KR20110108772A - 마그네슘계 합금 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네슘계 합금에 관한 것으로, 마그네슘 합금을 구성하는 다수의 마그네슘 결정립, 및 상기 다수의 마그네슘 결정입계에 90% 이상이 형성되고, 결정입내에는 10% 미만이 형성되어 존재하는 금속간화합물을 포함하고, 상기 금속간화합물은 알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 마그네슘 합금의 용탕에 첨가되어 적어도 일부가 반응하여 발생되는 것을 특징으로 한다.

Description

마그네슘계 합금{MAGNESIUM ALLOY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 마그네슘계 합금에 관한 것이다.
고온으로 녹인 마그네슘 합금 용액 즉, 용탕은 쉽게 발화하는 현상이 있다.
따라서 이러한 마그네슘 합금 용탕의 발화를 방지하기 위해 다양한 종류의 보호 가스가 사용되고 있다. 대표적인 보호 가스로는 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 이들의 혼합가스 등이 있다.
그러나 마그네슘 합금 용탕의 발화 억제를 위한 보호 가스는 대부분 인체에 유해하고, 철제 장비를 부식시킬 뿐만 아니라, 특히 온실 가스로 분류되어 그 사용이 엄격히 제한되고 있다. 일례로, 상기 SF6 가스는 CO2 가스의 23,900배에 달하는 지구 온난화 효과를 가짐으로써, 선진국에서는 SF6 가스를 쓰지 못하는 규제가 시작되었으며 가스를 대체하는 등의 많은 연구가 진행되고 있다.
한편, 마그네슘 합금에 칼슘(Ca)을 첨가하게 되면 고온에서의 발화 및 산화 현상이 억제되는 것으로 알려져 있다. 그런데 이와 같이 칼슘이 첨가된 마그네슘 합금은 유동성, 열간균열 및 금형소착 등이 발생하는 단점이 있다. 또한, 상기 칼슘은 kg당 대략 200$에 육박하기 때문에, 마그네슘 합금의 제조 원가를 상승시킨다.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 보호 가스를 줄이거나 제거할 수 있는 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용해로 내, 용탕 이송 중 또는 용탕 주입시 용탕의 청정도를 향상시키는 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 유동성, 열간균열 및 금형소착 등의 문제점을 일으키지 않아 캐스팅, 포밍, 웰딩 및 PM 처리 능력을 향상시킬 수 있는 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보호 가스를 줄이거나 제거하는 동시에, 저가의 첨가제(알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속산화물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나)를 사용하여 제조비용을 절감할 수 있는 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 결정 정제(grain refinement) 및 내부 건전성(internal soundness)에 의한 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 웰딩 및 조인트 성능을 향상시킬 수 있는 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 산화 및 발화 저항성을 증가시켜 각종 애플리케이션에 안전한 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 플럭스 타입 및 온도 제어에 따른 재생 능력을 향상시킬 수 있는 마그네슘계 합금을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘계 합금은, 마그네슘 합금을 구성하는 다수의 마그네슘 결정립; 및 상기 다수의 마그네슘 결정입계에 90% 이상이 형성되고, 결정입내에는 10% 미만이 형성되어 존재하는 금속간화합물을 포함하고, 상기 금속간화합물은 알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속산화물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 마그네슘 합금의 용탕에 첨가됨으로 생성되고, 상기 알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속산화물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 용탕 속에서 해리되어 마그네슘 합금의 모상에 고용되기 보다는 우선적으로 상기 금속간화합물이 상형성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 금속간화합물은, 상기 합금의 마그네슘과 알칼리금속의 화합물, 상기 합금의 마그네슘과 알칼리토금속의 화합물, 상기 합금의 합금성분과 알칼리금속의 화합물, 및 상기 합금의 합금성분과 알칼리토금속의 화합물 중에서 적어도 하나의 형태로 존재한 것을 특징으로 한다.
상기 마그네슘 결정립은, 순수 마그네슘 결정립 또는 마그네슘 합금 결정립인 것을 특징으로 한다.
상기 금속간화합물은 0.0001 내지 30wt%가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 마그네슘 합금은, 발화 온도가 500 내지 1500℃인 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 마그네슘 결정입계에 95% 이상이 형성되고, 결정입내에는 5% 미만이 형성되어 존재하는 금속간화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘계 합금은, 마그네슘 합금을 구성하는 다수의 마그네슘 결정립; 및 상기 다수의 마그네슘 결정입계에 90% 이상이 형성되고, 결정입내에는 10% 미만이 형성되어 존재하는 금속간화합물을 포함하고, 상기 금속간화합물은 알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 마그네슘 합금의 용탕에 첨가되어 적어도 일부가 반응하여 발생되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 마그네슘 합금의 제조 공정중 발화 온도를 높이고, 산화 현상을 억제하는 첨가제를 첨가함으로써 온실 가스로 분류되는 보호 가스의 사용량을 줄이거나 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 마그네슘 합금의 제조 공정중 첨가되는 첨가제의 영향으로 용해로 내, 용탕의 이송 또는 용탕의 주입시 용탕이 청정도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 유동성, 열간균열 및 금형소착 등의 문제점을 일으키지 않아 캐스팅, 포밍, 웰딩 및 PM 처리 능력도 향상시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명은 상기와 같은 이유로 웰딩 및 조인트 성능도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 마그네슘 합금의 제조 공정중 첨가되는 첨가제(알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속산화물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나)를 저가로 구입하여 사용할 수 있음으로써, 보호 가스의 사용 저감 및 제거에 의한 원가 절감뿐만 아니라 첨가제에 의한 원가도 절감된다.
또한, 본 발명은 마그네슘 합금의 제조 공정중 첨가되는 첨가제에 의해 결정 정제 및 내부 건전성이 우수해짐으로써, 기계적 특성이 향상된다.
또한, 본 발명은 마그네슘 합금의 제조 공정중 첨가되는 첨가제에 의해 산화 및 발화 온도가 증가함으로써, 각종 애플리케이션에서 안전성이 향상된다.
또한, 본 발명은 마그네슘 합금의 제조 공정중 첨가되는 첨가제가 결정립 내부가 아닌 결정립계에 금속간화합물 형태로 존재함으로써, 마그네슘 합금의 재생 시 공급되는 플럭스 및 온도 효과에 따라 첨가제가 반응하지 않음으로써, 우수한 재생 능력을 갖는다. 즉, 마그네슘 합금의 재생 공정중 별도의 첨가제 첨가 공정을 수행할 필요가 없다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명에서 첨가제의 하나인 알칼리토금속 산화물(CaO)를 마그네슘 용탕에 첨가한 후, 첨가제의 해리 순서도이다.
도 3은 본 발명에서 첨가제의 하나인 알칼리토금속 산화물(CaO)이 마그네슘 용탕 상부층의 교반을 통해 해리되는 예시도이다.
도 4(a) 내지 도 4(f)는 본 발명에서 제조된 마그네슘계 합금의 EPMA 실험 결과 사진이다.
도 5(a) 내지 도 5(e)는 본 발명에서 제조된 다른 마그네슘계 합금의 EPMA 실험 결과의 사진이다.
도 6(a) 내지 도 6(e)는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 TEM 실험 결과를 도시한 사진이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 보호 가스 저감 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 TGA 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 AES 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 상온 및 고온에서의 경도를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 대기 및 질소 분위기에서의 발화 온도를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 상온에서의 경도를 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 대기 및 질소 분위기에서의 발화 온도를 도시한 그래프이다.
도 16은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 빌렛 표면 사진이다.
도 17은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도를 도시한 그래프이다.
도 18은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 경도를 도시한 그래프이다.
도 19는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 조직 사진이다.
도 20은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 경도 데이터이다.
도 21은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도 그래프이다.
도 22는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 조직 사진이다.
도 23은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 경도 데이터이다.
도 24는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도 그래프이다.
도 25는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도 그래프이다.
