KR20110031629A - Magnesium mother alloy, manufacturing method thereof, metal alloy using the same, and metal alloy manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마그네슘 모합금, 이의 제조 방법, 이를 이용한 금속 합금, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium mother alloy, a method for producing the same, a metal alloy using the same, and a method for producing the same.
현재 초고경도 알루미늄 합금(예를 들면, 2000계, 5000계, 6000계 및 7000계 등)에는 경도, 내부식성 및 용접성과 같은 합금 특성이 우수해지도록 스칸듐(Sc)을 첨가 원소로 사용하는 기술이 연구되고 있다. 이와 같이 스칸듐(Sc)이 첨가된 알루미늄 합금은 용접성 및 내피로 특성이 요구되는 군수용(예를 들면 전투차량 보강제, 소총 몸체 등)으로 이용되거나, 고경도와 용접성이 요구되는 민수용(고속철도차량, 전동차용 부품 등)으로 이용될 수 있다.Currently, ultra-hard aluminum alloys (for example, 2000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series, etc.) use scandium (Sc) as an additive element to improve alloy characteristics such as hardness, corrosion resistance, and weldability. Is being studied. In this way, aluminum alloys with added scandium (Sc) are used for military applications (eg, combat vehicle reinforcements, rifle bodies, etc.) that require weldability and fatigue resistance, or for civilian (high speed rail vehicles, electric vehicles requiring high hardness and weldability). Parts).
그러나, 이러한 스칸듐(Sc)은 희토류로서 지구상에 소량밖에 존재하지 않고, 또한 광물에서 분리하기 어려움으로써, 매우 고가인 단점이 있다. However, such a scandium (Sc) is a rare earth, and only a small amount is present on the earth, and since it is difficult to separate from minerals, there is a disadvantage that it is very expensive.
따라서, 저비용의 산화 스칸듐(Sc2O3)이 알루미늄 합금에 첨가되는 방법이 고려되고 있다. Therefore, a method of adding low cost scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to an aluminum alloy is contemplated.
그러나, 산화 스칸듐(Sc2O3)이 직접 알루미늄에 첨가되면, 상기 스칸듐의 산화물로 인해 경도, 내부식성 및 용접성과 같은 각종 합금의 특성이 저하되는 문제가 있다.However, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is directly added to aluminum, there is a problem that the characteristics of various alloys such as hardness, corrosion resistance and weldability are degraded due to the oxide of scandium.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 산화 특성 및 발화 특성이 개선된 마그네슘 모합금 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.The present invention is to overcome the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide a magnesium mother alloy with improved oxidation characteristics and ignition characteristics and a method for producing the same.
본 발명의 다른 목적은 저비용으로 설계 목적에 적합하고, 경도 특성, 내부식성 및 용접 특성과 같은 합금 특성이 저하되지 않는 금속 합금 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a metal alloy and a method for producing the same, which are suitable for design purposes at low cost and do not degrade alloy properties such as hardness, corrosion resistance and welding properties.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 마그네슘 모합금은 다수의 마그네슘 결정립; 및, 상기 마그네슘 결정립의 내부에 고용(固溶)된 스칸듐(Sc)을 포함한다. In order to achieve the above object, the magnesium mother alloy according to the present invention comprises a plurality of magnesium crystal grains; And scandium (Sc) dissolved in the magnesium crystal grains.
상기 스칸듐(Sc)은 마그네슘 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부가 존재할 수 있다.The scandium (Sc) may be present in 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of magnesium.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 마그네슘 모합금은 결정립계를 갖는 다수의 마그네슘-알루미늄 결정립; 및, 상기 마그네슘-알루미늄 결정립의 내부가 아닌 외부로서, 상기 결정립계에 정출(晶出)된 스칸듐 화합물을 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, the magnesium mother alloy according to the present invention comprises a plurality of magnesium-aluminum crystal grains having a grain boundary; And a scandium compound crystallized at the grain boundary as an exterior instead of the interior of the magnesium-aluminum crystal grain.
상기 스칸듐 화합물은 Al2Sc, AlSc 또는 Al3Sc일 수 있다.The scandium compound may be Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc.
상기 스칸듐 화합물중 스칸듐(Sc)은 마그네슘-알루미늄 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부가 존재할 수 있다.Scandium (Sc) in the scandium compound may be present in 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of magnesium-aluminum.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 마그네슘 모합금의 제조 방법은 마그네슘을 도가니에 넣고 600~800℃의 온도로 용해하여 마그네슘 용탕을 형성하는 마그네슘 용탕 형성 단계; 상기 마그네슘 용탕에 산화 스칸듐(Sc2O3)을 첨가하는 산화 스칸듐 첨가 단계; 상기 마그네슘 용탕을 1~400분 동안 교반하는 교반 단계; 상기 마그네슘 용탕을 상온~400℃의 주형에 넣어 주조하는 주조 단계; 및 상기 주조된 마그네슘을 냉각하는 냉각 단계를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, a method for preparing a magnesium mother alloy according to the present invention includes the steps of forming a magnesium molten metal by melting magnesium in a crucible and dissolving it at a temperature of 600 to 800 ° C .; A scandium oxide addition step of adding scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to the magnesium molten metal; Stirring the molten magnesium for 1 to 400 minutes; Casting the molten magnesium into a mold at room temperature to 400 ° C. for casting; And a cooling step of cooling the cast magnesium.
상기 마그네슘 용탕 형성 단계에서 상기 마그네슘은 순수 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄일 수 있다.In the magnesium molten metal forming step, the magnesium may be pure magnesium or magnesium-aluminum.
상기 산화 스칸듐 첨가 단계에서 첨가되는 산화 스칸듐(Sc2O3)은 순수 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부일 수 있다.Scandium oxide (Sc 2 O 3 ) added in the scandium oxide addition step may be 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of pure magnesium or magnesium-aluminum.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 금속 합금은 결정립계를 갖는 다수의 금속 결정립; 및 상기 금속 결정립의 내부에 고용(固溶)된 스칸듐(Sc)을 포함하거나 금속 결정립의 내부가 아닌 외부로서, 상기 결정립계에 존재하는 스칸듐 화합물을 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, the metal alloy according to the present invention comprises a plurality of metal grains having a grain boundary; And a scandium compound present in the grain boundary, including scandium (Sc) dissolved in the metal grains or outside the metal grains.
상기 금속은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM- HP2, Mg-Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si 및 Mg-Zn-Y 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The metal is AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg-Al , Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si and Mg-Zn-Y can be any one.
상기 금속은 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열의 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200 계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열 및 700 계열 주조용(Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The metals are 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series of wrought aluminum or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series and 700 It may be any one selected from series casting aluminum.
상기 스칸듐 화합물은 Al2Sc, AlSc 또는 Al3Sc일 수 있다.The scandium compound may be Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc.
