Be첨가에 의한 Al-Si-Mg합금의 특성 향상

초록

Al-Si-Mg합금은 융점이 낮고 기계가공성이 우수하며, 유동성이 좋아서 얇고 복잡한 형태의 주물용 재료로 많이 이용되고 있다. 그러나 합금을 용해하는 현장의 경우 강재도구 및 스크랩 사용에 따른 Fe의 유입, 장시간 용탕유지시 손실에 따른 Mg의 재 첨가, 개량화제의 손실에 따른 개량화제의 추가 투입 등은 필수적이며, 이에 따라 Al-Si-Mg합금의 인성저하 및 경제적 손실은 피할 수 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이를 방지하기 위하여 Al-Si-Mg합금에 Be을 첨가하여 미세조직 변화, 기계적성질 변화, 장시간 용탕유지에 따른 성분원소 변화, 개량처리제의 소실, 주조특성(수축거동, 유동성), 내산화특성, dross의 생성량 및 내식성을 평가 하였다. Al-Si-Mg잉고트를 전기 용해로에서 용해 후 Al-50%Fe 및 Al-5%Be모합금을 첨가하여 Fe 및 Be의 첨가량이 서로 다른 시편을 제조하였다. 제조한 시편을 광학현미경 및 SEM을 사용하여 미세조직을 관찰하였으며, 정량화를 위하여 영상분석을 실시하였다. 또한 기계적성질 평가를 위해 인장시험 및 충격시험을 행하였다. 용탕중이 성분원소(Mg, Na, Sr)변화는 건식 및 습식법을 이용하였으며, tatur시험 및 spiral시험을 통하여 주조특성을 평가하였다. Dross의 생성상을 알아보기 위하여 XRD분석을 행하였으며, 3.5%NaCl용액에서 분극시험을 통해 내식성을 평가하였다. 또한 내산화성을 알아보기 위하여 TGA분석을 행하였으며, 고온산화 생성상 분석은 XRD로 행하였다. Al-Si-Mg합금에 Be을 첨가할 경우 첨가량에 따라 침상의 금속간화합물(β-Al5FeSi)을 활자상과 Be-부화상 형태로 변화시켰으며, 이에 따라 재료의 인성이 크게 향상되었다. 장시간 용탕유지에 따른 Mg함량 변화를 측정한 결과 170ppm Be을 첨가한 용탕은 6시간이상 용탕을 유지하여도 Mg함량의 감소가 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 Be은 Na 개량처리제의 기화 손실을 감소시키는 것으로 나타났으나, Al-Si-Mg합금의 주조특성(수축거동, 유동성)에는 큰 영향을 보이지 않았다. Al-Si-Mg 용탕중에 Be첨가는 MgO 및 MgAl2O4등의 산화물형성을 감소시켜 dross의 생성량을 크게 줄이는 것을 알 수 있었으며, 재료의 내식성을 평가한 결과 Be첨가 시편에서 부동태역을 크게 형성시키는 것으로 보아 재료의 내식성을 크게 향상시키는 결과를 얻을 수 있었다.