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Mg？4Zn？xSi주조합금의 미세조직과 고온 기계적 특성과의 관계

전문가 제언: ○ 저밀도, 우수한 주조성, 높은 비강도와 강성 및 저렴한 가격 때문에 Mg합금이 우주항공과 차량의 구조재료로 각광받고 있으나 한 가지 중요한 결격사항은 고온강도가 낮다는 것이다. 강도 개선을 위해 경량의 Al을 합금원소로 사용하여 강화한 AZ91, AZ61과 AM60 등의 Mg-Al계 합금이 실온에서 널리 사용되고 있다. 그러나 고온안정성이 낮은 Mg17Al12의 석출 때문에 130°C 이상에서 기계적 성질이 악화된다. 따라서 고온에서도 안정한 제2상을 갖는 새로운 Mg합금 개발이 필요하다.

○ 새로운 합금개발의 방편으로 Mg-Zn합금에 Si를 첨가하여 금속간화합물을 석출시켜 강화하려는 시도가 있다. 이 경우 한문자 형상의 Mg2Si가 형성되어 강도 증가에는 기여하나 연성을 감소시키는 문제가 있다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 다른 합금원소를 첨가하거나 가공열처리를 시행하는 방안이 강구되고 있다. 본 분석에서는 Si만을 첨가하여 Mg？4Zn계합금의 강도를 개선하는 연구를 소개하고 있다.

○ 이전 연구에서 Mg-4Zn-2Si합금에 0.2wt%의 Sb를 첨가하여 고온강도를 개선하려는 시도가 있었고, Si와 Sb첨가로 인해 열적으로 안정한 Mg2Si와 Mg3Sb2가 생성되었다. 특히 Sb 첨가로 Mg2Si의 한문자 형태 모서리가 둥글게 변화하여 연성이 크게 개선된 사례도 있다. 또한 강도와 연성을 최대로 하는 최적 Sb의 첨가량이 0.4wt%이며, 이 경우 결정립 미세화 효과가 가장 크다는 연구보고가 있다.

○ Mg-Zn계 합금에 Si을 첨가하여 미세조직을 조절하여 고온 기계적 성질과 연성을 개선하는 연구는 미국, 이란, 중국, 및 일본에서 주로 수행되고, Si와 Sb를 동시에 첨가하는 연구는 이란과 중국에서 2010년경부터 활발히 추진되고 있으며, 강도와 연성이 동시에 개선되는 합금 개발관련 연구 논문이 여러 편 발표된 바 있다.

○ 국내의 경우 재료연구소, 서울대, KIST, POSTECH 등에서 생체용 Mg합금, 차량용 경량합금 및 Mg합금의 특성개선 연구는 활발하나, Mg-Zn계 합금에 대한 Si 또는 Sb 첨가 연구는 아직 보고된 바 없다.

저자: Reza Alizadeh and Reza Mahmudi
자료유형: 니즈학술정보