KR102157333B1 - 마그네슘 합금의 처리방법 및 강소성 가공된 마그네슘 합금재 - Google Patents

마그네슘 합금의 처리방법 및 강소성 가공된 마그네슘 합금재 Download PDF

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Abstract

마그네슘이 포함된 합금재를 마련하는 단계; 및 상기 합금재를 강소성 가공하여 상기 합금재의 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조를 형성시키는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금의 처리방법이 소개된다.

Description

마그네슘 합금의 처리방법 및 강소성 가공된 마그네슘 합금재{TREATING METHOD OF MAGNESIUM ALLOY AND SEVERE PLASTIC DEFORMATION MAGNESIUM ALLOY MATERAIAL}
본 발명은 마그네슘 합금의 처리방법 및 강소성 가공된 마그네슘 합금재에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조가 형성된 마그네슘 합금의 처리방법 및 강소성 가공된 마그네슘 합금재에 관한 것이다.
생분해성 금속 생체재료는 생체 분해 특성을 지녀 체내에서 완전히 분해되어 흡수 또는 배출되는 소재를 뜻한다. 생체 흡수성 활성금속의 하나인 마그네슘(Mg)에 대한 연구는 1930년대 초에 시작되었으나 당시에는 마그네슘의 정련기술이 부족하여 인체 내에서의 과도한 부식을 방지할 수 없었다. 이후, 21세기에 들어서면서 마그네슘의 정련기술이 발달하며 생분해성 금속 소재에 대한 본격적인 연구가 시작되었다.
마그네슘은 인체의 구성 성분(375 mg/day)으로 체내에서 독성 반응을 일으키지 않으며 밀도(1.74 g cm-3)와 탄성계수(41-45 GPa)가 골조직(1.8-2.1 g cm-3)과 유사하여 응력차폐현상(Stress shielding)을 예방할 수 있다는 장점을 지니고 있다.
또한, 저렴하여 경제적이고 생분해성 금속 생체재료로 이용될 경우 제품 회수를 위한 2차적 수술이 필요하지 않다는 장점을 지녀 스텐트에서부터 정형외과용 임플란트 소재로 개발 범위가 확장되었다.
그러나 상용화 재료로 이용되기에는 마그네슘 합금이 인체 치유 정도에 비해 빠른 부식 속도를 지니고 있고, 강도가 낮아 부식 정도에 따른 기계적 물성 손실이 크기 때문에 고정 안정성이 상용화 재료에 비해 불충분하다는 단점이 있다.
부식 속도를 조절하기 위해 마그네슘 합금 설계에 대한 연구가 다수 진행되었으며, 인체 내 구성 원소인 Zn, Ca 등을 첨가하여 내부식성 향상이 이루어졌지만 임플란트 삽입 초기의 빠른 부식 속도와 부식 부산물(수소 기체, OH-기로 인한 pH 상승)로 인한 치유 저하에 대한 문제점이 존재한다.
골절 치유의 기본적인 목표는 빠른 회복이 될 수 있도록 안정화 시켜주는 것이다. 이상적인 생분해성 임플란트는 조직이 회복되는 동안 손상된 뼈를 완벽히 지지하면서 재형성(remodeling) 과정이 진행되는 속도에 맞춰 강도가 감소하며, 마지막에는 완전한 생체 내 흡수가 이뤄지는 것이다.
재형성 과정에 의해 성숙골이 충분히 형성되어 정상적인 운동을 할 정도가 되려면 3~4달 정도가 소요되지만 현재 연구된 마그네슘 합금들은 균일한 부식 과정을 기반으로 하므로 골절 치유과정에 따른 부식 속도 조절에 대한 연구는 전무한 상태다.
표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조가 형성된 마그네슘 합금의 처리방법 및 강소성 가공된 마그네슘 합금재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 합금의 처리방법은 마그네슘이 포함된 합금재를 마련하는 단계; 및 상기 합금재를 강소성 가공하여 상기 합금재의 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조를 형성시키는 단계;를 포함한다.
