KR20150140828A - 난연 마그네슘 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents

난연 마그네슘 합금 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20150140828A
KR20150140828A KR1020157032433A KR20157032433A KR20150140828A KR 20150140828 A KR20150140828 A KR 20150140828A KR 1020157032433 A KR1020157032433 A KR 1020157032433A KR 20157032433 A KR20157032433 A KR 20157032433A KR 20150140828 A KR20150140828 A KR 20150140828A
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요시히토 카와무라
종현 김
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고꾸리쯔다이가꾸호오진 구마모또 다이가꾸
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Abstract

장주기 적층형 마그네슘 합금의 기계적 특성을 갖고, 또한 800℃ 이상의 발화 온도를 갖는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법에 관한 것이다. Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키는 난연 마그네슘 합금을 용해하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법이다.
(식 1) 0.5≤a<5.0
(식 2) 0.5<b<5.0
(식 3) 2/3a-5/6≤b
(식 4) 0<x≤0.5

Description

난연 마그네슘 합금 및 그 제조 방법{FIRE-RESISTANT MAGNESIUM ALLOY AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은 난연 마그네슘 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 장주기 적층(LPSO)형 마그네슘 합금(예를 들면, 특허문헌 1∼3 참조)은 고강도 고연성의 기계적 특성을 갖고 있다. 이 장주기 적층형 마그네슘 합금의 용해 및 주조 온도는 750℃이다. 이 온도는 발화 온도에 가깝기 때문에 공기 중에서 용해 및 주조를 행하는 것은 위험하다. 그 때문에, 용해 및 주조시에 마그네슘 합금의 연소를 막는 분위기 하(예를 들면, 진공 및 불활성 가스의 분위기 하)에서 작업을 행할 필요가 있었다. 이것은 비용이 증대된다. 특히, 불활성 가스에 사용되는 SF6은 이산화탄소의 23,900배의 지구 온난화계수를 갖고 있기 때문에 환경에 나쁘고, 이용은 삼가해야 한다.
일본 특허 제 3905115호 일본 특허 제 3940154호 일본 특허 제 4139841호
본 발명의 일형태는 장주기 적층형 마그네슘 합금의 기계적 특성을 갖고, 또한 800℃ 이상의 발화 온도를 갖는 난연 마그네슘 합금 또는 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이하에, 본 발명의 여러 가지 형태에 대하여 설명한다.
[1] Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키는 난연 마그네슘 합금을 용해하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 1) 0.5≤a<5.0
(식 2) 0.5<b<5.0
(식 3) 2/3a-5/6≤b
(식 4) 0<x≤0.5(바람직하게는 0.1≤x≤0.5, 더욱 바람직하게는 0.15≤x≤0.5)
[2] Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키는 난연 마그네슘 합금을 용해하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 1) 0.25≤a≤5.0
(식 2) 0.5≤b≤5.0
(식 3) 0.5a≤b
(식 4) 0<x≤0.5(바람직하게는 0.1≤x≤0.5, 더욱 바람직하게는 0.15≤x≤0.5)
[3] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금은 800℃ 이상(바람직하게는 850℃ 이상)의 발화 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
[4] 상기 [1]∼[3] 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금을 용해할 때에는 800℃ 이하(바람직하게는 850℃ 이상)의 온도에서 행해지는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
[5] 상기 [1]∼[4] 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금을 용해한 후에, 용해한 난연 마그네슘 합금을 주조하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
[6] 상기 [5]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금을 주조할 때의 냉각 속도는 1000K/초 이하(바람직하게는 100K/초 이하)인 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
[7] 상기 [1]∼[6] 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금은 Al을 y원자% 함유하고, y는 하기 (식 5)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 5) 0<y≤0.5(바람직하게는 0.05≤y≤0.5)
[8] 상기 [1] 또는 [7]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것, 또는 (식 7) 및 (식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 6) 0≤c<2.0
(식 7) 0.2≤b+c≤6.0
(식 8) c/b≤1.5
[9] 상기 [2] 또는 [7]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0.1≤b+c≤6.0
[10] 상기 [1] 또는 [7]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 8) 0≤c≤3.0
(식 9) 0.2≤b+c≤6.0
[11] 상기 [2] 또는 [7]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 8) 0≤c≤3.0
(식 9) 0.1≤b+c≤6.0
[12] 상기 [1] 또는 [7]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것, 또는 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0≤d<2.0
(식 8) 0.2≤b+c+d≤6.0
(식 9) d/b≤1.5
[13] 상기 [2] 또는 [7]에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0≤d≤3.0
(식 8) 0.1≤b+c+d≤6.0
[14] 상기 [1]∼[13] 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연 마그네슘 합금에 Th, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, C, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0원자% 초과 2.5원자% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
[15] Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키고, 장주기 적층 구조상을 갖는 결정 조직을 구비한 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 1) 0.5≤a<5.0
(식 2) 0.5<b<5.0
(식 3) 2/3a-5/6≤b
