KR20120129717A - 알루미늄 합금 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열처리를 수행하지 않고 SF₆와 같은 보호가스를 사용하지 않더라도 우수한 알루미늄 용탕 품질을 구현할 수 있으며, 주조 후 따로 열처리를 수행하지 않더라도 알루미늄 기지 내에 고강도 화합물을 분포시켜 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 제조 방법 및 알루미늄 합금을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 마그네슘, 칼슘, 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 단계; 및 상기 용탕을 주조하는 단계;를 포함하는 알루미늄 합금 제조방법이 제공된다.

Description

알루미늄 합금 및 그 제조방법{Aluminium alloy and manufacturing method thereof}

본 발명은 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

알루미늄(Al)에 마그네슘(Mg) 및 실리콘(Si)을 첨가한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금(Mg-Al-Si alloy)은 미국알루미늄협회가 정한 분류표 상 6000계열에 해당되며, 적당한 강도를 유지하면서 동시에 내식성과 성형성이 우수한 전신재로서 이용되고 있다. 대표적인 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금인 6063 합금은 압출성 및 표면처리특성이 우수하여 건축용 자재로 많이 사용되고 있으며, 6063 합금에 비해 마그네슘과 실리콘을 추가로 첨가한 6061 합금은 기계적 강도가 6063에 비해 더 높아 경량?고강도를 요구하는 크레인, 자동차용 범퍼 등에 이용되고 있다.

이러한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금은 열처리를 통해 Al 기지에 금속간화합물인 Mg₂Si를 석출시켜 분포시키며, 이러한 Mg₂Si 석출상으로 인해 강도의 증가가 나타나게 된다.

도 7에는 알루미늄-Mg₂Si의 상태도가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 알루미늄에 대한 Mg₂Si의 고용도는 595℃에서 1.85%에 이르지만, 온도강하와 함께 급격히 감소하여 실온에서 거의 0에 가까운 값을 가지게 된다. 따라서 Mg₂Si가 고용된 상태에서 온도를 하강시키게 되면 온도에 따른 고용도 차이에 의해 다량의 Mg₂Si가 기지에 석출되며, 이러한 Mg₂Si에 의해 알루미늄 합금의 기계적 특성이 향상되게 된다. 구체적으로 알루미늄에 마그네슘과 실리콘을 첨가하여 제조한 합금을 515~550℃에서 용체화 처리한 후 이를 수냉한 다음, 170~180℃에서 시효처리함으로써 Mg₂Si를 석출시키게 된다. 이와 같이 종래의 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금에서는 Mg₂Si를 석출시키기 위해 일련의 열처리 과정을 반드시 수행하여야 하였다.

한편, 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금을 주조하여 제조하는 경우에는 알루미늄 용탕 내에 마그네슘을 첨가하는 단계를 거치게 된다. 이러한 과정에서 화학적으로 높은 산화성을 가진 마그네슘에 의해 산화물이나 개재물이 알루미늄 용탕에 혼입될 수 있다. 이러한 산화물이나 개재물은 불순물로서 알루미늄 용탕의 품질을 저하시키는 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 마그네슘 첨가에 따른 산화물 또는 개재물 혼입을 억제하기 위해 마그네슘의 첨가 시 SF₆ 등의 보호가스로 용탕표면을 도포하는 방법을 고려해 볼 수 있지만 알루미늄 합금의 제조 공정상 대규모로 첨가되는 마그네슘을 보호가스로 완벽하게 보호하는 것은 불가능하다. 더 나아가 보호가스로 사용되는 SF₆는 고가일 뿐 아니라 환경문제를 유발하는 가스로서 전 세계적으로 점차 그 사용이 규제되고 있다.

이에 본 발명은 열처리를 수행하지 않고 SF₆와 같은 보호가스를 사용하지 않더라도 우수한 알루미늄 용탕 품질을 구현할 수 있으며, 주조 후 따로 열처리를 수행하지 않더라도 알루미늄 기지 내에 고강도 화합물을 분포시켜 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 제조 방법 및 알루미늄 합금을 제공하고자 한다. 전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 마그네슘, 칼슘, 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 단계; 및 상기 용탕을 주조하는 단계;를 포함하는 알루미늄 합금 제조방법이 제공된다.

상기 알루미늄은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다.

상기 마그네슘 모합금은 0.0001 내지 30wt% 범위에서 첨가될 수 있다.

상기 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 하고, 상기 모재에 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 제조한 것일 수 있다.

상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 상기 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것일 수 있다.

또한 상기 마그네슘 합금은 합금원소로서 알루미늄을 포함하고, 상기 화합물은 상기 알루미늄과 상기 칼슘이 반응하여 생성된 알루미늄-칼슘 화합물을 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 마그네슘 모합금의 제조방법은, 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용해하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계; 상기 마그네슘 용탕에 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계; 및 상기 마그네슘 용탕을 주조하는 단계;를 포함할 수 있다.

이때 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계 이후에,

상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제가 상기 마그네슘 모합금 내에 실질적으로 잔류되지 않도록 소진시키는 단계; 및 상기 소진 결과로 생성된 칼슘 및 실리콘을 상기 마그네슘 모합금 내에 실질적으로 잔류되지 않도록 반응시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 상기 마그네슘 용탕의 표면에 균일하게 분산시켜 첨가할 수 있다.

