KR101402897B1 - 합금제조방법 및 이에 의해 제조된 합금 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주조 시 용탕의 품질을 높은 수준으로 유지하면서도 합금의 기지 내에 화합물을 용이하게 분포시킬 수 있는 합금제조방법 및 이에 의해 제조된 합금을 제공한다. 본 발명의 일 관점에 의하면, 1종 이상의 제1화합물을 포함하는 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및 상기 용탕을 주조하는 단계;를 포함하며, 상기 모합금은 마그네슘 모합금 또는 알루미늄 모합금인, 합금제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 합금제조방법 및 이에 의해 제조된 합금에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 주조 시 모합금을 이용하는 합금제조방법 및 이에 의해 제조된 합금에 대한 것이다.
합금은 금속을 액상의 용탕에 소정의 합금원소를 첨가한 후 주조하여 제조할 수 있다. 이러한 주조기술에 의해 합금을 제조함에 있어서, 용탕의 품질은 합금의 특성에 큰 영향을 미친다. 특히, 용탕 내에 합금원소로서 높은 산화성을 가지는 마그네슘 또는 알루미늄 등을 첨가하는 경우에는 합금원소의 산화에 의해 용탕 내 개재물과 같은 불순물이 증가하는 경향을 보이게 된다. 이러한 불순물은 합금의 기계적, 화학적 특성의 열화를 초래할 수 있다. 따라서 주조에 의해 제조된 합금의 특성을 향상시키기 위해서는 용탕 내의 청정도를 가능한 높은 수준으로 유지할 필요가 있다. 이러한 고품질의 용탕을 얻기 위해 진공 중에서 용탕을 제조하거나 혹은 용탕의 표면에 보호가스를 도포하여 용탕표면을 보호하는 방법을 사용할 수 있다.
한편, 합금의 기계적, 화학적 특성 등을 향상시키기 위하여 합금의 기지 상에 여러 형태의 화합물을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 합금의 기지에 경도가 높은 금속간화합물을 분포시키는 경우, 이러한 금속간화합물이 전위의 이동을 억제하는 구조물로서 기능하여 합금의 강도를 향상시킬 수 있다. 이러한 화합물은 주조 시 액상의 금속이 응고되는 과정에서 열역학적으로 안정한 상으로서 정출(晶出)되거나, 응고가 완료된 후 적절한 기계적 가공 또는 열처리를 통해 석출(析出)되게 할 수 있다.
그러나 진공 중에서 용탕을 제조하기 위해서는 진공을 유지하기 위한 추가적인 장치를 요구하며, 용탕의 표면에 도포되는 보호가스는 고가이거나 혹은 환경문제를 유발하는 등의 문제점이 있다. 또한 주조 시 정출되는 상은 그 양이나 분포를 제어하기가 힘들며, 석출상을 형성하기 위해서는 기계적 가공 또는 열처리를 수반해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 주조 시 용탕의 품질을 높은 수준으로 유지하면서도 합금의 기지 내에 화합물을 용이하게 분포시킬 수 있는 합금제조방법 및 이에 의해 제조된 합금을 제공하고자 한다. 이러한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 합금제조방법이 제공된다. 1종 이상의 제1화합물을 포함하는 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성한다. 상기 용탕을 주조한다. 상기 모합금은 마그네슘 모합금 또는 알루미늄 모합금일 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은 주조대상금속에 비해 더 높은 융점을 가질 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나일 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은 마그네슘 용탕 또는 알루미늄 용탕 내에서 2종 이상의 성분이 결합된 제2화합물 중 적어도 일부를 소진시켜 형성한 것일 수 있다. 상기 제1화합물은 상기 소진된 제2화합물로부터 공급된 성분과 상기 마그네슘 용탕 내의 금속성분이 서로 결합된 것일 수 있고, 나아가 상기 금속성분은 마그네슘 또는 알루미늄일 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은, 상기 소진되는 2종 이상의 제2화합물로부터 각각 공급되는 성분이 결합되어 생성된 것일 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은 마그네슘 용탕 또는 알루미늄 용탕 내에서 칼슘 또는 스트론튬 중 어느 하나의 적어도 일부를 용해시켜 형성한 것일 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 모합금의 용탕에 첨가된 것일 수 있다. 상기 제1화합물은 기계적 합금화 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은 마그네슘 화합물을 포함할 수 있다. 상기 마그네슘 화합물은 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-알루미늄-칼슘 화합물, 마그네슘-스트론튬 화합물, 마그네슘-실리콘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은 알루미늄 화합물을 포함할 수 있다. 상기 알루미늄 화합물은 알루미늄-칼슘 화합물, 알루미늄-스트론튬 화합물, 알루미늄-세슘 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제1화합물은 칼슘-실리콘 화합물을 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제2화합물은 칼슘계 화합물, 스트론튬계 화합물, 실리콘계 화합물 또는 희토류금속계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 모합금의 제조방법은, 마그네슘 용탕에 2 이상의 성분이 결합된 제2화합물을 1종 이상 첨가하는 단계; 상기 제2화합물 중 적어도 일부를 소진시키는 단계; 및 상기 마그네슘 용탕을 주조하여 제1마그네슘 모합금을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 모합금의 제조방법은, 상기 제1마그네슘 모합금을 마그네슘 용탕에 투입하여 희석시켜 제2마그네슘 모합금을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 알루미늄 모합금의 제조방법은, 알루미늄 용탕에 2 이상의 성분이 결합된 제2화합물을 1종 이상 첨가하는 단계; 상기 제2화합물 중 적어도 일부를 소진시키는 단계; 및 상기 알루미늄 용탕을 주조하여 제1알루미늄 모합금을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 알루미늄 모합금의 제조방법은, 상기 제1알루미늄 모합금을 알루미늄 용탕에 투입하여 희석시켜 제2알루미늄 모합금을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 제2화합물은 상기 마그네슘 용탕 상층부의 표면에 분산시켜 첨가할 수 있고, 나아가 상기 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시할 수 있다. 상기 교반은 상기 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어질 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 모합금의 제조방법은, 모합금 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 첨가하는 단계; 및 상기 마그네슘 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 소진시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 알루미늄 모합금의 제조방법은, 마그네슘 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 첨가하는 단계; 및 상기 마그네슘 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 용해시키는 단계;를 포함하여 제조한 마그네슘 합금을 알루미늄 용탕에 첨가하여 제조할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 알루미늄 모합금의 제조방법은, 알루미늄 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 첨가하는 단계; 및 상기 알루미늄 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 용해시키는 단계;를 포함하여 제조한 알루미늄 합금을 알루미늄 용탕에 첨가하여 제조할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 모합금의 제조방법은, 알루미늄 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 첨가하는 단계; 및 상기 알루미늄 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 용해시키는 단계;를 포함하여 제조한 알루미늄 합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 제조할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 모합금의 제조방법은, 마그네슘 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 첨가하는 단계; 및 상기 마그네슘 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 용해시키는 단계;를 포함하여 제조한 마그네슘 합금을 마그네슘 용탕에 첨가하여 제조할 수 있다.
