KR101812622B1 - 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳 및 그것의 제조방법 - Google Patents

Abstract

아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳 및 그것의 제조방법에 관한 것으로, 알루미늄융해단계, 아연융해단계, 아연융해단계 또는 알루미늄융해단계 이후에 수행되도록하여 마그네슘괴가 아연괴, 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물 속에 잠기도록 투입하는 마그네슘융해단계, 마그네슘괴를 눌러주면서 도가니 내부의 용융물을 교반하는 교반단계, 성형단계, 및 냉각단계를 통해 불활성 가스의 사용없이 대기 중에서 친환경적으로 제조될 수 있으면서도 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳 및 그것의 제조방법을 제공한다.

Description

아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳 및 그것의 제조방법{Zinc-aluminium-magnesium alloy ingot and its manufacturing method}

아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳에 관한 것으로 특히, 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.

건물, 자동차, 가전제품 등 철 소재가 사용되는 구조물은 대기 중의 산소와 반응하여 부식될 염려가 있어 구조물의 표면에 도금층을 형성함으로써 내구성 및 내식성을 향상시킨다. 일반적으로 도금층 형성에 사용되는 금속물질은 구리, 니켈, 금, 주석, 아연 등이며, 이러한 금속물질을 융해하여 액상의 도금액을 제조하고 도금액을 구조물의 표면에 도포함으로써 도금층을 형성할 수 있다. 한편, 단일 금속물질을 이용한 도금층의 경우 내식성이 떨어지고 구조물로부터 도금층이 쉽게 박리되는 문제 등이 발생되고 있어 최근에는 다양한 금속물질을 혼합한 금속혼합물을 이용하여 도금을 실시한다.

특히, 최근에는 아연도금에 비해 내식성, 내구성, 내열성, 내충격성 등이 향상된 잉곳용 합금을 이용한 도금이 증가하고 있으며 주로 아연, 마그네슘, 알루미늄을 혼합하여 잉곳용 합금을 제조한다. 그러나, 아연, 마그네슘, 알루미늄을 포함하는 잉곳용 합금의 제조 시에 마그네슘을 융해시키는 과정에서 마그네슘이 산화되면서 불필요한 산화물을 다량 생성하여 잉곳용 합금을 오염시키거나 불꽃을 일으키며 폭발하는 등의 문제가 있었다. 이에 따라, 아연, 마그네슘, 알루미늄을 포함하는 잉곳용 합금을 제조 시에 불활성 가스를 주입하여 마그네슘이 대기 중에 노출되는 것을 차단하여 마그네슘의 산화를 방지하고 있으나, 이산화탄소, 황, 플루오르 등 지구온난화를 가속화시키는 물질을 포함하는 불활성 가스에 의해 환경이 오염되는 문제가 있었다. 또한, 불활성 가스의 가격이 비싸 잉곳용 합금의 가격이 상승되는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제 10-1224911호에서는 지구 온난화를 유발하는 가스를 사용하지 않고 대기 중에서 제조 가능하며 에너지 효율이 높은 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금용 잉곳을 제공하고 있으나, 전술한 특허를 포함하는 종래기술에서는 마그네슘의 산화방지를 위해 타 금속물질이 고체 덩어리 상태의 마그네슘을 감싸고 있는 구조로 잉곳용 합금을 제조함에 따라 잉곳용 합금의 조성이 균일하지 않으며 성형이 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 여전히 잉곳용 합금을 재융해시키는 과정에서 고체 덩어리 상태의 마그네슘이 산화되면서 부산물이 발생되거나 불꽃을 일으키며 폭발하는 문제가 있었다.

불활성 가스의 사용 없이 대기 중에서 친환경적으로 제조 가능하면서도 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳 및 그것의 제조방법에 관한 것이다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 체 덩어리 상태의 아연괴를 도가니에 투입하고 550 ~ 900 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 아연융해단계; 고체 덩어리 상태의 알루미늄괴를 상기 도가니에 투입하고 600 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 알루미늄융해단계; 및 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 상기 도가니에 투입하고 650 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 마그네슘융해단계;를 포함한다.

상기 마그네슘융해단계는 상기 아연융해단계 또는 상기 알루미늄융해단계 이후에 수행됨으로써 상기 아연괴와 상기 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물이 담긴 도가니에 투입하고, 상기 마그네슘괴가 상기 아연괴와 상기 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물 속에 잠기도록 상기 마그네슘괴를 눌러주면서 상기 도가니 내부의 용융물을 교반하는 교반단계; 상기 교반단계에서 교반된 액상의 혼합 용융물을 몰드에 주입하여 상기 잉곳의 모양을 형성하는 성형단계; 및 상기 액상의 혼합 용융물이 주입된 몰드를 냉각시키는 냉각단계;를 더 포함한다.

상기 아연융해단계에서는 상기 알루미늄융해단계에서 융해된 용융물에 상기 고체 덩어리 상태의 아연괴를 투입하고 550 ~ 900 ℃의 온도로 가열하여 융해시키고, 상기 마그네슘융해단계에서는 상기 아연융해단계에서 융해된 용융물에 상기 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 투입하고 650 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시킬 수 있다.

상기 마그네슘융해단계에서는 상기 아연융해단계에서 융해된 용융물에 상기 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 투입하고 650 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시키고, 상기 알루미늄융해단계에서는 상기 마그네슘융해단계에서 융해된 용융물에 상기 고체 덩어리 상태의 알루미늄괴를 상기 도가니에 투입하고 600 ~ 950℃의 온도로 가열하여 융해시킬 수 있다.

상기 교반단계는 3 ~ 15분 동안 실시될 수 있다. 상기 마그네슘융해단계에서는 베릴륨을 포함하는 금속괴를 더 투입하고, 상기 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴 100 중량부에 대해 상기 고체 덩어리 상태의 베릴륨을 포함하는 금속괴를 0.05 ~ 10 중량부의 비율로 투입할 수 있다. 상기 성형단계에서는 상기 교반단계에서 교반된 액상의 혼합 용융물을 650 ~ 900 ℃의 온도로 유지하면서 상기 도가니에서 출탕하여 상기 몰드에 주입할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 상기 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법에 의해 제조된다.

알루미늄융해단계, 아연융해단계, 아연융해단계 또는 알루미늄융해단계 이후에 수행되도록 하여 마그네슘괴가 아연괴, 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물 속에 잠기도록 투입하는 마그네슘융해단계, 마그네슘괴를 눌러주면서 도가니 내부의 용융물을 교반하는 교반단계, 성형단계, 및 냉각단계를 통해 불활성 가스의 사용 없이 대기 중에서 제조될 수 있어 친환경적이면서도 균일한 조성을 갖는 잉곳용 아연-마그네슘-알루미늄을 제조할 수 있다. 특히, 종래에는 마그네슘의 산화방지를 위해 지구온난화를 유발하는 불활성 가스를 사용했어야하나, 본 실시예에서는 용융물 표면에 피막층을 형성하고 마그네슘괴가 용융물 속에 잠기도록 눌러주면서 교반함으로써 마그네슘의 산화를 방지할 수 있어 더욱 친환경적이다.

