KR20180074254A - 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 마그네슘 합금 판재를 제공한다.

Description

마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법{MAGNESIUM ALLOY SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명의 일 구현예는 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

마그네슘 합금은 구조용 금속소재 중 가장 가벼우며, 비강도, 비강성, 진동 흡수능 등이 우수하여, 전자 및 IT 산업뿐 아니라 수송기기용 경량 소재로써의 역할이 증가하고 있다.

그러나, 마그네슘은 전기화학적으로 활성이 큰 금속으로써, 부식 환경에 노출될 경우 빠른 속도로 부식이 진행되는 단점이 있다. 이에, 소재화 적용에 한계가 있다. 따라서, 마그네슘 합금의 적용 분야 확대를 위해 열악한 부식 환경에 적용 가능한 고내식 마그네슘 소재 개발이 필수적인 실정이다.

순수 마그네슘은 전기화학적으로 표준 수소 전극 전위가 -2.38V 정도로 활성이 매우 큰 금속으로써, 부식 환경에 노출 시 빠른 속도로 부식이 진행된다. 대기 중에서는 표면에 형성되는 MgO 피막으로 인해 중탄소강 또는 일반 알루미늄 합금과 대등한 내식성 수준을 보인다. 반면, 수분이 존재하거나 산성 또는 중성 용액 내에서는 표면 피막이 불안정해져 부동태를 형성하지 못해 빠른 속도로 부식이 진행된다. 실내 및 실외 대기 노출 시 Mg 부식 생성물을 분석한 결과, 주로 마그네슘의 수산화물, 탄산염, 수분 등으로 구성됨을 확인할 수 있다.

일반적으로 금속소재의 부식이란, 금속소재와 주위 환경과의 전기화학적 반응에 의해 금속 소재가 소멸되어 기능이 저하되거나, 구조적으로 파손, 파괴되는 현상을 의미한다. 부식은 금속 제품의 성능이나 수명과 직접적으로 관계되는 중요한 현상이다. 제품이나 구조물의 파손을 일으키는 원인이 되어 대부분의 사용 환경에서는 이러한 부식을 억제하기 위한 다양한 방법들을 적용하고 있다. 그러나 생체재료와 같이 금속의 부식현상을 역으로 이용하여 제품의 기능성을 차별화하는 경우도 있다.

이와 같이, 고내식 마그네슘 소재는 불순물, 미세조직, 표면상태, 부식환경 등의 다양한 부식 인자를 보유하고 있어, 합금 제조 시에 불가피하게 혼입되는 불순물의 종류 및 함량, 특성 향상을 위해 인위적으로 첨가하는 합금 원소의 종류와 함량, 소재 제조방법 및 공정 조건 등을 제어하여 사용 환경에 따라 적절한 부식 특성을 갖도록 설계 및 제조할 수 있다.

마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예인 마그네슘 합금 판재는, 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

상기 마그네슘 합금 판재는 Al-Mn-Y, Al-Y, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 이차상을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예인 마그네슘 합금 판재의 제조방법은, 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계; 상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계; 상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계; 및 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계; 는, 380 내지 420℃ 온도 범에서 실시할 수 있다.

보다 구체적으로, 12 내지 24시간 동안 실시할 수 있다.

상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계;는, 270 내지 325℃ 온도 범위에서 실시할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 내식성 및 기계적 물성이 모두 우수한 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 비교예 1(AZ31)과 실시예 1(AZ31-B-Y)의 미세조직을 관찰한 것이다.
도 2는 비교예 1(AZ31)과 실시예 1(AZ31-B-Y)의 부식 속도를 그래프로 비교하여 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 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. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 발명의 일 구현예인 마그네슘 합금 판재는, 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.

이하, 상기 마그네슘 합금 판재의 성분 및 조성을 한정한 이유를 설명한다.

Al은 1 내지 3중량% 만큼 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 알루미늄은 상온에서의 성형성을 향상시키는 역할을 한다. 보다 더 구체적으로, 3중량%를 초과하여 첨가할 경우, 상온 성형성이 급격하게 저하될 수 있고, 1중량% 미만으로 첨가할 경우, 상온 성형성 향상 효과를 기대하기 어려울 수 있다.

Zn은 0.5 내지 1.5중량% 만큼 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 아연은 칼슘과 같이 첨가 시, 비저면의 연화 현상을 통해 기저면 슬립을 활성화시킴으로써, 판재의 성형성을 향상시키는 역할을 한다. 다만, 1.5중량%를 초과하여 첨가 시에는 마그네슘과 결합하여 금속간 화합물을 만들기 때문에 성형성에 악영향을 미칠 수 있다

B은 0.005 내지 0.01중량%만큼 포함할 수 있다.

Y은 0.1 내지 0.5중량%만큼 포함할 수 있다.

상기 마그네슘 합금 판재는 Al-Mn-Y, Al-Y, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 이차상을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예인 마그네슘 합금 판재의 제조방법은, 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계; 상기 합금 용통을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계;

상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계; 및 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.

먼저, 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계; 를 실시할 수 있다.

보다 구체적으로는, 순수 마그네슘(99.5% Mg) 을 저탄소강 도가니에 장입하고, 보호가스 분위기 하에서 700 내지 750℃로 승온하여, 상기 순수 마그네슘을 용해할 수 있다.

이후, 상기 순수 마그네슘이 완전 용해되었을 때, 융점이 높은 모합금부터 상기 순수 마그네슘에 첨가할 수 있다. 보다 구체적으로는, Al-B, Al-Mn, Al, Mg-Y, Zn 모합금 순으로 투입할 수 있다.