도 26은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의한 제조된 마그네슘 합금의 경도 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 27 및 도 28은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 29 및 도 30은 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 보호 가스 저감 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 31 및 도 32는 본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 33 내지 도 35는 보호 가스가 없는 경우, 보호 가스가 있는 경우 및 본 발명의 방법에 따라 각각 제조한 마그네슘 합금의 표면을 도시한 사진이다.
도 36은 본 발명에서 CaO 첨가량이 AZ91D 마그네슘합금의 발화 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 건조 공기(dry air) 분위기에서 DTA 테스트를 한 결과를 나타낸다.
도 37은 본 발명에서 SrO 첨가량이 AZ31 마그네슘합금의 발화 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 건조 공기(dry air) 분위기에서 DTA 테스트를 한 결과를 나타낸다.
도 38은 본 발명에서 CaO 첨가된 마그네슘 합금의 발화 특성을 기존의 상용의 고온용 마그네슘 합금과 비교하기 위해서 같은 조건에서 토치를 이용하여 가열하여 발화까지의 시간을 측정한 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법은 마그네슘 용탕 형성 단계(S1)와, 첨가제 첨가 단계(S2)와, 교반 단계(S3)와, 첨가제의 소진 단계(S4)와, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 소진 단계(S5), 주조단계(S6), 그리고 응고 단계(S6)를 포함한다.
상기 마그네슘 용탕 형성 단계(S1)에서는 마그네슘을 도가니에 넣고 보호 가스 분위기에서 600 내지 800℃의 온도를 제공한다. 본 발명에서 마그네슘이나 마그네슘합금의 용해를 위한 온도는 순수 마그네슘금속이 녹는 온도와 마그네슘합금이 녹는 온도를 의미한다. 합금의 종류에 따라 녹는 온도는 차이가 있을 수 있다. 충분한 반응을 위해서는 마그네슘이나 마그네슘합금이 완전히 용해된 상태에서 첨가제가 투입된다. 용해 온도는 고상이 충분히 녹아서 완전한 액상으로 존재하는 온도이면 충분하다. 단, 본 발명에서 첨가제의 첨가로 인하여 용탕의 온도가 떨어지는 점을 고려하여 충분히 여유를 갖는 온도범위에서 용탕을 유지하는 작업이 필요하다.
여기서, 온도가 400℃ 미만이면 마그네슘 합금 용탕이 형성되기 어렵고, 온도가 800℃를 초과하면 마그네슘 용탕이 발화할 위험이 있다. 용해온도를 너무 높이 올릴 경우에는 액체금속의 승화가 발생하고 또한 마그네슘의 특성상 쉽게 발화하여 용탕양의 손실을 가져올 수 있고 최종물성에도 악영향을 미칠 수 있다.
마그네슘이나 이의 합금을 용해시 용탕의 발화를 억제하기 위해 사용되는 보호 가스는 통상의 SF6,SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물과, 또한 이들의 혼합 가스가 이용된다.
통상적으로 산업계에서 사용되고 있는 어떠한 마그네슘합금도 사용이 가능하다. 또한, 상기 마그네슘 합금은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg-Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si, Mg-Zn-Y 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 마그네슘 합금으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 첨가제 첨가 단계(S2)에서는 상기 마그네슘 용탕에 분말 형태의 첨가제를 첨가한다. 여기서, 첨가제는 마그네슘 합금과의 반응을 촉진시키기 위해 분말상태인 것이 바람직하다. 바람직하게는 효율적인 반응을 위하여 반응 표면적을 증대시키기 위하여 분말상태의 투입이 바람직하다.
여기서, 상기 첨가제 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 알칼리금속 산화물, 알칼리금속 화합물, 알칼리토금속 산화물, 알칼리토금속 화합물 및 그 등가물과, 또한 이들의 혼합물이 가능하다.
상기 알칼리금속 산화물은 나트륨 산화물, 칼륨 산화물 및 그 등가물 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 알칼리토금속 산화물은 베릴륨 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물 및 그 등가물 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 알칼리토금속 화합물은 칼슘카바이드(CaC2), 칼슘 시아나미드(CaCN2), 칼슘 카보네이트(CaCO3), 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트(CaSO4) 및 그 등가물 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 그러나 이러한 종류로 첨가제를 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 첨가제는 마그네슘 합금의 발화 온도는 높이고, 산화력은 줄이며, 또한 보호 가스의 필요량을 줄일 수 있는 것이라면 어느 것이라도 이용할 수 있다.
첨가제로는 마그네슘 합금 100wt%에 대하여 0.0001 내지 30wt%가 첨가될 수 있다. 상기 첨가제가 0.0001wt% 미만인 경우에는 첨가제에 의한 효과(발화 온도 증가, 산화력 감소, 및 보호 가스 감소)가 작다. 또한, 상기 첨가제가 30wt%를 초과하게 되면 원래의 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 특성이 나타나지 않는다. 첨가제의 투입양은 목적으로 하는 최종 타깃 합금조성에 따라서 결정된다. 즉 마그네슘합금 속에 Ca를 합금화하길 희망하는 양에 따라서 역계산하여 CaO의 양을 결정할 수 있다.
또한, 상기 첨가제 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 크기가 0.1~500㎛일 수 있다. 상기 첨가제의 크기가 0.1㎛ 미만으로 너무 미세한 경우는 승화되는 마그네슘이나 열풍에 의하여 비산되어 노에 투입되기가 어려움이 발생된다. 그리고 서로 응집되어서 액상의 용융금속과 쉽게 섞이지 않고 덩어리지게 된다. 또한, 상기 첨가제의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 상기 첨가제가 너무 굵은 경우에는 언급하였듯이 표면적을 증대시킨다는 관점에서 바람직하지 않다. 이상적인 파우더의 입도는 500㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 200㎛이하인 것이 좋다.
상기 교반 단계(S3)에서는 상기 마그네슘 용탕을 첨가제의 0.1wt% 당 1초~60분 동안 교반한다.
여기서 교반 시간이 1초/0.1wt% 미만이면 마그네슘 용탕에 첨가제가 충분히 섞이지 않고, 교반 시간이 60분/0.1wt%을 초과하면 마그네슘 용탕의 교반 시간이 불필요하게 길어질 수 있다. 일반적으로 교반의 시간은 용탕의 크기와 투입되는 첨가제의 양에 의존하다.
첨가제 분말의 투입은 필요양을 일시에 투입하는 방법도 사용할 수 있으나, 반응을 촉진시키고 분말의 응집 가능성을 낮추는 측면에서는 일차 투입 후에 시간차를 가지고 재차 또는 적정량으로 나누어 순차적으로 투입하는 것도 바람직하다.
교반 방법 및 조건
본 발명의 마그네슘 또는 마그네슘합금과 첨가제와의 효율적인 반응을 위하여 교반이 바람직하다. 교반의 형태는 용탕을 담고 있는 노주위에 전자기장을 인가할 수 있는 장치를 구비함으로 전자기장 필드를 발생시켜 용탕의 컨벡션을 유도할 수 있다. 또한 외부에서 용탕에 인위적인 교반(기계적인 교반)을 할 수 있다. 기계적인 교반의 경우 투입되는 첨가제 분말이 뭉치지 않도록 적절하게 교반할 수도 있다. 교반의 궁극적인 목적은 용탕과 투입되는 분말과의 반응을 적절하게 유도하는데 있다.
교반을 위한 시간은 용탕의 온도와 투입되는 분말의 상태(예열상태 등)등에 따라 차이가 있을 수 있다. 바람직하게는 용탕표면에서 분말이 보이지 않을 때까지 교반하여 주는 것을 원칙으로 한다. 그 이유는 분말은 비중이 용탕보다 낮기에 정상상태에서는 용탕위에 유동하게 되고 용탕위에서 분말이 보이지 않을 때는 충분한 반응이 되었다고 간접적으로 결정할 수 있다. 여기서 충분한 반응이라고 함은 첨가제가 용탕과 실질적으로 모두 반응하여 소진된 상태를 의미한다.