또한 상기 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 모두 반응하여 상기 마그네슘 모합금 내에 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제가 잔류하지 않은 범위까지 첨가될 수 있다. 일 예로서 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제는 각각 0.001 내지 30wt% 범위에서 첨가될 수 있다.

한편 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계 이후에 상기 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시할 수 있다.

이때 상기 교반은 상기 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어 질 수 있다.

상기 칼슘계 첨가제는 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN₂) 및 탄화칼슘(CaC₂) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 실리콘계 첨가제는 산화실리콘(SiO₂)을 포함할 수 있다.

한편 상기 화합물은 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물 및 마그네슘-칼슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 칼슘-실리콘 화합물은 Ca₂Si, CaSi 및 CaSi₂ 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 마그네슘-실리콘 화합물은 Mg₂Si을 포함할 수 있으며, 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al₂Ca 및 Al₄Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 알루미늄 기지; 상기 기지에 존재하는 마그네슘, 칼슘 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물 중 어느 하나 이상;을 포함하며, 상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것일 수 있다.

상기 화합물은 상기 칼슘이 알루미늄과 반응하여 생성된 알루미늄-칼슘 화합물을 더 포함할 수 있다.

한편 상기 알루미늄 기지는 마그네슘이 고용되어 있을 수 있다.

상기 화합물은 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘-실리콘 화합물 및 알루미늄-칼슘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 마그네슘-실리콘 화합물은 Mg₂Si을 포함할 수 있으며, 상기 칼슘-실리콘 화합물은 Ca₂Si, CaSi 및 CaSi₂ 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

한편 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al₂Ca 및 Al₄Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 의하면, 알루미늄 용탕 내에 마그네슘을 첨가하는 과정에서 종래에 사용되는 SF₆ 등의 보호가스의 양을 현저하게 감소시키거나 사용하지 않는 경우에도 안정적으로 알루미늄 주조공정을 수행할 수 있다. 따라서 알루미늄 내에 첨가되는 마그네슘의 함유량에 용이하게 증가시킬 수 있으면서도 환경적인 측면 및 비용적인 측면에서 장점을 가질 수 있다.

또한 주조 중에 알루미늄의 용탕에 마그네슘의 높은 산화성에 따른 산화물 또는 개재물의 혼입을 방지할 수 있으므로 용탕의 청정도를 향상시켜 용탕의 품질을 개선시킬 수 있다. 이러한 알루미늄 용탕의 품질 개선으로 이로부터 주조되는 알루미늄 합금은 종래에 비해 불순물의 함유량이 현저하게 감소되어 더 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.

또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 의하면, 마그네슘 용탕 내에 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금을 이용함으로써, 종래와 같이 따로 열처리 단계를 수행하지 않더라도, 알루미늄 기지 내에 상기 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제로부터 분해된 칼슘 및 실리콘 간의 혹은 상기 칼숨 및 실리콘과 마그네슘과의 반응에 의해 생성된 화합물이 분포하게 된다.

이러한 화합물들이 알루미늄 기지에 분포하게 됨에 따라 알루미늄 합금의 기계적 특성을 현저하게 향상시킬 수 있는바, 경제성 및 생산성에서의 획기적인 개선을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조 시 알루미늄 용탕에 첨가되는 마그네슘 모합금의 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다.
도 2는 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘 및 산화실리콘이 분해되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3d는 마그네슘 모합금의 기지에 분포하는 화합물의 형태 및 그 성분을 분석한 결과이다.
도 4a 및 4b는 마그네슘 모합금의 기지에 분포하는 화합물의 형태 및 그 성분을 라인 스캐닝 하여 분석한 결과이다.
도 5a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 마그네슘 모합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 5b 내지 5e는 EPMA로 도 5a의 관찰영역을 매핑(mapping)한 결과이다.
도 6은 본 발명에 따른 알루미늄 합금 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다.
도 7a 내지 도 7b는 실험예 및 비교예의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
도 8a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 알루미늄 합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 8b 내지 8f는 EPMA로 도 8a의 관찰영역을 매핑(mapping)한 결과이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 측면으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명을 따르는 알루미늄 합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 모합금을 제조한 후, 이 모합금을 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 첨가하여 제조한다. 이때 모합금은 후속 단계에서 제공되는 용탕 내에 첨가하기 위하여 제조된 합금을 지칭하는 것이며, 이와 구분하여 모합금을 첨가하여 제조한 결과물에 대해서는 합금으로 지칭한다.

또한 본 명세서 및 특허청구범위에서의 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 사용한 것을 모두 지칭한다.

도 1은 마그네슘 모합금의 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 마그네슘 모합금의 제조 방법은 마그네슘 용탕 형성 단계(S1), 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제 첨가 단계(S2), 교반단계(S3) 및 주조 단계(S4)를 포함한다.

마그네슘 용탕 형성 단계(S1)에서 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 도가니에 넣고 가열하여 마그네슘 용탕을 형성한다. 이때 가열온도는 일 예로서 400 내지 800℃ 범위일 수 있다.

순수 마그네슘의 경우 600℃ 이상에서 용탕을 형성하지만, 마그네슘 합금의 경우에는 합금화에 따라 나타날 수 있는 용융점의 하강으로 인해 600℃이하, 예를 들어 400℃ 이상에서도 용탕이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 온도가 400℃ 미만이면 마그네슘 용탕이 형성되기 어렵고, 온도가 800℃를 초과하면 마그네슘 용탕에서의 승화가 발생되거나 발화할 위험이 있다.

