KR101402896B1 - Aluminium alloy and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열처리를 수행하지 않고 SF6와 같은 보호가스를 사용하지 않더라도 우수한 알루미늄 용탕 품질을 구현할 수 있으며, 주조 후 따로 열처리를 수행하지 않더라도 알루미늄 기지 내에 고강도 화합물을 분포시켜 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 제조 방법 및 알루미늄 합금을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 마그네슘, 칼슘, 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 단계; 및 상기 용탕을 주조하는 단계;를 포함하는 알루미늄 합금 제조방법이 제공된다.The present invention can realize excellent aluminum melt quality without using a protective gas such as SF 6 without performing heat treatment and can improve the mechanical properties by distributing high-strength compounds in an aluminum base without performing heat treatment after casting An aluminum manufacturing method and an aluminum alloy.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a magnesium alloy, comprising: forming a molten metal by dissolving magnesium master alloy and aluminum containing a compound containing at least two elements of magnesium, calcium, and silicon; And casting the molten metal.
Description
본 발명은 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy and a method of manufacturing the same.
알루미늄(Al)에 마그네슘(Mg) 및 실리콘(Si)을 첨가한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금(Mg-Al-Si alloy)은 미국알루미늄협회가 정한 분류표 상 6000계열에 해당되며, 적당한 강도를 유지하면서 동시에 내식성과 성형성이 우수한 전신재로서 이용되고 있다. 대표적인 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금인 6063 합금은 압출성 및 표면처리특성이 우수하여 건축용 자재로 많이 사용되고 있으며, 6063 합금에 비해 마그네슘과 실리콘을 추가로 첨가한 6061 합금은 기계적 강도가 6063에 비해 더 높아 경량·고강도를 요구하는 크레인, 자동차용 범퍼 등에 이용되고 있다. Aluminum-magnesium-silicon alloy (Mg-Al-Si alloy) with magnesium (Mg) and silicon (Si) added to aluminum (Al) is equivalent to 6000 series by the American Aluminum Association. At the same time, it is used as a general material excellent in corrosion resistance and moldability. The 6063 alloy, which is a typical aluminum-magnesium-silicon alloy, is widely used as a construction material because of its excellent extrudability and surface treatment characteristics. The 6061 alloy, which is further added with magnesium and silicon than the 6063 alloy, Cranes that require light weight and high strength, and automobile bumpers.
이러한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금은 열처리를 통해 Al 기지에 금속간화합물인 Mg2Si를 석출시켜 분포시키며, 이러한 Mg2Si 석출상으로 인해 강도의 증가가 나타나게 된다. These aluminum-magnesium-silicon alloys precipitate and distribute the intermetallic compound Mg 2 Si to the Al base through heat treatment, and the intensity of Mg 2 Si precipitation increases.
도 7에는 알루미늄-Mg2Si의 상태도가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 알루미늄에 대한 Mg2Si의 고용도는 595℃에서 1.85%에 이르지만, 온도강하와 함께 급격히 감소하여 실온에서 거의 0에 가까운 값을 가지게 된다. 따라서 Mg2Si가 고용된 상태에서 온도를 하강시키게 되면 온도에 따른 고용도 차이에 의해 다량의 Mg2Si가 기지에 석출되며, 이러한 Mg2Si에 의해 알루미늄 합금의 기계적 특성이 향상되게 된다. 구체적으로 알루미늄에 마그네슘과 실리콘을 첨가하여 제조한 합금을 515~550℃에서 용체화 처리한 후 이를 수냉한 다음, 170~180℃에서 시효처리함으로써 Mg2Si를 석출시키게 된다. 이와 같이 종래의 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금에서는 Mg2Si를 석출시키기 위해 일련의 열처리 과정을 반드시 수행하여야 하였다. 7, there is shown a phase diagram of aluminum -Mg 2 Si. Referring to FIG. 7, the solubility of Mg 2 Si for aluminum reaches 1.85% at 595 ° C, but decreases sharply with temperature drop, resulting in a value close to zero at room temperature. Therefore, when the temperature is lowered while Mg 2 Si is solidified, a large amount of Mg 2 Si precipitates on the substrate due to the difference in solubility depending on the temperature, and the mechanical properties of the aluminum alloy are improved by Mg 2 Si. Specifically, an alloy prepared by adding magnesium and silicon to aluminum is subjected to solution treatment at 515 to 550 ° C., followed by water cooling, and aging treatment at 170 to 180 ° C. to precipitate Mg 2 Si. Thus, in the conventional aluminum-magnesium-silicon alloy, a series of heat treatment processes must be performed in order to precipitate Mg 2 Si.
한편, 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금을 주조하여 제조하는 경우에는 알루미늄 용탕 내에 마그네슘을 첨가하는 단계를 거치게 된다. 이러한 과정에서 화학적으로 높은 산화성을 가진 마그네슘에 의해 산화물이나 개재물이 알루미늄 용탕에 혼입될 수 있다. 이러한 산화물이나 개재물은 불순물로서 알루미늄 용탕의 품질을 저하시키는 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 마그네슘 첨가에 따른 산화물 또는 개재물 혼입을 억제하기 위해 마그네슘의 첨가 시 SF6 등의 보호가스로 용탕표면을 도포하는 방법을 고려해 볼 수 있지만 알루미늄 합금의 제조 공정상 대규모로 첨가되는 마그네슘을 보호가스로 완벽하게 보호하는 것은 불가능하다. 더 나아가 보호가스로 사용되는 SF6는 고가일 뿐 아니라 환경문제를 유발하는 가스로서 전 세계적으로 점차 그 사용이 규제되고 있다.On the other hand, when the aluminum-magnesium-silicon alloy is manufactured by casting, magnesium is added to the molten aluminum. In this process, oxides and inclusions may be incorporated into the aluminum melt by magnesium having a chemically high oxidizing property. Such oxides and inclusions may cause a problem of deteriorating the quality of the molten aluminum as an impurity. In order to suppress the incorporation of oxides or inclusions due to the addition of magnesium, a method of coating the surface of the molten metal with a protective gas such as SF 6 when adding magnesium may be considered. However, magnesium, which is added in large scale in the process of manufacturing an aluminum alloy, It is impossible to fully protect it. Furthermore, SF 6, which is used as a protective gas, is not only expensive, but also an environmental problem, and its use is increasingly regulated worldwide.
이에 본 발명은 열처리를 수행하지 않고 SF6와 같은 보호가스를 사용하지 않더라도 우수한 알루미늄 용탕 품질을 구현할 수 있으며, 주조 후 따로 열처리를 수행하지 않더라도 알루미늄 기지 내에 고강도 화합물을 분포시켜 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 제조 방법 및 알루미늄 합금을 제공하고자 한다. 전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.Accordingly, the present invention can realize excellent aluminum melt quality without using a protective gas such as SF 6 without performing heat treatment, and it is possible to improve the mechanical properties by distributing high-strength compounds in an aluminum base without performing heat treatment after casting And an aluminum alloy. The foregoing problems have been presented by way of example and the scope of the present invention is not limited by these problems.
본 발명의 일 관점에 의하면, 마그네슘, 칼슘, 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 단계; 및 상기 용탕을 주조하는 단계;를 포함하는 알루미늄 합금 제조방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a magnesium alloy, comprising: forming a molten metal by dissolving magnesium master alloy and aluminum containing a compound containing at least two elements of magnesium, calcium, and silicon; And casting the molten metal.
상기 알루미늄은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. The aluminum may be pure aluminum or an aluminum alloy.
상기 마그네슘 모합금은 0.0001 내지 30wt% 범위에서 첨가될 수 있다. The magnesium master alloy may be added in the range of 0.0001 to 30 wt%.
상기 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 하고, 상기 모재에 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 제조한 것일 수 있다.The magnesium master alloy may be prepared by using pure magnesium or a magnesium alloy as a base material, and adding a calcium-based additive and a silicon-based additive to the base material.
상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 상기 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것일 수 있다.The compound may be one produced by reacting calcium decomposed from a calcium-based additive and silicon decomposed from the silicon-based additive, or reacted with magnesium.
또한 상기 마그네슘 합금은 합금원소로서 알루미늄을 포함하고, 상기 화합물은 상기 알루미늄과 상기 칼슘이 반응하여 생성된 알루미늄-칼슘 화합물을 더 포함할 수 있다. In addition, the magnesium alloy may include aluminum as an alloy element, and the compound may further include an aluminum-calcium compound formed by reacting the aluminum with the calcium.
이러한 상기 마그네슘 모합금의 제조방법은, 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용해하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계; 상기 마그네슘 용탕에 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계; 및 상기 마그네슘 용탕을 주조하는 단계;를 포함할 수 있다. The method for producing the magnesium master alloy includes the steps of: forming a magnesium melt by dissolving pure magnesium or a magnesium alloy; Adding the calcium-based additive and the silicon-based additive to the magnesium molten metal; And casting the magnesium molten metal.
이때 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계 이후에, At this time, after the step of adding the calcium-based additive and the silicon-based additive,
상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제가 상기 마그네슘 모합금 내에 실질적으로 잔류되지 않도록 소진시키는 단계; 및 상기 소진 결과로 생성된 칼슘 및 실리콘을 상기 마그네슘 모합금 내에 실질적으로 잔류되지 않도록 반응시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.Exhausting the calcium-based additive and the silicon-based additive so that the calcium-based additive and the silicon-based additive do not substantially remain in the magnesium master alloy; And reacting the calcium and silicon produced as a result of the exhaustion so as not to substantially remain in the magnesium master alloy.