비록 분말이 용탕위에서 확인되지 않더라도 용탕속에서 존재할 가능성도 배제할 수 없기에 교반시간 이후 유지시간을 갖으면서 미쳐 부상하지 않은 분말의 존재를 확인하고 미쳐 반응하지 않은 분말의 반응을 마치는 시간을 부여한 유지시간이 필요하다.
교반의 시기
교반의 시기는 분말의 투입과 동시에 하는 것이 유효하다. 또한 분말이 용탕으로부터 열을 받아 일정 온도 이상으로 도달한 후 교반을 시작하여 반응을 촉진시킬 수도 있다. 용탕의 표면에서 투입된 첨가제의 분말이 감지되지 않을 때까지 교반을 계속하여 준다. 알칼리토금속 산화물이 반응으로 모두 소진된 후 교반을 완료한다.
표면 반응
용탕에 첨가제를 투입하는 경우에는 비중차에 의하여 용탕 속으로 가라앉지 않고 용탕의 표면에 부유하게 된다.
통상의 금속의 합금화의 경우에는 용탕과 합금원소 금속을 대류(convection)나 교반(stirring)시켜서 적극적인 반응을 유도하는 것이 일반적이다. 그러나 본원의 경우에는 적극적인 반응을 유도한 경우에는 용탕 속으로 투입되는 첨가제가 미쳐 반응하지 못하고 최종 재료에 잔류하여 물성치를 떨어뜨리거나 결함의 원인으로 작용하였다. 즉, 용탕의 표면이 아니 용탕속의 반응을 유입되는 경우, 용탕의 표면에서의 반응보다 첨가제가 최종 용탕속에 잔류하는 경우가 높았다.
따라서 본 발명에서는 산화물이 용탕 속에서 반응하기 보다는 용탕의 표면에서 반응하도록 반응환경을 조성하는 것이 중요하다. 그러기 위해서는 용탕 표면에 부유하는 산화물을 강제적으로 용탕 안으로 저어주지 않도록 하는 것이 중요하다. 단순히 표면에 펴져 있는 첨가제를 노출되는 용탕의 표면쪽으로 고루 퍼지도록 펼쳐주는 것이 중요하다.
교반을 안하는 것보다는 하는 것이 반응이 잘 일어나고, 용탕의 내부보다는 외부표면(상층부 표면)에서 교반을 하는 것이 더 잘 일어났다. 즉 외부표면(상층부 표면)은 대기와 노출된 분말과 더 반응을 잘 일으켰다. CaO의 한쪽은 대기중에 접촉하고 있는 것이 효과가 더 좋았다. 진공이나 분위기 가스하에서는 결과가 좋지는 않았다. 충분한 반응을 위해서는 상층부 교반을 행하여 표면반응을 유도하는 것이 필요하다.
아래의 표 1은 본 발명에서 AM60B 마그네슘합금의 용탕에 70㎛의 입자크기를 갖는 5, 10, 15wt%의 산화칼슘을 각각 첨가한 후 교반의 방법에 따른 마그네슘합금내의 산화칼슘의 잔량을 측정한 값이다. 교반의 방법으로는 용탕의 상층부 교반, 용탕의 내부 교반, 그리고 나머지 하나는 교반을 하지 않았다. 교반 조건을 달리함에 따라서 교반의 상층부만을 교반하는 경우가 교반하지 않는 경우와 내부 교반을 한 경우와 비교할 때 산화칼슘의 잔량이 5, 10, 15wt% 산화칼슘을 첨가함에 따라서 최종 잔류량은 0.001, 0.002, 0.005wt%로 가장 작게 잔류함을 확인할 수 있었다. 즉, CaO를 Mg용탕의 표면에서 반응시키기 위해 용탕상층부를 교반한 경우 첨가된 CaO 거의 대부분 Ca로 분리되는 것을 알 수 있다.
5wt%CaO 첨가 10wt%CaO 첨가 15wt%CaO 첨가
합금 내
CaO 잔량		 교반하지 않음 4.5wt%CaO 8.7wt%CaO 13.5wt%CaO
용탕 내부 교반 1.2wt%CaO 3.1wt%CaO 5.8wt%CaO
용탕 상층부
교반(본 발명)		 0.001wt%CaO 0.002wt%CaO 0.005wt%CaO
도 2와 3에 예시되어 있듯이, 첨가제인 알칼리토금속 산화물의 산소성분은 상기 용탕 상부층의 교반을 통해서 실질적으로 용탕 표면 위로 제거된다. 상기 교반은 상기 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 20% 내외의 상층부에서 교반이 이루어지는 것이 좋다. 20% 이상의 깊이에서는 본 발명에서 바람직한 예시로 제시한 표면반응이 일어나기가 어렵다. 더욱 바람직하게는 상기 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 10% 내외의 상층부에서 교반이 이루어지는 것이 좋다. 이는 실질적으로 부유하는 알칼리토금속 산화물을 실제로 용탕깊이에 10% 상위층에서 위치하도록 유도함으로 용탕의 교란을 최소화할 수 있었다.
상기 첨가제의 소진 단계(S4)에서는 상기 용탕과 상기 첨가된 첨가제의 반응을 통해, 첨가제가 마그네슘 합금 속에 적어도 일부 또는 실질적(substantially)으로 잔류되지 않도록 소진시키게 된다. 본 발명에서 투입되는 첨가제는 충분한 반응에 의하여 전부 소진되어 것이 바람직하다. 그러나, 일부 반응되지 않고 합금내에 남아 있는 경우라도 물성에 크게 영향을 미치지 않는 경우에도 유효하다.
일 예로 첨가제의 하나인 알칼리토금속 산화물을 소진시킨다는 것은, 알칼리토금속 산화물에서 산소 성분을 제거하는 것이다. 상기 산소 성분은 산소(O2) 가스의 형태로 제거되거나, 또는 용탕속의 마그네슘 또는 그 합금성분과의 결합을 통해서 드로스(dross)나 슬러지형태로 제거될 수 있다. 그리고, 상기 산소 성분은 용탕 상부층의 교반을 통해서 실질적으로 용탕 표면 위로 제거된다. 도 3는 본 발명에서 마그네슘 용탕 상부층의 교반을 통해 첨가제의 하나인 알칼리토금속 산화물이 해리되는 것을 표현한 예시도이다.
상기 알칼리금속이나 알칼리토금속 반응 단계(S5)에서는, 상기 첨가제의 소진(해리) 결과로 생성된 알칼리금속이나 알칼리토금속을 마그네슘 합금 속에 적어도 일부 또는 실질적으로 잔류되지 않도록 반응시키게 된다. 여기서, 해리 결과 생성된 알칼리토금속은 상기 마그네슘 합금 속의 마그네슘, 알루미늄, 그리고 상기 용탕속의 그 외 합금원소(성분) 중 적어도 어느 하나와 화합물화되어 실질적으로 잔류되지 않도록 한다는 것이다. 여기서 화합물이라 함은 금속과 금속의 결합하여 이루어진 금속간화합물을 포괄적으로 지칭한다. 여기서 S4와 S5는 교반과 동시에 일어나는 반응으로 이해를 돕기 위해 단계로 나누어 설명하고 있다.
한편, 주조 단계(S6)에서는 상기 마그네슘 용탕을 상온이나 예열상태의 주형에 넣어 주조한다. 여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 중력 주조, 연속 주조 및 그 등가 방식이 가능하다.
상기 마그네슘계 용탕의 온도가 떨어짐에 따라 상기 마그네슘계 합금 속에 마그네슘, 알루미늄, 그리고 상기 용탕속의 그 외 합금원소 중 적어도 어느 하나와 화합물을 생성시키게 된다.
상기 응고 단계(S7)에서는 상기 주형을 상온으로 냉각시킨 후 주형에서 마그네슘 합금(eg. 마그네슘 합금 잉곳)을 꺼낸다. 상기와 같은 방법으로 제조된 마그네슘 합금은 아래에서 설명하겠지만 마그네슘계 합금 속에 마그네슘, 알루미늄, 그리고 상기 용탕속의 그 외 합금원소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 형태를 갖게 된다.
