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Mg-Zn합금 방향성응고 시 이례적인 -Mg수지상 성장

전문가 제언: ○ 수지상 조직은 응고과정 중 고·액 계면에 방출되는 용질원자 농도증가로 조성적과냉도가 커짐에 따른 고·액 계면의 불안정 상태가 심화되어 형성되는 초정줄기, 제 2차 및 3차가지 등으로 구성된다. 따라서 응고중의 수지상 사이의 액상에 불순물이 농축되어 응고 후 불순물의 불균질한 분포로 기계적 성질에 큰 영향을 준다. 이 분포를 보면 응고 중 생성되고 성장하는 수지상조직의 구조를 알 수 있다.

○ 수지상 결정의 방위와 형태에 관한 그동안의 연구는 주로 FCC와 BCC금속에 국한되었고 Mg같은 HCP금속에서의 수지상 생성 연구는 별로 없었다. 또한 이전의 연구는 주로 2차원적인 수지상 성장에 관한 것이고 3차원적 구조해석은 없었다.

○ 금속은 결정구조에 따라 응고결정의 우선성장방위가 다르다. 즉, FCC와 BCC는 <100>이고 HCP의 경우에는 금속에 따라 다른데 Mg합금의 경우에는 주로 <11 0>과 <0001>로 성장하는데 AZ91합금은 <22 5>로 우선적으로 성장 한다는 연구보고도 있다.

○ 이상의 현상은 일 방향 응고실험에서 얻은 것이나 실제주조공정에서는 복잡한 현상이 존재한다. Mg-Al합금의 경우 Al은 등방성에 변화를 주지 않기 때문에 결정방위에 따라 고·액계면 자유에너지변화가 없어서 결정 성장방향을 바꾸지 않는다. 그러나 Zn은 c축 방향과 밑면사이에 약 30%의 높은 비등방성을 갖기 때문에 수지상 성장방위변화 뿐 아니라 결정 형태도 변화한다.

○ 본고는 싱크로트론 x-선 단층촬영으로 Mg-38wt%Zn합금의 초정 수지상 가지 성장방향이 <21 1>이라는 것과 제 2차 수지상 옆 가지들이 비대칭이라는 두 가지라는 새로운 사실을 확인하였다. 즉, 일 방향 응고된 Mg-Zn시료합금의 수지상 성장이 예상되는 6회 대칭이 아니라 7개의 비대칭적인 제 2차 수지상 가지가 초정 줄기수지상에 형성된다는 것과 수지상이 세 가지 형태로 성장한다는 새로운 사실을 발견하였다. 국책과제로 선정된 Mg경량재료개발을 위한 이 분야 연구 활성화가 필요하나 아직은 국내 연구 실적이 없다.