또한 상기 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 상기 마그네슘 용탕의 표면에 균일하게 분산시켜 첨가할 수 있다. Further, the calcium-based additive and the silicon-based additive may be uniformly dispersed on the surface of the magnesium melt.
또한 상기 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 모두 반응하여 상기 마그네슘 모합금 내에 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제가 잔류하지 않은 범위까지 첨가될 수 있다. 일 예로서 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제는 각각 0.001 내지 30wt% 범위에서 첨가될 수 있다.In addition, the calcium-based additive and the silicon-based additive may all react and add to the extent that the calcium-based additive and the silicon-based additive do not remain in the magnesium parent alloy. For example, the calcium-based additive and the silicon-based additive may be added in the range of 0.001 to 30 wt%, respectively.
한편 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계 이후에 상기 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시할 수 있다. On the other hand, after the step of adding the calcium-based additive and the silicon-based additive, the upper portion of the molten magnesium can be stirred.
이때 상기 교반은 상기 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어 질 수 있다. At this time, the stirring may be performed at an upper portion of 20% or less of the total depth of the magnesium melt from the surface of the magnesium melt.
상기 칼슘계 첨가제는 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2) 및 탄화칼슘(CaC2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 실리콘계 첨가제는 산화실리콘(SiO2)을 포함할 수 있다. The calcium-based additive may include at least one of calcium oxide (CaO), calcium cyanide (CaCN 2 ), and calcium carbonate (CaC 2 ), and the silicon-based additive may include silicon oxide (SiO 2 ).
한편 상기 화합물은 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물 및 마그네슘-칼슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. On the other hand, the compound may include at least one of a calcium-silicon compound, a magnesium-silicon compound, and a magnesium-calcium-silicon compound.
예를 들어, 상기 칼슘-실리콘 화합물은 Ca2Si, CaSi 및 CaSi2 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 마그네슘-실리콘 화합물은 Mg2Si을 포함할 수 있으며, 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al2Ca 및 Al4Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. For example, the calcium-silicon compound may include at least one of Ca 2 Si, CaSi, and CaSi 2 , and the magnesium-silicon compound may include Mg 2 Si. The aluminum- 2 Ca and Al 4 Ca.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 알루미늄 기지; 상기 기지에 존재하는 마그네슘, 칼슘 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물 중 어느 하나 이상;을 포함하며, 상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것일 수 있다. According to another aspect of the present invention, an aluminum base; And a compound containing at least two elements selected from the group consisting of magnesium, calcium and silicon in the matrix, wherein the compound is formed by reacting calcium decomposed from the calcium-based additive and silicon decomposed from the silicon-based additive Or may be one produced by reacting with magnesium.
상기 화합물은 상기 칼슘이 알루미늄과 반응하여 생성된 알루미늄-칼슘 화합물을 더 포함할 수 있다. The compound may further include an aluminum-calcium compound produced by reacting the calcium with aluminum.
한편 상기 알루미늄 기지는 마그네슘이 고용되어 있을 수 있다. On the other hand, the aluminum base may contain magnesium.
상기 화합물은 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘-실리콘 화합물 및 알루미늄-칼슘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The compound may include at least one of a magnesium-silicon compound, a calcium-silicon compound, a magnesium-calcium-silicon compound, and an aluminum-calcium compound.
예를 들어, 상기 마그네슘-실리콘 화합물은 Mg2Si을 포함할 수 있으며, 상기 칼슘-실리콘 화합물은 Ca2Si, CaSi 및 CaSi2 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.For example, the magnesium-silicon compound may include Mg 2 Si, and the calcium-silicon compound may include at least one of Ca 2 Si, CaSi, and CaSi 2 .
한편 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al2Ca 및 Al4Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. On the other hand, the aluminum-calcium compound may include at least one of Al 2 Ca and Al 4 Ca.
본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 의하면, 알루미늄 용탕 내에 마그네슘을 첨가하는 과정에서 종래에 사용되는 SF6 등의 보호가스의 양을 현저하게 감소시키거나 사용하지 않는 경우에도 안정적으로 알루미늄 주조공정을 수행할 수 있다. 따라서 알루미늄 내에 첨가되는 마그네슘의 함유량에 용이하게 증가시킬 수 있으면서도 환경적인 측면 및 비용적인 측면에서 장점을 가질 수 있다.According to the method for producing an aluminum alloy according to the present invention, even when the amount of protective gas such as SF 6 used in the process of adding magnesium to the molten aluminum is remarkably reduced or not used, the aluminum casting process can be stably performed Can be performed. Accordingly, the content of magnesium added to the aluminum can be easily increased, but it can be advantageous in terms of environmental aspects and cost.
또한 주조 중에 알루미늄의 용탕에 마그네슘의 높은 산화성에 따른 산화물 또는 개재물의 혼입을 방지할 수 있으므로 용탕의 청정도를 향상시켜 용탕의 품질을 개선시킬 수 있다. 이러한 알루미늄 용탕의 품질 개선으로 이로부터 주조되는 알루미늄 합금은 종래에 비해 불순물의 함유량이 현저하게 감소되어 더 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.In addition, it is possible to prevent the inclusion of oxides or inclusions in the molten aluminum during the casting due to the high oxidizing property of magnesium, thereby improving the cleanliness of the molten metal and improving the quality of the molten metal. As a result of the improvement in the quality of the aluminum molten metal, the aluminum alloy casted therefrom remarkably reduces the content of impurities as compared with the prior art, and can exhibit more excellent mechanical properties.
또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 의하면, 마그네슘 용탕 내에 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금을 이용함으로써, 종래와 같이 따로 열처리 단계를 수행하지 않더라도, 알루미늄 기지 내에 상기 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제로부터 분해된 칼슘 및 실리콘 간의 혹은 상기 칼숨 및 실리콘과 마그네슘과의 반응에 의해 생성된 화합물이 분포하게 된다.Further, according to the method for producing an aluminum alloy according to the present invention, by using a magnesium master alloy prepared by adding calcium oxide and a silicon additive in a magnesium molten metal, even if the heat treatment step is not performed separately as in the prior art, And compounds produced by the reaction between calcium and silicon decomposed from the silicon-based additive, or by the reaction between the above-described calories and silicon and magnesium.
이러한 화합물들이 알루미늄 기지에 분포하게 됨에 따라 알루미늄 합금의 기계적 특성을 현저하게 향상시킬 수 있는바, 경제성 및 생산성에서의 획기적인 개선을 가능하게 할 수 있다.As these compounds are distributed in the aluminum base, the mechanical properties of the aluminum alloy can be remarkably improved, which can make remarkable improvements in economy and productivity.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조 시 알루미늄 용탕에 첨가되는 마그네슘 모합금의 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다.
도 2는 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘 및 산화실리콘이 분해되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3d는 마그네슘 모합금의 기지에 분포하는 화합물의 형태 및 그 성분을 분석한 결과이다.
도 4a 및 4b는 마그네슘 모합금의 기지에 분포하는 화합물의 형태 및 그 성분을 라인 스캐닝 하여 분석한 결과이다.
도 5a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 마그네슘 모합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 5b 내지 5e는 EPMA로 도 5a의 관찰영역을 매핑(mapping)한 결과이다.
도 6은 본 발명에 따른 알루미늄 합금 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다.
도 7a 내지 도 7b는 실험예 및 비교예의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
도 8a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 알루미늄 합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 8b 내지 8f는 EPMA로 도 8a의 관찰영역을 매핑(mapping)한 결과이다. 1 is a flowchart showing one embodiment of a method for producing a magnesium master alloy to be added to an aluminum molten metal in the production of an aluminum alloy according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual view illustrating the decomposition process of calcium oxide and silicon oxide in the upper portion of the magnesium melt.
FIGS. 3A to 3D are the results of analyzing the forms and components of the compounds distributed in the matrix of the magnesium parent alloy.
FIGS. 4A and 4B are the results obtained by line scanning and analyzing the shape and components of the compound distributed in the matrix of the mother-parent alloy.
FIG. 5A shows the microstructure of the magnesium master alloy observed using back scattering electrons, and FIGS. 5B to 5E show the results of mapping the observed region of FIG. 5A with EPMA.
6 is a flowchart showing an embodiment of a method for manufacturing an aluminum alloy according to the present invention.
7A to 7B show the results of observation of the microstructure of Experimental Examples and Comparative Examples by an optical microscope.
8A shows the microstructure of the aluminum alloy observed using back scattering electrons, and FIGS. 8B to 8F are the results of mapping the observed region of FIG. 8A with the EPMA. FIG.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 측면으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the intention is not to limit the invention to the precise form disclosed and that the invention is not limited thereto. It is provided to let you know.
본 발명을 따르는 알루미늄 합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 모합금을 제조한 후, 이 모합금을 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 첨가하여 제조한다. 이때 모합금은 후속 단계에서 제공되는 용탕 내에 첨가하기 위하여 제조된 합금을 지칭하는 것이며, 이와 구분하여 모합금을 첨가하여 제조한 결과물에 대해서는 합금으로 지칭한다. The aluminum alloy according to the present invention is prepared by adding a calcium-based additive and a silicon-based additive to pure magnesium or a magnesium alloy to prepare a parent alloy, and then adding the mother alloy to pure aluminum or an aluminum alloy. In this case, the parent alloy refers to an alloy made to be added to the molten metal to be provided in a subsequent step, and the resultant product produced by adding the parent alloy separately is referred to as an alloy.
또한 본 명세서 및 특허청구범위에서의 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 사용한 것을 모두 지칭한다.The magnesium master alloys in this specification and claims all refer to the use of pure magnesium or a magnesium alloy as the base metal.
