manner as in Example 1, except that in
대조군Control group
상용 마그네슘 합금인 AZ91을 대조군으로 비교하였다.
AZ91, a commercial magnesium alloy, was compared as a control.
<분석>< Analysis >
(1) 용탕 내에서 펠렛형태 미세화제의 반응거동(1) Reaction behavior of pelletized micronization agent in molten metal
알루미늄 용탕과 마그네슘 용탕에 각각 펠렛형태의 미세화제인 탄산망간을 투입하고 각각의 용탕 사진을 도 6에 나타내었다.Manganese carbonate, which is a pellet-shaped microfining agent, is put into the aluminum molten metal and the magnesium molten metal, respectively, and photographs of the respective molten metals are shown in FIG.
도 6에 나타낸 바와 같이, 알루미늄과 마그네슘 용탕에 탄산망간을 첨가한 경우 모두 격렬한 반응이 일어나지만, 마그네슘 용탕에서는 심각한 용탕 산화 및 발화가 발생하는 것을 알 수 있다. As shown in Fig. 6, when manganese carbonate is added to the molten aluminum and magnesium, a vigorous reaction occurs. However, it can be seen that significant magnesium oxidation and ignition occur in the magnesium molten metal.
즉, 탄산망간을 직접 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 만드는 것보다 알루미늄에 첨가하여 모합금을 만든 후 마그네슘 합금으로 만드는 것이 반응에 의한 용탕 산화 및 발화가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
In other words, it is possible to prevent the oxidation and ignition of the molten metal from occurring due to the reaction, when magnesium manganese is directly added to the magnesium molten metal to make magnesium alloy, and then the mother alloy is made into magnesium alloy.
(2) 펠렛 중량, 탄산망간 첨가량에 따른 반응속도(2) Pellet weight, reaction rate according to addition of manganese carbonate
다양한 비율로 금속 칩과 탄산망간이 혼합, 압축된 펠렛을 800 ℃ 의 알루미늄 용탕에 투입하고 용탕 안에서 분해 시 발생하는 이산화탄소의 발생시간을 측정하여 도 7에 나타내었다.The metal chips and manganese carbonate were mixed at various ratios, and the compressed pellets were put into an aluminum melt at 800 ° C, and the time of generation of carbon dioxide during the decomposition in the molten metal was measured and shown in FIG.
탄산망간의 첨가량만을 달리한, 동일한 중량의 펠렛을 알루미늄 용탕에 투입한 결과, 도 7 (a)의 그래프에서 볼 수 있듯이, 펠렛 내 탄산망간 함유량과 상관없이 거의 유사한 이산화탄소 발생시간을 보여준다.As shown in the graph of FIG. 7 (a), almost the same carbon dioxide generation time is shown regardless of the content of manganese carbonate in the pellet.
반면, 탄산망간의 첨가량을 3.5 g 으로 고정하고 금속 칩의 양을 변화하여 펠렛 중량에 변화를 주어 알루미늄 용탕에 투입한 결과, 도 7 (b)의 그래프에서 볼 수 있듯이, 펠렛의 중량이 클수록 용탕 내에서 이산화탄소의 발생 시간이 길어진다. On the other hand, when the addition amount of manganese carbonate was fixed to 3.5 g and the amount of the metal chips was changed to change the weight of the pellets, the mixture was poured into the molten aluminum. As shown in the graph of FIG. 7 (b) The generation time of carbon dioxide becomes long.
즉, 탄산망간의 첨가량과 관계없이 펠렛 중량에 의해 용탕 내에서의 반응속도 조절이 가능하다는 것을 알 수 있다.
That is, it can be seen that the reaction rate in the molten metal can be controlled by the weight of the pellets irrespective of the amount of manganese carbonate added.
<실험예 1> 마그네슘 합금 대비 모합금의 투입량에 따른 결정립 크기 조사≪ Experimental Example 1 > Grain size analysis according to input amount of parent alloy to magnesium alloy
상기 실시예 1 내지 실시예 5 에서 제조한 마그네슘 합금과 대조군의 AZ91 마그네슘 합금을 광학현미경을 이용하여 결정립 크기를 분석하였고, 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다. The magnesium alloy prepared in Examples 1 to 5 and the AZ91 magnesium alloy of the control group were analyzed by using an optical microscope. The results are shown in FIGS. 8 and 9. FIG.