다음은 순수 마그네슘과 합금 마그네슘이 산화칼슘(첨가제중 하나)과 해리되어 반응하는 식이다.
순수한 마그네슘 용탕의 경우에는 용탕속의 마그네슘성분은 알칼리토금속과 반응하여 마그네슘(알칼리토금속) 화합물을 형성한다. 일예로 알칼리토금속 산화물이 CaO인 경우는 Mg2Ca가 형성된다. 그리고 CaO를 구성하고 있던 산소는 O2가 되어 용탕 밖으로 배출되거나, Mg와 결합하여 MgO가 되고 dross형태로 배출된다.(아래 반응식 1을 참조)
반응식 1
Pure Mg + CaO -> Mg (Matrix) + Mg2Ca
... [O2 발생 + MgO dross발생]
마그네슘 합금 용탕의 경우에는 용탕속의 마그네슘성분은 알칼리토금속과 반응하여 마그네슘(알칼리토금속) 화합물이나 알루미늄(알칼리토금속) 화합물을 형성한다. 또한 마그네슘이나 알루미늄과 함께 마그네슘의 합금원소가 알칼리토금속과 화합물을 형성한다. 일예로 알칼리토금속 산화물이 CaO인 경우는 Mg2Ca, Al2Ca, 또는 (Mg, Al, 기타 합금원소)2Ca가 형성된다. 그리고 CaO를 구성하고 있던 산소는 순수 마그네슘의 경우와 같이 O2가 되어 용탕 밖으로 배출되거나, Mg와 결합하여 MgO가 되고 dross형태로 배출된다.(아래 반응식 2를 참조)
여기서, 첨가제에서 제공되는 Ca는 합금속의 Mg 보다는 그 외 다른 성분원소와 화합물화를 하는 경향을 보였다.
반응식 2
Mg Alloy + CaO -> Mg Alloy (Matrix) +
(Mg2Ca + Al2Ca + (Mg, Al, 기타 합금원소)2Ca}
... [O2 발생 + MgO dross발생]
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 마그네슘 합금의 생산방법과 비교하여 보다 경제적으로 마그네슘 합금을 제조공법이다. 알칼리토금속(예: Ca)은 상대적으로 알칼리토금속 산화물(예: CaO)에 비하여 고가의 합금원소로서 마그네슘합금의 가격을 상승시키는 요인으로 작용한다. 또한 알칼리토금속 산화물을 알칼리토금속을 대신하여 마그네슘나 마그네슘합금에 첨가함으로 상대적으로 합금화하기가 용이하다. 반면에, 알칼리토금속(예: Ca)을 직접 첨가하지 않고, 화학적으로 안정한 알칼리토금속 산화물(예: CaO)을 첨가함으로써 동일 또는 그 이상의 합금화 효과가 발생시킬 수 있다.
알칼리토금속을 마그네슘나 마그네슘합금에 직접 투입하는 경우 마그네슘합금에서 알칼리토금속의 고용화가 일정한 양 발생하는 반면에, 본 발명의 기술을 활용한 경우에는 알칼리토금속 산화물(CaO)를 첨가시에는 고용되는 정도가 알칼리토금속을(Ca) 직접 첨가하는 경우와 비교하여 고용이 없거나 극히 적다. 따라서, 알칼리토금속 산화물을 첨가하여 마그네슘합금을 제조하는 경우에는 알칼리토금속의 상당한 양이 직접 마그네슘이나 Al의 금속간화합물(예: Mg2Ca나 Al2Ca)을 형성함으로 인해 물성이 알칼리금속이나 토금속(예: Ca)를 직접 투입했을 때 보다 향상됨을 볼 수 있다.
상기 금속간화합물은 상기 마그네슘 결정립들의 외부인 경계면에 대부분 존재하게 되지만, 마그네슘 결정립의 내부에도 존재할 수도 있다. 여기서, 상기 마그네슘 결정립은 순수 마그네슘 결정립, 마그네슘 합금 결정립 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 금속간화합물은 마그네슘과 알칼리 금속의 화합물, 마그네슘과 알칼리토금속의 화합물, 마그네슘 합금 중 마그네슘 이외의 물질과 알칼리 금속의 화합물, 및 마그네슘 합금중 마그네슘 이외의 물질과 알칼리토금속의 화합물 중에서 적어도 어느 하나일 수 있고, 또는 이들의 복합 화합물일 수도 있다.
이와 같이 하여 본 발명에 따른 마그네슘 합금(1)의 경도(HRF)는 첨가제의 양에 따라 증가하지만, 가공 방법 및 열처리 등에 따라 다양하게 변화하기 때문에, 이러한 경도 값으로 본 발명에 따른 마그네슘 합금(1)을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 마그네슘 합금(1)은 발화 온도(℃)가 500 내지 1500℃로서, 발화 저항 특성이 향상된다. 더불어, 아래에서 설명하겠지만, 본 발명은 보호 가스의 사용량을 상당히 저감시킨다.
도 4는 상용 마그네슘 합금인 AM60B 합금에 0.45wt%의 CaO를 첨가하여 본원의 제조방법으로 제조한 Mg 합금의 구성성분을 분석한 EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) Mapping 그림이다. 도 4(b)는 마그네슘에 대한 사진으로서 적색 영역이 마그네슘이다. 도 4에 도시된 바와 같이 마그네슘은 많은 결정립과 결정립계로 이루어짐을 확실히 알 수 있다. 사진에서 청색은 마그네슘이 없는 부분이다. 도 4(c)는 알루미늄에 대한 사진으로서 결정립계에 소량 존재함을 알 수 있다. 즉, 사진에서 적색 부분이 알루미늄이다. 도 4(d)의 Ca의 존재영역이 (c)Al의 존재영역과 유사한 것을 볼 수 있다. CaO에서 분리된 Ca가 Mg기지에 고용되지 않고 Al과 상을 형성하였기 때문이다(Al2Ca 상 형성). 도 4(f)는 Mn에 대한 사진으로서 결정립계에 알루미늄보다 훨씬 적게 존재함을 알 수 있다. 도 4(d)는 칼슘에 대한 사진으로서 결정립계에 소량 존재함을 수 있다. 사진에서 적색 부분이 칼슘이다. 도 4(e)를 보면 합금 내에 O가 거의 존재하지 않는 것을 알 수 있다. 이는 Mg합금에 첨가된 CaO에서 O가 분리되어 용탕상태에서 O2 가스형태로 없어지거나 아니면 MgO형태의 드로스나 슬러지 형태로 합금 내에서 제거되는 것을 보여준다. 여기서 첨가제에서 제공되는 Ca는 합금속의 Mg 보다는 그 외 다른 성분원소와 화합물화를 하는 경향을 보였다. 즉, AM60B 마그네슘 합금에 칼슘 산화물을 첨가한 경우 칼슘 산화물은 환원되며, 주로 결정립계에 알루미늄칼슘(Al2Ca)의 금속간화합물 형태로 존재한다.
도 5는 도 4와는 다른 마그네슘 합금인 AZ91D 합금에 0.52wt% CaO를 첨가하여 본 발명의 제조방법으로 제조한 합금의 성분을 분석한 EPMA 의 Mapping 사진이다. 사진에서 볼 수 있듯이 동일한 결과를 보여주고 있다. 도 4와 도 5에서 알 수 있듯이, 금속간화합물은 대부분이 결정립계에서 형성됨을 보여주고 있다. 그러나 금속간화합물이 결정립내에서 작은 양이 존재함을 알 수 있다.