또한, 아연, 마그네슘, 알루미늄을 모두 융해하여 혼합하고 이를 성형 및 냉각함으로써 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다. 이와 같이, 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용하여 형성된 도금층은 내식성, 내구성, 내염성, 내충격성 등의 성능이 우수하다. 또한, 아연, 마그네슘, 알루미늄을 모두 융해하여 혼합하고 이를 몰들에 주입하여 성형함에 따라 다양한 크기와 형태를 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다.

또한, 마그네슘융해단계에서 용융물에 마그네슘괴를 투입함과 동시에 3 ~ 15분 동안 교반단계를 실시함으로써 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 완전히 융해시키면서도 마그네슘의 산화에 의한 불꽃발생, 폭발 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 마그네슘융해단계에서 베릴륨을 포함하는 금속괴를 더 투입함으로써 마그네슘이 대기 중에 노출되는 것을 차단하여 마그네슘의 산화를 방지할 수 있다. 게다가, 상술한 바와 같이 마그네슘의 산화를 방지함에 따라 마그네슘 산화로 인해 발생할 수 있는 각종 안전사고들을 방지할 수 있다.

또한, 성형단계에서는 도가니 내부에 담겨진 액상의 혼합 용융물을 650 ~ 900 ℃의 고온으로 유지하면서 도가니에서 출탕하여 몰드에 주입함으로써 성형 중에 액상의 혼합 용융물이 응고되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 아연에 비해 융점이 높은 마그네슘과 알루미늄의 경우 쉽게 응고될 수 있었으나, 마그네슘과 알루미늄의 융점 보다 높은 650 ~ 900 ℃의 고온으로 액상의 혼합 용융물을 유지하면서 도가니에서 출탕하여 몰드에 주입함에 따라 마그네슘과 알루미늄이 쉽게 응고되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 더욱 용이하게 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 불활성 가스의 사용 없이 대기 중에서 제조할 수 있어 친환경적이면서도 아연, 마그네슘, 알루미늄을 모두 융해시켜 제조함에 따라 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳 및 그것의 제조방법을 제공한다. 특히, 본 실시예에서는 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 아연괴, 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물 속에 잠기도록 투입하고, 마그네슘괴를 용융물 속에서 융해시킴으로써 마그네슘이 대기 중에 노출되는 것을 차단하여 마그네슘의 산화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 내구성, 내식성, 내열성, 내충격성 등의 성능이 향상된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다.

본 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 아연괴, 마그네슘괴, 알루미늄괴를 혼합하고 융해시켜 액상의 혼합 용융물을 제조하고, 액상의 혼합 용융물을 성형 및 냉각시킴으로써 제조될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 아연, 마그네슘, 알루미늄을 아연 40 ~ 90 중량%, 마그네슘 5 ~ 50 중량%, 및 알루미늄 5 ~ 50 중량%의 조성비로 혼합함으로써 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다. 이하에서는 아연, 마그네슘, 알루미늄의 성질과 용도에 대해 설명하도록 한다.

아연은 청백색의 금속으로 실온에서는 단단하고 부서지기 쉬우며 전성과 연성이 거의 없으나, 100 ~ 150 ℃의 온도에서는 전성을 띠어 가는 선이나 얇은 판으로 쉽게 가공할 수 있다. 또한, 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳에 포함된 아연은 도막층의 광택을 좋게 하며 방청성, 내부식성을 향상시킨다. 특히, 아연은 대기 중에서 물과 이산화탄소와 반응하여 염기성 탄산아연으로 형성된 보호막을 형성함으로써 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하는 단계에서 마그네슘이 대기와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있다.

아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 총 중량에 대해 아연을 40 ~ 90 중량%로 사용될 수 있으며 아연이 40 중량% 미만일 경우 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하는 단계에서 피막을 형성하지 못해 마그네슘의 산화를 방지하기 어렵고 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층의 광택, 방청성, 내부식성이 저하될 수 있으며, 아연이 90 중량%를 초과할 경우 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층이 실온에서 쉽게 부서져 도금층에 균열이 발생될 수 있다.

마그네슘은 은백색의 가벼운 금속으로 연성이 있어 얇은 박이나 가는 철사로 쉽게 가공할 수 있다. 특히, 마그네슘은 가벼우면서도 단단한 성질을 가짐에 따라 본 실시예의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 경량화 할 수 있어 경제성을 향상시키면서도 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층을 단단하게 하여 도금층의 내충격성, 내구성 등을 향상시킬 수 있다. 다만, 마그네슘의 경우 산화력이 강해 대기 중에서 쉽게 산화되어 폭발하거나 부산물을 생성하는 문제가 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 아연괴, 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물에 마그네슘괴를 잠기도록 투입하고 교반함으로써 마그네슘이 대기 중에 노출되지 않도록 하여 마그네슘의 산화를 방지하도록 한다.

아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 총 중량에 대해 마그네슘을 5 ~ 50 중량%로 사용될 수 있으며 마그네슘이 5 중량% 미만일 경우 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 경량화가 어려워 경제성이 저하되고 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층의 내충격성, 내구성, 광택 등이 저하될 수 있으며, 마그네슘이 50 중량%를 초과할 경우 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하는 단계에서 불꽃이 발생되거나 마그네슘의 산화에 따른 부산물에 의해 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳이 오염되고 광택이 저하될 수 있다.

알루미늄은 금속 중에서 가장 많이 존재하는 원소로 은백색을 띤다. 알루미늄은 부드러우며 전성과 연성이 뛰어나 박 또는 철사 등과 같이 다양한 형태로 쉽게 가공할 수 있으며 전기전도성이 우수하여 다양한 산업분야에서 활용되고 있다. 본 실시예의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳에 투입되는 알루미늄은 대기 중의 산소와 반응하여 산화 알루미늄으로 형성된 피막을 형성함으로써 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하는 단계에서 마그네슘이 대기와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 알루미늄은 본 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용하여 구조물의 표면에 도금층을 형성할 때 구조물의 표면과 도금층간의 결합력을 향상시켜 구조물로부터 도금층이 쉽게 분리되지 않도록 할 수 있다.

아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 총 중량에 대해 알루미늄을 5 ~ 50 중량%로 사용될 수 있으며 알루미늄이 5 중량% 미만일 경우 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하는 단계에서 피막을 형성하지 못해 마그네슘의 산화를 방지하기 어렵고 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층이 구조물의 표면으로부터 쉽게 분리될 수 있으며, 알루미늄이 50 중량%를 초과할 경우 알루미늄의 연성에 의해 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층에 쉽게 스크래치가 형성될 수 있다.

본 실시예에서는 상술한 바와 같이 아연, 마그네슘, 알루미늄을 아연 40 ~ 90 중량%, 마그네슘 5 ~ 50 중량%, 알루미늄 5 ~ 50 중량%의 비율로 혼합함으로써 내식성, 내구성, 내충격성, 광택, 방청성 등의 성능이 향상된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다. 본 실시예에서는 아연, 마그네슘, 알루미늄을 고체 덩어리 상태의 금속괴 형태로 사용하나, 상술한 성분 이외의 금속 내지 비금속이 혼합된 합금 형태로 사용할 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 아연 40 ~ 90 중량%, 마그네슘 5 ~ 50 중량%, 알루미늄 5 ~ 50 중량의 조성비로 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있도록 함량비에 유의하여야 한다.