이후, 상기 모합금과 순수 마그네슘이 균일하게 혼합되도록 10분 내지 30분동안 교반할 수 있다.

이후, 기타 불가피한 불순물 또는 개재물이 침강할 수 있도록, 10분 내지 30분 동안 상기 합금 용탕을 교반 하지 않은 채로 유지하였다.

그 결과, 상기 성분 및 조성 범위의 합금 용탕을 준비할 수 있다.

이때, 상기 합금 용탕의 성분 및 조성을 한정한 이유는, 앞서 마그네슘 합금 판재의 성분 및 조성을 한정한 이유와 같으므로 생략한다.

이후, 상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계;를 실시할 수 있다. 이때, 상기 용탕을 예열된 저탄소강 몰드에 출탕하여 잉곳으로 제조할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.

이후, 상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계;를 실시할 수 있다.

이때, 상기 잉곳을 380 내지 420℃ 온도 범위에서 균질화 열처리할 수 있다.

상기 잉곳을 12 내지 24시간 동안 유지하여 균질화 열처리할 수 있다.

상기 조건으로 균질화 열처리함으로써, 주조 시 발생된 응력을 해소할 수 있다.

마지막으로, 상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계;를 실시할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 열처리된 잉곳을 275 내지 325℃ 온도 범위에서 압연할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 열처리된 잉곳을 압연 1회당 15%의 압하율로 압연할 수 있다.

상기와 같이 압연함으로써, 목적하는 두께의 마그네슘 합금 판재를 수득할 수 있다.

이하, 본 명세서에서 압하율이란, 압연 시 압연 롤을 통과하기 전의 재료의 두께와 압연 롤을 통과한 후의 재료의 두께의 차이를 압연 롤을 통과하기 전의 재료의 두께로 나눈 후 100을 곱한 것을 의미한다.

이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

먼저, 순수 마그네슘(99.5% Mg) 을 저탄소강 도가니에 장입하고, 보호가스 분위기 하에서 720℃로 승온하여 상기 순수 마그네슘을 용해하였다. 이후, 상기 순수 마그네슘이 완전 용해되었을 때, 융점이 높은 모합금부터 상기 순수 마그네슘에 첨가하였다. 보다 구체적으로, Al-B, Al-Mn, Al, Mg-Y, Zn 모합금 순으로 투입하였다. 그 결과, 전체 100중량%에 대해, Al: 3중량%, Zn: 1중량%, B: 0.0074중량%, Y: 0.36중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하였다. 이때, 상기 합금 용탕을 10분 교반 후, 10분 정도 유지하였다.

이후, 예열된 저탄소강 몰드에 상기 합금 용탕을 출탕하여 잉곳을 주조하였다.

상기 주조된 잉곳은 400℃에서 12시간 동안 균질화 열처리하였다.

상기 균질화 열처리된 잉곳은 300℃에서 압연하였다. 이때, 압연 1패스 당, 15% 압하율로 압연하였다. 그 결과, 1mm 두께의 마그네슘 합금 판재를 수득하였다.

비교예

비교예는 상용되는 AZ31계 마그네슘 합금을 준비하였다.

실험예

상기 제조된 실시예와 비교예의 기계적 물성을 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 개시하였다.

구 분	항복강도(Mpa)	연신율(%)	LDH (mm)
비교예(AZ31)	170	12	3.0
실시예(AZ31-B-Y)	186	19	2.6

상기 표 1에 개시된 바와 같이, AZ31계 합금에 보론 또는 이트륨이 첨가된 비교예 2 및 3의 경우, 비교예 1 에 비해 부식속도가 우수함을 알 수 있다.

보다 더 구체적으로, AZ31계 합금에 보론 및 이트륨을 모두 포함하는 실시예 3의 경우에는, 부식속도가 0.7mm/y 수준으로써, 내식성이 가장 우수함을 알 수 있다.

이는 본원 도 2를 통해서도 확인할 수 있다.

도 2는 비교예 1(AZ31)과 실시예 1(AZ31-B-Y)의 부식 속도를 그래프로 비교하여 나타낸 것이다.

이는 본원 도 1을 통해서도 확인할 수 있다.

도 1은 비교예 1(AZ31)과 실시예 1(AZ31-B-Y)의 미세조직을 관찰한 것이다.

이에, 상기 도 1에 개시된 바와 같이, 본원 실시예는 비교예에 비해 Al-Mn-Y, Al-Y 이차상 위주로 형성된 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 표 1에 개시된 바와 같이, AZ31계 합금에 보론 및 이트륨을 첨가하는 본원 실시예는 비교예에 비해 항복강도 및 연신율이 훨씬 우수함을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 마그네슘 합금 판재.
   
2. 제1항에서,
   상기 마그네슘 합금 판재는 Al-Mn-Y, Al-Y, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 이차상을 포함하는 것인 마그네슘 합금 판재.
   
3. 전체 100중량%에 대해, Al: 1 내지 3중량%, Zn: 0.5 내지 1.5중량%, B: 0.005 내지 0.01중량%, Y: 0.1 내지 0.5중량%, 잔부 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 준비하는 단계;
   상기 합금 용탕을 주조하여 잉곳을 제조하는 단계;
   상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계; 및
   상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계;를 포함하는 것인 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
   
4. 제3항에서,
   상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계; 는,
   380 내지 420℃ 온도 범위에서 실시하는 것인 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
   
5. 제4항에서,
   상기 잉곳을 균질화 열처리하는 단계; 는,
   12 내지 24시간 동안 실시하는 것인 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
   
6. 제5항에서,
   상기 균질화 열처리된 잉곳을 압연하는 단계;는,
   270 내지 325℃ 온도 범위에서 실시하는 것인 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
   

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