(식 4) 0<x≤0.5(바람직하게는 0.1≤x≤0.5, 더욱 바람직하게는 0.15≤x≤0.5)
[16] Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키고, 장주기 적층 구조상을 갖는 결정 조직을 구비한 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 1) 0.25≤a≤5.0
(식 2) 0.5≤b≤5.0
(식 3) 0.5a≤b
(식 4) 0<x≤0.5(바람직하게는 0.1≤x≤0.5, 더욱 바람직하게는 0.15≤x≤0.5)
[17] 상기 [15] 또는 [16]에 있어서, 상기 합금은 800℃ 이상(바람직하게는 850℃ 이상)의 발화 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
[18] 상기 [15]∼[17] 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 Al을 y원자% 함유하고, y는 하기 (식 5)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 5) 0<y≤0.5(바람직하게는 0.05≤y≤0.5)
[19] 상기 [15] 또는 [18]에 있어서, 상기 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것, 또는 (식 7) 및 (식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 6) 0≤c<2.0
(식 7) 0.2≤b+c≤6.0
(식 8) c/b≤1.5
[20] 상기 [16] 또는 [18]에 있어서, 상기 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0.1≤b+c≤6.0
[21] 상기 [15] 또는 [18]에 있어서, 상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0.2≤b+c≤6.0
[22] 상기 [16] 또는 [18]에 있어서, 상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0.1≤b+c≤6.0
[23] 상기 [15] 또는 [18]에 있어서, 상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것, 또는 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0≤d<2.0
(식 8) 0.2≤b+c+d≤6.0
(식 9) d/b≤1.5
[24] 상기 [16] 또는 [18]에 있어서, 상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0≤d≤3.0
(식 8) 0.1≤b+c+d≤6.0
[25] 상기 [15]∼[24] 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금에 Th, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, C, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0원자% 초과 2.5원자% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
[26] 상기 [15]∼[25] 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 주조물인 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
(발명의 효과)
본 발명의 일형태를 적용함으로써 장주기 적층형 마그네슘 합금의 기계적 특성을 갖고, 또한 800℃ 이상의 발화 온도를 갖는 난연 마그네슘 합금 또는 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예의 시료에 실온에서 인장 시험을 행했을 경우의 Ca 함유량과 인장 항복 강도 및 신장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예의 시료에 523K의 온도에서 인장 시험을 행했을 경우의 Ca 함유량과 인장 항복 강도 및 신장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예의 시료의 Ca 함유량과 발화 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예의 Mg95 .75- XZn2Y1 . 9La0 . 1Al0 . 25CaX 합금(X=0, 0.3, 0.6, 0.9)의 압출재의 결정 조직을 나타내는 SEM 사진이다.
도 5는 실시예의 Mg95 .75- XZn2Y1 . 9La0 . 1Al0 . 25CaX 합금(X=0.9)의 압출재의 결정 조직을 나타내는 SEM 사진과 EDS상이다.
도 6은 비교예의 시료에 실온에서 인장 시험을 행했을 경우의 Al 함유량과 인장 강도 및 신장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예의 시료에 523K의 온도에서 인장 시험을 행했을 경우의 Al 함유량과 인장 강도 및 신장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예의 Mg96 - XZn2Y1 . 9La0 . 1AlX(단, X=0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25)의 압출재의 결정 조직을 나타내는 SEM 사진이다.
도 9는 비교예의 Mg96 - XZn2Y1 . 9La0 . 1AlX(단, X=0.3, 0.35, 0.4, 0.5)의 압출재의 결정 조직을 나타내는 SEM 사진이다.
도 10은 비교예의 Mg95 . 7Zn2Y1 . 9La0 . 1Al0 .3 합금의 압출재의 EDS상이다.
도 11은 비교예의 Mg95 . 5Zn2Y1 . 9La0 . 1Al0 .5 합금의 압출재의 EDS상이다.
도 12는 비교예의 Mg96 - XZn2Y1 . 9La0 . 1AlX(단, X=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)의 압출재의 결정 조직을 나타내는 사진이다.
도 13은 비교예의 압출재에 크리프 시험을 행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 Mg98 .4- XZnXY1 . 5La0 .1(단, X=0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)의 압출재의 결정 조직을 나타내는 사진이다.
이하에서는 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 일탈하지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정해서 해석되는 것은 아니다.
또한, 이하에 나타내는 각 실시형태에 의한 마그네슘 합금에 있어서의 장주기 적층 구조상을 발생시키기 위한 조성 범위 및 제조 공정의 조건 등에 대해서, 각각의 성분의 상한 및 하한을 정한 이유나 제조 공정의 조건 범위를 정한 이유는 일본 특허 제 3905115호, 일본 특허 제 3940154호, 일본 특허 제 4139841호에 기재한 바와 같다.
<실시형태 1>
본 발명의 일형태에 의한 난연 마그네슘 합금의 제조 방법에 대하여 설명한다.
Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키는 합금을 800℃ 이하(바람직하게는 850℃ 이하)의 온도에서 용해해서 주조한다. 이 합금은 Ca를 함유함으로써 800℃ 이상(바람직하게는 850℃ 이상)의 발화 온도를 갖는다. 이렇게 하여 마그네슘 합금 주조물을 만든다. 주조시의 냉각 속도는 1000K/초 이하이며, 보다 바람직하게는 100K/초 이하이다.
(식 1) 0.5≤a<5.0
(식 2) 0.5<b<5.0
(식 3) 2/3a-5/6≤b
(식 4) 0<x≤0.5(바람직하게는 0.1≤x≤0.5, 더욱 바람직하게는 0.15≤x≤0.5)
상기 마그네슘 합금 주조물을 만드는 프로세스로서는 여러 가지 프로세스를 사용하는 것이 가능하고, 예를 들면 고압 주조, 롤 캐스트, 경사판 주조, 연속 주조, 틱소 몰딩, 다이캐스트 등을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 마그네슘 합금 주조물로서는 잉곳으로부터 소정 형상으로 잘라낸 것을 사용해도 좋다.
