KR102630094B1 - Magnesium alloy having excellent corrosion resistance and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 우수한 내식성을 가지는 고내식성 마그네슘 합금 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 고내식성 마그네슘 합금은 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 2% 이하, 망간(Mn): 1% 이하, 희토류 금속(RE): 0.1% 이하, 철(Fe): 0.005% 이하, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.The present invention provides a highly corrosion-resistant magnesium alloy with excellent corrosion resistance and a method for manufacturing the same. The highly corrosion-resistant magnesium alloy according to an embodiment of the present invention has a weight percentage of: aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1% or less, rare earth metal (RE): 0.1. % or less, iron (Fe): 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance includes magnesium (Mg) and other inevitable impurities.
Description
본 발명의 기술적 사상은 마그네슘 합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 내식성을 가지는 고내식성 마그네슘 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to magnesium alloy, and more specifically, to a highly corrosion-resistant magnesium alloy having excellent corrosion resistance and a method of manufacturing the same.
마그네슘 합금은 낮은 밀도 뿐 아니라, 열전도율, 도전율, 진동감쇠능, 절삭성, 리사이클링 등의 측면에서 구조용 소재로서 우수한 특성을 가지고 있다. 특히, 마그네슘 합금은 낮은 밀도와 높은 비강도 및 우수한 진동감쇠능을 바탕으로, 수송기기의 부품 경량화 소재로 활용될 수 있으며, 최근 경량화가 필요한 자동차 및 전자제품에서의 수요가 증대되고 있다. 또한 의료용 생체분해형 임플란트 소재로서의 가능성이 제시되어 현재 외과 골절용 임플란트 및 혈관/소화기 스텐트용 마그네슘 소재 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 마그네슘 합금에 대한 연구는 마그네슘의 우수한 주조성을 바탕으로 자동차 엔진이나 기어부품 등에 적용하기 위한 주조용 마그네슘 합금에 치중되어 있었으나, 최근 들어 압출재 또는 판재의 형태로 경량화가 요구되는 부분에 더욱 다양하게 적용될 수 있는 가공용 마그네슘 합금에 대한 연구가 보다 활발히 진행되고 있다.Magnesium alloy has excellent properties as a structural material in terms of not only low density, but also thermal conductivity, conductivity, vibration damping ability, machinability, and recycling. In particular, magnesium alloy can be used as a lightweight material for parts of transportation equipment based on its low density, high specific strength, and excellent vibration damping ability, and demand for automobiles and electronic products that require lightweighting is increasing recently. In addition, its potential as a medical biodegradable implant material has been suggested, and research is currently underway to develop magnesium materials for implants for surgical fractures and vascular/digestive stents. Existing research on magnesium alloys was focused on magnesium alloys for casting for application to automobile engines or gear parts based on magnesium's excellent castability, but recently, it has been used in more diverse areas where lightweighting is required in the form of extruded materials or plates. Research on magnesium alloys that can be applied for processing is progressing more actively.
그런데 마그네슘 합금으로서 개발되어 있는 마그네슘-알루미늄계, 마그네슘-아연계, 마그네슘-주석계 등 대부분의 마그네슘 합금은 경쟁 금속인 알루미늄 합금에 비해 매우 높은 부식속도를 나타내고 있으며 이는 구조용 및 의료용 소재로서의 마그네슘 합금의 상용화를 저해하는 걸림돌로 작용하고 있다. 특히, 마그네슘 합금은 수분 및 염분을 포함한 환경에서 열악한 내식성을 가지므로 폭넓은 산업적 적용이 제한되고 있다. 마그네슘 합금의 내식성은 기지와 이차상 간의 미소갈바닉 부식에 큰 영향을 받으며, 특히 철 등의 불순물을 포함한 이차상은 강한 미소갈바닉 부식을 일으켜 소재의 부식을 가속화시킨다. 이러한 불순물의 영향을 최소화하기 위한 정련기술이 지속적으로 발달되고 있으며, 고순도 마그네슘 원소재가 공급되고 있으나, 이러한 고순도 마그네슘 합금의 경우도 타 구조금속 소재 대비 내식성이 부족하여 추가 개선이 필요한 실정이다.However, most magnesium alloys developed as magnesium alloys, such as magnesium-aluminum, magnesium-zinc, and magnesium-tin, show very high corrosion rates compared to aluminum alloys, which are competing metals, and this is the reason for magnesium alloys as structural and medical materials. It is acting as an obstacle to commercialization. In particular, magnesium alloys have poor corrosion resistance in environments containing moisture and salt, which limits their wide industrial application. The corrosion resistance of magnesium alloys is greatly affected by microgalvanic corrosion between the base and secondary phases. In particular, secondary phases containing impurities such as iron cause strong microgalvanic corrosion, accelerating corrosion of the material. Refining technology to minimize the effects of these impurities is continuously being developed, and high-purity magnesium raw materials are being supplied. However, these high-purity magnesium alloys also lack corrosion resistance compared to other structural metal materials, so further improvement is needed.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 기계적 특성이 우수하면서도 부식속도가 낮아 경량성이 요구되는 각종 부품으로의 상용화 가능성을 높인 우수한 내식성을 가지는 고내식성 마그네슘 합금 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a highly corrosion-resistant magnesium alloy with excellent mechanical properties and a low corrosion rate, which increases the possibility of commercialization in various parts requiring lightness, and a method for manufacturing the same.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고내식성 마그네슘 합금은, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 2% 이하, 망간(Mn): 1% 이하, 희토류 금속(RE): 0.1% 이하, 철(Fe): 0.005% 이하, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.The highly corrosion-resistant magnesium alloy according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem is, in weight percent, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1% or less, Rare earth metal (RE): 0.1% or less, iron (Fe): 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance may include magnesium (Mg) and other inevitable impurities.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하의 범위일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the weight ratio (Sc/Fe) of the scandium and the iron may range from more than 0 to 3 or less.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 0% 초과 ~ 2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 1%, 희토류 금속(RE): 0% 초과 ~ 0.1%, 철(Fe): 0% 초과 ~0.005%, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnesium alloy, in weight percent, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): more than 0% to 2%, manganese (Mn): more than 0% to 1%, Rare earth metals (RE): greater than 0% to 0.1%, iron (Fe): greater than 0% to 0.005%, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance may include magnesium (Mg) and other inevitable impurities. You can.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 희토류 금속은 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 프로메튬(Pm), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 톨륨(Tm) 및 이터븀(Yb) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the rare earth metals include gadolinium (Gd), lanthanum (La), yttrium (Y), neodymium (Nd), cerium (Ce), praseodymium (Pr), samarium (Sm), and gadolinium ( Gd), europium (Eu), terbium (Tb), erbium (Er), promethium (Pm), dysprosium (Dy), holmium (Ho), tholium (Tm), and ytterbium (Yb). You can.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, 3.5 중량%의 NaCl 용액에서 72시간 동안의 상온 침지시험에 의한 부식속도가 0.5 mmpy 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnesium alloy may have a corrosion rate of 0.5 mmpy or less as determined by a room temperature immersion test in a 3.5% by weight NaCl solution for 72 hours.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, 합금 내에 알루미늄과 스칸듐을 포함하는 이차상 화합물을 포함하고, 상기 이차상 화합물은 평균 입경이 0.1 μm 이상 내지 10 μm 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnesium alloy includes a secondary phase compound containing aluminum and scandium in the alloy, and the secondary phase compound may have an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이차상 화합물과 상기 마그네슘 합금 내 마그네슘 기지간의 볼타 포텐셜 차이가 920 mV 미만일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the voltaic potential difference between the secondary phase compound and the magnesium matrix in the magnesium alloy may be less than 920 mV.