[논문]마그네슘 합금 용탕 표면 산화 및 발화에 대한 <tex>$C_2Cl_6$</tex>의 영향

최승화; 김대환; 김희경; 심성용; 임수근

마그네슘 합금 용탕 표면 산화 및 발화에 대한 $C_2Cl_6$의 영향
The Effect of $C_2Cl_6$ Addition on Surface Ignition and Oxidation of Molten AM100A Mg alloy 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.30 no.6, 2010년, pp.231 - 234

최승화 (i-Cube Center, 공학연구원, 경상대학교) , 김대환 (i-Cube Center, 공학연구원, 경상대학교) , 김희경 (i-Cube Center, 공학연구원, 경상대학교) , 심성용 (i-Cube Center, 공학연구원, 경상대학교) , 임수근 (i-Cube Center, 공학연구원, 경상대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of $C_2Cl_6$ for preventing to the surface oxidation and ignition of molten Mg alloy was studied with metallographic analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. The alloy used for this study was AM100A Mg casting alloy with high strength. In order to investigate the surface protective characteristic of this molten alloy by $C_2Cl_6$ addition, we added them into molten AM100A alloy at $700^{\circ}C$ and then the melts were slowly cooled under a protective atmosphere of air containing Ar gas and $C_2Cl_6$ flux addition. The result found that the surface oxidation and ignition reaction of molten AM100A Mg alloy by adding $C_2Cl_6$ flux was more slowly occurred than that of the only a protective atmosphere of containing Ar gas with increasing time. This result was due to a dense protective film formed containing $MgCl_2$ on surface of molten Mg alloy during casting and solidification. The $MgCl_2$ was formed by a reaction of $C_2Cl_6$ with molten Mg.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 이 방법은 현재 마그네슘 합금 조업 시 많이 이용되고 있는 방법이지만 지구 온난화에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있어 환경규제를 강화하는 현시점에서 배제하려 하고 있다. 따라서, 마그네슘 합금의 적용 확대를 위해 이를 해결하려는 많은 연구들이 진행되고 있으며, 이에 본 연구에서는 C₂Cl₆를 첨가하여 마그네슘 합금 용탕 표면의 보호 효과와 표면 위 형성된 보호 피막의 특성을 알아보고자 하였다.
본 연구는 용융 마그네슘 합금에C₂Cl₆를 첨가하여 주조 시용탕보호 특성에 대한 평가를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

Fig. 3(b)의 C₂Cl₆ flux 경우, 산화 및 발화가 일어나지 않은 것으로 보아 표면 위 공기의 유입을 차단하는 치밀한 피막을 형성한 것으로 판단되며, 이를 확인하기 위한 분석을 실시하였다.
산화 및 발화에 대한 저항성 평가는 로내에서 용해한 Mg 합금을 꺼내어 세가지 분위기 즉, 용탕 표면에 Ar가스를 불어넣어주는 분위기와 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 분위기 그리고 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 용탕 표면에 Ar가스를 불어 넣어주는 분위기에서 용탕 표면에서의 발화 및 산화가 진행되는 시점을 측정하여 서로 비교 평가하였다. 또한, 합금의 응고 중 형성되는 표면피막에 대한 평가는 대기와 접촉한 합금의 표면에서 시료를 채취하여 XRD (X-ray Diffractometer) 및 EDS (energy dispersive spectroscopy)를 이용하여 평가하였으며, 피막 표면의 형상 및 미세구조는 광학 현미경 또는 주사 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 본 실험을 위해 사용한 실험 장비 및 실험 절차는 Fig.
용탕 내의 C₂Cl₆ Flux 첨가는 로내에서 산화 및 발화에 대한 저항성 평가를 위해 도가니를 외부로 꺼내기 약 5분전에 용탕 표면 위의 슬러지 및 드로스를 제거 후 첨가하였다. 산화 및 발화에 대한 저항성 평가는 로내에서 용해한 Mg 합금을 꺼내어 세가지 분위기 즉, 용탕 표면에 Ar가스를 불어넣어주는 분위기와 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 분위기 그리고 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 용탕 표면에 Ar가스를 불어 넣어주는 분위기에서 용탕 표면에서의 발화 및 산화가 진행되는 시점을 측정하여 서로 비교 평가하였다. 또한, 합금의 응고 중 형성되는 표면피막에 대한 평가는 대기와 접촉한 합금의 표면에서 시료를 채취하여 XRD (X-ray Diffractometer) 및 EDS (energy dispersive spectroscopy)를 이용하여 평가하였으며, 피막 표면의 형상 및 미세구조는 광학 현미경 또는 주사 전자현미경을 이용하여 관찰하였다.
2 Kg정도 용해하였으며, 완전히 용해한 합금은 1시간 정도 더 유지하여 진정시키고, 용탕 표면의 슬러지(sludge) 및 드로스(dross)를 걸러 낸 뒤, Ar 가스가 포함된 공기 분위기의 경우와 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 경우 그리고 이 두 경우를 혼합한 경우에서 용탕 표면의 산화 및 발화에 대한 저항성을 비교 평가하였다. 용탕 내의 C₂Cl₆ Flux 첨가는 로내에서 산화 및 발화에 대한 저항성 평가를 위해 도가니를 외부로 꺼내기 약 5분전에 용탕 표면 위의 슬러지 및 드로스를 제거 후 첨가하였다. 산화 및 발화에 대한 저항성 평가는 로내에서 용해한 Mg 합금을 꺼내어 세가지 분위기 즉, 용탕 표면에 Ar가스를 불어넣어주는 분위기와 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 분위기 그리고 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 용탕 표면에 Ar가스를 불어 넣어주는 분위기에서 용탕 표면에서의 발화 및 산화가 진행되는 시점을 측정하여 서로 비교 평가하였다.
본 연구를 위해 사용한 합금은 AM100A 마그네슘 합금이며, 이 합금을700℃로 설정된 Ar가스 분위기의 전기 저항로에서 직경 200 mm크기의 흑연 도가니를 이용하여 용해하였다. 합금은 약1.2 Kg정도 용해하였으며, 완전히 용해한 합금은 1시간 정도 더 유지하여 진정시키고, 용탕 표면의 슬러지(sludge) 및 드로스(dross)를 걸러 낸 뒤, Ar 가스가 포함된 공기 분위기의 경우와 C₂Cl₆ Flux를 첨가한 경우 그리고 이 두 경우를 혼합한 경우에서 용탕 표면의 산화 및 발화에 대한 저항성을 비교 평가하였다. 용탕 내의 C₂Cl₆ Flux 첨가는 로내에서 산화 및 발화에 대한 저항성 평가를 위해 도가니를 외부로 꺼내기 약 5분전에 용탕 표면 위의 슬러지 및 드로스를 제거 후 첨가하였다.

