KR20160058231A - 마그네슘 합금 - Google Patents

Abstract

마그네슘 합금이 개시된다. 본 발명의 일 구현예는, 7 중량% 내지 15 중량%의 Li과, 0.01 중량% 내지 5 중량%의 B와, 0.01 중량% 내지 5 중량%의 Y과, 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금을 제공한다.

Description

마그네슘 합금{MAGNESIUM ALLOY}

본 발명의 일 구현예는 마그네슘 합금에 관한 것이다.

마그네슘 합금은 물리적 강도, 경량, 리사이클성, 전자파 실드성, 열방산성, 치수안정성 등이 우수하다. 또한, 주조성이나 가공성이 양호하며 경량이므로, 알루미늄이나 플라스틱의 대체품으로 여러 분야에서 이용되고 있다.

그러나, 이들 부재는 철, 알루미늄 등과 비교할 때 상온에서의 전신성(expansion)이 낮다. 이에, 보다 경량화할 수 있고, 전신성이 향상되어 철이나 알루미늄과 동일하게 상온에서 프레스가 가능하게 되는 소재로서 마그네슘-리튬 합금이 사용되고 있다.

리튬이 포함된 마그네슘 합금은 기지조직이 육방밀집구조(Hexagonal Close-Packing, HCP)가 아닌 체심입방구조(Body Centered Cubic, BCC)를 갖게 되므로 상온에서의 압연, 압출, 및 성형이 가능할 정도의 연성을 나타낸다.

그러나, 산소친화력이 높은 원소인 마그네슘과 리튬만으로 구성되어 있으므로 용해 및 합금화 작업 시 산화성 개재물의 발생 및 혼입의 가능성이 높으며, 정련에 의한 개재물 제어 또한 매우 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명의 일 구현예는, 고강도, 고연성, 및 난연성 마그네슘 합금을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예는, 7 중량% 내지 15 중량%의 Li과, 0.01 중량% 내지 5 중량%의 B와, 0.01 중량% 내지 5 중량%의 Y과, 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금을 제공한다.

상기 마그네슘 합금은 7 중량% 내지 11 중량%의 Li을 포함할 수 있다.

상기 마그네슘 합금은 0.01 중량% 내지 2 중량%의 B를 포함할 수 있다.

상기 마그네슘 합금은 0.01 중량% 내지 2 중량%의 Y를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 고강도, 고연성, 및 난연성 마그네슘 합금을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 일 구현예는, 7 중량% 내지 15 중량%의 Li과, 0.01 중량% 내지 5 중량%의 B와, 0.01 중량% 내지 5 중량%의 Y과, 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금을 제공한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에서의 성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명하도록 한다.

리튬(Li) 7 중량% 이상 첨가하게 되면 기지조직을 HCP(Hexagonal Close-Packing, 육방밀집구조)가 아닌 BCC(Body Centered Cubic, 체심입방구조) 조직으로 변경시켜 주므로 상온성형이 가능하게 된다. 따라서, 기조조직 변경을 통한 연성향상을 기대하기 위해서는 리튬을 7 중량% 이상 첨가하여야 한다. 다만, 15 중량%을 초과하여 첨가하게 되면 BCC 조직 분율이 증가되어 인장 강도의 급격한 저하를 초래하므로 리튬의 함량은 7 중량% 내지 15 중량%로 한정하였다. 예컨대, 리튬은 7 중량% 내지 11 중량% 포함될 수 있다.

붕소(B)는 함께 첨가하는 Li과 Li-B 화합물을 형성하거나 마그네슘 기지조직 강화를 통해 인장강도 향상에 기여한다. 특히, 붕소는 0.01 중량% 가량의 극미량을 첨가하여도 그 효과가 나타날 수 있지만, 5 중량%를 초과하는 경우 서로 뭉치는 경향을 나타내므로 오히려 강도 및 연성을 동시에 감소시킬 수 있다. 이에, 붕소의 함량은 0.01 중량% 내지 5 중량%로 한정하였다. 예컨대, 붕소는 0.01 중량% 내지 2 중량% 포함될 수 있다.