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, 상기 기타 불가피한 불순물로서 실리콘, 구리, 니켈, 및 코발트 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 실리콘의 함량이 0.01 중량% 이하, 상기 구리의 함량이 0.005 중량% 이하, 상기 니켈의 함량이 0.001 중량% 이하, 상기 코발트의 함량이 0.001 중량% 이하로 제어될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnesium alloy includes at least one of silicon, copper, nickel, and cobalt as the other inevitable impurities, the silicon content is 0.01% by weight or less, and the copper content is 0.01% by weight or less. The nickel content may be controlled to 0.001 wt% or less, and the cobalt content may be controlled to 0.001 wt% or less.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고내식성 마그네슘 합금의 제조방법은, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 2% 이하, 망간(Mn): 1% 이하, 희토류 금속(RE): 0.1% 이하, 철(Fe): 0.005% 이하, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕을 제조하는 단계; 및 상기 마그네슘 합금의 용탕을 600℃ ~ 800℃로 유지하고, 주조하는 단계;를 포함하고, 상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하의 범위일 수 있다.The method for producing a highly corrosion-resistant magnesium alloy according to the technical idea of the present invention to achieve the above technical problem is, in weight percent, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1 % or less, rare earth metal (RE): 0.1% or less, iron (Fe): 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance of magnesium alloy containing magnesium (Mg) and other inevitable impurities. Preparing molten metal; and maintaining the molten magnesium alloy at 600°C to 800°C and casting it, wherein the weight ratio (Sc/Fe) of the scandium and the iron may be in the range of more than 0 to 3 or less.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주조하는 단계는, 사형주조, 중력주조, 가압주조, 박판주조, 연속주조, 다이캐스팅, 정밀주조, 분무주조, 반응고주조, 급냉주조, 직접압출, 간접압출, 정수압압출, 연속압출, 직간접겸용 압출, 충격압출, 등통로각압출, 측방압출주조, 동주속압연, 이주속압연, 칼리버롤링, 링롤링, 자유단조, 형단조, 햄머단조, 프레스단조, 업세트단조, 롤단조, 탈랍주조, 스트립캐스팅, 단롤주조, 전자기주조, 전자기연속주조, 동결주조, 원심주조, 싱글벨트주조, 트윈벨트주조, 쉘몰드주조, 무주형주조, 3D프린팅, 분말소결, 레이저소결 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the casting step includes sand casting, gravity casting, pressure casting, sheet casting, continuous casting, die casting, precision casting, spray casting, reaction casting, quench casting, direct extrusion, and indirect extrusion. , hydrostatic extrusion, continuous extrusion, direct and indirect extrusion, impact extrusion, equal passage angle extrusion, lateral extrusion casting, same peripheral speed rolling, different speed rolling, caliber rolling, ring rolling, free forging, die forging, hammer forging, press forging, up Set forging, roll forging, dewaxing casting, strip casting, single roll casting, electromagnetic casting, electromagnetic continuous casting, freeze casting, centrifugal casting, single belt casting, twin belt casting, shell mold casting, moldless casting, 3D printing, powder sintering, It can be performed by laser sintering or a combination thereof.
본 발명의 기술적 사상에 따른 고내식성 마그네슘 합금은, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 2% 이하, 망간(Mn): 1% 이하, 희토류 금속(RE): 0.1% 이하, 철(Fe): 0.005% 이하, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하의 범위로 제어함에 따라, 내부식성이 향상된 마그네슘 합금을 제공할 수 있다. 따라서, 고가의 스칸듐 함량을 종래에 비하여 1/5 이하로 감소시키면서도 동일한 수준의 내식성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 마그네슘 합금은 알루미늄을 포함함에 따라 용탕 유동성이 우수하며 다이캐스팅 또는 저압주조 등과 같은 주조공법을 통해 경량 자동차 부품 및 드론 프레임 등 다양한 분야에 활용 가능할 수 있고, 또한 고내식성을 요구하는 산업 등에 실제적 적용이 가능한 압출재, 판재, 단조재, 주조재, 분말소결재 등으로 다양하게 활용될 수 있다.The highly corrosion-resistant magnesium alloy according to the technical idea of the present invention has, in weight percent, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1% or less, and rare earth metal (RE): 0.1. % or less, iron (Fe): 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance includes magnesium (Mg) and other inevitable impurities, and the weight ratio of the scandium to the iron (Sc/Fe) By controlling is in the range from more than 0 to less than 3, it is possible to provide a magnesium alloy with improved corrosion resistance. Therefore, it is possible to secure the same level of corrosion resistance while reducing the content of expensive scandium to less than 1/5 of the conventional amount. In addition, because the magnesium alloy contains aluminum, it has excellent molten metal fluidity and can be used in various fields such as lightweight automobile parts and drone frames through casting methods such as die casting or low-pressure casting, and is also practical for industries requiring high corrosion resistance. It can be used in a variety of applications such as extruded materials, plate materials, forged materials, casting materials, and powder sintered materials.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above have been described as examples, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 Sc/Fe 중량비에 대한 부식속도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 미세구조를 나타낸 주사전자현미경 사진들이다.Figure 1 is a graph showing the corrosion rate versus Sc/Fe weight ratio of a magnesium alloy according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a scanning electron microscope photograph showing the microstructure of a magnesium alloy according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 "평균 입경" 은 다른 정의가 없는 한 측정 단위 내 존재하는 구형 물질의 평균 지름을 의미한다. 만약 물질이 비구형일 경우, 상기 비구형 물질을 구형으로 근사하여 계산한 구의 지름을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified into various other forms, and the embodiments of the present invention The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the technical idea of the present invention to those skilled in the art. In this specification, like symbols refer to like elements throughout. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical idea of the present invention is not limited by the relative sizes or spacing drawn in the attached drawings. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. When a part in the entire specification is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary. The singular also includes the plural, unless specifically stated in the phrase. In this specification, “average particle diameter” means the average diameter of spherical material present within a unit of measurement, unless otherwise defined. If the material is non-spherical, it means the diameter of a sphere calculated by approximating the non-spherical material to a sphere.
본 발명의 기술적 사상은 우수한 내식성을 가지는 고내식성 마그네슘 합금 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The technical idea of the present invention is to provide a highly corrosion-resistant magnesium alloy with excellent corrosion resistance and a method for manufacturing the same.
마그네슘 합금에서, 내식성을 증가시키기 위하여, 스칸듐(Sc)을 첨가하지만, 고가의 원소이므로 다량으로 첨가하기에는 한계가 있다. 따라서, 종래에 비하여 스칸듐 첨가량을 1/5 이하의 수준으로 감소시키면서 동일한 수준의 내식성을 확보하는 기술이 요구된다, 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 고순도 마그네슘을 기반으로 미량의 스칸듐을 첨가하되, Sc/Fe 비율을 제어하여 내식성을 확보할 수 있다.In magnesium alloys, scandium (Sc) is added to increase corrosion resistance, but since it is an expensive element, there is a limit to adding it in large amounts. Therefore, a technology is required to secure the same level of corrosion resistance while reducing the amount of scandium added to 1/5 or less compared to the prior art. According to the technical idea of the present invention, a trace amount of scandium is added based on high purity magnesium, but Sc Corrosion resistance can be secured by controlling the /Fe ratio.
본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금은, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 2% 이하, 망간(Mn): 1% 이하, 희토류 금속(RE): 0.1% 이하, 철(Fe): 0.005% 이하, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. The magnesium alloy according to an embodiment of the present invention has, in weight percent, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1% or less, and rare earth metal (RE): 0.1%. Hereinafter, iron (Fe): 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance may include magnesium (Mg) and other inevitable impurities.