도 1은 마그네슘 모합금의 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 마그네슘 모합금의 제조 방법은 마그네슘 용탕 형성 단계(S1), 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제 첨가 단계(S2), 교반단계(S3) 및 주조 단계(S4)를 포함한다. 1 is a flowchart showing an embodiment of a method for producing a magnesium master alloy. Referring to FIG. 1, a method for producing a magnesium master alloy includes a magnesium melt forming step S1, a calcium additive and a silicon additive adding step S2, a stirring step S3 and a casting step S4.
마그네슘 용탕 형성 단계(S1)에서 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 도가니에 넣고 가열하여 마그네슘 용탕을 형성한다. 이때 가열온도는 일 예로서 400 내지 800℃ 범위일 수 있다. In the magnesium melt forming step S1, pure magnesium or a magnesium alloy is placed in a crucible and heated to form a magnesium melt. The heating temperature may be, for example, in the range of 400 to 800 ° C.
순수 마그네슘의 경우 600℃ 이상에서 용탕을 형성하지만, 마그네슘 합금의 경우에는 합금화에 따라 나타날 수 있는 용융점의 하강으로 인해 600℃이하, 예를 들어 400℃ 이상에서도 용탕이 형성될 수 있다. In the case of pure magnesium, the molten metal is formed at a temperature of 600 ° C or higher. In the case of the magnesium alloy, however, the molten metal may be formed at a temperature of 600 ° C or lower, for example, 400 ° C or higher due to the lowering of the melting point.
여기서, 상기 온도가 400℃ 미만이면 마그네슘 용탕이 형성되기 어렵고, 온도가 800℃를 초과하면 마그네슘 용탕에서의 승화가 발생되거나 발화할 위험이 있다. If the temperature is less than 400 ° C, the magnesium melt is difficult to form, and if the temperature exceeds 800 ° C, the magnesium melt may sublimate or may ignite.
마그네슘 용탕 형성 단계(S1)에서 이용된 마그네슘 합금은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, 마그네슘-Al, 마그네슘-Al-Re, 마그네슘-Al-Sn, 마그네슘-Zn-Sn, 마그네슘-Si, 마그네슘-Zn-Y 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 마그네슘 합금으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상적으로 산업계에서 사용되고 있는 어떠한 마그네슘 합금도 사용이 가능하다.The magnesium alloy used in the magnesium molten metal forming step S1 is selected from the group consisting of AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM -HP2, magnesium-Al, magnesium-Al-Re, magnesium-Al-Sn, magnesium-Zn-Sn, magnesium-Si, magnesium-Zn-Y and equivalents thereof. The invention is not limited thereto. Any magnesium alloy normally used in the industry can be used.
한편, 마그네슘 용탕의 발화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호가스가 제공될 수 있다. 보호가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물 또는 이들의 혼합 가스를 이용하며, 마그네슘 용탕의 발화를 억제할 수 있다.On the other hand, in order to prevent ignition of the magnesium molten metal, a small amount of protective gas may be additionally provided. As the protective gas, ordinary SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec ™ 612, an inert gas or its equivalent, or a mixed gas thereof is used and the ignition of the magnesium melt can be suppressed.
다음 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제 첨가 단계(S2)에서는 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 마그네슘의 용탕에 첨가한다. 이때 첨가되는 칼슘계 첨가제로는 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2) 및 탄화칼슘(CaC2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한 실리콘 첨가제로는 실리콘을 포함하는 화합물일 수 있으며, 예를 들어 산화실리콘(SiO2) 일 수 있다.Next, in the step (S2) of adding the calcium-based additive and the silicon-based additive, the calcium-based additive and the silicon-based additive are added to the molten magnesium. The calcium-based additive added at this time may include at least one of calcium oxide (CaO), calcium cyanide (CaCN 2 ), and calcium carbonate (CaC 2 ). In addition, a silicone additive may be a compound containing silicon, for example, be a silicon oxide (SiO 2).
이때 투입되는 칼슘계 첨가제에 의해 마그네슘 용탕 내에 내산화성이 향상될 수 있으며, 따라서 마그네슘의 용해 시 필요한 보호가스의 양을 현저히 저감시키거나 사용하지 않을 수 있다. 따라서 이러한 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 모합금의 제조는 환경상의 이유로 규제 대상인 SF6 등과 같은 보호가스 사용으로 인해 발생되는 문제점을 해결할 수 있다.At this time, oxidation resistance can be improved in the magnesium molten metal by the added calcium-based additive, so that the amount of the protective gas necessary for dissolving magnesium can be remarkably reduced or not used. Therefore, the production of the magnesium master alloy according to the embodiment of the present invention can solve the problems caused by the use of the protective gas such as SF 6 which is the object of regulation for environmental reasons.
또한 마그네슘 용탕의 내산화성 향상으로 인해 마그네슘 용탕으로의 산화물 또는 기타 개재물의 혼입이 억제된다. 따라서 용탕의 청정도가 획기적으로 개선되며, 이러한 용탕 청정도 향상은 이로부터 주조되는 마그네슘 합금의 기계적 특성을 향상시키게 된다.Further, the improvement of oxidation resistance of the magnesium molten metal inhibits the incorporation of oxides or other inclusions into the magnesium molten metal. Therefore, the cleanliness of the molten metal is drastically improved, and the improvement of the cleaning efficiency of the molten metal improves the mechanical characteristics of the magnesium alloy cast therefrom.
칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 모두 마그네슘 용탕 내에서 환원되어 각각 칼슘과 실리콘으로 분해될 수 있다. 일 예로서 칼슘계 첨가제인 산화칼슘은 칼슘과 산소로 분해될 수 있으며, 실리콘계 첨가제인 산화실리콘은 실리콘과 산소로 분해될 수 있다. 이때 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제는 상기 마그네슘 용탕의 표면에 균일하게 분산시켜 첨가할 수 있다.Both the calcium-based additive and the silicon-based additive can be reduced in the magnesium melt and decomposed into calcium and silicon, respectively. As an example, calcium oxide, which is a calcium-based additive, can be decomposed into calcium and oxygen, and silicon oxide, which is a silicon additive, can be decomposed into silicon and oxygen. At this time, the calcium-based additive and the silicon-based additive may be added and dispersed uniformly on the surface of the magnesium melt.
도 2는 예시적으로 도가니(1)내의 마그네슘 용탕(10)에 산화칼슘(20) 및 산화실리콘(21)을 첨가한 경우 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘 및 산화실리콘이 분해되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘은 칼슘(Ca)과 산소(O2)로 분해되고, 산화실리콘은 실리콘(Si)과 산소(O2)로 분해된다.2 is a diagram illustrating a process in which calcium oxide and silicon oxide are decomposed in the upper portion of the magnesium melt when
이때 분해된 산소는 기체(O2)로서 마그네슘 용탕 바깥으로 배출되거나 드로스(dross) 또는 슬러지(sludge)로서 마그네슘 용탕 상부에 부유하게 된다. 한편, 칼슘 및 실리콘은 용탕 내에서 마그네슘 또는 용탕 내 다른 원소와 반응하여 다양한 화합물을 형성하게 된다. 이러한 화합물의 예로서 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. At this time, the decomposed oxygen is discharged as a gas (O 2 ) out of the magnesium molten metal or dross or floated on the magnesium molten metal as a sludge. On the other hand, calcium and silicon react with other elements in magnesium or molten metal in the melt to form various compounds. Examples of such compounds may include at least one of a magnesium-calcium compound, a magnesium-silicon compound, and a calcium-silicon compound.
예를 들어 칼슘은 마그네슘과 반응하여, 마그네슘-칼슘 화합물인 Mg2Ca를 형성할 수 있다. 또한 칼슘은 실리콘과도 반응하여 칼슘-실리콘 화합물인 Ca2Si, CaSi 및 CaSi2 중 어느 하나를 형성할 수 있다. 또한 실리콘은 마그네슘과 반응하여 마그네슘-실리콘 화합물인 Mg2Si를 형성할 수 있다.For example, calcium reacts with magnesium to form Mg 2 Ca, a magnesium-calcium compound. Also, calcium reacts with silicon to form calcium-silicon compounds Ca 2 Si, CaSi, and CaSi 2 . Silicon can also react with magnesium to form a magnesium-silicon compound, Mg 2 Si.
한편 알루미늄을 합금원소로서 포함하는 마그네슘 합금을 이용하여 마그네슘 용탕을 제조한 경우에는 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘이 마그네슘 용탕 내에서 알루미늄과 반응하여 알루미늄-칼슘 화합물이 더 형성될 수 있다. 이때 상기 알루미늄-칼슘 화합물은 Al2Ca 및 Al4Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.On the other hand, when a magnesium alloy containing aluminum as an alloy element is used to produce a magnesium molten metal, the calcium decomposed from the calcium additive may react with aluminum in the magnesium melt to form an aluminum-calcium compound. At this time, the aluminum-calcium compound may include at least one of Al 2 Ca and Al 4 Ca.
이러한 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 분해 및 반응은 교반을 통해 더욱 활성화 될 수 있으며, 이는 다음 단계인 교반 단계(S3)에서 더욱 구체적으로 후술하도록 한다.The decomposition and reaction of the calcium-based additive and the silicon-based additive can be further activated by stirring, which will be described in detail later in the stirring step (S3) as the next step.
첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 반응성 향상을 위해 표면적이 넓을수록 유리하며, 따라서 분말형태로 첨가되는 것이 유리하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 분말상의 비산을 방지하기 위해 분말을 응집시킨 팰렛(pellet) 형태 또는 덩어리 형태로 투입하는 것도 가능하다. The calcium-based additive and the silicon-based additive to be added are advantageous as the surface area is wider for the purpose of improving reactivity, and therefore, it is advantageous to add them in powder form. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to put the powder in the form of a pellet or a lump in which the powder is agglomerated in order to prevent the powder from scattering.
첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 크기는 0.1 내지 500㎛일 수 있으며, 보다 엄격하게는 0.1 내지 200㎛ 일 수 있다. The size of the calcium-based additive and the silicon-based additive to be added may be 0.1 to 500 탆, more strictly 0.1 to 200 탆.
칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 크기가 0.1㎛ 미만일 경우 너무 미세하여 승화되는 마그네슘 열풍에 의하여 비산되어 도가니에 투입되기가 어려움이 발생된다. 또한 서로 응집되어 응집체를 형성함에 따라 액상의 용융금속과 쉽게 섞이지 않게 된다. 이러한 응집체는 반응을 위한 표면적이 감소된다는 관점에서 바람직하지 않게 된다. When the size of the calcium-based additive and the silicon-based additive is less than 0.1 탆, it is too fine to be scattered by the sublimated magnesium hot air and difficult to be injected into the crucible. Further, they aggregate with each other to form agglomerates, so that they are not easily mixed with the liquid molten metal. Such agglomerates are undesirable from the viewpoint of reducing the surface area for the reaction.
칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 반응을 위한 표면적이 감소되며, 더 나아가 상기 마그네슘 용탕 내에서의 반응이 일어나지 않을 수 있다. When the size of the calcium-based additive and the silicon-based additive exceeds 500 μm, the surface area for the reaction is reduced, and further, the reaction in the magnesium molten metal may not occur.
첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 총합이 0.001 내지 30 wt%가 첨가될 수 있으며, 보다 엄격하게는 0.01 내지 15 wt%가 첨가될 수 있다.The total amount of the calcium-based additive and the silicon-based additive to be added may be 0.001 to 30 wt%, more strictly 0.01 to 15 wt% may be added.
칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 첨가량의 총합이 0.001 wt% 미만인 경우에는 마그네슘 합금의 기계적 특성 향상이 미미하거나 거의 발생되지 않게 된다. 또한 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제의 첨가량의 총합이 30wt%를 초과하게 되면 원래의 마그네슘의 특성이 나타나지 않을 수 있다. When the sum of the amounts of the calcium-based additive and the silicon-based additive is less than 0.001 wt%, the improvement of the mechanical properties of the magnesium alloy is insignificant or hardly occurs. When the total amount of the calcium-based additive and the silicon-based additive exceeds 30 wt%, the original magnesium characteristics may not be exhibited.
칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제는 마그네슘 용탕 내에 동시에 투입하거나 혹은 서로 시간차를 두고 투입할 수 있다. 또한 필요량을 일시에 투입하거나 혹은 적정량으로 나눈 후 일정한 시간차를 두고 복수의 단계로 투입할 수 있다. The calcium-based additive and the silicon-based additive can be simultaneously charged into the magnesium molten metal or can be introduced at different time intervals. In addition, the required amount can be inputted at a time or divided into a proper amount, and can be inputted into a plurality of steps with a certain time difference.
첨가되는 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제가 미세 입자를 가진 분말일 경우에는 시간차를 두고 복수의 단계로 투입함으로써 분말의 응집 가능성을 낮추면서 실리콘계 첨가제의 반응을 촉진시킬 수 있다.When the calcium-based additive and the silicon-based additive to be added are powders having fine particles, the reaction of the silicon-based additive can be promoted while lowering the possibility of aggregation of powders by injecting the powder in a plurality of stages at different time intervals.
첨가된 칼슘계 첨가제의 분해 및 반응을 촉진시키기 위하여 마그네슘 용탕의 교반단계(S3)를 수행할 수 있다. 이때 교반은 칼슘계 첨가제의 투입과 동시에 시작하거나 혹은 첨가된 칼슘계 첨가제가 용탕 내에서 일정 온도로 가열 된 후에 시작할 수 있다.In order to accelerate the decomposition and reaction of the added calcium-based additive, stirring step (S3) of the magnesium melt can be performed. The stirring may start at the same time as the addition of the calcium-based additive or after the added calcium-based additive is heated to a certain temperature in the molten metal.
통상의 금속 합금화의 경우에는 용탕과 합금원소를 대류나 교반을 통해 용탕 내부에서 반응이 일어나도록 적극적으로 교반하게 된다. 그러나 본 실시예에서는 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 적극적인 반응을 유도하는 경우에는 칼슘계 첨가제의 반응이 오히려 효율적이지 못하여 분해되지 않은 상태에서 최종 용탕 속에 잔류하는 빈도가 증가하였다. 이렇게 칼슘계 첨가제가 최종 용탕 속에 잔류하는 경우에는 주조된 마그네슘 합금 내에 그대로 편입되며 이 경우 마그네슘 합금의 기계적 특성을 열화시킬 수 있다. In the case of ordinary metal alloying, the molten metal and the alloying element are agitated agitated so that the reaction takes place inside the molten metal through convection or stirring. However, in the case of inducing aggressive reaction of the calcium-based additive and the silicon-based additive in this embodiment, the reaction of the calcium-based additive is rather inefficient, and the frequency of the calcium-based additive remaining in the final molten state in the undissolved state is increased. If the calcium-based additive remains in the final molten metal, it is incorporated in the cast magnesium alloy as it is, which may deteriorate the mechanical properties of the magnesium alloy.
따라서 본 실시예에서는 칼슘계 첨가제가 마그네슘 용탕의 내부로 혼입되게 하기 보다는 용탕의 표면에서 반응하도록 반응환경을 조성하는 것이 중요하다. 이를 위해 첨가된 칼슘계 첨가제가 용탕의 표면에 가능한 장시간 체류하며 대기 중에 노출되도록 유지하도록 마그네슘 용탕의 상층부에 대한 교반을 실시하는 것이 바람직하다.Therefore, in this embodiment, it is important to form a reaction environment so that the calcium-based additive reacts on the surface of the molten magnesium rather than being mixed into the magnesium molten magnesium. To this end, it is preferable to stir the upper portion of the magnesium melt so that the added calcium-based additive remains on the surface of the melt for as long as possible and is exposed to the atmosphere.
표 1에는 마그네슘 합금인 AM60B의 용탕에 산화칼슘을 첨가한 경우 교반 방법에 따른 잔류 산화칼슘의 잔량을 측정한 결과이다. 이때 첨가된 산화칼슘의 크기는 70㎛ 였으며, 산화칼슘은 5, 10, 15wt%가 첨가되었다. 교반 방법으로는 마그네슘 용탕의 상층부 교반, 내부교반 및 교반을 하지 않은 방법이 선택되었다. 표 1로부터 마그네슘 상층부의 교반을 수행하는 경우에 그 외의 경우와 달리 첨가된 산화칼슘의 대부분이 칼슘으로 환원됨을 알 수 있다.Table 1 shows the result of measuring the residual amount of residual calcium oxide according to the stirring method when calcium oxide is added to the molten metal of AM60B, which is a magnesium alloy. The size of added calcium oxide was 70 ㎛ and 5, 10 and 15 wt% of calcium oxide was added. As the stirring method, a method in which the upper portion of the magnesium melt was stirred, the inner stirring and the stirring were not performed was selected. From Table 1, it can be seen that, when stirring the magnesium upper part, most of the added calcium oxide is reduced to calcium, unlike the other cases.
[표 1][Table 1]
이러한 교반은 마그네슘 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 20% 내외의 상층부에서 이루어지는 것이 좋으며, 바람직하게는 용탕 전체 깊이의 10% 내외의 상층부에서 이루어지는 것이다. 20% 이상의 깊이에서는 표면에서의 칼슘계 첨가제 및 실리콘 산화물의 분해가 일어나기 어렵게 된다. Such agitation is preferably carried out in an upper portion of about 20% of the total depth of the molten metal from the surface of the molten magnesium, preferably in the upper portion of about 10% of the entire depth of the molten metal. And the decomposition of the calcium-based additive and the silicon oxide on the surface is difficult to occur at a depth of 20% or more.
이때 교반을 위한 시간은 용탕의 온도와 투입되는 분말의 상태에 따라 차이가 있을 수 있으며, 가능한 첨가된 칼슘계 첨가제와 실리콘계 첨가제가 용탕 내에서 완전히 소진될 때까지 충분히 교반하는 것이 바람직하다. 여기서 소진은 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 분해가 실질적으로 완료되는 것을 의미한다.At this time, the stirring time may vary depending on the temperature of the molten metal and the state of the powder to be charged, and it is preferable to stir sufficiently until the added calcium-based additive and the silicon-based additive are completely exhausted in the molten metal. Wherein exhaustion means that the decomposition of the calcium-based additive and the silicon-based additive is substantially complete.
이러한 교반에 의해 마그네슘 용탕에서 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제의 분해 및 이러한 분해에 의해 생성된 칼슘 및 실리콘이 마그네슘 용탕 내에서 다양한 화합물을 형성하는 반응을 더욱 촉진시킬 수 있다. By such stirring, the decomposition of the calcium-based additive and the silicon-based additive in the magnesium melt and the calcium and silicon produced by this decomposition can further promote the reaction of forming various compounds in the magnesium melt.