상기 금속 결정립의 내부에 고용(固溶)된 스칸듐(Sc) 또는 상기 스칸듐 화합물중에서 상기 스칸듐(Sc)은 금속 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부 존재할 수 있다.Scandium (Sc) in the solid solution of scandium (Sc) or the scandium compound in the metal grains may be present in 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 금속 합금의 제조 방법은 금속 용탕을 형성하는 금속 용탕 형성 단계; 상기 금속 용탕에 고용된 스칸듐 또는 스칸듐 화합물을 갖는 마그네슘 모합금을 첨가하는 마그네슘 모합금 첨가 단계; 상기 금속 용탕을 1분 ~ 400분 동안 교반하는 교반 단계; 상기 금속 용탕을 상온~400℃의 주형에 넣어 주조하는 주조 단계; 및 상기 주조된 금속을 냉각하는 냉각 단계를 포함한다.In addition, the method for producing a metal alloy according to the present invention to achieve the above object is a metal molten metal forming step of forming a molten metal; Adding a magnesium master alloy to the magnesium molten alloy having a solid solution of scandium or a scandium compound in the molten metal; A stirring step of stirring the molten metal for 1 to 400 minutes; A casting step of casting the molten metal into a mold at room temperature to 400 ° C; And a cooling step of cooling the cast metal.
상기 마그네슘 모합금 첨가 단계에서 이용된 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금은 금속 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부가 첨가될 수 있다.The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step may be added in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal.
상기 마그네슘 모합금 첨가 단계에서 이용된 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금 은 순수 마그네슘 100중량부에 대하여 산화 스칸듐(Sc2O3)이 0.0001 내지 30중량부 첨가되어 제조될 수 있다.The magnesium mother alloy having scandium used in the magnesium mother alloy addition step may be prepared by adding 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) based on 100 parts by weight of pure magnesium.
상기 마그네슘 모합금 첨가 단계에서 이용된 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금은 마그네슘-알루미늄 100중량부에 대하여 산화 스칸듐(Sc2O3)이 0.0001 내지 30중량부 첨가되어 제조될 수 있다.The magnesium mother alloy having scandium used in the magnesium mother alloy addition step may be prepared by adding 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) based on 100 parts by weight of magnesium-aluminum.
상기 마그네슘 모합금 첨가 단계에서 이용된 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 100중량부에 대하여 산화 스칸듐(Sc2O3)이 0.0001 내지 30중량부 첨가되어 제조된 것과, 마그네슘-알루미늄 100중량부에 대하여 산화 스칸듐(Sc2O3)이 0.0001 내지 30중량부 첨가되어 제조된 것일 수 있다.The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step is prepared by adding 0.0001-30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to 100 parts by weight of pure magnesium, and 100 parts by weight of magnesium-aluminum Scandium oxide (Sc 2 O 3 ) may be prepared by adding 0.0001 to 30 parts by weight with respect to.
상기 금속 용탕은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg-Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si 및 Mg-Zn-Y 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.The molten metal is AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg- Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si and Mg-Zn-Y may be formed of any one.
상기 금속 용탕은 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200 계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열 및 700 계열 주조용(Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.The molten metal is 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series plastic processing (Wrought) aluminum or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series and 700 It may be formed of any one selected from the group casting aluminum.
상술한 바와 같이, 본 발명은 마그네슘 모합금에 산화 스칸듐이 첨가됨으로 써, 마그네슘 모합금의 산화 특성 및 발화 특성이 향상된다. 또한, 본 발명은 상기와 같이 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금이 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 합금에 첨가됨으로써, 금속 합금이 저가로 제조될 수 있으며, 또한 금속 합금의 경도 특성, 내부식성 및 용접 특성과 같은 합금 특성이 저하되지 않는다.As described above, in the present invention, scandium oxide is added to the magnesium mother alloy, so that the oxidation characteristics and the ignition characteristics of the magnesium mother alloy are improved. In addition, the present invention is a magnesium alloy having a scandium as described above is added to a metal alloy such as magnesium alloy or aluminum alloy, the metal alloy can be produced at low cost, and also the hardness characteristics, corrosion resistance and welding properties of the metal alloy Alloy characteristics such as do not deteriorate.
더불어 본 발명에서는 두가지 형태의 모합금(결정립 내부에 고용(固溶)된 스칸듐(Sc)을 포함한 마그네슘 모합금 및 스칸듐이 정출(晶出)된 마그네슘 모합금)이 제조됨으로써, 용도나 목적에 알맞는 금속 합금이 제조될 수 있다. 예를 들면, 스칸듐이 고용된 형태의 금속 합금이 필요할 경우 상기 결정립 내부에 스칸듐이 고용된 마그네슘 모합금이 이용될 수 있다. 또한, 스칸듐이 정출된 형태의 금속 합금이 필요할 경우 상기 스칸듐이 정출된 마그네슘 모합금이 이용될 수 있다. 물론, 결정립 내부에 고용(固溶)된 스칸듐(Sc)을 포함한 마그네슘 모합금 및 스칸듐이 정출(晶出)된 마그네슘 모합금이 모두 첨가되어 금속 합금이 제조될 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 용도나 목적에 알맞은 금속 합금을 다양한 방법으로 제조할 수 있다.In addition, in the present invention, two types of mother alloys (a magnesium mother alloy including scandium (Sc) dissolved in grains and a magnesium mother alloy in which scandium is crystallized) are manufactured, thereby making it known to use and purpose. Fit metal alloys can be produced. For example, if a metal alloy in the form of scandium solid solution is required, a magnesium mother alloy in which scandium is dissolved in the grains may be used. In addition, when a scandium-defined metal alloy is required, a magnesium master alloy in which scandium is crystallized may be used. Of course, a metal alloy may be prepared by adding both a magnesium mother alloy including solid solution scandium (Sc) and a magnesium mother alloy in which scandium is crystallized. Therefore, according to the present invention, a metal alloy suitable for use or purpose can be produced by various methods.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 모합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnesium mother alloy according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마그네슘 모합금의 제조 방법은 마그네슘 용탕 형성 단계(S1), 첨가제 첨가 단계(S2), 교반 단계(S3), 주조 단계(S4) 및 냉각 단계(S5)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the method for preparing a magnesium master alloy according to the present invention includes a molten magnesium forming step (S1), an additive addition step (S2), a stirring step (S3), a casting step (S4), and a cooling step (S5). It includes.
상기 마그네슘 용탕 형성 단계(S1)에서는 마그네슘을 도가니에 넣고 600 내지 800℃로 가열한다. 그러면, 상기 도가니 내의 마그네슘은 용융되어 마그네슘 용탕을 형성한다. 여기서, 상기 온도가 600℃ 미만이면 마그네슘 용탕이 형성되기 어렵고, 온도가 800℃를 초과하면 마그네슘 용탕이 발화할 위험이 있다.In the magnesium molten metal forming step (S1), the magnesium is placed in a crucible and heated to 600 to 800 ° C. The magnesium in the crucible is then melted to form a magnesium molten metal. Here, when the temperature is less than 600 ℃, it is difficult to form a magnesium molten metal, when the temperature exceeds 800 ℃ there is a risk of ignition of magnesium molten metal.
또한, 상기 마그네슘 용탕의 발화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호 가스가 제공될 수 있다. 상기 보호 가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물과, 또한 이들의 혼합 가스를 이용하여, 상기 마그네슘의 발화를 억제할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 이러한 보호 가스가 반드시 필요한 것은 아니며, 제공되지 않을 수도 있다.In addition, a small amount of protective gas may be additionally provided to prevent ignition of the magnesium molten metal. The protective gas is a conventional SF 6 , Ignition of the magnesium can be suppressed by using SO 2 , CO 2 , HFC-134a, Novec ™ 612, an inert gas and its equivalents, and also a mixed gas thereof. However, in the present invention, such a protective gas is not necessarily required and may not be provided.