이어서, 마그네슘 합금 주조물에 균질화 열처리를 실시해도 좋다. 이때의 열처리 조건은 온도가 400℃∼550℃, 처리 시간이 1분∼1500분(또는 24시간)으로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 마그네슘 합금 주조물에 소성 가공을 행한다. 이 소성 가공의 방법으로서는, 예를 들면 압출, ECAE(equal-channel-angular-extrusion) 가공법, 압연, 인발 및 단조, 이것들의 반복 가공, FSW(friction stir ｗelding; 마찰 교반 용접) 가공 등을 이용한다.
압출에 의한 소성 가공을 행하는 경우에는 압출 온도를 250℃ 이상 500℃ 이하로 하고, 압출에 의한 단면 감소율을 5% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
ECAE 가공법은 시료에 균일한 변형을 도입하기 위해서 패스마다 시료 길이 방향을 90°씩 회전시키는 방법이다. 구체적으로는, 단면 형상이 L자상인 성형 구멍을 형성한 성형용 다이의 상기 성형 구멍에 성형용 재료인 마그네슘 합금 주조물을 강제적으로 진입시켜서, 특히 L상 성형 구멍의 90°로 구부러진 부분에서 상기 마그네슘 합금 주조물에 응력을 가해서 강도 및 인성이 뛰어난 성형체를 얻는 방법이다. ECAE의 패스 횟수로서는 1∼8패스가 바람직하다. 보다 바람직하게는 3∼5패스이다. ECAE의 가공시의 온도는 250℃ 이상 500℃ 이하가 바람직하다.
압연에 의한 소성 가공을 행하는 경우에는 압연 온도를 250℃ 이상 500℃ 이하로 하고, 압하율을 5% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
인발 가공에 의한 소성 가공을 행하는 경우에는 인발 가공을 행할 때의 온도가 250℃ 이상 500℃ 이하, 상기 인발 가공의 단면 감소율이 5% 이상인 것이 바람직하다.
단조에 의한 소성 가공을 행하는 경우에는 단조 가공을 행할 때의 온도가 250℃ 이상 500℃ 이하, 상기 단조 가공의 가공율이 5% 이상인 것이 바람직하다.
상기 마그네슘 합금 주조물에 행하는 소성 가공은 1회당의 변형량이 0.002 이상 4.6 이하이며 총 변형량이 15 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 소성 가공은 1회당의 변형량이 0.002 이상 4.6 이하이며 총 변형량이 10 이하인 것이 보다 바람직하다. 바람직한 총 변형량을 15 이하, 보다 바람직한 총 변형량을 10 이하로 하는 이유는 총 변형량을 많게 해도 그것에 따라서 마그네슘 합금의 강도가 증가하는 것은 아니기 때문이며, 또한 총 변형량을 많이 하면 할수록 제조 비용이 높아져 버리기 때문이다.
또한, ECAE 가공의 변형량은 0.95∼1.15/회이며, 예를 들면 ECAE 가공을 16회 행했을 경우의 총 변형량은 0.95×16=15.2가 되고, ECAE 가공을 8회 행했을 경우의 총 변형량은 0.95×8=7.6이 된다.
또한, 압출 가공의 변형량은 압출비가 2.5인 경우가 0.92/회이며, 압출비가 4인 경우가 1.39/회이며, 압출비가 10인 경우가 2.30/회이며, 압출비가 20인 경우가 2.995/회이며, 압출비가 50인 경우가 3.91/회이며, 압출비가 100인 경우가 4.61/회이며, 압출비가 1000인 경우가 6.90/회이다.
상기한 바와 같이, 마그네슘 합금 주조물에 소성 가공을 행한 소성 가공물은 상온에 있어서 hcp 구조 마그네슘상 및 장주기 적층 구조상의 결정 조직을 갖고, 이 장주기 적층 구조를 갖는 결정입의 체적분율은 5% 이상(보다 바람직하게는 10% 이상)이 되고, 마그네슘 합금의 결정입경은 100㎚ 이상 500㎛ 이하이다. 상기 hcp 구조 마그네슘상의 평균 입경은 2㎛ 이상이며, 상기 장주기 적층 구조상의 평균 입경은 0.2㎛ 이상이다. 이 장주기 적층 구조상의 결정입 내에는 복수의 랜덤 입계가 존재하고, 이 랜덤 입계에서 규정되는 결정입의 평균 입경은 0.05㎛ 이상이다. 랜덤 입계에 있어서는 전이 밀도가 크지만, 장주기 적층 구조상에 있어서의 랜덤 입계 이외의 부분의 전위 밀도는 작다. 따라서, hcp 구조 마그네슘상의 전이 밀도는 장주기 적층 구조상에 있어서의 랜덤 입계 이외의 부분의 전위 밀도에 비해서 1자리 이상 크다.
상기 장주기 적층 구조상의 적어도 일부는 만곡 또는 굴곡되어 있다. 또한, 상기 소성 가공물은 Mg와 희토류 원소의 화합물, Mg와 Zn의 화합물, Zn과 희토류 원소의 화합물 및 Mg와 Zn과 희토류 원소의 화합물로 이루어지는 석출물군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 석출물을 갖고 있어도 좋다. 상기 석출물의 합계 체적분율은 0% 초과 40% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 소성 가공물은 hcp-Mg를 갖는다. 상기 소성 가공을 행한 후의 소성 가공물에 대해서는 소성 가공을 행하기 전의 주조물에 비해서 비커스 경도 및 항복 강도가 모두 상승한다.