상기 합금재를 마련하는 단계에서, 상기 합금재는, 전체 100 중량%에 대하여, 0.1 내지 10 중량%의 아연, 0.1 내지 10 중량%의 칼슘, 잔부 마그네슘 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 합금재를 마련하는 단계에서, 상기 함금재는, 판재 또는 막대 형태일 수 있다.
상기 합금재를 강소성 가공하는 단계에서, 초음파 나노표면 개질 공정을 통해 상기 합금재를 강소성 변형시킬 수 있다.
상기 초음파 나노표면 개질 공정에서 진폭 조건은 10㎛ 이상일 수 있다.
상기 초음파 나노표면 개질 공정에서 하중 조건은 10N 이상일 수 있다.
상기 초음파 나노표면 개질 공정은 1 패스 이상 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 강소성 가공된 마그네슘 합금재는 전체 중량 100%에 대하여, 0.1 내지 2 중량%의 아연, 0.1 내지 2 중량%의 칼슘, 잔부 마그네슘 및 불가피한 불순물을 포함하며, 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립 크기가 커지는 구배구조를 포함할 수 있다.
표면부의 결정립 크기는 50 내지 1500nm이며, 상기 표면부의 내측에 위치하는 내측부의 결정립 크기는 1 내지 20㎛일 수 있다.
상기 합금재는 판재 형태로 형성되고, 상기 판재 단면의 두께(mm)를 t라 할 때, 상기 표면부는 두께 방향을 기준으로 0 내지 t/25 또는 24t/25 내지 t까지 이르는 부분을 의미하며, 상기 내측부는 두께 방향을 기준으로 t/25 내지 t/8 또는 7t/8 내지 24t/25까지 이르는 부분을 의미할 수 있다.
상기 표면부 중에서 최외측에 위치하는 제1표면영역의 결정립 크기는 0.188±0.097㎛이고, 상기 제1표면영역의 내측에 위치하는 제2표면영역의 결정립 크기는 0.241±0.148㎛이며, 상기 제2표면영역의 내측에 위치하는 제3표면영역의 결정립 크기는 0.291±0.170㎛이고, 상기 제3표면영역의 내측에 위치하는 제4표면영역의 결정립 크기는 0.490±0.421㎛이며, 상기 표면부 중에서 최내측에 위치하는 제5표면영역의 결정립 크기는 0.908±0.416㎛일 수 있다.
상기 내측부 중에서 최외측에 위치하는 제1내측영역의 결정립 크기는 3.70±1.91㎛이고, 상기 제1내측영역의 내측에 위치하는 제2내측영역의 결정립 크기는 5.96±4.60㎛이며, 상기 제2내측영역의 내측에 위치하는 제3내측영역의 결정립 크기는 11.2±6.5㎛이고, 상기 내측부 중에서 최내측에 위치하는 제4내측영역의 결정립 크기는 11.2±7.2㎛일 수 있다.
상기 합금재는 막대 형태로 형성되고, 상기 막대 단면의 지름(mm)을 R이라 할 때, 상기 표면부는 두께 방향을 기준으로 0 내지 R/25 또는 24R/25 내지 R까지 이르는 부분을 의미하며, 상기 내측부는 두께 방향을 기준으로 R/25 내지 R/8 또는 7R/8 내지 24R/25까지 이르는 부분을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 강소성 가공된 마그네슘 합금재는 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조가 형성되어 있기 때문에 부식속도가 균일하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 강소성 가공된 마그네슘 합금재가 생채재료에 이용될 수 있으며, 구배구조의 결정립 크기 제어를 통해 기계적 물성 향상뿐 아니라 부식 속도를 늦출 수 있다.
이에 따라 치유 정도에 맞추어 부식 속도의 조절이 가능할 수 있어 치료 기간을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 초음파 나노표면 개질 공정 전 후의 마그네슘 합금의 표면을 SEM(Scanning electron microscopy)으로 관찰하고 표면 거칠기를 AFM(Atomic force microscope) 방법으로 관찰하여 표면 거칠기 값을 그래프로 정리한 결과이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 초음파 나노표면 개질 공정 전 후의 마그네슘 합금의 미세조직을 OM(Optical microscopy)과 EBSD(Electron backscatter diffraction) 사진으로 관찰한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 초음파 나노표면 개질 공정을 실시한 마그네슘 합금의 표면에서부터 깊이에 따른 결정립 크기의 분포와 경도 변화 분포를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 마그네슘 합금의 초음파 나노표면 개질 공정 전 후의 인장 물성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 침지 실험을 통한 초음파 나노표면 개질 공정 전 후에 마그네슘 합금의 표면에서부터의 깊이에 따른 부식 속도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 침지 실험을 통한 결정립 크기에 따른 부식 속도의 변화 분포 결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 전기화학적 부식 실험을 통한 초음파 나노표면 개질 공정 전 후의 부식 속도 결과를 보여주는 도면이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.