상기 합금제조방법에 있어서, 상기 알루미늄 모합금의 제조방법은, 상기 제1화합물을 포함하는 마그네슘 합금을 상기 알루미늄 용탕에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1화합물을 포함하는 마그네슘 합금은, 마그네슘 용탕에 제2화합물을 첨가하는 단계; 및 상기 마그네슘 용탕을 주조하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 함금은 금속기지; 및 상기 금속기지에 존재하는 제1화합물;을 포함한다. 상기 제1화합물은 마그네슘 모합금 또는 알루미늄 모합금 내에 포함되어 상기 합금을 주조하기 위해 제조된 용탕 내에 투입된 것일 수 있다.
상기 합금에 있어서, 상기 금속기지는 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나이거나 또는 이들의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 합금에 있어서, 상기 제1화합물은 마그네슘 화합물, 알루미늄 화합물, 또는 칼슘-실리콘 화합물을 포함할 수 있다.
상기 합금에 있어서, 상기 합금은 상기 제1화합물을 포함하지 않은 모합금을 첨가하여 동일조건으로 제조된 합금에 비해 개재물의 농도가 더 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 합금의 제조방법에 의하면, 용탕에 마그네슘 또는 알루미늄과 같은 높은 산화성을 가지는 합금원소를 첨가함에도 용탕의 청정도를 높은 수준에서 유지할 수 있으며, 이로 인해 주조된 합금의 특성을 현저하게 개선할 수 있다. 또한 소정의 화합물을 포함하는 모합금을 합금원소로서 첨가함으로써 별도의 처리를 거치지 않아도 합금의 기지에 화합물을 형성시킬 수 있다. 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 합금제조방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 모합금 제조방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 3은 마그네슘 용탕에 산화칼슘을 첨가한 경우 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘이 분해되는 과정을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 모합금 제조방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 5a 및 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 산화칼슘(CaO)을 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금의 조성분석 결과이다.
도 6a 및 6e는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 합금과 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금의 성분을 분석한 결과이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 용탕 및 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 용탕의 상태를 관찰한 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예를 따르는 알루미늄 합금의 내산화성 시험 결과이다.
도 9는 본 발명의 실시예를 따르는 알루미늄-마그네슘 합금과 동일 조성을 가지는 종래의 알루미늄-마그네슘 합금의 내산화성을 비교한 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 모합금 제조방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 3은 마그네슘 용탕에 산화칼슘을 첨가한 경우 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘이 분해되는 과정을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 모합금 제조방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 5a 및 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 산화칼슘(CaO)을 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금의 조성분석 결과이다.
도 6a 및 6e는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 합금과 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금의 성분을 분석한 결과이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 용탕 및 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 용탕의 상태를 관찰한 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예를 따르는 알루미늄 합금의 내산화성 시험 결과이다.
도 9는 본 발명의 실시예를 따르는 알루미늄-마그네슘 합금과 동일 조성을 가지는 종래의 알루미늄-마그네슘 합금의 내산화성을 비교한 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 측면으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 소정의 화합물을 1종 이상 포함하는 모합금을 제조한 후 이 모합금을 용탕에 첨가함으로써 합금을 제조한다. 이때 모합금 내에 포함되어 있는 화합물을 제1화합물로 지칭한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금제조방법의 순서도가 나타나 있다. 도 1을 참조하면, 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성한다(S11). 이때 주조대상금속은 모합금 첨가의 대상이 되는 금속으로서, 주석(Sn), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 몰리브데늄(Mo) 및 텅스텐(W) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 금속의 합금일 수 있다.
다음, 제1화합물을 포함하는 모합금을 주조대상금속의 용탕에 첨가한다(S12). 다음, 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 주조하여 합금을 제조한다(S13).
이때 상기 합금을 제조하기 위해서 도 1과 같이 주조대상금속의 용탕에 모합금을 첨가하는 방법 외에 모합금과 주조대상금속을 용해로에 같이 장착한 후 동시에 용해시켜 제조할 수 있다. 이는 후술하는 모합금 제조 방법에서의 첨가단계에서도 동일하게 적용된다.
여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 사형주조, 다이캐스팅(die casting), 중력주조, 연속주조, 저압주조, 스퀴즈캐스팅, 로스트왁스주조(lost wax casting), 틱소캐스팅(thixo casting) 등을 들 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 사용할 수 있으며, 이를 모두 마그네슘 모합금으로 지칭한다. 혹은 상기 모합금은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 모재로 사용할 수 있으며, 이를 모두 알루미늄 모합금으로 지칭한다. 또한 마그네슘 용탕은 편의상 순수 마그네슘 용탕 또는 이에 다른 합금원소가 첨가된 마그네슘 합금 용탕을 모두 지칭하는 것으로 하며, 이는 알루미늄 용탕도 마찬가지 이다. 또한 마그네슘 모합금 용탕 및 알루미늄 모합금 용탕을 통칭하여 모합금 용탕으로 지칭할 수 있다.
이때 모합금 내의 포함된 1종 이상의 제1화합물은 마그네슘 용탕 내에서 2 이상 성분이 결합된 제2화합물을 첨가한 후, 상기 제2화합물 중 적어도 일부를 소진시켜 형성한 것일 수 있다. 이하에서는 제1화합물을 포함하는 마그네슘 모합금의 제조방법을 구체적으로 기술한다.