대상 데이터

본 연구를 위해 사용한 합금은 AM100A 마그네슘 합금이며, 이 합금을700℃로 설정된 Ar가스 분위기의 전기 저항로에서 직경 200 mm크기의 흑연 도가니를 이용하여 용해하였다. 합금은 약1.

성능/효과

Fig. 3(a)의 Ar 가스 분위기에서 주조한 시험편의 표면에서는 발화 및 산화 반응에 의해 형성된 산화물과 어둡게 산화된 응고 피막층이 관찰되었으며, 산화물의 확대 관찰한 결과, 연속적인 반응에 의한 층을 이루고 있는 것으로 확인되었다. 반면, Fig.
반면, Fig. 3(b)의 C₂Cl₆ flux 첨가한 분위기의 경우, 산화물 및 어둡게 산화된 응고 피막층은 관찰되지 않았으며, 주조 및 응고 동안 형성된 초기 얇은 응고 피막층이 응고 수축에 의해 파괴된 흔적을 관찰할 수 있었다. 보통, 용해 주조시 용탕 표면에 얇지만 치밀하고 견고한 산화 피막을 형성시켜 공기의 유입을 차단함으로써 연쇄적인 산화반응에 의한 용탕의 손실이 적은 알루미늄 합금에 비해 마그네슘 합금은 치밀한 산화 피막을 형성시키지 못하여 용탕이 대기에 노출되었을 시 연쇄적이고 지속적인 산화 및 발화 반응에 의해 Fig.
1) 용융 마그네슘 합금의 용탕 보호를 위한 C₂Cl₆의 첨가는 용탕 표면에 치밀한 보호 피막을 형성하여 산화 및 발화 저항성을 증가시키는 것으로 확인되었다.
2) XRD 및 EDS 분석 결과에 의해, 마그네슘 합금의 용탕 보호를 위한C₂Cl₆ 첨가 시 표면 위에 MgCl₂ 로 구성된 치밀한 보호 피막을 형성시키는 것으로 확인되었다.
3) C₂Cl₆의 첨가 후 일정 시간이 경과함에 따라 용탕 표면 위의 산화 및 발화 반응은 연속적으로 발생하는 이유는 노출 시간이 경과함에 따라 표면 위에 형성된 보호 피막의 응고 수축에 의한 파괴에 의해 용탕과 대기와의 접촉 면적이 증가하기 때문이다.
5는 C₂Cl₆ flux를 첨가 후 용탕의 표면 위에 형성된 응고 피막의 횡단면에 대한 SEM 관찰 결과이다. C₂Cl₆ flux를 첨가 후 마그네슘 합금 표면 위에 형성되는 응고 피막은 매우 얇은 것으로 확인되며, 다공질 구조의 산화물이 관찰되지 않은 것으로 보아 얇지만 치밀한 보호 피막을 형성한 것으로 사료된다.
7의 EDS 면분석 역시 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 이상의 결과들에 의해, 마그네슘 용탕 보호를 위한 C₂Cl₆ flux의 첨가는 용탕 표면 위에 MgCl₂로 구성된 치밀한 보호 피막을 형성시키고 이는 산화 및 발화에 대한 저항성을 증가시키나 시간이 지남에 따라 표면 보호 피막이 응고 수축에 의해 파괴됨에 따라 산화 및 발화가 발생하는 것으로 확인되었다[10].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마그네슘 합금의 특성은?	상용화된 구조용 금속재료 중 가장 가벼운 마그네슘 합금은 높은 비강도 및 비강성을 지니고 있어 에너지 절감을 위한 자동차용 부품으로 각광받고 있으며, 이에 적용시키려는 많은 노력들이 이루어지고 있다[1-4]. 하지만, 마그네슘 합금은 주조 시 높은 산화 반응성에 의해 조업에 많은 어려움을 지니고 있으며, 이 때문에 마그네슘 합금의 주조 시 산화 및 발화를 억제시키기 위한 많은 노력들이 진행되고 있다.
	마그네슘 합금의 경우 주조시 발생하는 문제는?	상용화된 구조용 금속재료 중 가장 가벼운 마그네슘 합금은 높은 비강도 및 비강성을 지니고 있어 에너지 절감을 위한 자동차용 부품으로 각광받고 있으며, 이에 적용시키려는 많은 노력들이 이루어지고 있다[1-4]. 하지만, 마그네슘 합금은 주조 시 높은 산화 반응성에 의해 조업에 많은 어려움을 지니고 있으며, 이 때문에 마그네슘 합금의 주조 시 산화 및 발화를 억제시키기 위한 많은 노력들이 진행되고 있다. 현재 마그네슘 합금의 주조 시 산화 및 발화를 억제시키기 위해 주로 SF6가스나 HFC-134a 가스 등의 보호가스를 사용하는 방법이 있다[2, 5-7].
