KR20180125523A

KR20180125523A - 분해성 Mg 합금

Info

Publication number: KR20180125523A
Application number: KR1020187029728A
Authority: KR
Inventors: 유야 이와모토; 야스히데 가나츠; 아키히코 고시; 진순 리아오
Original assignee: 가부시키가이샤 구리모토 뎃코쇼
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-11-23
Also published as: JPWO2017168696A1; JP6692411B2; EP3438303B1; CN108884528A; EP3438303A4; WO2017168696A1; KR102542754B1; EP3438303A1; PL3438303T3; US20190085432A1

Abstract

3.9 질량％ 이상 14.0 질량％ 이하의 Al과, 0.1 질량％ 이상 0.6 질량％ 이하의 Mn과, 0.0 질량％ 이상 1.0 질량％ 이하의 Zn과, 0.01 질량％ 이상 10.0 질량％ 이하의 Ni, Cu, 또는 그 양자 모두를 함유하고, 잔부가 Mg와 불가피 불순물로 이루어지는 분해성 Mg 합금을 이용하여, 충분한 강도를 가지고, 수계 환경(aqueous environment)에서 적절한 타이밍에 분해되는 마그네슘 합금제의 분해성 구조 부재를 제조한다.

Description

분해성 Mg 합금

본 발명은 임의의 부식 속도로 조정 가능한 분해성 Mg 합금에 관한 것이다.

범용의 마그네슘 합금(Mg 합금)으로서, Al 및 Mn을 첨가한 AM계 Mg 합금이나, Al, Mn 및 Zn을 첨가한 AZ계 Mg 합금이 알려져 있다. 또한, 이들 원소 이외의 원소를 첨가하거나, 제법을 변경함으로써 내식성을 향상시킨 여러 가지 Mg 합금이 제안되어 있다.

하기 특허문헌 1에는, Mg가 67∼85％(원자율), Si가 5∼20％(원자율), 나머지가 Ni로 구성되는 Mg 합금이 기재되어 있다. 이들 조성으로 이루어지는 원료 분말을 이용하여, 기계적 합금화법(mechanical alloying)에 의해 비정질 분말 또는 나노 결정 분말을 생성시키는 것이 기재되어 있다. 이 Mg 합금은 우수한 내식성을 나타내고, 분해, 부식되기 어려운 합금이다.

한편, 하기 특허문헌 2에는, 질량비로 Al: 0.1％∼15.0％; Li: 0.01％∼10.0％; Ca: 0.1％∼10.0％; Zn: 0.1％∼6.5％; In: 0.01％∼3.0％; Ga: 0.0％∼2.0％; Si: 0.1％∼1.5％; Mn: 0.0％∼0.8％; Zr: 0.0％∼1.0％; Fe: 0.016％∼1.0％; Ni: 0.016％∼5.0％; Cu: 0.15％∼5.0％;를 포함하는 Mg 합금이 기재되어 있다. 이것은, 석유정이나 천연 가스정에 도입하여 일시적으로 구조를 지지하고, 불필요해지면 분해되는 부재에 이용하는 분해성 Mg 합금이다. 고압 환경 하에서 구조를 지지하기 위해 필요한 강도 특성과 함께, 분해성을 갖게 하기 위해, 여러 가지 원소를 필수 요소로서 갖는다.

또한 하기 특허문헌 3에는 마찬가지로 분해성 Mg 합금으로서, 질량비로 Al: 3.0％∼7.0％; Li: 0.01％∼1.0％; Ca: 0.5％∼1.0％; Y: 0.3％∼2.3％; Si: 0.3％∼2.0％; Ni: 0.016％∼0.8％; Cu: 0.05％∼1.0％; Fe: 0.016％∼1.0％;를 포함하는 합금이 기재되어 있다.