상기 마그네슘 합금은, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 0% 초과 ~ 2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 1%, 희토류 금속(RE): 0% 초과 ~ 0.1%, 철(Fe): 0% 초과 ~0.005%, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.The magnesium alloy contains, in weight percent, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): more than 0% to 2%, manganese (Mn): more than 0% to 1%, and rare earth metal (RE): more than 0%. ~ 0.1%, iron (Fe): more than 0% ~ 0.005%, scandium (Sc): 0.002% ~ 0.01%, and the balance may include magnesium (Mg) and other inevitable impurities.
상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하의 범위일 수 있다.The weight ratio (Sc/Fe) of the scandium and the iron may range from more than 0 to 3 or less.
상기 희토류 금속은 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 프로메튬(Pm), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 톨륨(Tm) 및 이터븀(Yb) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The rare earth metals include gadolinium (Gd), lanthanum (La), yttrium (Y), neodymium (Nd), cerium (Ce), praseodymium (Pr), samarium (Sm), gadolinium (Gd), europium (Eu), and terbium. It may include at least one of (Tb), erbium (Er), promethium (Pm), dysprosium (Dy), holmium (Ho), tholium (Tm), and ytterbium (Yb).
이하, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.Hereinafter, the role and content of each component included in the magnesium alloy according to the present invention will be described as follows. At this time, the content of the component elements all means weight%.
알루미늄: 6% ~ 12%Aluminum: 6% to 12%
상기 알루미늄은 마그네슘에 첨가될 경우 주조성 향상 효과를 나타내며 스칸듐과 결합하여 마그네슘 합금의 내부식성 향상에 기여하며, 부가적으로 석출강화 및 고용강화를 통해 마그네슘 합금의 강도 증가에 기여한다. 상기 알루미늄의 함량이 6% 미만인 경우에는 충분한 주조성, 내부식성 및 강도를 기대하기 어려울 수 있다. 상기 알루미늄의 함량이 12%를 초과하는 경우에는, 알루미늄이 포함된 입자의 분율이 과도하여 미소갈바닉 부식이 촉진되는 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 상기 알루미늄은 마그네슘 합금 전체 중량에 대하여 6% ~ 12%로 첨가되는 것이 바람직하다.When added to magnesium, aluminum improves castability and combines with scandium to improve the corrosion resistance of the magnesium alloy, and additionally contributes to increasing the strength of the magnesium alloy through precipitation strengthening and solid solution strengthening. If the aluminum content is less than 6%, it may be difficult to expect sufficient castability, corrosion resistance, and strength. If the aluminum content exceeds 12%, the fraction of particles containing aluminum is excessive, which may cause a problem of accelerated microgalvanic corrosion. Therefore, it is preferable that the aluminum is added in an amount of 6% to 12% based on the total weight of the magnesium alloy.
아연(Zn): 2% 이하Zinc (Zn): 2% or less
상기 아연은 알루미늄과 마찬가지로 석출강화 효과를 증대시키고 또한 고용강화를 통해 마그네슘 합금의 강도 증가에 기여하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 아연의 함량이 너무 적으면 이러한 강도 증가 효과를 기대할 수 없어 구조용 소재로 사용이 어려울 수 있다. 상기 아연의 함량이 2%를 초과하는 경우에는 아연이 포함된 입자의 분율이 과도하여 미소갈바닉 부식이 촉진되는 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 상기 아연은 마그네슘 합금 전체 중량에 대하여 2% 이하, 또는 0% 초과 ~ 2%로 첨가되는 것이 바람직하다.Like aluminum, zinc can increase the precipitation strengthening effect and also contribute to increasing the strength of magnesium alloy through solid solution strengthening. If the zinc content is too low, this strength-increasing effect cannot be expected, making it difficult to use as a structural material. If the zinc content exceeds 2%, the fraction of particles containing zinc is excessive, which may cause the problem of accelerated microgalvanic corrosion. Therefore, it is preferable that the zinc is added in an amount of 2% or less, or more than 0% to 2%, based on the total weight of the magnesium alloy.
망간(Mn): 1% 이하Manganese (Mn): 1% or less
상기 망간은 고용강화 등으로 마그네슘 합금의 강도 증가에 기여할 뿐 아니라, 마그네슘 합금 내 상기 망간과 불순물이 함유된 화합물을 형성함으로써, 마그네슘 합금의 내부식성을 향상시키는 역할을 수행한다. 상기 망간의 함량이 너무 적으면 강도 증가 및 내부식성 향상 효과가 미미할 수 있다. 상기 망간의 함량이 1%를 초과하는 경우에는 상기 망간이 포함된 입자의 분율이 과도하여 미소갈바닉 부식이 촉진되는 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 상기 망간은 마그네슘 합금 전체 중량에 대하여 1% 이하, 또는 0% 초과 ~ 1%로 첨가되는 것이 바람직하다.The manganese not only contributes to increasing the strength of the magnesium alloy through solid solution strengthening, etc., but also plays a role in improving the corrosion resistance of the magnesium alloy by forming a compound containing the manganese and impurities in the magnesium alloy. If the manganese content is too low, the effect of increasing strength and improving corrosion resistance may be minimal. If the manganese content exceeds 1%, the fraction of particles containing manganese may be excessive, causing a problem of accelerated microgalvanic corrosion. Therefore, it is preferable that the manganese is added in an amount of 1% or less, or more than 0% to 1%, based on the total weight of the magnesium alloy.
스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%Scandium (Sc): 0.002% to 0.01%
상기 스칸듐은 알루미늄과 결합하여 마그네슘 합금의 내부식성 향상에 기여할 수 있다. 상기 스칸듐의 함량이 0.002% 미만인 경우에는 상기 스칸듐이 포함된 이차상 입자의 분율이 적어 내부식성 향상에 대한 상기 스칸듐의 첨가 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 상기 스칸듐의 함량이 0.01%를 초과하는 경우에는 상기 스칸듐이 포함된 입자의 분율이 과도하여 도리어 미소갈바닉 부식이 촉진되는 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 상기 스칸듐은 마그네슘 합금 전체 중량에 대하여 0.002% ~ 0.01%로 첨가되는 것이 바람직하다.The scandium can combine with aluminum to contribute to improving the corrosion resistance of magnesium alloy. If the content of scandium is less than 0.002%, the fraction of secondary phase particles containing scandium is small, so it may be difficult to expect the effect of adding scandium on improving corrosion resistance. If the scandium content exceeds 0.01%, the fraction of particles containing scandium may be excessive, which may cause a problem of promoting microgalvanic corrosion. Therefore, the scandium is preferably added in an amount of 0.002% to 0.01% based on the total weight of the magnesium alloy.
희토류 금속(RE): 0.1% 이하Rare earth metals (RE): 0.1% or less
상기 희토류 금속은 알루미늄과 결합하여 마그네슘 합금의 내부식성 향상에 기여할 수 있으며 또한 마그네슘 합금의 내발화 온도를 상승시키는 역할을 기대할 수 있다. 상기 희토류 금속의 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 희토류가 포함된 입자의 분율이 과도하여 미소갈바닉 부식이 촉진되는 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 상기 희토류 금속은 마그네슘 합금 전체 중량에 대하여 0.1% 이하, 또는 0% 초과 ~ 0.1%로 첨가되는 것이 바람직하다.The rare earth metal can contribute to improving the corrosion resistance of the magnesium alloy by combining with aluminum, and can also be expected to play a role in increasing the ignition resistance temperature of the magnesium alloy. If the content of the rare earth metal exceeds 0.1%, the fraction of particles containing the rare earth metal may be excessive, which may cause the problem of accelerated microgalvanic corrosion. Therefore, it is preferable that the rare earth metal is added in an amount of 0.1% or less, or more than 0% to 0.1%, based on the total weight of the magnesium alloy.
