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Mg-Al합금 주조재와 압출재의 열전도도

전문가 제언: ○ 경량구조재로서 마그네슘합금은 자동차부품, 전자부품, 우주항공부품 등의 분야에서 폭넓은 응용이 기대되고 있다. 최근 이와 같은 구조용 용도 외에 충격흡수용 댐퍼나 열발산용 히트싱크와 같은 기능성 용도로서의 응용도 제안되고 있다. 마그네슘합금을 히트싱크용으로 이용하는 경우에는 합금원소의 종류와 가공이력이 열전도도에 중요한 영향을 미치므로 합금설계나 가공방식의 선택을 위한 지식이 필요하다.

○ 자동차의 동력전달 장치나 항공기의 트랜스미션 케이스와 같이 고온에서 이용되는 부품의 경우에는 열응력을 최소화 할 수 있도록 균일한 온도분포를 유지하는 것이 중요하므로 내열성 마그네슘합금의 열적 특성이 많이 연구되어 왔다. 이에 의하면 Mg17Al12상과 같은 석출물은 열전도도를 저하시키며 RE(희토류), Sr, Ca 등의 첨가는 열전도도를 향상시킨다고 알려져 있다. 그러나 범용적으로 실용되는 AZ계열이나 AM계열의 합금에 대해서는 열전도도에 대한 학술정보가 부족한 실정이다.

○ Al이 주요 합금원소로 첨가되는 AZ계열, AM계열의 합금은 주로 주조나 압출가공으로 이용된다. 본 연구는 열전도도에 미치는 Al농도의 영향과 가공방식의 영향을 조사한 것으로서, 열전도도는 ① Mg-Al합금이 순수한 Mg보다 낮으며, ②Al농도가 증가할수록 열전도도가 저하하며, ③압출재는 Mg17Al12상의 석출, 결정립 미세화, 집합조직의 형성으로 인하여 주조재보다 낮고. ④압출방향에 수직한 방향은 평행한 방향보다 높다. 이 원인은 용질원소(Al), Mg17Al12 석출물, 결정입계, 집합조직 등이 열전달 매체인 전자나 포논의 산란(scattering)을 조장하기 때문이다.

○ 통상의 구조용 마그네슘합금의 열전도도에 관한 국내의 연구는 아직 없는 실정이다. 다만 열→전기 변화기능을 갖는 Mg-Si계 합금으로 된 열전재료의 열전도도가 보고되고 있다. 열전변화효율은 열전도도가 낮을수록 바람직하기 때문이다. 마그네슘의 열전도도는 156W/mK(300℃)로 알루미늄의 237W/nK 보다 낮지만 Al농도가 높은 경우에는 열전도도가 고온으로 갈수록 증가하므로 고온 환경의 히트싱크용으로 검토해 볼 필요가 있을 것이다.

저자: T. Ying, M.Y. Zheng, Z.T. Li, X.G. Qiao
자료유형: 니즈학술정보