보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
강소성 가공된 마그네슘 합금재
본 발명의 일 실시예에 의한 강소성 가공된 마그네슘 합금재는 전체 중량 100%에 대하여, 0.1 내지 2 중량%의 아연, 0.1 내지 2 중량%의 칼슘, 잔부 마그네슘 및 불가피한 불순물을 포함한다.
하기에서는 각 성분 원소들의 함량 한정 이유를 살펴본다.
아연(Zn): 0.1 내지 10 중량%
아연은 마그네슘 합금 판재의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 다만, 과도하게 첨가될 경우, 표면 결함 및 중심 편석이 다량 생성되어 주조성이 급격히 악화되는 문제가 발생할 수 있다 따라서 아연의 함량을 0.1 내지 10 중량%로 제어한다.
칼슘(Ca): 0.1 내지 10 중량%
칼슘은 아연과 같이 첨가 시, 입계 및 쌍정계에 편석되어 비저면 재결정립의 생성 및 성장에 기여할 수 있다. 이로 인해 비저면의 연화 현상을 가져와 비저면 슬립을 활성화시킴으로써 판재의 성형성을 향상시키는 역할을 한다. 다만, 과도하게 첨가될 경우, 성형성 확보가 힘들 수 있다. 따라서 칼슘의 함량을 0.1 내지 10 중량%로 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 강소성 가공된 마그네슘 합금재는 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립 크기가 커지는 구배구조를 포함한다.
마그네슘 합금재를 강소성 변형시켜 합금재의 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조를 형성시킨다.
구체적으로, 합금재를 강소성 가공하는 방법은 초음파 나노표면 개질(Ultrasonic nanocrystalline surface modification; UNSM) 공정을 이용할 수 있다. 초음파 나노표면 개질 공정에서 진폭 조건은 10㎛ 이상이고, 하중 조건은 10N 이상일 수 있으며, 1 패스(pass) 이상 수행할 수 있다.
상기와 같은 조건으로 초음파 나노표면 개질 공정을 진행함에 따라 합금재의 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조가 형성될 수 있다.
구체적으로, 합금재 외측에 존재하는 표면부의 결정립 크기는 50 내지 1500nm이며, 표면부의 내측에 위치하는 내측부의 결정립 크기는 1 내지 20㎛일 수 있다.
합금재가 판재(Plate) 형태일 경우, 판재 단면의 두께(mm)를 t라 할 때, 표면부는 두께 방향을 기준으로 0 내지 t/25 또는 24t/25 내지 t까지 이르는 부분을 의미하며, 내측부는 두께 방향을 기준으로 t/25 내지 t/8 또는 7t/8 내지 24t/25까지 이르는 부분을 의미할 수 있다.
합금재가 막대(Rod) 형태일 경우, 막대 단면의 지름(mm)을 R이라 할 때, 표면부는 두께 방향을 기준으로 0 내지 R/25 또는 24R/25 내지 R까지 이르는 부분을 의미하며, 내측부는 두께 방향을 기준으로 R/25 내지 R/8 또는 7R/8 내지 24R/25까지 이르는 부분을 의미할 수 있다.
구배구조의 형성에 따라 부식속도의 제어가 가능할 수 있다. 결정립 크기가 감소할수록 내부식성이 향상되는데 구배구조의 경우, 합금재의 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구조로 형성되어 있기 때문에 부식속도가 균일하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 강소성 가공된 마그네슘 합금재가 생채재료에 이용될 수 있다.