철(Fe): 0.005% 이하Iron (Fe): 0.005% or less
상기 철은 마그네슘 합금에 의도적으로 첨가되거나 또는 합금의 원료 또는 제조과정에서 불가피하게 혼입될 수 있다. 상기 철은 마그네슘 합금의 내식성을 악화시키는 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 상기 철은 마그네슘 합금 전체 중량에 대하여 0.005% 이하, 또는 0% 초과 ~ 0.005%로 제어되는 것이 바람직하다.The iron may be intentionally added to the magnesium alloy or may be unavoidably mixed as a raw material of the alloy or during the manufacturing process. The iron may cause problems that worsen the corrosion resistance of magnesium alloy. Therefore, it is preferable that the iron is controlled to 0.005% or less, or more than 0% to 0.005%, based on the total weight of the magnesium alloy.
불순물impurities
실리콘(Si), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 등은 합금의 원료 또는 제조과정에서 불가피하게 혼입될 수 있다. 이러한 불순물은 마그네슘 합금의 내식성을 악화시키는 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 마그네슘 합금 전체 중량에 대하여 상기 실리콘의 함량은 0.01 중량% 이하, 상기 구리의 함량은 0.005 중량% 이하, 상기 니켈의 함량은 0.001 중량% 이하, 상기 코발트의 함량은 0.001 중량% 이하로 제어되는 것이 바람직하다.Silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), etc. may inevitably be mixed as raw materials for alloys or during the manufacturing process. These impurities can cause problems that worsen the corrosion resistance of magnesium alloy. Therefore, with respect to the total weight of the magnesium alloy, the silicon content is controlled to be 0.01% by weight or less, the copper content is controlled to be 0.005% by weight or less, the nickel content is controlled to be 0.001% by weight or less, and the cobalt content is controlled to be 0.001% by weight or less. It is desirable.
상기 마그네슘 합금은, 3.5 중량%의 NaCl 용액에서 72시간 동안의 상온 침지시험에 의한 부식속도가, 예를 들어 0.5 mmpy 이하일 수 있고, 예를 들어 0 mmpy 초과 ~ 0.5 mmpy 이하일 수 있다. 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 이러한 고내식성 성능으로 인해 종래 마그네슘 합금으로부터 얻을 수 없었던 내부식성을 구현할 수 있다.The magnesium alloy may have a corrosion rate of, for example, 0.5 mmpy or less, for example, from more than 0 mmpy to less than or equal to 0.5 mmpy, as determined by a room temperature immersion test in a 3.5 wt% NaCl solution for 72 hours. The magnesium alloy according to the present invention can implement corrosion resistance that could not be obtained from conventional magnesium alloys due to such high corrosion resistance performance.
상기 마그네슘 합금은, 합금 내에 알루미늄(Al) 및 스칸듐(Sc)을 포함하는 이차상 화합물을 포함할 수 있다. 상기 이차상 화합물은 평균 입경이 0.1 μm 이상 내지 10 μm 이하일 수 있다. 상기 이차상 화합물과 상기 마그네슘 합금 내 마그네슘 기지간의 볼타 포텐셜(Volta potential) 차이가 920 mV 미만일 수 있다.The magnesium alloy may include a secondary phase compound containing aluminum (Al) and scandium (Sc) in the alloy. The secondary phase compound may have an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less. A volta potential difference between the secondary phase compound and the magnesium matrix in the magnesium alloy may be less than 920 mV.
상기 마그네슘 합금은, 상기 기타 불가피한 불순물로서 실리콘, 구리, 니켈, 및 코발트 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 실리콘의 함량이 0.01 중량% 이하, 상기 구리의 함량이 0.005 중량% 이하, 상기 니켈의 함량이 0.001 중량% 이하, 상기 코발트의 함량이 0.001 중량% 이하로 제어될 수 있다.The magnesium alloy includes at least one of silicon, copper, nickel, and cobalt as other inevitable impurities, and the silicon content is 0.01% by weight or less, the copper content is 0.005% by weight or less, and the nickel content is The content of cobalt can be controlled to 0.001% by weight or less.
본 발명자들은 불가피한 불순물로 인한 마그네슘 합금의 미소갈바닉 부식 문제를 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 마그네슘 합금에 소량의 스칸듐(Sc)을 알루미늄(Al)과 함께 첨가함으로써 내부식성이 보다 향상된 마그네슘 합금을 제조할 수 있음을 밝혀내었다.As a result of research efforts to solve the problem of microgalvanic corrosion of magnesium alloy caused by inevitable impurities, the present inventors have found that they were able to manufacture a magnesium alloy with improved corrosion resistance by adding a small amount of scandium (Sc) together with aluminum (Al) to magnesium alloy. It was found that it can be done.
알루미늄과 비교해 볼 때, 마그네슘의 가장 큰 문제점은 취약한 내부식성이며, 이는 주로 마그네슘의 낮은 환원전위(reduction potential)에 기인한다. 마그네슘 합금의 경우 첨가된 합금원소와 합금 내 존재하는 철, 니켈, 구리, 코발트 등의 불가피한 불순물 원소가 결합하여 금속간 화합물과 같은 이차상 화합물이 생성될 수 있으며, 이러한 이차상 화합물이 마그네슘 기지보다 높은 환원전위를 가질 경우, 마그네슘 기지와 이차상 화합물의 환원전위 차이에 의한 미소갈바닉 부식(microgalvanic corrosion)에 의해 마그네슘의 부식이 발생하며, 상기 환원전위의 차이가 커질수록 마그네슘의 부식은 더욱 촉진된다. 마그네슘 기지와 이차상 화합물의 환원전위 차이의 정도는 실험적으로 특정 용액에서의 개방회로전위 (Open Circuit Potential; OCP)를 각기 측정하여 비교하거나, Scanning Kelvin Probe Force Microscopy를 이용하여 마그네슘 기지와 이차상 화합물의 볼타 포텐셜을 비교함으로써 가늠할 수 있다.Compared to aluminum, the biggest problem with magnesium is its poor corrosion resistance, which is mainly due to its low reduction potential. In the case of magnesium alloys, secondary phase compounds such as intermetallic compounds may be created by combining the added alloy elements with inevitable impurity elements such as iron, nickel, copper, and cobalt present in the alloy, and these secondary phase compounds are stronger than the magnesium base. When it has a high reduction potential, corrosion of magnesium occurs due to microgalvanic corrosion due to the difference in reduction potential between the magnesium matrix and the secondary phase compound. As the difference in reduction potential increases, corrosion of magnesium is further accelerated. . The degree of difference in reduction potential between the magnesium matrix and the secondary phase compound can be compared experimentally by measuring the open circuit potential (OCP) in a specific solution, or by measuring the magnesium matrix and the secondary phase compound using Scanning Kelvin Probe Force Microscopy. It can be estimated by comparing the voltaic potential of .
상기 이차상 화합물과 상기 마그네슘 합금 내 마그네슘 기지간의 볼타 포텐셜 차이를 920 mV 미만으로 함으로써, 마그네슘 기지와 이차상의 환원전위 차이에 의한 미소갈바닉 부식에 의해 마그네슘이 부식되는 것을 억제할 수 있다.By setting the voltaic potential difference between the secondary phase compound and the magnesium matrix in the magnesium alloy to less than 920 mV, corrosion of magnesium due to microgalvanic corrosion due to the reduction potential difference between the magnesium matrix and the secondary phase can be suppressed.
