WO2013100427A1

WO2013100427A1 - 마그네슘 비활성화제 및 마그네슘 비활성화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조방법

Info

Publication number: WO2013100427A1
Application number: PCT/KR2012/010547
Authority: WO
Inventors: 김영민; 김하식; 유봉선; 임창동
Original assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Current assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2014-06-29
Also published as: KR101223045B1

Description

【명세세

【발명의 명칭】

마그네슘 비활성화제 및 마그네슘 비활성화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조방법

[기술분야】

본 발명은 마그네슘 비활성화제， 더욱 구체적으로， 마그네슘 합금을 제조할 때 마그네슘의 활성화 반웅을 억제하기 위하여 투입되는 마그네슘 비활성화제， 및 상기 마그네슘 비활성화제를 이용하여 마그네슘을 제조하는 방법에 관한 것이다. 【배경기술】

마그네슘 합금은 높은 비강도를 갖는 최경량의 합금으로서 다양한 주조 및 가공 공정에 적용이 가능하며 자동차 부품이나 전자기 부품 둥 경량화가 요구되는 거의 모든 분야에 적용 가능하고 웅용범위가 넓다. 하지만 마그네슘 합금은 전기화 학적으로 전위가 낮고 상당히 활성적인 금속으로서 산소 혹은 물과 접촉 시 강한 활성반웅을 보이며 상용 합금의 경우 발화온도가 대부분 550 ^°C를 넘지 않아 때로는 화재를 일으키기도 하는 등 재료의 안정성 및 신뢰성 측면에서 아직 한계를 가진다. 이 때문에 그 용용 잠재력에 비해서 아직 웅용범위가 제한적이며, 특히 안전성을 요 구하는 응용분야에는 사용할 수 없다.

마그네슘 합금의 이러한 활성반웅으로 인해 용해 시에는 플럭스 (flux)나 CO₂ + SF₆ 둥의 불활성 혼합가스를 사용하여 비활성 분위기를 만들어 주어야 한다. 용해 및 정련 시 사용되는 플력스는 염화계이기 때문에， 용탕 처리 조건이 맞지 않을 경 우 잔류 염소가 소재 내부에 잔존하여 내식성을 크게 떨어뜨리는 문제가 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위해 플럭스를 사용하는 대신， SF₆, CO2 및 Air를 흔합한 분위기에서 용해 및 주조하는 방법이 효과적이다. 하지만， SF₆는 지구온실효과가 C0₂의 23,900배나 되는 지구온실유발 물질로 분류되어 향후 사용규제가 될 것으로 예상된다.

이러한 문제를 보다 근본적으로 해결하기 위하여 마그네슘 합금 자체의 내산 화성을 향상시키기 위한 연구로서 특히 Ca, Be, 희토류금속 첨가를 통한 마그네슘 합금의 발화온도를 향상시키고자 하는 연구들이 진행되어 왔다. 종래에는 내산화 마그네슘 합금에 첨가되는 합금원소 가운데 Ca이 주로 이용되었는데， 그 이유는 Ca 원소의 가격이 회토류 금속에 비해 저렴하고， 독성이 없으며 첨가량 대비 발화온도 상승이 크기 때문이다. 하지만 마그네슘 합금 제조 시 용탕에 Ca을 넣어 용해시키기 위해서는 용탕의 온도를 800 ^°C 이상의 고온으로 유지해야 하는데， 이 때 융점이 낮 은 마그네슘이 발화 등 활성화 반웅을 일으킬 수 있다. 또한， 용탕의 온도를 고온 으로 유지하기 위해서는 많은 비용이 요구되므로 용탕의 은도를 크게 높일 수 없는 작은 규모의 생산업체의 경우 마그네슘 합금을 제조하는 것이 매우 곤란하고， 설령 제조가 가능하다고 하더라도 많은 비용이 소요되어 경제성이 떨어지는 원인이 된다.

【발명의 상세한 설명】

[기술적 과제】

따라서， 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하고， 활성금속인 마그네슘을 주성분으로 하는 합금을 제조할 때， 마그네슘의 활성화 반웅을 최대한 억제할 수 있 는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한， 본 발명은 SF₆와 같은 환경오염 유발 물질인 보호가스를 사용하지 않 는 친환경 제조공정을 가능하게 하는 마그네슘 합금의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한， 본 발명은 활성금속인 마그네슘을 주성분으로 하는 합금을 제조할 때 용탕의 온도를 최대한 낮춤으로써 경제성 및 안전성올 제공할 수 있는 마그네슘 합 금의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

【기술적 해결방법】

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 마그네슘 합금의 제조 단계에서 마 그네슘의 활성화 반웅을 억제하기 위하여 마그네슘 비활성화제를 첨가하는 구성을 제시한다.