본 발명에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법은 아연융해단계, 알루미늄융해단계, 마그네슘융해단계, 교반단계, 성형단계, 및 냉각단계로 구성된다. 상술한 바와 같이, 마그네슘의 산화를 방지하기 위해 마그네슘융해단계는 아연융해단계, 알루미늄융해단계 중 적어도 하나의 단계 이후에 수행될 수 있도록 한다.

더 상세히 설명하면, 본 발명의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 고체 덩어리 상태의 아연괴를 도가니에 투입하고 550 ~ 900 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 아연융해단계, 고체 덩어리 상태의 알루미늄괴를 도가니에 투입하고 600 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 알루미늄융해단계, 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 도가니에 투입하고 650 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 마그네슘융해단계, 마그네슘융해단계는 아연융해단계 또는 알루미늄융해단계 이후에 수행됨으로써 아연괴와 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물이 담긴 도가니에 투입하고, 마그네슘괴가 아연괴와 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물 속에 잠기도록 마그네슘괴를 눌러주면서 도가니 내부의 용융물을 교반하는 교반단계, 교반단계에서 교반된 액상의 혼합 용융물을 몰드에 주입하여 잉곳의 모양을 형성하는 성형단계, 및 액상의 혼합 용융물이 주입된 몰드를 냉각시키는 냉각단계를 통해 제조된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법은 알루미늄융해단계(11), 아연융해단계(12), 마그네슘융해단계(13), 교반단계(14), 성형단계(15), 및 냉각단계(16)로 구성될 수 있다. 이하에서는 도 1에 도시된 바와 같은 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법을 설명하도록 하겠다.

알루미늄융해단계(11)에서는 고체 덩어리 상태의 알루미늄괴를 도가니에 투입하고 600 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시킨다. 먼저, 실온의 도가니에 알루미늄의 조성비에 맞는 양의 알루미늄괴를 투입하고 천천히 가열하여 알루미늄괴를 융해시킨다. 특히, 알루미늄의 경우 융점이 약 660 ℃로 알루미늄괴가 충분히 융해될 수 있도록 도가니의 온도를 600 ~ 950 ℃로 유지해야한다.

만약, 온도가 600 ℃ 이하로 떨어지면 알루미늄괴가 충분히 융해되지 못해 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어렵고 알루미늄의 산화에 의한 피막층이 용융물 표면에 형성되지 않아 마그네슘의 산화 방지가 어려울 수 있으며, 온도가 950 ℃를 초과하면 후술할 아연융해단계에서 용융물에 투입되는 아연이 급격하게 융해되면서 아연이 소실되거나 연기가 발생되는 문제가 있을 수 있다. 이러한 알루미늄융해단계는 5 ~ 20 분 정도 실시되며, 5분 미만이면 알루미늄괴가 충분이 융해되지 못하여 용융물을 형성하지 못할 수 있고, 20분을 초과하면 알루미늄이 과도하게 산화되면서 소실됨에 따라 원하는 조성비의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있다.

아연융해단계(12)에서는 알루미늄융해단계(11)에서 융해된 용융물에 상기 고체 덩어리 상태의 아연괴를 투입하고 550 ~ 900 ℃의 온도로 가열하여 융해시킬 수 있다. 만약, 온도가 550 ℃ 이하로 떨어지면 아연괴가 충분히 융해되지 못하고 상술한 알루미늄융해단계에서 융해된 알루미늄이 재응고되는 문제가 있을 수 있으며, 온도가 900 ℃를 초과하면 후술할 마그네슘융해단계에서 용융물에 투입되는 마그네슘이 급격하게 융해되면서 마그네슘이 소실되거나 마그네슘이 산화되는 문제가 있을 수 있다. 이러한 아연융해단계는 용융물에 아연괴를 투입하고 5 ~ 20 분 정도 실시되며, 5분 미만이면 아연괴가 충분히 융해되지 못할 수 있고, 20분을 초과하면 아연이 과도하게 산화되면서 소실됨에 따라 원하는 조성비의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있다.

이에 따라, 아연융해단계(12)에서는 알루미늄융해단계(11)에서 융해된 용융물에 고체 덩어리 상태의 아연괴가 녹아 혼합되면서 따라 알루미늄, 아연이 균일하게 녹아 있는 용융물을 제조할 수 있다. 한편, 알루미늄융해단계(11)에서 융해된 용융물은 고온의 상태이나, 아연괴는 차가운 고체 상태임에 따라 알루미늄융해단계(11)에서 융해된 고온의 용융물에 차가운 고체 상태의 아연괴를 투입하면 순간적으로 용융물의 온도가 떨어질 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 알루미늄에 비해 아연의 사용량이 많아 용융물의 온도가 100 ~ 250 ℃ 정도 떨어질 수 있다. 이에 따라, 아연괴가 충분히 융해되지 않을 수 있어 본 실시예에서는 온도가 떨어진 용융물을 550 ~ 900 ℃로 재가열함으로써 아연괴를 융해시켜 알루미늄과 아연이 균일하게 융해되어 혼합되어 있는 액상의 용융물을 제조할 수 있다.

본 실시예에서는 알루미늄융해단계(11), 아연융해단계(12)와 동시에 교반단계(14)가 실시될 수 도 있다. 예를 들어, 일부 알루미늄괴 또는 아연괴 덩어리가 융해되지 못하고 비중 차이에 의해 용융물 상부로 떠오르거나 도가니의 중심부위에 위치된 알루미늄괴 또는 아연괴 덩어리가 충분히 융해되지 않는 경우에는 금속괴 덩어리와 용융물을 혼합함으로써 고온의 용융물에 의해 금속괴가 녹을 수 있도록 교반을 실시할 수 있다. 교반은 교반기, 프로펠러, 진동 등의 기계를 이용하거나 사람이 직접 막대, 교반봉 등으로 용융물을 저어주면서 실시될 수 있다.

알루미늄융해단계(11), 아연융해단계(12)에서 알루미늄과 아연은 도가니 내부에서 고온으로 가열되어 융해되면서 산소와 반응하여 산화물 형태의 피막을 형성한다. 즉, 상술한 바와 같은 아연융해단계(12)에서 융해된 용융물의 표면에는 알루미늄과 아연의 산화에 의해 형성된 산화물이 모인 피막층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 아연융해단계(12)에서 융해된 용융물에 투입되는 마그네슘은 피막층에 의해 대기 중에 노출되지 않아 산화가 방지될 수 있다. 또한, 용융물 표면의 피막층은 외부로부터 용융물로 이물질이 유입되는 것을 차단하여 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 오염을 방지할 뿐 아니라, 용융물에 포함된 아연, 마그네슘, 알루미늄의 지속적인 산화를 방지하여 아연, 마그네슘, 알루미늄의 소실을 방지할 수 있다.

