KR20140087381A - 합금 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 마그네슘 합금은 볼밀법에 의해서 제조되며 저융점 금속에 고융점 금속이 고용되어 있고, 저융점 금속은 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al)이고, 고융점 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 규소(Si) 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

합금 및 그의 제조 방법{ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 합금 제조 방법에 관한 것으로, 특히 마그네슘 합금 및 알루미늄 합금의 제조 방법에 관한 것이다.

마그네슘 합금은 높은 비강도를 갖는 최경량 합금으로써, 다양한 주조 및 가공 공정에 적용될 수 있고, 자동차 부품이나 전자기 부품 등 경량화가 요구되는 분야에 적용될 수 있다. 즉 마그네슘 합금은 폭 넓은 응용 범위를 가지게 된다.

그러나 마그네슘 합금은 전기화학적으로 낮은 전위를 가지며 상당히 활성적인 금속이고, 산소 또는 물과 접촉 시 강한 활성반응을 보이며 때로는 화재를 일으키기도 한다. 따라서 마그네슘 합금은 재료의 안정성 및 신뢰성 측면에서 아직 한계를 가지고 있다.

또한, 마그네슘 합금은 융점이 낮기 때문에 고융점의 금속과 합금화시키기 위하여 모합금을 사용해야 하고, 합금화시키기 위해서는 장시간 가열해야 한다. 따라서 마그네슘 합금의 생산성 및 품질이 저하될 수 있다.

한편, 알루미늄 합금 또한 융점이 낮기 때문에 고융점의 금속과 합금화시키기 위하여 모합금을 사용해야 하고, 합금화시키기 위해서 장시간 가열해야 한다. 따라서 알루미늄 합금의 생산성 및 품질이 저하될 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저융점 금속과 고융점 금속을 용이하게 합금화할 수 있는 합금 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 볼밀법에 의해서 제조되며 저융점 금속에 고융점 금속이 고용되어 있고, 저융점 금속은 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al)이고, 고융점 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 규소(Si) 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 고융점 금속은 상기 합금의 30wt%이하로 포함될 수 있다.

상기한 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법은 저융점 원료 분말과 고융점 원료 분말을 혼합하는 단계, 혼합된 분말을 기계적으로 합금화하여 저융점 금속에 고융점 금속이 고용된 합금을 제조하는 단계를 포함하고, 저융점 원료 분말은 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al)이고, 고융점 원료 분말은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 규소(Si) 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 기계적 합금법은 볼밀법일 수 있다.

상기 볼밀법은 상기 저융점 원료 분말과 상기 고융점 원료 분말을 용기에 장입하는 단계, 원료 분말과 접촉하도록 상기 용기에 구형 부재를 위치시키는 단계, 용기를 회전하면서 저융점 금속에 고융점 금속이 고용된 합금을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 용기는 150rpm 내지 200rpm으로 회전 시킬 수 있다.

상기 고융점 금속 분말은 상기 합금의 30wt%이하로 혼합할 수 있다.

상기 용기 및 상기 구형 부재는 지르코늄으로 이루어질 수 있다.

상기 볼밀법은 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 분위기에서 대기압 이하에서 진행할 수 있다.

상기 저융점 금속 분말과 상기 고융점 금속 분말은 1mm 이하의 크기일 수 있다.

이와 같이 본 발명의 한 실시예에서와 같이 기계적 합금화를 이용하여 용이하게 알루미늄 및 마그네슘과 같은 저융점 금속에 고융점 금속이 고용된 합금을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 합금을 제조하는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 볼밀 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 마그네슘 합금을 제조하는 중간 단계에서의 볼밀 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조한 마그네슘 합금의 완성체 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 합금을 제조하는 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 볼밀 장치의 개략적인 단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 마그네슘 합금을 제조하는 중간 단계에서의 볼밀 사진이고, 도 5는 본 발명에 따라 제조한 마그네슘 합금의 완성체 사진이다.

도 1을 참조하면, 저융점 금속 분말과 고융점 금속 분말을 준비하는 단계(S100), 준비된 금속 분말을 혼합한 후 기계적 합금화 하는 단계(S102)를 포함한다.

금속 분말을 준비하는 단계(S102)에서, 저융점 금속은 마그네슘, 알루미늄 이고, 고융점 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 규소(Si) 중 적어도 하나일 수 있다.

이 중, 망간은 마그네슘-알루미늄 합금에서 내식성에 유해한 불순물 원소인 철과 결합하여 내식성을 향상시키고 빠른 냉각 속도에서 마그네슘-알루미늄 금속간 화합물을 형성하여 강도를 향상시킨다. 그러나 망간은 1.0wt%를 초과하여 첨가할 경우 마그네슘 합금 내에 조대한 β-Mn 상, 혹은 Al8Mn5 상이 형성되어 기계적 특성을 저하시키므로 망간은 1.0중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 지르코늄은 알루미늄, 망간 등의 원소를 함유하지 않은 마그네슘 합금에 첨가될 경우 응고 시 마그네슘 결정과 매우 유사한 결정 격자를 갖는 초정 지르코늄이 형성되기 때문에 초정 지르코늄에서의 마그네슘 결정의 불균일 핵생성을 통한 결정립 미세화를 위해 주로 첨가되는데, 0.1중량% 미만으로 첨가되면 그 효과가 충분하지 않고, 0.1중량 %를 초과하여 첨가되며 조대한 초정 지르코늄의 형성으로 인해 연신율이 전하되기 때문에 0.1중량% 내지 1.0중량%이하로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 실리콘은 주조시 용탕의 유동도를 증가시키는 역할을 한다. 그러나 기계적 특성에 미치는 실리콘의 영향은 냉각 속도 및 알루미늄의 함량과 밀접한 관계가 있다. 응고 속도가 낮은 공정에서는 Mg2Si가 조대하게 정출되어 취성을 증가시킨다. 알루미늄 함량이 1중량% 내지 2중량%인 경우에는 실리콘이 고온 특성에 효과적으로 기여한다.