마그네슘 용탕의 교반단계(S3)가 완료되면, 상기 마그네슘 용탕을 주형에 넣어 응고시키는 주조단계(S4)를 거쳐 마그네슘 모합금이 제작된다. After completion of the stirring step (S3) of the molten magnesium melt, the magnesium master alloy is produced through a casting step (S4) in which the molten magnesium is placed in a mold and solidified.
이때 주조단계(S4)에서의 주형의 온도는 상온(예를 들면, 25℃) 내지 400℃ 의 온도범위를 가질 수 있다. 또한 주형을 상온까지 냉각시킨 후 모합금을 주형으로부터 분리시킬 수 있으나, 상온 이전이라도 모합금의 응고가 완료되는 경우에는 주형으로부터 모합금을 분리시킬 수 있다.At this time, the temperature of the mold in the casting step S4 may have a temperature range of room temperature (for example, 25 ° C) to 400 ° C. In addition, it is possible to separate the parent alloy from the mold after cooling the mold to room temperature, but if the solidification of the parent alloy is completed even before the room temperature, the parent alloy can be separated from the mold.
여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 사형주조, 다이캐스팅(die casting), 중력주조, 연속주조, 저압주조, 스퀴즈캐스팅, 로스트왁스주조(lost wax casting), 틱소캐스팅(thixo casting) 등을 들 수 있다. Here, the mold may be any one selected from a mold, a ceramic mold, a graphite mold, and the like. In addition, the casting method includes die casting, die casting, gravity casting, continuous casting, low pressure casting, squeeze casting, lost wax casting, thixo casting and the like.
중력주조는 용융상태의 합금을 중력을 이용하여 주형에 주입하는 방법을 지칭하고, 저압주조는 용융된 합금의 용탕면에 가스를 이용하여 압력을 가하여 주형 내에 용탕을 주입하는 방식을 지칭할 수 있다. 틱소캐스팅은 반용융 상태에서의 주조 기술로서, 통상적인 주조와 단조의 장점을 융합한 방식이다. 그러나 본 발명이 주형의 종류 및 주조의 방식을 한정하는 것은 아니다. Gravity casting refers to a method of injecting molten alloy into a mold by gravity and low pressure casting may refer to a method of injecting molten metal into a casting mold by applying pressure to the molten alloy melt surface using gas . Thixocasting is a semi-molten casting technique that combines the advantages of conventional casting and forging. However, the present invention does not limit the type of mold and the manner of casting.
한편, 이러한 마그네슘 모합금의 기지에는 모합금 제조 과정에서 생성된 화합물서, 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 알루미늄-칼슘 화합물 등이 이 별개의 상으로서 존재할 수 있다. On the other hand, in the base of the magnesium master alloy, a compound sheet produced in the parent alloy manufacturing process, a magnesium-calcium compound, a magnesium-silicon compound, a calcium-silicon compound and an aluminum-calcium compound may exist as separate phases.
도 3a 내지 도 3d에는 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제를 각각 0.3wt% 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금의 기지에 형성된 상(phase)의 형태 및 성분분석 결과가 나타나 있다. FIGS. 3A to 3D show the morphology and composition analysis results of the phase formed on the matrix of the magnesium master alloy produced by adding 0.3 wt% of calcium oxide and silicon additive, respectively.
도 3a에 포인트 1로 표시된 상의 성분분석 결과는 도 3c에 나타나 있으며, 도 3b에 포인트 3로 표시된 상의 분석결과는 도 3d에 나타나 있다. The result of analyzing the components of the phase indicated by
도 3c의 성분분석 결과로부터 도 3a에 포인트 1로 표시된 상에서는 마그네슘, 칼슘 및 실리콘이 동시에 검출되었음을 알 수 있으며, 이때 산소는 검출되지 않음을 알 수 있다. 또한 도 3b에 포인트 3으로 표시된 상에서는 도 3d의 성분분석 결과로부터 마그네슘 및 실리콘이 검출되었으며, 칼슘 및 산소는 검출되지 않음을 알 수 있다. It can be seen from the result of the component analysis of FIG. 3 (c) that magnesium, calcium and silicon were simultaneously detected at the phase indicated by
도 4a 및 4b에는 도 3a의 포인트 1로 표시된 화합물에 대해서 그 주변부를 포함하는 직선(도 4a에 표시됨)을 따라 라인 스캐닝(line scanning)하여 상기 화합물의 성분을 분석한 결과이다. 4A and 4B are results of analyzing the components of the compound by line-scanning the compound indicated by
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 화합물에서 도 3b와 마찬가지로 칼슘 성분(도 4b의 Ca), 실리콘(도 4b의 Si) 성분 및 마그네슘(도 4b의 Mg1)이 동시에 검출되며, 산소(도 4b의 O)는 검출되지 않았다. 이때 상기 마그네슘(도 4b의 Mg1)의 검출신호가 화합물 주변 기지의 마그네슘(도 4b의 Mg2)의 검출신호와 서로 상이한 점으로부터, 상기 마그네슘(도 4b의 Mg1)의 검출신호는 주변 기지의 마그네슘(도 4b의 Mg2)이 아닌 화합물을 이루는 마그네슘에 의해 발생된 것임을 알 수 있다. 4A and 4B, the calcium component (Ca of FIG. 4B), silicon (Si of FIG. 4B) and magnesium (Mg1 of FIG. 4B) Of O) was not detected. Since the detection signal of the magnesium (Mg1 in FIG. 4B) is different from the detection signal of magnesium (Mg2 in FIG. 4B) around the compound, the detection signal of the magnesium (Mg1 in FIG. 4B) Mg2 in Fig. 4 (b)). ≪ tb > < TABLE >
따라서 도 4b의 화합물은 마그네슘, 실리콘 및 칼슘으로 이루어진 화합물임을 알 수 있다. Thus, it can be seen that the compound of Figure 4b is a compound of magnesium, silicon and calcium.
상기 화합물의 보다 정확한 분석을 위해 EPMA 매핑 검사를 수행하였는바, 도 5a 내지 도 5e에는 마그네슘 합금의 기지의 결정립계에 형성된 화합물에 대한 EPMA 매핑결과가 도시되어 있다. The EPMA mapping test was performed for more accurate analysis of the compound, and FIGS. 5A to 5E show EPMA mapping results for compounds formed at the known grain boundaries of the magnesium alloy.
도 5a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 마그네슘 모합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 5b 내지 5e는 EPMA로 도 5a의 관찰영역을 매핑(mapping)한 결과로서, 각각 마그네슘, 칼슘, 실리콘 및 산소의 분포를 나타낸 결과이다.FIG. 5A shows the microstructure of the magnesium master alloy observed using back scattering electrons. FIG. 5B to FIG. 5E show the mapping of the observation region of FIG. 5A with EPMA, Calcium, silicon, and oxygen.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 관찰된 상에서 마그네슘, 칼슘 및 실리콘이 검출되나(도 5b 내지 5d) 역시 산소는 검출되지 않았다(도 5e).5A-5E, magnesium, calcium and silicon were detected on the observed phase (Figures 5b-5d), but no oxygen was detected (Figure 5e).
보다 구체적으로 도 5b의 A 영역에서 마그네슘은 검출되지 않았으나 도 5c 및 도 5d의 동일한 영역에서 칼슘과 실리콘이 높은 검출신호를 보이고 있음을 알 수 있다. 반면 상기 A 영역을 감싸고 있는 B 영역(도 5b 참조)에서는 마그네슘의 검출되며, 도 5c 및 도 5d의 동일영역에서 칼슘과 실리콘이 역시 검출됨을 알 수 있다. 도 5b의 경우 B 영역에서의 마그네슘 검출신호는 주변의 기지에 비해 낮은 값을 가지고 있으며, 따라서 도 5b의 B 영역에서의 마그네슘 검출신호는 화합물을 이루는 마그네슘으로부터 발생된 것임을 알 수 있다. More specifically, it can be seen that magnesium was not detected in region A of FIG. 5B but calcium and silicon showed high detection signals in the same region of FIGS. 5C and 5D. On the other hand, in the region B surrounding the region A (see FIG. 5B), magnesium is detected, and calcium and silicon are also detected in the same regions in FIGS. 5C and 5D. In the case of FIG. 5B, the magnesium detection signal in the region B has a lower value than that in the surrounding region, and therefore, the magnesium detection signal in the region B in FIG. 5B is generated from the magnesium constituting the compound.
이로부터 A 영역은 칼슘과 실리콘을 포함하는 화합물이며, B 영역은 마그네슘, 칼슘 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물일 수 있다 .From this, the A region is a compound containing calcium and silicon, and the B region may be a compound containing at least two elements of magnesium, calcium and silicon.
칼슘-실리콘 상태도로부터 칼슘 및 실리콘을 포함하는 화합물은 금속간화합물인 Ca2Si, CaSi, CaSi2 중 어느 하나 이상이 될 수 있음을 알 수 있다. 또한 마그네슘-실리콘 상태도로부터 마그네슘 및 실리콘을 포함하는 화합물은 금속간화합물인 Mg2Si가 될 수 있음을 알 수 있으며, 마그네슘-칼슘 상태도로부터 마그네슘 및 칼슘을 포함하는 화합물은 금속간화합물은 Mg2Ca가 될 수 있다. From the calcium-silicon state diagram, it can be seen that the compounds containing calcium and silicon can be at least one of intermetallic compounds Ca 2 Si, CaSi, CaSi 2 . In addition, a magnesium-compound containing magnesium and silicon from the silicon phase diagram can be seen that the subject is a Mg 2 Si compound between the metals, magnesium-compound is the intermetallic compound containing magnesium and calcium from the calcium phase diagram is Mg 2 Ca .