상기 마그네슘 합금 주조물에 소성 가공을 행한 후의 소성 가공물에 열처리를 실시해도 좋다. 이 열처리 조건은 온도가 200℃ 이상 500℃ 미만, 열처리 시간이 10분∼1500분(또는 24시간)으로 하는 것이 바람직하다. 열처리 온도를 500℃ 미만으로 하는 것은, 500℃ 이상으로 하면 소성 가공에 의해 가해진 변형량이 캔슬되어 버리기 때문이다.
이 열처리를 행한 후의 소성 가공물에 대해서는 열처리를 행하기 전의 소성 가공물에 비해서 비커스 경도 및 항복 강도가 모두 상승한다. 또한, 열처리 후의 소성 가공물에도 열처리 전과 마찬가지로, 상온에 있어서 hcp 구조 마그네슘상 및 장주기 적층 구조상의 결정 조직을 갖고, 이 장주기 적층 구조를 갖는 결정입의 체적분율은 5% 이상(보다 바람직하게는 10% 이상)이 되고, 상기 hcp 구조 마그네슘상의 평균 입경은 2㎛ 이상이며, 상기 장주기 적층 구조상의 평균 입경은 0.2㎛ 이상이다. 이 장주기 적층 구조상의 결정입 내에는 복수의 랜덤 입계가 존재하고, 이 랜덤 입계에서 규정되는 결정입의 평균 입경은 0.05㎛ 이상이다. 랜덤 입계에 있어서는 전이 밀도가 크지만, 장주기 적층 구조상에 있어서의 랜덤 입계 이외의 부분의 전위 밀도는 작다. 따라서, hcp 구조 마그네슘상의 전이 밀도는 장주기 적층 구조상에 있어서의 랜덤 입계 이외의 부분의 전위 밀도에 비해서 1자리 이상 크다.
상기 열처리 후의 소성 가공물의 장주기 적층 구조상의 적어도 일부는 만곡 또는 굴곡되어 있다. 또한, 이 소성 가공물은 Mg와 희토류 원소의 화합물, Mg와 Zn의 화합물, Zn과 희토류 원소의 화합물 및 Mg와 Zn과 희토류 원소의 화합물로 이루어지는 석출물군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 석출물을 갖고 있어도 좋다. 상기 석출물의 합계 체적분율은 0% 초과 40% 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 의하면, 장주기 적층 구조상을 가짐으로써 고강도 및 고연성의 기계적 특성을 구비한 마그네슘 합금을 제조하기 위한 용해 및 주조의 공정에 있어서 연소를 막는 분위기(비용 및 환경에 과제가 있는 불활성 가스 분위기)로 하지 않고 공기 중에서 실시하는 것이 가능해진다. 그 이유는 Ca를 미량 첨가함으로써 마그네슘 합금의 발화 온도를 800℃ 이상(바람직하게는 850℃ 이상)으로 할 수 있기 때문이다. Ca의 첨가량은 0원자% 초과 0.5원자% 이하(바람직하게는 0.1원자% 이상 0.5원자% 이하, 더욱 바람직하게는 0.15원자% 이상 0.5원자% 이하)이다.
즉, Ca를 첨가하지 않으면 마그네슘 합금의 용해시의 온도가 발화 온도에 가깝기 때문에 연소를 막는 분위기로 할 필요가 있는 것에 대하여, Ca를 미량 첨가함으로써 발화 온도를 용해시의 온도보다 높게 할 수 있기 때문에 공기 중에서 용해 및 주조를 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 발화 온도를 높게 해서 난연화를 달성한 것이며, 종래의 금속 가공 설비를 그대로 이용해도 좋고, 가공시에 발생하는 미세한 분말이나 깎아낸 부스러기가 발화할 위험성을 저감시킬 수 있어, 가공 공정에 있어서의 환경·비용·안전의 과제가 한번에 해결될 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 장주기 적층 구조상을 가짐으로써 강도를 높게 할 수 있고, 또한 용해, 주조, 가공시에 연소되기 어려운 성질을 갖는다. 즉, 고강도와 난연화의 양쪽의 이점을 겸비한 마그네슘 합금을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금의 적용 범위는 IT 분야(스마트폰, 노트북 등), 의료 분야, 자동차, 항공기, 철도 분야 등 다방면에 걸친다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금의 조성 범위에 대하여 설명한다.
아연의 함유량이 5원자% 이상이면, 특히 인성(또는 연성)이 저하되는 경향이 있기 때문이다. 또한, Y의 함유량이 합계로 5원자% 이상이면, 특히 인성(또는 연성)이 저하되는 경향이 있기 때문이다.
강도 및 인성의 증대는 아연이 0.5∼1.5원자%에 있어서 현저해진다. 아연 함유량이 0.5원자% 부근에 있어서 희토류 원소 함유량이 적어지면 강도가 저하되는 경향이 있지만, 그 범위의 경우에도 종래보다 고강도 및 고인성을 나타낸다. 따라서, 본 실시형태의 마그네슘 합금에 있어서의 아연의 함유량의 범위는 가장 넓게 0.5원자% 이상 5.0원자% 이하이다.