도 2에는 마그네슘 모합금의 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도가 나타나 있다. 도 2를 참조하면, 마그네슘 모합금의 제조 방법은 마그네슘 용탕 형성 단계(S21), 제2화합물 첨가 단계(S22), 교반단계(S23) 및 주조 단계(S24)를 포함한다.
마그네슘 용탕 형성 단계(S21)에서 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 도가니에 넣고 가열하여 마그네슘 용탕을 형성한다. 이때 가열온도는 일 예로서, 400 내지 800℃ 범위일 수 있다.
순수 마그네슘의 경우 600℃ 이상에서 용탕을 형성하지만, 마그네슘 합금의 경우에는 합금화에 따라 나타날 수 있는 용융점의 하강으로 인해 600℃이하 400℃ 이상에서도 용탕이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 온도가 400℃ 미만이면 마그네슘 용탕이 형성되기 어렵고, 온도가 800℃를 초과하면 마그네슘 용탕에서의 승화가 발생되거나 발화할 위험이 있다.
마그네슘 용탕 형성 단계(S21)에서 이용된 마그네슘 합금은 AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AS141, AS131, AS121X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, 마그네슘-Al, 마그네슘-Al-Re, 마그네슘-Al-Sn, 마그네슘-Zn-Sn, 마그네슘-Si, 마그네슘-Zn-Y 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 마그네슘 합금으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상적으로 산업계에서 사용되고 있는 어떠한 마그네슘 합금도 사용이 가능하다.
한편, 마그네슘 용탕의 발화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호가스가 제공될 수 있다. 보호가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물 또는 이들의 혼합 가스를 이용하며, 마그네슘 용탕의 발화를 억제할 수 있다.
다음 제2화합물 첨가 단계(S22)에서는 제2화합물을 마그네슘 용탕에 첨가한다. 이때 상기 제2화합물은 2종 이상의 성분이 결합된 화합물일 수 있으며, 마그네슘 용탕 내에서 일부 또는 전부가 소진된다. 이러한 소진의 결과로서, 제2화합물을 구성하는 성분 중 일부와 마그네슘 용탕 내의 금속성분이 서로 결합된 제1화합물을 형성할 수 있다.
혹은 서로 다른 제2화합물을 2종 이상 첨가하는 경우에는, 제2화합물들이 소진되면서 상기 제2화합물들 각각으로부터 공급되는 성분들이 결합된 제1화합물이 형성될 수 있다.
즉, 제2화합물은 마그네슘 용탕 내로 첨가된 후 제1화합물을 구성하는 일부 성분을 제공하는 공급원으로서의 역할을 수행한다.
이때 제2화합물은 칼슘계 화합물일 수 있으며, 예를 들어, 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2), 탄화칼슘(CaC2) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이러한 칼슘계 화합물 또는 스트론튬계 화합물은 마그네슘 용탕 내에서 소진되면서 알칼리토금속계열의 금속성분과 이에 결합되어 있는 비금속 성분이 서로 분해될 수 있다. 이와 같이 알칼리토금속계 화합물로부터 공급되는 금속성분은 마그네슘 용탕 내의 금속성분인 마그네슘과 결합되어 마그네슘 화합물을 형성할 수 있다.
이러한 마그네슘 화합물은 마그네슘-칼슘 화합물, 마그네슘-스트론튬 화합물 ,마그네슘-알루미늄-칼슘 화합물 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 산화칼슘으로부터 분해된 칼슘(Ca)은 마그네슘과 결합하여 마그네슘-칼슘 화합물로서 Mg2Ca 등을 형성할 수 있으며, 산화스트론튬으로부터 분해된 스트론튬(Sr)은 마그네슘-스트론튬 화합물로서 Mg2Sr, Mg23Sr6, Mg38Sr9, Mg17Sr2 등을 형성할 수 있다.
다른 예로서 마그네슘 용탕에는 마그네슘 외의 금속성분으로 알루미늄이 용해되어 있을 수 있으며, 이러한 알루미늄과 알칼리토금속이 결합하여 알루미늄 화합물을 형성할 수 있다. 이러한 알루미늄 화합물은 알루미늄-칼슘 화합물, 알루미늄-스트론튬 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화칼슘으로부터 분해된 칼슘은 알루미늄과 결합하여 알루미늄-칼슘 화합물로서 Al2Ca, Al4Ca 등을 형성할 수 있으며, 산화스트론튬으로부터 분해된 스트론튬(Sr)은 알루미늄과 결합하여 알루미늄-스트론튬 화합물로서 Al4Sr 등을 형성할 수 있다.
경우에 따라 마그네슘 용탕 내의 마그네슘 성분 및 알루미늄 성분이 같이 결합하여 (Mg,Al)2Ca 등과 같은 복합산화물을 형성할 수 있다.
제2화합물의 다른 예로서 실리콘계 화합물을 들 수 있다. 이때 실리콘계 화합물은, 예를 들어, 산화실리콘(SiO2) 등을 포함할 수 있다. 상술한 것과 마찬가지로 산화실리콘으로부터 분해된 실리콘(Si)은 마그네슘 용탕 내에서 마그네슘 성분과 결합하여 마그네슘-실리콘 화합물, 예를 들어 Mg2Si 등을 형성할 수 있다.
또 다른 예로서 제2화합물은 희토류계 화합물일 수 있으며, 예를 들어, 산화스칸듐(Sc2O3), 산화세슘(CeO2) 등을 포함할 수 있다. 상술한 것과 마찬가지로 희토류계 화합물로부터 공급되는 희토류계 금속은 마그네슘 또는 알루미늄과 결합할 수 있다. 예를 들어 세슘(Ce)은 알루미늄과 결합하여 알루미늄-세슘 화합물으로서 Al2Ce 등을 형성할 수 있으며, 스칸듐(Sc)은 알루미늄과 결합하여 알루미늄-스칸듐 화합물로서 Al2Sc을 형성할 수 있다.
또한 이러한 제2화합물은 2종 이상 복수로 첨가될 수 있다. 예를 들어 마그네슘 용탕 내에 산화칼슘과 산화실리콘을 동시에 첨가할 수 있다. 이때 마그네슘 용탕 내에서 산화칼슘으로부터 공급되는 칼슘과 산화실리콘으로부터 공급되는 실리콘이 서로 결합되어 칼슘-실리콘 화합물, 예를 들어 CaSi 등이 형성될 수 있다.