이러한 성분분석 결과로부터 마그네슘 모합금의 기지에는 마그네슘 용탕 내에서 산화칼슘으로부터 분해된 칼슘과 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 마그네슘과 반응하거나 또는 서로 반응하여 새로운 화합물을 형성하였음을 알 수 있다. From the results of the analysis of these components, it can be seen that in the base of the magnesium master alloy, calcium decomposed from calcium oxide in the magnesium melt and silicon decomposed from the silicon additive reacted with each other or reacted with each other to form a new compound.
이로부터 상술한 방법에 의해 제조된 마그네슘 모합금 내에서는 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제로부터 공급되는 칼슘 및 실리콘이 마그네슘 용탕 내에서 서로 반응하여 형성된 다양한 화합물을 가질 수 있음을 알 수 있다. From this, it can be seen that in the magnesium master alloy produced by the above-described method, calcium and silicon supplied from the calcium-based additive and the silicon-based additive can have various compounds formed by reacting with each other in the magnesium melt.
이와 같이 제조된 다양한 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금은 알루미늄 합금에 첨가되는 용도로 이용된다. 이때 이러한 금속간화합물들은 모두 알루미늄의 융점(658℃)에 비해 더 높은 융점을 가진다. 예를 들어, Mg2Si의 융점은 1120℃이며, CaSi의 융점은 1300℃를 초과한다. The magnesium master alloy containing various compounds thus prepared is used for the purpose of being added to an aluminum alloy. These intermetallic compounds all have a higher melting point than the melting point of aluminum (658 ° C). For example, the melting point of Mg 2 Si is 1120 ° C, and the melting point of CaSi exceeds 1300 ° C.
따라서 이러한 금속간화합물을 포함하는 모합금을 알루미늄 용탕에 투입하는 경우, 이러한 금속간화합물은 용탕 내에서 용융되지 않고 유지될 수 있으며, 이러한 용탕을 주조하여 알루미늄 합금을 제조하는 경우, 알루미늄 합금 내에 상기 금속간화합물이 포함될 수 있다.Therefore, when the mother alloy containing such an intermetallic compound is introduced into the molten aluminum, such an intermetallic compound can be retained without being melted in the molten metal, and when the molten alloy is cast to manufacture an aluminum alloy, Intermetallic compounds may be included.
이하 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 대해서 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법은 마그네슘-실리콘 화 및 칼슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 제공하는 단계, 상기 마그네슘 모합금 및 알루미늄이 용해된 용탕을 형성하는 단계 및 상기 용탕을 주조하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing a magnesium master alloy and aluminum containing at least one of magnesium-siliconization and a calcium-silicon compound, a magnesium alloy and a molten aluminum And casting the molten metal.
이때 마그네슘 모합금 및 알루미늄이 용해된 용탕을 형성하기 위해 먼저 알루미늄을 용해하여 알루미늄 용탕을 형성하고, 이 알루미늄 용탕에 상술한 방법에 의해 제조된 마그네슘 모합금을 첨가하여 용해함으로써 형성할 수 있다. At this time, in order to form a molten alloy in which the magnesium parent alloy and aluminum are dissolved, aluminum can be dissolved first to form an aluminum molten metal, and the magnesium master alloy produced by the above-described method is added to and dissolved in the molten aluminum.
또 다른 방식으로는 알루미늄과 상기 마그네슘 모합금을 도가니 등과 같은 용해용 장치 내에 같이 장착한 후 가열하여 같이 용해함으로써 형성할 수도 있다. Alternatively, aluminum and the magnesium parent alloy may be separately mounted in a dissolution apparatus such as a crucible, and then heated and dissolved.
도 6은 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조방법의 일실시예로서 알루미늄 용탕을 먼저 형성한 후, 이에 상술한 방법으로 제조한 마그네슘 모합금을 첨가하여 용해하는 방식을 이용한 알루미늄 합금 제조 방법의 순서도이다. FIG. 6 is a flow chart of a method of manufacturing an aluminum alloy using a method of first forming an aluminum molten alloy and then adding and dissolving a magnesium master alloy prepared by the above-described method as an embodiment of the method for producing an aluminum alloy according to the present invention .
도 6에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금의 제조 방법은 알루미늄 용탕 형성 단계(S11), 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12), 교반 단계(S13) 및 주조 단계(S14)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the method for producing an aluminum alloy includes a step of forming aluminum molten steel (S11), a step of adding a magnesium master alloy (S12), a stirring step (S13) and a casting step (S14).
먼저, 상기 알루미늄 용탕 형성 단계(S11)에서는 알루미늄을 도가니에 넣고 600 내지 900℃ 범위에서 가열하여 알루미늄 용탕을 형성한다. First, in the aluminum molten metal forming step (S11), aluminum is placed in a crucible and heated at 600 to 900 DEG C to form molten aluminum.
상기 알루미늄 용탕 형성 단계(S11)의 알루미늄은 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이때, 알루미늄 합금은 예를 들어, 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성가공용 알루미늄 또는 100 계열, 200계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 그러나 본 발명의 이러한 알루미늄 합금에 한정되는 것은 아니며 통상적으로 산업계에서 사용되고 있는 어떠한 알루미늄 합금도 사용이 가능하다. 이하 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금을 이용하여 제조한 용탕을 알루미늄 용탕으로 통칭한다. The aluminum in the aluminum melt forming step S11 may be any one selected from pure aluminum, an aluminum alloy, and equivalents thereof. In this case, the aluminum alloy may be, for example, aluminum of 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series for plastic processing, 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series , 700 series cast aluminum. However, the present invention is not limited to the aluminum alloy of the present invention, and any aluminum alloy conventionally used in industry can be used. Hereinafter, a molten metal produced by using pure aluminum and an aluminum alloy is referred to as an aluminum molten metal.
다음으로, 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12)에서는 알루미늄 용탕에 위에서 이미 설명한 방법으로 제조한 마그네슘 모합금을 첨가한다. Next, in the magnesium master alloy addition step (S12), the magnesium master alloy produced by the method already described above is added to the molten aluminum.
이때 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12)에서 이용된 마그네슘 모합금은 0.0001 내지 30wt% 범위에서 첨가될 수 있다. 첨가되는 마그네슘 모합금이 0.0001wt% 미만이 경우에는 마그네슘 모합금 첨가에 따른 효과가 작을 수 있다. 또한, 상기 마그네슘 모합금이 30wt%를 초과하게 되면 원래의 알루미늄 합금의 특성이 나타나지 않을 수 있다. In this case, the magnesium master alloy used in the magnesium master alloy addition step (S12) may be added in the range of 0.0001 to 30 wt%. If the added magnesium master alloy is less than 0.0001 wt%, the effect of adding the magnesium master alloy may be small. If the magnesium master alloy exceeds 30 wt%, the characteristics of the original aluminum alloy may not be exhibited.
이때 마그네슘 모합금의 형태는 괴상의 형태로 첨가될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 분말 형태, 그래뉼 형태 등 다른 형태를 가질 수 있다. In this case, the shape of the magnesium parent alloy may be added in the form of a mass, but the present invention is not limited thereto and may have other forms such as a powder form and a granule form.
이러한 마그네슘 모합금의 첨가시 마그네슘 모합금 제조 과정에서 형성된 화합물 등도 같이 알루미늄 용탕내로 제공되게 된다. 이러한 화합물은 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 알루미늄-칼슘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함한다. When these magnesium master alloys are added, the compounds formed in the magnesium master alloy manufacturing process are also supplied into the aluminum melt. Such a compound includes at least one of a magnesium-calcium compound, a magnesium-silicon compound, a calcium-silicon compound, and an aluminum-calcium compound.
이때 마그네슘 모합금의 산화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호가스가 제공될 수 있다. 보호가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물, 또는 이들의 혼합 가스를 이용할 수 있으며, 이를 통해 마그네슘 모합금의 산화를 억제할 수 있다.At this time, a small amount of protective gas may be additionally provided to prevent oxidation of the magnesium master alloy. As the protective gas, ordinary SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec ™ 612, an inert gas and its equivalent, or a mixed gas thereof can be used, thereby suppressing the oxidation of the magnesium master alloy.
그러나 본 발명에서 이러한 보호가스가 반드시 필요한 것은 아니며, 제공되지 않을 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예와 같이 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에는 마그네슘 모합금의 내산화성의 증가로 용탕에 산화물 등의 불순물의 개재가 현저하게 감소하게 된다. 따라서 본 발명의 알루미늄 합금 제조방법에 의할 시, 보호가스를 사용하지 않더라도 알루미늄 용탕의 청정도가 크게 향상되어 용탕의 품질을 현저하게 개선할 수 있다. However, this protective gas is not necessarily required in the present invention, and may not be provided. That is, in the case of adding a magnesium master alloy containing a calcium-based compound as in the embodiment of the present invention, the increase of the oxidation resistance of the magnesium master alloy remarkably reduces the interposition of impurities such as oxides in the molten magnesium. Therefore, in the case of using the aluminum alloy manufacturing method of the present invention, the cleanliness of the aluminum melt can be greatly improved without using the protective gas, and the quality of the melt can be remarkably improved.
이때 마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 충분히 섞이게 하기 위해 교반 단계(S13)를 수행할 수 있다. At this time, stirring step (S13) may be performed to sufficiently mix the magnesium master alloy into the molten aluminum.
다음으로, 마그네슘 모합금이 충분히 섞였다고 판단되면 알루미늄 용탕을 주형에 부어 넣은 후 응고하는 주조단계(S14)를 수행한다. Next, if it is determined that the magnesium master alloy is sufficiently mixed, a casting step (S14) is performed in which the molten aluminum is poured into the mold and solidified.