상기 이차상 화합물은 주로 알루미늄, 스칸듐으로 구성되어 있고 실리콘(Si), 철(Fe) 등과 같은 불순물 원소를 포함할 수 있다. 마그네슘과 환원전위 값이 비슷한 스칸듐이 포함된 이차상 화합물이 형성됨으로써, 마그네슘 기지와 이차상 화합물 간의 볼타 포텐셜 차이가 감소하고, 이에 따라 미소갈바닉 부식에 의한 마그네슘의 부식을 억제할 수 있다.The secondary phase compound is mainly composed of aluminum and scandium and may include impurity elements such as silicon (Si) and iron (Fe). By forming a secondary phase compound containing scandium, which has a reduction potential value similar to that of magnesium, the voltaic potential difference between the magnesium matrix and the secondary phase compound is reduced, thereby suppressing corrosion of magnesium due to microgalvanic corrosion.
상기 이차상 화합물과 합금 내 마그네슘 기지 간의 볼타 포텐셜 차이는, 예를 들어 0mV 초과 ~ 920mV 미만일 수 있고, 예를 들어 0 mV 이상 ~ 750 mV 미만일 수 있고, 예를 들어 0 mV 이상 ~ 600 mV 이하일 수 있다.The voltaic potential difference between the secondary phase compound and the magnesium matrix in the alloy may be, for example, greater than 0 mV and less than 920 mV, for example, greater than 0 mV and less than 750 mV, and may be greater than or equal to 0 mV and less than 600 mV, for example. there is.
상기 이차상 화합물의 평균 입경은, 예를 들어 0.1 μm 이상 내지 10 μm 이하일 수 있고, 예를 들어 0.5 μm 이상 내지 3.0 μm 이하일 수 있다. 상기 이차상 화합물의 평균 입경이 너무 작은 경우 미소갈바닉 부식속도가 저하되어 이차상 화합물의 존재가 마그네슘의 부식에 미치는 영향이 제한적일 수 있다. 상기 이차상 화합물의 평균 입경이 너무 큰 경우 합금의 기계적 특성, 특히 연성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.The average particle diameter of the secondary phase compound may be, for example, 0.1 μm or more and 10 μm or less, for example, 0.5 μm or more and 3.0 μm or less. If the average particle size of the secondary phase compound is too small, the microgalvanic corrosion rate may be reduced, and the effect of the presence of the secondary phase compound on corrosion of magnesium may be limited. If the average particle diameter of the secondary phase compound is too large, the mechanical properties of the alloy, especially ductility, may be deteriorated.
마그네슘 합금의 제조방법Manufacturing method of magnesium alloy
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 합금의 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing magnesium alloy according to the technical idea of the present invention will be described.
본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법은, 용탕 총량 100중량%에 대하여, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 2% 이하, 망간(Mn): 1% 이하, 희토류 금속(RE): 0.1% 이하, 철(Fe): 0.005% 이하, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕을 제조하는 단계; 및 상기 마그네슘 합금의 용탕을 600℃ ~ 800℃로 유지하고, 주조하는 단계;를 포함한다.The method for producing a magnesium alloy according to an embodiment of the present invention is: aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1% by weight, based on 100% by weight of the total amount of molten metal. % or less, rare earth metal (RE): 0.1% or less, iron (Fe): 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance of magnesium alloy containing magnesium (Mg) and other inevitable impurities. Preparing molten metal; and maintaining the molten metal of the magnesium alloy at 600°C to 800°C and casting it.
상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하의 범위일 수 있다.The weight ratio (Sc/Fe) of the scandium and the iron may range from more than 0 to 3 or less.
상기 주조하는 단계는, 사형주조, 중력주조, 가압주조, 박판주조, 연속주조, 다이캐스팅, 정밀주조, 분무주조, 반응고주조, 급냉주조, 직접압출, 간접압출, 정수압압출, 연속압출, 직간접겸용 압출, 충격압출, 등통로각압출, 측방압출주조, 동주속압연, 이주속압연, 칼리버롤링, 링롤링, 자유단조, 형단조, 햄머단조, 프레스단조, 업세트단조, 롤단조, 탈랍주조, 스트립캐스팅, 단롤주조, 전자기주조, 전자기연속주조, 동결주조, 원심주조, 싱글벨트주조, 트윈벨트주조, 쉘몰드주조, 무주형주조, 3D프린팅, 분말소결, 레이저소결 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.The casting step includes sand casting, gravity casting, pressure casting, sheet casting, continuous casting, die casting, precision casting, spray casting, reaction casting, quench casting, direct extrusion, indirect extrusion, hydrostatic extrusion, continuous extrusion, direct and indirect combined use. Extrusion, impact extrusion, equal path angle extrusion, lateral extrusion casting, same-speed rolling, different-speed rolling, caliber rolling, ring rolling, free forging, die forging, hammer forging, press forging, upset forging, roll forging, dewaxing casting, Performed by strip casting, single roll casting, electromagnetic casting, electromagnetic continuous casting, freeze casting, centrifugal casting, single belt casting, twin belt casting, shell mold casting, moldless casting, 3D printing, powder sintering, laser sintering, or a combination thereof. It may be possible, but it is not necessarily limited to this.
실험예Experiment example
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Below, preferred experimental examples are presented to aid understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only intended to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
본 발명의 실시예와 비교예에 따라 마그네슘 합금을 제조하였다. 순수한 마그네슘(Mg)(99.9%), 순수한 알루미늄(Al)(99.9%), 순수한 아연(Zn)(99.9%), 순수한 망간(Mn)(99.9%), 순수한 철(Fe)(99.9%), 순수한 스칸듐(Sc)(99.9%), 순수한 가돌리늄(Gd) (99.9%), 순수한 란탄(La)(99.9%), 순수한 이트륨(Y)(99.9%), 순수한 네오디뮴(Nd)(99.9%), 및 순수한 세륨(Ce)(99.9%)을 사용하였다. Magnesium alloy was manufactured according to the examples and comparative examples of the present invention. Pure magnesium (Mg) (99.9%), pure aluminum (Al) (99.9%), pure zinc (Zn) (99.9%), pure manganese (Mn) (99.9%), pure iron (Fe) (99.9%), Pure scandium (Sc) (99.9%), pure gadolinium (Gd) (99.9%), pure lanthanum (La) (99.9%), pure yttrium (Y) (99.9%), pure neodymium (Nd) (99.9%), and pure cerium (Ce) (99.9%) was used.
이들을 하기 표 1의 조성을 갖도록 하여, 마그네슘 합금을 고주파 유도 용해로를 이용하여 흑연 도가니(graphite crucible) 내에서 용해하였다. 이때 용탕의 산화를 방지하기 위해 SF6와 CO2 혼합가스를 용탕 상부에 도포하여 대기와의 접촉을 차단하였다. 용해 후 용탕을 750℃에서 10분간 유지한 후 200℃로 예열된 스틸 몰드를 이용해 높이 80 mm, 폭 40 mm, 두께 12 mm의 크기의 주조(as-cast) 시편을 제조하였다.These had the compositions shown in Table 1 below, and the magnesium alloy was melted in a graphite crucible using a high-frequency induction melting furnace. At this time, in order to prevent oxidation of the molten metal, a mixed gas of SF 6 and CO 2 was applied to the top of the molten metal to block contact with the atmosphere. After melting, the molten metal was maintained at 750°C for 10 minutes, and then an as-cast specimen with a height of 80 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 12 mm was manufactured using a steel mold preheated to 200°C.