한편, 마그네슘 용탕 내로 투입되는 제2화합물에 의해 마그네슘 용탕의 내산화성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 칼슘계 화합물을 마그네슘 용탕에 첨가되는 경우, 마그네슘 용탕의 내산화성 향상으로 인해 내발화성이 증가되어 마그네슘 용탕으로의 산화물 또는 기타 개재물의 혼입이 억제된다. 따라서 마그네슘의 용해 시 필요한 보호가스의 양을 현저히 저감시키거나 사용하지 않을 수 있다.
마그네슘 모합금에 포함된 제1화합물은 주조대상금속에 비해 융점이 높은 것일 수 있다. 예를 들어, Mg2Si, Al2Ca, Al4Sr, Al2Sc, Al2Se은 융점이 각각, 1085℃, 1079℃, 1040℃, 1420℃, 1480℃이며, 주조대상금속이 주석, 아연, 마그네슘, 알루미늄 일 경우 융점은 각각 231.9℃, 419.5℃, 649℃, 660.1℃ 이다.
따라서 이러한 주조대상금속에 비해 더 높은 융점을 가지는 제1화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 합금원소로서 주조대상금속의 용탕에 첨가하는 경우, 주조된 후의 주조대상금속 기지에는 제1화합물이 분포될 수 있다. 즉, 주조대상금속의 용탕은 제1화합물의 융점보다 더 낮은 온도에서 액상으로 유지됨에 따라, 마그네슘 모합금과 함께 첨가되는 제1화합물은 상기 주조대상금속의 용탕 내에서도 용융되지 않고 고상으로 존재하며, 주조 후 응고된 후에는 주조대상금속의 기지 상에 분포하게 된다.
따라서 주조대상금속에 비해 더 높은 융점을 가지는 제1화합물을 함유한 모합금을 첨가함으로써 열처리나 기계적 가공 같은 별도의 처리를 수행하지 않더라도 상기 금속의 기지 상에 화합물을 형성시킬 수 있다.
예를 들어, 상용 알루미늄 합금인 6063합금은 알루미늄에 기지 상에 Mg2Si을 다량 분포시켜 기계적 강도를 대폭 향상시킨 것이다. 이때 Mg2Si를 형성하기 위하여 알루미늄에 마그네슘과 실리콘을 첨가한 후 열처리를 수행하여 알루미늄 기지에 Mg2Si을 석출시키게 된다.
이에 비해 본 발명의 실시예에 의할 시, 제1화합물로서 Mg2Si가 포함된 마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가한 후 이를 주조함으로써 알루미늄의 기지에 Mg2Si이 형성된 알루미늄 합금을 용이하게 제조할 수 있다.
마그네슘 용탕에 첨가된 제2화합물의 성분 중 마그네슘 용탕 내의 금속성분과 결합되지 않은 나머지 성분은 마그네슘 용탕 표면 위를 통해 기체 상태로 대기 중으로 배출되거나 드로스(dross) 또는 슬러지(sludge)로서 용탕 상부에 부유할 수 있다.
첨가되는 제2화합물은 반응성 향상을 위해 표면적이 넓을수록 유리하며, 따라서 분말형태로 첨가되는 것이 유리하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 분말상의 비산을 방지하기 위해 분말을 응집시킨 팰렛(pellet) 형태 또는 덩어리 형태로 투입하는 것도 가능하다.
첨가되는 제2화합물의 크기는 0.1 내지 500㎛일 수 있으며, 보다 엄격하게는 0.1 내지 200㎛ 일 수 있다.
제2화합물의 크기가 0.1㎛ 미만일 경우 너무 미세하여 승화되는 마그네슘 열풍에 의하여 비산되어 도가니에 투입되기가 어려움이 발생된다. 또한 서로 응집되어 응집체를 형성함에 따라 액상의 용융금속과 쉽게 섞이지 않게 된다. 이러한 응집체는 반응을 위한 표면적이 감소된다는 관점에서 바람직하지 않게 된다.
제2화합물의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 반응을 위한 표면적이 감소되며, 더 나아가 제2화합물이 마그네슘 용탕과 반응하지 않을 수 있다.
첨가되는 제2화합물은 0.001 내지 30wt%가 첨가될 수 있으며, 보다 엄격하게는 0.01 내지 15wt%가 첨가될 수 있다. 제2화합물의 첨가량의 총합이 0.001wt% 미만인 경우에는 제2화합물 첨가의 효과가 미미하거나 거의 발생되지 않게 된다. 또한 제2화합물의 첨가량의 총합이 30wt%를 초과하게 되면 용탕의 유동성이 열화될 수 있다.
제2화합물은 마그네슘 용탕 내에 동시에 투입하거나 혹은 서로 시간차를 두고 투입할 수 있다. 또한 필요량을 일시에 투입하거나 혹은 적정량으로 나눈 후 일정한 시간차를 두고 복수의 단계로 투입할 수 있다. 첨가되는 제2화합물이 미세 입자를 가진 분말일 경우에는 시간차를 두고 복수의 단계로 투입함으로써 분말의 응집 가능성을 낮추면서 반응을 촉진시킬 수 있다.
제2화합물의 분해 및 반응을 촉진하기 위하여 마그네슘 용탕의 상층부의 표면에 분산시켜 첨가할 수 있다. 도 3은 예시적으로 용해로(1) 내의 마그네슘 용탕(10)에 산화칼슘(20)을 첨가한 경우 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘(20)이 분해되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘(20)은 산소(O2)와 칼슘(Ca)으로 분해된다. 이때 분해된 산소는 기체(O2)로서 마그네슘 용탕 바깥으로 배출되거나 드로스 또는 슬러지로서 마그네슘 용탕 상부에 부유하게 된다. 한편, 분해된 칼슘은 용탕 내에서 다른 원소, 예를 들어 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al) 반응하여 다양한 화합물을 형성하게 된다.
