복합 분말야금공정을 이용한 마그네슘 합금분말의 고강도화에 관한 연구

Abstract

산업의 고도화 및 지구환경 보존의 대책으로 에너지 절감, 배출가스절감의 관점에서 요구되는 부품의 특성은 초소형화, 고강도화, 경량화, 복합화 및 고기능화 등으로 다양화되고 있는 추세이며 새로운 산업소재의 적용을 재촉하고 있다. 특히 각종 부품산업 뿐 아니라 전자, 우주항공 분야에서는 기존에 없었던 특성을 나타내는 고성능 소재의 요구가 높아가고 있어 신 개념의 소재 개발이 절실히 필요하다. 그 중 마그네슘 합금은 경량화 목적에 가장 잘 부합될 수 있는 소재이고, 환경친화적인 소재로 많은 연구자들의 관심을 받고 있으며, 고성능 소재개발에 착안한 다양한 연구가 진행되어지고 있다. 최근 마그네슘 합금 중 Mg-Zn-Y 3원계 합금은 준결정상과 기지간의 안정한 계면에 의해, 높은 강도와 연신을 타나내고 있으며, 낮은 마찰계수와 계면에너지를 가지는 것으로 보고되었다[39]. 이러한 마그네슘 합금은 주로 다이캐스팅과 같은 주조공정에 의해 제조되고 있으나, 최근에는 급속응고법으로 제조된 Mg-Zn-Y 합금분말을 성형하여 기존의 주조재에 비해 우수한 강도 및 연신을 가지는 결과가 발표되었다[40]. 또한 이러한 분말야금법은 일반적인 부품제조 기술에 비해 높은 치수 정밀도, 대량생산 부품에 적합하고, 후가공에 의한 재료손실이 최소화되어, 복잡한 형상의 부품제작이 가능한 장점이 있어 이에 대한 많은 연구들이 진행되어 지고 있다. 본 논문에서는 위의 연구의 일환으로 기존의 분말을 통해 압출 시 문제점으로 생각되었던 can의 사용을 방전 플라즈마 소결을 통해 벌크화하는 방법을 통해 탈가스 공정과 can 및 can 제거 비용을 동시에 해결하려 하였다. 또한 방전 플라즈마 소결을 통해 제조할 경우 표면 활성화로 인한 산화막 제거 및 결정립 성장 억제가 가능하여 기계적 특성을 향상 시킬 수 있을 것이라 판단되었다. 실험 결과 기존 canning법에 의해 제조된 압출재에 비해 강도가 약 50MPa 증가됨과 동시에 연신률도 상승되었다. 이는 방전플라즈마 소결에 의한 벌크화로 비교적 열에 노출되는 시간이 적고, 또한 기존에 비해 낮은 온도에서 완전히 변형된 압출이 가능한 것이 그 요인이라 생각된다.; Mg alloys stand on the center of investigation due to their high potential of industrial application structurally as well as functionally, corresponding to the low density and abundance. However, the intrinsic low strength and corrosion resistance have limited to extend the application area of Mg alloys. Among a lot of attempts to modify the disadvantages, an addition of rare earth elements to the Mg was reported to improve the strength remarkably. For example, Mg-Zn-Y alloy presents high strength and hardness, low friction coefficient and low interfacial energy in both the ambient and elevated temperature, as the result of a homogeneous distribution of metastable icosahedral phase (I-phase) in the Mg phase. However, the progress has rarely been reported to improve the properties further. Thus, it is necessary to identify whether the rapid solidification (RS) is effective to improve the properties of the cast Mg-Zn-Y alloys or not, since RS is known to enhance the mechanical properties corresponding to the grain refinement. In addition, a recent advance in RS powder metallurgy (PM) technique regards as a promising alternative in overcoming the drawback of cast alloy, but also the low productive and complicated procedure of melt spinning commonly used. In the study, we report the material property of flammable MgZn4.3Y0.7 alloy powders prepared via the gas atomization. Variation of microstructure and mechanical properties of the specimens were studied as a function of sintering and extrusion conditions. The grain size were decreased with extruding as well as decreasing initial powder sizes. The mechanical properties were improved not only by holding the time at the sintering temperature, but also by raising extrusion ratio from 10 : 1 to 20 : 1.