KR102271295B1 - 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법 - Google Patents

마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 구현예에 의한 마그네슘 합근 판재는 전체 100중량%에 대해, Al: 3 중량% 초과 및 5중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

Description

마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법{MAGNESIUM ALLOY SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 일 구현예는 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
마그네슘 합금은 구조용 금속소재 중 가장 가벼우며, 비강도, 비강성, 진동 흡수능 등이 우수하여 전자 및 IT 산업뿐 아니라 수송기기용 경량 소재로서 갈수록 그 중요성이 더해지고 있다. 그러나, 마그네슘은 전기화학적으로 활성이 큰 금속으로 부식 환경에 노출될 경우 빠른 속도로 부식이 진행되는 단점이 있어 소재화 적용에 한계가 있다. 따라서, 마그네슘 합금의 적용 분야 확대를 위해 열악한 부식 환경에 적용 가능한 새로운 고내식 마그네슘 소재 개발이 필수적이다.
순수 마그네슘은 전기화학적으로 표준 수소 전극 전위가 -2.38V 정도로 활성이 매우 큰 금속으로 부식 환경에 노출 시 빠른 속도로 부식이 진행된다. 대기 중에서는 표면에 형성되는 MgO 피막으로 인해 중탄소강 또는 일반 알루미늄 합금과 대등한 내식성 수준을 보이는 반면, 수분이 존재하거나 산성 또는 중성 용액 내에서는 표면 피막이 불안정해져 부동태를 형성하지 못해 빠른 속도로 부식이 진행된다. 실내 및 실외 대기 노출 시 Mg 부식 생성물을 분석한 결과 주로 마그네슘의 수산화물, 탄산염, 수분 등으로 구성됨을 확인할 수 있다. 일반적으로 금속소재의 부식은 금속소재와 주위 환경과의 전기화학적 반응에 의해 금속 소재가 소멸되어 기능이 저하되거나 구조적으로 파손, 파괴되는 현상을 의미한다. 부식은 금속 제품의 성능이나 수명과 직접적으로 관계되는 중요한 현상으로 제품이나 구조물의 파손을 일으키는 원인이 되어 대부분의 사용 환경에서는 이러한 부식을 억제하기 위한 다양한 방법들을 적용하고 있다.
그러나 생체재료와 같이 금속의 부식현상을 역으로 이용하여 제품의 기능성을 차별화하는 경우도 있다. 고내식 마그네슘 소재는 불순물, 미세조직, 표면상태, 부식환경 등의 다양한 부식 인자를 보유하고 있어, 합금 제조시에 불가피하게 혼입되는 불순물의 종류 및 함량, 특성 향상을 위해 인위적으로 첨가하는 합금 원소의 종류와 함량, 소재 제조방법 및 공정 조건 등을 제어하여 사용 환경에 따라 적절한 부식 특성을 갖도록 설계 및 제조를 하게 된다.
AZ계 마그네슘 합금에 B, Y, Ti, 또는 이들의 조합을 첨가하여, 내식성 및 기계적 물성이 동시에 향상된 마그네슘 합금을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재는 전체 100중량%에 대해, Al: 3 중량% 초과 및 5중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 Ti: 0.001중량% 내지 0.01중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재는 전체 100중량%에 대해, Al: 5 중량% 초과 및 9중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, Ti: 0.001중량% 내지 0.01중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재 표면에는 MgO 산화층이 위치하고, 상기 산화층에는 Ti성분을 포함할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 Mg17Al12 입자상을 포함하고, 상기 입자의 평균 입경은 1㎛ 이하일 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 Mg17Al12 입자상을 포함하고, 상기 마그네슘 합금 판재의 100부피%에 대해, 상기 입자의 부피 분율은 5% 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재의 제조방법은 전체 100중량%에 대해, Al: 3 중량% 초과 및 5중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계, 상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계, 상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계, 및 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 합금 용탕을 준비하는 단계에서, 상기 합금 용탕은 Ti: 0.001중량% 내지 0.01중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재의 제조방법은 전체 100중량%에 대해, Al: 5 중량% 초과 및 9중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, Ti: 0.001중량% 내지 0.01중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계, 상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계, 상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계, 및 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계는, 380 내지 420℃ 온도 범위에서 실시할 수 있다.