상술한 방법에 따라 제조한 총 44개의 마그네슘 합금 시편의 염수 내 부식특성을 평가하기 위하여, 먼저 마그네슘 합금 시편의 표면을 P-1200 사포단계까지 곱게 연마한 후 해수 농도와 유사한 3.5 중량% NaCl 수용액에 상기 마그네슘 합금 시편을 침지하는 시험을 상온(25℃)에서 수행하였다. 즉, 3.5 중량% NaCl 용액 내에 앞서 준비된 마그네슘 합금 시편을 상온에서 72시간 동안 침지하고, 200 g/L 농도의 크롬산(CrO3) 용액을 이용하여 침지 시 생성된 표면 산화층을 제거한 뒤 침지 전후의 무게 변화를 측정하여 시편의 부식속도(mmpy)를 다음 수학식에 따라 계산하였다.In order to evaluate the salt water corrosion characteristics of a total of 44 magnesium alloy specimens manufactured according to the above-described method, the surface of the magnesium alloy specimens was first finely polished to the P-1200 sandpaper level and then placed in a 3.5% by weight NaCl aqueous solution similar to the concentration of seawater. The immersion test of the magnesium alloy specimen was performed at room temperature (25°C). That is, the previously prepared magnesium alloy specimen was immersed in a 3.5% by weight NaCl solution at room temperature for 72 hours, the surface oxide layer created during immersion was removed using a chromic acid (CrO 3 ) solution with a concentration of 200 g/L, and the weight before and after immersion was obtained. By measuring the change, the corrosion rate (mmpy) of the specimen was calculated according to the following equation.
[수학식 1][Equation 1]
mm/year (mmpy) = 87600 x 무게감소량(g) / (시편의 밀도(g/cm3) x 침지시간(hr) x 노출면적(cm2))mm/year (mmpy) = 87600 x weight loss (g) / (density of specimen (g/cm 3 ) x immersion time (hr) x exposed area (cm 2 ))
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 합금 조성, Sc/Fe 중량비 및 부식속도를 나타낸 표이다. 표 1에서 잔부는 마그네슘(Mg)과 제조 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고, 모두 주조재이다. 각각의 성분의 함량 단위는 중량%이다.Table 1 is a table showing the alloy composition, Sc/Fe weight ratio, and corrosion rate of the magnesium alloy according to an embodiment of the present invention. The remainder in Table 1 consists of magnesium (Mg) and impurities inevitably contained in the manufacturing process, etc., and is all cast material. The unit of content of each ingredient is weight%.
중량비Sc/Fe
weight ratio
(mmpy)corrosion rate
(mmpy)
표 1을 참조하면, 비교예1 내지 비교예4는 스칸듐을 포함하지 않고, 철의 함량이 변화된 경우로서, 부식속도가 1.4 mmpy 내지 3.8 mmpy 이므로 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 를 초과하였다. Referring to Table 1, Comparative Examples 1 to 4 did not contain scandium and the iron content was changed, and the corrosion rate was 1.4 mmpy to 3.8 mmpy, which exceeded the upper limit of the corrosion rate of the present invention, which is 0.5 mmpy. .
비교예5 내지 비교예7은 철과 스칸듐을 포함하는 경우로서, 상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하이지만, 부식속도가 1.6 mmpy 내지 2.6 mmpy 이므로 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 를 초과하였다. Comparative Examples 5 to 7 contain iron and scandium, and the weight ratio (Sc/Fe) of the scandium and iron is greater than 0 to 3 or less, but the corrosion rate is 1.6 mmpy to 2.6 mmpy, so the corrosion of the present invention The upper limit of speed, 0.5 mmpy, was exceeded.
비교예8 내지 비교예10은 철과 스칸듐을 포함하는 경우로서, 부식속도가 0.3 mmpy 이므로 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 에 비하여 작은 수치를 나타내었으나, 스칸듐의 함량이 0.033 중량% 내지 0.086 중량% 이므로, 고가의 스칸듐이 다량으로 함유되므로 경제성이 낮을 수 있다.Comparative Examples 8 to 10 contain iron and scandium, and the corrosion rate is 0.3 mmpy, which is smaller than the upper limit of the corrosion rate of the present invention, which is 0.5 mmpy, but the scandium content is 0.033% by weight to 0.086% by weight. Since it is a weight percentage, it may be low in economic efficiency because it contains a large amount of expensive scandium.
즉, 철이 50 ppm (0.005 중량%) 이상의 종래의 상용순도/저순도 마그네슘 합금의 경우에는 스칸듐의 함량이 0.02 wt% 초과, 상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)가 3을 초과 되어야 3.5 중량% NaCl 수용액 기준으로 명확한 내식성 향상이 확인됨을 알 수 있다.That is, in the case of a conventional commercial purity/low purity magnesium alloy containing 50 ppm (0.005 wt%) or more of iron, the scandium content must exceed 0.02 wt% and the weight ratio of the scandium to the iron (Sc/Fe) must exceed 3.5. It can be seen that a clear improvement in corrosion resistance is confirmed based on weight % NaCl aqueous solution.
실시예1 내지 실시예6은 철과 스칸듐을 포함하는 경우로서, 상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하이고, 부식속도가 0.3 mmpy 내지 0.5 mmpy 이므로 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 이하임을 알 수 있다. 실시예1 내지 실시예6은 스칸듐의 함량이 0.0027 중량% 내지 0.01 중량% 이므로, 비교예8 내지 비교예10에 비하여 스칸듐의 함량이 낮으므로, 고내식성을 유지하면서 경제성을 향상시킬 수 있다.Examples 1 to 6 include iron and scandium, and the weight ratio (Sc/Fe) of scandium and iron is greater than 0 to 3 or less, and the corrosion rate is 0.3 mmpy to 0.5 mmpy, so the corrosion of the present invention It can be seen that the upper limit of speed is less than 0.5 mmpy. Examples 1 to 6 have a scandium content of 0.0027% by weight to 0.01% by weight, and thus the scandium content is lower than that of Comparative Examples 8 to 10, thereby improving economic efficiency while maintaining high corrosion resistance.
비교예11, 비교예12, 실시예7 및 실시예8은, 알루미늄 함량을 변화시킨 경우이고, 또한 비교예11 및 비교예12는 스칸듐을 포함하지 않는 경우이다. 비교예11 및 비교예12와 비교하면, 실시예7 및 실시예8은 스칸듐을 포함함에 따라 부식속도가 감소되었다. 또한, 알루미늄 함량이 6 중량%(실시예7), 및 12 중량%(실시예8)에서 부식속도가 각각 0.5 mmpy 및 0.2 mmpy 이었고, 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 이하로 나타났다. 따라서, 상기 마그네슘 합금에서 알루미늄의 함량은 6 중량% 내지 12 중량%일 수 있다.Comparative Examples 11, 12, Examples 7, and 8 are cases where the aluminum content is changed, and Comparative Examples 11 and 12 are cases where scandium is not included. Compared to Comparative Examples 11 and 12, the corrosion rate of Examples 7 and 8 was reduced as scandium was included. In addition, when the aluminum content was 6% by weight (Example 7) and 12% by weight (Example 8), the corrosion rates were 0.5 mmpy and 0.2 mmpy, respectively, and were less than 0.5 mmpy, which is the upper limit of the corrosion rate of the present invention. Accordingly, the content of aluminum in the magnesium alloy may be 6% by weight to 12% by weight.