이트륨(Y)은 마그네슘과 함께 Mg-Y 강화용 석출상을 형성하므로 강도향상에 기여하며, 또한 높은 산소친화력으로 인해 용탕표면의 보호막을 견고하게 하여 용탕을 산화를 억제시켜줄 뿐 아니라 응고 후에도 마그네슘 합금의 난연성을 향상시켜 주는 역할을 한다. 석출상 형성 및 난연성 향상을 기대하기 위해서는 이트륨을 0.01 중량% 이상 첨가하여야 하며, 5 중량%을 초과하게 되면 오히려 연성의 현저한 감소를 초래하게 된다. 이에, 이트륨의 함량은 0.01 중량% 내지 5 중량%로 한정하였다. 예컨대, 이트륨은 0.01 중량% 내지 2 중량% 포함될 수 있다.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예 일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 [표 1]에 제시된 화학조성을 갖는 마그네슘 합금을 주조하기 위하여 Mg, Li, B, Y 원소를 첨가하기 위한 원료를 준비함에 있어서, Mg과 Li 원소의 순도는 99wt% 이었으며, 고융점 원소인 B와 Y은 Mg-5wt%B, Mg-20wt%Y 모합금으로 준비하였다. 상기의 원료물질을 이용하여 하기 [표 1]에 제시된 화학조성을 갖는 마그네슘 합금을 용해한 후, 중력 주조방법으로 길이 각 마그네슘 합금 폭 40mm, 길이 200mm, 높이 150mm의 주조재를 제조하였다.

(단위: 중량%)

구분	Li	B	Y	Mg
비교재 1	7	-	-	나머지
비교재 2	11	-	-	나머지
비교재 3	15	-	-	나머지
발명재 1	7	0.01	-	나머지
발명재 2	11	2	-	나머지
발명재 3	15	5	-	나머지
발명재 4	7	0.01	0.01	나머지
발명재 5	7	0.01	2	나머지
발명재 6	7	0.01	5	나머지
발명재 7	7	2	0.1	나머지
발명재 8	7	2	2	나머지
발명재 9	7	2	5	나머지
발명재 10	7	5	0.01	나머지
발명재 11	7	5	2	나머지
발명재 12	7	5	5	나머지
발명재 13	11	0.01	0.01	나머지
발명재 14	11	0.01	2	나머지
발명재 15	11	0.01	5	나머지
발명재 16	11	2	0.01	나머지
발명재 17	11	2	2	나머지
발명재 18	11	2	5	나머지
발명재 19	11	5	0.01	나머지
발명재 20	11	5	2	나머지
발명재 21	11	5	5	나머지

평가

상기의 발명재 1 내지 18, 및 비교재 1 내지 3에 대하여 압축강도을 측정하였으며, 압축시편은 각 마그네슘 합금 주조재로부터 3mm×3mm×6mm의 크기로 절단하여 가공되었고, 통상의 만능시험기를 이용하여 5x10^-4s^-1의 변형속도로 압축시험을 실시하였다.

또한, 상기 마그네슘 합금의 발화온도 측정을 위해, 통상의 선반가공을 통해 일정한 크기의 칩을 만들었으며, 상기 방법으로 제조된 칩 0.3g을 스테인리스강으로 만들어진 용기 안에 담은 후, 온도가 1000℃로 유지되고 있는 가열로 안에서 승온시키면서, 발화로 인해 온도가 급격히 상승하기 시작하는 온도를 발화온도로 측정하였다.

상기의 방법으로 측정된 발명재 1 내지 18, 및 비교재 1 내지 3에 대한 압축특성 및 발화온도 측정결과를 [표 2]에 나타내었다.

구분	압축 특성	발화 온도(℃)
	YS (MPa)
비교재 1	134	438
비교재 2	117	422
비교재 3	112	377
발명재 1	155	445
발명재 2	163	434
발명재 3	171	399
발명재 4	168	475
발명재 5	179	643
발명재 6	192	745
발명재 7	177	482
발명재 8	190	663
발명재 9	204	753
발명재 10	192	516
발명재 11	209	691
발명재 12	218	762
발명재 13	152	462
발명재 14	163	633
발명재 15	179	729
발명재 16	163	474
발명재 17	174	655
발명재 18	190	746
발명재 19	187	507
발명재 20	196	677
발명재 21	208	748

[표 2]를 참조하면, 발명재 1 내지 18의 경우가 비교재 1 내지 3에 비하여 우수한 압축강도, 연성, 및 난연성을 나타냄을 알 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (4)

1. 7 중량% 내지 15 중량%의 Li과,
   0.01 중량% 내지 5 중량%의 B와,
   0.01 중량% 내지 5 중량%의 Y과,
   잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마그네슘 합금은 7 중량% 내지 11 중량%의 Li을 포함하는 마그네슘 합금.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 마그네슘 합금은 0.01 중량% 내지 2 중량%의 B를 포함하는 마그네슘 합금.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 마그네슘 합금은 0.01 중량% 내지 2 중량%의 Y를 포함하는 마그네슘 합금.