본 실시형태의 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금에서는 상술한 범위의 함유량을 갖지만, 합금 특성에 영향을 주지 않을 정도의 불순물을 함유해도 좋다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 Al을 y원자% 더 함유해도 좋고, y는 하기 (식 5), 바람직하게는 하기 (식 51), 더욱 바람직하게는 하기 (식 52) 또는 (식 53), 보다 바람직하게는 하기 (식 54) 또는 (식 55)를 충족시키면 좋다. Al 함유량의 상한을 0.35원자% 미만(바람직하게는 0.3원자% 이하)으로 함으로써 고온에서의 강도를 높게 유지할 수 있다.
(식 5) 0<y≤0.5
(식 51) 0.05≤y≤0.5
(식 52) 0<y<0.35
(식 53) 0.05≤y<0.35
(식 54) 0<y≤0.3
(식 55) 0.05≤y≤0.3
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유해도 좋고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것, 또는 (식 7) 및 (식 8)을 충족시키면 좋다.
(식 6) 0≤c<2.0
(식 7) 0.2≤b+c≤6.0
(식 8)c/b≤1.5
Mm(미쉬 메탈)이란 Ce 및 La를 주성분으로 하는 복수의 희토류 원소의 혼합물 또는 합금이며, 광석으로부터 유용한 희토류 원소인 Sm이나 Nd 등을 정련 제거한 후의 잔사이며, 그 조성은 정련 전의 광석의 조성에 의존하는 것이다.
La 등의 함유량의 상한을 2.0원자%로 한 주된 이유는 La 등의 고용 한도가 거의 없기 때문이다. 또한, La 등을 함유시키는 이유는 결정입을 미세화시키는 효과가 있는 것, 금속간 화합물을 석출시키는 효과가 있는 것에 의한다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유해도 좋고, c는 하기 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키면 좋다.
(식 8) 0≤c≤3.0
(식 9) 0.2≤b+c≤6.0
Yb 등의 함유량의 상한을 3.0원자%로 한 이유는 Yb 등의 고용 한도가 낮기 때문이다. 또한, Yb 등을 함유시키는 이유는 결정입을 미세화시키는 효과가 있는 것, 금속간 화합물을 석출시키는 효과가 있는 것에 의한다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유해도 좋고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유해도 좋고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것, 또는 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키면 좋다.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0≤d<2.0
(식 8) 0.2≤b+c+d≤6.0
(식 9) d/b≤1.5
Y, Yb 등 및 La 등의 합계 함유량을 6.0원자% 이하로 하는 이유는 6%를 초과하면 무거워져서 원료 비용이 높아지고, 또한 인성이 저하되기 때문이다. 또한, Yb 등, La 등을 함유시키는 이유는 결정입을 미세화시키는 효과가 있는 것, 금속간 화합물을 석출시키는 효과가 있는 것에 의한다. 또한, 상기 (식 9)로 하는 이유는 1.5배보다 크게 하면 장주기 적층 구조상의 형성의 효과가 약해지기 때문이며, 마그네슘 합금의 무게가 무거워져 버리기 때문이다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 Th, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, C, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0원자% 초과 2.5원자% 이하 함유하면 좋다. Th 등을 첨가하면, 고강도 고인성을 유지한 상태로 다른 성질을 개선할 수 있다. 예를 들면, 내식성이나 결정입 미세화 등에 효과가 있다.
또한, 0원자% 초과 2.5원자% 이하의 Zr을 첨가한 마그네슘 합금을 용해해서 주조했을 경우, 이 마그네슘 합금 주조물에는 Mg3Zn3RE2와 같은 화합물의 석출이 억제되어 장주기 적층 구조상의 형성이 촉진되고, 결정 조직이 미세화된다. 따라서, 이 마그네슘 합금 주조물은 압출 등의 소성 가공이 용이해지고, 소성 가공을 행한 소성 가공물은 Zr을 첨가하지 않은 마그네슘 합금의 소성 가공물에 비해서 다량의 장주기 적층 구조상을 가짐과 아울러 미세화된 결정 조직을 갖게 된다. 이렇게 다량의 장주기 적층 구조상을 가짐으로써, 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.
<실시형태 2>
본 발명의 일형태에 의한 난연 마그네슘 합금의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 실시형태 2에 의한 난연 마그네슘 합금의 제조 방법에 대해서는 실시형태 1에 의한 난연 마그네슘 합금의 제조 방법과 동일 부분의 설명을 되도록이면 생략한다.
Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키는 합금을 800℃ 이하(바람직하게는 850℃ 이하)의 온도에서 용해해서 주조한다. 이 합금은 Ca를 함유함으로써 800℃ 이상(바람직하게는 850℃ 이상)의 발화 온도를 갖는다. 이렇게 하여 마그네슘 합금 주조물을 만든다. 이 마그네슘 합금 주조물로서는 잉곳으로부터 소정 형상으로 잘라낸 것을 사용한다.
(식 1) 0.25≤a≤5.0
(식 2) 0.5≤b≤5.0
(식 3) 0.5a≤b
(식 4) 0<x≤0.5(바람직하게는 0.1≤x≤0.5, 더욱 바람직하게는 0.15≤x≤0.5)
이어서, 마그네슘 합금 주조물을 절삭함으로써 복수의 수㎜×수㎜ 이하의 칩 형상 주조물을 제작한다.