본 발명에 따른 마그네슘 비활성화제는 마그네슘 합금의 제조 단계에서 마그 네슘의 활성화 반응을 억제하기 위하여 첨가되며， 6중량 % 내지 41.6중량 %의 Ca과， 6증량 % 내지 45중량 %의 Y와， 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Ca 과 Y의 함량은 아래의 수학식을 따르는 것을 특징으로 한다.

수학식: Y ≤ 64.3 - 1.4Ca (중량 %)

또한， 상기 마그네슘 비활성하제는 6중량 % 내지 33.8중량 %의 Ca과， 6중량 % 내지 42.2중량 %의 Y와， 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고， Ca과 Y의 함량은 아래의 수학식을 따르는 것이 바람직하다.

수학식 : Y < 50.0 - 1.3Ca (중량 %) 또한， 본 발명은 마그네슘、비활성화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조 방법 으로서:

750 ^°C 이하에서 용해가능한 마그네슘 비활성화제를 형성하는 단계;

적어도 마그네슘을 포함하는 마그네슘 합금 용탕을 형성하는 단계;

상기 마그네슘 합금 용탕에 상기 750 ^°C 이하에서 용해가능한 마그네슘 비활 성화제를 투입하는 단계;

상기 마그네슘 비활성화제가 포함된 용탕을 소정의 주조 방법을 이용하여 마 그네슘 합금 주조재를 제조항는 단계를 포함하고，

상기 마그네슘 비활성화제는 6중량 % 내지 41.6증량 %의 Ca과， 6중량 % 내지 45중량 %의 Y와， 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고， Ca과 Y의 함량 은 아래의 수학식을 따르는 것을 특징으로 한다.

수학식: Y < 64.3― 1.4Ca (중량 %)

수학식: Y < 50.0 - 1.3Ca (증량 %)

본 발명에 따른 마그네슘 합금에서 각 성분의 함량을 한정한 이유는 각각 다 음과 같다.

칼습 (Ca)

Ca의 함량이 작을 경우 원하는 조성의 마그네슘 합금을 얻기 위해서 첨가되 는 마그네슘 비활성화제의 양이 많아지고 첨가하고자 하는 합금을 회석화하게 되므 로, Ca은 6중량 % 이상 함유되는 것이 바람직하다. 또한， Ca의 함량이 너무 많을 경우 마그네슘 비활성화제의 용융 온도가 높아져서 마그네슘 합금의 제조 시 용탕 의 은도를 낮추려는 목적을 달성하기 곤랜해진다. 따라서， 마그네슘 비활성화제의 Ca은 41.6증량 %， 바람직하게는 33.8중량 % 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

이트륨 (Y)

γ의 함량이 작을 경우 원하는 조성의 마그네슘 합금을 얻기 위해서 첨가되 는 마그네슘 비활성화제의 양이 많아지고 첨가하고자 하는 합금을 회석화하게 되므 로， Y은 6중량 % 이상 함유되는 것이 바람직하다. 또한 Y의 함량이 너무 많을 경 우 마그네슘 비활성화제의 용융 온도가 높아져서 마그네슘 합금의 제조 시 용탕의 온도를 낮추려는 목적을 달성하기 곤랜해진다. 따라서， 마그네슘 비활성화제의 Y은 45중량 %， 바람직하게는 42.2증량 % 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