또한, 상기 마그네슘 용탕 형성 단계에서 이용된 마그네슘은 순수 마그네슘, 마그네슘-알루미늄 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. In addition, the magnesium used in the magnesium molten metal forming step may be any one selected from pure magnesium, magnesium-aluminum, and equivalents thereof.
상기 첨가제 첨가 단계(S2)에서는 상기 마그네슘 용탕에 분말 형태의 첨가제를 첨가한다.In the additive addition step (S2), an additive in powder form is added to the magnesium molten metal.
여기서, 상기 첨가제 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 고가의 순수 스칸듐(pure Sc)이 아닌 저가의 산화 스칸듐(Sc2O3) 및 그 등가물중에서 선택된 어느 하 나일 수 있다. 이러한, 첨가제는 마그네슘 모합금의 산화력은 줄이고, 발화 온도는 높여, 보호 가스의 필요량을 현저히 줄이는 역할을 한다.Here, the additive used in the additive addition step may be any one selected from inexpensive scandium oxide (Sc 2 O 3 ) and equivalents thereof, not expensive pure scandium (pure Sc). These additives serve to reduce the oxidation power of the magnesium master alloy and to increase the ignition temperature, thereby significantly reducing the required amount of the protective gas.
상기 첨가제 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 마그네슘 모합금 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부가 첨가될 수 있다. 상기 첨가제가 0.0001중량부 미만인 경우에는 첨가제에 의한 효과(경도 증가, 산화 감소, 발화 온도 증가 및 보호 가스 감소)가 작을 수 있다. 또한, 상기 첨가제가 30중량부를 초과하게 되면 원래의 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 특성이 나타나지 않을 수 있다.The additive used in the additive addition step may be added 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the magnesium mother alloy. When the additive is less than 0.0001 parts by weight, the effect by the additive (hardness increase, oxidation decrease, ignition temperature increase and protective gas decrease) may be small. In addition, when the additive exceeds 30 parts by weight, the original magnesium or magnesium alloy may not appear.
또한, 상기 첨가제 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 크기가 0.1~500㎛일 수 있다. 상기 첨가제의 크기가 0.1㎛ 미만인 것은 현실적으로 만들기 어렵고 비용이 많이 든다. 또한, 상기 첨가제의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 상기 첨가제가 상기 마그네슘 용탕과 반응하지 않을 수 있다.In addition, the additive used in the additive addition step may have a size of 0.1 ~ 500㎛. The size of the additives less than 0.1 μm is difficult and expensive to make in reality. In addition, when the size of the additive exceeds 500㎛ the additive may not react with the magnesium molten metal.
상기 교반 단계(S3)에서는 상기 마그네슘 용탕을 1~400분 동안 교반한다.In the stirring step (S3), the magnesium molten metal is stirred for 1 to 400 minutes.
여기서 교반 시간이 1분 미만이면 마그네슘 용탕에 첨가제가 충분히 섞이지 않고, 교반 시간이 400분을 초과하면 마그네슘 용탕의 교반 시간이 불필요하게 길어질 수 있다.If the stirring time is less than 1 minute, the additives are not sufficiently mixed in the molten magnesium, and if the stirring time exceeds 400 minutes, the stirring time of the magnesium molten metal may be unnecessarily longer.
여기서, 상기 마그네슘 용탕에 첨가된 첨가제는 산화물 형태로 존재하지 않는다. 예를 들면, 산화 스칸듐(Sc2O3)이 마그네슘 용탕에 첨가제로 첨가되었을 경우, 산화 스칸듐(Sc2O3)의 형태로 존재하지 않는다. 즉, 상기 산화 스칸듐(Sc2O3)은 환원된 후 용탕 내 원소들과 반응하여 결정립 내부에 스칸듐이 고용(固溶)되어 합금 형태로 존재하거나, 또는 정출(晶出)되어 화합물 형태로 존재한다. Here, the additive added to the molten magnesium does not exist in the form of an oxide. For example, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added as an additive to the molten magnesium, it is not present in the form of scandium oxide (Sc 2 O 3 ). That is, the scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is reduced and reacts with the elements in the molten metal and scandium is dissolved in crystal grains to exist in the form of an alloy or crystallized to exist in the form of a compound. do.
통상적으로 산화 스칸듐(Sc2O3)이 마그네슘보다 열역학적으로 안정하기 때문에, 마그네슘 용탕내에서 산화 스칸듐(Sc2O3)이 환원되지 않을 것으로 예상된다. 그러나 본 발명자들에 의한 실험에 따르면, 산화 스칸듐(Sc2O3)이 마그네슘 용탕내에서 환원되는 것으로 밝혀졌다. 환원 메카니즘은 아직 밝혀지지 않고 있으며, 따라서 상기 환원 메카니즘을 규명하기 위한 연구가 본 발명자들에 의해 계속 진행 중에 있다.Since scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is usually thermodynamically more stable than magnesium, it is expected that scandium oxide (Sc 2 O 3 ) will not be reduced in the magnesium molten metal. However, experiments by the inventors have shown that scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is reduced in magnesium molten metal. Reduction mechanisms have not yet been identified, and therefore, studies to identify the reduction mechanisms are ongoing by the inventors.
실질적으로 순수 마그네슘에 산화 스칸듐(Sc2O3)이 첨가되었을 경우, 순수 마그네슘에 스칸듐(Sc)이 고용된다. 즉, 스칸듐이 마그네슘과 함께 합금 원소를 이룬다. 또한, 마그네슘-알루미늄에 산화 스칸듐(Sc2O3)이 첨가되었을 경우, 마그네슘-알루미늄의 결정립계에 스칸듐 화합물이 정출(晶出)된다. 즉, 스칸듐이 마그네슘과 함께 합금 원소를 이루지 않고 스칸듐 화합물 형태를 한다. 여기서, 스칸듐 화합물은 통상 Al2Sc, AlSc 또는 Al3Sc의 형태이다.When scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is substantially added to pure magnesium, scandium (Sc) is dissolved in pure magnesium. That is, scandium forms an alloy element with magnesium. In addition, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added to magnesium-aluminum, a scandium compound is crystallized at the grain boundary of magnesium-aluminum. That is, scandium does not form an alloying element with magnesium, but forms a scandium compound. Here, the scandium compound is usually in the form of Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc.
물론, 첨가제를 이루는 나머지 원소(O2)는 모두 마그네슘 용탕의 표면에 부유하게 되며, 이는 수동 또는 자동 설비에 의해 제거될 수 있다.Of course, the remaining elements (O 2 ) constituting the additive are all suspended on the surface of the magnesium molten metal, which can be removed by manual or automatic equipment.
상기 주조 단계(S4)에서는 상기 마그네슘 용탕을 상온(예를 들면, 25℃)~400 ℃의 주형에 넣어 주조한다. In the casting step S4, the magnesium molten metal is cast in a mold at room temperature (for example, 25 ° C) to 400 ° C.