골절 치유를 위한 생분해성 임플란트의 경우, 생채 조직이 회복되는 동안 손상된 뼈를 완벽히 지지하면서 재형성(remodeling) 과정이 진행되는 속도에 맞춰 강도가 감소하며, 마지막에는 완전한 생체 내 흡수가 이루어져야 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 강소성 가공된 마그네슘 합금재의 경우, 구배구조의 결정립 크기 제어를 통해 기계적 물성 향상뿐 아니라 부식 속도를 늦출 수 있다.
이에 따라 치유 정도에 맞추어 부식 속도의 조절이 가능할 수 있어 치료 기간을 조절할 수 있다.
마그네슘 합금의 처리방법
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 합금의 처리방법은 마그네슘이 포함된 합금재를 마련하는 단계 및 합금재를 강소성 가공하여 합금재의 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조를 형성시키는 단계를 포함한다.
먼저, 합금재를 마련하는 단계에서는 마그네슘이 포함된 합금재를 마련한다. 구체적으로, 합금재는 전체 100 중량%에 대하여, 0.1 내지 2 중량%의 아연, 0.1 내지 2 중량%의 칼슘, 잔부 마그네슘 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 형태일 수 있다.
또한, 합금재는 판재 또는 막대 형태로 형성될 수 있다. 합금재를 구성하는 각 성분의 함량 한정 이유는 상기한 강소성 가공된 마그네슘 합금재에 대한 설명과 중복되므로 생략한다.
다음으로, 합금재를 강소성 가공하는 단계에서는 합금재를 강소성 변형시켜 합금재의 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조를 형성시킨다.
강소성 가공하는 방법으로 등통로각압축(Equal-channel angular pressing) 공정, 고압 비틀림(High pressure torsion) 공정, 초음파 나노표면 개질(Ultrasonic nanocrystalline surface modification; UNSM) 공정 등이 있다. 강소성 가공 공정을 통해 초미세 결정립을 제조하게 되면 합금재의 기계적 물성 향상뿐 아니라 부식 속도를 늦출 수 있는 가능성도 지니고 있다.
구체적으로, 합금재를 강소성 가공하는 방법은 초음파 나노표면 개질 공정을 이용할 수 있다. 초음파 나노표면 개질 공정에서 진폭 조건은 10㎛ 이상이고, 하중 조건은 10N 이상일 수 있으며, 1 패스(pass) 이상 수행할 수 있다.
상기와 같은 조건으로 초음파 나노표면 개질 공정을 진행함에 따라 합금재의 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조가 형성될 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 마그네슘 합금재의 제조
하기 표 1의 조성을 갖는 두께 2mm의 판재 형태의 합금재를 마련하였다.
Mg Zn Ca
함량(중량%) Bal. 1.0 1.0
함량(원자%) Bal. 1.1 0.8
판재 형태의 합금재를 초음파 나노표면 개질(Ultrasonic nanocrystalline surface modification; UNSM) 공정을 이용하여 강소성 변형시켰다.
이때, 상온(25℃)에서, 진폭 20㎛, 하중 20N으로 2-pass 공정을 진행하였다.
(2) 표면 거칠기 분석
도 1은 초음파 나노표면 개질 공정 전 후의 마그네슘 합금의 표면을 SEM으로 관찰하고 표면 거칠기를 AFM 방법으로 분석한 결과이다. 도 1에서 확인되는 바와 같이, 공정 전보다 공정 후에 표면 거칠기 값(Ra, Rq, Rmax)이 상승하는 것이 확인되었고, 표면적의 경우에도 공정 후에 2.0 ± 0.3%에서 3.4 ± 0.4%로 넓어지는 것을 확인할 수 있었다.
(3) 미세구조 분석
도 2는 초음파 나노표면 개질 공정 전 후의 마그네슘 합금의 단면을 OM과 EBSD로 관찰한 결과이다. 도 2에서 확인되는 바와 같이, UNSM 공정 후 표면부에 강한 변형을 받은 것을 알 수 있었다.
가장 표면부의 결정립 크기가 나노 사이즈로 형성된 구배구조라는 것을 알 수 있다. 이를 더 정밀하게 분석하는 것은 도 3이다. 도 3은 초음파 나노표면 개질 공정을 실시한 마그네슘 합금의 표면에서부터 깊이에 따른 결정립 크기의 분포와 경도 변화 분포를 보여주는 그래프이다.