이때 주조단계(S14)에서의 주형의 온도는 상온 내지 400℃ 의 온도범위를 가질 수 있다. 주조단계에서는 주형을 상온까지 냉각시킨 후 알루미늄 합금을 주형으로부터 분리시킬 수 있으나, 상온 이전이라도 알루미늄 합금의 응고가 완료되는 경우에는 주형으로부터 알루미늄 합금을 분리시킬 수 있다.At this time, the temperature of the mold in the casting step (S14) may range from room temperature to 400 deg. In the casting step, the aluminum alloy can be separated from the mold after cooling the mold to room temperature. However, if the solidification of the aluminum alloy is completed even before the room temperature, the aluminum alloy can be separated from the mold.
주조방식에 대해서는 마그네슘 모합금 제조방법에 대해서 자세히 설명하였으므로 설명을 생략한다. Since the magnesium master alloy manufacturing method has been described in detail with respect to the casting method, the description is omitted.
본 발명에 따르는 제조방법에 따라 제조된 알루미늄 합금은 마그네슘 모합금의 첨가 단계에서도 SF6와 같은 보호가스를 사용하지 않더라도 우수한 용탕품질을 유지할 수 있으며, 주조가 완료된 상태에서는 따로 열처리를 수행하지 않더라도 알루미늄 기지에 이미 마그네슘 모합금 내부에 포함되어 있던 화합물들이 다수 형성될 수 있다. 즉, 알루미늄 용탕에 첨가된 마그네슘 모합금에 포함되어 있던 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘 화합물, 알루미늄-칼슘 화합물, 마그네슘-실리콘-칼슘 복합화합물 등이 알루미늄 용탕 내에서 유지된 후 알루미늄 합금의 주조단계에서 알루미늄 기지 내에 별개의 상으로 형성되게 되는 것이다. The aluminum alloy produced according to the manufacturing method of the present invention can maintain the excellent quality of the molten metal without using a protective gas such as SF 6 even in the step of adding the magnesium master alloy and in the state where the casting is completed, A large number of compounds already contained in the magnesium parent alloy may be formed in the matrix. That is, after the calcium-silicon compound, the magnesium-silicon compound, the magnesium-calcium compound, the aluminum-calcium compound, and the magnesium-silicon-calcium complex compound contained in the magnesium parent alloy added to the molten aluminum are retained in the aluminum melt It is formed as a separate phase within the aluminum base at the casting stage of the aluminum alloy.
이와 같이 제조된 알루미늄 합금은 경계를 이루며 서로 구분되는 복수개의 영역을 가진 기지를 가진다. 이때 서로 구분되는 복수개의 영역은 전형적으로 결정립계로 구분되는 복수의 결정립일 수 있으며, 또 다른 예로서 2 이상의 서로 다른 상의 상경계에 의해 한정되는 복수의 상영역일 수 있다. 이때 상기 경계 또는 영역 내부에 상기 화합물들이 존재할 수 있다.The aluminum alloy thus manufactured has a plurality of regions having boundaries and being separated from one another. At this time, a plurality of regions to be distinguished from each other may be a plurality of crystal grains which are typically divided into crystal grains, and as another example, a plurality of phase regions may be defined by two or more different phase glasses. Wherein the compounds may be present within the boundary or region.
이때 서로 구분되는 복수개의 영역은 전형적으로 결정립계로 구분되는 복수의 결정립일 수 있으며, 또 다른 예로서 2 이상의 서로 다른 상의 상경계에 의해 한정되는 복수의 상영역일 수 있다. At this time, a plurality of regions to be distinguished from each other may be a plurality of crystal grains which are typically divided into crystal grains, and as another example, a plurality of phase regions may be defined by two or more different phase glasses.
또한 마그네슘은 약 450℃ 온도에서 알루미늄에 약 17.4wt% 까지 고용될 수 있으므로, 알루미늄 기지에는 마그네슘 모합금의 첨가로 인해 일정량의 마그네슘이 고용되어 있다. Also, since magnesium can be employed at about 450 ° C at a temperature of about 17.4 wt% in aluminum, a certain amount of magnesium is employed in the aluminum base due to the addition of the magnesium master alloy.
본 발명에 따른 알루미늄 합금의 경우 그 기지에 분포되는 화합물로부터 기인하는 기계적 특성의 향상효과가 나타날 수 있다.In the case of the aluminum alloy according to the present invention, the effect of improving the mechanical properties due to the compound distributed in the matrix may be exhibited.
예를 들어 이미 상술한 바와 같이 알루미늄 기지에는 마그네슘-실리콘 화합물인 Mg2Si 또는 칼슘-실리콘 화합물인 Ca2Si, CaSi, CaSi2 중 어느 하나 일 수 있다. 이러한 Mg2Si 또는 Ca2Si, CaSi, CaSi2는 기지인 알루미늄에 비해 융점이 높은 고강도 물질이며, 따라서 이러한 고강도 물질의 분산분포로 인하여 알루미늄 합금의 강도가 증가될 수 있다.For example, as already mentioned above, the aluminum base may be any one of Mg 2 Si, which is a magnesium-silicon compound, or Ca 2 Si, CaSi and CaSi 2 , which are calcium-silicon compounds. These Mg 2 Si or Ca 2 Si, CaSi, and CaSi 2 are high-strength materials having a melting point higher than that of the base aluminum. Therefore, the strength of the aluminum alloy can be increased due to the dispersion distribution of such high-strength materials.
한편, 상기 화합물들은 알루미늄 합금이 액상에서 고상으로 상천이 되는 과정에서 핵생성이 일어나는 장소를 제공할 수 있다. 즉 상기 화합물 자체가 불균일 핵성성 자리(heterogeneous nucleation site)로 기능함에 따라 화합물의 계면에서 우선적으로 고상으로의 상천이를 위한 핵생성이 일어나게 되고 이렇게 핵생성된 고상은 이러한 화합물 주변으로 형성하면서 성장하게 된다. 따라서 이와 같이 불균일 핵생성 자리로 기능하는 화합물에 의해 알루미늄 합금의 결정립 또는 상영역은 이러한 화합물이 존재하지 않는 경우에 비해 미세화 되는 효과를 나타낼 수 있다. 이러한 경우 상기 화합물은 결정립 또는 상영역의 내부에 존재하게 된다. On the other hand, the compounds can provide a place where nucleation occurs in the course of the aluminum alloy becoming a solid phase from a liquid phase. That is, as the compound itself functions as a heterogeneous nucleation site, nucleation occurs primarily for solid phase in the interface of the compound, and the nucleated solid phase grows while forming around these compounds do. Therefore, the crystal grain or the phase region of the aluminum alloy can be miniaturized as compared with the case where such compound is not present by the compound functioning as the nonuniform nucleation site. In this case, the compound is present inside the crystal grain or the phase region.
또한 상기 화합물은 결정립간의 경계인 결정립계 또는 상영역간의 경계인 상경계에 분포될 수 있다. 이러한 경계부분은 결정립 또는 상영역 내부에 비해 개방된 구조이므로 응고 과정에서 상기 화합물들이 배열되기 용이한 공간으로 제공될 수 있다. 이와 같이 상기 화합물이 알루미늄 합금의 결정립계 또는 상경계에 분포되는 경우에는, 장애물로 작용하여 결정립계 또는 상경계의 이동을 억제함에 따라 결정립 또는 상경계의 평균크기를 감소시킬 수 있다. In addition, the compound may be distributed in a grain boundary system which is a boundary between grain boundaries or screenings, which is a boundary between crystal grains. Since the boundary portion has an open structure compared to the inside of the crystal grain or the phase region, the compound can be provided as a space that is easily arranged in the solidification process. When the compound is distributed in the grain boundaries or the grain boundaries of the aluminum alloy, the grain size or the average grain size can be reduced by suppressing the movement of the grain boundaries or the ordered grain boundaries by acting as obstacles.
따라서 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 경우, 이러한 화합물들이 존재하지 않은 알루미늄 합금에 비해 평균적으로 더 미세하고 작은 결정립 또는 상영역 크기를 가질 수 있다. 이러한 화합물에 기인한 결정립 또는 상영역의 미세화는 알루미늄 합금의 강도 및 연신율의 향상 효과를 동시에 가져올 수 있다.Thus, in the case of aluminum alloys according to the present invention, these compounds may be finer on average and have smaller grain or phase region sizes than aluminum alloys in which they are absent. The refinement of the crystal grains or the phase region due to such a compound can simultaneously bring about an effect of improving the strength and elongation of the aluminum alloy.
종래의 알루미늄 합금에서는 알루미늄에 마그네슘 및 실리콘을 첨가한 후 열처리를 통해 알루미늄 기지에 마그네슘-실리콘 화합물을 형성시켜 알루미늄 합금의 기계적 특성을 향상시켰다. 이러한 열처리는 용체화 단계, 급냉 단계 및 시효처리 단계 등 복수의 처리 단계를 포함한다. In conventional aluminum alloys, magnesium and silicon were added to aluminum and then heat treatment was performed to form a magnesium-silicon compound on the aluminum base, thereby improving the mechanical properties of the aluminum alloy. Such a heat treatment includes a plurality of treatment steps such as a solutioning step, a quenching step, and an aging step.