여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 중력 주조, 연속 주조 및 그 등가 방식이 가능하다. 그러나 여기서 상기 주형의 종류 및 상기 주조의 방식을 한정하는 것은 아니다.Herein, the mold may use any one selected from a mold, a ceramic mold, a graphite mold, and an equivalent thereof. In addition, the casting method may be gravity casting, continuous casting and the equivalent method. However, the type of the mold and the method of casting are not limited here.
상기 냉각 단계(S5)에서는 상기 주형을 상온으로 냉각시킨 후 주형에서 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄(eg. 잉곳)을 꺼낸다.In the cooling step S5, after cooling the mold to room temperature, magnesium or magnesium-aluminum (eg, ingot) is taken out of the mold.
여기서, 상기와 같은 방법으로 제조된 마그네슘 모합금은 아래에서 설명하겠지만 결정립계를 갖는 다수의 마그네슘 결정립과, 상기 마그네슘 결정립의 내부에 고용된 스칸듐(Sc)를 포함하거나 또는 상기 마그네슘 결정립의 내부가 아닌 외부로서, 상기 결정립계에 존재하는 스칸듐 화합물로 이루어질 수 있다.Here, the magnesium mother alloy prepared by the above method will include a plurality of magnesium crystal grains having a grain boundary and scandium (Sc) dissolved in the magnesium crystal grains, as described below, but not the inside of the magnesium crystal grains. As, it may be made of a scandium compound present in the grain boundary.
도 2는 순수 마그네슘에 산화 스칸듐이 첨가되어 스칸듐이 고용된 상태를 도시한 조직 사진이다. 일례로 상기 조직 사진은 순수 마그네슘에 0.5%의 산화 스칸듐이 첨가되어 얻어진 것이다.FIG. 2 is a tissue photograph showing a state in which scandium oxide is added to pure magnesium and scandium is dissolved. In one example, the tissue photograph is obtained by adding 0.5% scandium oxide to pure magnesium.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 모합금(100)은 다수의 마그네슘 결정립(110)과, 상기 마그네슘의 결정립(110)의 내부에 고용된 스칸듐을 포함한다. 여기서, 실질적으로 상기 스칸듐은 마그네슘 결정립(110)과 구별되지 않는다. 왜냐하면, 스칸듐이 마그네슘과 함께 합금을 이루기 때문이다.As shown in FIG. 2, the
이와 같이 하여, 순수 마그네슘에 비하여 산화 스칸듐이 첨가되어 제조된 마그네슘 모합금의 경도 특성이 향상된다. 더불어, 상기 스칸듐은 마그네슘 모합금의 원래 조성비를 변화시키지 않고, 또한 마그네슘 모합금의 재활용을 위한 처리 동안 소멸되지 않음으로써, 마그네슘 모합금의 재활용성을 크게 향상시킨다. 즉, 일례로 마그네슘 모합금의 재활용시 다시 스칸듐 또는 산화 스칸듐을 넣어줄 필요가 없다.Thus, compared with pure magnesium, the hardness characteristic of the magnesium master alloy manufactured by adding scandium oxide is improved. In addition, the scandium does not change the original composition ratio of the magnesium mother alloy and also does not disappear during the treatment for recycling the magnesium mother alloy, thereby greatly improving the recyclability of the magnesium mother alloy. That is, for example, when the magnesium master alloy is recycled, it is not necessary to add scandium or scandium oxide.
또한, 상기 산화 스칸듐은 마그네슘 100중량부에 0.0001 내지 30중량부가 첨가되어 제조될 수 있다. 또한, 상기 산화 스칸듐은 크기가 0.1~500㎛일 수 있다. 이러한 수치 범위의 의의는 이미 위에서 설명하였다.In addition, the scandium oxide may be prepared by adding 0.0001 to 30 parts by weight of magnesium. In addition, the scandium oxide may have a size of 0.1 ~ 500㎛. The significance of this numerical range has already been described above.
도 3은 마그네슘-알루미늄에 산화 스칸듐이 첨가되어 스칸듐 화합물이 정출된 상태를 도시한 조직 사진이다. 일례로 상기 조직 사진은 마그네슘-알루미늄(Mg-3Al)에 0.5%의 산화 스칸듐이 첨가되어 얻어진 것이다.3 is a tissue photograph showing a state in which scandium compound is crystallized by adding scandium oxide to magnesium-aluminum. For example, the tissue photograph is obtained by adding 0.5% scandium oxide to magnesium-aluminum (Mg-3Al).
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 모합금(200)은 다수의 마그네슘-알루미늄 결정립(210)과, 스칸듐 화합물(211)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the
상기 다수의 마그네슘-알루미늄 결정립(210)은 결정립계를 가지며, 상기 스칸듐 화합물(211)은 상기 마그네슘-알루미늄 결정립(210)의 내부가 아닌 외부로서, 상기 결정립계에 존재한다. 여기서, 상기 스칸듐 화합물(211)은 Al2Sc, AlSc 또는 Al3Sc의 형태를 한다. 즉, 상기 스칸듐은 마그네슘과 함께 합금을 이루지 않는다.The plurality of magnesium-
이와 같이 하여, 마그네슘 모합금(200)은 아래에서 설명하겠지만 경도 특성이 향상된다. 또한 스칸듐은 마그네슘 모합금의 원래 조성비를 변화시키지 않고, 마그네슘 모합금의 재활용을 위한 처리 동안 소멸되지 않음으로써, 마그네슘 모합금의 재활용성을 크게 향상시킨다. 일례로 마그네슘 모합금의 재활용시 다시 스칸듐 또는 산화 스칸듐을 넣어줄 필요가 없다.In this way, the
또한, 상기 스칸듐 화합물(211)은 마그네슘-알루미늄 100중량부에 0.0001 내지 30중량부가 첨가될 수 있다. 또한, 상기 스칸듐 화합물(211)은 크기가 0.1~500㎛일 수 있다. 이러한 수치 범위의 의의는 이미 위에서 설명하였다.In addition, the
한편, 이러한 마그네슘 모합금은 난연 합금, 캐스팅 합금(casting alloy), 러트 합금(wrought alloy), 크립 합금(creep alloy), 댐핑 합금(damping alloy), 분해 가능한 바이오 합금(degradable bio alloy) 및 파우더 메탈러지(powder metallurgy)중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이용될 수 있다.On the other hand, such magnesium master alloys are flame retardant alloys, casting alloys, rough alloys, creep alloys, damping alloys, degradable bio alloys and powder metals. It can be used with at least one selected from powder metallurgy.
일례로, 상기 캐스팅 합금은 AZ91D, AM20, AM50, AM60에 산화 스칸듐을 혼합하여 형성한 것일 수 있다.For example, the casting alloy may be formed by mixing scandium oxide in AZ91D, AM20, AM50, and AM60.
상기 러트 합금은 AZ31, AM30, AZ61, AZ80에 산화 스칸듐을 혼합하여 형성한 것일 수 있다.The root alloy may be formed by mixing scandium oxide in AZ31, AM30, AZ61, and AZ80.