경도 값이 중심부에서 표면부로 갈수록 공정으로 인해 상승하는 것을 확인할 수 있으며, 공정으로 인한 결정립 미세화가 발생함에 따라 결정립 크기도 표면부로 갈수록 감소하는 것을 확인할 수 있다.
특히, 표면부에서부터 75~80㎛ 이내에는 초미세 결정립이 형성되어 있는 것을 알 수 있으며, 표면부 최외측의 결정립 크기는 188 ± 98nm에 해당하였다.
내측부로 갈수록 결정립 크기(11.2 ± 7.2㎛)가 점진적으로 커지는 것을 알 수 있었다.
표면부에서부터 내측부까지 깊이 별 결정립 크기 분포를 수치화 한 것은 표 2와 같다. 즉, 초미세 결정립을 표면부로 지니는 구배구조가 공정 후, 마그네슘 합금재에 형성된 것을 알 수 있다.
표면에서부터의 깊이(㎛)
0~10 10~20 20~30 30~70 70~80 80~100 100~150 150~200 200~250
결정립 크기(㎛) 0.188
±0.097		 0.241
±0.148		 0.291
±0.170		 0.490
±0.421		 0.908
±0.416		 3.70
±1.91		 5.96
±4.60		 11.2
±6.5		 11.2
±7.2
(4) 기계적 물성 분석
초음파 나노표면 개질 공정 후, 도 3에서 경도값이 상승하는 것과 같이, 도 4를 통해서 인장 물성 또한 상승하는 것을 알 수 있다. 공정 전 대비 공정 후에 인장 강도가 33 MPa 증가하여, 약 15%의 인장강도 상승률을 보였다. 항복 강도 역시 공정 후에 28MPa 증가하여, 약 20%의 상승률을 보였다.
(5) 부식 특성 분석
마그네슘 합금재의 부식 특성을 분석하기 위해 유사 생체 용액(Simulated body fluid; SBF)을 이용하여 부식 실험을 수행하였다. SBF 용액의 조성은 아래 표 3과 같다.
용액 조성(mM) pH
성분 Na+ K+ Ca2 + Mg2 + Cl- HCO3 - HPO4 2 - SO4 2-
함량 142 5 2.54 1.54 147.94 4.2 1 0.5 7.4
침지 실험은 증류수와 NaOH를 이용하여 pH 7.4의 산성도로 설정된 SBF 용액에 37℃ 환경에서 24시간 동안 각 시편에서 이루어졌다.
도 5의 경우, 침지 실험을 통해 도출된 초음파 나노표면 개질 공정 전 후에 마그네슘 합금의 표면에서부터의 깊이에 따른 부식 속도 결과이다. 도 1에서의 결과와 같이 공정 후에 표면적이 증가하여 내부식성에 취약함을 지녔음에도 불구하고, 도 5의 부식 속도 결과를 보면 공정 후, 표면부에서 가장 내부식성이 좋은 것을 알 수 있다.
특히, 표면부에서 중심부로 향함에 따라 부식 속도가 점진적으로 달라지는 것을 알 수 있다. 도 3에서 도출된 구배구조의 결정립 크기 분포와 부식 속도를 매칭시킨 것은 도 6에서 확인할 수 있다.
도 6의 경우, 결정립 크기(d)에 따라 부식 속도가 달라지는 것을 알 수 있는데 특히, 결정립 크기가 감소할수록 내부식성이 향상되는 특성을 지니는 것을 알 수 있다.