이러한 고융점 금속은 전체 합금의 30wt%이하로 혼합하고, 분말은 1mm 이하의 입자 크기를 가질 수 있다.

기계적 합금화 하는 단계(S102)는 볼밀(ball mill)법을 이용하여 진행한다.

볼밀법은 도 2에서와 같은 볼밀 장치에서 진행할 수 있으며, 볼밀 장치는 분말을 수용하는 용기(100), 용기(100)에 수용되어 분말과 접촉하는 구형 부재(200)를 포함한다. 용기(100) 및 구형 부재(200)는 지르코늄으로 이루어질 수 있다.

먼저, 도 3에서와 같이 형성하고자 하는 합금의 분말을 혼합하여 용기에 장입한다. 분말은 저융점 금속인 마그네슘과 고융점 금속인 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 규소(Si)을 포함한다. 이때, 고융점 금속 각각은 분말에 대해서 대략 1wt%의 비율로 혼합할 수 있으며, 고융점 금속은 전체 분말의 30wt%이하로 혼합한다.

그리고 도 4에서와 같이 볼밀법을 이용하여 합금화를 진행한다. 이때, 용기는 150rpm 내지 200rpm의 속도로 회전되며, 분말은 구형 부재와 접촉한다. 볼밀 시간은 특별이 한정되지 않으나, 저융점 금속에 고융점 금속이 완전 고용될 때까지 진행할 수 있다. 이들의 고용 상태는 x-ray 등을 통해서 확인할 수 있다.

볼밀 공정은 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 분위기에서 대기압 이하에서 진행할 수 있다.

이처럼, 볼밀 공정을 이용하면 저융점 금속 내에 고융점 금속을 완전 고용시킬 수 있다. 즉, 볼밀 공정을 진행하면 구형 부재가 분발과 회전하면서 접촉하여 열이 발생하고, 이러한 열에 의해서 분말 표면이 녹아서 웰딩(welding)된다. 이후, 웰딩된 합금이 분쇄와 합금화를 반복하면서 고융점 금속이 저융점 금속 내에 고용된다.

도 3 및 도 4에서와 같은 볼밀 공정에 의해서 형성된 마그네슘 합금을 성형하여 도 5에서와 같은 마그네슘 합금 모재를 제조한다.

마그네슘 합금 모재에 첨가된 고융점 금속은 천이 금속으로 원자 상태로 저융점 금속에 고용되어 있으므로, 합금화 시 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 합금화가 가능하도록 한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (10)

1. 볼밀법에 의해서 제조되며 저융점 금속에 고융점 금속이 고용되어 있고,
   상기 저융점 금속은 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al)이고,
   상기 고융점 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 규소(Si) 중 적어도 하나를 포함하는 합금.
2. 제1항에서,
   상기 고융점 금속은 상기 합금의 30wt%이하로 포함된 합금.
3. 저융점 원료 분말과 고융점 원료 분말을 혼합하는 단계,
   상기 혼합된 분말을 기계적으로 합금화하여 저융점 금속에 고융점 금속이 고용된 합금을 제조하는 단계
   를 포함하고,
   상기 저융점 원료 분말은 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al)이고,
   상기 고융점 원료 분말은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 규소(Si) 중 적어도 하나를 포함하는 합금 제조 방법.
4. 제3항에서,
   상기 기계적 합금법은 볼밀법인 합금 제조 방법.
5. 제4항에서,
   상기 볼밀법은 상기 저융점 원료 분말과 상기 고융점 원료 분말을 용기에 장입하는 단계,
   상기 원료 분말과 접촉하도록 상기 용기에 구형 부재를 위치시키는 단계,
   상기 용기를 회전하면서 저융점 금속에 고융점 금속이 고용된 합금을 제조하는 단계
   를 포함하는 합금 제조 방법.
6. 제5항에서,
   상기 용기는 150rpm 내지 200rpm으로 회전시키는 합금 제조 방법.
7. 제5항에서,
   상기 용기 및 상기 구형 부재는 지르코늄으로 이루어지는 합금 제조 방법.
8. 제5항에서,
   상기 볼밀법은 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 분위기에서 대기압 이하에서 진행하는 합금 제조 방법.
9. 제3항에서,
   상기 고융점 금속 분말은 상기 합금의 30wt%이하로 혼합하는 합금 제조 방법.
10. 제3항에서,
    상기 저융점 금속 분말과 상기 고융점 금속 분말은 1mm 이하의 크기인 합금 제조 방법.

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