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반응고 금속(semisolid metal) 처리법으로 주조한 AZ91 합금의 내식성 향상

전문가 제언: ○ 금속 용탕을 주형에 주입하는 방식의 전통적 Mg 합금 주조법은 높은 기공률, 성분의 편석, 낮은 기계적 강도 등의 약점을 피하기 어렵다. 이런 문제들의 해결 방안으로 최근 반응고 금속(SSM: Semisolid Solid Metal) 처리가 주목받고 있다. SSM처리는 합금을 고액 공존 영역에서 연속적으로 교반하여 액상 매질 속 고체 입자들을 분산시킴으로써 응고 후 합금의 미세조직을 근본적으로 바꾸는 방법이다. 본 연구에서는 SSM 처리한 AZ91 합금의 미세조직과 부식 거동의 관련성을 조사한다.

○ AZ91 합금을 중력 주조(AZ91GC)와 SSM처리(AZ91RC)의 두 경로로 주조하여 3.5wt.% NaCl에서의 부식 거동을 비교 조사한 결과 전자의 부식 속도가 후자의 ～15배인 것이 밝혀졌다. 원인 규명을 위해 EIS, OM, SEM, XRD, SKPFM 등 다양한 방법을 동원하여 합금의 미세조직과 부식거동의 관계를 조사하였다. 그 결과 후자의 경우 교반으로 인해 파괴된 수지상 α-Mg 기지가 구상 미립자 조직으로 변하고, 그것들을 둘러싼 촘촘한 그물 모양의 상이 부식의 전파를 막는 것이 밝혀졌다.

○ 주로 Al 합금에 적용되어 온 SSM처리법은 2000년대 초부터 Mg 합금에도 적용되기 시작하였다. 몇 종류의 SSM처리법 중 본 연구에서는 반응고 상태에서 교반하여 주조하는 레오캐스팅(rheocasting)법을 채택하였다. 지금까지 교반속도, 냉각 속도, 고상분율, 온도와 같은 작업변수들에 대한 연구는 많았지만, 부식에 대한 연구는 드물었다. 현재는 AZ91 합금 미세조직의 a-Mg, b-Mg17A12, 공정상 간의 Al 농도 차와 b상의 역할 등이 Mg-Al계 합금 부식 연구의 주요 쟁점이 되고 있다.

○ 국내에서는 2003년에 서울대와 포항대의 AZ91D 다이캐스팅 조업변수와 SSM의 점도 간 관계에 대한 공동연구, 2005년에 서울대와 재료연구소의 AZ91HP의 레오캐스팅 온도, 시간, 교반속도와 합금 경도 간의 관계에 대한 공동연구가 있었다. 그 밖에 몇 건의 유사연구가 있었지만 SSM처리 Mg합금의 부식에 대한 연구는 한 건도 등록된 바 없다. SSM처리는 Mg합금의 큰 약점 중 하나인 내식성을 크게 개선할 수 있는 방법이므로 앞으로 그에 대한 연구도 이루어지기를 기대한다.

저자: B. Mingo, R. Arrabal, M. Mohedano, A. Pardo, E. Matykina, and A. Rivas
자료유형: 니즈학술정보