구체적으로, 12 내지 24시간 동안 실시할 수 있다.
상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계는, 275 내지 325℃ 온도 범위에서 실시할 수 있다.
AZ계 마그네슘 합금에 B, Y, Ti, 또는 이들의 조합을 첨가하여, 내식성 및 기계적 물성이 동시에 향상된 마그네슘 합금을 제공할 수 있다.
구체적으로, Al의 조성 범위에 따라 B, Y, Ti 또는 이들의 조합을 제어하여 내식성이 우수한 마그네슘 합금을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예와 비교예의 부식 속도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 비교예 6과 실시예 5의 미세조직을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 3은 비교예 6과 실시예 5의 미세조직을 TEM으로 관찰한 사진이다.
도 4는 비교예 6과 실시예 5의 표면 산화 피막을 SAM으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 비교예 6과 실시예 5의 표면 산화 피막을 TEM으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 6과 실시예 5의 표면 산화 피막층의 합금 성분을 SIMS로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예인 마그네슘 합금 판재는, 전체 100중량%에 대해, Al: 3 중량% 초과 및 5중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 의한 Al 함량은 3 중량% 초과 및 5중량% 이하일 수 있다. 더 구체적으로는, 3.2중량% 이상 및 5.0중량% 이하일 수 있다. 보다 더 구체적으로는, 보다 구체적으로는, 3.5중량% 이상 및 5.0중량% 이하일 수 있다.
후술하겠지만, 본 발명의 다른 일 구현예에 의한 Al 함량은 5 중량% 초과 및 9중량% 이하일 수 있다.
먼저, Al 함량이 3 중량% 초과 및 5중량% 이하이고, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량% 포함하는 마그네슘 합금의 경우, 보론(B)과 이트륨(Y)을 동시에 첨가하는 경우 효과적으로 부식 속도를 저감할 수 있다.
이에 따라, B은 0.001 내지 0.01중량%만큼 포함할 수 있다.
구체적으로, 보론을 0.01중량% 초과하여 첨가하는 경우 조대한 Al-B 이차상이 형성되어 내식성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 범위로 첨가하는 경우 가장 효과적으로 부식 속도를 저감할 수 있다.
Y은 0.1 내지 0.5중량%만큼 포함할 수 있다.
구체적으로, Y을 0.1중량% 미만으로 포함하는 경우 부식 속도 저감 효과가 미미할 수 있다. 0.5중량%를 초과하여 포함하는 경우, 조대한 Al2Y 및 Al3Y 이차상이 형성되어 내식성이 저하될 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 Ti: 0.001중량% 내지 0.01중량%를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, Ti을 0.01중량% 초과하여 첨가하는 경우, 조대한 Al-Ti 이차상이 형성되어 내식성이 저하될 수 있다.
이에 따라, Al 함량이 3 중량% 초과 및 5중량% 이하이고, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량% 포함하는 마그네슘 합금의 경우, 보론과 이트륨을 전술한 범위 내에서 동시에 첨가하는 경우 내식성이 우수할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 마그네슘 합금은 AZ계 합금일 수 있고, 이때 알루미늄 및 아연의 조성 범위는 상기와 같을 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 의한 마그네슘 합금 판재는, 전체 100중량%에 대해, Al: 5 중량% 초과 및 9중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, Ti: 0.001중량% 내지 0.01중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
구체적으로, Al: 5 중량% 초과 및 9중량% 이하이고, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%인 AZ계 마그네슘 합금의 경우, 보론(B), 이트륨(Y), 및 티타늄(Ti)을 동시에 첨가하는 경우 효과적으로 부식 속도를 저감할 수 있다.
더 구체적으로, 알루미늄의 조성 범위가 증가함에 따라 Mg 기지에 조대한 Mg17Al12 이차상이 생성되어 내식성이 저하될 수 있다.
따라서, Ti을 첨가함으로써 Mg 기지의 Al 고용도가 증가할 수 있다.
구체적으로, Ti을 첨가함으로써 저온 안정상인 Mg17Al12 상의 핵생성 구동력이 증가하여, Mg 기지 내 나노 Mg17Al12상 생성을 촉진할 수 있다.
