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Mg-Al-Ca합금의 Al2Ca상이 미세조직과 기계적 성질에 미치는 영향

전문가 제언: ○ 경량화를 위하여 차량에 사용되는 Mg합금은 온도가 낮은 부품인 벨브덮게, 조향장치 고정부 및 계기판 등에만 국한되었다. 그러나 배기가스 감량과 연료절약을 위한 경량화 문제가 심각해지면서 Mg합금을 트랜스미션과 같은 고온부 엔진부품으로 사용할 필요성이 증대하였다. 즉, 유럽에서 2000년대 초에 각종 동력전달장치에 적용될 저렴하며 150oC에서 우수한 강도를 유지하며 크리프와 부식의 저항성이 큰 새로운 합금이 필요하게 되었다. 개발이 시작되었다.

○ 1990년대 후반부터 Mg합금에 RE를 첨가하여 석출상인 Al11(RE)3금속간화합물을 형성시켜 우수한 크리프 특성을 갖는 Mg-4%Al-2%RE합금이 개발되었다. 그러나 이 합금이 장시간 고온노출 시 150oC 이상에서 Al11(RE)3이 분해되어 크리프 저항성이 없어지기 때문에 상온사용은 문제가 없으나 고온 사용은 불가능 하다는 것이 밝혀졌다.

○ 이러한 문제를 극복하기 위하여, 150oC이상의 고온에서도 안정한 조직을 갖는 Mg합금개발을 위한 연구가 2000년대 초에 독일과 카나다에서 처음 시작되었다. 즉, 고가이며 희귀한 RE계 원소대신 저렴하며 풍부한 알카리토류 원소인 Ca를 Mg-Al계 합금에 첨가하여 제 2상인 Al2Ca금속간 화합물을 석출시키는 Mg-Al-Ca계 합금이 2001년에 최초로 개발되면서 이 합금의 연구가 활성화되기 시작하였다.

○ 본 연구에서는 제 2상으로 Al2Ca만 형성되도록 Ca/Al 원자비를 0.8이하로 하여 Al2Ca분율이 1, 2, 4와 6%인 4종의 시험용 합금을 제조하여 각 합금내의 제 2상에 관한 미세조직 관찰과 기계적 성질에 주는 영향을 연구하였다. 그러나 이 합금의 가장 중요한 특성인 고온 크리프 특성에 관한 연구는 수행되지 않은 것이 문제로 지적된다.

○ 전술한 바와 같이 2000년대 초에 Mg-Al-Ca계 합금이 개발된 이래 주로 독일과 일본에서 연구가 시작되었다. 현재는, 일본에서 고온 기계적 특성 및 크리프저항성 연구를 하고 중국에서는 고온 특성 보다는 주로 미세조직 연구를 집중적으로 수행하고 있다. 한국에서는 최근 재료연구소에서 AZ31합금에 Ca를 첨가하여 미세조직 변화를 연구하였다.

저자: Z. Jiang, B. Jiang, H. Yang, Q. Yang, J. Dai, F. Pan
자료유형: 니즈학술정보