상기 크립 합금은 Mg-Al, Mg-Al-Re에 산화 스칸듐을 혼합하여 형성한 것일 수 있다. 더불어, 상기 크립 합금은 Mg-Al-Sn 또는 Mg-Zn-Sn에 산화 스칸듐을 혼합하여 형성한 것일 수 있다. The creep alloy may be formed by mixing scandium oxide with Mg-Al and Mg-Al-Re. In addition, the creep alloy may be formed by mixing scandium oxide with Mg-Al-Sn or Mg-Zn-Sn.
상기 댐핑 합금은 순수 Mg, Mg-Si, SiCp/Mg에 산화 스칸듐을 혼합하여 형성한 것일 수 있다.The damping alloy may be formed by mixing scandium oxide with pure Mg, Mg-Si, and SiCp / Mg.
상기 분해 가능한 바이오 합금은 순수 Mg에 산화 스칸듐을 혼합하여 형성한 것일 수 있다.The degradable bioalloy may be formed by mixing scandium oxide with pure Mg.
상기 파우더 메탈러지는 Mg-Zn-(Y)에 산화 스칸듐을 혼합하여 형성한 것일 수 있다. The powder metal waste may be formed by mixing scandium oxide with Mg-Zn- (Y).
물론, 상기 모든 합금에는 최종적으로 산화 스칸듐에서 O2가 제거된 스칸듐만이 결정립계에 정출되어 존재하거나, 또는 결정립계의 내부에 고용되어 존재한다.Of course, in all the alloys, only scandium in which O 2 is finally removed from scandium oxide is crystallized at the grain boundary or is dissolved in the grain boundary.
도 4는 순수 마그네슘과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 순수 마그네슘 사이의 경도 비교 결과를 도시한 그래프이다. 도 4에서 X축은 순수 마그네슘, 및 산화 스칸듐 0.5%가 첨가된 마그네슘이고, Y축은 경도값(HR)이다.4 is a graph showing the results of hardness comparison between pure magnesium and pure magnesium added with scandium oxide according to the present invention. In Fig. 4, the X axis is pure magnesium and magnesium added with 0.5% scandium oxide, and the Y axis is hardness value (HR).
도 4에 도시된 바와 같이 마그네슘 모합금의 제조 공정중 산화 스칸듐의 첨가되면 경도가 증가함을 알 수 있다. 즉, 산화 스칸듐이 첨가되지 않은 순수 마그네슘의 경도는 대략 HRF41이지만, 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금의 경도는 대략 HRF53까지 상승됨을 알 수 있다.As shown in Figure 4 it can be seen that the hardness increases when the scandium oxide is added during the manufacturing process of the magnesium mother alloy. That is, the hardness of pure magnesium without the addition of scandium oxide is approximately HRF41, but the hardness of the magnesium mother alloy with addition of scandium oxide is increased to approximately HRF53.
도 5는 순수 마그네슘과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모 합금 사이의 산화 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 5에서 X축은 경과 시간(min)이고, Y축은 산화량(%)이다. Y축의 기본값은 100으로 설정되어 있다.5 is a graph showing the results of oxidation experiments between pure magnesium and magnesium base alloy to which scandium oxide was added according to the present invention. In FIG. 5, the X axis represents elapsed time (min), and the Y axis represents oxidation amount (%). The default value of the Y axis is set to 100.
도 5에 도시된 바와 같이 순수 마그네슘의 경우 시간이 경과함에 따라 산화가 촉진되어 Y축 값이 증가함을 볼 수 있다. 그러나, 제조 공정중 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 합금의 경우에는 시간이 경과하여도 Y축 값 즉, 산화량이 증가하지 않음을 볼 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 마그네슘 모합금은 시간이 경과하여도 산화되지 않음으로써, 각종 애플리케이션에 안전하다.As shown in FIG. 5, in the case of pure magnesium, oxidation is accelerated and the Y-axis value increases as time passes. However, it can be seen that in the case of magnesium alloy to which scandium oxide is added during the manufacturing process, the Y-axis value, that is, the amount of oxidation does not increase over time. That is, the magnesium master alloy according to the present invention is not oxidized over time, and thus is safe for various applications.
도 6은 순수 마그네슘과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금 사이의 발화 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 6에서 X축은 순수 마그네슘, 및 산화 스칸듐 0.5%가 첨가된 마그네슘이고, Y축은 발화 온도(℃)이다.6 is a graph showing the results of ignition experiments between pure magnesium and magnesium master alloy to which scandium oxide was added according to the present invention. In Fig. 6, the X axis is pure magnesium and magnesium added with 0.5% scandium oxide, and the Y axis is the ignition temperature (° C).
도 6에 도시된 바와 같이, 제조 공정중 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금의 경우 발화 온도가 증가함을 볼 수 있다. 즉, 산화 스칸듐이 첨가되지 않은 순수 마그네슘의 발화 온도는 대략 600℃이지만, 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금은 발화 온도가 대략 700℃까지 상승됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, it can be seen that the firing temperature is increased in the case of the magnesium mother alloy to which scandium oxide is added during the manufacturing process. That is, the firing temperature of the pure magnesium without the scandium oxide is approximately 600 ℃, it can be seen that the firing temperature of the magnesium master alloy added with the scandium oxide is raised to approximately 700 ℃.
도 7은 마그네슘-알루미늄 합금과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘-알루미늄 합금 사이의 경도 비교 결과를 도시한 그래프이다. 도 4에서 X축은 마그네슘-알루미늄 합금, 및 산화 스칸듐 0.5%가 첨가된 마그네슘-알루미늄 합금이고, Y축은 경도값(HR)이다.7 is a graph showing the results of hardness comparison between magnesium-aluminum alloy and magnesium-aluminum alloy to which scandium oxide is added according to the present invention. In FIG. 4, the X-axis is a magnesium-aluminum alloy and a magnesium-aluminum alloy to which 0.5% scandium oxide is added, and the Y-axis is hardness value (HR).
도 7에 도시된 바와 같이 마그네슘-알루미늄의 제조 공정중 산화 스칸듐의 첨가되면 경도가 증가함을 알 수 있다. 즉, 산화 스칸듐이 첨가되지 않은 마그네슘-알루미늄 합금의 경도는 대략 HRF50이지만, 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘-알루미늄 합금의 경도는 대략 HRF68까지 상승됨을 알 수 있다.As shown in Figure 7, it can be seen that the hardness increases when the scandium oxide is added during the manufacturing process of magnesium-aluminum. That is, it can be seen that the hardness of the magnesium-aluminum alloy to which scandium oxide is not added is approximately HRF50, but the hardness of the magnesium-aluminum alloy to which scandium oxide is added is raised to approximately HRF68.
도 8은 본 발명에 따른 금속 합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal alloy according to the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 금속 합금의 제조 방법은 금속 용탕 형성 단계(S11), 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12), 교반 단계(S13), 주조 단계(S14) 및 냉각 단계(S15)를 포함한다.As shown in FIG. 8, the method of manufacturing a metal alloy according to the present invention includes forming a molten metal (S11), adding a magnesium mother alloy with scandium (S12), stirring (S13), casting (S14), and cooling. Step S15 is included.