한편, 하기 특허문헌 4에는, 질량비로 Cu: 0.5％∼10％; Ca: 0.01∼3％; Al: 0∼3％;를 포함하는 주조용 Mg 합금이 기재되어 있다. Cu 및 Ca를 함유함으로써 우수한 내크리프성을 가지고, 고온 환경 하에서의 사용에 알맞은 Mg 합금이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 제2002-249801호 공보 특허문헌 2: CN104004950A 특허문헌 3: CN104651691A 특허문헌 4: 국제 특허공개 WO2008/072435호 공보

그러나, 유전이나 천연 가스전에 도입하는 구조재에 이용하는 분해성 Mg 합금은, 지중의 고압 환경 하에서 견디기 위해, 충분한 기계적 특성을 가질 필요가 있다. 한편으로, 회수 불가능한 환경에 도입하기 위해, 도입 후에는 지중에서 장시간 잔존하는 일없이 분해되어 주는 것이 바람직하다. 이에 대하여 특허문헌 2에 기재된 분해성 Mg 합금은, 신장이나 인성에 악영향을 부여하는 Si를 필수 원소로서 함유하고 있다. 또한, 일회용의 부재에 이용하기에는 매우 비싼 In을 필수 원소로서 함유하고 있다.

또한, 특허문헌 3에 기재된 분해성 Mg 합금도 마찬가지로, 신장이나 인성에 악영향을 부여하는 Si를 필수 원소로 하고, 그 Si의 최저 함유량은 특허문헌 2의 분해성 Mg 합금보다 높게 이루어진다.

또한 이들 특허문헌 2 및 3에 기재된 분해성 Mg 합금은, 필수로 하는 원소의 종류가 많기 때문에, 분해성 이외의 기계적 특성의 확보가 용이하지 않아, 재료 자체도 비싸지기 쉽다는 문제가 있었다. 또한, 영향을 부여하는 원소가 지나치게 많기 때문에, 부식 속도를 임의로 제어하는 것은 필연적으로 어려웠다.

한편, 특허문헌 1의 합금은, 조성에 따라 분해성을 높이는 것이 아니라, 기계적 합금화법을 이용함으로써 비정질상이나 나노 결정을 생성시킴으로써 내식성을 높인 Mg 합금으로, 용도가 다르다.

또한, 특허문헌 4의 합금은, 분해성이나 부식 특성에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않고, 부식 특성에의 영향이 강한 Ca도 첨가되어 있기 때문에, 이쪽도 부식 속도를 제어하는 것이 어렵다.

그래서 본 발명은, 필수로 하는 원소의 종류가 적은 조성으로, 고압 하에서도 견딜 수 있는 구조 부재에 필요한 강도를 가지고, 또한, 부식 속도를 임의로 제어할 수 있는 분해성 Mg 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 3.9 질량％ 이상 14.0 질량％ 이하의 Al과, 0.1 질량％ 이상 0.6 질량％ 이하의 Mn을 함유하고,

Ni, Cu, 또는 그 양자 모두를 0.01 질량％ 이상 10.0 질량％ 이하 함유하며,

잔부가 Mg와 불가피 불순물로 이루어지는 분해성 Mg 합금에 의해 상기 과제를 해결한 것이다.

이들 범위 조건을 만족하는 Mg 합금은, 충분한 인장 강도 특성을 갖는다. 게다가 이 Mg 합금은, Ni 및 Cu의 배합량에 따라 부식 속도를 조정 가능하다는 특성을 갖는다. 또한, 이 합금은, 0.0 질량％ 이상 1.0 질량％ 이하의 Zn을 함유하고 있어도 좋다.

Ni를 함유하는 경우, 바람직하게는 0.01 질량％ 이상 7.0 질량％ 이하이다. 특히 Ni의 함유량이 0.01 질량％ 이상 0.3 질량％ 이하의 범위에서는, Ni의 함유량과 부식 속도의 관계를 일차 함수에 근사할 수 있는 정도의 상관 관계가 성립한다.