마그네슘융해단계(13)에서는 아연융해단계(12)에서 융해된 용융물에 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 투입하고 650 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시킬 수 있다. 만약, 온도가 650 ℃ 이하로 떨어지면 용융물에 투입되는 마그네슘괴가 충분히 융해되지 못해 균일한 조성을 갖는 액상의 혼합 용융물의 제조가 어려울 수 있으며, 온도가 950 ℃를 초과하면 마그네슘이 급격히 융해되면서 산화되는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 마그네슘융해단계는 5 ~ 20분 정도 실시될 수 있으며, 5분 미만이면 용융물에 투입되는 마그네슘괴가 충분히 융해되지 못해 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있고, 20분을 초과하면 마그네슘이 산화되어 부산물을 생성하거나 불꽃을 일으킬 수 있으므로 이에 유의하여야 한다. 이에 따라, 마그네슘융해단계(13)에서는 아연융해단계(12)에서 융해된 용융물에 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴가 녹아 혼합되면서 알루미늄, 아연, 마그네슘이 균일하게 녹아 있는 액상의 혼합 용융물을 제조할 수 있다.

마그네슘융해단계(13)는 아연융해단계(12) 또는 알루미늄융해단계(11) 이후에 수행됨으로써 마그네슘융해단계에서는 먼저, 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 아연괴와 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물이 담긴 도가니에 투입한다. 본 실시예의 아연융해단계(12)에서 융해된 용융물은 550 ~ 900 ℃의 온도범위에서 고온의 상태로 유지되나, 마그네슘괴는 차가운 고체 상태임에 따라 고온의 용융물에 차가운 마그네슘괴를 투입하면 순간적으로 용융물의 온도가 100 ~ 200 ℃ 정도 떨어질 수 있다. 이에 따라, 마그네슘괴가 충분히 융해되지 않을 수 있어 본 실시예에서는 온도가 떨어진 용융물을 650 ~ 950 ℃로 재가열함으로써 마그네슘괴를 융해시켜 아연, 마그네슘, 알루미늄이 균일하게 융해되어 혼합되어 있는 액상의 혼합 용융물을 제조할 수 있다. 특히, 마그네슘의 경우 융점이 약 650 ℃이므로 마그네슘융해단계(13)에서는 용융물의 온도가 약 650 ℃ 이상으로 유지될 수 있도록 하여 마그네슘을 완전히 융해시킬 수 있도록 한다.

종래에는 마그네슘의 강한 산화력에 의해 마그네슘을 완전히 융해하여 가공하기가 어려웠으나, 본 실시예에서는 알루미늄과 아연에 의한 피막층을 용융물 표면에 형성하여 마그네슘이 대기 중에 노출되는 것을 차단함으로써 마그네슘의 산화를 방지할 수 있다. 다만, 고체 상태의 마그네슘은 액상의 알루미늄, 액상의 아연 보다 비중이 낮아 마그네슘융해단계(13)에서 마그네슘괴를 투입하면 아연융해단계(12)에서 융해된 액상의 용융물에 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴 덩어리가 떠오를 수 있다.

이와 같이, 용융물의 상부로 떠오른 마그네슘괴 덩어리에 의해 용융물 표면의 피막층은 대기와 용융물의 접촉을 차단하는 기능을 하지 못해 마그네슘의 산화가 가속화될 수 있다. 또한, 용융물 표면을 통해 용융물 내부로 대기 중의 산소가 유입되어 아연, 마그네슘, 알루미늄이 지속적으로 산화됨에 따라 아연, 마그네슘, 알루미늄의 소실량이 증가되어 본 실시예에 따라 아연 40 ~ 90 중량%, 알루미늄 5 ~ 50 중량%, 마그네슘 5 ~ 50 중량%의 조성비를 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있다. 이에 따라, 결론적으로, 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 내식성, 내구성, 내충격성, 광택 등이 저하될 수 있다.

상술한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는 용융물 표면에 피막층을 형성하여 마그네슘의 산화를 방지할 뿐만 아니라 마그네슘융해단계(13)에서 용융물에 마그네슘괴를 투입함과 동시에 비중 차이에 의해 용융물 표면으로 떠오르는 마그네슘괴 덩어리를 용융물 속에 잠기도록 눌러주면서 용융물을 교반하는 교반단계(14)를 실시하여 마그네슘의 산화를 방지할 수 있다. 특히, 교반단계(14)에서 마그네슘괴가 용융물 속에 잠기도록 눌러주면서 마그네슘괴가 용융물 내부에서 융해될 수 있도록 하여 마그네슘이 대기 중에 노출되어 산화되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 마그네슘융해단계(13)에서는 용융물에 마그네슘괴를 투입하는 전단계 또는 후단계에서 베릴륨을 포함하는 금속괴를 더 투입할 수 있다. 베릴륨은 대기 중에 산소와 반응하여 산화물로 형성된 피막을 형성한다. 이에 따라, 본 실시예의 마그네슘융해단계(13)에서 용융물에 투입되어 용융물 표면에 피막층을 형성함으로써 마그네슘이 대기 중에 노출되는 것을 차단하여 마그네슘의 산화를 방지할 수 있다. 특히, 베릴륨의 산화에 의해 형성된 피막은 1000 ℃ 이상의 고온에서도 유지됨에 따라 본 실시예에서 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조를 위해 용융물을 고온으로 가열하여도 용융물 표면에서 피막층을 형성하여 아연, 마그네슘, 알루미늄이 산화되어 소실되는 것을 방지할 수 있다.

마그네슘융해단계(13)에서 투입되는 베릴륨을 포함하는 금속괴는 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴 100 중량부에 대해 고체 덩어리 상태의 베릴륨을 포함하는 금속괴를 0.05 ~ 10 중량부의 비율로 투입할 수 있다. 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴 100 중량부에 대하여 고체 덩어리 상태의 베릴륨을 포함하는 금속괴를 0.1 중량부 미만으로 투입하는 경우 아연, 마그네슘, 알루미늄에 비해 베릴륨의 양이 매우 적어 베릴륨에 의한 피막층 형성이 어려울 수 있다. 또한, 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴 100 중량부에 대하여 고체 덩어리 상태의 베릴륨을 포함하는 금속괴를 1 중량부를 초과하여 투입하는 경우 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 강도가 약해지고 색깔이 탁해질 수 있다.

교반단계(14)에서는 마그네슘괴가 아연괴와 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물 속에 잠기도록 마그네슘괴를 눌러주면서 도가니 내부의 용융물을 교반한다. 본 실시예에 따른 교반단계(14)는 알루미늄괴, 아연괴, 마그네슘괴가 각각 도가니에 투입되고 가열되어 융해됨으로써 형성된 액상의 혼합 용융물을 혼합하여 균일한 조성을 갖는 액상의 혼합 용융물을 제조하는 단계와 마그네슘융해단계(13)에서 용융물의 상부로 떠오른 마그네슘 덩어리가 용융물 속에 잠기도록 눌러주면서 마그네슘이 용융물 속에서 융해될 수 있도록 혼합하는 단계가 동시에 실시될 수 있다. 이러한 교반단계(14)는 교반기, 프로펠러, 진동 등의 기계를 이용하여 실시될 수 있으며, 사람이 직접 막대, 교반봉 등으로 용융물을 저어주면서 실시될 수 있다.