따라서 본 실시예에서는 제2화합물이 마그네슘 용탕의 내부로 혼입되게 하기 보다는 용탕의 표면에서 반응하도록 반응환경을 조성하는 것이 중요하다. 이를 위해 첨가된 제2화합물이 용탕의 표면에 가능한 장시간 체류하며 대기 중에 노출되도록 유지할 수 있다.
첨가된 제2화합물의 분해 및 반응을 더욱 촉진시키기 위하여 마그네슘 용탕의 교반단계(S23)를 수행할 수 있다. 이때 교반은 제2화합물의 투입과 동시에 시작하거나 혹은 첨가된 제2화합물이 용탕 내에서 일정 온도로 가열 된 후에 시작할 수 있다.
통상의 금속 합금화의 경우에는 용탕과 합금원소를 대류나 교반을 통해 용탕 내부에서 반응이 일어나도록 적극적으로 교반하게 된다. 그러나 본 실시예에서는 제2화합물의 적극적인 반응을 유도하는 경우에는 제2화합물의 반응이 오히려 효율적이지 못하여 분해되지 않은 상태에서 최종 용탕 속에 잔류하는 빈도가 증가하였다. 이렇게 제2화합물이 최종 용탕 속에 잔류하는 경우에는 주조된 마그네슘 합금 내에 그대로 편입되며 이 경우 마그네슘 합금의 기계적 특성을 열화시킬 수 있다.
표 1에는 AM60B 마그네슘 용탕에 산화칼슘(CaO)을 첨가한 경우 교반 방법에 따른 잔류 산화칼슘의 잔량을 측정한 결과이다. 이때 첨가된 산화칼슘의 크기는 70㎛ 이었으며, 산화칼슘은 5, 10, 15wt%가 첨가되었다. 교반 방법으로는 마그네슘 용탕의 상층부 교반, 내부교반 및 교반을 하지 않은 방법이 선택되었다. 표 1로부터 마그네슘 상층부의 교반을 수행하는 경우에 그 외의 경우와 달리 첨가된 산화칼슘의 대부분이 칼슘으로 환원됨을 알 수 있다.
[표 1]
이러한 교반은 마그네슘 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어질 수 있으며, 엄격하게는 용탕 전체 깊이의 10% 이하의 상층부에서 이루어질 수 있다. 20% 이상의 깊이에서는 표면에서의 제2화합물의 분해가 일어나기 어렵게 된다.
이때 교반을 위한 시간은 용탕의 온도와 투입되는 분말의 상태에 따라 차이가 있을 수 있으며, 첨가된 제2화합물이 용탕 내에서 완전히 소진될 때까지 충분히 교반할 수 있다. 여기서 소진은 제2화합물의 분해가 실질적으로 완료되는 것을 의미한다.
이러한 교반에 의해 마그네슘 용탕에서 제2화합물의 분해 및 이러한 분해에 의해 공급되는 성분이 마그네슘 용탕 내에서 금속성분과 반응하여 다양한 제1화합물을 생성하는 과정을 더욱 촉진시킬 수 있다.
마그네슘 용탕의 교반단계(S23)가 완료되면, 상기 마그네슘 용탕을 주형에 넣어 응고시키는 주조단계(4)를 거쳐 마그네슘 모합금이 제작된다.
한편 마그네슘 용탕에 제2화합물을 첨가하는 단계(S22)에서 제2화합물로서 칼슘계 화합물 또는 스트론튬계 화합물 대신에 원소상태의 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)의 첨가하여 마그네슘 모합금을 제조할 수 있다. 이 경우 첨가된 칼슘 또는 스트론튬은 제2화합물과 유사하게 마그네슘 용탕 내에서 용해되면서 제1화합물을 형성하게 된다.
모합금의 다른 예로서 알루미늄 모합금을 이용할 수 있다. 도 6에는 알루미늄 모합금의 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도가 나타나 있다. 도 4를 참조하면, 알루미늄 모합금의 제조 방법은 알루미늄 용탕 형성 단계(S31), 마그네슘 합금 첨가 단계(S32), 교반단계(S33) 및 주조 단계(S34)를 포함한다.
알루미늄 용탕 형성 단계(S31)에서는 알루미늄을 도가니에 넣고 600 내지 900℃ 범위에서 가열하여 알루미늄 용탕을 형성한다.
알루미늄 용탕 형성 단계(S31)의 알루미늄은 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이때, 알루미늄 합금은 예를 들어, 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성가공용 알루미늄 또는 100 계열, 200계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
다음으로, 마그네슘 합금 첨가 단계(S32)에서는 알루미늄 용탕에 위에서 설명한 방법으로 제조된, 제1화합물을 포함하는 마그네슘 합금을 첨가한다.
이때 마그네슘 합금 첨가 단계(S32)에서 마그네슘 합금은 알루미늄 100 중량부에 대하여 0.0001 내지 30 중량부가 첨가될 수 있다. 첨가되는 마그네슘 합금이 0.0001 중량부 미만이 경우에는 마그네슘 합금 첨가에 따른 효과가 작을 수 있다. 또한, 상기 마그네슘 모합금이 30 중량부를 초과하게 되면 원래의 알루미늄 합금의 특성이 나타나지 않는다.
이때 마그네슘 합금의 측면은 괴상의 측면으로 첨가될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 분말 측면, 그래뉼 측면 등 다른 측면을 가질 수 있다. 또한 마그네슘 모합금의 크기도 제한하는 것은 아니다.
이러한 마그네슘 합금 첨가 단계(S32)에서 마그네슘 합금 내에 포함된 제1화합물도 같이 알루미늄 용탕내로 제공되게 된다. 상술한 바와 같이 상기 마그네슘 합금 내에는 알루미늄 보다 더 높은 융점을 가지는 제1화합물을 가질 수 있으며, 이러한 제1화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 투입하는 경우, 알루미늄 합금 내에 상기 제1화합물이 포함될 수 있다.
다음으로, 알루미늄 용탕을 소정 시간 교반한 후(S33), 상기 알루미늄 용탕을 주형에 넣어 응고시키는 주조단계(34)를 거쳐 알루미늄 합금을 제조한다.
