KR20150073898A - Alloy and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 합금 제조 방법에 관한 것으로, 특히 마그네슘 합금 및 알루미늄 합금의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an alloy, and more particularly, to a method of manufacturing a magnesium alloy and an aluminum alloy.
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.The magnesium alloy is a lightweight alloy having a high specific strength and can be applied to various casting and processing processes and can be applied to fields requiring lightweight such as automobile parts and electromagnetic parts. That is, the magnesium alloy has a wide range of applications.
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.Magnesium alloys, however, are electrochemically low-potential, highly active metals, show strong active reactions when contacted with oxygen or water, and sometimes cause a fire. Therefore, magnesium alloys still have limitations in terms of material stability and reliability.
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.In addition, since the magnesium alloy has a low melting point, it is necessary to use the parent alloy to alloy with the high melting point metal and to heat it for a long time in order to alloy it. Therefore, the productivity and quality of the magnesium alloy may deteriorate.
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. On the other hand, since the melting point of aluminum alloy is also low, it is necessary to use parent alloy to alloy with high melting point metal and to heat for a long time in order to alloying. Therefore, the productivity and quality of the aluminum alloy may be deteriorated.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저융점 금속과 고융점 금속을 용이하게 합금화할 수 있는 합금 제조 방법을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing an alloy which can easily alloy a low melting point metal and a high melting point metal.
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.In order to achieve the above object, the magnesium alloy according to the present invention is manufactured by a ball mill method, and a low melting point metal is solidified with a high melting point metal, a low melting point metal is magnesium (Mg) or aluminum (Al) Includes at least one of Ti, Cr, Mn, Fe, Co, and Si.
상기 고융점 금속은 상기 합금의 30wt%이하로 포함될 수 있다.The refractory metal may be contained in an amount of 30 wt% or less of the alloy.
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.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a magnesium alloy, comprising: mixing a low-melting-point raw material powder and a high-melting-point raw material powder; mechanically alloying the mixed powder to form a low- Wherein the low melting point raw material powder is magnesium (Mg) or aluminum (Al) and the high melting point raw material powder is at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn) Cobalt (Co), and silicon (Si).
상기 기계적 합금법은 볼밀법일 수 있다. The mechanical alloying method may be a ball mill method.
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. Wherein the ball mill method comprises the steps of charging the low melting point raw material powder and the high melting point raw material powder into a vessel, placing the spherical member in the vessel so as to contact the raw powder, Based alloy. ≪ RTI ID = 0.0 >
상기 용기는 150rpm 내지 200rpm으로 회전 시킬 수 있다. The container may be rotated at 150 rpm to 200 rpm.
상기 고융점 금속 분말은 상기 합금의 30wt%이하로 혼합할 수 있다.The refractory metal powder may be mixed in an amount of 30 wt% or less of the alloy.
상기 용기 및 상기 구형 부재는 지르코늄으로 이루어질 수 있다.The container and the spherical member may be made of zirconium.
상기 볼밀법은 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 분위기에서 대기압 이하에서 진행할 수 있다. The ball milling method may be carried out at atmospheric pressure or lower in an inert atmosphere such as nitrogen, argon, or the like.
상기 저융점 금속 분말과 상기 고융점 금속 분말은 1mm 이하의 크기일 수 있다.The low melting point metal powder and the high melting point metal powder may have a size of 1 mm or less.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에서와 같이 기계적 합금화를 이용하여 용이하게 알루미늄 및 마그네슘과 같은 저융점 금속에 고융점 금속이 고용된 합금을 제조할 수 있다. As described above, an alloy in which a refractory metal is easily solid-dissolved in a low melting point metal such as aluminum and magnesium can be produced by using mechanical alloying as in an embodiment of the present invention.
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.1 is a flow chart for manufacturing an alloy according to one embodiment of the present invention.
2 is a schematic sectional view of a ball mill apparatus according to the present invention.
FIGS. 3 and 4 are photographs of the ball mill at the intermediate stage of manufacturing the magnesium alloy according to the present invention.
Fig. 5 is a photograph of a finished product of a magnesium alloy produced according to the present invention.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
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.2 is a schematic cross-sectional view of a ball mill apparatus according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views illustrating an intermediate step of manufacturing a magnesium alloy according to an embodiment of the present invention And FIG. 5 is a photograph of the finished product of the magnesium alloy produced according to the present invention.