상기 도 8과 도 9에서 볼 수 있듯이 대조군의 AZ91 마그네슘 합금 결정립의 크기는 약 410 ㎛ 이다. As shown in FIGS. 8 and 9, the AZ91 magnesium alloy grain size of the control group is about 410 μm.
반면, 실시예 1 내지 5의 마그네슘 합금 결정립 미세화제를 포함하는 알루미늄 모합금의 첨가량이 0.1 에서 3 중량 %로 증가함에 따라 AZ91 마그네슘 합금 결정립의 크기가 약 395 ㎛ 에서 약 55 ㎛ 로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, as the addition amount of the aluminum parent alloy including the magnesium alloy grain refining agent of Examples 1 to 5 increased from 0.1 to 3% by weight, the size of the AZ91 magnesium alloy crystal was reduced from about 395 탆 to about 55 탆 there was.
이를 통해, 결정립 미세화제가 포함된 알루미늄 모합금을 마그네슘 용탕에 첨가하더라도, 결정립 미세화제를 직접 투입하는 것과 동일한 결정립 미세화 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다. It can be seen from this that even if the aluminum master alloy containing the grain refinement agent is added to the magnesium melt, the grain refinement effect is the same as that in which the grain refinement agent is directly introduced.
Claims (17)
상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모재를 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 결정립 미세화제의 투입방법.
Adding a carbonate-based powder to the molten aluminum to produce an aluminum base material (step 1); And
And a step (step 2) of preparing a magnesium alloy by adding the aluminum base material produced in the step 1 to a magnesium magnesium melt.
상기 단계 1에서 제조된 알루미늄 모재를 마그네슘 용탕에 첨가하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 결정립 미세화제의 투입방법.
Mixing the carbonate-based powder and the aluminum (Al) metal chip and adding it to the molten aluminum to produce an aluminum base material (step 1); And
And a step (step 2) of preparing a magnesium alloy by adding the aluminum base material produced in the step 1 to a magnesium magnesium melt.
The method of claim 1 or 2, wherein the carbonate-based powder or the mixture of the carbonate-based powder and the metal chip is added to the molten aluminum in the form of pellets.
The method according to claim 1 or 2, wherein the carbonate-based powder is at least one powder selected from the group consisting of magnesium carbonate (MgCO 3 ) powder, manganese carbonate (MnCO 3 ) powder and copper carbonate (CuCO 3 ) powder Characterized in that the method for introducing the grain refinement agent is characterized.
The method of claim 1 or 2, wherein the aluminum base material contains magnesium in a content range of 5 to 20 wt%.
[3] The method of claim 2, wherein the aluminum metal chip comprises magnesium in a ratio of 3 to 10% by weight.
[3] The method of claim 2, wherein the carbonate-based powder is mixed in a ratio of 10 to 50% by weight based on the metal chip.
The method according to claim 1 or 2, wherein the manufacturing method is one or more than one selected from the group consisting of a carbon powder, a carbide powder, a nitride powder, a sulfide powder, a boride powder and an intermetallic compound powder Powder is added to an aluminum molten metal together with a carbonate-based powder to produce an aluminum base material.
9. The method of claim 8 wherein the carbide powder is carbide of aluminum (Al 4 C 3) powder, silicon carbide (SiC) powder, a carbide, hafnium (HfC) powder, molybdenum carbide (Mo 2 C) powder, and magnesium aluminum carbide (Al 2 MgC 2 ) powder. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
The method of claim 8, wherein the nitride powder is one of an aluminum nitride (AlN) powder, a niobium nitride (Nb 2 N) powder, and a mixed powder thereof.
The method according to claim 8, wherein the sulfide powder is one of a titanium disulfide (TiS 2 ) powder, a molybdenum disulfide (MoS 2 ) powder, and a mixed powder thereof.
The method of claim 8, wherein the intermetallic compound powder is one of Al 8 Mn 5 powder, AlMn powder, and mixed powder thereof.
The method of claim 8, wherein the powder is mixed with a carbonate-based powder at a volume ratio of 8: 2 to 3: 7 (powder: carbonate) and added as an aluminum molten metal.
The method according to claim 8, wherein the aluminum metal chip has a size of 0.5 to 5 mm.
The aluminum base material according to claim 1 or 2, wherein the aluminum base material contains one kind of metal selected from the group consisting of manganese (Mn), magnesium (Mg) and copper (Cu) in a range of 1 to 5 wt% Wherein the method comprises the steps of:
A magnesium alloy produced by introducing a grain refinement agent according to the method of claim 1 or 2.
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