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반응고 압착주조로 제조한 Mg-RE-Zn-Y 신합금의 미세조직과 기계적 성질

전문가 제언: ○ 반응고 압착주조(Rheo-squeeze Casting, RSC)법은 합금을 고액 공존 영역에서 반응고 금속(Semi-solid Metal, SSM)의 슬러리로 만든 후 가압 주조함으로써 결정립을 미세화하고 공정상의 편석을 방지하여 주물에 우수한 기계적 성질을 부여하는 기술이다. 한편 희토류원소(RE)는 Mg 합금의 기계적 성질을 크게 향상시키지만, 통상의 주조법으로는 RE의 균일분산이 어렵다. 따라서 이 두 가지 기술을 조합하면 우수한 기계적 성질을 가진 Mg 합금의 제조가 가능할 것으로 기대된다.

○ 본 연구에서는 Mg-3RE-6Zn-1.4Y(wt.%) 합금을 RSC법으로 주조하여 기공률 최소화, 결정립미세화, RE의 균일분산을 동시에 꾀하였다. 초음파 교반을 거친 반응고 슬러리를 0에서 200MPa까지 압력을 변화시키며 주조한 결과, 기공률 급감, 결정립미세화, RE 고용도 증가 및 균일분산 효과를 얻었다. 즉, 0MPa의 경우에 비해 200MPa에서의 결정립도는 70→27㎛로 크게 감소하고, 기계적 강도는 YS 70→110MPa, UTS 150→180MPa, El 4.8→8.6%로 크게 증가하였다.

○ RSC법은 주로 Al 합금에 적용되다 2000년대 초부터 Mg 합금에도 적용되기 시작하였다. SSM의 초음파 교반(Ultrasonic Vibration, UV)에는 직접법과 간접법이 있으나 본 연구에서는 전자를 채택하였다. UV에 대해서는 지금까지 교반속도, 냉각속도, 고상분율, 온도와 같은 작업변수들에 대한 연구가 많이 수행되었다. Mg 합금의 기계적 성질(강도와 연성) 향상을 위한 RE 첨가 연구도 활발히 진행되고 있고, 최근에는 값비싼 RE를 다른 원소로 대체하는 연구도 주목받고 있다.

○ 국내에서는 2003년에 서울대/포항대의 AZ91D 다이캐스팅 조업변수와 SSM의 점도에 대한 연구, 2005년에 서울대/재료연구소의 AZ91HP의 레오캐스팅 온도, 시간, 교반속도와 합금 경도 간의 관계에 대한 연구가 있었다. 그 밖에 몇 건의 유사연구가 있었지만 SSM의 UV에 의한 Mg 합금 슬러리 제조와 그것의 압착주조에 대한 연구는 이루어진 바 없다. Mg-RE계 합금의 RSC 연구는 매우 흥미로운 주제이므로 앞으로 국내 연구진도 이에 대한 관심을 기울이기를 기대한다.

저자: Xiaogang Fang, Shulin Lu, Li Zhao, JingWang, Longfei Liu, ShusenWu
자료유형: 니즈학술정보