내산화성 Mg 모합금을 이용한 고(高) Mg 함유 ECO-Almag6~9 합금 압출재의 제조 및 특성평가

김봉환 ( Bong-hwan Kim ),윤영옥 ( Young-Ok Yoon ),김세광 ( Shae-Kwang Kim ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.3

산업용으로 활용되는 많은 알루미늄 합금에 마그네슘 성분이 포함되어 있다. 이들 알루미늄 합금에 첨가된 마그네슘 원소는 알루미늄의 강도를 향상시키는 역할을 하지만, 제조 과정 중 산화 경향이 크기 때문에 제품의 품질과 특성을 저해하는 원인이 된다. 마그네슘이 주요 합금원소인 5천계 알루미늄 전신재 합금의 경우, 높은 산화성으로 인하여 마그네슘 함량은 약 5wt% 이내에서만 활용된다. 본 연구에서는 산화 경향이 억제된 것으로 알려진 ECO-Mg 모합금을 이용하여 5wt% 이상의 높은 마그네슘 함량을 포함하는 새로운 합금, ECO-Amag6~9 (6~9wt%Mg 함유) 합금을 제조하고 그 특성을 평가하였다. ECO-Almag6~9 합금은 높은 Mg 함량에도 깨끗한 용탕 품질이 확보되어 양산용 DC 주조기를 이용한 빌렛 제조 및 압출이 가능하였다. 또한 높은 Mg 함량으로 인해기존 산업용 5xxx계 합금에 비해 높은 강도와 연성을 보여 산업적 활용성이 높을 것으로 기대된다. The magnesium is one of the important alloying elements in the conventional aluminum alloys. The addition of magnesium to aluminum is well known to increase the mechanical strength of the aluminum without the trade-off of the decreased elongation. However, the content of magnesium in aluminum alloys has been limited to be lower than about 5wt.% because of the high oxidation tendency of magnesium element during the manufacturing processes such as casting, hot-forming and post heat-treatments, which can deteriorate the quality and properties of the final products. In this study, new ‘ECO-Almag6~9’ (containing 6~9wt%Mg) alloys were investigated to be made of the ECO-Mg master alloy, which has been invented to reduce the oxidation tendency of itself. It was successfully demonstrated that ECO-Almag6~9 alloys can be fabricated through the mass-production facilities of DC casting and extrusion routes without the problems of magnesium oxidation. In addition, it was confirmed that the strength and ductility were simultaneously improved due to the addition of high magnesium contents.

친환경 마그네슘-공기 전지용 AZ31, AZ61 마그네슘 합금 전극의 전기화학적 특성

최원경 한국융합학회 2021 한국융합학회논문지 Vol.12 No.5

환경 친화적인 마그네슘-공기 전지는 이론적 방전용량이 매우 높은 1차전지로 알려진 금속-공기 전지이며 대기 중 산소를 양극 활물질로 사용하고 마그네슘 합금을 연료로 사용하는 관점에서 금속-연료전지로도 불리고 있다. 음극으 로 사용하는 마그네슘합금의 성능에 따라 전지 전체 성능이 결정되므로 고성능 전지로 상용화하기 위해서는 음극 재료 인 마그네슘 합금 전극의 성능에 대한 연구와 개선이 필요하다. 본 연구는 상용화된 마그네슘 합금(AZ31, AZ61)을 선택하여 마그네슘-공기 전지용 전극재료로서 가능성을 평가하기 위하여 전기화학적인 측정을 실시하고 방전 특성을 조사하였다. 개방회로전위 변화, Tafel 곡선 변화, 순환전류전압곡선 측정을 통해 마그네슘합금들의 전기화학적 특성을 조사하였고 정전류 방전 실험을 통해 AZ61 합금의 우수한 방전 용량(1410mAhg-1)과 가능성을 평가하였다. Eco-friendly magnesium-air battery is a kind of metal-air battery known as a primary battery with a very high theoretical discharge capacity. This battery is also called a metal-fuel cell from the viewpoint of using oxygen in the atmosphere as a cathode active material and magnesium alloy as a fuel. Since battery performance is determined by the properties of the magnesium alloy used as a anode, more research and development of the magnesium alloy electrode as a anode material are required in order to commercialize it as a high-performance battery. In this study, the commercialized magnesium alloys(AZ31, AZ61) were selected and then electrochemical measurements and discharge test were conducted. Electrochemical properties of magnesium alloys were investigated by OCP changes, Tafel parameters and CV measurement, and the feasibilities of AZ61 alloy with excellent discharge capacity(1410mAhg-1) as electrode materials were evaluated through CC discharge experiments.