즉, Mg17Al12상의 상분율과 크기가 작아져, Mg 기지와 이차상간의 미소 갈바닉 부식(Micro-galvanic corrosion) 감소에 영향을 줄 수 있다.
이외 합금 성분 및 조성 범위를 한정한 이유는 전술한 바와 같다.
이에 따라, 상기 마그네슘 합금 표면에는 MgO 산화층이 위치하고, 상기 산화층에는 Ti성분이 포함될 수 있다.
상기와 같이 티타늄이 포함되는 경우, 산화층의 안정성을 유도하여 내식성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 25℃, 3.5wt.% NaCl 용액을 이용한 조건에서 염수침적시험(Salt immersion test) 방법으로 부식 속도를 측정한 결과, 본 발명의 일 구현예 또는 다른 일 구현예에 의한 마그네슘 합금 판재의 부식 속도는 1mm/y 이하일 수 있다. 이로써, 내식성이 우수할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 Mg17Al12 입자상을 포함할 수 있다.
이때 상기 입자의 평균 입경은 수백 1㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 100nm 내지 1㎛이하일 수 있다.
구체적으로, 마그네슘 합금 판재의 성분 및 조성을 통해 Mg17Al12 입자의 평균 입경을 작게 제어하여, 조대한 Mg17Al12 이차상에 의한 Mg 기지와의 미세 갈바닉 부식(Micro-galvanic corrosion)을 최소화하여 내식성을 향상시킬 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 Mg17Al12 입자상을 포함하고, 상기 마그네슘 합금 판재의 100부피%에 대해, 상기 입자의 부피 분율은 5% 이하일 수 있다.
구체적으로, Ti 함량을0.001 내지 0.01중량%로 제어한 결과, Mg17Al12 입자의 분율을 상기 범위와 같이 적게 제어할 수 있다.
이에 따라, 조대한 Mg17Al12 이차상에 의한 Mg 기지와의 미세 갈바닉 부식(Micro-galvanic corrosion)을 최소화하여 내식성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예인 마그네슘 합금 판재의 제조방법은, 전체 100중량%에 대해, Al: 3 중량% 초과 및 5중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계, 상기 합금 용통을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계, 상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계, 및 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 의한 마그네슘 합금 판재의 제조방법은, 전체 100중량%에 대해, Al: 5 중량% 초과 및 9중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, Ti: 0.001중량% 내지 0.01중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계, 상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계, 상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계 및 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 합금 용탕의 성분 및 조성을 한정한 이유는, 앞서 마그네슘 합금 판재의 성분 및 조성을 한정한 이유와 같으므로 생략한다.
구체적으로, 상기 합금 용탕을 준비하는 단계는, 순수 마그네슘(99.5% Mg) 을 저탄소강 도가니에 장입하고, 보호가스 분위기 하에서 710 내지 730℃로 승온하여, 상기 순수 마그네슘을 용해할 수 있다.
이후, 상기 순수 마그네슘이 완전 용해되었을 때, 융점이 높은 모합금부터 상기 순수 마그네슘에 첨가할 수 있다. 융점이 높은 합금의 순서는 Al-Ti, Al-B, Al-Mn, Al, Mg-Y, Zn 과 같다.
이후, 상기 모합금과 순수 마그네슘이 균일하게 혼합되도록 10분 내지 20분동안 교반할 수 있다.
이후, 기타 불가피한 불순물 또는 개재물이 침강할 수 있도록, 5분 내지 15분 동안 상기 합금 용탕을 교반 하지 않은 채로 유지하였다.
그 결과, 상기 성분 및 조성 범위의 합금 용탕을 준비할 수 있다.
이후, 상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계를 실시할 수 있다. 이때, 상기 용탕을 예열된 저탄소강 몰드에 출탕하여 잉곳으로 제조할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계를 실시할 수 있다.
이때, 상기 잉곳을 380 내지 420℃ 온도 범위에서 균질화 열처리할 수 있다.
상기 잉곳을 12 내지 24시간 동안 유지하여 균질화 열처리할 수 있다.