Ca-Y의 합산 함량

칼슘과 이트름이 복합첨가되면 칼슘과 이트륨이 개별적으로 첨가된 합금보다 난연성과 내식성이 크게 향상된다. 이것은 칼슘 산화물과 이트름 산화물이 고상 및 액상의 마그네슘 합금 표면에 치밀한 보호막을 형성하여 외부 산소와의 반웅을 효 과적으로 억제시켜 주기 때문이다. 또한 칼슘이 단독으로 첨가된 합금에 비해 칼슘 과 이트름이 소량 복합첨가되면 내식성 또한 향상시킬 수 있다. 한편， 도 1과 도 2 에서 칼슘과 이트륨의 융점은 각각 840^°C 와 1522^°C로 마그네슘에 비해 상대적으로 매우 높은 편아라 마그네슘 합금에 칼슘과 이트륨을 첨가하기 위해서는 약 840^°C 이상의 은도로 올려야 한다. 일반 용해 및 주조 업체의 경우 대용량의 용탕을 84 0^°C 이상으로 가열하는 것은 제조비용의 큰 상승을 의미하므로 칼슘과 이트륨을 직접 용탕에 투입하는 방법은 바람직하지 않다. 따라서 본 발명은 일반 용해 및 주 조 현장에서 기존 장비 및 공정조건을 그대로 유지하면서 마그네슘 합금 용탕에 칼 슘과 이트륨을 효과적으로 합금화할 수 있도록 마그네슘 비활성화를 제조하였다. 또한， 도 3에서 볼 수 있듯이， 700^°C에서 Mg-Al-Ca 상태도 (도 3)에서 회색 으로 표시된 영역에서 칼슘과 이트름을 첨가하여 마그네슘 비활성화제를 제조하고， 이 마그네슘 비활성화제를 마그네슘 합금에 첨가할 경우 약 700^°C 정도의 용해 은 도에서도 쉽게 합금화가 가능하다. 도 3에서 직선 1로부터 구해지는 수학식은 다음 과 같으며 이트름의 첨가량은 칼슘 첨가량에 따라 수학식 1이 만족되는 범위 내에 서 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어 칼슘이 30증량 % 첨가될 시 이트름은 22 중량 % 이내로 제어해야 한다.

수학식 1

Y(wt.%) < 64.3 - 1.4 Ca(wt.%)

더욱 바람직하게는， 액상 단상 영역에 해당되는 직선 2로부터 구해지는 식 2 에 따라 칼슘과 이트륨의 함량을 제어하는 것이 바람직하다.

수학식 2

Y(wt. ) < 50.0 - 1.3 Ca(wt.%)

한편， Mg-Ca— Y의 조성을 갖는 마그네슘 비활성화제에 알루미늄 원소가 첨 가될 경우 조대한 A1₂Y (융점: 1490^°C)가 다량 형성될 수 있으므로 마그네슘 비활성 화제에 알루미늄은 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

기타 불가피한 불순물

본 발명에 따른 마그네슘 비활성화제에는 합금의 원료 또는 제조과정에서 불 가피하게 혼입되는 불순물을 포함할 수 있으며， 본 발명에 따른 마그네슘 비활성화 제에 포함될 수 있는 볼순물 증에서 특히 철 (Fe), 실리콘 (Si) 및 니켈 (Ni)은 최종 마 그네슘 합금 제품의 내식성을 악화시키는 역할을 하는 성분이다. 따라서 Fe의 함량 은 0.004증량 % 이하， Si의 함량은 0.04증량 %， Ni의 함량은 0.001중량 % 이하를 유지 하도록 하는 것이 바람직하다.

【유리한 효과】

본 발명에 따른 마그네슘 비활성화제는 모든 종류의 마그네슘 합금 용탕에 첨가하는 것만으로 용탕 표면에 보호피막으로 작용하는 치밀한 복합 산화층을 형성 하여 마그네슘 합금의 난연성을 크게 향상시킴으로써 대기 중이나 일반적인 불활성 분위기 (Ar, N₂)에서 용해， 주조 및 가공이 가능하고， 기계가공 공정에서 쌓이는 칩의 자연발화를 억제할 수 있다.

또한， 본 발명에 따른 마그네슘 비활성화제는 기존 상용 마그네슘 합금에 첨 가될 경우 SF₆ 둥의 가스를 사용할 필요가 없어 제조비용 감소， 작업자 건강보호， 환경오염방지에 적합하다.

또한， 본 발명에 따른 마그네슘 비활성화제는 마그네슘 합금에 첨가될 경우 추가적으로 마그네슘 합금의 내식성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한， 본 발명에 따른 마그네슘 비활성화제는 추가적인 설비 혹은 공정조건 의 변경 없이 용탕에 첨가하는 것만으로 난연성과 내식성을 동시에 향상시킬 수 있 다.

또한， 본 발명에 따른 마그네슘 비활성화제를 첨가한 마그네슘 합금은 난연 성 및 내식성이 우수하여 안전성을 요구하는 차세대 자동차， 고속철도， 도심철도 등 에 실제적 적용이 가능한 압출재， 판재， 단조재， 주조재 둥으로 제조될 수 있다.

