KR20150140725A

KR20150140725A - 무 알루미늄 마그네슘 합금

Info

Publication number: KR20150140725A
Application number: KR1020157031448A
Authority: KR
Inventors: 울리히 브룬케; 랄프 안더젝
Original assignee: 울리히 브룬케
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-12-16
Also published as: EP2984201A1; US10156004B2; CA2909197A1; CN105229191A; CA2909197C; US20160060733A1; WO2014166473A1; DE112014001938A5; DE102013006169A1; EP2984201B1; JP2016519718A

Abstract

본 발명에 따른 무 알루미늄(aluminum-free) 마그네슘 합금은, 적어도 87.5 중량%의 마그네슘을 가지고, 0.5 내지 2.0 중량%의 세륨, 0.2 내지 2.0 중량%의 란타늄, 0 내지 5 중량%의 적어도 하나의 희토류(rare earths)족으로부터의 추가적인 금속, 1.5 내지 3.0 중량% 의 망간 화합물, 및 0 내지 0.5 중량%의 인화합물을 추가함에 의해 생성된다.

Description

무 알루미늄 마그네슘 합금{ALUMINUM-FREE MAGNESIUM ALLOY}

본 발명은 무 알루미늄 마그네슘 합금 및 압출된 지속적으로 캐스트 혹은 다이캐스트되는 반제품 혹은 성분들 및 금속 시트의 제조 용도에 관한 것이다.

마그네슘 합금은 경량 구조물질(construction materials)으로서, 다른 금속의 합금들과 비교하여 매우 낮은 무게를 가지고, 낮은 무게가 중요한 역할을 하는 곳, 특히 자동차 엔지니어링, 엔진 구성(engine construction) 및 항공 우주 공학에 사용된다.

매우 좋은 강도 특성 및 낮은 비중량을 제공하는 마그네슘 합금은 금속적 구조물질로서 특히 자동차 및 항공 건설에 큰 흥미를 가져다 준다.

무게의 감소는 특히 자동차 건설에서 필요한데 이는 안정 및 안전 기준이 강화됨에 따라 추가적인 요소들이 설치되기 때문이다. 경량 건설은 또한 에너지 절약 자동차 디자인에서 중요하다. 마그네슘 물질의 프로세싱에 관하여, 다이캐스팅에 의한 1차 성형 및 압출, 단조, 롤링, 늘림성형(stretch forming) 또는 딥 드로잉(deep drawing)에 의한 금속 형성 단계와 관련된 방법은 중요성이 증가되고 있다. 이러한 방법들은 경량 부품들이 생산될 수 있게 하는데 이의 수요는 특히 자동차 건설에서 증가 된다.

유리한 기계적 특성, 특히 높은 인장 강도를 가지는 합금이 관련 분야에 포함된다.

DE 806 055에는 마그네슘 합금이 개시되어 있는데, 여기에서는 0.5 내지 10%의 희토류 그룹으로부터의 금속, 나머지는 마그네슘인 조성물로서, 상기 희토류금속은 적어도 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 75%의 네오디뮴, 및 각각 혹은 함께 20%를 넘지 않는 란타늄 및 세륨, 및 프라세오디뮴, 및 소량의 사마륨 및 나머지로서 이트륨 성분의 흔적들을 포함한다는 단서를 가지며, 여기에는 하나 혹은 그 이상의 다음의 요소들이 첨가된다: 망간, 알루미늄, 칼슘, 토륨, 수은, 베릴륨, 아연, 카드뮴 및 지르코늄.

DE 42 08 504 A1에서는 2 내지 8%의 희토류 금속을 포함하는 마그네슘 합금이 개시되어 있는데 여기에서 희토류 금속은 사마륨으로 이루어 진다.

추가적으로 유리한 기계적 특성을 가지는 알려진 마그네슘 합금은 높은 용량의 세륨을 가지는 희토류 금속의 혼합물 및 아연을 함유하는 합금을 포함한다. 이러한 합금은 대략 4.5 중량%의 아연, 및 대략 1.0 중량%의 높은 용량의 세륨을 가지는 희토류 금속을 함유한다. 이러한 합금은 좋은 기계적 특성에 도달할 수 있으나, 캐스트가 어렵고 만족스러운 질로 부분을 캐스트 하기 어렵게 만든다. 만일 복잡하게 조합된 부분이 포함되면 용접에서 어려움을 겪는다.