이어서, 칩 형상 주조물을 압축 또는 소성 가공법적 수단을 이용하여 예비 성형하고, 균질화 열처리를 실시해도 좋다. 이때의 열처리 조건은 온도가 400℃∼550℃, 처리 시간이 1분∼1500분(또는 24시간)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 예비 성형한 성형물에, 150℃∼450℃의 온도에서 1분∼1500분(또는 24시간)의 열처리를 실시해도 좋다.
칩 형상의 주조물은, 예를 들면 틱소 몰드의 원료에 일반적으로 사용되고 있다.
또한, 칩 형상 주조물과 세라믹 입자를 혼합한 것을 압축 또는 소성 가공법적 수단을 이용하여 예비 성형하고, 균질화 열처리를 실시해도 좋다. 또한, 칩 형상 주조물을 예비 성형하기 전에, 부가적으로 큰 변형 가공을 실시해도 좋다.
이어서, 상기 칩 형상 주조물에 소성 가공을 행함으로써, 칩 형상 주조물을 고화 성형한다. 이 소성 가공의 방법으로서는 실시형태 1의 경우와 마찬가지로 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 또한, 이 칩 형상 주조물을 고화 성형하기 전에, 볼 밀이나 스탬프 밀, 고에너지 볼 밀 등의 메카니컬 알로잉, 또는 벌크 메카니컬 알로잉 등의 반복 가공 처리를 추가해도 좋다. 또한, 고화 성형 후에, 소성 가공이나 블래스트 가공을 더 추가해도 좋다. 또한, 상기 마그네슘 합금 주조물을 금속간 화합물 입자 또는 세라믹 입자나 섬유 등과 복합화해도 좋고, 상기 절삭물을 세라믹 입자나 섬유 등과 혼합해도 좋다.
이렇게 소성 가공을 행한 소성 가공물은 상온에 있어서 hcp 구조 마그네슘상 및 장주기 적층 구조상의 결정 조직을 갖는다. 이 장주기 적층 구조상의 적어도 일부는 만곡 또는 굴곡되어 있다. 상기 소성 가공을 행한 후의 소성 가공물에 대해서는 소성 가공을 행하기 전의 주조물에 비해서 비커스 경도 및 항복 강도가 모두 상승한다.
상기 칩 형상 주조물에 소성 가공을 행할 때의 총 변형량은 15 이하인 것이 바람직하고, 또한 보다 바람직한 총 변형량은 10 이하이다. 또한, 상기 소성 가공을 행할 때의 1회당의 변형량은 0.002 이상 4.6 이하인 것이 바람직하다.
또한, 여기에서 말하는 총 변형량이란 소둔 등의 열처리에 의해 캔슬되지 않는 총 변형량이며, 칩 형상 주조물을 예비 성형한 후에 소성 가공을 행했을 때의 총 변형량을 의미한다. 즉, 제조 공정의 도중에 열처리를 행해서 캔슬된 변형에 대해서는 총 변형량에 카운트되지 않고, 또한 칩 형상 주조물을 예비 성형할 때까지의 변형량에 대해서는 총 변형량에 카운트되지 않는다.
상기 칩 형상 주조물에 소성 가공을 행한 후의 소성 가공물에 열처리를 실시해도 좋다. 이 열처리 조건은 온도가 200℃ 이상 500℃ 미만, 열처리 시간이 10분∼1500분(또는 24시간)으로 하는 것이 바람직하다. 열처리 온도를 500℃ 미만으로 하는 것은, 500℃ 이상으로 하면 소성 가공에 의해 추가된 변형량이 캔슬되어 버리기 때문이다.
이 열처리를 행한 후의 소성 가공물에 대해서는 열처리를 행하기 전의 소성 가공물에 비해서 비커스 경도 및 항복 강도가 모두 상승한다. 또한, 열처리 후의 소성 가공물에도 열처리 전과 마찬가지로, 상온에 있어서 hcp 구조 마그네슘상 및 장주기 적층 구조상의 결정 조직을 갖는다. 이 장주기 적층 구조상의 적어도 일부가 만곡 또는 굴곡되어 있다.
본 실시형태에 있어서도 실시형태 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면 주조물을 절삭함으로써, 칩 형상 주조물을 제작함으로써 조직이 미세화되므로 실시형태 1에 비해서 보다 더 고강도·고연성·고인성의 소성 가공물 등을 제작하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 실시형태 1에 의한 마그네슘 합금에 비해서 아연 및 희토류 원소가 보다 저농도라도 고강도 및 고인성의 특성을 얻을 수 있다.
또한, 아연의 함유량이 0.25원자% 미만, 또는 Y의 함유량이 0.5원자% 미만이면 강도 및 인성 중 적어도 어느 하나가 불충분해진다. 따라서, 아연의 함유량의 하한을 0.25원자%로 하고, 희토류 원소의 합계 함유량의 하한을 0.5원자%로 한다. 이렇게 아연의 함유량의 하한을 실시형태 1에 비해서 1/2로 낮게 할 수 있는 것은 칩 형상 주조물에 적용하기 때문이다.
또한, 본 실시형태의 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금에서는 상술한 범위의 함유량을 갖지만, 합금 특성에 영향을 주지 않을 정도의 불순물을 함유해도 좋다.
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유해도 좋고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키면 좋다.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0.1≤b+c≤6.0
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유해도 좋고, c는 하기 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키면 좋다.
(식 8) 0≤c≤3.0
(식 9) 0.1≤b+c≤6.0
또한, 본 실시형태에 의한 마그네슘 합금은 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유해도 좋고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유해도 좋고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키면 좋다.