Cu를 함유하는 경우, 바람직하게는 1.0 질량％ 이상 10.0 질량％ 이하이다. 특히 Cu의 함유량이 1.5 질량％ 이상 7.0 질량％ 이하의 범위에서는, Cu의 함유량과 부식 속도의 관계를 일차 함수에 근사할 수 있는 정도의 상관 관계가 성립한다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금은 필수로 하는 원소의 종류가 적은 구성이면서 충분한 기계적 강도를 가지며, Ni 및 Cu의 함유량에 따라 부식 속도를 조정할 수 있어, 본 발명에 따른 분해성 Mg 합금을 이용한 분해성 구조재의 수명을 임의로 조정할 수 있다.

도 1은 실시예에서의 Ni 함유량에 대한 부식 속도의 그래프이다.
도 2는 실시예에서 이용하는 시험재의 형상의 개략도이다.
도 3은 실시예에의 Cu 함유량에 대한 부식 속도의 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명은 주로 물이 개재되는 수계 환경(aqueous environment)에서 고속으로 부식을 진행시킬 수 있는 분해성 Mg 합금 및 이것을 이용한 분해성 구조 부재, 그리고 그 분해성 구조 부재에 있어서의 부식 속도의 조정 방법이다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금의, Al의 함유량은 3.9 질량％ 이상인 것이 필요하고, 7.0 질량％ 이상이면 바람직하다. 상기 분해성 Mg 합금은 Al의 첨가에 의해 강도의 향상의 효과를 얻을 수 있지만, 3.9 질량％ 미만에서는 이들 효과가 불충분해져 버린다. 강도가 불충분하면, 고압 환경에서의 내구성이 불충분해져, 후술하는 조정한 분해 속도에 따라 분해되기 이전에 부재가 파괴되어 버릴 우려가 높아져 버린다. 한편, Al의 함유량은 14.0 질량％ 이하일 필요가 있고, 13.0 질량％ 이하이면 바람직하다. Al이 지나치게 많으면 인성(신장)이 저하할 뿐만 아니라, 중고온 환경에서 크리프 변형을 일으키기 쉬워짐으로써 강도가 저하할 우려가 있고, 14.0 질량％를 넘으면 부재의 형상을 유지하기 어려워져 버릴 우려가 있기 때문이다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금의 Mn의 함유량은, 0.1 질량％ 이상인 것이 필요하다. Mn은 불순물로서 함유되는 일부의 원소를 제거하는 효과가 있어, 지나치게 적으면 상기 분해성 Mg 합금의 부식 속도가, 후술하는 Ni 및 Cu에 의해 조정한 값으로부터 크게 어긋나 버려, 제어 불충분해질 우려가 있다. 한편, Mn의 함유량은 0.6 질량％ 이하일 필요가 있고, 0.5 질량％ 이하이면 바람직하다. 지나치게 많으면, Mn과 Al의 금속간 화합물 및 Mn 단체(單體)가 많이 석출됨으로써 취약해져, 강도가 저하하기 때문이다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금은 1.0 질량％ 이하의 Zn을 포함하여도 좋다. Zn은 강도(특히 내력) 향상의 효과를 얻을 수 있다. 1.0 질량％를 넘으면, 연성이 불충분해져 압출 가공이나 단조 가공이라고 하는 구조 부재의 성형 프로세스가 곤란해질 뿐만 아니라, 부식 속도를 억제하는 효과가 나타나기 때문에, 분해성 구조 부재로서 바람직하지 못하다. 한편으로, Zn을 함유하지 않아도 좋고, 후술하는 불가피 불순물로서 포함되는 범위여도 좋다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금은, Ni, Cu, 또는 그 양자 모두를 포함하고 있는 것이 필요하다. 미리 정해진 양의 Ni 또는 Cu를 포함함으로써 합금의 수계 환경 하에서의 부식 속도를 임의로 조정할 수 있다. 즉, 이 분해성 Mg 합금으로 제조된 분해성 구조 부재를, 불필요해진 타이밍에 분해시킬 수 있다. 단, Ni와 Cu는 모두 분해성에 기여하지만, 그 영향력이 상이하기 때문에, 최적의 부식 속도로 조정할 수 있도록 하는 바람직한 함유량의 범위가 달라진다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금이 Ni를 함유하는 경우, 그 함유량은, 0.01 질량％ 이상인 것이 필요하다. Ni는 Cu보다 부식 속도에의 영향이 크지만, 그래도 0.01 질량％ 미만에서는 분해성 Mg 합금으로서 필요한 효과가 충분히 얻어지기 어려워진다. 한편, Ni의 함유량은 7.0 질량％ 이하이면 바람직하다. 과도하게 함유시켜도 극단적으로 부식 속도를 향상시킬 수는 없고, 물성을 제어하기 어려워진다. 또한, Ni가 지나치게 많으면 비용의 관점에서도 부담이 지나치게 커진다.