비교예13, 비교예14, 실시예9 및 실시예10은, 아연 함량을 변화시킨 경우이고, 또한 비교예13 및 비교예14는 스칸듐을 포함하지 않는 경우이다. 비교예13 및 비교예14와 비교하면, 실시예9 및 실시예10은 스칸듐을 포함함에 따라 부식속도가 감소되었다. 또한, 아연 함량이 0 중량%(실시예9), 및 2 중량%(실시예10)에서 부식속도가 모두 0.2 mmpy 이었고, 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 이하로 나타났다. 따라서, 상기 마그네슘 합금에서 아연의 함량은 2 중량% 이하일 수 있고, 또는 0 중량% 내지 2 중량%일 수 있다.Comparative Examples 13, 14, Examples 9, and 10 are cases where the zinc content is changed, and Comparative Examples 13 and 14 are cases where scandium is not included. Compared to Comparative Examples 13 and 14, the corrosion rate of Examples 9 and 10 was reduced as scandium was included. In addition, when the zinc content was 0 wt% (Example 9) and 2 wt% (Example 10), the corrosion rates were both 0.2 mmpy and less than 0.5 mmpy, which is the upper limit of the corrosion rate of the present invention. Accordingly, the content of zinc in the magnesium alloy may be 2% by weight or less, or may be 0% to 2% by weight.
비교예15, 비교예16, 비교예17, 실시예11, 실시예12 및 실시예13은, 망간 함량을 변화시킨 경우이고, 또한 비교예15, 비교예16, 및 비교예17은 스칸듐을 포함하지 않는 경우이다. 비교예15, 비교예16, 및 비교예17과 비교하면, 실시예11, 실시예12 및 실시예13은 스칸듐을 포함함에 따라 부식속도가 감소되었다. 또한, 아연 함량이 0 중량%(실시예11), 0.5 중량%(실시예12), 및 1.0 중량%(실시예13)에서 부식속도가 각각 0.4 mmpy, 0.3 mmpy, 및 0.3 mmpy 이었고, 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 이하로 나타났다. 따라서, 상기 마그네슘 합금에서 망간의 함량은 1 중량% 이하일 수 있고, 또는 0 중량% 내지 1 중량%일 수 있다.Comparative Example 15, Comparative Example 16, Comparative Example 17, Example 11, Example 12, and Example 13 are cases in which the manganese content is changed, and Comparative Example 15, Comparative Example 16, and Comparative Example 17 contain scandium. This is a case of not doing it. Compared to Comparative Examples 15, 16, and 17, the corrosion rate of Examples 11, 12, and 13 was reduced as scandium was included. In addition, the corrosion rates were 0.4 mmpy, 0.3 mmpy, and 0.3 mmpy, respectively, at zinc contents of 0 wt% (Example 11), 0.5 wt% (Example 12), and 1.0 wt% (Example 13), and the present invention It was found to be less than 0.5 mmpy, which is the upper limit of the corrosion rate. Accordingly, the content of manganese in the magnesium alloy may be 1% by weight or less, or may be 0% by weight to 1% by weight.
비교예18 내지 비교예24 및 실시예14 내지 실시예20은, 희토류 금속으로서 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 또는 세륨(Ce)을 더 포함하는 경우이고, 또한 비교예18 내지 비교예24는 스칸듐을 포함하지 않는 경우이다. 비교예18 내지 비교예24와 비교하면, 실시예14 내지 실시예20은 스칸듐을 포함함에 따라 부식속도가 감소되었다.Comparative Examples 18 to 24 and Examples 14 to 20 further include gadolinium (Gd), lanthanum (La), yttrium (Y), neodymium (Nd), or cerium (Ce) as rare earth metals. And, Comparative Examples 18 to 24 do not contain scandium. Compared to Comparative Examples 18 to 24, the corrosion rate of Examples 14 to 20 was reduced as scandium was included.
또한, 상기 희토류 금속이 0.01 중량% 가돌리늄(Gd)(실시예14), 0.03 중량% 가돌리늄(Gd)(실시예15), 0.1 중량% 가돌리늄(Gd)(실시예16)에서 부식속도가 각각 0.3 mmpy, 0.5 mmpy, 및 0.2 mmpy 이었고, 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 이하로 나타났다. 또한, 상기 희토류 금속이 0.03 중량% 란탄(La)(실시예17), 0.03 중량% 이트륨(Y)(실시예18), 0.03 중량% 네오디뮴(Nd)(실시예19), 0.03 중량% 세륨(Ce)(실시예20)에서 부식속도가 각각 0.2 mmpy, 0.3 mmpy, 0.3 mmpy, 및 0.3 mmpy 이었고, 본 발명의 부식속도의 상한인 0.5 mmpy 이하로 나타났다. 따라서, 상기 마그네슘 합금에서 상기 희토류 금속의 함량은 0.1 중량% 이하일 수 있고, 또는 0 중량% 내지 0.1 중량%일 수 있다.In addition, the rare earth metal had a corrosion rate of 0.3% at 0.01% by weight gadolinium (Gd) (Example 14), 0.03% by weight gadolinium (Gd) (Example 15), and 0.1% by weight gadolinium (Gd) (Example 16), respectively. mmpy, 0.5 mmpy, and 0.2 mmpy, and appeared to be less than 0.5 mmpy, which is the upper limit of the corrosion rate of the present invention. In addition, the rare earth metal is 0.03% by weight lanthanum (La) (Example 17), 0.03% by weight yttrium (Y) (Example 18), 0.03% by weight neodymium (Nd) (Example 19), and 0.03% by weight cerium ( Ce) (Example 20), the corrosion rates were 0.2 mmpy, 0.3 mmpy, 0.3 mmpy, and 0.3 mmpy, respectively, and were less than 0.5 mmpy, which is the upper limit of the corrosion rate of the present invention. Accordingly, the content of the rare earth metal in the magnesium alloy may be 0.1% by weight or less, or may be 0% by weight to 0.1% by weight.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 Sc/Fe 중량비에 대한 부식속도를 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a graph showing the corrosion rate versus Sc/Fe weight ratio of a magnesium alloy according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 마그네슘 합금에서의 스칸듐의 함량은 색상으로 표시되어 있다. 비교예들에 비하여 실시예들은 스칸듐의 함량이 상대적으로 낮음에도 불구하고 부식속도가 낮으므로, 고내식성 특성을 가짐을 알 수 있다.Referring to Figure 1, the content of scandium in the magnesium alloy is indicated by color. Compared to the comparative examples, the examples have a low corrosion rate even though the scandium content is relatively low, so it can be seen that they have high corrosion resistance characteristics.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 미세구조를 나타낸 주사전자현미경 사진들이다.Figure 2 is a scanning electron microscope photograph showing the microstructure of a magnesium alloy according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 비교예7, 비교예8 및 실시예6의 미세조직이 나타나있다. 비교예7 및 비교예8과 같이 스칸듐 함량이 0.01 중량%를 초과하고 Sc/Fe 중량비가 3을 초과하면, 평균 입경이 50 μm 이상의 조대한 Al-Mn-Sc-Fe 이차상 화합물 군집체가 불규칙하게 형성되어 있다. 이러한 조대한 이차상은 소재의 심각한 기계적 특성 저하를 유발할 수 있다. Referring to Figure 2, the microstructures of Comparative Example 7, Comparative Example 8, and Example 6 are shown. As in Comparative Examples 7 and 8, when the scandium content exceeds 0.01% by weight and the Sc/Fe weight ratio exceeds 3, coarse Al-Mn-Sc-Fe secondary phase compound clusters with an average particle diameter of 50 μm or more are irregularly formed. It is formed. This coarse secondary phase can cause serious deterioration of the mechanical properties of the material.
