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Mg/Al 이종합금 간 수중 마찰교반용접(FSW) : 미세조직과 기계적 성질

전문가 제언: ○ 자동차 부품용으로 많이 사용되는 Mg/Al 이종금속 간 용접기술의 필요성이 대두되고 있다. 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)은 두 합금의 용융점 아래에서 시행되기 때문에 기공이나 균열의 발생이 적다는 이점을 가지고 있다. Mg/Al FSW의 경우 공기 중에서보다 수중에서 실시하는 것이 더 유리하다는 사실이 보고된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 AA6013 합금과 AZ31 합금 판재 간의 수중 FSW를 실시하여 용접부의 미세조직과 기계적 성질의 변화를 조사하였다.

○ 상기 두 합금 판재의 맞대기 방식 FSW를 회전속도 1,200rpm, 용접속도 80m/min의 조건으로 수중에서 실시하였다. 교반에 의해 각 합금의 판상 전단 띠들이 복잡한 층을 이루는 혼합구조가 형성되었다. 전단 띠에서는 DRX에 의한 미세한 재결정 입자들이 관찰되었고, 그 계면에 존재하는 취성이 큰 금속간화합물 층의 두께는 ∼10㎛로 공기 중 FSW의 경우보다 훨씬 얇았다. 따라서 전체적으로 용접의 품질과 기계적 성질은 수중 FSW가 공기 중 FSW보다 훨씬 우수한 것으로 드러났다.

○ FSW 기술은 주로 알루미늄 합금을 중심으로 발전하였지만, 최근에는 AZ31 Mg 합금과 여러 Al 합금(1060, 2024, 5083, 6061 등)의 FSW도 시도된 바 있다. 그러나 공기 중 FSW에서는 높은 마찰열 때문에 취성이 큰 Al12Mg7 성분의 두꺼운 금속간화합물 때문에 균열이 생성되고 기계적 성질이 나빠지는 문제가 있었다. 그런 이유로 용접온도를 낮추기 위해 Sakurada 등(J. Jpn. Inst. Light Met., 52(2), 2002, p.2)이 수중 FSW를 처음 시도한 후 여러 연구자들이 그 뒤를 따르고 있다.

○ 국내에서도 대학과 연구소 등에서 FSW 연구가 수행된 바 있고, FSW 설비를 제작 판매하는 회사도 있다. Mg/Al 수중 FSW에 대한 것은 대한용접접합학회 2011년 추계학술발표대회에서 발표된 논문초록이 유일하다. 그밖에 유사한 것으로는 해외저널에 발표된 Mg/Al 공기 중 마찰교반점용접(FSSW) 논문이 1건 있다. 현재 특허권 문제가 걸려 있지만, FSW의 응용분야가 크게 확대될 것으로 예상되고 있으므로 국내에서도 그 기반 및 응용 기술의 확보에 많은 노력을 기울일 필요가 있다.

저자: Yong Zhao, Zhengping Lu, Keng Yan, Linzhao Huang
자료유형: 니즈학술정보