또한, 본 실시예의 교반단계(14)는 3 ~ 15 분 동안 실시될 수 있다. 만약, 교반단계(14)가 3분 이하로 실시되면 도가니 내부의 액상의 혼합 용융물이 충분히 혼합되지 않아 균일한 조성의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있고, 마그네슘융해단계(13)에서 용융물에 투입된 마그네슘이 용융물 내부에 충분히 잠기지 않아 마그네슘의 산화가 진행될 수 있다. 반면, 교반단계(14)가 15분 이상 실시되면 교반에 사용되는 프로펠러, 막대, 교반봉 등과 금속의 아연, 마그네슘, 알루미늄 등이 반응하여 아연, 마그네슘, 알루미늄의 소실량이 증가될 수 있으며, 과도한 교반에 의해 마그네슘과 대기가 접촉되어 마그네슘의 산화를 가속화하는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 마그네슘이 대기와 접촉되어 산화되면서 불꽃이 발생되어 2차적인 사고로 이어질 수 있으므로 교반단계(14)를 실시하는 시간에 유의하여야 한다.

성형단계(15)에서는 교반단계(14)에서 교반된 액상의 혼합 용융물을 몰드에 주입하여 잉곳의 모양을 형성한다. 성형단계(15)에서는 상술한 단계를 통해 제조된 액상의 혼합 용융물을 도가니로부터 출탕하여 몰드에 주입함으로써 원하는 형태의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다. 몰드는 사각형, 삼각형, 원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며 판매자의 요구에 따라 다양한 크기와 형태를 갖도록 형성할 수 있다. 성형단계(15)에서는 고온으로 가열된 도가니에 담겨진 액상의 혼합 용융물이 출탕되어 몰드로 주입되는 과정에서 액상의 혼합 용융물의 온도가 떨어져 액상의 혼합 용융물의 일부가 굳는 문제가 발생될 수 있다.

특히, 알루미늄과 마그네슘은 650 ℃ 이상의 높은 융점을 가짐에 따라 액상의 혼합 용융물의 온도가 650 ℃ 이하로 떨어지면 쉽게 굳어버려 성형 및 가공이 어려울 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 성형단계(15)에서는 교반단계(14)에서 교반된 액상의 혼합 용융물을 650 ~ 900 ℃의 온도로 유지하면서 도가니에서 출탕하여 몰드에 주입함으로써 액상의 혼합 용융물이 응고되어 성형 및 가공이 어려워지는 문제를 해결할 수 있다.

냉각단계(16)에서는 액상의 혼합 용융물이 주입된 몰드를 냉각시킨다. 성형단계(15)에서 몰드로 주입된 액상의 혼합 용융물은 흐름성을 가진 액체 상태임에 따라 냉각단계(16)에서는 몰드에 주입된 액상의 혼합 용융물을 천천히 냉각시킴으로써 몰드와 동일한 형상을 갖는 고체 상태의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다. 예를 들어, 냉각은 액상의 혼합 용융물이 담겨진 몰드를 방치함으로써 자연 냉각할 수 있으며, 액상의 혼합 용융물이 담겨진 몰드를 냉각박스 넣거나 냉각터널을 통과시킴으로써 응고된 고체 상태의 곳용 아연-마그네슘-알루미늄 합금을 제조할 수 있다. 냉각은 다양한 방법으로 실시될 수 있으며, 상술한 방법에 제한되지는 않는다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법은 아연융해단계(21), 마그네슘융해단계(22), 알루미늄융해단계(24), 교반단계(23), 성형단계(25), 및 냉각단계(26)로 구성될 수 있다. 이하에서는 도 2에 도시된 바와 같은 방법으로 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법을 설명하도록 하겠다.

아연융해단계(21)에서는 도가니에 고체 덩어리 상태의 아연괴를 투입하고 550 ~ 900 ℃의 온도로 가열하여 융해시킨다. 먼저, 실온의 도가니에 아연괴를 투입하고 천천히 가열하여 아연괴를 융해시킨다. 특히, 아연의 경우 융점이 약 420 ℃임에 따라 550 ℃ 이하에서 충분히 융해될 수 있으나, 아연융해단계(21) 이후에 실시되는 마그네슘융해단계(22)에서 투입되는 마그네슘괴가 충분히 융해될 수 있도록 아연융해단계(21)에서는 550 ~ 900 ℃의 온도로 가열을 실시한다.

만약, 온도가 550 ℃ 이하로 떨어지면 아연괴가 충분히 융해되지 못할 수 있으며, 온도가 900 ℃를 초과하면 후술할 마그네슘융해단계(22)에서 용융물에 투입되는 마그네슘이 급격하게 융해되면서 마그네슘이 소실되거나 마그네슘이 산화되는 문제가 있을 수 있다. 이러한 아연융해단계(21)는 용융물에 아연괴를 투입하고 5 ~ 20 분 정도 실시되며, 5분 미만이면 아연괴가 충분히 융해되지 못할 수 있고, 20분을 초과하면 아연이 과도하게 산화되면서 소실됨에 따라 원하는 조성비의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있다.

또한, 아연융해단계(21)에서 아연괴는 도가니 내부에서 융해되어 용융물을 형성하며 일부는 산화되어 산화물 형태의 피막을 형성한다. 즉, 아연융해단계(21)에서 융해된 용융물의 표면에는 아연의 산화에 의해 형성된 산화물이 모인 피막층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 아연융해단계(21)에서 융해된 용융물에 투입되는 마그네슘은 피막층에 의해 대기 중에 노출되지 않아 산화가 방지될 수 있다. 또한, 용융물 표면의 피막층은 외부로부터 용융물로 이물질이 유입되는 것을 차단하여 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 오염을 방지할 뿐 아니라, 용융물에 포함된 아연, 마그네슘, 알루미늄의 지속적인 산화를 방지하여 아연, 마그네슘, 알루미늄의 소실을 방지할 수 있다.

마그네슘융해단계(22)에서는 아연융해단계(21)에서 융해된 용융물에 상기 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 투입하고 650 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시킨다. 아연융해단계(21)에서 융해된 용융물은 고온의 상태이나, 마그네슘괴는 차가운 고체 상태임에 따라 아연융해단계(21)에서 융해된 고온의 용융물에 차가운 고체 상태의 마그네슘괴를 투입하면 순간적으로 용융물의 온도가 100 ~ 200 ℃ 정도 떨어질 수 있다. 이에 따라, 마그네슘괴가 충분히 융해되지 않을 수 있어 본 실시예에서는 온도가 떨어진 용융물을 650 ~ 950 ℃로 재가열함으로써 마그네슘괴를 융해시켜 아연과 마그네슘이 균일하게 융해되어 혼합되어 있는 액상의 용융물을 제조할 수 있다.

만약, 온도가 650 ℃ 이하로 떨어지면 용융물에 투입되는 마그네슘괴가 충분히 융해되지 못해 균일한 조성을 갖는 액상의 혼합 용융물의 제조가 어려울 수 있으며, 온도가 950 ℃를 초과하면 마그네슘이 급격히 융해되면서 산화되는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 마그네슘융해단계(22)는 5 ~ 20분 정도 실시될 수 있으며, 5분 미만이면 용융물에 투입되는 마그네슘괴가 충분히 융해되지 못해 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있고, 20분을 초과하면 마그네슘이 산화되어 부산물을 생성하거나 불꽃을 일으킬 수 있으므로 이에 유의하여야 한다.

