LPSO 상을 포함한 마그네슘 합금의 열처리 조건별 미세조직 변화 = Morphological Evolution of LPSO Phases in Magnesium Alloys under Different Heat Treatment Conditions

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigates the microstructural evolution of high-strength magnesium alloys under elevated temperatures, with a focus on the effects of different heat treatment methods. The alloys used in this work were extruded Mg–xY–1Cu–1Ni (x=1, 2, 3), which are known for their superior strength. The addition of rare-earth (RE) elements such as Y, along with transition metals (TM) such as Cu and Ni, promotes the formation of Long-Period Stacking Ordered (LPSO) phases, which significantly enhance the mechanical strength of magnesium alloys. To explain the microstructural behavior of these high-strength alloys in high temperature environments, the morphological changes of the α-Mg matrix and LPSO phases were examined under different heat treatment routes. Differential scanning calorimetry (DSC) analysis was conducted to identify the endothermic reactions responsible for these microstructural transformations. Prior to heat treatment, the LPSO phases exhibited Block-shaped morphologies. However, furnace heat treatment (FHT) induced a transformation into Rod-shaped structures. When sufficient endothermic absorption occurred, the LPSO phases further evolved into net-shaped morphologies. DSC results revealed that the temperature range of endothermic reactions varied depending on the Y content, and that the extent of LPSO morphological transformation was strongly correlated with the magnitude of the absorbed enthalpy. Electropulsing treatment (EPT), conducted under the same temperature conditions as FHT, promoted grain refinement, which consequently contributed to hardness improvement. Additionally, microstructures of specimens fractured after EPT and those subjected to FHT at 703 K were compared, enabling a systematic investigation of the LPSO phase evolution under each thermal condition.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 고강도 마그네슘 합금의, 열처리 방법에 따른 고온 환경 내 미세조직 변화 거동에 대한 연구이다. 연구에 사용된 합금은 Mg-xY-1Cu-1Ni (x=1, 2, 3) 압출재인데 해당 합금은 고강도 특성을 가진다. 마그네슘에 Y와 같은 Rare-earth(RE) 원소와 Cu, Ni과 같은 Transition metal(TM)이 첨가될 경우 Long-Period Stacking Ordered phase(LPSO)라는 2차상을 생성하는데 LPSO 상의 존재는 마그네슘 합금이 고강도를 가지게 한다. 고강도 마그네슘의 고온 환경 내 미세조직 거동을 확인하기 위해 열처리 방법에 따른 α-Mg matrix 및 LPSO 상의 형상 변화를 관찰하였으며 시차 주사 열량측정법을 통해 흡열 반응이 미세조직 변화의 원인임을 규명하였다. 열처리 전 LPSO 상은 Block 형상을 가지는데 Furnace heat treatment(FHT) 이후 LPSO 상이 Rod 형상으로 변하는 것이 관찰되었다. 흡열 반응이 충분히 이루어진 경우에는 Net-shaped 구조로 변하였다. DSC 분석 결과, Y 함량 차이에 따라 흡열 반응의 온도 범위가 다름을 확인하였으며 흡열량에 따라 미세조직 변화에 차이가 있음을 확인하였다. Electropulsing treatment(EPT)를 FHT와 동일한 조건에서 진행한 이후, 결정립 미세화가 관찰되었고 이는 경도 향상의 원인이 되었다. 또한 EPT 이후 파단된 시편과 703 K에서 FHT한 시편의 미세조직도 관찰하여 LPSO 상 형상 변화를 체계적으로 규명하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 제 2장 이론적 배경 3
• 2.1 Long-Period Stacking Ordered phases (LPSO) 3
• 2.2 전류 펄스 인가법 (Electropulsing treatment, EPT) 5
• 2.3 열처리에 따른 LPSO 상의 용해 및 DSC 분석 7
• 2.4 열처리에 따른 LPSO 상의 성장 (Ledge mechanism) 9
• 제 3장 실험 방법 10
• 제 4장 실험 결과 13
• 제 5장 고찰 27
• 제 6장 결론 50
• 참고문헌 52
• Abstract 63