도 6(a) 내지 도 6(e)는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 TEM(Transmission Electron Microscope) 실험 결과를 도시한 사진이다. 도 6(a)는 마그네슘 합금의 결정립내를 찍은 사진이다. 도 6(d)에서 볼 수 있듯이 칼슘의 성분들의 위치가 알루미늄의 성분들과 겹쳐 존재함을 알 수 있었다. 이는 알루미늄과 칼슘이 금속간화합물을 형성하고 입계에 대부분 존재하지만 결정입내에도 존재함을 보여주고 있다. 본 발명의 마그네슘 합금은 다결정체이다. 이러한 결정입내에서 존재하는 비율은 합금의 종류 및 투입되는 첨가제의 종류 및 양에 따라 달랐다. 상기 금속간화합물은 다수의 마그네슘 결정체의 결정입계에 90% 이하가 형성되고, 결정입내에는 10%가 넘는 경우도 존재한다. 상기 금속간화합물이 결정입내에 10% 미만 존재시킴으로 본 발명에서 기대되는 물성을 얻을 수 있었다. 바람직하게는 5% 미만으로 존재시키는 것이 본 발명의 희망하는 물성을 위해서 더욱 바람직했다. 여기서 형성된 금속간화합물의 체적비는 EPMA사진과 TEM사진을 이용하여 분석하였다.
본 발명에서 생성되는 금속간화합물은 투입되는 첨가제의 양에 비례하여 결정입계나 결정입내에 형성된다.
본 발명에서 제조된 상기 마그네슘계 합금은 캐스팅 합금(casting alloy), 러트 합금(wrought alloy), 크립 합금(creep alloy), 댐핑 합금(damping alloy), 분해 가능한 바이오 합금(degradable bio alloy) 및 파우더 메탈러지(powder metallurgy)중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이용될 수 있다.
일례로, 상기 캐스팅 합금은 AZ91D, AM20, AM50, AM60에 CaX을 혼합하여 형성한 것일 수 있다. 여기서, 상기 CaX는 CaO, CaC2, CaCN2 등일 수 있다.
그러나 이러한 종류로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 러트 합금은 AZ31, AM30에 CaX를 혼합하여 형성한 것일 수 있다.
상기 크립 합금은 Mg-Al, Mg-Al-Re에 CaX 또는 SrO를 혼합하여 형성한 것일 수 있다. 더불어, 상기 크립 합금은 Mg-Al-Sn 또는 Mg-Zn-Sn에 CaX를 혼합하여 형성한 것일 수 있다.
상기 댐핑 합금은 순수 Mg, Mg-Si, SiCp/Mg에 CaO을 혼합하여 형성한 것일 수 있다.
상기 분해 가능한 바이오 합금은 순수 Mg에 CaO을 혼합하여 형성한 것일 수 있다.
상기 파우더 메탈러지는 Mg-Zn-(Y)에 CaX을 혼합하여 형성한 것일 수 있다.
(실시예 1)
본 발명의 마그네슘 합금 중에서 100㎛의 입도를 갖는 산화칼슘이 1.5 내지 12.5wt% 첨가된 AZ31 마그네슘 합금은 산화칼슘(CaO)의 첨가량이 증가할수록 경도(hardness)가 증가함을 알 수 있다. 즉, 상온에서 산화칼슘이 첨가되지 않은 AZ31 마그네슘 합금의 경도는 대략 40이며, 산화칼슘이 첨가된 AZ31 마그네슘 합금은 경도가 지속적으로 40보다 증가하는 것을 보이고 있다.
이와 같은 산화칼슘의 wt%에 따른 경도는 아래 표 2와 같다.
합금 산화칼슘 첨가량 경도[Hv]
마그네슘 합금
(AZ31)		 1.5 wt% 52
3.7 wt% 55
7.4 wt% 58
12.5 wt% 60
따라서, 표 2에서와 같이 마그네슘 합금에 산화칼슘 1.5 내지 12.5 wt%를 첨가하였을 때 강도가 지속적으로 증가하는 것을 알 수 있고, 12.5wt%에서는 경도가 대략 60 정도로 기존의 AZ31 마그네슘 합금에 비해 50% 이상 증가된 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
본 발명에 의해 제조된 마그네슘계 합금과 기존의 합금(AM60)과의 기계적 특성을 비교하였다. 상온에서 본 발명에 의해 제조된 마그네슘계 합금(AM60+CaO)이 기존의 AM60 합금 보다 항복강도(YS)와 인장강도(UTS) 및 연신율(EL)이 모두 우수한 것으로 나타났다.
예컨대, 기존의 AM60 합금은 항복강도가 115[MPa]이고, 인장강도가 215[MPa]이며, 연신율이 6% 정도이다.
하지만, AM60 합금에 1.0wt%의 CaO를 첨가한 마그네슘 합금은 항복강도가 152[MPa]이고, 인장강도가 250[MPa]이며, 연신율이 8% 정도로, 기존의 AM60 합금보다 기계적 특성이 상당히 우수해졌다.
(실시예 3)
본 발명에서 제조된 마그네슘 합금의 상온에서의 경도를 측정하였다. 제조 공정중 150㎛의 입도를 갖는 스트론튬 산화물이 1.2 내지 5.6wt%가 첨가된 AM50 마그네슘 합금은 그 스트론튬 산화물의 첨가량이 증가할수록 경도가 증가함을 알 수 있다. 즉, 상온에서 스트론튬 산화물이 첨가되지 않은 AM50 마그네슘 합금의 경도는 대략 45 정도이며, 산화 스트론튬이 소량 첨가된 AM50 마그네슘 합금의 경도는 대략 50 이상으로 나타난다.
이와 같은 산화스트론튬의 wt%에 따른 경도는 아래 표 3과 같다.
합금 산화스트론튬 첨가량 경도[Hv]
마그네슘 합금
(AM50)		 1.2 wt% 51
2.0 wt% 53
3.8 wt% 55
5.6 wt% 57
따라서, 표 3에서와 같이 마그네슘 합금에 산화스트론튬 1.2 내지 5.6 wt%를 첨가하였을 때 강도가 지속적으로 증가하는 것을 알 수 있고, 5.6wt%에서는 경도가 57 정도로 기존의 AM50 마그네슘 합금에 비해 대략 33% 이상 증가된 것을 알 수 있다.
(실시예 4)
본 발명에 의해 제조된 마그네슘계 합금과 기존의 합금(AM50)과의 기계적 특성을 비교하였다. 상온에서 본 발명에 의해 제조된 마그네슘계 합금(AM50+SrO)이 기존의 AM50 합금 보다 항복강도(YS)와 인장강도(UTS) 및 연신율(EL)이 모두 우수한 것으로 나타났다.
예컨대, 기존의 AM50 합금은 항복강도가 120[MPa]이고, 인장강도가 170[MPa]이며, 연신율이 7% 정도이다.
하지만, AM50 합금에 1.2wt%의 SrO를 첨가한 마그네슘 합금은 항복강도가 152[MPa]이고, 인장강도가 220[MPa]이며, 연신율이 11% 정도로, 기존의 AM60 합금보다 기계적 특성이 상당히 우수해진 것을 알 수 있다.
(실시예 5)
본 발명의 또다른 실시예에 의해 제조된 마그네슘 합금의 경도 실험 결과를 측정하였다. AZ91 마그네슘 합금에 150㎛의 입도의 산화마그네슘(MgO)이 0.001 내지 0.42 wt%를 첨가하였다. 마그네슘 합금에 산화마그네슘이 첨가된 경우, 첨가되지 않은 경우와 비교하여 경도가 연속적으로 증가함을 알 수 있었다.
즉, 상온에서 산화마그네슘이 첨가되지 않은 AZ91 마그네슘 합금의 경도는 대략 51 정도이며, 산화마그네슘이 소량 첨가된 AZ91 마그네슘 합금의 경도는 대략 54 이상으로 나타난다.
이와 같은 산화마그네슘의 wt%에 따른 경도는 아래 표 4와 같다.
합금 산화마그네슘 첨가량 경도[Hv]
마그네슘 합금
(AZ91)		 0.001 wt% 53
0.05 wt% 58
0.25 wt% 59
0.42 wt% 60
따라서, 표 4에서와 같이 마그네슘 합금에 산화마그네슘 0.001 내지 0.42 wt%를 첨가하였을 때 강도가 지속적으로 증가하는 것을 알 수 있고, 0.42wt%에서는 경도가 60 정도로 기존의 AZ91 마그네슘 합금에 비해 대략 18% 이상 증가된 것을 알 수 있다.