한편, 상술한 바와 같이 비중 차이에 의해 용융물의 상부로 마그네슘괴 덩어리가 떠오를 수 있다. 이와 같이, 용융물의 상부로 떠오른 마그네슘괴 덩어리에 의해 용융물 표면의 피막층은 대기와 용융물의 접촉을 차단하는 기능을 하지 못해 마그네슘의 산화가 가속화될 수 있다. 또한, 용융물 표면을 통해 용융물 내부로 대기 중의 산소가 유입되어 아연, 마그네슘, 알루미늄이 지속적으로 산화됨에 따라 아연, 마그네슘, 알루미늄의 소실량이 증가되어 본 실시예에 따라 아연 40 ~ 90 중량%, 알루미늄 5 ~ 50 중량%, 마그네슘 5 ~ 50 중량%의 조성비를 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있다. 이에 따라, 결론적으로, 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 내식성, 내구성, 내충격성, 광택 등이 저하될 수 있다.

상술한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는 용융물 표면에 피막층을 형성하여 마그네슘의 산화를 방지할 뿐만 아니라 마그네슘융해단계(22)에서 용융물에 마그네슘괴를 투입함과 동시에 비중 차이에 의해 용융물 표면으로 떠오르는 마그네슘괴 덩어리를 용융물 속에 잠기도록 눌러주면서 용융물을 교반하는 교반단계(23)를 실시하여 마그네슘의 산화를 방지할 수 있다. 특히, 교반단계(23)에서 마그네슘괴가 용융물 속에 잠기도록 눌러주면서 마그네슘괴가 용융물 내부에서 융해될 수 있도록 하여 마그네슘이 대기 중에 노출되어 산화되는 것을 방지할 수 있다.

교반단계(23)에서는 마그네슘괴가 아연괴의 용융물 속에 잠기도록 마그네슘괴를 눌러주면서 도가니 내부의 용융물을 교반한다. 본 실시예에 따른 교반단계(23)는 아연괴, 마그네슘괴가 각각 도가니에 투입되고 가열되어 융해됨으로써 형성된 액상의 혼합 용융물을 혼합하여 균일한 조성을 갖는 액상의 혼합 용융물을 제조하는 단계와 마그네슘융해단계(22)에서 용융물의 상부로 떠오른 마그네슘 덩어리가 용융물 속에 잠기도록 눌러주면서 마그네슘이 용융물 속에서 융해될 수 있도록 혼합하는 단계가 동시에 실시될 수 있다. 이러한 교반단계(23)는 교반기, 프로펠러, 진동 등의 기계를 이용하여 실시될 수 있으며, 사람이 직접 막대, 교반봉 등으로 용융물을 저어주면서 실시될 수 있다.

또한, 본 실시예의 교반단계(23)는 3 ~ 15 분 동안 실시될 수 있다. 만약, 교반단계(23)가 3분 이하로 실시되면 도가니 내부의 액상의 혼합 용융물이 충분히 혼합되지 않아 균일한 조성의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있고, 마그네슘융해단계(22)에서 용융물에 투입된 마그네슘이 용융물 내부에 충분히 잠기지 않아 마그네슘의 산화가 진행될 수 있다. 반면, 교반단계(23)가 15분 이상 실시되면 교반에 사용되는 프로펠러, 막대, 교반봉 등과 금속의 아연, 마그네슘, 알루미늄 등이 반응하여 아연, 마그네슘, 알루미늄의 소실량이 증가될 수 있으며, 과도한 교반에 의해 마그네슘과 대기가 접촉되어 마그네슘의 산화를 가속화하는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 마그네슘이 대기와 접촉되어 산화되면서 불꽃이 발생되어 2차적인 사고로 이어질 수 있으므로 교반단계(23)를 실시하는 시간에 유의하여야 한다.

알루미늄융해단계(24)에서는 마그네슘융해단계(22)에서 융해된 용융물에 상기 고체 덩어리 상태의 알루미늄괴를 상기 도가니에 투입하고 600 ~ 950℃의 온도로 가열하여 융해시킨다. 상술한 바와 같은 이유로, 마그네슘융해단계(22)에서 마그네슘괴를 투입하고 교반을 실시한 3 ~ 15분 뒤에 마그네슘융해단계(22)에서 융해된 용융물에 알루미늄괴를 투입할 수 있다. 또한, 알루미늄융해단계(24)에서도 용융물에 알루미늄괴를 투입함과 동시에 교반을 실시할 수 있다.

한편, 마그네슘융해단계(22)에서 융해된 용융물은 고온의 상태이나, 알루미늄괴는 차가운 고체 상태임에 따라 마그네슘융해단계(22)에서 융해된 고온의 용융물에 차가운 고체 상태의 알루미늄괴를 투입하면 순간적으로 용융물의 온도가 100 ~ 200 ℃ 정도 떨어질 수 있다. 이에 따라, 알루미늄괴가 충분히 융해되지 않을 수 있어 본 실시예에서는 온도가 떨어진 용융물을 600 ~ 950 ℃로 재가열함으로써 알루미늄괴를 융해시켜 아연, 마그네슘, 알루미늄이 균일하게 융해되어 혼합되어 있는 액상의 용융물을 제조할 수 있다.

만약, 온도가 600 ℃ 이하로 떨어지면 알루미늄괴가 충분히 융해되지 못해 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어렵고 알루미늄의 산화에 의한 피막층이 용융물 표면에 형성되지 않아 마그네슘의 산화 방지가 어려울 수 있으며, 온도가 950 ℃를 초과하면 용융물 내부의 마그네슘이 산화되어 부산물을 생성하여 잉곳 합금을 오염시키거나 불꽃을 발생시킬 수 있다. 이러한 알루미늄융해단계(24)는 5 ~ 20 분 정도 실시되며, 5분 미만이면 알루미늄괴가 충분이 융해되지 못하여 용융물을 형성하지 못할 수 있고, 20분을 초과하면 알루미늄이 과도하게 산화되면서 소실됨에 따라 원하는 조성비의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조가 어려울 수 있다.

이어서 실시되는 성형단계(25), 냉각단계(26)는 도 1에 도시된 실시예의 내용을 따른다. 또한, 도 2에 따른 아연융해단계(21), 마그네슘융해단계(22), 교반단계(23), 알루미늄융해단계(24)에서 생략된 내용이 있더라도 전술된 바와 같은 도 1에 도시된 실시예의 내용을 따른다. 또한, 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하는 방법은 도 1과 도2에 도시된 실시예에 제한되지 않으며, 다양하게 구현될 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 마그네슘융해단계(13,22)가 아연융해단계(12,21), 알루미늄융해단계(11,24) 중 적어도 하나의 단계 이후에 수행될 수 있도록 하여야 한다. 또한, 교반단계(14,23)는 마그네슘융해단계(13,22) 이후에는 반드시 실시되어야 하며 아연융해단계(12,21)와 알루미늄융해단계(11,24) 이후에는 작업자의 선택 하에 실시될 수 있다.