반면, 실시예6은 평균 입경이 0.1 μm 이상 내지 10 μm 이하인 이차상 화합물이 균일하게 형성됨을 알 수 있다. 이러한 이차상 화합물에 따라 고내식성을 제공할 수 있다.On the other hand, in Example 6, it can be seen that a secondary phase compound with an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less is formed uniformly. Depending on these secondary phase compounds, high corrosion resistance can be provided.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical idea of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the technical idea of the present invention. It will be clear to those skilled in the art.
Claims (10)
상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하의 범위이고,
상기 희토류 금속은 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 프로메튬(Pm), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 톨륨(Tm) 및 이터븀(Yb) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
고내식성 마그네슘 합금.By weight percentage, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1% or less, rare earth metals (RE) excluding scandium (Sc): 0.1% or less, iron (Fe) : 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the balance includes magnesium (Mg) and other inevitable impurities,
The weight ratio (Sc/Fe) of the scandium and the iron ranges from more than 0 to 3 or less,
The rare earth metals include gadolinium (Gd), lanthanum (La), yttrium (Y), neodymium (Nd), cerium (Ce), praseodymium (Pr), samarium (Sm), gadolinium (Gd), europium (Eu), and terbium. (Tb), erbium (Er), promethium (Pm), dysprosium (Dy), holmium (Ho), tholium (Tm), and ytterbium (Yb),
Highly corrosion-resistant magnesium alloy.
상기 마그네슘 합금은, 중량%로, 알루미늄: 6% ~ 12%, 아연(Zn): 0% 초과 ~ 2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 1%, 희토류 금속(RE): 0% 초과 ~ 0.1%, 철(Fe): 0% 초과 ~0.005%, 스칸듐(Sc): 0.002% ~ 0.01%, 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는,
고내식성 마그네슘 합금.In claim 1,
The magnesium alloy contains, in weight percent, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): more than 0% to 2%, manganese (Mn): more than 0% to 1%, and rare earth metal (RE): more than 0%. ~ 0.1%, iron (Fe): more than 0% ~ 0.005%, scandium (Sc): 0.002% ~ 0.01%, and the balance including magnesium (Mg) and other inevitable impurities.
Highly corrosion-resistant magnesium alloy.
상기 마그네슘 합금은, 3.5 중량%의 NaCl 용액에서 72시간 동안의 상온 침지시험에 의한 부식속도가 0.5 mmpy 이하인,
고내식성 마그네슘 합금.In claim 1,
The magnesium alloy has a corrosion rate of 0.5 mmpy or less as determined by a room temperature immersion test for 72 hours in a 3.5% by weight NaCl solution.
Highly corrosion-resistant magnesium alloy.
상기 마그네슘 합금은, 합금 내에 알루미늄과 스칸듐을 포함하는 이차상 화합물을 포함하고, 상기 이차상 화합물은 평균 입경이 0.1 μm 이상 내지 10 μm 이하인,
고내식성 마그네슘 합금.In claim 1,
The magnesium alloy includes a secondary phase compound containing aluminum and scandium in the alloy, and the secondary phase compound has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less,
Highly corrosion-resistant magnesium alloy.
상기 이차상 화합물과 상기 마그네슘 합금 내 마그네슘 기지간의 볼타 포텐셜 차이가 920 mV 미만인,
고내식성 마그네슘 합금.In claim 6,
The voltaic potential difference between the secondary phase compound and the magnesium matrix in the magnesium alloy is less than 920 mV,
Highly corrosion-resistant magnesium alloy.
상기 마그네슘 합금은, 상기 기타 불가피한 불순물로서 실리콘, 구리, 니켈, 및 코발트 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 실리콘의 함량이 0.01 중량% 이하, 상기 구리의 함량이 0.005 중량% 이하, 상기 니켈의 함량이 0.001 중량% 이하, 상기 코발트의 함량이 0.001 중량% 이하로 제어되는,
고내식성 마그네슘 합금.In claim 1,
The magnesium alloy contains at least one of silicon, copper, nickel, and cobalt as other inevitable impurities,
The silicon content is controlled to be 0.01% by weight or less, the copper content is controlled to be 0.005% by weight or less, the nickel content is controlled to be 0.001% by weight or less, and the cobalt content is controlled to be 0.001% by weight or less.
Highly corrosion-resistant magnesium alloy.
상기 마그네슘 합금의 용탕을 600℃ ~ 800℃로 유지하고, 주조하는 단계;를 포함하고,
상기 스칸듐과 상기 철의 중량비(Sc/Fe)는 0 초과 내지 3 이하의 범위이고,
상기 희토류 금속은 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 프로메튬(Pm), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 톨륨(Tm) 및 이터븀(Yb) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
고내식성 마그네슘 합금의 제조방법.By weight percentage, aluminum: 6% to 12%, zinc (Zn): 2% or less, manganese (Mn): 1% or less, rare earth metals (RE) excluding scandium (Sc): 0.1% or less, iron (Fe) : 0.005% or less, scandium (Sc): 0.002% to 0.01%, and the remainder comprising magnesium (Mg) and other inevitable impurities; manufacturing a molten metal of magnesium alloy; and
A step of maintaining the molten metal of the magnesium alloy at 600°C to 800°C and casting,
The weight ratio (Sc/Fe) of the scandium and the iron ranges from more than 0 to 3 or less,
The rare earth metals include gadolinium (Gd), lanthanum (La), yttrium (Y), neodymium (Nd), cerium (Ce), praseodymium (Pr), samarium (Sm), gadolinium (Gd), europium (Eu), and terbium. (Tb), erbium (Er), promethium (Pm), dysprosium (Dy), holmium (Ho), tholium (Tm), and ytterbium (Yb),
Method for manufacturing highly corrosion-resistant magnesium alloy.
상기 주조하는 단계는, 사형주조, 중력주조, 가압주조, 박판주조, 연속주조, 다이캐스팅, 정밀주조, 분무주조, 반응고주조, 급냉주조, 직접압출, 간접압출, 정수압압출, 연속압출, 직간접겸용 압출, 충격압출, 등통로각압출, 측방압출주조, 동주속압연, 이주속압연, 칼리버롤링, 링롤링, 자유단조, 형단조, 햄머단조, 프레스단조, 업세트단조, 롤단조, 탈랍주조, 스트립캐스팅, 단롤주조, 전자기주조, 전자기연속주조, 동결주조, 원심주조, 싱글벨트주조, 트윈벨트주조, 쉘몰드주조, 무주형주조, 3D프린팅, 분말소결, 레이저소결 또는 이들의 조합에 의해 수행되는,
고내식성 마그네슘 합금의 제조방법.
In claim 9,
The casting step includes sand casting, gravity casting, pressure casting, sheet casting, continuous casting, die casting, precision casting, spray casting, reaction casting, quench casting, direct extrusion, indirect extrusion, hydrostatic extrusion, continuous extrusion, direct and indirect combined use. Extrusion, impact extrusion, equal path angle extrusion, lateral extrusion casting, same speed rolling, different speed rolling, caliber rolling, ring rolling, free forging, die forging, hammer forging, press forging, upset forging, roll forging, dewaxing casting, Performed by strip casting, single roll casting, electromagnetic casting, electromagnetic continuous casting, freeze casting, centrifugal casting, single belt casting, twin belt casting, shell mold casting, moldless casting, 3D printing, powder sintering, laser sintering, or a combination thereof. felled,
Method for manufacturing highly corrosion-resistant magnesium alloy.
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