(식 6) 0≤c≤3.0
(식 7) 0≤d≤3.0
(식 8) 0.1≤b+c+d≤6.0
실시예
<제 1 실시예>
(시료의 제작)
제 1 실시예의 시료의 합금 성분은 Mg95 .75- XZn2Y1 . 9La0 . 1Al0 . 25CaX(단, X=0∼1.05)이다. 이들 합금 성분을 갖는 마그네슘 합금의 잉곳을 고주파 용해로를 이용하여 대기 분위기 중에서 용제하고, 이것들의 잉곳으로부터 φ32×70㎜의 형상으로 잘라내서 주조재를 제작한다. 이들 주조재를 온도가 350℃, 압출비가 10, 압출 속도가 2.5㎜/초인 조건으로 압출 가공을 행했다.
(인장 시험)
상기 압출 가공 후의 압출재를 실온에서 인장 시험에 의해 인장 항복 강도 및 신장을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타낸다. 도 1에 있어서 ■는 인장 항복 강도를 나타내고, ●는 신장을 나타내고 있다.
또한, 상기 압출재를 523K의 온도에서 인장 시험에 의해 인장 항복 강도 및 신장을 측정하고, 그 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2에 있어서 ■는 인장 항복 강도를 나타내고, ●는 신장을 나타내고 있다.
(발화 온도의 측정)
상기 주조재의 발화 온도를 측정했다. 측정 방법은 다음과 같다.
주조재의 잉곳을 선반에서 칩 형상으로 가공 후, 일정한 사이즈의 칩 0.5g을 전기로에 넣어서 가열(100K/min) 하에서 발화 온도를 측정했다.
이렇게 하여 측정한 결과를 도 3에 나타낸다.
도 3에 의하면, Ca 함유량이 0.15∼0.6at%이며 마그네슘 합금의 발화 온도가 850℃ 이상을 나타냈다. 환언하면, Ca 함유량을 0at% 초과 0.75at% 미만(바람직하게는 0.1at% 이상 0.75at% 미만)으로 함으로써 800℃ 이상의 발화 온도를 기대할 수 있다.
이에 대하여, Ca를 첨가하지 않는 조성, 예를 들면 Mg95 . 75Zn2Y1 . 9La0 . 1Al0 .25 합금의 발화 온도는 775℃ 정도이며, 이 발화 온도는 이 합금의 용해 및 주조시의 온도인 750℃에 가깝다. 이 때문에, 이 합금을 용융할 때에는 불활성 가스의 분위기로 하는 것이 필요하다. 그러나, 본 실시예의 시료와 같이 발화 온도가 800℃ 이상 또는 850℃ 이상이면, 합금의 융점보다 충분하게 높기 때문에 불활성 가스를 사용하지 않아도 용융 가공을 행하는 것이 가능해진다.
도 1 및 도 2에 의하면, Ca 함유량이 0.5at%를 초과하면 실온에서의 인장 강도와 고온(523K)에서의 인장 강도가 크게 저하되는 것이 확인되었다. 따라서, 장주기 적층형 마그네슘 합금에 Ca를 첨가함으로써, 장주기 적층형 마그네슘 합금의 뛰어난 기계적 특성을 가지면서 800℃ 이상 또는 850℃ 이상의 발화 온도를 갖는 Ca의 첨가 범위는 0at% 초과 0.5at% 이하(바람직하게는 0.1∼0.5at%)이다.
(압출재의 결정 조직)
상기 압출 가공을 실시한 압출재의 조직 관찰을 SEM, EDS에 의해 행했다. 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타낸다.
[비교예]
(시료의 제작)
비교예의 시료의 합금 성분은 Mg96 - XZn2Y1 . 9La0 . 1AlX(단, X=0∼0.5)이다. 이것들의 합금 성분을 갖는 마그네슘 합금의 잉곳을 고주파 용해로를 이용하여 Ar 분위기 중에서 용제하고, 이것들의 잉곳으로부터 φ32×70㎜의 형상으로 잘라내서 주조재를 제작한다. 이들 주조재를 온도가 350℃, 압출비가 10, 압출 속도가 2.5㎜/초인 조건으로 압출 가공을 행했다.
(인장 시험)
상기 압출 가공 후의 압출재를 실온에서 인장 시험에 의해 인장 강도 및 신장을 측정하고, 그 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에 있어서 ■는 인장 강도(σUTS)를 나타내고, ▲는 항복 강도(σ0.2)를 나타내고, ●는 신장(%)을 나타내고 있다.
또한, 상기 압출재를 523K의 온도에서 인장 시험에 의해 인장 강도 및 신장을 측정하고, 그 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7에 있어서 ■는 인장 강도(σUTS)를 나타내고, ▲는 항복 강도(σ0.2)를 나타내고, ●는 신장(%)을 나타내고 있다.
도 7에 의하면, Al 함유량이 0.3at%를 초과하면 고온(523K)에서의 인장 강도가 저하되는 것이 확인되었다. 따라서, Al 함유량을 0.35at% 미만(바람직하게는 0.3at% 이하)으로 함으로써 고온에서의 강도를 높게 유지할 수 있다.
(압출재의 결정 조직)
상기 압출 가공을 실시한 압출재의 조직 관찰을 SEM, EDS에 의해 행했다. 그 결과를 도 8∼도 12에 나타낸다.