상기 조건으로 균질화 열처리함으로써, 주조 시 발생된 응력을 해소할 수 있다.
마지막으로, 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계를 실시할 수 있다. 상기 열처리된 잉곳을 275 내지 325℃ 온도 범위에서 압연할 수 있다.
구체적으로, 상기 잉곳을 압연 1회당 10 내지 20%의 압하율로 압연할 수 있다. 상기와 같이 압연함으로써, 목적하는 두께의 마그네슘 합금 판재를 수득할 수 있다.
이하, 본 명세서에서 압하율이란, 압연 시 압연 롤을 통과하기 전의 재료의 두께와 압연 롤을 통과한 후의 재료의 두께의 차이를 압연 롤을 통과하기 전의 재료의 두께로 나눈 후 100을 곱한 것을 의미한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
순수 마그네슘(99.5% Mg) 을 저탄소강 도가니에 장입하고, 보호가스 분위기 하에서 720℃로 승온하여 상기 순수 마그네슘을 용해하였다. 이후, 상기 순수 마그네슘이 완전 용해되었을 때, 융점이 높은 모합금부터 상기 순수 마그네슘에 첨가하였다. 이때, 합금 원소들이 충분히 섞이도록 상기 합금 용탕을 10분 정도 교반하였다. 이후, 상기 합금 용탕 내 개재물들을 침강시키기 위해 10분 정도 유지하여 합금 용탕을 준비하였다.
이후, 예열된 저탄소강 몰드에 상기 합금 용탕을 출탕하여 잉곳을 주조하였다.
상기 주조된 잉곳은 400℃에서 10시간 동안 균질화 열처리하였다.
상기 균질화 열처리된 잉곳은 300℃에서 압연하였다. 이때, 압연 1패스 당, 15% 압하율로 압연하였다. 그 결과, 1mm 두께의 마그네슘 합금 판재를 수득하였다.
비교예
비교예 1은 상용되는 AZ31계 마그네슘 합금을 준비하였다.
그 외 비교예는 실시예와 비교하여 합금 조성만 하기 표 1 및 2에 개시된 바와 같이 달리하였다.
실험예
부식속도 평가 방법
상기 실시예와 비교예의 부식속도를 측정하여 내식성을 평가하였다.
구체적으로, 25℃ 3.5wt.% NaCl 용액을 이용하여 염수침적시험(Salt immersion test) 방법으로 부식속도를 측정하였다.
구분 합금조성(중량%) 부식
속도
(mm/y)
Al Zn Mn B Y Ti
비교예 1 AZ31 3.04 0.74 0.30 - - - 3.32
비교예 2 AZ31-B 2.95 0.98 0.22 0.0076 - - 2.60
비교예 3 AZ31-Y 2.26 0.78 0.20 - 0.22 - 1.77
비교예 4 AZ31-B-Y 2.91 0.90 0.18 0.0015 0.28 - 1.19
실시예 1 AZ41-B-Y 3.79 0.94 0.13 0.0015 0.30 - 0.71
실시예 2 AZ51-B-Y 4.87 0.96 0.18 0.0021 0.30 - 0.61
비교예 5 AZ31-B-Y-Ti 3.11 0.89 0.19 0.0015 0.27 0.0019 1.48
실시예 3 AZ41-B-Y-Ti 3.92 0.92 0.20 0.0020 0.40 0.0017 0.84
실시예 4 AZ51-B-Y-Ti 4.85 0.92 0.20 0.0018 0.29 0.0016 0.60
표 1에 개시한 바와 같이, AZ31에 B 또는 Y을 단독 첨가한 경우(비교예 2 및 3) 비교예 1에 비해 내식성이 소폭 향상된 것을 확인할 수 있다.
다만, AZ31에 B 및 Y을 동시에 첨가한 경우(비교예 4)의 내식성이 비교예 1 내지 3보다 더 우수하였다.
다만, B 및 Y 첨가 효과는 실시예에서 더 뚜렷하게 확인할 수 있다.
구체적으로, 비교예 1 내지 4에 비해 알루미늄 함량이 더 높은 실시예 1 및 2에 B 및 Y을 동시에 첨가한 결과 부식속도가 1mm/y 이하로 우수한 것을 알 수 있다.