즉, 초음파 나노표면 개질 공정을 통해 형성된 구배구조는 초반에 낮은 부식속도를 지니다가 표면층이 점진적으로 부식되어 사라지면 점차 부식 속도가 증가하는 특성을 지니는 것을 알 수 있으며, 구배구조의 조절을 통해 마그네슘 합금재의 의료기기로서 인체 내에서 이용 시, 골절 치유 과정에 따라 부식 속도를 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 7의 경우, 침지 실험에서 사용한 동일한 SBF 용액으로 37℃ 환경에서 scan rate 1mV s-1로 초음파 나노표면 개질 공정 전 후의 마그네슘 합금 표면에 전기화학적 부식 실험을 진행한 결과이다. 침지실험의 결과와 마찬가지로, 결정립 미세화가 이루어진 공정 후의 결과가 0.068 ± 0.010mm year-1로 공정 전의 0.212 ± 0.016mm year-1보다 약 3배 낮은 부식 속도를 지녀 내부식성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. 전체 100 중량%에 대하여, 0.1 내지 10 중량%의 아연, 0.1 내지 10 중량%의 칼슘, 잔부 마그네슘 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘이 포함된 합금재를 마련하는 단계; 및
    상기 합금재를 강소성 가공하여 상기 합금재의 단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립의 크기가 커지는 구배구조를 형성시키는 단계;를 포함하고,
    상기 합금재를 강소성 가공하는 단계에서, 초음파 나노표면 개질 공정을 통해 상기 합금재를 강소성 변형시키는, 마그네슘 합금의 처리방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합금재를 마련하는 단계에서,
    상기 합금재는,
    판재 또는 막대 형태인 마그네슘 합금의 처리방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 나노표면 개질 공정에서 진폭 조건은 10㎛ 이상인 마그네슘 합금의 처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 나노표면 개질 공정에서 하중 조건은 10N 이상인 마그네슘 합금의 처리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 나노표면 개질 공정은 1 패스 이상 수행하는 마그네슘 합금의 처리방법.
  8. 전체 중량 100%에 대하여, 0.1 내지 10 중량%의 아연, 0.1 내지 10 중량%의 칼슘, 잔부 마그네슘 및 불가피한 불순물을 포함하며,
    단면을 기준으로 표면에서 내측으로 갈수록 결정립 크기가 커지는 구배구조를 포함하는 강소성 가공된 마그네슘 합금재.
  9. 제8항에 있어서,
    표면부의 결정립 크기는 50 내지 1500nm이며,
    상기 표면부의 내측에 위치하는 내측부의 결정립 크기는 1 내지 50㎛인 강소성 가공된 마그네슘 합금재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 합금재는 판재 형태로 형성되고,
    상기 판재 단면의 두께(mm)를 t라 할 때, 상기 표면부는 두께 방향을 기준으로 0 내지 t/25 또는 24t/25 내지 t까지 이르는 부분을 의미하며,
    상기 내측부는 두께 방향을 기준으로 t/25 내지 t/8 또는 7t/8 내지 24t/25까지 이르는 부분을 의미하는 강소성 가공된 마그네슘 합금재.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 표면부 중에서 최외측에 위치하는 제1표면영역의 결정립 크기는 0.188±0.097㎛이고,
    상기 제1표면영역의 내측에 위치하는 제2표면영역의 결정립 크기는 0.241±0.148㎛이며,
    상기 제2표면영역의 내측에 위치하는 제3표면영역의 결정립 크기는 0.291±0.170㎛이고,
    상기 제3표면영역의 내측에 위치하는 제4표면영역의 결정립 크기는 0.490±0.421㎛이며,
    상기 표면부 중에서 최내측에 위치하는 제5표면영역의 결정립 크기는 0.908±0.416㎛인 강소성 가공된 마그네슘 합금재.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 내측부 중에서 최외측에 위치하는 제1내측영역의 결정립 크기는 3.70±1.91㎛이고,
    상기 제1내측영역의 내측에 위치하는 제2내측영역의 결정립 크기는 5.96±4.60㎛이며,
    상기 제2내측영역의 내측에 위치하는 제3내측영역의 결정립 크기는 11.2±6.5㎛이고,
    상기 내측부 중에서 최내측에 위치하는 제4내측영역의 결정립 크기는 11.2±7.2㎛인 강소성 가공된 마그네슘 합금재.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 합금재는 막대 형태로 형성되고,
    상기 막대 단면의 지름(mm)을 R이라 할 때, 상기 표면부는 두께 방향을 기준으로 0 내지 R/25 또는 24R/25 내지 R까지 이르는 부분을 의미하며,
    상기 내측부는 두께 방향을 기준으로 R/25 내지 R/8 또는 7R/8 내지 24R/25까지 이르는 부분을 의미하는 강소성 가공된 마그네슘 합금재.
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