이때 제조된 알루미늄 합금은 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용 (Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
이와 같이 제1화합물을 포함한 마그네슘 모합금 또는 알루미늄 모합금을 다시 합금원소로서 주조대상금속의 용탕에 첨가하는 경우에 상기 주조대상금속의 용탕의 내산화성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 칼슘계 화합물을 첨가한 마그네슘 모합금에는 제1화합물로서 마그네슘-칼슘 화합물, 알루미늄-칼슘 화합물, 마그네슘-알루미늄-칼슘 화합물 등을 함유할 수 있으며, 이러한 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 모합금에도 위의 제1화합물들이 포함되어 있다.
이러한 제1화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 또는 알루미늄 모합금의 내산화성이 크게 증가함에 따라, 상기 제1화합물을 포함하지 않은 마그네슘 또는 알루미늄을 첨가할 때에 비해 주조대상금속의 용탕 내의 산화물 등의 불순물의 개재가 현저하게 감소하게 된다. 따라서 상술한 본 발명의 실시예를 따르는 모합금을 합금원소로 첨가하는 경우에는 보호가스를 사용하지 않더라도 주조대상금속 용탕의 청정도가 크게 향상되어 상기 용탕의 품질을 현저하게 개선할 수 있다. 이러한 용탕품질의 개선으로 인하여 주조된 합금의 기계적, 화학적 특성과 같은 재료물성도 크게 개선되게 된다.
알루미늄 용탕에 마그네슘 합금을 첨가하는 단계(S22)에서 제1화합물을 포함하는 마그네슘 합금을 첨가하는 대신에 원소상태의 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)의 첨가하여 마그네슘 모합금을 제조할 수 있다. 이러한 칼슘 또는 스트론튬은 알루미늄 용탕 내에서 용해되면서 알루미늄과 반응하여 제1화합물로서 Al2Ca, Al4Ca, Al4Sr 등을 형성할 수 있다.
한편 위에서 제시된 모합금 제조방법은 모두 제2화합물 또는 순수 원소를 모합금 용탕에 첨가한 후 모합금 용탕 내에서 반응시켜 제1화합물을 형성하는 것 이었으나, 이에 한정되지 않으며 다른 실시예로서 모합금 용탕 내에 제1화합물을 직접 첨가하는 것도 가능하다. 이때 제1화합물은 외부에서 다양한 방식으로 제조된 것일 수 있다.
예를 들어 알루미늄 분말과 칼슘 분말을 볼-밀 등과 장치에 투입하고, 기계적 합금화법(mechanical alloying)을 통해 Al2Ca 분말을 제조한 후, 이를 제1화합물로서 마그네슘 용탕 또는 알루미늄 용탕에 투입할 수 있다. 이 경우에 Al2Ca는 주조된 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금 내에 제1화합물로서 포함되게 된다.
다른 예로서 위와 같이 제조한 Al2Ca 분말을 마그네슘 용탕에 첨가하여 Al2Ca를 함유하는 마그네슘 합금을 제조한 후, 이를 알루미늄 용탕에 다시 첨가함으로써 Al2Ca를 함유하는 알루미늄 모합금을 제조하는 것이 가능하다.
위에서는 제1화합물을 형성하는 방법으로서 기계적 합금화법을 제시하였으나, 이에 한정되지 않으며 제1화합물을 형성할 수 있는 방법이면 어떠한 방법을 사용하더라도 무방한다.
한편 상술한 제1화합물을 포함하는 모합금은 희석하는 단계를 더 거쳐 제조될 수 있다. 예를 들어 상술한 방법에 의해 제조된 마그네슘 모합금(편의상 이를 제1마그네슘 모합금으로 칭한다)을 다시 마그네슘 용탕에 투입하여 희석시켜 제1화합물의 농도를 감소시킨 제2마그네슘 모합금을 형성할 수 있다. 마찬가지로 제1알루미늄 모합금을 희석하여 제2알루미늄 모합금을 형성할 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예들을 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
도 5a 내지 5d에는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 모합금으로서, 합금원소로서 알루미늄을 포함하는 마그네슘 합금에 제2화합물로서 산화칼슘(CaO)을 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금의 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer) 분석 결과가 나타나 있다.
도 5a는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 마그네슘 모합금의 미세조직을 나타낸 것이다. 도 5a에 나타나 있듯이, 마그네슘 모합금은 화합물(백색부분)로 둘러싸인 영역, 즉 결정립을 복수로 가지는 미세조직을 나타낸다. 이때 화합물(백색부분)은 결정립계를 따라 형성되어 있다.
도 5b 내지 5d는 화합물(백색부분) 영역의 성분을 EPMA로 매핑(mapping)한 결과로서, 각각 알루미늄, 칼슘 및 산소의 분포영역을 나타내는 결과이다. 도 5b 및 도 5c에 나타낸 것과 같이 화합물(도 5a의 백색부분)은 각각 알루미늄과 칼슘이 검출되었으나 산소는 검출되지 않았다(도 5d).
이로부터 마그네슘 모합금의 결정립계에는 산화칼슘으로부터 분리된 칼슘이 모재에 포함된 알루미늄과 반응하여 생성된 알루미늄-칼슘 화합물이 분포하고 있음을 알 수 있다. 이러한 알루미늄-칼슘 화합물은 금속간화합물인 Al2Ca 또는 Al4Ca 일 수 있다.
도 6a 내지 6e는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 알루미늄 모합금의 EPMA 분석 결과이다. 이때 알루미늄 용탕에 첨가된 마그네슘 모합금은 알루미늄을 포함하는 마그네슘 용탕에 산화칼슘을 첨가하여 제조한 것이었다.
도 6a에는 알루미늄 모합금의 조직을 EPMA로 관찰한 결과가 나타나 있으며, 도 6b 내지 6e에는 EPMA를 이용한 성분 매핑 결과로서 각각 알루미늄, 칼슘, 마그네슘 및 산소의 매핑결과가 나타나 있다. 도 6b 내지 6d를 통해 알 수 있듯이 알루미늄 기지 상에 칼슘과 마그네슘이 동일위치에서 검출되었으며, 도 6e에서와 같이 산소는 검출되지 않았다. 이로부터 알루미늄 모합금에는 마그네슘 모합금 내에 제1화합물로서 포함되었던 마그네슘-알루미늄-칼슘 화합물이 알루미늄 모합금에서도 제1화합물로서 존재함을 알 수 있다.