더 구체적으로, 본원 실시예에 티타늄을 더 첨가하는 경우(실시예 3 및 4)에도 부식 속도가 소폭 상승하였으나, 여전히 1mm/y 이하로 우수한 것을 알 수 있다.
다만, 비교예 5의 경우, 티타늄을 더 첨가한 결과 그렇지 않은 경우(비교예 4)보다 부식 속도가 증가하여 내식성이 저하된 결과를 확인할 수 있다.
구분 합금조성(중량%) 부식
속도
(mm/y)
Al Zn Mn B Y Ti
비교예 6 AZ61-B-Y 5.83 0.92 0.14 0.0073 0.26 - 2.27
비교예 7 AZ91-B-Y 8.41 0.95 0.085 0.0084 0.23 - 4.71
실시예 5 AZ61-B-Y-Ti 5.58 0.92 0.18 0.0021 0.31 0.0016 0.49
실시예 6 AZ91-B-Y-Ti 8.59 0.96 0.17 0.0016 0.23 0.0010 0.50
한편, 알루미늄 함량이 5중량%를 초과하는 경우에는 B 및 Y을 동시 첨가하더라도 내식성이 열위함을 알 수 있다.
구체적으로, 비교예 6 및 7의 부식속도가 2.27mm/y와 4.71mm/y로 내식성이 매우 열위한 결과를 확인할 수 있다.
한편, B, Y, 및 Ti을 복합 첨가한 결과, 실시예 5 및 6과 같이 부식 속도가 1mm/y로 매우 우수한 것을 알 수 있다.
기계적 물성 평가 방법
기계적 물성은 ASTM E8 규격에 따라 Gage length 25mm 판상시편을 이용하여 10-3/s 의 변형율 속도 조건에서 상온 인장시험을 실시하여 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하였다.
구분 항복강도
(Y.S, MPa)		 최대 인장강도
(U.T.S, MPa)		 연신율
(El., %)
비교예 1 AZ31 201 272 19
비교예 4 AZ31-B-Y 186 273 19
실시예 5 AZ61-B-Y-Ti 243 321 15
상기 표 3에 개시된 바와 같이, 실시예 5의 경우 연신율의 큰 감소 없이 항복강도 및 인장강도가 현저하게 높은 결과를 확인할 수 있다.
상기 표 1 및 2에 개시된 결과는 본원 도면을 통해서도 확인할 수 있다.
도 1은 실시예와 비교예의 부식 속도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 비교예 6과 실시예 5의 미세조직을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 2에 도시된 바와 같이, Ti을 첨가한 실시예 5의 경우, 비교예 6에 비해 상대적으로 Mg17Al12 입자의 크기가 더 미세해진 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 입자의 상분율도 낮아진 것을 알 수 있다.
상기 결과는 본원 도 3을 통해서도 확인할 수 있다.
도 3은 비교예 6과 실시예 5의 미세조직을 TEM으로 관찰한 사진이다.
도 3에 도시된 바와 같이, Ti을 첨가한 실시예 5의 경우, Ti을 첨가하지 않은 비교예 6에 비해 미세한 크기의 Mg17Al12 상들이 더 많이 형성된 것을 알 수 있다.
도 4는 비교예 6과 실시예 5의 표면 산화 피막을 SAM으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
구체적으로, SAM(Scanning Auger Microscopy) 분석장치를 이용하여 아르곤 이온빔(Ar ion beam)을 시편표면에 주사한 후, 깊이 방향으로 성분 깊이 프로파일(depth profile)을 얻는 방법으로 합금 표면의 산화 피막 깊이 프로파일을 분석하였다.
깊이 프로파일은 스퍼터 시간이 0 내지10분 구간에서는 2.5nm/min, 10 내지 30분 구간에서는 6.4nm/min, 30분 이상 구간에서는 16.1nm/min의 속도로 측정하였다.
그 결과, 실시예 5및 비교예 6의 표면에 MgO 산화 피막 외에도 Al2O3 산화 피막이 복합적으로 형성된 것을 확인할 수 있다.