특히, 본 발명에 따른 분해성 Mg 합금이 함유하는 Ni의 양은, 0.01 질량％ 이상, 0.3 질량％ 이하의 범위이면, Ni의 함유량의 대수에 대하여 부식 속도(㎎/㎠/day)를 선형으로 근사시킬 수 있다. 즉, Ni의 함유량에 따라, 상기 분해성 Mg 합금을 이용하여 제조한 분해성 구조 부재의 부식 속도를 조정할 수 있다. 이 성질을 이용함으로써, 상기 분해성 Mg 합금을 이용하여 제조한 분해성 구조 부재가 붕괴되기까지의 시간을, 높은 정밀도로 설정할 수 있다. 또한, 여기서 상기 부식 속도의 기준이 되는 부식된 상태란, 원래의 합금의 덩어리로부터 분해되어, 수계 용매 중에 용해 또는 분산되어, 상기 덩어리와 일체의 것이 아니게 된 것을 말한다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금이 Cu를 함유하는 경우, 그 함유량은, 1.0 질량％ 이상인 것이 필요하다. Cu는 Ni보다 부식 속도에의 영향이 작아, 1.0 질량％ 미만에서는 분해성 Mg 합금으로서 필요한 효과가 충분히 얻어지기 어려워진다. 한편, Cu의 함유량은 10.0 질량％ 이하이면 바람직하다. 과도하게 함유시켜도 극단적으로 부식 속도를 향상시킬 수는 없고, 물성을 제어하기 어려워진다.

특히, 본 발명에 따른 분해성 Mg 합금이 함유하는 Cu의 양은, 1.5 질량％ 이상, 7.0 질량％ 이하의 범위이면, Cu의 함유량의 대수에 대하여 부식 속도(㎎/㎠/day)를 선형으로 근사시킬 수 있다. 즉, Cu의 함유량에 따라, 상기 분해성 Mg 합금을 이용하여 제조한 분해성 구조 부재의 부식 속도를 조정할 수 있다. 이 성질을 이용함으로써, 상기 분해성 Mg 합금을 이용하여 제조한 분해성 구조 부재가 붕괴되기까지의 시간을, 높은 정밀도로 설정할 수 있다. 특히, Ni보다 영향도가 작은 만큼, 정밀도가 높은 조정을 하기 쉬워진다.