상기 금속 용탕 형성 단계(S11)에서는 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금을 도가니에 넣고 600 내지 800℃로 가열한다. 그러면, 상기 도가니 내의 금속은 용융되어 금속 용탕을 형성한다. 여기서, 상기 온도가 600℃ 미만이면 금속 용탕이 형성되기 어렵고, 온도가 800℃를 초과하면 금속 용탕이 발화할 위험이 있다.In the molten metal forming step (S11), a magnesium alloy or an aluminum alloy is placed in a crucible and heated to 600 to 800 ° C. The metal in the crucible is then melted to form a molten metal. In this case, when the temperature is less than 600 ° C., the molten metal is less likely to be formed, and when the temperature exceeds 800 ° C., there is a risk that the metal molten metal is ignited.
여기서, 일례로 상기 금속은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg-Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si, Mg-Zn-Y중에서 선택된 어느 하나의 마그네슘 합금일 수 있다.Here, for example, the metal is AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2 Mg-Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si, Mg-Zn-Y may be any one magnesium alloy selected from.
또한, 상기 금속은 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200 계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용(Casting) 알루미 늄 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 합금일 수 있다.In addition, the metal is 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series wrought aluminum or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series, It may be a metal alloy, characterized in that any one selected from 700 series casting aluminum.
여기서, 상기 알루미늄 합금에 대해 좀더 구체적으로 설명한다. 알루미늄 합금은 그 사용 용도에 따라 종류도 다양하게 개발되었으며, 알루미늄 합금의 종류는 오늘날 거의 모든 나라에서 미국알루미늄협회(Aluminum Association of America)의 규격을 채택하여 분류하고 있다. 표 1은 합금 계열별로 주요 합금 원소의 구성을 천단위로 보이고 있으며, 각 합금 계열에 다른 개량 원소를 추가로 첨가하여 4자리 숫자를 더 세분화하여 합금명을 붙인다. Here, the aluminum alloy will be described in more detail. Aluminum alloys have been developed in various types according to their use, and the types of aluminum alloys are classified according to the standards of the Aluminum Association of America in almost every country today. Table 1 shows the composition of the main alloying elements by the alloy series in thousands, and adds another improved element to each alloy series to further subdivide the four-digit number and attach the alloy name.
[표 1] 합금계열에 따른 알루미늄의 분류 방법[Table 1] Classification of aluminum according to alloy series
첫 번째 숫자는 상기와 같이 주요합금원소를 나타내는 합금계열을 표시하고, 두 번째 숫자는 기본합금을 0으로 표시하고 개량한 합금을 1~9라는 숫자로 표시하며 독자적으로 개발한 새로운 합금은 N자를 붙인다. 예로서 2xxx는 Al-Cu계열 알루미늄의 기본 합금이고 21xx~29xx는 Al-Cu계열 기본 합금을 개량한 합금이며 2Nxx는 협회규격이외로 개발한 새로운 합금인 경우이다. 세 번째와 네 번째 숫자는 순수한 알루미늄의 경우 알루미늄의 순도를 표시하며, 합금일 경우 과거에 사용하던 알코아 회사의 합금 이름이다. 예로서 순수 알루미늄의 경우 1080은 알루미늄이 99.80%Al 이상이고 1100은 99.00%Al을 나타낸다. The first number indicates the alloy series representing the main alloy element as above, the second number indicates the base alloy as 0, and the improved alloy as the number 1 ~ 9. Attach. For example, 2xxx is a base alloy of Al-Cu series aluminum, 21xx ~ 29xx is an improvement of Al-Cu series base alloy, and 2Nxx is a new alloy developed outside the association standard. The third and fourth numbers indicate the purity of aluminum in the case of pure aluminum, and the alloy name of the Alcoa company used in the past for alloys. For example, in the case of pure aluminum, 1080 represents at least 99.80% Al and 1100 represents 99.00% Al.
주요 가공 합금의 구성은 아래 표 2에 기재된 바와 같다. 각각의 합금이 가지는 성질은 그 구성 금속 및 함량뿐만 아니라 가공 방법에 따라서도 크게 달라진다. The composition of the main work alloy is as shown in Table 2 below. The properties of each alloy vary greatly depending on the constituent metal and content as well as the processing method.
상기 알루미늄 합금의 주요 구성은 아래 표 2와 같다.The main configuration of the aluminum alloy is shown in Table 2 below.
[표 2] 알루미늄 합금의 주요 구성[Table 2] Main composition of aluminum alloy
상기 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12)에서는 상기 금속 용탕에 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금을 첨가한다. 여기서, 상술한 바와 같이 상기 금속 용탕은 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금임은 이미 위에서 설명하였다.In the magnesium master alloy adding step (S12), a magnesium mother alloy having scandium is added to the molten metal. Here, as described above, the molten metal is a magnesium alloy or an aluminum alloy, as described above.
여기서, 상기 마그네슘 모합금 첨가 단계에서 이용된 것은 고가의 순수 스칸듐(pure Sc)에 비해 저가의 산화 스칸듐(Sc2O3) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나가 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄에 첨가되어 제조된 것일 수 있다. 이러한 마그네슘, 마그네슘-알루미늄 및 그 제조 방법에 대해서는 이미 위에서 충분히 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.Here, the magnesium master alloy added step is prepared by adding any one selected from low-cost scandium oxide (Sc 2 O 3 ) and equivalents thereof to magnesium or magnesium-aluminum compared to pure pure scandium (pure Sc). It may be. Since magnesium, magnesium-aluminum, and a method for producing the same have already been described above sufficiently, further description thereof will be omitted.
이와 같이 하여, 본 발명은 저비용으로 제조한 스칸듐을 갖는 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄 합금을 금속 용탕에 첨가함으로써, 산화 스칸듐을 금속 용탕에 직접 넣을 때의 여러 가지 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 산화 스칸듐(Sc2O3)을 직접 알루미늄에 첨가하면 산화물로서 합금의 품질을 저하시키는 문제가 있으나, 본 발명에서와 같이 스칸듐(Sc)을 함유하는 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄을 알루미늄에 첨가함으로써 합금의 품질을 저하시키지 않게 된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 산화 스칸듐(Sc2O3)을 직접 알루미늄에 첨가하면, 경도 특성, 내부식성 및 용접 특성의 합금 특성이 저하되지만, 본 발명에서와 같이 이미 스칸듐이 함유된 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄을 알루미늄에 첨가하면, 경도 특성, 내부식성 및 용접 특성의 합금 특성이 그대로 유지된다.In this way, the present invention can solve various problems when the scandium oxide is added directly to the molten metal by adding magnesium or magnesium-aluminum alloy having scandium produced at low cost to the molten metal. For example, if scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is directly added to aluminum, there is a problem of degrading the quality of the alloy as an oxide, but as in the present invention, magnesium or magnesium-aluminum containing scandium (Sc) is added to aluminum. By adding it, the quality of an alloy is not reduced. More specifically, the addition of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) directly to aluminum reduces the alloy properties of hardness, corrosion resistance and welding properties, but it is already magnesium or magnesium containing scandium as in the present invention. When aluminum is added to aluminum, the alloy properties of hardness, corrosion resistance and welding properties are maintained.
