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용탕단조와 압출에 의한 난연성 고강도 AZ91+Ca 합금의 개발

전문가 제언: ○ 주조용 AZ91 Mg 합금은 높은 비강도와 양호한 기계가공성을 가지고 있지만, 발화점이 낮아 주조와 용해과정에서 연소를 일으키기 쉽다. 또 AZ91 합금에 기계적 강도를 부여하는 Mg17Al12상이 120℃에서 연화되기 때문에 150℃ 이상의 온도에서는 사용할 수 없다. 이것은 최근 자동차, 항공우주 방면으로 확대되어 가는 Mg 합금의 응용에 큰 약점으로 작용하므로 본고에서는 Ca 첨가+용탕단조+압출에 의해 AZ91의 발화점을 올림과 동시에 상온 및 고온강도를 부여하는 방법을 소개한다.

○ AZ91 합금 잉곳의 Mg 부분을 2, 4, 6 wt.%의 Ca으로 대체하여 만든 AZ91+Ca 합금을 400℃에서 열간압출하였다. Ca는 Mg17Al12의 Al을 빼앗아 Al2Ca를 생성하였고, AZ91의 발화점은 200℃ 이상 상승하고, 합금의 사용온도도 250℃까지 확대되었다. Ca는 합금의 결정립 미세화를 도왔고, 용탕단조는 미세조직 개선과 결함 감소의 효과를 보였다. 또 열간압출은 조직의 미세화와 제2상의 재배열을 가능케 하였다. 전체적으로 2wt.%Ca 첨가+용탕단조+압출이 가장 우수한 효과를 나타내었다.

○ AZ91 합금에 Ca, Ce, 희토류원소, 질화물 등 여러 가지 원소나 화합물을 첨가하여 Mg17Al12상의 일부 또는 전부를 대체하거나 또는 새로운 상을 생성함으로써 합금의 기능을 향상시키려는 연구가 진행되어 왔다. 그중 Ca이 발화점의 상승, 내식성의 향상 등 Mg 합금의 여러 기능을 향상시키는 것으로 밝혀져 연구자들의 관심을 끌게 되었다. 그러나 과다한 Ca 첨가는 주조성을 악화시키고 상온강도를 저하시키는 문제가 있어서 용탕단조와 열간압출의 조합 공정이 제안되었다.

○ 국내에서는 2002년 한국기계연구원에서 AZ91+2Ca+0.002Be의 발화점 1000℃를 기록하였으나, 기계적 성질은 측정하지 않았다. 또 2010년 재료연구소에서 AZ91+1Ca+0.6Y의 발화점 800℃, 항복강도 270MPa, 연신율 ～8%를 기록하였다. 그밖에 부산대에서 Mg-4Al-2Sn-1Ca 합금의 용탕단조를 시행하여 크리프 내성을 150℃ 이상으로 개선하는 연구를 하였다. AZ91 합금은 주조/다이캐스트에 많이 사용되는 범용성 합금이므로 이의 발화점 및 사용온도 상승 연구를 지속할 필요가 있다.

저자: Feng Li, Wee Yang Peh, Venkatakrishnan Nagarajan, Meng Kwong Ho, Atsushi Danno
자료유형: 니즈학술정보