또한, 본 발명에 따른 분해성 Mg 합금은, Ni와 Cu의 양자 모두를 포함하고, 각각을 적절하게 조정함으로써 최적의 부식 속도가 되도록 하여도 좋다. 함유량에 따른 영향도가 상이하기 때문에, 조정 시에는 이 차이를 이용하면 바람직하다. 예컨대, 영향력이 비교적 강한 Ni로 충분한 부식 속도를 확보하면서, 함유량에 따른 영향력이 작은 Cu로 보다 미세한 미조정을 행한다고 하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금은, 상기 원소의 다른 원소를, 불가피 불순물로서 함유하여도 좋다. 이 불가피 불순물이란, 제조상의 문제, 또는 원료상의 문제 때문에, 의도에 반하여 함유하는 것을 피할 수 없는 것이다. 예컨대, Ag, Fe, Pb, Cd, Se, Y, Si, Li, In, Ca, Ti, Zr, Ga, Mm(misch metal) 등의 원소를 들 수 있다. 본 발명에 따른 분해성 Mg 합금의 특성을 저해하지 않는 범위의 함유량인 것이 필요하고, 1원소당 0.2 질량％ 미만이면 바람직하고, 0.1 질량％ 미만이면 보다 바람직하다. 이들 중에서도 특히, Si, Li, In, Ca는 각각의 함유량이 0.1 질량％ 미만이면 바람직하고, 0.05 질량％ 미만이면 보다 바람직하다. 불가피 불순물인 어느 원소도, 적으면 적을수록, 상기 Ni 및 Cu에 의한 부식 속도의 조정에 대응하여 고려해야 할 불확정 요소가 배제되기 때문에 바람직하고, 검출 한계 미만이면 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금은, 상기 Al, Mn, Zn, Ni, Cu 및 불가피 불순물 이외에는 Mg로 이루어진다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금은, 상기 질량％의 범위가 되도록, 또한, 바람직한 부식 속도가 되도록, 상기 원소를 포함하는 원료를 이용하여, 일반적인 방법으로 조제 가능하다. 또한, 상기 질량％는, 원료에 있어서의 ％가 아니라, 조제된 합금이나, 그것을 주조, 소결 등에 의해 제조한 분해성 구조 부재에 있어서의 ％이다. 단, 특별히 강도가 요구되는 분해성 구조 부재를 제조하는 경우는, 압출(extrude)이나 단조(forge) 등의 가공을 행하여, 합금 조직의 결정 사이즈를 작게 하여 강도를 올리는 것이 바람직하다. 상기 분해성 Mg 합금을 주조한 경우, 그 결정 사이즈는 100∼200 ㎛ 정도가 되지만, 상기 압출, 단조, 연신 등에 의해 결정 사이즈를 10 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하 정도까지 미세화하면, 강도가 향상되기 때문에 바람직하다. 이와 같이 결정 사이즈를 미세화하여도, 부식 속도가 현저히 변동하는 것은 아니고, Ni 및 Cu의 함유량에 따라 부식 속도를 임의로 조정할 수 있다.

특히, Ni가 0.01 질량％ 이상 0.3 질량％ 이하의 한정 범위, Cu가 1.5 질량％ 이상 7.0 질량％ 이하의 한정 범위에서는, 부식 속도의 상승을 Ni 및 Cu의 함유량의 대수의 증가에 대하여 일차 함수에 적합하게 근사시킬 수 있다. 이 성질을 이용하여, Al, Mn 및 불가피 불순물의 함유량의 요동을 가능한 한 작게 하여, Ni 또는 Cu의 함유량이 상기 한정 범위에 대응하는 분해성 Mg 합금의 부식 속도를 복수점에 대해서 측정하여, Ni 또는 Cu의 함유량의 대수에 대한 부식 속도의 기울기와 절편을 산출하여, 요구되는 부식 속도에 대응하는 Ni 또는 Cu 함유량을 구하여, 제조하고자 하는 분해성 구조 부재에 알맞은 분해성 Mg 합금의 조성을 결정하면 좋다. 또한, 기울기와 절편의 산출에 있어서는, 최소 제곱법 등, 일반적인 방법을 이용하여도 좋다. 또한, 상기 한정 범위 미만이라도 어느 정도의 직선 근사는 가능하지만, Ni나 Cu의 양이 지나치게 적으면 실제의 함유량을 높은 정밀도로 조정하는 것이 어려워진다. 한편, 상기 한정 범위를 넘으면 일차 함수로부터의 괴리를 무시할 수 없게 된다.