	마그네슘 합금의 주조 시 산화 및 발화를 억제시키기 위한 보호가스 인 SF6가스나 HFC-134a를 주로 사용할 때 발생하는 문제는?	현재 마그네슘 합금의 주조 시 산화 및 발화를 억제시키기 위해 주로 SF6가스나 HFC-134a 가스 등의 보호가스를 사용하는 방법이 있다[2, 5-7]. 그러나 이 방법은 현재 마그네슘 합금 조업 시 많이 이용되고 있는 방법이지만 지구 온난화에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있어 환경규제를 강화하는 현시점에서 배제하려 하고 있다. 따라서, 마그네슘 합금의 적용 확대를 위해 이를 해결하려는 많은 연구들이 진행되고 있으며, 이에 본 연구에서는 C2Cl6를 첨가하여 마그네슘 합금 용탕 표면의 보호 효과와 표면위 형성된 보호 피막의 특성을 알아보고자 하였다.

참고문헌 (10)

Friedrich, Mordike, Magnesium Technology, Springer, (2006)
MM Avedesian and H. Baker: ASM international, ASM Specialty Handbook Magnesium and Magnesium alloys, (1999)
Y. Kozima: The Japan Magnesium Asso., "Handbook Advanced Magnesium Technolgy", (2000)
B. -H. Choi, N. -S. You, W. -W. Park and I. -M. Park: J. Kor. Inst. Met. & Mater., "Oxidation Behaviors of Ca Containing AZ91 Magnesium Alloy", 42-8 (2004) 673-678
S. P. Cashion, N. J. Ricketts, P. C. Hayes: J. Light Metals, "The mechanism of protection of molten magnesium by cover gas mixtures containing sulphur hexafluoride", 2 (2002) 43-47

상세보기
Nigel Ricketts, Simon Cashion, Rob Bailey: Proc. of the Light Metals Technology Conference, "INDUSTRIAL TRIALS WITH THE AMCover COVER GAS SYSTEM FOR MAGNESIUM MELT PROTECTION", (2003)
W. Ha, Y. -J. Kim: J. Alloys Compd. "Effects of cover gases on melt protection of Mg alloys", 422 (2006) 208-213

상세보기
J. -K. Lee, S. -H. Kim, H. -H. Jo and S. -K. Kim: J. Kor. Foundrymen's Soc., "Melt Protection Property and Ignition Resistance Property of CaO added AZ91D Mg Alloy", 27-3 (2007) 131-134
J. -K. Lee and S. -K. Kim: J. Kor. Foundrymen's Soc., "Development of Eco-Mg Alloy", 29-1 (2009) 101-112
S. -H. Ha, J. -K. Lee, S. -b. Jung, Y. -J. Kim, H. -H. Jo and S. K. Kim: J. Kor. Foundrymen's Soc., "Oxidation behavior of CaO added Mg and Mg-Al alloys" 27-3(2007) 126-130

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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