압출공정 재결정에 의한 Mg-Zn-Ca계 합금의 결정미세화와 고강도/고연성 특성

전문가 제언

○ Mg-Zn-Ca계 합금은 Zn에 의한 결정립 미세화 효과와 고용강화 효과로 강도가 우수하고, Ca에 의한 금속간화합물(IMPs : Mg2Ca)의 석출로 고온에서 내크리프성이 우수하다고 알려져 있다. 그러나 종래 연구되어온 Mg-Zn-Ca계 합금은 Zn의 농도가 높아 쉽게 부식되는 문제가 있다. 최근 임플란트용 생체재료로 분해속도를 느리게 제어할 목적으로 합금원소의 농도를 대폭적으로 낮춘 ZK10(Mg-1Zn-0.3Ca, wt.%)합금이 AIT Austrian Inst. Tech.에서 개발되었다.

 

○ 본 연구에서 소개한 ZK10합금은 TMCP(Thermo-Mechanical Control Process) 압연으로 고강도저합금강(HSLA steel)을 제조하는 가공열처리의 개념을 적용하여 개발된 합금이다. 철강재료에서는 오스테나이트→페라이트 상변태에 따르는 재결정을 이용하지만 ZK10합금에서는 상변태가 없이 압출가공에 의한 동적재결정과 가공 후의 정적재결정을 이용한다. 최적의 압출공정 조건에서 제조된 ZK10합금의 재결정 분율은 약 96%에 달하고 결정립 크기는 2㎛ 이하로 미세화된다.

 

○ 결정립 미세화를 위해서는 결정립 성장을 억제하는 IMPs가 균일하게 석출하도록 압출 전에 사전처리(시효처리, 250℃/30min)가 필요하다. 압출온도는 IMPs의 미세석출과 수밀도의 증대 및 결정립의 성장 억제를 위해 저온압출(300～325℃)이 바람직하다. 압출방식으로는 다이가 미압출 빌렛 쪽으로 이동하는 간접압출이 동적재결정에 유효하다. 이와 같은 압출조건에서 고강도(？365MPa)와 고연신율(？30%)을 겸비하고 기계적 이방성이 낮은(인장항복/압축항복？1.15) 재료가 얻어진다.

 

○ Mg-Zn-Ca계 합금에 대해서는 국내에서도 미세조직, 기계적 특성, 부식특성, 상평형 등에 관한 연구가 서울공대, 포항공대, 재료연구소를 비롯하여 각 대학에서 수행되어 왔다. 또 실용화 연구로 쌍롤법에 의한 고성형성 Mg-Zn-Ca 합금판재의 제조법이 포항공대에 의해 국제특허(WO20122070870)로 출원되었다. 임플란트용으로 개발된 HSLA개념의 ZK10합금이 갖는 고강도, 고연성 특성은 일반 산업용으로도 이용이 가능하다는 점에서 앞으로의 발전이 기대된다.

저자

J. Hofstette, S. Ruedi, I. Baumgartner, H. Kilian, B. Mingler, E. Povoden-Karadeniz, S. Pogatscher,P.J. Uggowitzer, J.F. Loffler.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

98()

잡지명

Acta Materialia

과학기술
표준분류

재료

페이지

423~432

분석자

심*동

분석물

• 압출공정 재결정에 의한 Mg-Zn-Ca계 합금의 결정미세화와 고강도 고연성 특성.pdf [523,208 byte]

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