본 발명에 따른 분해성 구조 부재는, 압출 가공 등 방법에 의해 압력을 더하여 결정립 직경을 작게 하면, 주조에 의해 제조한 것보다 부식 속도의 증가의 계수(상기 기울기)가 작아져, 부식 속도의 조정을 보다 하기 쉬워진다.

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금에 의한 분해성 구조 부재를 적용하는 제품으로서는, 예컨대 유정, 천연 가스정 등의 굴착 용구를 들 수 있다. 지중 깊은 곳에 도입되기 때문에, 고압 환경에 견딜 수 있는 만큼의 강도가 필요하게 된다. 한편으로, 불필요해지면 지중 깊은 곳으로부터 취출하는 수고를 들이는 일 없이, 굴착 작업에 대응하여 도입되는 수용액에 노출됨으로써, 적절한 타이밍에 부식되어 분해됨으로써 제외시킬 수 있다.

실시예

본 발명에 따른 분해성 Mg 합금을 실제로 조정하여, 부식 속도를 측정한 예를 나타낸다. 먼저, Ni 함유 합금에 대해서, 표 1에 나타내는 조성이 되도록 원료를 조정하여 700℃로 가열하고, 주조에 의해 시험체를 제작하였다. 또한, 일부예(실시예 1∼3, 6, 7, 11, 12)에 대해서는 다이스 온도 400℃, 빌렛 온도 350℃의 조건으로 압출 가공을 행한 시험체를 제작하였다. 기재 이외의 원소는 각각이 0.1 질량％ 미만인 불가피 불순물과 Mg이다. 각각의 시험체를, 2％ KCl 수용액(93℃) 중에 침지하여, 시험체의 부식 감량(㎎) 및 시험 전후의 면적을 측정하여 하루당의 부식 속도(㎎/㎠/day: mcd)를 산출하였다. 그 값을 표 1에 나타낸다. 표 중, 「as-cast」가 주조에 의한 시험체의 측정 결과이고, 「as-extruded」가 압출 가공에 의한 시험체의 측정 결과이다.

또한, 실시예 1∼10에 대해서, 횡축에 Ni의 함유량을 상용 대수 스케일로 취하고, 종축에 부식 속도를 취하여 작도한 그래프를 도 1에 나타낸다. 단, 실시예 8∼10에 대해서는 주조만의 데이터이다.

또한, Ni의 함유량의 대수와, 부식 속도의 값에 대해서, 최소 제곱법에 의한 직선 근사를 행하였다. 주조 「as-cast」에서는 절편이 3.4×10³, 기울기가 1.5×10³으로 되었다. 이에 의해, Al이 8∼13 질량％ 정도, Mn이 0.18 질량％ 전후의 분해성 구조 재료를 주조하는 경우, 하기 식 (1)에 따라 부식 속도를 Ni 함유량에 따라 조제 가능하다는 것이 나타났다. 또한, 압출 가공 「as-extruded」에서는 절편이 2.0×10³, 기울기가 8.1×10²로 되었다. 이에 의해, Al이 8∼13 질량％ 정도, Mn이 0.18 질량％ 전후의 분해성 구조 재료를 압출 가공으로 제조하는 경우, 하기 식 (2)에 따라 부식 속도를 Ni 함유량에 의해 조정 가능하다는 것이 나타났다. 이들 근사 직선도 더불어 도 1에 나타낸다. 특히 압출 가공을 행하면, 주조의 경우보다 부식 속도의 증가에 따른 계수가 억제되기 때문에, 부식 속도의 제어가 더욱 용이해지는 것이 나타났다.