향상된 캐스터성(castibility)을 가지는 합금은 높은 용량의 아연 및 희토류 금속을 첨가함으로써 획득할 수 있다. 하지만, 이는 잘 부러지는 성질을 가진다. 이는 수소화 작용으로 억제될 수 있는데 이는 결국 생산 가격 증가로 이어진다.

알루미늄 및 아연과 같은 다른 금속 성분들을 높은 용량으로 함유하는 마그네슘 합금은 세립 구조와 함께 응고되는데 마그네슘 혹은 마그네슘-망간 합금보다 상당히 나쁜 부식 성질을 가진다.

세립 응고 구조를 가지는 실리콘-포함, 부식-억제 마그네슘 합금이 DE 1 433 108 A1에 개시되어 있다. 실리콘에 더하여 망간, 아연 및 티타늄이 마그네슘 합금에 추가되고, 알루미늄, 카드뮴 및 은이 추가적인 합금 성분들로서 추가된다.

주요 성분으로서 마그네슘에 더하여 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 칼슘 및 그밖의 유사한 것과 같은 추가적인 요소들뿐 아니라 망간을 포함하는 추가적인 합금이 예를 들어 DE 199 15 276 A1, DE 196 38 764 A1, DE 679 156, DE 697 04 801 T2, 및 DE 44 46 898 A1에서 알려져있다.

이러한 공지된 마그네슘 합금들은 많은 결점들을 가진다.

US 6,544,357에서는 0.1 또는 0.2 중량% 내지 30 또는 40 중량% 까지의 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Ti, V, Cr, Mu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Al, Ga, Si, B, Be, Ge, 및 Sb를 다른 구성요소들과 함께 포함하는 마그네슘 및 알루미늄 합금이 개시된다. 잠재적으로 생성될 수 있는 합금의 이러한 범위는 너무 넓고 다루기힘든 것이어서 당업자가 이로부터 여기서 청구하는 합금에 도달하는 것은 용이하지 않다.

칼슘의 존재는 사출성형과 같은 높은 냉각 속도를 가지는 캐스팅 과정에서 캐스팅 후에 뜨거운(hot) 크랙(cracking)을 유발할 수 있다. 마그네슘-알루미늄-아연-망간 또는 마그네슘-알루미늄-망간을 함유하는 합금에서 강도는 고온에서 감소된다.

전체적인 금속 성형 거동(behavior), 용접성 또는 부식 저항성은 저하된다.

대부분 일반적인 마그네슘 합금의 냉간가공성 (cold workability)은 낮은 유연성(ductility) 및 헥사고날 크리스탈 구조(exagonal crystal structure)에 의해서 제한된다. 마그네슘 합금의 대다수는 상온에서 깨지기 쉬운 거동을 나타낸다. 높은 신장 강도에 더하여, 연성거동이 특정 금속 성형 과정에서 마그네슘 합금으로부터 반제품(semi-finished products)을 생성하는데 필요하다. 높은 유연성은 높은 강도 및 단단함 뿐만 아니라 향상된 금속 성형 및 변형 거동이 가능하도록 한다.

많은 공지된 합금은 제조 상태에서 매우 다양한 특성들을 가진다. 마그네슘 합금의 제조시 추가적인 단점은 마그네슘 용융시 금속성 망간이 매우 난용성이거나 용해에 오랜 시간이 걸린다는 것이다.

본 발명의 목적은 금속 시트, 용접 와이어, 성형 압출 및/또는 다이캐스트 섹션(sections) 혹은 성분(component)들의 제조에 적합한, 즉 좋은 변형성, 높은 부식 저항성, 향상된 용접성, 높은 생산 강도 및 좋은 냉간 가공성을 가지는 마그네슘 합금을 개발하는 데 있다.