여기서, 일례로 5000 계열의 금속 합금은 3000 계열의 금속 합금보다 강하며, 형태를 만들어내기가 쉽고, 부식에도 더 강하다. 또한 용접이 가능한 잇점이 있다. 특히, 5182번 합금은 알루미늄 캔의 뚜껑에 사용될 수 있다. 더불어, 5005번과 5083번, 그리고 5052, 5056, 5086번 및 그 변종들은 전기설비, 각종 주방용기, 금속판, 내압용기, 전파송신탑, 용접구조물, 보트, 화학물질 저장고 등에 널리 사용될 수 있다. 방충망, 못 및 고정기구 등은 대개 5000 계열의 합금으로 만들어질 수 있다. 이와 같은 특성을 갖는 5000 계열의 금속 합금에 상술한 바와 같이 이미 스칸듐이 포함된 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄을 첨가하게 되면, 저가인 동시에, 경도 특성, 내부식성 및 용접성이 저하되지 않는 알루미늄 합금을 얻게 된다.Here, for example, the 5000 series metal alloy is stronger than the 3000 series metal alloy, is easy to form, and is more resistant to corrosion. It also has the advantage of being welded. In particular, alloy 5182 may be used on the lid of an aluminum can. In addition, 5005, 5083, and 5052, 5056, 5086 and variants can be widely used in electrical installations, various kitchen containers, metal plates, pressure vessels, radio transmission towers, welding structures, boats, and chemical storage. Insect screens, nails and fasteners can usually be made from 5000 series alloys. When magnesium or magnesium-aluminum, which already contains scandium, is added to the 5000 series of metal alloys having such characteristics, an aluminum alloy is obtained at low cost and in which hardness characteristics, corrosion resistance and weldability are not deteriorated. .
한편, 상기 마그네슘 모합금 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 금속 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부가 첨가될 수 있다. 상기 첨가제가 0.0001중량부 미만인 경우에는 마그네슘에 의한 효과(경도, 내부식성, 용접성)가 작을 수 있다. 또한, 상기 첨가제가 30중량부를 초과하게 되면 원래의 금속 합금의 특성이 나타나지 않을 수 있다.On the other hand, the additive used in the magnesium master alloy addition step may be added 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal. When the additive is less than 0.0001 parts by weight, the effect due to magnesium (hardness, corrosion resistance, weldability) may be small. In addition, when the additive is more than 30 parts by weight, the properties of the original metal alloy may not appear.
또한, 상기 마그네슘 모합금 첨가 단계에서 이용된 첨가제의 크기가 0.1~500㎛일 수 있다. 상기 첨가제의 크기가 0.1㎛ 미만인 것은 현실적으로 만들기 어렵고 비용이 많이 든다. 또한, 상기 첨가제의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 상기 마그네슘이 상기 금속 용탕과 반응하지 않을 수 있다.In addition, the size of the additive used in the magnesium master alloy addition step may be 0.1 ~ 500㎛. The size of the additives less than 0.1 μm is difficult and expensive to make in reality. In addition, when the size of the additive exceeds 500㎛ the magnesium may not react with the molten metal.
더불어, 상기 마그네슘-일루미늄 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 금속 합금 100중량부에 대하여 0.0001 내지 30중량부가 첨가될 수 있다. 상기 첨가제가 0.0001중량부 미만인 경우에는 마그네슘에 의한 효과(경도, 내부식성, 용접성)가 작을 수 있다. 또한, 상기 첨가제가 30중량부를 초과하게 되면 원래의 금속 합금의 특성이 나타나지 않을 수 있다.In addition, the additive used in the magnesium-alunium addition step may be added 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal alloy. When the additive is less than 0.0001 parts by weight, the effect due to magnesium (hardness, corrosion resistance, weldability) may be small. In addition, when the additive is more than 30 parts by weight, the properties of the original metal alloy may not appear.
또한, 상기 마그네슘-알루미늄 첨가 단계에서 이용된 첨가제는 크기가 0.1~500㎛일 수 있다. 상기 첨가제의 크기가 0.1㎛ 미만인 것은 현실적으로 만들기 어렵고 비용이 많이 든다. 또한, 상기 첨가제의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 상기 마그네슘-알루미늄이 상기 금속 용탕과 반응하지 않을 수 있다.In addition, the additive used in the magnesium-aluminum addition step may have a size of 0.1 ~ 500㎛. The size of the additives less than 0.1 μm is difficult and expensive to make in reality. In addition, when the size of the additive exceeds 500㎛ the magnesium-aluminum may not react with the molten metal.
상기 교반 단계(S13)에서는 상기 금속 용탕을 1~400분 동안 교반한다.In the stirring step (S13), the metal molten metal is stirred for 1 to 400 minutes.
여기서 교반 시간이 1분 미만이면 금속 용탕에 첨가제가 충분히 섞이지 않고, 교반 시간이 400분을 초과하면 금속 용탕의 교반 시간이 불필요하게 길어질 수 있다.If the stirring time is less than 1 minute, the additives are not sufficiently mixed in the molten metal, and if the stirring time exceeds 400 minutes, the stirring time of the molten metal may be unnecessarily longer.
여기서, 상기 금속 용탕이 알루미늄일 경우, 그 알루미늄 용탕에 첨가된 마그네슘중 스칸듐은 알루미늄과 스칸듐의 높은 원소 친화력으로 인해 Al2Sc, AlSc 또는 Al3Sc 로 존재하게 된다.Here, when the molten metal is aluminum, scandium in magnesium added to the molten aluminum is present as Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc due to the high elemental affinity between aluminum and scandium.
또한, 상기와 같은 교반 단계에서 상기 Al2Sc, AlSc 또는 Al3Sc는 금속 결정립의 내부에 존재하지 않고, 결정립의 외부 즉, 결정립계에서 금속간 화합물 형태로 존재하게 된다. 즉, 이러한 교반 단계에서 상기 Al2Sc, AlSc 또는 Al3Sc의 금속 화합물이 형성된다.In addition, in the stirring step as described above, the Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc does not exist in the interior of the metal grains, it is present in the form of an intermetallic compound at the outside of the grains, that is, the grain boundary. That is, in this stirring step, the metal compound of Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc is formed.
상기 주조 단계(S14)에서는 상기 금속 용탕을 상온(예를 들면, 25℃)~400℃의 주형에 넣어 주조한다.In the casting step S14, the molten metal is cast in a mold at room temperature (for example, 25 ° C) to 400 ° C.
여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 중력 주조, 연속 주조 및 그 등가 방식이 가능하다. 그러나 여기서 상기 주형의 종류 및 상기 주조의 방식을 한정하는 것은 아니다.Herein, the mold may use any one selected from a mold, a ceramic mold, a graphite mold, and an equivalent thereof. In addition, the casting method may be gravity casting, continuous casting and the equivalent method. However, the type of the mold and the method of casting are not limited here.
상기 냉각 단계(S5)에서는 상기 주형을 상온으로 냉각시킨 후 주형에서 금속 합금(eg. 금속 합금 잉곳)을 꺼낸다.In the cooling step S5, the mold is cooled to room temperature, and then a metal alloy (eg, a metal alloy ingot) is taken out of the mold.