마그네슘 용탕 형성 단계(S1)에서 이용된 마그네슘 합금은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, 마그네슘-Al, 마그네슘-Al-Re, 마그네슘-Al-Sn, 마그네슘-Zn-Sn, 마그네슘-Si, 마그네슘-Zn-Y 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 마그네슘 합금으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상적으로 산업계에서 사용되고 있는 어떠한 마그네슘 합금도 사용이 가능하다.

한편, 마그네슘 용탕의 발화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호가스가 제공될 수 있다. 보호가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물 또는 이들의 혼합 가스를 이용하며, 마그네슘 용탕의 발화를 억제할 수 있다.

다음 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제 첨가 단계(S2)에서는 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 마그네슘의 용탕에 첨가한다. 이때 첨가되는 칼슘계 첨가제로는 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN₂) 및 탄화칼슘(CaC₂) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한 실리콘 첨가제로는 실리콘을 포함하는 화합물일 수 있으며, 예를 들어 산화실리콘(SiO₂) 일 수 있다.

이때 투입되는 칼슘계 첨가제에 의해 마그네슘 용탕 내에 내산화성이 향상될 수 있으며, 따라서 마그네슘의 용해 시 필요한 보호가스의 양을 현저히 저감시키거나 사용하지 않을 수 있다. 따라서 이러한 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 모합금의 제조는 환경상의 이유로 규제 대상인 SF₆ 등과 같은 보호가스 사용으로 인해 발생되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한 마그네슘 용탕의 내산화성 향상으로 인해 마그네슘 용탕으로의 산화물 또는 기타 개재물의 혼입이 억제된다. 따라서 용탕의 청정도가 획기적으로 개선되며, 이러한 용탕 청정도 향상은 이로부터 주조되는 마그네슘 합금의 기계적 특성을 향상시키게 된다.

칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 모두 마그네슘 용탕 내에서 환원되어 각각 칼슘과 실리콘으로 분해될 수 있다. 일 예로서 칼슘계 첨가제인 산화칼슘은 칼슘과 산소로 분해될 수 있으며, 실리콘계 첨가제인 산화실리콘은 실리콘과 산소로 분해될 수 있다. 이때 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 상기 마그네슘 용탕의 표면에 균일하게 분산시켜 첨가할 수 있다.

도 2는 예시적으로 도가니(1)내의 마그네슘 용탕(10)에 산화칼슘(20) 및 산화실리콘(21)을 첨가한 경우 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘 및 산화실리콘이 분해되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘은 칼슘(Ca)과 산소(O₂)로 분해되고, 산화실리콘은 실리콘(Si)과 산소(O₂)로 분해된다.

이때 분해된 산소는 기체(O₂)로서 마그네슘 용탕 바깥으로 배출되거나 드로스(dross) 또는 슬러지(sludge)로서 마그네슘 용탕 상부에 부유하게 된다. 한편, 칼슘 및 실리콘은 용탕 내에서 마그네슘 또는 용탕 내 다른 원소와 반응하여 다양한 화합물을 형성하게 된다. 이러한 화합물의 예로서 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어 칼슘은 마그네슘과 반응하여, 마그네슘-칼슘 화합물인 Mg₂Ca를 형성할 수 있다. 또한 칼슘은 실리콘과도 반응하여 칼슘-실리콘 화합물인 Ca₂Si, CaSi 및 CaSi₂ 중 어느 하나를 형성할 수 있다. 또한 실리콘은 마그네슘과 반응하여 마그네슘-실리콘 화합물인 Mg₂Si를 형성할 수 있다.

한편 알루미늄을 합금원소로서 포함하는 마그네슘 합금을 이용하여 마그네슘 용탕을 제조한 경우에는 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘이 마그네슘 용탕 내에서 알루미늄과 반응하여 알루미늄-칼슘 화합물이 더 형성될 수 있다. 이때 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al₂Ca 및 Al₄Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

이러한 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 분해 및 반응은 교반을 통해 더욱 활성화 될 수 있으며, 이는 다음 단계인 교반 단계(S3)에서 더욱 구체적으로 후술하도록 한다.

첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 반응성 향상을 위해 표면적이 넓을수록 유리하며, 따라서 분말형태로 첨가되는 것이 유리하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 분말상의 비산을 방지하기 위해 분말을 응집시킨 팰렛(pellet) 형태 또는 덩어리 형태로 투입하는 것도 가능하다.

첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 크기는 0.1 내지 500㎛일 수 있으며, 보다 엄격하게는 0.1 내지 200㎛ 일 수 있다.

칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 크기가 0.1㎛ 미만일 경우 너무 미세하여 승화되는 마그네슘 열풍에 의하여 비산되어 도가니에 투입되기가 어려움이 발생된다. 또한 서로 응집되어 응집체를 형성함에 따라 액상의 용융금속과 쉽게 섞이지 않게 된다. 이러한 응집체는 반응을 위한 표면적이 감소된다는 관점에서 바람직하지 않게 된다.

칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 반응을 위한 표면적이 감소되며, 더 나아가 상기 마그네슘 용탕 내에서의 반응이 일어나지 않을 수 있다.

첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 총합이 0.001 내지 30 wt%가 첨가될 수 있으며, 보다 엄격하게는 0.01 내지 15 wt%가 첨가될 수 있다.

칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 첨가량의 총합이 0.001 wt% 미만인 경우에는 마그네슘 합금의 기계적 특성 향상이 미미하거나 거의 발생되지 않게 된다. 또한 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 첨가량의 총합이 30wt%를 초과하게 되면 원래의 마그네슘의 특성이 나타나지 않을 수 있다.

칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 마그네슘 용탕 내에 동시에 투입하거나 혹은 서로 시간차를 두고 투입할 수 있다. 또한 필요량을 일시에 투입하거나 혹은 적정량으로 나눈 후 일정한 시간차를 두고 복수의 단계로 투입할 수 있다.

첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제가 미세 입자를 가진 분말일 경우에는 시간차를 두고 복수의 단계로 투입함으로써 분말의 응집 가능성을 낮추면서 실리콘계 첨가제의 반응을 촉진시킬 수 있다.

첨가된 칼슘계 첨가제의 분해 및 반응을 촉진시키기 위하여 마그네슘 용탕의 교반단계(S3)를 수행할 수 있다. 이때 교반은 칼슘계 첨가제의 투입과 동시에 시작하거나 혹은 첨가된 칼슘계 첨가제가 용탕 내에서 일정 온도로 가열 된 후에 시작할 수 있다.

통상의 금속 합금화의 경우에는 용탕과 합금원소를 대류나 교반을 통해 용탕 내부에서 반응이 일어나도록 적극적으로 교반하게 된다. 그러나 본 실시예에서는 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 적극적인 반응을 유도하는 경우에는 칼슘계 첨가제의 반응이 오히려 효율적이지 못하여 분해되지 않은 상태에서 최종 용탕 속에 잔류하는 빈도가 증가하였다. 이렇게 칼슘계 첨가제가 최종 용탕 속에 잔류하는 경우에는 주조된 마그네슘 합금 내에 그대로 편입되며 이 경우 마그네슘 합금의 기계적 특성을 열화시킬 수 있다.

따라서 본 실시예에서는 칼슘계 첨가제가 마그네슘 용탕의 내부로 혼입되게 하기 보다는 용탕의 표면에서 반응하도록 반응환경을 조성하는 것이 중요하다. 이를 위해 첨가된 칼슘계 첨가제가 용탕의 표면에 가능한 장시간 체류하며 대기 중에 노출되도록 유지하도록 마그네슘 용탕의 상층부에 대한 교반을 실시하는 것이 바람직하다.

표 1에는 마그네슘 합금인 AM60B의 용탕에 산화칼슘을 첨가한 경우 교반 방법에 따른 잔류 산화칼슘의 잔량을 측정한 결과이다. 이때 첨가된 산화칼슘의 크기는 70㎛ 였으며, 산화칼슘은 5, 10, 15wt%가 첨가되었다. 교반 방법으로는 마그네슘 용탕의 상층부 교반, 내부교반 및 교반을 하지 않은 방법이 선택되었다. 표 1로부터 마그네슘 상층부의 교반을 수행하는 경우에 그 외의 경우와 달리 첨가된 산화칼슘의 대부분이 칼슘으로 환원됨을 알 수 있다.

[표 1]

이러한 교반은 마그네슘 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 20% 내외의 상층부에서 이루어지는 것이 좋으며, 바람직하게는 용탕 전체 깊이의 10% 내외의 상층부에서 이루어지는 것이다. 20% 이상의 깊이에서는 표면에서의 칼슘계 첨가제 및 실리콘 산화물의 분해가 일어나기 어렵게 된다.

이때 교반을 위한 시간은 용탕의 온도와 투입되는 분말의 상태에 따라 차이가 있을 수 있으며, 가능한 첨가된 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제가 용탕 내에서 완전히 소진될 때까지 충분히 교반하는 것이 바람직하다. 여기서 소진은 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 분해가 실질적으로 완료되는 것을 의미한다.

이러한 교반에 의해 마그네슘 용탕에서 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 분해 및 이러한 분해에 의해 생성된 칼슘 및 실리콘이 마그네슘 용탕 내에서 다양한 화합물을 형성하는 반응을 더욱 촉진시킬 수 있다.

마그네슘 용탕의 교반단계(S3)가 완료되면, 상기 마그네슘 용탕을 주형에 넣어 응고시키는 주조단계(S4)를 거쳐 마그네슘 모합금이 제작된다.

이때 주조단계(S4)에서의 주형의 온도는 상온(예를 들면, 25℃) 내지 400℃ 의 온도범위를 가질 수 있다. 또한 주형을 상온까지 냉각시킨 후 모합금을 주형으로부터 분리시킬 수 있으나, 상온 이전이라도 모합금의 응고가 완료되는 경우에는 주형으로부터 모합금을 분리시킬 수 있다.

여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 사형주조, 다이캐스팅(die casting), 중력주조, 연속주조, 저압주조, 스퀴즈캐스팅, 로스트왁스주조(lost wax casting), 틱소캐스팅(thixo casting) 등을 들 수 있다.

중력주조는 용융상태의 합금을 중력을 이용하여 주형에 주입하는 방법을 지칭하고, 저압주조는 용융된 합금의 용탕면에 가스를 이용하여 압력을 가하여 주형 내에 용탕을 주입하는 방식을 지칭할 수 있다. 틱소캐스팅은 반용융 상태에서의 주조 기술로서, 통상적인 주조와 단조의 장점을 융합한 방식이다. 그러나 본 발명이 주형의 종류 및 주조의 방식을 한정하는 것은 아니다.

