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마그네슘 주조합금의 결정립미세화에 관한 최근의 연구성과

전문가 제언: ○ 주조용 Mg합금의 결정립미세화 방법으로는 C 또는 Zr을 첨가하는 접종법과 과열처리법이 주로 이용된다. Mg-Al계 합금에는 C가 접종제로 이용되는데, 이는 핵생성자리로 작용하는 Al4C3를 형성시키기 때문이다. Al무함유 Mg합금에는 Zr을 이용하는데, Zr에 의한 포정화합물이 핵화제로 작용한다는 보고가 있기 때문이다. 과열처리에서는 핵생성 자리로 작용하는 고융점화합물의 형성 또는 과냉각의 증대가 결정립미세화 기구로 설명되고 있다.

○ Mg합금의 결정립미세화를 위한 첨가제는 용질원소(Zr, Ti, Cu, Ca, Cu 등), 금속간화합물(Al2Ca, Al2Y, Al2MgC2), 비금속화합물(TiN, ZrB2, BN, AlN) 등 다양한 형태를 보인다. 결정립미세화 기구는 ①첨가제 자체에 의한 불균일핵생성 자리의 증대, ②매트릭스와의 결정정합성에 의한 핵생성 잠재력의 증대, ③용질편석에 수반되는 조성적 과랭에 의한 핵생성 증가 등이다. Mg합금에 유효하다고 알려진 접종제나 용질원소의 효과는 주로 ② 및 ③의 기구로서 설명되고 있다.

○ 결정정합성에 의해 핵생성 잠재력을 평가하는 P2PM 모델은 격자정합성에 기초하는데 대하여 E2EM 모델은 원자스케일의 정합성에 기초하므로 복잡한 결정시스템에서는 E2EM 모델이 더 정확하여 접종제의 개발에 많이 이용된다. 용질원소(X)의 편석은 조성적 과랭을 형성하여 핵생성을 촉진시킨다. 결정립미세화에 미치는 용질편석의 효과는 Mg-X상태도로부터 성장억제인자인 Q값을 계산하여 검토할 수 있다. 실용적으로는 다원계 Mg합금에 적용하는 Q값의 계산법이 요구된다.

○ 국내의 경우 Mg합금의 용탕처리에 의한 결정립미세화 연구는 재료연구소(KIM)에서 많이 수행되어 Mg-Al합금에의 C첨가 효과(2007), Ca첨가 효과(2009), MnCO3첨가 효과(2010)가 해외저널에 발표되었다. 또 E2EM 모델에 의해 MgO와 Al4C3가 α-Mg의 핵화제로서 유망함을 보고하였다. Mg합금은 가공용 전신재보다 주조재로서의 용도가 크고 주조합금의 특성은 결정립미세화에 의존하므로 더욱 효과적인 접종재의 개발연구가 필요하다.

저자: Yahia Ali, et al.
자료유형: 니즈학술정보