전기화학적 반응을 기반으로한 Mg-Fe 합금체의 발열 특성 연구

박윤국,이철태 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

마그네슘합금은 1912년 독일에서 실용화되었고 1940년 이전의 마그네슘합금의종류는 Mg-Al-Zn, Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn계로 분류하였고 이후에는 Zr첨가법이 개발되어 입자가 미세화된 고강도의 Mg합금들이 개발 되었다. 이렇게 개발된 마그네슘합금은 비강도가 금속중 가장 높고 Stiffness가 우수하고 전자파에 대한차폐성, 진동 흡수성, 기계가공성 및 금형 수명이 우수하여 우주항공, 자동차와 특수방산부품 및 컴퓨터, 전자 부품으로 크게 각광을 받고 있다. 마그네슘은 자원적으로 풍부한 원소이고 다른 전이금속에 비해 매우 저렴하다. 또한, 금속 마그네슘은 단위 체적당 에너지 용량이 크고 높은 에너지 밀도를 가지며 전기화학적으로 낮은 전위를 가지며 상당히 활성적인 금속이고, 산소 또는 물과 접촉 시 강한 활성반응을 보이며 때로는 화재를 일으키기도 한다. 본 연구에서는 전기화학적인 원리를 이용하여 상대적으로 마그네슘보다 전극전위값이 높은 철을 사용하여 마그네슘-철 합금을 제조하였고 pH를 높임으로써 전해액에서 마그네슘의 이온화를 촉진시켜 반응성을 향상시켰다. 소결과정에서 가압변화와 마그네슘-철과 함량조절, 소결시간, 소결온도를 통하여 물과 반응성을 확인하였다. 온도변화 thermocouple과Thermometer Temperature sensor Data Log를 사용하여 측정하였다.

옻칠을 활용한 마그네슘합금 판재의 표면장식

정세진,신광선 한국기초조형학회 2018 기초조형학연구 Vol.19 No.1

The Purpose of research is development of aesthetically valuable surface ornamentation to make magnesium alloy sheet widely available in the field of design and craft. Through developing technique that makes fine embossed surface of magnesium sheet and thin coats of color ottchil on that, beautiful harmony of delicate metal texture and natural color of ottchil can be presented. firstly, surface treatment technique to make high adhesive strength with ottchil and effective method to make elaborate surface pattern was researched. The motif is cross-hatch pattern with '米’ shape. It was changed to a vector image and projected through light to magnesium alloy sheet which was corroded in dilute acid. Than, means of apply thin coats of color ottchil was researched. The process to reveal the metal texture through characteristic color of ottchil, and the color mixing effect through overlapping and juxtaposition of two different color were studied. This surface ornamentation is not only decorative but also effective to complement weak corrosion properties, so it can contribute to extend the range of usage of magnesium alloy sheets to various design and craft productions. 본 연구의 목적은 특정 산업 분야에서만 쓰이고 있는 경량금속인 마그네슘합금 판재가 다양한 디자인, 공예 분야에 널리 활용될 수 있도록 심미적 가치가 높은 표면장식 방법을 개발하기 위한 것이다. 마그네슘 판재의 표면에 미세한 요철을 새기고 그 위에 채색 옻칠을 얇게 도포함으로써 금속의 섬세한 질감과 자연스러운 옻칠의 색감이 어우러진 장식 효과를 표현하고자 하였다. 먼저 옻칠과의 접착성을 높일 수 있도록 미세한 요철을 만들 수 있는 마그네슘합금의 표면처리 방법을 찾았고, 판재의 표면에 정교한 패턴의 재질감을 형성시켜 장식효과를 높이는 방법을 연구하였다. 모티브가 된 것은 포목상감기물에서 볼 수 있는 '米’자 형태의 포목패턴이었으며, 이를 벡터이미지로 제작하고 감광부식을 통해 마그네슘 판재에 생성시켰다. 다음은 감광부식으로 만들어진 마그네슘 판재의 표면형상이 투영될 수 있도록 옻칠을 도포하는 방법을 연구하였다. 요철의 형상과 금속의 재질감이 드러나면서 옻칠의 고유한 색감이 돋보일 수 있게 하였고, 두 가지 색을 순차적으로 도포하면서 색의 중첩, 병치에 의한 혼색효과를 표현할 수 있었다. 이와 같은 방법은 장식효과가 높을 뿐 아니라 마그네슘의 취약한 부식 특성을 보완할 수 있으므로 마그네슘합금 판재의 활용범위를 다양한 디자인 제품과 공예작품으로 확장하는 데 기여할 수 있다.