또한, 비교예와 마찬가지의 방법으로 Mg98 .4- XZnXY1 . 5La0 .1(단, X=0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)의 압출재의 시료를 제작하고, 조직 관찰을 행했다. 그 결과를 도 14에 나타낸다.
(크리프 시험)
상기 압출재의 시료에 크리프 시험을 행했다. 시료의 합금 성분은 Mg96 -XZn2Y1.9La0.1AlX(단, X=0, 0.05, 0.15, 0.25)이다. 또한, 비교예와 마찬가지의 방법으로 Mg96Zn2Y2 합금의 압출재의 시료를 제작하고, 크리프 시험을 행했다. 크리프 시험의 조건은 200℃, 150㎫이다. 이것들의 결과를 도 13에 나타낸다.
<제 2 실시예>
(시료의 제작)
제 2 실시예의 시료의 합금 성분은 표 1에 나타내는 바와 같다. 이것들의 합금 성분을 갖는 마그네슘 합금의 잉곳을 고주파 용해로를 이용하여 대기 분위기 중에서 용제하고, 이것들의 잉곳으로부터 φ32×70㎜의 형상으로 잘라내서 주조재를 제작한다. 이들 주조재를 온도가 350℃, 압출비가 10, 압출 속도가 2.5㎜/초인 조건으로 압출 가공을 행했다.
(발화 온도의 측정)
상기 주조재의 발화 온도를 측정했다. 측정 방법은 다음과 같다.
주조재의 잉곳을 선반에서 칩 형상으로 가공 후, 일정한 사이즈의 칩 0.5g을 전기로에 넣어서 가열(100K/min) 하에서 발화 온도를 측정했다.
이렇게 하여 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 의하면, Ca를 함유시킴으로써 마그네슘 합금의 발화 온도를 높게 할 수 있었다.
Figure pct00001

Claims (26)

  1. Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키는 난연 마그네슘 합금을 용해하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 1) 0.5≤a<5.0
    (식 2) 0.5<b<5.0
    (식 3) 2/3a-5/6≤b
    (식 4) 0<x≤0.5
  2. Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키는 난연 마그네슘 합금을 용해하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 1) 0.25≤a≤5.0
    (식 2) 0.5≤b≤5.0
    (식 3) 0.5a≤b
    (식 4) 0<x≤0.5
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금은 800℃ 이상의 발화 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금을 용해할 때에는 800℃ 이하의 온도에서 행해지는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금을 용해한 후에, 용해한 난연 마그네슘 합금을 주조하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금을 주조할 때의 냉각 속도는 1000K/초 이하인 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금은 Al을 y원자% 함유하고, y는 하기 (식 5)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 5) 0<y≤0.5
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것, 또는 (식 7) 및 (식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 6) 0≤c<2.0
    (식 7) 0.2≤b+c≤6.0
    (식 8) c/b≤1.5
  9. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0.1≤b+c≤6.0
  10. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 8) 0≤c≤3.0
    (식 9) 0.2≤b+c≤6.0
  11. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 8) 0≤c≤3.0
    (식 9) 0.1≤b+c≤6.0
  12. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것, 또는 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0≤d<2.0
    (식 8) 0.2≤b+c+d≤6.0
    (식 9) d/b≤1.5
  13. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0≤d≤3.0
    (식 8) 0.1≤b+c+d≤6.0
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 난연 마그네슘 합금에 Th, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, C, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0원자% 초과 2.5원자% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금의 제조 방법.
  15. Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키고, 장주기 적층 구조상을 갖는 결정 조직을 구비한 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 1) 0.5≤a<5.0
    (식 2) 0.5<b<5.0
    (식 3) 2/3a-5/6≤b
    (식 4) 0<x≤0.5
  16. Zn을 a원자% 함유하고, Y를 b원자% 함유하고, Ca를 x원자% 함유하고, 잔부가 Mg로 이루어지고, a, b 및 x는 하기 (식 1)∼(식 4)를 충족시키고, 장주기 적층 구조상을 갖는 결정 조직을 구비한 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 1) 0.25≤a≤5.0
    (식 2) 0.5≤b≤5.0
    (식 3) 0.5a≤b
    (식 4) 0<x≤0.5
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 합금은 800℃ 이상의 발화 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합금은 Al을 y원자% 함유하고, y는 하기 (식 5)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 5) 0<y≤0.5
  19. 제 15 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것, 또는 (식 7) 및 (식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 6) 0≤c<2.0
    (식 7) 0.2≤b+c≤6.0
    (식 8) c/b≤1.5
  20. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 합금에 La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0.1≤b+c≤6.0
  21. 제 15 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0.2≤b+c≤6.0
  22. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, c는 하기 (식 6) 및 (식 7)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0.1≤b+c≤6.0
  23. 제 15 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것, 또는 (식 8) 및 (식 9)를 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0≤d<2.0
    (식 8) 0.2≤b+c+d≤6.0
    (식 9) d/b≤1.5
  24. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 합금에 Yb, Tb, Sm 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 c원자% 함유하고, La, Ce, Pr, Eu, Mm 및 Gd로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 d원자% 함유하고, c 및 d는 하기 (식 6)∼(식 8)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
    (식 6) 0≤c≤3.0
    (식 7) 0≤d≤3.0
    (식 8) 0.1≤b+c+d≤6.0
  25. 제 15 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합금에 Th, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, C, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0원자% 초과 2.5원자% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
  26. 제 15 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합금은 주조물인 것을 특징으로 하는 난연 마그네슘 합금.
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