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AZ31B Mg합금의 열 확산에 의한 합금피막의 형성과 부식 저항의 개선

전문가 제언: ○ 마그네슘은 표준전극전위가 -2.36V(vs.NHE)로 낮아 부식이 쉽게 일어나기 때문에 표면처리가 필요하다. 그러나 화성처리, 양극산화, 전해도금 등의 방법은 산 또는 알칼리 폐액의 발생으로 환경부하가 크다는 문제가 있다. 이종재료와 접촉시켜 열확산으로 내식피막을 형성시키는 확산코팅법(diffusion coating)은 금속결합에 의해 결합강도가 높은 피막을 형성하고 환경부하가 적다는 장점이 있어 금속표면에 내열성 피막(TBC)을 형성시키는 방법으로 많이 이용되고 있다.

○ Mg합금의 확산코팅에는 Al과 Mg의 열확산으로 피막층을 형성하는 PC법(pack cementation)이 보고되어 왔다. 본 연구에서는 480℃의 진공 중에서 Al분말과 AZ31B Mg합금의 계면에서 일어나는 상호확산으로 형성한 합금피막의 미세조직, 경도, 내식성을 보고하고 있다. 합금피막과 AZ31B 기판은 Mg와 Al의 농도구배를 갖는 천이층에 의해 결합된다. 합금피막은 β-Al17Mg12상이 다량으로 생성되어 AZ31B Mg합금기판 보다 부식전위는 0.121V 높고 경도는 최대 2,5배로 높아 부식저항과 내마모성의 현저한 향상을 보여주고 있다.

○ 본 연구에서는 Al분말과 Mg합금과의 접촉효과를 높이기 위해 Al에 에틸렌글리콜을 혼합하고 있는데, 할로겐화물(NH4Cl, ZnCl2)을 첨가하여 Al을 활성화시키는 HAPC법(J. Alloy Comp. 469, 2009, pp.417～421), 확산온도를 낮출 목적으로 Al-Zn분말을 이용하여 Mg-Al-Zn계 금속간화합물을 형성시키는 방법(Surf. Coat. Tech. 206, 2011, pp.425-433)이 보고되고 있다. 또 300℃의 용융염(50%AlCl3+50%NaCl)에서 처리하여 β-AlMg, β-Mg17Al12를 형성시키는 용융염법도 보고되었다.

○ 국내에서는 한밭대에서 70%Al2O3+25%Al-Si+5%AlCl3 혼합분말을 이용하는 Mg합금의 확산코팅법이 연구되었다. 또 Cr조성물 분말에 의해 소결부품을 코팅시키거나 철강재에 Al2O3를 코팅시키는 방법 등 각종 형태의 PC법이 응용되고 있다. 상용 Mg합금은 3～10%의 Al을 함유하므로 Al분말을 이용하는 PC코팅법은 내식？내마모 특성과 함께 리사이클성의 관점에서도 Mg합금의 표면처리에는 매우 적합한 방법이다.

저자: Fen-jun LIU, Qing-sen MENG, Zeng-sheng LI.
자료유형: 니즈학술정보