미술재료로서의 마그네슘합금 활용 연구

민복기 ( Min Bok Gi ),오귀원 ( Oh Gwi Won ),정세진 ( Jeong Se Jin ),서도식 ( Seo Do Sik ),신광선 ( Shin Kwang Seon ) 한국기초조형학회 2018 기초조형학연구 Vol.19 No.6

본 연구에서는 제한된 분야에 사용되고 있는 경량금속인 마그네슘합금의 감성소재로서의 가능성에 주목하여, 마그네슘합금을 미술재료로 활용하기 위한 다양한 제작기법을 연구하고, 이를 기반으로 조각과 금속공예작품을 제작하여 마그네슘 소재가 새로운 산업분야로 확장될 수 있는 가능성을 고찰한다. 마그네슘합금의 성형 특성과 부식 특성에 대해 조사하였고, 톱질, 레이저 커팅, 관통부식에 의한 투각과 절삭, 절곡, 상온에서의 망치성형과 유압프레스, 스피닝 성형, 다양한 대체주형소재를 활용한 중력주조, 용접, MAO(플라즈마 전해산화) 등, 다양한 금속공예기술 및 현대 산업기술을 마그네슘합금 소재에 적용해보고 적합성 여부를 논의하였다. 이어진 시작품 제작 연구에서는 MAO 표면처리에 의한 밝은 백색의 표면을 타 금속 소재에서 얻을 수 없었던 새로운 색감으로 인지하고 활용한 장신구, 견고하고 운반성이 좋은 의자, 부피가 크면서도 가벼운 천장 조명, 마그네슘 소재의 특성에 작가의 고유한 철학을 담아 새롭게 표현한 조소작품을 제작하였으며 이 과정에서 공예 및 미술 소재로서의 마그네슘의 한계와 이를 극복할 수 있는 창의적인 방안을 모색하였다. This research focuses on the possibility of light weight metal, Magnesium alloy, which is used in limited fields, as a sensitivity subject matter. Magnesium alloy has been studied with diverse manufacturing techniques to be used as a art material. Moreover, based on this, by making sculpture pieces and metal artworks, possibilities of expanding to new industries can be considered. Forming property and corrosion characteristics of magnesium alloy were researched, then suitability of Magnesium alloy was determined by applying various metal work techniques as well as modern industrial techniques; such as sawing, laser cutting, etching for openwork, cutting, bending, hammering, hydraulic press and spinning in room temperature and, gravity casting using various substitute cast materials, welding, MAO(Micro-arc oxidation) etc. Subsequently, trial works range from application in jewelry that recognizes the bright white surface from MAO surface treatment, that are unobtainable in other metal materials, as well as sturdy and easily movable chairs, voluminous yet light ceiling lightings, innovative sculpture piece made from the artist’s philosophy with the characteristics of Magnesium. In the study, Magnesium’s limit as a craft and art material was challenged and overcome by searching for creative measures.