한편, 이러한 마그네슘 모합금의 기지에는 모합금 제조 과정에서 생성된 화합물서, 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 알루미늄-칼슘 화합물 등이 이 별개의 상으로서 존재할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d에는 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제를 각각 0.3wt% 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금의 기지에 형성된 상(phase)의 형태 및 성분분석 결과가 나타나 있다.

도 3a에 포인트 1로 표시된 상의 성분분석 결과는 도 3c에 나타나 있으며, 도 3b에 포인트 3로 표시된 상의 분석결과는 도 3d에 나타나 있다.

도 3c의 성분분석 결과로부터 도 3a에 포인트 1로 표시된 상에서는 마그네슘, 칼슘 및 실리콘이 동시에 검출되었음을 알 수 있으며, 이때 산소는 검출되지 않음을 알 수 있다. 또한 도 3b에 포인트 3으로 표시된 상에서는 도 3d의 성분분석 결과로부터 마그네슘 및 실리콘이 검출되었으며, 칼슘 및 산소는 검출되지 않음을 알 수 있다.

도 4a 및 4b에는 도 3a의 포인트 1로 표시된 화합물에 대해서 그 주변부를 포함하는 직선(도 4a에 표시됨)을 따라 라인 스캐닝(line scanning)하여 상기 화합물의 성분을 분석한 결과이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 화합물에서 도 3b와 마찬가지로 칼슘 성분(도 4b의 Ca), 실리콘(도 4b의 Si) 성분 및 마그네슘(도 4b의 Mg1)이 동시에 검출되며, 산소(도 4b의 O)는 검출되지 않았다. 이때 상기 마그네슘(도 4b의 Mg1)의 검출신호가 화합물 주변 기지의 마그네슘(도 4b의 Mg2)의 검출신호와 서로 상이한 점으로부터, 상기 마그네슘(도 4b의 Mg1)의 검출신호는 주변 기지의 마그네슘(도 4b의 Mg2)이 아닌 화합물을 이루는 마그네슘에 의해 발생된 것임을 알 수 있다.

따라서 도 4b의 화합물은 마그네슘, 실리콘 및 칼슘으로 이루어진 화합물임을 알 수 있다.

상기 화합물의 보다 정확한 분석을 위해 EPMA 매핑 검사를 수행하였는바, 도 5a 내지 도 5e에는 마그네슘 합금의 기지의 결정립계에 형성된 화합물에 대한 EPMA 매핑결과가 도시되어 있다.

도 5a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 마그네슘 모합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 5b 내지 5e는 EPMA로 도 5a의 관찰영역을 매핑(mapping)한 결과로서, 각각 마그네슘, 칼슘, 실리콘 및 산소의 분포를 나타낸 결과이다.

도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 관찰된 상에서 마그네슘, 칼슘 및 실리콘이 검출되나(도 5b 내지 5d) 역시 산소는 검출되지 않았다(도 5e).

보다 구체적으로 도 5b의 A 영역에서 마그네슘은 검출되지 않았으나 도 5c 및 도 5d의 동일한 영역에서 칼슘과 실리콘이 높은 검출신호를 보이고 있음을 알 수 있다. 반면 상기 A 영역을 감싸고 있는 B 영역(도 5b 참조)에서는 마그네슘의 검출되며, 도 5c 및 도 5d의 동일영역에서 칼슘과 실리콘이 역시 검출됨을 알 수 있다. 도 5b의 경우 B 영역에서의 마그네슘 검출신호는 주변의 기지에 비해 낮은 값을 가지고 있으며, 따라서 도 5b의 B 영역에서의 마그네슘 검출신호는 화합물을 이루는 마그네슘으로부터 발생된 것임을 알 수 있다.

이로부터 A 영역은 칼슘과 실리콘을 포함하는 화합물이며, B 영역은 마그네슘, 칼슘 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물일 수 있다 .

칼슘-실리콘 상태도로부터 칼슘 및 실리콘을 포함하는 화합물은 금속간화합물인 Ca₂Si, CaSi, CaSi₂ 중 어느 하나 이상이 될 수 있음을 알 수 있다. 또한 마그네슘-실리콘 상태도로부터 마그네슘 및 실리콘을 포함하는 화합물은 금속간화합물인 Mg₂Si가 될 수 있음을 알 수 있으며, 마그네슘-칼슘 상태도로부터 마그네슘 및 칼슘을 포함하는 화합물은 금속간화합물은 Mg₂Ca가 될 수 있다.

이러한 성분분석 결과로부터 마그네슘 모합금의 기지에는 마그네슘 용탕 내에서 산화칼슘으로부터 분해된 칼슘과 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 마그네슘과 반응하거나 또는 서로 반응하여 새로운 화합물을 형성하였음을 알 수 있다.

이로부터 상술한 방법에 의해 제조된 마그네슘 모합금 내에서는 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제로부터 공급되는 칼슘 및 실리콘이 마그네슘 용탕 내에서 서로 반응하여 형성된 다양한 화합물을 가질 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이 제조된 다양한 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금은 알루미늄 합금에 첨가되는 용도로 이용된다. 이때 이러한 금속간화합물들은 모두 알루미늄의 융점(658℃)에 비해 더 높은 융점을 가진다. 예를 들어, Mg₂Si의 융점은 1120℃이며, CaSi의 융점은 1300℃를 초과한다.