한편, 도 7a에는 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 용탕의 상태가 나타나 있으며, 도 4b에는 순수한 마그네슘을 첨가하여 제조한 알루미늄 용탕의 상태가 나타나 있다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 마그네슘 모합금을 첨가한 경우에는 보호가스를 사용하지 않음에도 용탕의 상태가 양호함에 비해 순수한 마그네슘을 첨가한 경우에는 마그네슘의 산화로 인해 용탕의 표면이 흑색으로 변해있는 것을 알 수 있다. 이로부터 본 발명의 실시예에 따라 제조된 마그네슘 모합금을 첨가하는 경우 용탕의 내산화성이 현저하게 증가됨을 확인할 수 있다.
표 2에는 마그네슘 용탕에 베릴륨(Be)을 첨가하는 경우와 산화칼슘을 첨가하는 경우에 보호가스인 SF6의 투입양에 따른 마그네슘 용탕의 상태를 관찰하여 비교한 결과가 나타나 있다. 이때 마그네슘 용탕은 알루미늄이 0.45wt% 첨가된 마그네슘-알루미늄 합금(Mg-0.45Al)으로 제조한 것이었다.
[표 2]
베릴륨의 경우에는 20wt%을 투입하여도 SF6 가스가 없는 경우에는 용탕이 발화되는 등 불량한 특성을 보인 반면, 산화칼슘의 경우에는 0.1wt% 이상에서는 양호한 용탕 상태를 나타내었다. 동일한 SF6 가스 투입량에 있어서도 베릴륨보다 더 작은 양의 산화칼슘을 투입한 경우에 더 우수한 용탕 상태를 나타내었다. 이로부터 베릴륨을 첨가하는 경우에 비해 산화칼슘을 첨가하는 경우가 더 작은 양을 첨가하는 경우에도 더 우수함을 알 수 있었다.
도 8에는 마그네슘 모합금의 산화칼슘의 함유량에 따른 내산화성 결과가 나타나 있다. 마그네슘 모합금의 산화는 산소분위기에서 수행되었으며, 산화는 550℃에서 40시간 동안 수행되었다. 도 8을 참조하면, 산화칼슘의 함량이 증가할수록 내산화성이 현저하게 향상되는 것을 알 수 있다.
도 9는 동일한 마그네슘 조성을 가진 알루미늄 합금으로서, 본 발명의 실시예를 따라 제조된 알루미늄 합금과 그렇지 않은 알루미늄 합금의 내산화성을 비교할 것이다. 이때 x축은 등온산화시간(분)을 나타내며 y축은 무게증가율(%)을 나타낸다. 또한 적색실선, 녹색실선, 청색실선은 각각 마그네슘의 조성이 2.5wt%, 5wt%, 10wt%인 알루미늄 합금을 의미하며, 동일한 색상의 점선은 동일한 마그네슘 조성을 가지되, 제2화합물로서 산화칼슘을 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 합금을 의미한다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예를 따르는 알루미늄 합금의 내산화성이 우수함을 알 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
Claims (50)
- 산화성 금속과 제1 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 알루미늄이고,
상기 모합금은 알루미늄이고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
알루미늄 용탕에 제2 화합물을 1종 이상 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 알루미늄 용탕 내에서 상기 제2 화합물 중 적어도 일부를 소진시켜 상기 제1 화합물을 형성하는 단계; 및
상기 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 화합물은 Al2Ca, Al4Ca, Al4Sr, Al2Sc, Al2Ce, 및 CaSi 중 어느 하나 이상이고,
상기 제2 화합물은 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2), 탄화칼슘(CaC2), 산화스트론튬(SrO), 산화실리콘(SiO2), 산화스칸듐(Sc2O3) 및 산화세슘(CeO2) 중 어느 하나 이상인, 합금제조방법. - 산화성 금속과 제1 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 알루미늄이고,
상기 모합금은 알루미늄이고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
제1 알루미늄 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 제1 알루미늄 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 소진시켜 상기 제1 화합물이 형성된 합금을 형성하는 단계;
상기 합금을 제2 알루미늄 용탕에 첨가하는 단계; 및
상기 제2 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 화합물은 Al2Ca, Al4Ca, 및 Al4Sr 중 어느 하나 이상인, 합금제조방법. - 산화성 금속과 제1 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 모합금은 알루미늄 및 마그네슘 으로 구성되고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
알루미늄 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 알루미늄 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 소진시켜 상기 제1 화합물이 형성된 합금을 형성하는 단계;
상기 합금을 마그네슘 용탕에 첨가하는 단계; 및
상기 마그네슘 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 화합물은 Al2Ca, Al4Ca, 및 Al4Sr 중 어느 하나 이상인, 합금제조방법. - 산화성 금속과 제3 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 모합금은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
마그네슘 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 마그네슘 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 소진시켜 상기 제3 화합물이 형성된 합금을 형성하는 단계;
상기 합금을 알루미늄 용탕에 첨가하는 단계; 및
상기 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제3 화합물은 Mg2Ca, (Mg,Al)2Ca, Mg2Sr, Mg23Sr6, Mg38Sr9, 및 Mg17Sr2 중 어느 하나 이상인, 합금제조방법. - 산화성 금속과 제3 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 마그네슘이고,
상기 모합금은 마그네슘이고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
제1 마그네슘 용탕에 칼슘 또는 스트론튬을 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 제1 마그네슘 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬의 적어도 일부를 소진시켜 상기 제3 화합물이 형성된 합금을 형성하는 단계;
상기 합금을 제2 마그네슘 용탕에 첨가하는 단계; 및
상기 제2 마그네슘 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제3 화합물은 Mg2Ca, (Mg,Al)2Ca, Mg2Sr, Mg23Sr6, Mg38Sr9, 및 Mg17Sr 중 어느 하나 이상인, 합금제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 주조대상금속에 비해 더 높은 융점을 가지는, 합금제조방법.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제3화합물은 상기 주조대상금속에 비해 더 높은 융점을 가지는, 합금제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 알루미늄 용탕 내에서 상기 제2화합물을 모두 소진시켜 형성한 것인, 합금제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 제2화합물로부터 공급된 성분과 상기 알루미늄 용탕 내의 금속성분이 서로 결합된 것인, 합금제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1화합물은, 2종 이상의 상기 제2 화합물로부터 각각 공급되는 성분이 결합되어 생성된 것인, 합금제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 제1 알루미늄 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬을 모두 소진시켜 형성한 것인, 합금제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 칼슘 또는 스트론튬으로부터 공급된 성분과 상기 제1 알루미늄 용탕 내의 금속성분이 서로 결합된 것인, 합금제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 알루미늄 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬을 모두 소진시켜 형성한 것인, 합금제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제1화합물은 상기 칼슘 또는 스트론튬으로부터 공급된 성분과 상기 알루미늄 용탕 내의 금속성분이 서로 결합된 것인, 합금제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제3화합물은 상기 마그네슘 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬을 모두 소진시켜 형성한 것인, 합금제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제3화합물은 상기 칼슘 또는 스트론튬으로부터 공급된 성분과 상기 마그네슘 용탕 내의 금속성분이 서로 결합된 것인, 합금제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제3화합물은 상기 제1 마그네슘 용탕 내에서 상기 칼슘 또는 스트론튬을 모두 소진시켜 형성한 것인, 합금제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제3화합물은 상기 칼슘 또는 스트론튬으로부터 공급된 성분과 상기 제1 마그네슘 용탕 내의 금속성분이 서로 결합된 것인, 합금제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2화합물은 상기 알루미늄 용탕 상층부의 표면에 분산시켜 첨가하는, 합금제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 화합물은 상기 알루미늄 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되는, 합금제조방법.