도 1을 참조하면, 저융점 금속 분말과 고융점 금속 분말을 준비하는 단계(S100), 준비된 금속 분말을 혼합한 후 기계적 합금화 하는 단계(S102)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the method includes preparing a low-melting-point metal powder and a high-melting-point metal powder (SlOO), mixing the prepared metal powder and mechanically alloying (S102).
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.The metal having a low melting point is magnesium or aluminum and the metal having a high melting point is at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co) (Si).
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.Among them, manganese improves the corrosion resistance by bonding with iron which is an impurity element harmful to corrosion resistance in magnesium-aluminum alloy, and improves strength by forming magnesium-aluminum intermetallic compound at a rapid cooling rate. However, when manganese is added in an amount exceeding 1.0 wt%, a coarse? -Mn phase or an Al8Mn5 phase is formed in the magnesium alloy, which deteriorates the mechanical properties, so that the content of manganese is preferably 1.0 wt% or less.
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.When zirconium is added to a magnesium alloy containing no element such as aluminum or manganese, zirconium having a crystal lattice very similar to magnesium crystal is formed at solidification. Therefore, grain refinement through non-uniform nucleation of magnesium crystals in zirconium If it is added in an amount of less than 0.1% by weight, the effect is not sufficient. If it is added in an amount exceeding 0.1% by weight and the elongation is charged due to the formation of coarse zirconium oxide, .
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.Silicon also serves to increase the fluidity of the melt during casting. However, the effect of silicon on mechanical properties is closely related to cooling rate and aluminum content. In the process of lowering the solidification rate, Mg2Si is drastically purged to increase the brittleness. When the aluminum content is 1 wt% to 2 wt%, silicon effectively contributes to high-temperature characteristics.
이러한 고융점 금속은 전체 합금의 30wt%이하로 혼합하고, 분말은 1mm 이하의 입자 크기를 가질 수 있다.These refractory metals may be mixed to 30 wt% or less of the total alloy, and the powder may have a particle size of 1 mm or less.
기계적 합금화 하는 단계(S102)는 볼밀(ball mill)법을 이용하여 진행한다. The step of mechanical alloying (S102) proceeds using a ball mill method.
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. The ball milling method can be carried out in a ball mill apparatus as shown in FIG. 2, and the ball mill apparatus includes a
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. First, as shown in FIG. 3, powder of an alloy to be formed is mixed and charged into a container. The powder includes magnesium as a low melting point metal and titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), and silicon (Si) as high melting point metals. At this time, each of the high-melting-point metals may be mixed at a ratio of approximately 1 wt% with respect to the powder, and the high-melting-point metal may be mixed at not more than 30 wt% of the total powders.
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.Then, as shown in FIG. 4, alloying is performed using a ball mill method. At this time, the container is rotated at a speed of 150 rpm to 200 rpm, and the powder contacts the spherical member. The ball mill time is not particularly limited, but it can be continued until the high melting point metal is completely used in the low melting point metal. Their employment status can be confirmed by x-ray.
볼밀 공정은 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 분위기에서 대기압 이하에서 진행할 수 있다.The ball mill process can proceed below atmospheric pressure in an inert atmosphere such as nitrogen, argon, and the like.
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.As described above, by using the ball mill process, the high melting point metal can be completely used in the low melting point metal. That is, when the ball milling process is performed, the spherical member comes into contact with the blast while rotating and generates heat, and the surface of the powder is melted and welded by the heat. Then, the refractory metal is dissolved in the refractory metal while the molten alloy is repeatedly pulverized and alloyed.
도 3 및 도 4에서와 같은 볼밀 공정에 의해서 형성된 마그네슘 합금을 성형하여 도 5에서와 같은 마그네슘 합금 모재를 제조한다. The magnesium alloy formed by the ball milling process as shown in FIGS. 3 and 4 is molded to produce the magnesium alloy base material as shown in FIG.
마그네슘 합금 모재에 첨가된 고융점 금속은 천이 금속으로 원자 상태로 저융점 금속에 고용되어 있으므로, 합금화 시 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 합금화가 가능하도록 한다. Since the high melting point metal added to the magnesium alloy base material is a transition metal and is solid in a low melting point metal in an atomic state, it can be easily alloyed at a relatively low temperature in alloying.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.
Claims (1)
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.A high-melting-point metal is solid-dissolved in a low-melting-point metal,
The low melting point metal is magnesium (Mg) or aluminum (Al)
Wherein the refractory metal comprises at least one of titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), and silicon (Si).
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