[도면의 간단한 설명】

도 1은 Mg— Ca이원계 합금의 상태도를 보여주는 도면이다.

도 2는 Mg— Y 이원계 합금의 상태도를 보여주는 도면이다.

도 3은 700 °C에서의 Mg-Ca— Y상태도를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 Mg— 30Ca— 15Y (중량 %) 비 활성화제의 실제 모습을 보여주는 사진이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 Mg-6Zn— ICa-lY (중량 %) 합금을 670^°C에서 10분 간 유지한 후 용탕 표면 산화층의 EPMA 분석 결과를 도시 하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 AZ31 합금과 AZ31-0.7Ca 합금 및 AZ31— 0.5Ca-0.25Y 합금을 3.5%NaCl 용액에서 8시간 동안 침지시험한 후 표면 변화를 보여주는 사진이다.

【발명을 실시하기 위한 최선의 형태】

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 비활성화제 및 마그네슘 비활성 화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조방법을 이하에서 상세히 설명한다. 하기의 실 시예는 단지 예시적인 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니다ᅳ

본 발명의 발명자들은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고 본 발명의 목적 을 달성하기 위해 다양한 조성을 갖는 마그네슘 비활성화제를 제조하였는데， 본 발 명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 비활성화제의 제조방법은 아래와 같다. 먼저， 표 1의 비교예 1 내지 비교예 3은 상업적으로 판매가 되고 있는 마그 네슘 모합금으로서， 표 1에 나타난 화학조성 가지는 모합금 그대로 본 실험에서 사용한다. 표 1의 실시예 1 내지 실시예 3은 Mg(99.9%), Ca(99.5 이상)， Y(99.5 이상)의 원료 물질을 준비한 후， 상기 원료를 용해하고 증력 주조방법을 이용하여 하기 표 1의 실시예 1 내지 실시예 3에 기재된 조성을 가지는 마그네슘 비활성화제 를 제조하였다. 특히， 융점이 상대적으로 높은 Ca, Y을 마그네슘 용탕에 투입하여 합금화시키기 위해서, 유도 용해로에서 850°C 내지 900°C까지 용탕의 은도를 을려서 이들 원소를 완전 용해시킨 후， 주조온도까지 서서히 냉각한 후 주조하여 마그네슘 비활성화제를 제조하였다.

【표 1】

상기 조성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 비활성화제는 다량의 Ca과 Y이 함유되어 있어 작은 층격으로도 파쇄할 수 있을 정도로 취성이 강 한 편이다. 일반적으로 첨가제의 크기가 작을수록 용해가 잘 되고 합금화를 위한 시간이 단축되므로， 도 4에서 볼 수 있듯이 작은 크기로 파쇄된 마그네슘 비활성화 제는 첨가하고자 하는 마그네슘 합금 용탕에 투입될 시 빠르게 합금화가 진행될 수 있다.

표 1의 비교예 1 내지 비교예 3의 조성을 가지는 마그네슘 모합금과 비교예 4의 CaO 분말 및 실시예 1 내지 ^'실시예 3의 조성을 가지는 마그네슘 비활성화제를 순 마그네슘 혹은 다양한 조성을 가지는 마그네슘 합금에 첨가하여 마그네슘 합금 을 제조한 후 첨가 효과를 비교하였으며， 첨가 후 최종 제품의 조성은 표 2에 나타 내었다. 또한， 실시예 및 비교예에 따른 CaO 분말， 마그네슘 모합금 및 마그네슘 비활성화제의 첨가온도는 700^°C이고, 마그네슘 용탕에 첨가 후 합금화를 위해 5~20 분 간 유지하였다. 합금화가 마무리되기 전까지는 용탕의 산화를 방지하기 위해 SF₆와 C0₂ 혼합가스를 용탕 상부에 도포하여 용탕과 대기가 접촉하는 것을 차단하 였다. 또한, 용해가 완료된 후에는 철계 금형 (steel mould)을 사용하여 보호가스를 사용하지 않고 금형 주조하였으며， 합금 주조재의 발화실험을 위해 직경 55mm, 길 이 100mm의 원통형 빌렛을 제조하였다.

