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저온용융염에 의한 AZ91D Mg합금의 금속간화합물 코팅

전문가 제언: ○ 확산코팅법(diffusion coating)이란 피코팅재를 다른 상(phase)과 접촉시킨 상태에서 가열하여 일어나는 코팅성분의 상호확산과 열화학적 반응을 이용하여 피막물질을 형성시키는 표면처리법이다. 이 기술은 강재의 표면에 내열성 Al2O3피막을 형성시키는 카로라이징 처리에 많이 이용되고 있다. 확산코팅에서는 피막과 기재사이에 강한 금속결합이 형성되므로 피막의 밀착력이 우수하고 전기전도성, 전자파 차폐성, 열전도성 등의 특성 제어가 가능하다는 장점을 갖고 있다.

○ 대표적인 확산코팅법에는 Al과 같은 확산용 금속분말을 이용하는 팩시멘테이션(pack cementation)법, 염화물을 이용하는 용융염(molten salt bath)법이 있다. Al은 Mg와 결합하여 내식성과 내마모성이 우수한 금속간화합물(Mg17Al12, Mg2Al3)을 용이하게 생성하고, Mg합금의 중량 증가에 영향이 적으며, AZ91, AZ30 등 대부분의 Mg합금은 3~10%의 Al을 함유하므로 리사이클링에도 유리하다. 따라서 Al성분을 활용하는 확산코팅은 Mg합금의 표면처리에는 매우 유용한 방법이다.

○ 팩시멘테이션법은 장치가 간단하고 공정비가 저렴하며 복잡한 형상의 부품에 적용이 가능하다는 장점이 있는 반면에 고온확산이 요구되어 피막에 결함이 발생하는 문제가 있다. 확산온도를 낮추는 방법으로서 Al-10%Zn 혼합분말을 이용하는 방법, Al분말에 NH4Cl, ZnCl2와 같은 할로겐화물 활성제를 첨가하여 AlCl3를 생성시키는 방법 등이 제안되고 있다. 본 연구에서는 AlCl3+NaCl 혼합염을 이용하여 320℃의 저온에서도 금속간화합물 피막의 형성이 가능함을 보여 응용성이 기대된다.

○ Mg합금의 확산코팅에 대한 국내의 연구로는 한밭대와 광주산업기술원에서 70%Al2O3+25%Al-Si+5%AlCl3 혼합분말을 이용하는 팩시멘테이션법이 연구되었다. 그러나 처리온도가 823K로 높아 실용성에서는 문제가 있어 보인다. 고온처리가 불가피한 팩시멘테이션에서 피막은 불연속적인 공정조직으로 되지만 용융염법에서는 저온에서도 Al과 Mg의 상호확산이 일어나 연속적인 금속간화합물이 생성된다. 따라서 용융염을 이용하는 확산코팅법의 개발이 실용성 측면에서 보다 바람직하다.

저자: Jingjing Le, Lei Liu, Fan Liu, Yida Deng, Cheng Zhong, Wenbin Hu
자료유형: 니즈학술정보