따라서 이러한 금속간화합물을 포함하는 모합금을 알루미늄 용탕에 투입하는 경우, 이러한 금속간화합물은 용탕 내에서 용융되지 않고 유지될 수 있으며, 이러한 용탕을 주조하여 알루미늄 합금을 제조하는 경우, 알루미늄 합금 내에 상기 금속간화합물이 포함될 수 있다.

이하 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법은 마그네슘-실리콘 화 및 칼슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 제공하는 단계, 상기 마그네슘 모합금 및 알루미늄이 용해된 용탕을 형성하는 단계 및 상기 용탕을 주조하는 단계를 포함한다.

이때 마그네슘 모합금 및 알루미늄이 용해된 용탕을 형성하기 위해 먼저 알루미늄을 용해하여 알루미늄 용탕을 형성하고, 이 알루미늄 용탕에 상술한 방법에 의해 제조된 마그네슘 모합금을 첨가하여 용해함으로써 형성할 수 있다.

또 다른 방식으로는 알루미늄과 상기 마그네슘 모합금을 도가니 등과 같은 용해용 장치 내에 같이 장착한 후 가열하여 같이 용해함으로써 형성할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조방법의 일실시예로서 알루미늄 용탕을 먼저 형성한 후, 이에 상술한 방법으로 제조한 마그네슘 모합금을 첨가하여 용해하는 방식을 이용한 알루미늄 합금 제조 방법의 순서도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금의 제조 방법은 알루미늄 용탕 형성 단계(S11), 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12), 교반 단계(S13) 및 주조 단계(S14)를 포함한다.

먼저, 상기 알루미늄 용탕 형성 단계(S11)에서는 알루미늄을 도가니에 넣고 600 내지 900℃ 범위에서 가열하여 알루미늄 용탕을 형성한다.

상기 알루미늄 용탕 형성 단계(S11)의 알루미늄은 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이때, 알루미늄 합금은 예를 들어, 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성가공용 알루미늄 또는 100 계열, 200계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 그러나 본 발명의 이러한 알루미늄 합금에 한정되는 것은 아니며 통상적으로 산업계에서 사용되고 있는 어떠한 알루미늄 합금도 사용이 가능하다. 이하 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금을 이용하여 제조한 용탕을 알루미늄 용탕으로 통칭한다.

다음으로, 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12)에서는 알루미늄 용탕에 위에서 이미 설명한 방법으로 제조한 마그네슘 모합금을 첨가한다.

이때 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12)에서 이용된 마그네슘 모합금은 0.0001 내지 30wt% 범위에서 첨가될 수 있다. 첨가되는 마그네슘 모합금이 0.0001wt% 미만이 경우에는 마그네슘 모합금 첨가에 따른 효과가 작을 수 있다. 또한, 상기 마그네슘 모합금이 30wt%를 초과하게 되면 원래의 알루미늄 합금의 특성이 나타나지 않을 수 있다.

이때 마그네슘 모합금의 형태는 괴상의 형태로 첨가될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 분말 형태, 그래뉼 형태 등 다른 형태를 가질 수 있다.

이러한 마그네슘 모합금의 첨가시 마그네슘 모합금 제조 과정에서 형성된 화합물 등도 같이 알루미늄 용탕내로 제공되게 된다. 이러한 화합물은 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 알루미늄-칼슘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함한다.

이때 마그네슘 모합금의 산화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호가스가 제공될 수 있다. 보호가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물, 또는 이들의 혼합 가스를 이용할 수 있으며, 이를 통해 마그네슘 모합금의 산화를 억제할 수 있다.

그러나 본 발명에서 이러한 보호가스가 반드시 필요한 것은 아니며, 제공되지 않을 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예와 같이 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에는 마그네슘 모합금의 내산화성의 증가로 용탕에 산화물 등의 불순물의 개재가 현저하게 감소하게 된다. 따라서 본 발명의 알루미늄 합금 제조방법에 의할 시, 보호가스를 사용하지 않더라도 알루미늄 용탕의 청정도가 크게 향상되어 용탕의 품질을 현저하게 개선할 수 있다.

이때 마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 충분히 섞이게 하기 위해 교반 단계(S13)를 수행할 수 있다.

다음으로, 마그네슘 모합금이 충분히 섞였다고 판단되면 알루미늄 용탕을 주형에 부어 넣은 후 응고하는 주조단계(S14)를 수행한다.

이때 주조단계(S14)에서의 주형의 온도는 상온 내지 400℃ 의 온도범위를 가질 수 있다. 주조단계에서는 주형을 상온까지 냉각시킨 후 알루미늄 합금을 주형으로부터 분리시킬 수 있으나, 상온 이전이라도 알루미늄 합금의 응고가 완료되는 경우에는 주형으로부터 알루미늄 합금을 분리시킬 수 있다.

주조방식에 대해서는 마그네슘 모합금 제조방법에 대해서 자세히 설명하였으므로 설명을 생략한다.

