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나노입자 보강에 의한 AZ31 합금의 고온 성형성 향상

전문가 제언: ○ 최근 마그네슘 합금이 자동차 부품용으로 주목받고 있지만, hcp 결정구조 때문에 성형성이 불량하여 더 광범위한 응용이 제한되고 있다. 쌍정 집합조직과 금속간화합물(예: Mg17Al12)의 존재로 인한 성형성 악화를 극복하기 위해서는 350℃ 이상에서의 열간가공이 필요하다. 본고에서는 AZ31 마그네슘 합금에 나노사이즈 알루미나와 탄소나노튜브(CNT) 보강재를 소량 첨가하여 고온 성형성을 크게 향상시키는 방법에 대해 소개한다.

○ 나노 알루미나(1.5vol%)와 CNT(1vol%)로 보강한 AZ31 합금은 25~250℃ 범위에서 항복강도와 연성의 현저한 증가와 유동응력의 감소를 보였고, 시편의 파단면은 연성파괴의 특징을 보였다. 고온인장의 경우 둘 모두 150℃에서 동적 재결정이 완료와 금속간화합물의 소멸이 관찰되었다. 통상적인 AZ31 합금의 경우 같은 효과를 보기 위해서는 360℃ 이상이 필요한 것에 비하면 이것은 괄목할 만한 성과이다. 알루미나가 CNT보다 더 큰 결정립/금속간화합물 미세화 효과를 보였고, 유동응력 감소에도 더 효과적이었다.

○ 해외에서는 마그네슘 합금 기지에 나노입자를 분산시켜 Orowan 강화와 결정립 미세화 효과를 얻으려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이것은 상온에서의 기계적 성질, 고온 성형성, 크리프 내성의 향상을 동시에 추구할 수 있는 방법이기 때문이다. 본 연구에서는 DMD(Disintegrated Melt Deposition)법이 이용되었지만, 나노보강재인 SiC, Al2O3, Y2O3, SiO2, CNT 등을 기지에 효과적으로 분산시키기 위한 방법의 개발도 중요하기 때문에 이 분야의 연구도 중요하다.

○ 국내에서는 경상대 연구팀이 2010년과 2014년에 각각 한 편씩 CNT/AZ31 복합재료에 대한 논문을 발표한 바 있다. 모재와 CNT의 혼합 분산에는 기계적 합금법이 이용되었다. 지금까지의 해외 연구결과로 보아 마그네슘 합금의 기계적 성질과 고온 성형성의 개선은 물론 열간가공 온도를 낮출 수 있다는 점에서 이 분야 연구는 충분한 가치를 가지고 있다고 생각되므로 국내의 연구도 더욱 활성화되기를 기대한다.

저자: Syed Fida Hassan, Muralidharan Paramsothy, Bekir Sami Yilbas, Manoj Gupta
자료유형: 니즈학술정보