【표 2】

표 2에서 시료 6 Mg-2Sr 합금은 순 마그네슘에 비교예 2의 Mg-30Sr 모합 금을 6.7중량 % 첨가하여 제조한 것이며， 시료 9 Mg-3Al-0.8Zn-0.22Mn-0.7Ca 합금 은 AZ31 합금 (시료 3)에 비교예 3의 Mgᅳ 30Ca모합금을 2.4중량 % 첨가하여 제조한 것이다. 마찬가지로， 시료 10 Mg-6Al-0.7Ca 합금은 Mgᅳ 6A1 합금 (시료 2)에 비교예 3의 Mg— 30Ca 모합금을 2.4중량 % 첨가한 것이며， 시료 11 Mg-6Al-0.7Ca 합금은 Mg-6A1 합금에 비교예 4의 CaO 분말을 1.0증량 % 첨가하여 제조한 것이다. 또한， 시료 11은 첨가된 CaO 분말 가운데 일부는 용해되지 않은 채로 주조재에 포함되어 있는 점에서 시료 10과 구분된다.

한편， 시료 14 Mg-lCa-lY 합금은 순 마그네슘에 실시예 2인 XW-B 비활성 화제를 5중량 % 첨가하여 제조한 것이며， 시료 15 Mg-6Al-lCa-lY 합금은 Mg— 6A1 합금에 실시예 2인 XW-B 비활성화제를 5증량 % 첨가하여 제조한 것이다. 마찬가 지로 시료 18인 Mg— 8Sn-lAKLZn-0.3Ca-l.0Y 합금은 Mg-8Sn-lAKLZn 합금 (시료 )에 실시예 3인 XW-C 비활성화제를 3.4증량 % 첨가하여 제조한 것이다.

마그네슘 합금의 발화온도 측정

상기 마그네슘 합금의 발화온도를 측정하기 위하여, 앞에서 제조된 원통형 빌렛의 외각을 깊이 0.5mm, 피치 O.lmm, 350rpm의 일정한 속도로 칩 가공하여 일 정한 크기의 칩을 얻었다. 상기 방법으로 얻은 칩 o.ig을 loarc로 유지되는 가열 로 안으로 일정한 속도로 넣어서 승온시켰다. 승온 과정에서 시료의 발화로 인해 급격한 온도 상승이 시작되는 은도를 발화온도로 측정하고， 그 결과를 표 3에 나타 내었다.

【표 3】

표 3에서 비교예 1의 Mg-30Zr모합금을 첨가한 시료 13의 발화온도는 577^°C 이며， 비교예 1을 첨가하지 않은 시료 4에 비해 발화온도가 불과 31^°C 증가하는데 그쳤다. 따라서 비교예 1의 Mg— 30Zr모합금은 마그네슘 합금의 발화저항성을 향상 시키는데 효과적이지 않음을 확인할 수 있다. 반면， 고온용 내열 마그네슘 합금에 주로 첨가되는 Ca와 Sr을 함유하는 비교예 2와 비교예 3의 Mg— 30Sr과 Mg_30Ca 모합금 2 중량 %을 각각 마그네슘에 첨가할 경우， 표 3의 시료 6과 시료 7의 발화온 도에서 확인할 수 있듯이 모합금이 첨가되지 않은 1번의 순 마그네슘에 비해 각각 146^°C와 266^°C의 발화온도 증가가 있었다. 이로부터， 동일한 첨가량에 대해서 마그 네슘의 발화저항성 향상은 Sr에 비해 Ca이 보다 효과적인 것으로 판단할 수 있다. 또한， Mg-6A1 합금에 Ca이 0.7증량 % 첨가된 시료 11과 Ca와 유사한 효과를 가지 는 비교예 4의 CaO 분말을 Mg-6A1 합금에 첨가한 시료 12번의 발화온도를 표 3에 서 비교하면， 비록 0.7 증량 %로 동일한 양의 Ca을 함유하더라도 비교예 3의 Mg-30Ca모합금을 첨가하는 것이 비교예 4의 CaO 분말을 첨가하는 것보다 발화저 항성 향상에 더 효과적임을 확인할 수 있다.