(실시예 6)
본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 상온에서의 경도를 측정하였다. 제조 공정중 100㎛의 입도를 갖는 산화칼슘이 1 내지 12wt% 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 산화칼슘(CaO)의 첨가량이 증가할수록 경도가 증가함을 알 수 있었다. 즉, 상온에서 산화칼슘이 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금의 경도는 대략 57이며, 산화칼슘이 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 경도가 지속적으로 57보다 증가하는 것을 보이고 있다.
(실시예 7)
본 발명에 따른 마그네슘계 합금의 제조 방법에 의한 제조된 마그네슘 합금의 경도를 측정하였다. AM50 마그네슘 합금에 150㎛의 입도의 산화마그네슘(MgO)이 3 내지 12 wt% 첨가하였다. 산화마그네슘이 첨가된 경우, 첨가되지 않은 경우와 비교하여 경도가 연속적으로 증가함을 알 수 있었다.
(실시예 8)
AM60B 마그네슘합금의 용탕에 70㎛의 입자크기를 갖는 5, 10, 15wt%의 산화칼슘을 각각 첨가한 후 교반의 방법에 따른 마그네슘합금내의 산화칼슘의 잔량을 측정하였다. 교반의 방법으로는 용탕의 상층부 교반, 용탕의 내부 교반, 그리고 나머지 하나는 교반을 하지 않았다. 교반 조건을 달리함에 따라서 교반의 상층부만을 교반하는 경우가 교반하지 않는 경우와 내부 교반을 한 경우와 비교할 때 산화칼슘의 잔량이 5, 10, 15wt% 산화칼슘을 첨가함에 따라서 최종 잔류량은 0.001, 0.002, 0.005wt%로 가장 작게 잔류함을 확인할 수 있었다.
(실시예 9)
세 개의 AZ91D 마그네슘 합금 3kg을 구비하고, 이들을 각각 680℃의 온도로 가열하여 용탕을 형성하였다. 이어서, 각 용탕에 파우더 형태로서 100㎛ 미만, 100~200㎛, 500㎛의 칼슘 산화물(CaO) 30g(1wt%)를 투입하였다. 이어서, 각 마그네슘 합금 용탕을 10분간 내부 교반하였다. 이어서, 각 마그네슘 합금 용탕을 금형에 부어서 중력 주조하였다. 마지막으로 마그네슘 합금을 냉각시킨 후, ICP(Inductively Coupled Plasma)를 통하여 성분을 분석하였다.
분말 크기, 목표 조성, ICP에 의한 성분 분석 및 수율은 아래의 표 5와 같다.
분말크기 ∼100㎛ ∼200㎛ ∼500㎛
목표 조성 1 wt% CaO 1 wt% CaO 1 wt% CaO
ICP 성분 분석 0.45 wt% Ca 0.0078 wt% Ca 0.0042 wt% Ca
수율 45% 0.78% 0.42%
상기와 같이 하여 칼슘 산화물의 크기가 100㎛ 미만일 경우에는 실질적으로 45%의 수율을 얻을 수 있다. 즉, 1wt%의 칼슘 산화물을 첨가한 경우 0.45wt%의 칼슘이 마그네슘 용탕에 용해되었다. 그러나 칼슘 산화물의 크기가 200㎛ 또는 500㎛에 이를 경우에는 수율이 각각 0.78% 및 0.42%로 크게 떨어졌다. 내부교반 반응이 표면반응보다 바람직하지 않았다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 용해 중 보호 가스 저감 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 7의 결과는 다이캐스팅 작업 용탕 온도인 680℃에서 실험하여 얻은 것이고, 도 8의 결과는 720℃(과열 상태)에서 실험하여 얻은 것이다.
또한, 도 7 및 도 8에서 "sealed"는 통상적인 Mg 용해로를 사용할 경우로서 외부 공기가 유입되지 않는 상태를 의미하고, "unsealed"는 외부 공기가 유입되는 인위적인 상태를 의미한다.
먼저 도 7에 도시된 바와 같이, 680℃의 분위기로서 공기가 유입되는 상태(unsealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ91D, AZ91D-0.04wt% CaO, AZ91D-0.13wt% CaO에서 모두 1,000ppm의 SF 6 가스가 필요하였다. 그러나 공기가 유입되지 않는 상태(sealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ91D 및 AZ91D-0.04wt%의 경우 대략 500ppm의 SF 6 가스가 필요했고, AZ91D-0.13wt% CaO의 경우 300ppm의 SF 6 가스가 필요하였다. 따라서 통상의 다이 캐스팅 작업에서는 공기가 유입되지 않은 조건일 경우, 첨가제의 투입량이 많을수록 발화 억제를 위한 보호 가스의 필요량이 감소함을 알 수 있으며, 목적하는 합금의 특성에 따라 첨가제의 양이 적은 경우 통상적인 질소 또는 아르곤 등의 보호가스를 이용하여 용해할 수 있음을 알 수 있다.
다음으로 도 8에 도시된 바와 같이, 720℃의 분위기로서 공기가 유입되는 상태(unsealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ91D, AZ91D-0.04wt% CaO, AZ91D-0.13wt% CaO에서 각각 3,200ppm, 2,000ppm, 1,000ppm의 SF 6 가스가 필요하였다. 그러나 공기가 유입되지 않는 상태(sealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ91D 및 AZ91D-0.04wt% CaO의 경우 대략 500ppm의 SF 6 가스가 필요하였고, AZ91D-0.13wt% CaO의 경우 300ppm의 SF 6 가스가 필요하였다. 따라서 과열 온도에서도 공기가 유입되지 않은 조건일 경우 첨가제의 투입량이 많을수록 발화 억제를 위한 보호 가스의 필요량이 감소함을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 TGA(Thermogravimetry Analyzer) 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 9에서 X축은 시간이고, Y축은 무게 증가량(%)이다. AZ91D의 경우 시간이 흐를수록 무게가 급격히 증가함을 수 있다. 즉, 산화 현상이 급격하게 진행한 것이다. AZ91D-0.14wt% CaO의 경우 시간이 흘러도 무게가 완만히 증가함을 수 있다. 즉, 산화 현상이 천천히 진행한 것이다. 예를들면, 400분 경과 후 AZ91D는 113의 무게로 증가하였고, AZ91D-0.14wt% CaO는 101의 무게로 증가하였다.
따라서 이러한 실험 결과로부터 첨가제를 첨가한 마그네슘 합금의 산화 현상이 억제됨을 알 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 AES(Atomic Emission Spectrometer) 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 10에서 X축은 스퍼터 시간이고, Y축은 검출량이다. AZ91D의 경우 스퍼터 시간 대략 9분 정도까지 산소가 대략 40정도 검출되고, 그 이후부터 산소 검출이 적어짐을 알 수 있다. 즉, AZ91D의 경우 산화막이 비교적 두껍게 형성되어 있음을 의미한다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이 AZ91D-0.7wt% CaO의 경우 스퍼터 시간 대략 1분 정도까지 산소가 대략 26정도 검출되고, 그 이후부터 산소 검출이 적어짐을 알 수 있다. 즉, AZ91D-0.7wt% CaO의 경우 산화막이 비교적 얇게 형성되어 있음을 의미한다.
따라서 이러한 실험 결과로부터 첨가제를 첨가한 마그네슘 합금의 산화 현상이 억제됨을 알 수 있다.
도 12은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 상온 및 고온에서의 경도를 도시한 그래프이다.
도 12에 도시된 바와 같이 제조 공정중 칼슘 산화물이 0.007 내지 0.41wt% CaO 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 그 칼슘 산화물의 첨가량이 증가할수록 경도가 증가함을 알 수 있다. 즉, 상온(25℃)에서의 산화칼슘이 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금의 경도는 대략 57이며, 칼슘 산화물이 소량 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 경도가 68까지 상승됨을 알 수 있다. 100℃ 및 150℃로 온도가 상승하면 AZ91D 마그네슘 합금 내의 β상(Mg17Al12)의 낮은 열안정성의 이유로 상온에서의 경도값 보다 약간 떨어진다.
