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압출과 어닐링에 의한 고강도 Mg-xLi-3Al-2Zn-2Y 합금의 개발

전문가 제언: ○ Mg-Li 합금에서 5%<Li<10.3% 이면 HCP구조의 α-Mg상과 BCC구조의 β-Li상이 공존하며 Li>10.3%에서는 β-Li상이 단독으로 존재한다. 따라서 Li의 첨가는 슬립계가 많은 β-Li상의 형성으로 성형성을 개선시킨다. 또한 c축과 a축 비(c/a)가 감소하여 비 밑면 <a> 또는 <a+c> 슬립이 활성화하므로 (0002)집합조직의 완화에 의해 연성이 향상된다. 이와 같이 Li를 이용하는 합금설계는 Mg합금의 결점인 불량한 성형성을 개선하는 유효한 방법이지만 반면에 강도가 저하하는 문제가 있다.

○ Mg-Li계 합금에서는 강도의 증대를 위해 Al, Zn, Mn, Sn, RE 등을 복합적으로 첨가한 다성분계 합금이 많이 연구되고 있다. 본 연구에서는 석출강화에 주안점을 두고 석출상의 형성에 유리하도록 설계한 Mg-xLi-3Al-2Zn-2Y(x=5, 8, 11wt.%) 조성의 합금을 압출(200℃) 후에 어닐링하는 방법으로 Li의 농도와 어닐링 온도가 석출상의 형성과 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하였다.

○ α-Mg가 주상인 5%Li합금의 압출에 의한 인장강도는 280.3MPa로 8%Li합금과 11%Li합금 보다 높지만 어닐링 온도가 높을수록 강도는 재결정 연화에 의해 감소한다. 그러나 8%Li합금과 11%Li합금은 어닐링 온도가 높을수록 석출강화 효과가 현저하게 나타나 인장강도는 300℃ 어닐링에서 각각 295.5MPa, 310.4MPa에 달한다. 이는 상용합금인 압출용 AZ31B 합금의 255MPa 보다 훨씬 높다. 특히 8%Li합금은 연신율도 20.2%로 비교적 높아 강도-연성의 균형이 우수하다.

○ 국내에서는 최근 세종대에서 스퀴즈캐스팅법으로 제조한 Mg-15Li-3Al합금의 결정립을 미세화하고 석출강화시켜 항복강도 225MPa를 얻은 바 있다(J. Alloy Compd. 680, p.116-120, 2016). 또 생기원/목포대 연구팀은 Li를 5% 첨가한 Mg-3%Zn-1%Sn-0.4%Mn 합금을 200℃에서 압출하여 인장강도 252MPa를 얻었다(J. Alloy Compd. 564, pp.130-137, 2013). 합금성분과 제조법은 다르지만 압출과 어닐링(300℃)을 적용한 본 연구에서 얻은 강도보다는 낮다. Mg-Li계 합금은 내식성의 향상도 중요한 과제가 되고 있으므로 이 분야의 연구도 필요하다.

저자: Yan Tang, Weitao Jia, Xuan Liu, Qichi Le, Yulei Zhang
자료유형: 니즈학술정보