본 발명에 따르면 상기 목적은 적어도 84.5 중량% 의 마그네슘을 포함하는 마그네슘 합금으로 0.4 내지 4.0 중량% 세륨, 0.2 내지 2.0 중량% 란타늄, 0 내지 5 중량% 의 적어도 하나의 희토류족으로부터의 추가적 금속, 1.5 내지 3.0 중량% 의 망간 화합물, 및 0 내지 1.5 중량%의 인 화합물을 첨가함에 의해 생성되고, 상기 세륨 및 란타늄은 2:1의 비율로 존재하는 마그네슘 합금에 의해 달성된다.

여기서 사용될 수 있는 망간 화합물은 예를 들어 산화 망간(II, III), 염화 망간 (II), 0.01 중량% 아래의 철 용량을 가지는 인산 망간, 또는 망가나이트(manganite)를 포함한다.

모나자이트, 인산 망간 또는 인산 마그네슘은 인 화합물로서 사용될 수 있다.

인은 합금의 인장 강도, 강도 및 부식 저항성을 증가시킨다.

상기 마그네슘 합금은 적어도 120MPa의 생성 강도 (yield strength)(R.p 0.2), 확장된 온도 범위에 대한 좋은 강도적 성질, 및 적당한 변형성을 가지는 높은 크리프(creep) 저항성을 가진다.

본 발명에 따른 상기 마그네슘 합금은 용접 와이어의 제조뿐만 아니라 금속 시트, 반제품(semi-finished products) 또는 압출 및/또는 다이케스트 성분(components) 및 성형된 섹션들의 제조에 사용될 수 있다. 이들은 특별한 부분들, 특히 자동차 건설, 기차 건설, 조선 및 항공기 건설분야에서 의자, 창문 혹은 문 프레임, 자동차 차체, 하우징, 케리어, 받침대, 지지대 및 다른 작은 부품들의 제조에 사용될 수 있다.

압출 기계의 프로세싱에 특히 유리한 마그네슘 합금은 1.0 중량%의 세륨, 0.5 중량%의 란타늄, 0.10 중량%의 스칸듐, 및 2.0 중량%의 염화 망간 (II)을 첨가함에 의해 무 알루미늄(aluminum-free) 마그네슘으로부터 마그네슘 합금이 제조될 때 얻을 수 있다.

추가적인 마그네슘 합금은 1.0 중량% 세륨, 0.5 중량% 란타늄, 2.0 중량% 염화망간(II) 및 0.1 중량% 모나자이트를 첨가함에 의해 무 알루미늄 마그네슘으로부터 마그네슘합금이 생성될 때 획득될 수 있다.

상기 조성을 가지는 합금은 좋은 부식 저항성, 향상된 냉간 작업 거동, 낮은 온간 크리프 거동 및 높은 생성 강도에 의해 특징화 된다.

이러한 마그네슘 합금은 특히 금속 시트, 성형 압출 및/또는 다이케스트 섹션 및 성분(component)들의 제조 및 인발된(drawn) 용접 와이어의 제조에 사용될 수 있다.

Claims

적어도 84.5 중량%의 마그네슘을 포함하고, 0.4 내지 4.0 중량%의 세륨, 0.2 내지 2.0 중량%의 란타늄, 0 내지 5 중량%의 적어도 하나의 희토류(rare earths)족으로부터의 추가적인 금속, 1.5 내지 3.0 중량%의 망간 화합물, 및 0 내지 1.5 중량%의 인화합물을 추가함에 의해 생성되는, 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
희토류족으로부터의 추가적인 금속은 스칸듐인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 망간 화합물은 산화망간(II, III)인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 망간 화합물은 염화망간(II)인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 망간 화합물은 0.01 중량% 미만 함량의 철을 포함하는 인산 망간인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 망간 화합물은 망가나이트(manganite)인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 인 화합물은 모나자이트(monazite)인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 인 화합물은 인산 망간인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 인 화합물은 인산 마그네슘인 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘 합금은 성형(profiled) 압출(extruded) 및/또는 다이캐스트(diecast) 섹션(sections)을 제조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘 합금은 인발된(drawn) 용접 와이어(welding wire)를 제조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 무 알루미늄 마그네슘 합금.