그러나, 실시예 5의 경우 비교예 6에 비해 상대적으로 Al2O3 산화막층이 좀 더 두껍게 형성된 것을 관찰할 수 있다. 이는 실시예 5의 경우, Ti 첨가에 의해 Mg 기지 내에 Al 고용도가 미세하게 증가하여 Al2O3 산화층 형성을 촉진한 것으로 도출할 수 있다.
MgO 산화 피막의 경우 치밀하지 못한 구조로 인해 부식 저항성을 갖지 못하나, 부동태 특성이 있는 Al2O3 산화막층이 더 존재할 경우 MgO 단일 산화막층에 비해 부식 환경에 노출될 때 MgO 산화막층의 성장을 억제하여 내식성이 향상되는 효과가 있다.
이는 본원 도 5를 통해서도 확인할 수 있다.
도 5는 비교예 6과 실시예 5의 표면 산화 피막을 TEM으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
구체적으로, 염수침적시험(Salt immersion test) 1시간 경과 후 표면의 산화피막 안정성을 TEM으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다. 시편 표면의 하얀색 층은 TEM 분석을 위해 Au를 코팅한 부분이다.
그 결과, Ti을 첨가한 실시예 5의 경우, 비교예 6에 비해 상대적으로 표면의 MgO산화막층의 불균일한 성장이 적게 발생하여 표면 산화 피막이 더 안정적인 것을 확인할 수 있다.
한편, 비교예 6의 경우 1시간 염수침적 후 MgO 표면 산화층이 국부적으로 성장한 부위가 비교적 많이 관찰되었다.
즉, 실시예 5의 경우 상대적으로 산화층 성장 부위가 적게 관찰되어 더 안정적인 것을 알 수 있다.
도 6은 비교예 6과 실시예 5의 표면 산화 피막층의 합금 성분을 SIMS로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
구체적으로, SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy) 분석장치를 이용하여 Cs+ 이온을 시료표면에 주사하여 깊이 방향으로 성분 프로파일을 분석하였다. 이는 ppb 단위까지 검출이 가능하여 반도체 분석 등에 많이 쓰이는 분석방법이다.
그 결과, 실시예 5의 경우 표면 산화 피막층(MgO)에 Ti 성분이 비교예 6에 비해 많이 검출된 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 비교예 6의 표면부에 검출되는 Ti 성분은 background peak에 의한 것이고, 상대 비교를 통해 실시예 5의 표면에 Ti 성분이 더 많이 검출되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 표면 산화 피막층에 존재하는 Ti 성분이 MgO 산화 피막층의 안정성을 유도하여 내식성을 향상시킨 것으로 도출할 수 있다.
본 발명은 상기 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전체 100중량%에 대해, Al: 5 중량% 초과 및 9중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, Ti: 0.001중량% 내지 0.0017중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 판재.
  4. 제3항에서,
    상기 마그네슘 합금 판재 표면에는 MgO 산화층이 위치하고,
    상기 산화층에는 Ti성분을 포함하는 마그네슘 합금 판재.
  5. 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 마그네슘 합금 판재는 Mg17Al12 입자상을 포함하고,
    상기 입자의 평균 입경은 1㎛ 이하인 마그네슘 합금 판재.
  6. 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 마그네슘 합금 판재는 Mg17Al12 입자상을 포함하고,
    상기 마그네슘 합금 판재의 100부피%에 대해, 상기 입자의 부피 분율은 5% 이하인 마그네슘 합금 판재.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 전체 100중량%에 대해, Al: 5 중량% 초과 및 9중량% 이하, Zn: 0.5중량% 내지 1.5중량%, Mn: 0.1중량% 내지 0.5중량%, B: 0.001중량% 내지 0.01중량%, Y: 0.1중량% 내지 0.5중량%, Ti: 0.001중량% 내지 0.0017중량%, 잔부 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계;
    상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계;
    상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계; 및
    상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
  10. 제9항에서,
    상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계는,
    380 내지 420℃ 온도 범위에서 실시하는 것인 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
  11. 제9항에서,
    상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계는,
    12 내지 24시간 동안 실시하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
  12. 제9항에서,
    상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계는,
    275 내지 325℃ 온도 범위에서 실시하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
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