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압연접합에 의한 Al,Mg,Al 복합판재의 기계적 성질에 미치는 어닐링 온도의 영향

전문가 제언: ○ 두 종류의 금속재료 표면을 금속학적으로 결합시켜 복합판재를 제조하는 클래딩(cladding)법은 내부에 저렴한 재료를 이용하고 표면에 내열성이나 내식성을 갖는 박판층을 접합시킴으로써 기능이 향상된 재료를 경제적으로 제조할 수 있는 방법이다. 예를 들면 탄소강의 표면에 스테인리스, 인코넬, 티타늄 등을 접합하여 내식성, 내열성, 내식성을 높인 재료가 실용되고 있다. 본연구는 AZ31합금 판재에 Al판재를 접합시키는 압연접합법(roll bonding)에서 어닐링 온도의 영향을 조사한 것이다.

○ 350℃에서 50%의 압하율로 압연한 후에 250℃이상에서 2h 어닐링을 실시한 Al/Mg/Al 복합판재는 금속간화합물(Al3Mg2)이 생성된 계면층에 의해 결합된다. 계면층에는 AZ31 Mg합금의 재결정립이 존재하고 어닐링 온도가 높을수록 계면층의 두께는 성장하지만 회복과 재결정에 의해 강도는 저하한다. 반면에 연신율은 현저하게 증가하여 Al판재의 접합은 내식성의 확보와 함께 난가공성인 Mg합금의 가공성을 증대시키는 효과를 갖는다.

○ Mg/Al합금의 접합법으로는 공동압출법(co-extrusion)도 개발되고 있다. 예를 들면 Mg빌릿을 압출다이의 입구에 장착한 Al원판을 밀면서 통과시키는 압출법, Mg빌릿을 Al봉재에 삽입하여 압출하는 방법 등이 제안되고 있다. 이들 방법에서는 Mg/Al 계면에서 형성되는 공정상에 의해 접합이 일어난다. 공정상에 의한 접합은 금속간화합물(Al3Mg2)의 계면층에 의한 접합보다 결합강도가 강할 것으로 예상된다. 압연접합법에서도 어닐링 온도를 제어하면 공정상 결합이 가능할 것으로 예상된다.

○ 재료연구소(KIMS)에서는 본연구와 유사한 방법으로 Al판재와 Mg판재를 적층하여 400℃ 압연과 200℃ 60분 어닐링으로 접합하는 방법을 특허(KR10-1474533)로 등록한 바 있다. 금속간화합물 계면층의은 본연구와 동일하지만 그 두께는 0.56㎛으로 본연구의 350℃ 어닐링에서 보인 24㎛에 비하면 매우 얇다. Mg/Al접합은 부식되기 쉬운 Mg합금의 결점을 해결하는 방안이 될 수 있다. 압연접합법은 통상의 압연장치를 이용할 수 있는 방법이므로 생산기술로서의 접목이 기대된다.

저자: Haipeng Zheng, Jinliang Yang, Ruizhi Wu,* Tianzi Wang, Xudong Ma, Legan Hou, et al.
자료유형: 니즈학술정보