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Al-Ti-C 모합금 제조와 이를 이용한 Mg 합금의 결정립미세화와 기계적 특성의 개선

전문가 제언: ○ Mg합금의 취약한 강도를 개선시키는 효과적인 방법의 하나는 결정립미세화로서 실용기술에는 i) 가공조직의 동적재결정에 의해 미세한 등축정을 얻는 가공열처리법과 ii) 접종제(inoculant)나 핵화제(nucleant)를 첨가하여 응고 시에 불균일핵생성을 촉진시키는 용탕처리법이 있다. 주조합금에 유효하다고 알려진 접종제로는 Zr, C, Ti, Ca, RE 등이 있고, 핵화제로는 금속간화합물(Al2Ca, Al4C3, Al2Y, Al2MgC2), 질화물(TiN, BN, AlN), 탄화물(TiC, HfC, SiC)이 보고되고 있다.

○ 핵화제는 필요성분을 함유하는 모합금(master alloy)을 제조하여 첨가하는 것이 일반적이다. 본 연구에서 이용한 Al-Ti-C 모합금은 Al-C반응과 Ti-C반응으로 결정립미세화에 기여하는 Al4C3상과 TiC상이 자체적으로 형성된다. 이들이 형성되는 반응은 발열반응이기 때문에 열의 축적에 의해 자발적으로 진행하므로 본 연구에서는 SHS법(Self-propagating High-temperature Synthsis)이라 칭하고 있는데 일반적으로는 연소합성법으로 알려져 있다.

○ 핵화제에 의한 결정립미세화 기구는 ① 핵화제 자체가 불균일핵생성 자리로 작용하여 많은 결정핵이 생성되는 경우와 ② 핵화제가 Mg기지와 결정정합성 우수하여 핵생성 잠재력이 증대하는 경우로 설명된다. Al-Ti-C 모합금에서 생성된 Al4C3상과 TiC상이 AZ31 합금의 결정립미세화에 유효한 것은 ②의 효과 때문이다. 모합금의 C농도에 따라 생성되는 상의 종류가 달라지고, 모합금의 첨가량이 과도하면 오히려 결정립이 조대화 한다는 본 연구결과는 실용적 관점에 유의할 필요가 있다.

○ Mg합금의 결정립미세화에 관한 국내의 연구는 재료연구소(KIM)에서 많이 수행되어 C, Ca, MnCO3의 첨가 효과에 관해 여러 편의 논문이 해외저널에 발표되었다. 또 결정정합성에 기초한 모델에 의해 MgO와 Al4C3의 효과를 예측하는 연구도 발표되었다. Mg합금의 결정립미세화에 기여하는 많은 종류의 첨가제가 발표되고 있으나 현재 실용되고 있는 것은 C와 Zr 등 극소수에 불과하다. 주조용 Mg합금의 특성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 접종재, 핵화제의 개발연구가 필요하다.

저자: Xiaoteng Liu, Hai Hao
자료유형: 니즈학술정보