마그네슘 합금 AZ31의 온간성형과 재료특성변화에 관한 연구

서창민(Chang-min Suh),허광호(Kwang-ho Hor),김효민(Hyo-min Kim),서민수(Min-soo Suh) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.7

본 연구에서는 마그네슘 합금 AZ31을 적용한 배터리 팩 케이스를 개발하여 자체 진동 및 외부충격으로부터 배터리를 보호하도록 하며, 기존 스틸 소재 대비 50% 이상 경량화하여 친환경 기술개발을 목적으로 한다. 또한, 제품의 복잡한 형상 및 마그네슘 소재의 특성으로 제품을 성형하기에는 힘든 측면이 많으므로 이를 해결하기 위해 마그네슘 합금소재의 온도별 최적성형조건을 제시하고자 한다. 즉 AZ31의 성형방법에 따라 상온, 230°C, 250°C 및 270°C의 4가지 조건하의 시험편으로 인장시험, 경도시험, 부식시험 및 피로시험 등을 실시하여 기계적 특성을 정량적으로 분석하였고, 또 FEM해석을 통하여 자동차 부품 배터리 팩 케이스 개발에 적용토록 하였다. Magnesium alloys are known to be hard-forming materials at room temperature owing to their material structure. This study analyzes the optimal temperature conditions of warm-forming and the forming process by using a high-pressure laminating test and FM analysis, respectively. The effect of temperature on the fatigue limit was examined from the collected specimens by analyzing the material properties after the fatigue test. The material formed at a temperature of 230°C shows occasional defects, but the best forming quality was obtained at 270°C. The optimal temperature for the forming process was found to be 250°C considering the material quality and thermal efficiency. The overall fatigue life of specimens decreases with an increase in the processing temperature. The fatigue limit of AZ31 formed at 250°C was approximately 100 MPa after 10<SUP>6</SUP> cycles.

미소기공율 변화에 대한 마그네슘합금의 인장특성의 의존도

이충도(Choong Do Lee),김중한(Jeoung Han Kim) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

미소기공율 변화에 대한 AM60 및 AZ91D합금의 항복강도는 선형관계로 묘사할 수 있지만, 인장강도와 연신율의 의존성은 미소기공율 변화에 대하여 역비례 포물선 관계를 가진다. 미소기공율과 인장특성 간의 로그형태를 취함으로써 얻을 수 있는 직선관계부터 합금의 미소기공율 변화에 대한 인장특성의 민감도와 defect-free조건에서의 최대 인장특성을 구할 수 있었다. AM60과 AZ91합금의 인장강도는 미소기공율 변화에 대하여 유사한 의존도를 가지지만, 연신율의 경우에는 AZ91합금이 AM60합금보다 미소기공율 변화에 보다 민감한 의존도를 가진다. 구성화 관계식을 이용하여 AM60 과 AZ91 합금의 인장특성을 비교적 정확하게 예측할 수 있었다. The effect of microporosity on tensile properties of high-pressure die-cast AM60 and AZ91 magnesium alloy was investigated through systematic experimental approaches, with theoretical prediction on constitutive model for tension instability. The microporosity was quantitatively obtained by fractography analyses on fractured surface, and the strain rate sensitivity was measured by incremental strain rate change test at room temperature. The tensile strength and elongation of both alloys have a very strong dependence on microporosity variation with inverse parabolic relationship. The constitutive model can predict very well the tensile properties of both alloys exactly, through a practical estimation of strain-related terms and load carrying capacity by quantitative fractography. And, the constitutive prediction suggests that the sensitivity of tensile properties to microporosity variation can be practically reduced with the increase of strain hardening ability.