도 13는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도를 도시한 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이 칼슘 산화물의 첨가량에 따른 마그네슘 합금의 발화 온도는 그 칼슘 산화물의 첨가량이 증가함에 따라 함께 증가함을 알 수 있다. 즉, 대기 분위기에서의 AZ91D 마그네슘 합금의 발화 온도는 대략 490℃이고, 질소 분위기에서의 발화온도는 대략 510℃인 반면에, 칼슘 산화물이 첨가된 마그네슘 합금의 발화온도는 첨가량에 따라 대략 100℃ 이상의 발화 온도가 상승하였음을 알 수 있다.
(실시예 10)
도 14은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 상온에서의 경도를 도시한 그래프이다.
도 14에 도시된 바와 같이 제조 공정중 스트론튬 산화물이 0.02 내지 0.48wt% 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 그 스트론튬 산화물의 첨가량이 증가할수록 경도가 증가함을 알 수 있다. 즉, 상온에서 스트론튬 산화물이 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금의 경도는 대략 57이며, 산화 스트론튬이 소량 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 대략 65이다.
도 15은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 대기 및 질소 분위기에서의 발화 온도를 도시한 그래프이다.
도 15에 도시된 바와 같이 스트론튬 산화물이 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금은 발화 온도가 대기 분위기에서 대략 490℃이고 질소 분위기에서는 대략 510℃이다. 그러나 스트론튬 산화물이 첨가된 AZ91D 마그네슘의 발화 온도는 그 첨가량에 따라 대략 100℃ 이상 상승하였다.
(실시예 11)
도 16은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 빌렛 표면 사진이다.
도 16에 도시된 바와 같이 알칼리토금속 산화물인 베릴륨 산화물과, 마그네슘 산화물이 각각 0.0001wt%와 0.5wt% 첨가된 다이캐스팅용 AZ91D 마그네슘 합금의 빌렛 사진을 보면, 베릴륨 산화물을 0.0001wt% 미량 첨가하여도 빌렛이 산화 또는 발화하지 않고 깨끗한 표면을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 마그네슘 산화물을 0.5wt% 미량 첨가 하여도 산화 또는 발화하지 않은 깨끗한 빌렛을 얻을 수 있었다.
도 17은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도를 도시한 그래프이다.
도 17에 도시된 바와 같이 베릴륨 산화물과 마그네슘 산화물이 각각 0.0001wt%와 0.5wt% 첨가된 다이캐스팅용 AZ91D 마그네슘 합금에 대한 발화 온도를 통해서도 분명하게 확인할 수 있듯이, 알칼리토금속 산화물인 베릴륨 산화물이나 마그네슘 산화물의 첨가량에 따라 발화 온도가 향상되어 기계적 특성 및 산화 특성 등이 향상됨을 알 수 있다.
도 18은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 경도를 도시한 그래프이다.
도 18에 도시된 바와 같이 베릴륨 산화물과 마그네슘 산화물이 각각 0.0001%와 0.5% 첨가된 다이캐스팅용 AZ91D 마그네슘 합금에 대한 경도를 통해서도 분명하게 확인할 수 있듯이, 알칼리토금속 산화물인 베릴륨 산화물이나 마그네슘 산화물의 첨가량에 따라 경도가 향상됨을 알 수 있다.
(실시예 12)
도 19는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 조직 사진이다.
도 19에 도시된 바와 같이 첨가제가 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금에 비해 첨가제가 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금의 결정립이 큰 차이가 나지 않는 것을 알 수 있다. 여기서, 첨가제는 칼슘계 화합물인 칼슘시아나미드(CaCN2)로서 0.007 wt% 첨가되었다. 이와 같은 미량의 첨가는 AZ91D 마그네슘 합금의 특성에 전혀 영향이 없음을 알 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 경도 데이터이다.
도 20에 도시된 바와 같이 칼슘계 화합물인 칼슘시아나미드가 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 경도가 대략 66으로 측정되었다. 즉, 어떠한 첨가제도 첨가하지 않은 AZ91D 마그네슘 합금의 경우 경도가 대략 62 정도인데 반해, 칼슘시아나미드가 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금의 경우 경도가 대략 4 정도 증가하였다.
도 21은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도 그래프이다.
도 21에 도시된 바와 같이 칼슘계 화합물인 칼슘시아나미드가 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 발화 온도가 대기중에서 대략 540℃에 이른다. 즉, 첨가제가 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금은 발화 온도가 대기중에서 대략 510℃이므로, 첨가제 첨가에 의해 대략 30℃의 발화 온도가 증가하였다.
(실시예 13)
도 22는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 조직 사진이다.
도 22에 도시된 바와 같이 첨가제가 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금에 비해 첨가제가 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금의 결정립이 큰 차이를 나타내지 않는 것을 알 수 있다. 여기서, 첨가제는 칼슘계 화합물인 칼슘카바이드(CaC2)로서, 0.03 wt%가 첨가되었다.
도 23은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 경도 데이터이다.
도 23에 도시된 바와 같이 칼슘계 화합물인 칼슘카바이드가 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 경도가 대략 65.3이다. 즉, 어떠한 첨가제도 첨가하지 않은 AZ91D 마그네슘 합금의 경우 경도가 대략 62 정도이므로, 경도가 대략 3정도 증가하였다.
도 24은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도 그래프이다.
도 24에 도시된 바와 같이 칼슘계 화합물인 칼슘 카바이드가 첨가된 AZ91D 마그네슘 합금은 발화 온도가 질소 중에서 대략 540℃에 이른다. 즉, 첨가제가 첨가되지 않은 AZ91D 마그네슘 합금은 발화 온도가 질소 중에서 대략 510℃이었으므로, 첨가제 첨가에 의해 대략 30℃의 발화 온도가 증가하였다.
도 25는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 온도 데이터이다.
도 25에 도시된 바와 같이, 대기 분위기에서 발화 온도는, 칼슘계 화합물인 칼슘 시아나미드(CaCN2)나 칼슘 카바이드(CaC2)가 각각 첨가된 마그네슘 합금(AZ91D-0.007wt%CaCN 2/0.03wt%CaC 2) 모두 순수한 마그네슘 합금(AZ91D)과 비교하여 상당히 향상된 내열성의 합금의 발화 온도를 나타내고 있으며, 이는 결국 칼슘계 화합물의 첨가량에 따라 발화온도가 크게 향상됨을 알 수 있다.
(실시예 14)
도 26은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의한 제조된 마그네슘 합금의 경도 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 26에 도시된 바와 같이 AM50 마그네슘 합금에 칼슘 산화물이 첨가되지 않은 경우, 대략 0.05wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우, 대략 0.15wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우 경도는 대략 50 내외로 나타났다. 따라서 미량의 칼슘 산화물 첨가에 따른 미세 조직 및 경도 값에는 영향이 없는 것으로 나타났다.
도 27 및 도 28는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 27에 도시된 바와 같이 AM50 마그네슘 합금에 칼슘 산화물이 첨가되지 않은 경우 대기 분위기에서 발화 온도는 대략 570℃이었지만, 대략 0.05wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우 발화 온도는 대략 590℃로 증가하였다. 더욱이 대략 0.15wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우 발화 온도는 대략 610℃로 증가하였다.
도 28에 도시된 바와 같이 AM50 마그네슘 합금에 칼슘 산화물이 첨가되지 않은 경우 질소 분위기에서 발화 온도는 대략 550℃이었지만, 대략 0.05wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우 발화 온도는 대략 570℃로 증가하였다. 더욱이 대략 0.15wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우 발화 온도는 대략 640℃로 증가하였다.
(실시예 15)
도 29 및 도 30은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 용해 중 보호 가스 저감 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 29의 결과는 다이캐스팅 작업 용탕 온도인 680℃에서 실험하여 얻은 것이고, 도 30의 결과는 720℃(과열 상태)에서 실험하여 얻은 것이다.
