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강도와 연성이 우수한 Mg-Zn-Ca-Mn계 압출용 신합금 개발

전문가 제언: ○ Mg-Zn-Ca계 합금을 비교적 저온에서 압출하면 동적재결정(DRX)에 의한 결정립 미세화와 석출강화 효과에 의해 높은 강도를 얻을 수 있다. 또 압출온도를 올릴 경우 Ca의 효과로 밑면집합조직 외의 새로운 집합조직이 발달하여 밑면집합조직을 약화시키면서 합금의 연성을 크게 향상시킨다. 또 Mn은 결정립과 석출물의 미세화 효과를 보이므로 본고의 저자들은 기존의 Mg-Zn-Ca 합금들과 비슷한 성능을 가지면서 합금원소의 양을 극도로 낮춘 Mg-Zn-Ca-Mn계 합금을 제안하였다.

○ 저자들은 위에 설명한 바와 같은 이유로 높은 강도와 연성을 겸비한 압출용 ZXM합금(Mg-0.21Zn-0.3Ca-0.14Mn, wt.%)을 개발하였다. 300℃에서 압출한 ZXM합금은 TYS 307MPa, 연신율 20.6%의 우수한 기계적 특성을 보였다. 압출온도를 350℃로 올리면 TYS는 164MPa로 크게 떨어지지만, DRX비율이 상승하고 Ca에 의해 밑면집합조직이 약화되면서 연신율이 30.0%로 향상된다. 또 CYS/TYS 비가 0.54에서 0.77로 향상되어 항복 비대칭이 완화되므로 널리 사용되는 AZ31 합금보다 모든 면에서 우월하다 할 수 있다.

○ Mg-Zn-Ca계 합금에 대한 연구는 원래 Mg-Zn-RE계 합금의 압출 연구에서 비롯되었다. RE는 강도를 향상시키고, 또 고온에서는 “RE 집합조직”을 형성하여 밑면집합조직을 약화시킴으로써 합금의 연성을 크게 높이는 효과가 있다. 그러나 RE는 고가이기 때문에 그것을 대체할 합금원소를 찾게 되었고, 그것이 Mg-Zn-Ca계 합금이 등장한 이유이다. 지금까지 Mg-4.5Zn-1,1Ca, Mg-3.0Zn-0.2Ca, Mg-1.0Zn-0.3Ca, Mg-1.0Zn-0.5Ca 등 여러 가지Mg-Zn-Ca계 합금이 제안되었다.

○ Mg-Zn-Ca계 합금에 대해서는 국내에서도 미세조직, 기계적 특성, 부식특성, 상평형 등에 관한 연구가 수행되어 왔다. 또 부경대의 “고강도 Mg-Zn-Ca계 합금(KR 0343124)", 포항공대의 "쌍롤법에 의한 고성형성 Mg-Zn-Ca 합금판재의 제조법(WO20122070870)"이 특허기술로 제안되었다. 그러나 이들 합금은 Zn농도가 1%이상으로 높다. Mg-Zn-Ca계 합금은 가공용 합금으로서 실용화 가능성이 크다고 판단된다.

저자: M.G. Jiang, C. Xu, T. Nakata, H. Yan, R.S. Chen, S. Kamado
자료유형: 니즈학술정보