부식 속도(mcd: as-cast)=1.5×10³×log₁₀(Ni)+3.4×10³···(1)

부식 속도(mcd: as-extruded)=8.1×10²×log₁₀(Ni)+2.0×10³···(2)

또한, Al의 양을 저하시킨 실시예 11 및 12를 조제하여, 실시예 1과 마찬가지로 부식 속도를 측정한 바, 분해성 Mg 합금으로서 실용적인 부식 속도의 값이기는 하였다. 그러나, 상기 Al이 8∼13 질량％ 정도의 범위에서 측정한 실시예 1∼10으로부터 구한 상기 식 (1)에 따르면, Ni=0.110 질량％ 및 0.153 질량％일 때, as-cast의 부식 속도의 계산값은 각각 2.0×10³ mcd 및 2.2×10³ mcd가 되고, as-extruded의 부식 속도의 계산값은 각각 1.2×10³ mcd 및 1.3×10³ mcd가 된다. 실제의 실시예 11 및 12의 값은 이들 계산값과 비교하면, 압출재에 관해서 특히 크게 벗어난 값이 되었다. 이에 의해, Al의 값의 변동에 따른 부식 속도의 조정은 직선 근사시킬 수 없게 되기 때문에, 부식 속도의 값을 높은 정밀도로 조정하기 위해서는, Al의 함유량을 어느 정도 통일하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

한편, Ni의 함유량을 0.01 질량％ 미만으로 한 비교예 1∼3에서는 부식 속도가 현저히 낮아, Ni의 첨가에 의한 부식 속도 향상 효과가 충분히 얻어지지 않았다.

또한, 몇 가지의 실시예에 대하여, 압출 후의 인장 강도, 0.2％ 내력, 신장을 측정하였다. 측정 방법을 이하에 나타내고, 결과를 표 2에 나타낸다. 어느 것이나 인장 강도가 275 ㎫를 초과함에 따라, 유전 등에 도입하는 분해성 구조 재료로서, 충분한 인장 특성과 부식 속도를 발휘할 수 있었다.

<인장 시험 방법>

φ16의 둥근 막대로서 압출한 시료로부터, JIS Z2241(ISO6892-1)에서 규정하는 14A호 시험편으로 가공하였다. 구체적 형상은 도 2와 같다. 평행부의 원단 면적(S₀)과 원표점 거리(L₀)가 L₀=5.65×S₀ ^0.5의 관계에 있는 비례 시험편이다. 막대형부의 직경(d₀)은 10 ㎜, 원표점 거리(L₀)는 50 ㎜, 원 기둥형으로 한 평행부 길이(L_c)는 70 ㎜, 숄더부의 반경(R)은 15 ㎜로 하였다(L₀=5.65×(5×5×π)^0.5=50.07).

이 시험편에 대해서, JIS Z2241(ISO6892-1)에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 그 인장 강도: R_m(㎫), 0.2％ 내력: R_p0.2(㎫) 및 신장: A(％)을 다음과 같이 평가하였다. 인장 강도는, 시험에서 불연속인 항복을 나타낼 때까지, 시험 중에 시험편이 견딘 최대의 시험력(Fm)으로 하였다. 0.2％ 내력은, 소성 신장이, 신장계 표점 거리(L_e)에 대하여 0.2％로 같아졌을 때의 응력이다. 또한, 신장은 파단될 때까지 시험한 후의 시험편의 영구 신장을 원표점 거리(L₀)에 대하여 백분율로 나타낸 값이다. 실시예는 모두 양호한 값을 나타내었다.

상기 Ni 함유 합금 시험과 동일한 순서에 따라, 표 3에 나타내는 조성이 되도록, 시험체를 주조에 의해 제작하고, 동일한 순서에 따라 부식 속도를 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 실시예 13∼16에 대해서는 샘플 온도 430℃의 조건으로 단조를 행한 후(as-forged)의 부식 속도를 측정하였다. 또한, 실시예 17∼23에 대해서는, 상기 실시예 1∼7과 동일하게 압출 가공에 의해 시험체를 제작하고, 동일한 순서에 따라 부식 속도를 측정하였다. 그 결과도 표 3에 나타낸다. 또한, 이 Cu 함유 합금 시험에서는, Cu의 값은 합금 제작 이후의 측정값이 아니라, 재료 첨가 시의 목표값으로 나타낸다.