본 발명에 따르는 제조방법에 따라 제조된 알루미늄 합금은 마그네슘 모합금의 첨가 단계에서도 SF₆와 같은 보호가스를 사용하지 않더라도 우수한 용탕품질을 유지할 수 있으며, 주조가 완료된 상태에서는 따로 열처리를 수행하지 않더라도 알루미늄 기지에 이미 마그네슘 모합금 내부에 포함되어 있던 화합물들이 다수 형성될 수 있다. 즉, 알루미늄 용탕에 첨가된 마그네슘 모합금에 포함되어 있던 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘 화합물, 알루미늄-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘-칼슘 복합화합물 등이 알루미늄 용탕 내에서 유지된 후 알루미늄 합금의 주조단계에서 알루미늄 기지 내에 별개의 상으로 형성되게 되는 것이다.

이와 같이 제조된 알루미늄 합금은 경계를 이루며 서로 구분되는 복수개의 영역을 가진 기지를 가진다. 이때 서로 구분되는 복수개의 영역은 전형적으로 결정립계로 구분되는 복수의 결정립일 수 있으며, 또 다른 예로서 2 이상의 서로 다른 상의 상경계에 의해 한정되는 복수의 상영역일 수 있다. 이때 상기 경계 또는 영역 내부에 상기 화합물들이 존재할 수 있다.

이때 서로 구분되는 복수개의 영역은 전형적으로 결정립계로 구분되는 복수의 결정립일 수 있으며, 또 다른 예로서 2 이상의 서로 다른 상의 상경계에 의해 한정되는 복수의 상영역일 수 있다.

또한 마그네슘은 약 450℃ 온도에서 알루미늄에 약 17.4wt% 까지 고용될 수 있으므로, 알루미늄 기지에는 마그네슘 모합금의 첨가로 인해 일정량의 마그네슘이 고용되어 있다.

본 발명에 따른 알루미늄 합금의 경우 그 기지에 분포되는 화합물로부터 기인하는 기계적 특성의 향상효과가 나타날 수 있다.

예를 들어 이미 상술한 바와 같이 알루미늄 기지에는 마그네슘-실리콘 화합물인 Mg₂Si 또는 칼슘-실리콘 화합물인 Ca₂Si, CaSi, CaSi₂ 중 어느 하나 일 수 있다. 이러한 Mg₂Si 또는 Ca₂Si, CaSi, CaSi₂는 기지인 알루미늄에 비해 융점이 높은 고강도 물질이며, 따라서 이러한 고강도 물질의 분산분포로 인하여 알루미늄 합금의 강도가 증가될 수 있다.

한편, 상기 화합물들은 알루미늄 합금이 액상에서 고상으로 상천이 되는 과정에서 핵생성이 일어나는 장소를 제공할 수 있다. 즉 상기 화합물 자체가 불균일 핵성성 자리(heterogeneous nucleation site)로 기능함에 따라 화합물의 계면에서 우선적으로 고상으로의 상천이를 위한 핵생성이 일어나게 되고 이렇게 핵생성된 고상은 이러한 화합물 주변으로 형성하면서 성장하게 된다. 따라서 이와 같이 불균일 핵생성 자리로 기능하는 화합물에 의해 알루미늄 합금의 결정립 또는 상영역은 이러한 화합물이 존재하지 않는 경우에 비해 미세화 되는 효과를 나타낼 수 있다. 이러한 경우 상기 화합물은 결정립 또는 상영역의 내부에 존재하게 된다.

또한 상기 화합물은 결정립간의 경계인 결정립계 또는 상영역간의 경계인 상경계에 분포될 수 있다. 이러한 경계부분은 결정립 또는 상영역 내부에 비해 개방된 구조이므로 응고 과정에서 상기 화합물들이 배열되기 용이한 공간으로 제공될 수 있다. 이와 같이 상기 화합물이 알루미늄 합금의 결정립계 또는 상경계에 분포되는 경우에는, 장애물로 작용하여 결정립계 또는 상경계의 이동을 억제함에 따라 결정립 또는 상경계의 평균크기를 감소시킬 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 경우, 이러한 화합물들이 존재하지 않은 알루미늄 합금에 비해 평균적으로 더 미세하고 작은 결정립 또는 상영역 크기를 가질 수 있다. 이러한 화합물에 기인한 결정립 또는 상영역의 미세화는 알루미늄 합금의 강도 및 연신율의 향상 효과를 동시에 가져올 수 있다.

종래의 알루미늄 합금에서는 알루미늄에 마그네슘 및 실리콘을 첨가한 후 열처리를 통해 알루미늄 기지에 마그네슘-실리콘 화합물을 형성시켜 알루미늄 합금의 기계적 특성을 향상시켰다. 이러한 열처리는 용체화 단계, 급냉 단계 및 시효처리 단계 등 복수의 처리 단계를 포함한다.

이에 비해 본 발명에서는 알루미늄 합금의 제조과정에서 알루미늄 용탕에 마그네슘-실리콘 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 첨가한 후 주조함으로써 상술한 것과 같은 복잡한 열처리 단계를 거치지 않고도 알루미늄 합금의 기지에 마그네슘-실리콘 화합물을 형성할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예들을 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.

실험예는 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 합금이며, 이에 대해 비교예는 마그네슘만을 첨가하게 제조한 알루미늄 합금이다. 실험예 및 비교예 모두 빌렛 형태의 주형에 주조하여 제작한 것이었다.

이때 실험예는 순수 알루미늄에 5wt%의 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조하였으며, 이때 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘에 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제를 각각 0.3wt% 첨가하여 제조하였다. 비교예는 순수 알루미늄에 순수 마그네슘을 5wt% 첨가하여 제조하였다.