또한， 표 3에서 시료 6 내지 시료 13의 발화온도와 시료 14 내지 시료 18의 발화온도를 비교하면， 순 마그네슘 혹은 마그네슘 합금에 실시예 1 내지 3의 비활성 화제를 첨가한 경우가 비교예 1 내지 4의 물질을 첨가한 경우에 비해 발화은도가 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. 표 3에서 Mg-6Zn 합금에 비교예 1을 1.8 중량 % 첨가한 시료 13에 비해 동일 합금에 실시예 2를 5.0 중량 % 첨가한 시료 17번의 발 화온도가 약 120 ^°C 더 높으며， AZ31 합금에 비교예 3을 2.4증량 % 첨가한 시료 9에 비해 동일 합금에 실시예 1을 첨가한 시료 16의 발화온도가 n^°C 더 높음을 확인할 수 있다. 또한， 순 마그네슘에 비교예 2를 6.7증량 % 첨가한 시료 6에 비해 순 마그 네슘에 실시예 2를 5.0중량 % 첨가한 시료 14의 발화은도가 42^°C 더 높은 것을 확인 할 수 있다.

특히, 표 3에서 5번의 Mg-8Sn-lAl-lZn 합금의 경우 발화온도가 373^°C로 매 우 낮은 편인데， 실시예 3의 비활성화제를 첨가함으로써 발화온도가 583^°C까지 증가 하였다. 이 결과가 증요한 이유는， 일반적으로 가공용 합금인 Mg-8Sn-lAl— ΙΖη 합 금의 압출 혹은 압연을 위해서 약 500^°C의 온도에서 균질화처리를 해야하는데， 균질 화처리 온도가 합금의 발화온도 보다 크게 높아 열처리 과정에서 발화의 위험이 큰 문제가 있었다. 따라서 Mg-8Snᅳ ΙΑΙ-ΙΖη 합금에 실시예 3을 첨가하여 발화온도를 583^°C까지 증가시킴으로써 열처리 과정에서 발화의 위험을 제거할 수 있다.

한편， 마그네슘 비활성화제 첨가를 통한 마그네슘 합금의 발화온도 상승에 대한 이유는 도 5에서 Mg-6Zn— ICa-lY 합금의 표면산화층에 대한 EPMA(Electron-Probe Micro- Analyzer) 결과에서 볼 수 있듯이 Ca과 Y에 의해 용 탕과 접하는 표면에 CaO와 Y₂O₃로 구성된 치밀한 산화층이 형성되었고， 이 산화층 이 대기 증의 산소가 용탕으로 침투하여 연속적으로 반웅하는 것을 효과적으로 억 제하기 때문이다.

마그네슴 합금의 부식특성 평가

도 6은 AZ31 합금과 AZ31-0.7Ca 합금 및 AZ31— 0.5Ca-0.25Y 합금을 3.5% NaCl 용액에 8시간 동안 침지 시험한 후의 표면 상태를 보여준다. 표면에 부식 정 도가 심한 AZ31 합금에 비해 비교예 3이 첨가된 AZ31-0.7Ca 합금의 부식저항성이 개선된 것을 확인할 수 있다. 일반적으로 1 증량 % 이하의 칼슘이 첨가될 경우 부식 저항성이 개선된다고 알려져 있으며， 본 침지시험에서도 동일한 결과를 얻을 수 있 었다. 반면， 실시예 3의 XW-C 비활성화제가 첨가된 AZ31-0.5Ca— 0.25Y 합금의 경 우 표면에 부식이 거의 일어나지 않았음을 확인할 수 있는데, 이는 비교예 3의 모합 금 첨가를 통해 칼슘만 0.7증량 % 함유한 AZ31-0.7Ca 합금에 비해 실시예 3에서 보 듯이 비활성화제를 첨가함으로써 마그네슘 합금의 부식저항성이 더욱 크게 향상시 킬 수 있음을 의미한다.

한편， 마그네슘 합금 조성에 따라 마그네슘 비활성화제의 선택은 달리하여야 하며， 특히 마그네슘 합금 내 주요 원소와 Ca, Y 간의 반응성을 고려해서 최적의 비 활성화제를 선택해야 한다. Mg-Al계 합금의 경우 Y의 함량이 증가함에 따라 A1과 Y의 반웅에 의해 AI₂Y상이 용탕 내에서 생성되기 때문에 Υ 함량을 제한하는 것이 바람직하며， 이럴 경우 Ca/Y가 큰 실시예 1 혹은 실시예 2와 같은 비활성화제를 선 택하는 것이 바람직하다. 반면, Mg-Sn계 합금의 경우 Sn과 Ca의 반응에 의해 Ca₂Sn 상이 용탕에서 생성되므로 Ca의 첨가량을 제한할 필요가 있기 때문에 Ca/Y 가 작은 실시예 3과 같은 비활성화제를 선택하는 것이 바람직하다.