본 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳은 전술한 일련의 과정에 따라 아연융해단계(12,21), 알루미늄융해단계(11,24), 마그네슘융해단계(13,22), 교반단계(14,23), 성형단계(15,25), 냉각단계(16,26) 등으로 이루어진 공정으로 제조될 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 마그네슘을 아연괴, 알루미늄괴 중 적어도 하나의 용융물에 잠기도록 투입하고 융해시킴으로써 마그네슘의 산화를 방지할 뿐 아니라 균일한 조성을 갖는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 균일한 조성을 가지며 친환경적으로 제조되는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층은 종래의 단일금속 도금층에 비해 내식성, 내구성, 내충격성, 광택이 더욱 향상될 수 있다.

본 실시예에 따라 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 600 ~ 900 ℃의 온도로 재가열하여 융해시킴으로써 액체 상태로 제조하고, 이를 구조물의 표면에 도포함으로써 도금층을 형성할 수 있다. 특히, 본 실시예의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층은 내식성, 내구성, 내충격성 등이 우수하며 광택이 우수하여 외관미를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층은 구조물의 표면에 강하게 밀착됨에 따라 구조물의 표면으로부터 쉽게 분리되지 않을 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예, 시험예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명은 실시예, 시험예들을 통하여 구체적으로 설명하였으나 이는 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니며 단지 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 따라서 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예 1>

전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 도가니에 알루미늄괴 약 25 kg을 투입하고 약 900 ℃의 온도로 가열하여 알루미늄괴를 융해시킴으로써 1차 용융물을 얻었다. 이어서, 1차 용융물에 아연괴 50 kg를 투입하고 약 850 ℃의 온도로 가열하여 아연괴를 융해시킴으로써 아연괴와 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물을 얻었다. 이 후, 마그네슘괴 25 kg을 아연괴와 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물에 잠기도록 투입하고 약 800 ℃의 온도로 가열하면서 동시에 10분 동안 교반을 실시하여 아연괴, 알루미늄괴, 마그네슘괴가 융해되어 혼합된 액상의 용융 혼합물을 얻었다.

도가니에 담겨진 액상의 용융 혼합물을 약 800 ℃의 온도로 유지되는 가열관을 통해 출탕하여 잉곳 모양의 몰드에 주입하고, 액상의 용융 혼합물이 담겨진 몰드를 상온에서 방치하여 자연냉각시킴으로써 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다.

<실시예 2>

전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 도가니에 아연괴 50 kg를 투입하고 약 800 ℃의 온도로 가열하여 아연괴를 융해시킴으로써 1차 용융물을 얻었다. 이어서, 마그네슘괴 25kg을 1차 용융물에 잠기도록 투입하고 약 800 ℃의 온도로 가열하면서 동시에 10분 동안 교반을 실시하여 아연괴, 마그네슘괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물을 얻었다. 이 후, 2차 용융물에 알루미늄괴 25 kg을 투입하고 800 ℃의 온도로 가열하면서 동시에 5분 동안 교반을 실시하여 아연괴, 마그네슘괴, 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 액상의 용융 혼합물을 얻었다.

도가니에 담겨진 액상의 용융 혼합물을 약 700 ℃의 온도로 유지되는 가열관을 통해 출탕하여 잉곳 모양의 몰드에 주입하고, 액상의 용융 혼합물이 담겨진 몰드를 상온에서 방치하여 자연냉각시킴으로써 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다.

<비교예 1>

전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 도가니에 알루미늄괴 약 25 kg을 투입하고 약 900 ℃의 온도로 가열하여 알루미늄괴를 융해시킴으로써 1차 용융물을 얻었다. 또한, 1차 용융물에 아연괴 50 kg를 투입하고 약 850 ℃의 온도로 가열하면서 동시에 5분 동안 교반을 실시하여 아연괴를 융해시킴으로써 아연괴와 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물을 얻었다.

이어서, 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴 25kg을 몰드에 주입한 뒤 2차 용융물을 마그네슘이 담겨진 몰드에 주입하였다. 이 후, 몰드를 상온에서 방치하여 자연냉각시킴으로써 2차 용융물이 굳어져 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 감싸도록 형성된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다.

<비교예 2>

전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 도가니에 알루미늄괴 약 25 kg을 투입하고 약 900 ℃의 온도로 가열하여 알루미늄괴를 융해시킴으로써 1차 용융물을 얻었다. 이어서, 1차 용융물에 아연괴 50 kg를 투입하고 약 800 ℃의 온도로 가열하여 아연괴를 융해시킴으로써 아연괴와 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물을 얻었다. 이 후, 마그네슘괴 25 kg을 아연괴와 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물에 투입하고 약 800 ℃의 온도로 가열하여 아연괴, 알루미늄괴, 마그네슘괴가 융해되어 혼합된 액상의 용융 혼합물을 얻었다. 다만, 마그네슘괴를 2차 용융물에 투입한 뒤에 마그네슘괴를 눌러주거나 용융물을 혼합하는 등의 교반을 실시하지 않았다.

도가니에 담겨진 액상의 용융 혼합물을 약 750 ℃의 온도로 유지되는 가열관을 통해 출탕하여 잉곳 모양의 몰드에 주입하고, 액상의 용융 혼합물이 담겨진 몰드를 상온에서 방치하여 자연냉각시킴으로써 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다.

<비교예 3>

전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 도가니에 알루미늄괴 약 25 kg을 투입하고 약 900 ℃의 온도로 가열하여 알루미늄괴를 융해시킴으로써 1차 용융물을 얻었다. 이어서, 1차 용융물에 아연괴 50 kg를 투입하고 약 850 ℃의 온도로 가열하여 아연괴를 융해시킴으로써 아연괴와 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물을 얻었다. 이 후, 마그네슘괴 25 kg을 아연괴와 알루미늄괴가 융해되어 혼합된 2차 용융물에 잠기도록 투입하고 약 800 ℃의 온도로 가열하면서 동시에 60분 동안 교반을 실시하여 아연괴, 알루미늄괴, 마그네슘괴가 융해되어 혼합된 액상의 용융 혼합물을 얻었다.

도가니에 담겨진 액상의 용융 혼합물을 약 700 ℃의 온도로 유지되는 가열관을 통해 출탕하여 잉곳 모양의 몰드에 주입하고, 액상의 용융 혼합물이 담겨진 몰드를 상온에서 방치하여 자연냉각시킴으로써 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다.

<시험예 1>

시험예 1 에서는 실시예 1, 2와 비교예 1, 2, 3에서 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 재융해하여 구조물의 표면에 도금층을 형성한 뒤 도금층의 방수성을 비교하는 시험을 수행하였다. 먼저, 실시예 1에 따라 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 재융해하여 도금액을 제조하고 7cm × 15cm × 5cm 크기의 벽돌에 도포하여 건조시킴으로써 도금층이 형성된 벽돌을 4개 제조하였다. 이어서, 실시예 2 및 비교예 1, 2, 3에 따라 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳으로 도금액을 제조하여 실시예 1과 같은 과정을 통해 각각의 도금층이 형성된 벽돌을 4개씩 제조하였다.

이어서, 내산성, 내알칼리성, 내수성, 내염성 확인을 위해 각각의 수조에 5% 황산용액(산성), 5% 수산화나트륨 용액(알칼리성), 증류수(중성), 10% 염화나트륨용액을 준비하였다. 5% 황산용액에 실시예1, 2와 비교예 1, 2, 3의 잉곳으로 도금층이 형성된 벽돌을 총 5개 투입하였다. 나머지 용액도 동일한 과정으로 벽돌을 5개씩 투입하였으며 7일이 지난뒤 도금층이 형성된 각각의 벽돌을 꺼내어 도금층의 상태를 확인하였다.