도 7a 및 7b에는 각각 실험예 및 비교예를 광학현미경으로 관찰한 미세조직 결과가 나타나 있다. 도 7a 및 7b를 참조하면, 실험예에서는 비교예와 달리 기지에 별도의 상(화살표)이 미세한 입자 형태로 다수 분포하고 있음을 알 수 있다.

도 8a 내지 8f에는 이러한 화합물에 대한 구체적인 분석결과가 나타나 있다. 도 8a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 알루미늄 합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 8b 내지 8e는 EPMA로 매핑(mapping)한 결과로서, 각각 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 칼슘 및 산소의 분포를 나타낸 결과이다.

도 8d 및 도 8e의 1로 표시되는 영역(이하 제 1 영역이라 함)에서 실리콘과 칼슘이 동일한 위치에서 검출되며, 이에 비해 도 8f와 같이 산소는 전혀 검출되지 않았다. 이로부터 상기 제 1 영역은 칼슘-실리콘 화합물임을 알 수 있다. 이러한 칼슘-실리콘 화합물은 Ca₂Si, CaSi, CaSi₂ 중 어느 하나일 수 있다.

한편, 도 8c의 2로 표시되는 영역(이하 제 1 영역이라 함)은 마그네슘의 농도가 다른 주변 영역에 비해 높은 검출 신호를 나타냄을 알 수 있으며, 도 8d 및 도 8e를 참조하면 도 8c의 마그네슘이 검출되는 영역과 거의 동일한 영역에서 실리콘 및 칼슘의 신호가 검출되는 것을 알 수 있다. 이에 반해 도 8f와 같이 산소는 거의 검출되지 않았다.

따라서 알루미늄 합금의 기지에는 마그네슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘 화합물 및 마그네슘-칼슘-실리콘 복합화합물 중 어느 하나 이상이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이로부터 본 발명에 따라 주조된 알루미늄 합금의 기지에는 주조된 상태에서 따로 열처리를 수행하지 않더라도 기지에 마그네슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘-화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-실리콘-칼슘 화합물 등이 미세하게 분포하고 있음을 알 수 있다.

발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

Claims (26)

1. 마그네슘, 칼슘, 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 단계; 및
   상기 용탕을 주조하는 단계;
   를 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 모합금은 0.0001 내지 30wt% 범위에서 첨가되는, 알루미늄 합금 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 하고, 상기 모재에 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 제조한 것인, 알루미늄 합금 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 상기 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것인, 알루미늄 합금 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 마그네슘 합금은 합금원소로서 알루미늄을 포함하고, 상기 화합물은 상기 알루미늄과 상기 칼슘이 반응하여 생성된 알루미늄-칼슘 화합물을 더 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 마그네슘 모합금의 제조방법은
   순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용해하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계;
   상기 마그네슘 용탕에 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계; 및
   상기 마그네슘 용탕을 주조하는 단계;
   를 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계 이후에,
   상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제가 상기 마그네슘 모합금 내에 실질적으로 잔류되지 않도록 소진시키는 단계; 및
   상기 소진 결과로 생성된 칼슘 및 실리콘을 상기 마그네슘 모합금 내에 실질적으로 잔류되지 않도록 반응시키는 단계;
   를 더 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 상기 마그네슘 용탕의 표면에 균일하게 분산시켜 첨가하는, 알루미늄 합금 제조방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 모두 반응하여 상기 마그네슘 모합금 내에 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제가 잔류하지 않은 범위까지 첨가되는, 알루미늄 합금 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제는 각각 0.001 내지 30wt% 범위에서 첨가되는, 알루미늄 합금 제조방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계 이후에 상기 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시하는, 알루미늄 합금 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 교반은 상기 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 알루미늄 합금 제조방법.
13. 제3항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제는 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN₂) 및 탄화칼슘(CaC₂) 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
14. 제3항에 있어서, 상기 실리콘계 첨가제는 산화실리콘(SiO₂)을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
15. 제4항에 있어서, 상기 화합물은 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물 및 마그네슘-칼슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 칼슘-실리콘 화합물은 Ca₂Si, CaSi 및 CaSi₂ 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
17. 제15에 있어서, 상기 마그네슘-실리콘 화합물은 Mg₂Si을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
18. 제5항에 있어서, 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al₂Ca 및 Al₄Ca 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금인, 알루미늄 합금 제조방법.
20. 알루미늄 기지;
    상기 기지에 존재하는 마그네슘, 칼슘 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물 중 어느 하나 이상;
    을 포함하며, 상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것인, 알루미늄 합금 제조방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 화합물은 상기 칼슘이 알루미늄과 반응하여 생성된 알루미늄-칼슘 화합물을 더 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 알루미늄 기지는 마그네슘이 고용된, 알루미늄 합금.
23. 제20항에 있어서, 상기 화합물은 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘-실리콘 화합물 및 알루미늄-칼슘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금.
24. 제23항에 있어서, 상기 마그네슘-실리콘 화합물은 Mg₂Si을 포함하는, 알루미늄 합금.
25. 제24항에 있어서, 상기 칼슘-실리콘 화합물은 Ca₂Si, CaSi 및 CaSi₂ 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금.
26. 제21항에 있어서, 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al₂Ca 및 Al₄Ca 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금.

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