새로운 고강도 저희토류(Low Rare-earth) Mg 합금의 개발

전문가 제언

○ Mg 합금의 강도를 높이기 위해 희토류원소(Rare Earth Element, RE)를 첨가하는 방법이 사용된다. 그러나 이 방법에는 두 가지 문제점이 있다. 첫째는 RE는 매우 값이 비싸다는 것이고, 둘째는 RE가 너무 무거워 많이 첨가할수록 합금의 밀도가 높아져 경량 고강도라는 Mg 합금의 특성을 잃게 된다는 것이다. 이런 문제들을 해결하기 위해서는 RE의 첨가량을 줄이거나 또는 RE를 아예 사용하지 않는 방법을 강구할 수밖에 없다.

 

○ 본 연구에서는 RE의 첨가량을 대폭 줄이는 방법을 시도하였다. 즉, Mg-Zn-Zr 기본합금에 Y와 Ce를 소량씩 첨가한 Mg-5Zn-1Ce-0.5Y- 0.6Zr(wt.%) 합금을 제조하여 YS 407MPa와 UTS 421MPa의 고강도를 얻었다. 이것은 Mg-8.4Gd-5.3Y-1.65Zn-0.59Mn과 Mg-5Gd-3Y-1Zn-Zr 등 고희토류 합금의 강도를 능가하는 값이다. 고강도의 원인은 (i) 초미세 결정립의 Hall-Petch 효과, (ii) 나노석출물에 의한 강화, (iii) DRX가 일어나지 않은 결정영역의 강력한 기저면 집합조직이었다.

 

○ Mg-RE 합금의 RE는 합금의 강도를 높이는 동시에 기저면 집합조직을 약화시켜 연성을 개선하는 이중의 효과를 발휘하기 때문에 많은 연구자들의 주목을 받아 왔다. 예를 들어 Homma 등(Scr. Mater 61, 2009, p.644)의 Mg-10Gd-5.7Y-1.6Zn-0.6Zr(wt.%) 합금 압출재는 YS 473MPa, UTS 542MPa의 인장특성을 기록한 바 있다. 그러나 Gd의 가격과 밀도는 각각 Mg의 75배와 4.6배에 달한다. 따라서 최근에는 무희토류 또는 저희토류 Mg 합금에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

 

○ 국내에서는 한국생산기술연구원(Son et al., Mater. Trans., 49(5), 2008, p.945 & p.1025)에서 Y와 Nd가 Mg-5Al-3Ca(wt.%) 합금의 기계적 성질과 미세구조에 미치는 영향을 연구한 바 있으나, 최대 UTS 335MPa로 강도는 그리 높지 않았다. 그밖에 부산대(Jo et al., Mater. Trans., 52(6), 2011, p.1088)에서 Yb 첨가의 효과를 조사하였지만 UTS 220MPa 정도에 불과하였다. RE는 그 희소성으로 인해 국제적 분쟁까지 야기할 정도이므로 국내에서도 이 분야 연구의 활성화가 필요하다.

 

저자

L. Liu, X. Chen, F. Pan, S. Gao, C. Zhao

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

688()

잡지명

Journal of Alloys and Compounds

과학기술
표준분류

재료

페이지

537~541

분석자

심*주

분석물

• 새로운 고강도 저희토류(Low Rare-earth) Mg 합금의 개발.pdf [434,191 byte]

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