또한, 실시예 17∼23에 대해서, 횡축에 Cu의 함유량을 대수 스케일로 취하고, 종축에 부식 속도를 취하여 작도한 그래프를 도 3에 나타낸다. 또한, Cu의 함유량의 대수와, 부식 속도의 값에 대해서, 최소 제곱법에 의한 직선 근사를 행하였다. 주조 「as-cast」에서는 절편이 -4.0×10², 기울기가 3.1×10³으로 되었다. 이에 의해, Al이 8.0 질량％ 전후, Mn이 0.18 질량％ 전후의 분해성 구조 재료를 주조하는 경우, 하기 식 (3)에 따라 부식 속도를 Cu 함유량에 따라 조제 가능하다는 것이 나타났다. 또한, 압출 가공 「as-extruded」에서는 절편이 -1.2×10², 기울기가 1.6×10³으로 되었다. 이에 의해, Al이 8.0 질량％ 전후, Mn이 0.18 질량％ 전후의 분해성 구조 재료를 압출 가공으로 제조하는 경우, 하기 식 (4)에 따라 부식 속도를 Cu 함유량에 의해 조정 가능하다는 것이 나타났다. 이들 근사 직선도 더불어 도 3에 나타낸다. Ni의 경우와 마찬가지로, Cu 함유 합금에서도, 압출 가공을 행하면, 주조의 경우보다 부식 속도의 증가에 따른 계수가 억제되기 때문에, 부식 속도의 제어가 더욱 용이해지는 것으로 나타났다.

부식 속도(mcd: as-cast)=3.1×10³×log₁₀(Cu)-4.0×10²···(3)

부식 속도(mcd: as-extruded)=1.6×10³×log₁₀(Cu)-1.2×10²···(4)

또한, 실시예 17∼23에 대해서도, 상기와 동일한 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 모두 양호한 값을 나타내었다.

Claims

3.9 질량％ 이상 14.0 질량％ 이하의 Al과, 0.1 질량％ 이상 0.6 질량％ 이하의 Mn을 함유하고,
Ni, Cu, 또는 그 양자 모두를, 0.01 질량％ 이상 10.0 질량％ 이하 함유하며,
잔부가 Mg와 불가피 불순물로 이루어지는 것인, 분해성 Mg 합금.
3.9 질량％ 이상 14.0 질량％ 이하의 Al과, 0.1 질량％ 이상 0.6 질량％ 이하의 Mn과, 0.0 질량％ 이상 1.0 질량％ 이하의 Zn을 함유하고,
Ni, Cu, 또는 그 양자 모두를, 0.01 질량％ 이상 10.0 질량％ 이하 함유하며,
잔부가 Mg와 불가피 불순물로 이루어지는 것인, 분해성 Mg 합금.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
Ni의 함유량이 0.01 질량％ 이상 7.0 질량％ 이하인 것인, 분해성 Mg 합금.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
Ni의 함유량이 0.01 질량％ 이상 0.3 질량％ 이하인 것인, 분해성 Mg 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
Cu의 함유량이 1.0 질량％ 이상 10.0 질량％ 이하인 것인, 분해성 Mg 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
Cu의 함유량이 1.5 질량％ 이상 7.0 질량％ 이하인 것인, 분해성 Mg 합금.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 분해성 Mg 합금으로 이루어지는 것인, 분해성 구조 부재.
제 4항 또는 제 6항에 기재된 분해성 Mg 합금을 이용한 분해성 구조 부재에서, Ni 또는 Cu의 함유량에 의해 부식 속도를 조정하는 것인, 분해성 구조 부재의 부식 속도 조정 방법.