이상의 발화온도와 부식특성 평가 결과에 따르면， 비교예 1 내지 4에 비해 실시예 1 내지 3에 따른 비활성화제를 이용할 경우, 마그네슘 혹은 마그네슘 합금에 첨가됨으로서 마그네슘 합금의 발화저항성을 더욱 크게 향상시킬 수 있으며， 동시에 부식저항성도 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 발명에 따른 마그네 슘 비활성화제를 기존 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 소량 첨가하는 것만으로도 마그네슘 합금의 안전성과 신뢰성을 크게 개선하는데 매우 효과적인 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 환경문제를 야기하는 고가의 SF₆ 가스를 사용하지 않고 대기 중에서 조업이 가능하게 됨으로써 친환경 공정을 구축할 수 있고 동시에 제조비용 및 환경비용의 절감을 가져을 수 있다. 더 나아가 마그네슘 합금 제품의 신뢰성을 크게 향상시킴으로써 안전성이 요구되는 보다 다양한 분야에서 마그네슘 합금이 적 용될 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 비활성화제 및 마그네 슘 비활성화제를 이용한 마그네슘 합금 제조방법을 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하였다. 하지만， 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상 기 실시예가 본 발명의 일례를 예시하는 것에 불과하고 다른 다양한 수정 및 변형 이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서， 본 발명의 범위는 오직 뒤에서 설명할 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims

【특허청구범위】

【청구항 1】

마그네슘 합금의 제조 단계에서 마그네슘의 활성화 반웅을 억제하기 위하여 첨가되는 마그네슘 비활성화제로서，

6중량 % 내지 41.6증량 %의 Ca과, 6중량 % 내지.45중량 %의 Y와， 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고， Ca과 Y의 함량은 아래의 수학식을 따르는 것 을 특징으로 하는 마그네슘 비활성화제.

Y < 64.

3― 1.4 Ca (중량 %) ·

【청구항 4】

청구항 1에 있어서， 상기 마그네슘 비활성화제는 6증량 % 내지 33.8중량 %의 Ca과， 6중량 % 내지 42.2증량 %의 Y와， 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Ca과 Y의 함량은 아래의 수학식을 따르는 것을 특징으로 하는 마그네슘 비활성화제.

Y < 50.0ᅳ 1.3 Ca (중량 %)

[청구항 5】

청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 마그네슘 합금은 Mg— Al— Zn 합금인 것을 특징으로 하는 마그네슘 비활성화제.

【청구항 6】

750 °C 이하에서 용해가능한 마그네슘 비활성화제를 형성하는 단.계;

적어도 Mg을 포함하는 마그네슘 합금 용탕을 형성하는 단계; 상기 마그네슘 합금 용탕에 상기 750^°C 이하에서 용해가능한 마그네슘 비활 성화제를 투입하는 단계;

상기 마그네슘 비활성화제가 포함된 용탕을 소정의 주조 방법을 이용하여 마 그네슘 합금 주조재를 제조하는 단계를 포함하고，

상기 마그네슘 비활성화제는 6중량 % 내지 41.6중량 %의 Ca과， 6증량 % 내지 45중량 %의 Y와， 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고， Ca과 Y의 함량 은 아래의 수학식을 따르는 것을 특징으로 하는 마그네슘 비활성화제를 이용한 마 그네슘 합금의 제조 방법.

Y < 64.3 — 1.4 Ca (중량 %)

【청구항 9】

청구항 6에 있어서， 상기 마그네슘 비활성화제는 6중량 % 내지 33.8중량 %의 Ca과， 6중량 % 내지 42.2증량 %의 Y와, 잔부인 Mg 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고， Ca과 Y의 함량은 아래의 수학식을 따르는 것을 특징으로 하는 마그네슘 비활성화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조 방법.

Y < 50.0 ― 1.3 Ca (중량 %)

【청구항 10】

청구항 6 또는 청구항 9에 있어서， 상기 적어도 마그네슘을 포함하는 마그네슘 합금 용탕은 Mgᅳ Al— Zn 합금 용탕인 것을 특징으로 하는 마그네슘 비활성화제를 이용한 마그네슘 합금의 제조 방법.