급속응고된 마그네슘 합금 분말의 미세조직 및 특성

Abstract

마그네슘합금은 치수 안정성이 우수하고, 비강도, 전자기파 차폐성, 동적 진동 감쇠능 등 알루미늄 합금 및 철강 소재에 비해 우수한 특징을 보임에도 불구하고[1], 동일 중량의 알루미늄 합금에 비해 고가이며, 60 % 이상이 다이 캐스팅에 의해 제조되고 있으므로 후 가공으로 인한 원가 상승의 원인이 되고 있다. 또한 상온에서 뛰어난 비 강도를 나타내는 반면 온도가 증가됨에 따라 강도의 급격한 감소 때문에 그 활용이 제한 되고있다. 최근 열적으로 안정한 준결정상을 포함하는 Mg-rich 영역의 Mg-Zn-Y 3원계 합금은 상온에서 높은 항복 강도 및 우수한 연신을 가진다고 보고 되고 있고[2], 다량의 제 2상이 존재하게 하여 기계적 성질을 향상시키기 위한 연구가 진행 되어 지고 있다. Mg-Zn-Y 합금에서 준결정이 초정 마그네슘 기지에 2상으로 존재하면, 준결정과 초정 마그네슘 기지와의 낮은 계면에너지[3]로 인하여 준결정과 기지의 계면에서 결합을 보이고 준결정상은 고온에서 조대화 에 안정하다. 하지만 종래의 주물용 합금에서는 큰 취성의 준결정상이 수지상 사이에 존재하고, 미세수축에 의한 결정립계 균열 등의 문제점이 있어 신뢰성이 좋은 제품을 만들기가 곤란하였다[4].이를 해결하기 위한 대책으로 분말 야금법 을 들수 있는데 분말 야금법은 합금설계 및 미세조직 컨트롤이 수월하고, 정밀성형이 가능하므로 공정변수를 줄일수 있어 비용절감에 효과적이다.

본 연구에서는 산업용 Gas atomizer를 사용하여 직경 150㎛ 이하의 Mg-Zn-Y 계 합금 분말을 제조하였다. 분말 표면에는 약 5nm 정도의 두께로 Oxygen 막을 형성시켜 분말 표면을 안정화 하였으며, 광학현미경(OEM),주사전자현미경(SEM),투과전자현미경(TEM),오제이전자분광기(AES), X-선 회절분석기(XRD), 광전자 분광기(XPS) 를 이용하여 제조된 분말의 미세조직 및 특성을 관찰하였다. Mg-Zn-Y 합금 분말의 경우 Mg Matrix에 I-Phase, W-Phase 등의 상이 공존 하고 있음이 관찰되었다. 또한 희토류계 원소인 Y의 함량 및 입도와 압출비에따른 합금의 미세조직 및 2차상들이 기계적 특성 및 고온안정성에 미치는 영향을 조사하였다.