도 29에 도시된 바와 같이, 680℃의 분위기로서 공기가 유입되는 상태(unsealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ31, AZ31-0.05wt%CaO, AZ31-0.32wt%CaO에서 모두 500ppm의 SF 6 가스가 필요하였다. 그러나 공기가 유입되지 않는 상태(sealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ31 및 AZ31-0.05wt%CaO의 경우 대략 100ppm의 SF 6 가스가 필요하였고, AZ31-0.32wt%CaO의 경우 40ppm의 SF 6 가스가 필요하였다. 따라서 통상의 다이캐스팅 작업에서는 공기가 유입되지 않은 조건일 경우, 첨가제의 투입량이 많을수록 발화 억제를 위한 보호 가스의 필요량이 감소함을 알 수 있으며, 목적하는 합금의 특성에 따라 첨가제의 양이 적은 경우 통상적인 질소 또는 아르곤 등의 보호가스를 이용하여 용해할 수 있음을 알 수 있다.
다음으로 도 30에 도시된 바와 같이, 720℃의 분위기로서 공기가 유입되는 상태(unsealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ31, AZ31-0.05wt%CaO, AZ31-0.32wt%CaO에서 1,000ppm의 SF6 가스가 필요하였다. 그러나 공기가 유입되지 않는 상태(sealed)에서는 발화 억제를 위해 AZ31의 경우 대략 200ppm의 SF6 가스가 필요하였고, AZ31-0.05wt%CaO의 경우 대략 100ppm의 SF6 가스가 필요하였으며, AZ31-0.32wt%CaO의 경우 40ppm의 SF6 가스가 필요하였다. 따라서 과열 온도에서도 공기가 유입되지 않은 조건일 경우 첨가제의 투입량이 많을수록 발화 억제를 위한 보호 가스의 필요량이 감소함을 알 수 있다.
도 31 및 도 32는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금의 발화 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 31에 도시된 바와 같이 AZ31 마그네슘 합금에 칼슘 산화물이 첨가되지 않은 경우 대기 분위기에서 발화 온도는 대략 570℃이었지만, 대략 0.3wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우 발화 온도는 대략 610℃로 증가하였다.
도 32에 도시된 바와 같이 AZ31 마그네슘 합금에 칼슘 산화물이 첨가되지 않은 경우 질소 분위기에서 발화 온도는 대략 640℃이었지만, 대략 0.3wt%의 칼슘 산화물이 첨가된 경우 발화 온도는 대략 690℃로 증가하였다.
도 33 내지 도 35는 보호 가스가 없는 경우, 보호 가스가 있는 경우 및 본 발명의 방법에 따라 제조한 마그네슘 합금의 박판 주조품 표면을 도시한 사진이다.
도 33에 도시된 바와 같이 보호 가스 없이 마그네슘 합금이 제조된 경우, 표면이 검게 발화된 것을 알 수 있다.
또한, 도 34에 도시된 바와 같이 보호 가스를 분사하여 마그네슘 합금이 제조된 경우에도, 산화물 혼입에 따른 크랙 현상이 발생된 것을 알 수 있다.
그러나 도 35에 도시된 바와 같이 칼슘 산화물을 첨가하여 마그네슘 합금이 제조된 경우, 발화 현상이나 크랙 현상이 발견되지 않음을 알 수 있다.
여기서, 상기 도 33 내지 도 35에 도시된 마그네슘 합금은 모두 AZ31을 예로 한 것이다.
도 36은 CaO 첨가량이 AZ91D 마그네슘합금의 발화 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 dry air 분위기에서 DTA 테스트를 한 결과를 나타낸다.
도 36의 실험결과에서 볼 수 있듯이, CaO 함량이 증가할수록 발화온도가 증가하는 것을 알 수 있다. 첨가되는 산화칼슘의 양이 15.7 wt%인 경우 1300℃정도의 높은 발화온도를 보이며, 그 이후의 CaO 첨가에서 어느 정도 발화온도가 수렴되고 있음을 알 수 있다
도 37은 SrO 첨가량이 AZ31 마그네슘합금의 발화 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 dry air 분위기에서 DTA 테스트를 한 결과를 나타낸다. 도 37의 실험결과에서 볼 수 있듯이, 산화스트론튬의 함량이 증가할수록 발화온도가 증가하는 것을 알 수 있다. 마그네슘계 금속의 용탕에 산화스트론튬을 15.9wt% 첨가한 경우 1400℃까지 발화온도 증가되며, 그 이후 25.8wt% SrO 첨가까지는 어느 정도 발화온도가 유지되고 있다.
도 38은 CaO가 첨가제로 첨가된 마그네슘 합금의 발화 특성을 기존의 상용의 고온용 마그네슘 합금과 비교하기 위해서 같은 조건에서 토치를 이용하여 가열하여 발화까지의 시간을 측정한 결과이다. 사진에서와 같이 CaO를 첨가한 마그네슘 합금의 경우 다른 상용 마그네슘 합금에 비해서 가장 오랜 시간동안 발화되지 않고 버티면서 발화가 억제되는 것을 알 수 있다. 실험에 이용된 합금중에서 CaO가 1.13wt% 첨가되어 제조된 Mg-3Al-1.13CaO 합금이 가장 발화 저항성이 높은 것을 알 수 있었다. 이 경우 200초가 지나서야 발화가 발생하였다. 그리고, 모든 합금에서 1wt% 이상의 CaO가 첨가된 경우 Al함량에 무관하게 모든 함금에서 기존의 고온용 마그네슘 합금(상기 도 38에서 AS21, AE44, MRI153, MRI230)보다 발화 특성이 우수함을 알 수 있다. 상기 도 38에서 Mg-3Al-1.13CaO 합금의 의미는 Mg-3Al의 마그네슘 합금의 용탕속에 1.13wt%의 CaO를 첨가제로 첨가하여 본 발명에서 기 설명한 발명에 의하여 제조된 합금을 의미한다. (Mg-6Al-1CaO 및 Mg-9Al-1.02CaO에도 동일하게 적용됨.)
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 마그네슘 합금을 구성하는 다수의 마그네슘 결정립; 및,
    상기 다수의 마그네슘 결정입계에 90% 이상이 형성되고, 결정입내에는 10% 미만이 형성되어 존재하는 금속간화합물을 포함하고,
    상기 금속간화합물은 알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속산화물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 마그네슘 합금의 용탕에 첨가됨으로 생성되고,
    상기 알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속산화물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 용탕 속에서 해리되어 마그네슘 합금의 모상에 고용되기 보다는 우선적으로 상기 금속간화합물이 상형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속간화합물은,
    상기 합금의 마그네슘과 알칼리금속의 화합물,
    상기 합금의 마그네슘과 알칼리토금속의 화합물,
    상기 합금의 합금성분과 알칼리금속의 화합물, 및
    상기 합금의 합금성분과 알칼리토금속의 화합물 중에서
    적어도 하나의 형태로 존재한 것을 특징으로 하는 마그네슘계 합금.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네슘 결정립은,
    순수 마그네슘 결정립 또는 마그네슘 합금 결정립인 것을 특징으로 하는 마그네슘계 합금.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속간화합물은 0.0001 내지 30wt%가 형성된 것을 특징으로 하는 마그네슘계 합금.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네슘 합금은,
    발화 온도가 500 내지 1500℃인 것을 특징으로 하는 마그네슘계 합금.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 마그네슘 결정입계에 95% 이상이 형성되고, 결정입내에는 5% 미만이 형성되어 존재하는 금속간화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 합금.
  7. 마그네슘 합금을 구성하는 다수의 마그네슘 결정립; 및,
    상기 다수의 마그네슘 결정입계에 90% 이상이 형성되고, 결정입내에는 10% 미만이 형성되어 존재하는 금속간화합물을 포함하고,
    상기 금속간화합물은 알칼리금속산화물, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 마그네슘 합금의 용탕에 첨가되어 적어도 일부가 반응하여 발생되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 합금.
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