이에 비해 본 발명에서는 알루미늄 합금의 제조과정에서 알루미늄 용탕에 마그네슘-실리콘 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 첨가한 후 주조함으로써 상술한 것과 같은 복잡한 열처리 단계를 거치지 않고도 알루미늄 합금의 기지에 마그네슘-실리콘 화합물을 형성할 수 있게 된다. In contrast to this, in the present invention, a magnesium master alloy including a magnesium-silicon compound is added to a molten aluminum in the process of manufacturing an aluminum alloy, and then the magnesium master alloy is cast, thereby obtaining a magnesium-silicon compound in the matrix of the aluminum alloy without performing the complicated heat- .
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예들을 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, experimental examples are provided to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
실험예는 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 합금이며, 이에 대해 비교예는 마그네슘만을 첨가하게 제조한 알루미늄 합금이다. 실험예 및 비교예 모두 빌렛 형태의 주형에 주조하여 제작한 것이었다. The experimental example is an aluminum alloy prepared by adding a magnesium master alloy, and the comparative example is an aluminum alloy prepared by adding magnesium alone. All of the experimental examples and the comparative examples were produced by casting into a billet type mold.
이때 실험예는 순수 알루미늄에 5wt%의 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조하였으며, 이때 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘에 산화칼슘 및 실리콘계 첨가제를 각각 0.3wt% 첨가하여 제조하였다. 비교예는 순수 알루미늄에 순수 마그네슘을 5wt% 첨가하여 제조하였다. The magnesium master alloy was prepared by adding 0.3wt% of calcium oxide and silicon additive to pure magnesium. The magnesium master alloy was prepared by adding 5wt% of magnesium master alloy to pure aluminum. The comparative example was prepared by adding 5 wt% of pure magnesium to pure aluminum.
도 7a 및 7b에는 각각 실험예 및 비교예를 광학현미경으로 관찰한 미세조직 결과가 나타나 있다. 도 7a 및 7b를 참조하면, 실험예에서는 비교예와 달리 기지에 별도의 상(화살표)이 미세한 입자 형태로 다수 분포하고 있음을 알 수 있다. 7A and 7B show microstructure results obtained by observing the experimental examples and the comparative examples with an optical microscope. Referring to FIGS. 7A and 7B, it can be seen that, unlike the comparative example, a large number of separate phases (arrows) are distributed in the form of fine particles in the experiment.
도 8a 내지 8f에는 이러한 화합물에 대한 구체적인 분석결과가 나타나 있다. 도 8a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 알루미늄 합금의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 8b 내지 8e는 EPMA로 매핑(mapping)한 결과로서, 각각 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 칼슘 및 산소의 분포를 나타낸 결과이다.8A to 8F show specific analytical results of these compounds. 8A shows the microstructure of the aluminum alloy observed using back scattering electrons, and FIGS. 8B to 8E show the results of mapping to EPMA, showing that aluminum, magnesium, silicon, calcium and oxygen .
도 8d 및 도 8e의 1로 표시되는 영역(이하 제 1 영역이라 함)에서 실리콘과 칼슘이 동일한 위치에서 검출되며, 이에 비해 도 8f와 같이 산소는 전혀 검출되지 않았다. 이로부터 상기 제 1 영역은 칼슘-실리콘 화합물임을 알 수 있다. 이러한 칼슘-실리콘 화합물은 Ca2Si, CaSi, CaSi2 중 어느 하나일 수 있다.Silicon and calcium are detected at the same position in the region indicated by 1 in FIG. 8D and FIG. 8E (hereinafter referred to as the first region), whereas oxygen is not detected at all in comparison with FIG. 8F. From this, it can be seen that the first region is a calcium-silicon compound. The calcium-silicon compound may be any one of Ca 2 Si, CaSi, and CaSi 2 .
한편, 도 8c의 2로 표시되는 영역(이하 제 1 영역이라 함)은 마그네슘의 농도가 다른 주변 영역에 비해 높은 검출 신호를 나타냄을 알 수 있으며, 도 8d 및 도 8e를 참조하면 도 8c의 마그네슘이 검출되는 영역과 거의 동일한 영역에서 실리콘 및 칼슘의 신호가 검출되는 것을 알 수 있다. 이에 반해 도 8f와 같이 산소는 거의 검출되지 않았다. On the other hand, it can be seen that the region indicated by 2 in FIG. 8C (hereinafter referred to as the first region) exhibits a higher detection signal than the surrounding region in which the concentration of magnesium is different. Referring to FIGS. 8D and 8E, It can be seen that signals of silicon and calcium are detected in a region almost identical to the detected region. On the other hand, almost no oxygen was detected as shown in Fig. 8f.
따라서 알루미늄 합금의 기지에는 마그네슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘 화합물 및 마그네슘-칼슘-실리콘 복합화합물 중 어느 하나 이상이 형성되어 있음을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that at least one of the magnesium-silicon compound, the magnesium-calcium compound, and the magnesium-calcium-silicon composite compound is formed at the base of the aluminum alloy.
이로부터 본 발명에 따라 주조된 알루미늄 합금의 기지에는 주조된 상태에서 따로 열처리를 수행하지 않더라도 기지에 마그네슘-실리콘 화합물, 마그네슘-칼슘-화합물, 칼슘-실리콘 화합물, 마그네슘-실리콘-칼슘 화합물 등이 미세하게 분포하고 있음을 알 수 있다. From this, it can be seen that the base of the aluminum alloy cast according to the present invention does not contain any magnesium-silicon compound, magnesium-calcium compound, calcium-silicon compound, magnesium-silicon- As shown in Fig.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Do.
Claims (27)
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하고,
상기 알루미늄은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고,
상기 마그네슘 모합금은 0.0001 내지 30wt% 범위에서 첨가되고,
상기 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 하고, 상기 모재에 칼슘계 첨가제 및 실리콘계 첨가제를 첨가하여 제조한 것이고,
상기 칼슘계 첨가제는 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2) 및 탄화칼슘(CaC2) 중 어느 하나 이상을 포함하고,
상기 실리콘계 첨가제는 산화실리콘(SiO2)을 포함하고,
상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제는 상기 마그네슘 모합금에 각각 0.001 내지 30wt% 범위에서 첨가되는, 알루미늄 합금 제조방법. Melting a magnesium master alloy containing a compound containing at least two elements of magnesium, calcium, and silicon and aluminum to form a molten metal; And
Casting the molten metal;
Lt; / RTI >
The aluminum is pure aluminum or an aluminum alloy,
The magnesium master alloy is added in the range of 0.0001 to 30 wt%
The magnesium master alloy is prepared by using pure magnesium or a magnesium alloy as a base material, adding a calcium-based additive and a silicone-based additive to the base material,
Wherein the calcium-based additive comprises at least one of calcium oxide (CaO), calcium cyanide (CaCN 2 ), and calcium carbonate (CaC 2 )
The silicone-based additive containing a silicon oxide (SiO 2),
Wherein the calcium-based additive and the silicon-based additive are added to the magnesium parent alloy in the range of 0.001 to 30 wt%, respectively.
순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용해하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계;
상기 마그네슘 용탕에 상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제를 첨가하는 단계; 및
상기 마그네슘 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법. The method of manufacturing a magnesium-based alloy according to claim 4,
Dissolving pure magnesium or a magnesium alloy to form a magnesium melt;
Adding the calcium-based additive and the silicon-based additive to the magnesium molten metal; And
Casting the magnesium melt;
≪ / RTI >
상기 칼슘계 첨가제 및 상기 실리콘계 첨가제가 상기 마그네슘 모합금 내에 잔류되지 않도록 소진시키는 단계; 및
상기 소진 결과로 생성된 칼슘 및 실리콘을 상기 마그네슘 모합금 내에 잔류되지 않도록 반응시키는 단계;
를 더 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.7. The method according to claim 6, wherein after the step of adding the calcium-based additive and the silicon-based additive,
Exhausting the calcium-based additive and the silicon-based additive so that they do not remain in the magnesium master alloy; And
Reacting the calcium and silicon produced as a result of the exhaustion so as not to remain in the magnesium master alloy;
≪ / RTI >
알루미늄 기지; 및
상기 기지에 존재하는 마그네슘, 칼슘 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물 중 어느 하나 이상;
을 포함하며,
상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것인, 알루미늄 합금.An aluminum alloy produced by the method according to any one of claims 1, 4 to 9, 11, 12 and 15 to 18,
Aluminum base; And
A compound containing at least two elements of magnesium, calcium and silicon present in the matrix;
/ RTI >
Wherein the compound is produced by reacting calcium decomposed from a calcium-based additive with silicon decomposed from a silicon-based additive, or by reacting with magnesium.
상기 알루미늄 합금은,
알루미늄 기지; 및
상기 기지에 존재하는 마그네슘, 칼슘 및 실리콘 중 2 이상의 원소를 포함하는 화합물 중 어느 하나 이상;
을 포함하며,
상기 화합물은 칼슘계 첨가제로부터 분해된 칼슘과 실리콘계 첨가제로부터 분해된 실리콘이 서로 반응하여 생성된 것 또는 마그네슘과 반응하여 생성된 것인, 알루미늄 합금.A calcium-based additive containing at least one of calcium oxide (CaO), calcium cyanide (CaCN 2 ) and calcium carbonate (CaC 2 ) and silicon-containing additive including silicon oxide (SiO 2 ) To 30 wt% in the range of 0.0001 to 30 wt%, and the magnesium master alloy is added to aluminum in the range of 0.0001 to 30 wt%
The above-
Aluminum base; And
A compound containing at least two elements of magnesium, calcium and silicon present in the matrix;
/ RTI >
Wherein the compound is produced by reacting calcium decomposed from a calcium-based additive with silicon decomposed from a silicon-based additive, or by reacting with magnesium.
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