마그네슘의 제련 및 리사이클링 기술 현황

손호상 한국자원리싸이클링학회 2020 資源 리싸이클링 Vol.29 No.5

마그네슘은 구조용 금속 중 알루미늄과 철에 이어 세 번째로 풍부한 금속이다. 또 마그네슘은 범용 금속 중 가장 가벼운 금속으로, 밀도가 알루미늄보다 33 %, 철보다 77 % 낮다. 마그네슘 1차 지금을 생산하기 위해서는 다량의 에너지를 소비하지만, 마그네슘 스크랩을리사이클링하면 1차 지금 생산과 비교하여 에너지 및 환경부하를 저감할 수 있다. 그러나 마그네슘 스크랩 중의 불순물 제거가 곤란하여재생되는 양은 한정되어 있다. 본 논문에서는 마그네슘의 1차 지금 생산 및 리사이클링 공정에 대하여 고찰하였다. Magnesium is the third most abundant structural metal after aluminum and iron. Magnesium is the lightest metal in the common metals. It has a density 33 % less than aluminum and 77% lower than steel. However, the primary magnesium production process is highly energy intensive. The recycling of magnesium scrap reduces the energy consumption and environmental burden, comparing to the primary metal production. However, the amount of recovered metal from scrap is limited because of the difficulties to remove the impurities in the scrap. This work provides an overview of the magnesium production and recycling process.

마그네슘 합금의 플라즈마 전해산화 표면처리에서 인가전원의 전류밀도가 산화피막의 특성에 미치는 영향

이도경,황덕록,이재열 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1

자동차 경량화 소재 중 하나인 마그네슘 합금의 내부식성을 향상시키기 위한 표면처리 기술인 플라즈마 전해 산화는 수용성 전해액 속에 고전압을 인가해 미세플라즈마 방전을 유도하여 치밀한 산화피막을 형성하는 친환경 기술이다. 본 연구에서는 Potassium hydroxide와 Sodium phosphate dodecahydrate를 사용해서 전해액을 제조하고 전해액 내의 플라즈마 방전을 위하여 직류전원장치를 사용하였다. 플라즈마 전해 산화방법으로 형성된 산화피막의 특성은 전해액의 농도 및 전류밀도를 변화시키면서 살펴보았다. 산화피막의 특성은 피막 표면 및 단면을 FE-SEM으로 관찰하여 두께 및 기공 등을 분석하였고, XRD로 산화 피막의 결정성을 조사하였다. 산화피막의 두께는 전류밀도 및 전해액의 농도가 높을수록 증가 하였으나, 기공이 함께 발생하는 것을 관찰하였다. 인가전원의 전류밀도를 정교하게 조절함으로써 강한 부착력과 낮은 표면조도를 가지는 산화 피막을 얻을 수 있음을 확인하였다. 또한, XRD 측정결과, 플라즈마 전해 산화 표면 처리된 마그네슘 합금 표면에 형성된 산화피막은 MgO 임을 확인할 수 있었다.

마그네슘합금의 조직제어(組織制御)와 성형가공(成形加工) 및 스크랩 리싸이클링 기술(技術)

심재동,이동휘,Shim, Jae-Dong,Lee, Dong-Hui 한국자원리싸이클링학회 2011 資源 리싸이클링 Vol.20 No.1

마그네슘 합금은 비중이 1.74로 가벼운데다 비강도는 구조용 금속 중에서 가장 크며, 방진성, 전자파 차폐성, 저용점 용 여러 가지 장점이 있어 최근 자동차 부품과 전자산업 제품 분야에서 이용이 크게 기대되는 금속이다. 그러나 마그네슘의 결정구조는 조밀 육방정이기 때문에 소성변형이 가능한 슬립면이 한정되어 있으며 압연이나 압출가공 시에는 강한 집합조직이 형성되어 상온가공이 곤란하다. 따라서 지금까지 성형성 개선을 위한 조직제어와 성형기술 분야에서 많은 연구개발이 이루어져 왔다. 본고에서는 결정립과 집합조직에 관한 미세조직의 제어방법, 용체성형, 압연 및 압출에 관한 성형가공 기술과 마그네슘 스크랩 리싸이클링 기술에 관하여 최근의 연구개발 사례를 소개한다. Recently, magnesium alloys are in the spotlight as a promising materials in the fields of automobile parts and electronic appliances due to their merits representing light weight, high specific strength, damping property, shielding of electromagnetic wave and so on. However, magnesium alloys show a poor formability at room temperature because magnesium has HCP crystal structure with limited slip planes and strong basal texture is formed during plastic deformation process such as rolling and extrusion. Therefore, many R&D efforts have been paid for improvement of formability through grain refinement, texture control and various forming technologies. This paper is giving an overview about recent achievements on control of microstructures, forming technologies and magnesium scrap recycling.