여기서, 상기와 같은 방법으로 제조된 금속 합금은 결정립계를 갖는 다수의 금속 결정립과, 상기 금속 결정립의 내부가 아닌 외부로서, 상기 결정립계에 존재하는 금속간 화합물(즉, Al2Sc 또는 AlSc 또는 Al3Sc)로 이루어진다. 물론, 경우에 따라 순수한 마그네슘과 같은 금속의 경우 스칸듐은 금속 결정립의 내부에 고용(固溶)된 형태를 한다.Here, the metal alloy prepared by the above method is a plurality of metal grains having a grain boundary, and the intermetallic compound (ie, Al 2 Sc or AlSc or Al 3 present in the grain boundary as the outside, not the inside of the metal grains) Sc). Of course, in some cases, for metals such as pure magnesium, scandium is in the form of a solid solution inside the metal grains.
이와 같이 하여, 본 발명은 마그네슘 모합금(스칸듐을 갖는 마그네슘 또는 스칸듐을 갖는 마그네슘-알루미늄)을 금속 용탕(마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금)에 첨가함으로써, 산화 스칸듐을 금속 용탕에 직접 넣을 때의 여러 가지 문제를 해결할 수 있다. 일례로, 산화 스칸듐(Sc2O3)을 직접 알루미늄에 첨가하면 산화물로서 합금의 품질을 저하시키는 문제가 있으나, 본 발명에서와 같이 스칸듐을 함유하는 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄을 알루미늄에 첨가함으로써 합금의 품질(강도, 내부식성 및 용접성 등)을 저하시키지 않으면서도 저가로 알루미늄 합금을 제 조할 수 있다.In this way, the present invention provides various problems when the scandium oxide is directly added to the molten metal by adding a magnesium master alloy (magnesium with scandium or magnesium-aluminum with scandium) to the molten metal (magnesium alloy or aluminum alloy). Can be solved. For example, if scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is directly added to aluminum, there is a problem of degrading the quality of the alloy as an oxide, but as in the present invention, magnesium or magnesium-aluminum containing scandium is added to aluminum to Aluminum alloys can be manufactured at low cost without compromising quality (strength, corrosion resistance, weldability, etc.).
한편 상기와 같은 방법으로 제조된 알루미늄 합금의 강도 실험 데이터를 아래의 표 3에 기재하였다.Meanwhile, the strength test data of the aluminum alloy prepared by the above method is described in Table 3 below.
[표 3] 알루미늄 합금의 강도 실험 데이터[Table 3] Strength test data of aluminum alloy
위의 표 3에서와 같이 7000계열의 알루미늄 합금에 상술한 방법으로 스칸듐이 이미 첨가된 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄을 첨가하였을 경우, 강도가 550-600MPa에서 650-700MPa로 증가함을 알 수 있다.As shown in Table 3 above, when magnesium or magnesium-aluminum, in which scandium is already added, is added to the 7000 series aluminum alloy, the strength increases from 550-600 MPa to 650-700 MPa.
또한, 위의 표 3에서와 같이 5000계열의 알루미늄 합금에 상술한 방법으로 스칸듐이 이미 첨가된 마그네슘 또는 마그네슘-알루미늄을 첨가하였을 경우, 강도가 350-400MPa에서 450-500MPa로 증가함을 알 수 있다.In addition, as shown in Table 3 above, when magnesium or magnesium-aluminum, in which scandium is already added, is added to the aluminum alloy of the series 5000, the strength increases from 350-400 MPa to 450-500 MPa. .
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 금속 합금 및 그 제조 방법에 의하면, 스칸듐을 갖는 마그네슘 모합금이 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 합금에 첨가됨으로써, 금속 합금이 저가로 제조되며, 또한 금속 합금의 경도 특성, 내부식성 및 용접 특성과 같은 합금 특성이 저하되지 않는다.Thus, according to the metal alloy and the manufacturing method thereof according to the present invention, the magnesium master alloy having scandium is added to a metal alloy such as a magnesium alloy or an aluminum alloy, whereby the metal alloy is produced at low cost and the hardness of the metal alloy Alloy properties such as properties, corrosion resistance and welding properties are not degraded.
더불어 본 발명에서는 금속 결정립의 내부에 스칸듐이 고용된 마그네슘 모합금 형태 또는 결정립계에 스칸듐이 정출된 마그네슘 모합금 형태로 제조됨으로써, 용도나 목적에 알맞는 금속 합금이 쉽게 제조될 수 있다. 예를 들면, 스칸듐이 고용된 형태의 금속 합금이 필요할 경우 상기 금속 결정립의 내부에 스칸듐이 고용된 마그네슘 모합금이 이용될 수 있다. 또한, 스칸듐이 정출된 형태의 금속 합금이 필요할 경우 상기 결정립계에 스칸듐이 정출된 마그네슘 모합금이 이용될 수 있다. 물론, 금속 결정립의 내부에 스칸듐이 고용된 마그네슘 모합금 형태 또는 결정립계에 스칸듐이 정출된 마그네슘 모합금이 모두 첨가되어 금속 합금이 제조될 수도 있다. In addition, in the present invention, the magnesium alloy in which scandium is dissolved in the metal grains or the magnesium mother alloy in which scandium is crystallized at the grain boundary can be easily manufactured. For example, when a metal alloy in the form of scandium is dissolved, a magnesium mother alloy in which scandium is dissolved in the metal grains may be used. In addition, when a metal alloy of the scandium crystallized form is required, a magnesium mother alloy in which scandium is crystallized at the grain boundary may be used. Of course, the metal alloy may be prepared by adding a magnesium mother alloy in which scandium is dissolved in the metal grains or a magnesium mother alloy in which scandium is crystallized to the grain boundary.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 마그네슘 모합금, 이의 제조 방법, 이를 이용한 금속 합금, 및 이의 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for carrying out a magnesium mother alloy, a method for producing the same, a metal alloy using the same, and a method for producing the same according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, As claimed in the claims, any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 모합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnesium mother alloy according to the present invention.
도 2는 순수 마그네슘에 산화 스칸듐이 첨가되어 스칸듐이 고용된 상태의 마그네슘 모합금을 도시한 조직 사진이다.FIG. 2 is a tissue photograph showing a magnesium mother alloy in which scandium oxide is added to pure magnesium to form a scandium solution.
도 3은 마그네슘-알루미늄에 산화 스칸듐이 첨가되어 스칸듐이 정출된 상태의 마그네슘 모합금을 도시한 조직 사진이다.3 is a structure photograph showing a magnesium mother alloy in which scandium oxide is added to magnesium-aluminum to form scandium.
도 4는 순수 마그네슘과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금 사이의 경도 비교 결과를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing the results of hardness comparison between pure magnesium and magnesium master alloy to which scandium oxide is added according to the present invention.
도 5는 순수 마그네슘과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금 사이의 산화 실험 결과를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the results of oxidation experiments between pure magnesium and magnesium master alloy added with scandium oxide according to the present invention.
도 6은 순수 마그네슘과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금 사이의 발화 실험 결과를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the results of ignition experiments between pure magnesium and magnesium master alloy to which scandium oxide was added according to the present invention.
도 7은 순수 마그네슘과 본 발명에 따라 산화 스칸듐이 첨가된 마그네슘 모합금(마그네슘-알루미늄) 사이의 경도 비교 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the results of hardness comparison between pure magnesium and magnesium master alloy (magnesium-aluminum) to which scandium oxide is added according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 금속 합금의 제조 방법을 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal alloy according to the present invention.
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