- 제20항에 있어서, 상기 교반은 상기 알루미늄 용탕의 표면으로부터 상기 알루미늄 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 제1 알루미늄 용탕 상층부의 표면에 분산시켜 첨가하는, 합금제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 제1 알루미늄 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되는, 합금제조방법.
- 제23항에 있어서, 상기 교반은 상기 제1 알루미늄 용탕의 표면으로부터 상기 제1 알루미늄 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 알루미늄 용탕 상층부의 표면에 분산시켜 첨가하는, 합금제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 제 알루미늄 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되는, 합금제조방법.
- 제26항에 있어서, 상기 교반은 상기 알루미늄 용탕의 표면으로부터 상기 알루미늄 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 마그네슘 용탕 상층부의 표면에 분산시켜 첨가하는, 합금제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되는, 합금제조방법.
- 제29항에 있어서, 상기 교반은 상기 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 제1 마그네슘 용탕 상층부의 표면에 분산시켜 첨가하는, 합금제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 칼슘 또는 스트론튬은 상기 제1 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되는, 합금제조방법.
- 제32항에 있어서, 상기 교반은 상기 제1 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 제1 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2화합물 중 어느 하나의 성분은 상기 알루미늄 용탕 표면 위로 제거되는, 합금제조방법.
- 산화성 금속과 제3 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 모합금은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
마그네슘 용탕에 제2 화합물을 1종 이상 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 마그네슘 용탕 내에서 상기 제2 화합물 중 적어도 일부를 소진시켜 상기 제3 화합물이 형성된 합금을 형성하는 단계; 및
상기 마그네슘 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제2 화합물은 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2), 탄화칼슘(CaC2), 산화스트론튬(SrO), 산화실리콘(SiO2), 산화스칸듐(Sc2O3) 및 산화세슘(CeO2) 중 어느 하나 이상이고,
상기 제3 화합물은 Mg2Ca, (Mg,Al)2Ca, Mg2Sr, Mg23Sr6, Mg38Sr9, Mg17Sr2 및 Mg2Si 중 어느 하나 이상이고,
상기 제2 화합물은 상기 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되고,
상기 교반은 상기 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법. - 산화성 금속과 제1 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 모합금은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
알루미늄 용탕에 제2 화합물을 1종 이상 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 알루미늄 용탕 내에서 상기 제2 화합물 중 적어도 일부를 소진시켜 상기 제1 화합물이 형성된 합금을 형성하는 단계;
상기 합금을 마그네슘 용탕에 첨가하는 단계; 및
상기 마그네슘 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 화합물은 Al2Ca, Al4Ca, Al4Sr, Al2Sc, Al2Ce, 및 CaSi 중 어느 하나 이상이고,
상기 제2 화합물은 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2), 탄화칼슘(CaC2), 산화스트론튬(SrO), 산화실리콘(SiO2), 산화스칸듐(Sc2O3) 및 산화세슘(CeO2) 중 어느 하나 이상이고,
상기 제2 화합물은 상기 알루미늄 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되고,
상기 교반은 상기 알루미늄 용탕의 표면으로부터 상기 알루미늄 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법. - 산화성 금속과 제3 화합물로 구성되는 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금 및 주조대상금속이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
상기 용탕을 주조하는 단계;
를 포함하는 합금제조방법으로서,
상기 산화성 금속은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 모합금은 알루미늄 및 마그네슘으로 구성되고,
상기 주조대상금속은 주석, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 니켈, 코발트, 철, 티타늄, 바나듐, 몰리브데늄 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 이들의 합금 중 어느 하나이고,
상기 모합금을 제조하는 단계는,
마그네슘 용탕에 제2 화합물을 1종 이상 0.001 내지 30 wt% 범위로 첨가하는 단계;
상기 마그네슘 용탕 내에서 상기 제2 화합물 중 적어도 일부를 소진시켜 상기 제3 화합물이 형성된 합금을 형성하는 단계;
상기 합금을 알루미늄 용탕에 첨가하는 단계; 및
상기 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 모합금을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 제2 화합물은 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2), 탄화칼슘(CaC2), 산화스트론튬(SrO), 및 산화실리콘(SiO2) 중 어느 하나 이상이고,
상기 제3 화합물은 Mg2Ca, (Mg,Al)2Ca, Mg2Sr, Mg23Sr6, Mg38Sr9,Mg17Sr2 및 Mg2Si 중 어느 하나 이상이고,
상기 제2 화합물은 상기 마그네슘 용탕의 상층부에 교반을 실시하여 소진되고,
상기 교반은 상기 마그네슘 용탕의 표면으로부터 상기 마그네슘 용탕 전체 깊이의 20% 이하의 상층부에서 이루어지는, 합금제조방법. - 삭제
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