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저온 용탕처리에 의한 마그네슘 합금의 새로운 정제 기술

전문가 제언: ○ Mg 합금의 광범위한 응용을 방해하는 것은 불량한 내식성과 성형성이다. Fe, Si, Cu, Ni 등의 불순물들은 갈바니부식에 의해 내식성을 더욱 악화시킨다. 그중에서도 특히 Fe는 부식의 촉진은 물론 AZ나 ZK 계열의 합금들에서 결정립 미세화를 방해하고 성형성을 해치기까지 한다. 본고에서 소개하는 새로운 용융정제 기술은 용제의 사용은 물론 추가적인 설비도 필요 없이 Mg와 그 합금들의 Fe 함량을 최소 2～5ppm까지 낮출 수 있는 청정기술이다.

○ 본 연구에서 개발한 저온 용탕처리(Low Temperature Melt Treatment, LTMT)법은 용탕온도가 저하하면 Fe, Si 등 불순물의 용해도도 저하하는 것을 이용한 것이다. 용탕을 융점-응고시작점 사이의 적당한 온도에서 충분한 시간 동안 유지하면 불순물이 저절로 분리 침전되므로 정제효과를 높이려면 유지온도와 유지시간을 최적화하여야 한다. 순 Mg의 경우 Mn을 첨가하면 Fe와 Si 농도가 각각 2ppm과 10ppm까지, ZK60의 경우 첨가원소 없이 Fe 농도가 5ppm까지 낮아진다.

○ 현재 Mg 1차 지금의 Fe 농도는 통상 100ppm 이상이다. Mn, Zr, Ti, B 등을 사용하는 기존의 고온 용탕처리법으로는 Fe 농도를 20ppm 이하로 낮추기 어렵다. 여과법도 효과적이기는 하지만 고온 용탕처리법과 같이 고온 작업이므로 Fe의 재용해를 막기 어렵다. 또 Mg 정제에 사용하는 염화물/불화물 용제(flux)는 오히려 합금원소의 손실을 초래할 우려가 있고, 환경오염을 유발하기도 한다. 따라서 본고의 LTMT법은 이런 여러 문제들을 해결할 수 있는 효과적 방법이라 하겠다.

○ 국내에서는 재료연구소(여과법, 용제처리), 한국마그네슘기술조합(처리법 미상), 한국산업기술시험원(용제처리 및 Al, Mn 첨가: Fe 20～60ppm) 등에서 스크랩 재활용 연구를 수행한 바 있다. 1차 지금의 경우 POSCO 생산 AZ계 합금의 Fe, Si 농도는 각각 50ppm 및 1000ppm 이하이다. 인하대에서 감압증류(2010) 와 용제처리에 의한 Mg 정련연구(2016)를 수행하였다. 청정, 저에너지 정제법인 LTMT법은 스크랩 재활용보다는 1차 지금 제조에 이용할 가치가 있을 것으로 보인다.

저자: F. Pan, X. Chen, T. Yan, T. Liu, J. Mao, W. Luo, Q. Wang, J. Peng, A. Tang, B. Jiang
자료유형: 니즈학술정보