	내산성	내알칼리성	내수성	내염성
실시예 1	양호	양호	양호	양호
실시예 2	양호	양호	양호	양호
비교예 1	균열 및 도금층 박리됨	균열 및 도금층 박리됨	미세한 균열	균열 및 도금층 박리됨
비교예 2	미세한 균열	균열	미세한 균열	균열 및 도금층 박리됨
비교예 3	미세한 균열	미세한 균열	미세한 균열	균열

표 1의 결과를 보면 실시예 1, 2에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용하여 형성된 도금층은 산성, 알칼리성, 중성, 염성의 유체에서 모두 균열 및 도금층 박리 등의 문제 없이 양호한 상태를 보인다. 반면에, 비교예 1, 2, 3에 따른 잉곳용 합금을 이용하여 형성된 도금층은 산성, 알칼리성, 중성, 염성의 유체에서 모두 미세한 균열, 균열, 도금층 박리 등의 문제가 발생하였다. 이에 따라, 본 실시예와 같이 고체 상태의 마그네슘을 완전히 융해시켜 균일한 조성을 갖도록 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 경우 고체 상태의 마그네슘이 완전히 융해되지 못한 비교예 1, 2, 3에 비해 더욱 우수한 내식성, 내염성, 내수성을 갖는 것을 확인하였다.

<시험예 2>

시험예 3에서는 실시예 1, 2와 비교예 1, 2, 3에서 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 재융해하여 구조물의 표면에 도금층을 형성한 뒤 구조물의 표면에 대한 도금층의 밀착성을 비교하는 시험을 수행하였다.

먼저, 실시예 1에 따라 제조된 잉곳용 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 재융해하여 도금액을 제조하고 7cm × 15cm × 5cm 크기의 벽돌에 도포하여 건조시킴으로써 도금층이 형성된 벽돌 1개를 제조하였다. 이어서, 실시예 1을 이용한 도금층이 형성된 벽돌의 한면에 스카치테이프를 부착하고 1 시간 뒤에 스카치테이프를 제거하였다. 스카치테이프에 도금층의 부착유무에 따라 밀착성을 판단하였다. 또한, 실시예2, 비교예 1, 2, 3 의 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용하여 상술한 방법과 동일한 방법으로 도금층이 형성된 벽돌을 제조하고 스카치테이프를 이용하여 동일한 방법으로 밀착성을 판단하였다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
상태	양호	양호	불량	불량	불량

표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층의 경우 구조물의 표면과 도금층이 강하게 밀착되어 있어 도금층이 구조물의 표면으로부터 박리되지 않았다. 반면에, 비교예 1, 2, 3에 따라 제조된 잉곳용 합금을 이용한 도금층의 경우 스카치테이프가 제거되면서 동시에 구조물의 표면으로부터 도금층이 박리됨을 알 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳을 이용한 도금층의 경우 밀착성이 우수함을 알 수 있다.

<시험예 3>

시험예 4에서는 마그네슘융해단계에서 용융물에 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 투입한 후 교반시간을 각각 다르게 함으로써 교반시간의 차이에 따른 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 상태변화를 확인하였으며 아래의 표 3에 나타내었다.

	실시예 1	비교예 2	비교예 3
상태	마그네슘의 산화에 따른 별다른 문제점이 관찰되지 않음	교반을 실시하지 않음에 따라 일부 마그네슘괴 덩어리가 용융물의 상부로 떠오름	과도한 교반에 의해 마그네슘이 산화되면서 불꽃이 발생됨

실시예 1의 경우 마그네슘융해단계에서 마그네슘을 투입하고 10분 동안 교반단계를 실시하였고, 비교예 2는 교반단계를 실시하지 않았으며, 비교예 3은 60분 동안 교반단계를 실시하였다. 표 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제시하는 시간동안 교반을 실시한 경우 마그네슘괴 덩어리가 용융물의 상부로 부상하거나 불꽃이 발생되는 문제가 없었다. 반면에, 비교예 2와 같이 교반을 실시하지 않은 경우에는 마그네슘괴 덩어리가 용융물의 상부로 떠오르면서 마그네슘이 완전히 융해되지 않았음을 알 수 있다. 또한, 비교예 3과 같이 본 실시예에서 제시하는 시간범위를 벗어나 과도하게 교반을 실시한 경우에는 교반에 이용되는 기구와 마찰되고 대기 중의 산소와 반응하면서 불꽃을 일으켰음을 알 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서 제시한 바와 같이 교반단계는 3 ~ 15분 동안 실시될 경우 마그네슘이 완전히 융해되면서도 산화되지 않는다고 판단할 수 있다.

11 : 알루미늄융해단계 12 : 아연융해단계
13 : 마그네슘융해단계 14 : 교반단계
15 : 성형단계 16 : 냉각단계
21 : 알루미늄융해단계 22 : 아연융해단계
23 : 마그네슘융해단계 24 : 교반단계
25 : 성형단계 26 : 냉각단계

Claims (7)

1. 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법에 있어서,
   고체 덩어리 상태의 알루미늄괴를 도가니에 투입하고 알루미늄의 산화에 의한 피막층이 용융물 표면에 형성되도록 600 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 알루미늄융해단계;
   상기 알루미늄융해단계에서 융해된 용융물에 고체 덩어리 상태의 아연괴를 투입하고 알루미늄과 아연의 산화에 의한 피막층이 용융물 표면에 형성되도록 550 ~ 900 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 아연융해단계;
   상기 아연융해단계에서 융해된 용융물에 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴를 투입하고 650 ~ 950 ℃의 온도로 가열하여 융해시키는 마그네슘융해단계;
   상기 아연융해단계에서 융해된 용융물의 표면에 알루미늄과 아연의 산화에 의한 피막층이 형성된 상태에서 상기 마그네슘괴가 상기 아연융해단계에서 융해된 용융물 속에 잠기도록 상기 마그네슘괴를 눌러주면서 상기 도가니 내부의 용융물을 3 ~ 15 분 동안 교반하는 교반단계;
   상기 교반단계에서 교반된 액상의 혼합 용융물을 몰드에 주입하여 상기 잉곳의 모양을 형성하는 성형단계; 및
   상기 액상의 혼합 용융물이 주입된 몰드를 냉각시키는 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 마그네슘융해단계에서는 베릴륨을 포함하는 금속괴를 더 투입하고,
   상기 고체 덩어리 상태의 마그네슘괴 100 중량부에 대해 상기 고체 덩어리 상태의 베릴륨을 포함하는 금속괴를 0.05 ~ 10 중량부의 비율로 투입하는 것을 특징으로 하는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 성형단계에서는
   상기 교반단계에서 교반된 액상의 혼합 용융물을 650 ~ 700 ℃의 온도로 유지하면서 상기 도가니에서 출탕하여 상기 몰드에 주입하는 것을 특징으로 하는 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳의 제조방법.
7. 제 1 항의 제조방법에 의해 제조된 아연-마그네슘-알루미늄 합금 잉곳.

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