In this study, the recently developed Al 2013 alloy was T8-tempered and, to improve the strength and corrosion-resistance, slight amounts of Zr of 0.2 wt% and 0.5 wt%, respectively, were added and the mechanical properties were analyzed. For microstructure and precipitate analysis, OM observation, X...
In this study, the recently developed Al 2013 alloy was T8-tempered and, to improve the strength and corrosion-resistance, slight amounts of Zr of 0.2 wt% and 0.5 wt%, respectively, were added and the mechanical properties were analyzed. For microstructure and precipitate analysis, OM observation, XRD analysis, and TEM analysis were performed, and for the mechanical property analysis, hardness and tensile strength tests were done. Also, in order to determine the corrosion rate according to the Zr content, a potentiodynamic polarization test was performed and the properties were compared and analyzed. The size of the precipitate varied with the content of Zr and was finest at Zr content of 0.2 wt%; it grew larger at 0.5 wt%, at which point the hardness value accordingly showed the same trend. On the other hand, as calculated from the aspect of chemical bonding among atoms, it was confirmed that the tensile strength and the corrosion-resistance increased with the same trend.
In this study, the recently developed Al 2013 alloy was T8-tempered and, to improve the strength and corrosion-resistance, slight amounts of Zr of 0.2 wt% and 0.5 wt%, respectively, were added and the mechanical properties were analyzed. For microstructure and precipitate analysis, OM observation, XRD analysis, and TEM analysis were performed, and for the mechanical property analysis, hardness and tensile strength tests were done. Also, in order to determine the corrosion rate according to the Zr content, a potentiodynamic polarization test was performed and the properties were compared and analyzed. The size of the precipitate varied with the content of Zr and was finest at Zr content of 0.2 wt%; it grew larger at 0.5 wt%, at which point the hardness value accordingly showed the same trend. On the other hand, as calculated from the aspect of chemical bonding among atoms, it was confirmed that the tensile strength and the corrosion-resistance increased with the same trend.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 최근 개발된 Al 2013-T8합금에 미량의 Zr을 첨가하여 Zr의 첨가량에 따라 변화하는 미세조직 및 기계적특성 등을 알아보고자 하였다.
본 연구에서는 Al 2013-8T 소재에 Zr의 첨가량에 따른 기계적, 부식의 특성을 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
TEM관찰용 박막시료는 집속이온빔(FIB_Versa 3D)을이용하여 기계연마로 약 200 μm 두께로 만든 후 −20 ℃ 초산메탄올(HNO3 : CH3OH = 1 : 3)을 전해액으로 사용하여 전해연마법으로 제작하였다.
각 Zr 함량에 다른 미세조직의 변화를 관찰하기 위해 광학현미경(200배율)을 이용하여 관찰 하였으며, XRD를 이용하여 상분석을 실시하였다.
기계적 특성 분석을 위하여 경도와 인장강도 시험을 실시하였으며 우선 경도는 장비명이 Mitutoyo HM-200, 하중은 100 g으로 측정 포인트는 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다. 그리고 인장강도는 경도정밀공업(주)에서 제작된 KDPI-130-1 모델로, 인장속도 5 mm/min, 인장하중 500 kgf으로 실시하였다.
또한 Zr의 함량에 따른 부식률을 알아보기 위해 동전위 분극시험을 실시하였으며 부식액으로 NaCl 3.5 wt%, 스캔속도는 1 mV/S 의 조건으로 실시하였다.
미세조직 및 석출물 등의 분석을 위하여 OM 관찰, XRD분석, TEM(TECNAI F20 UT)분석을 실시하였으며, OM 관찰용 부식액 조건으로는 25 ml 메탄올, 25 ml 염산, 25 ml 질산, 1 drop 불산을 혼합하여 20-30초 간 실시하였다.
용해 후 주형을 제거한 잉곳을 진공열처리로를 이용하여 540 ℃에서 24시간 균질화 열처리를 진행하였다. 열처리시 5.
합금의 융점 차이로 인해 용해시간이 길어지고 편석 발생을 최소화 하기 위해 비소모성 진공아크용해로(VAR)를 이용하여 모합금을 제조한 후 유도용해로(용융온도 : 약 800 ℃ ~ 900 ℃)를 이용하여 주형에 넣어 합금을 제작하였다. Table 1은 본 연구에서 사용된 2013 합금 성분이며, 비교를 위하여 각각 0.
형성된 석출물 및 상의 종류는 XRD를 이용하여 분석하였으며 Fig. 2에 나타내었다. 그림상으로는 높은 Al 피크에 비해 워낙 작은 피크들이라 잘 보이진 않았으나, θ, θ‘(CuAl2), β‘(Al3Zr)등으로 추측되는 미세 피크들이 확인되었으며 특히 0.
대상 데이터
합금의 융점 차이로 인해 용해시간이 길어지고 편석 발생을 최소화 하기 위해 비소모성 진공아크용해로(VAR)를 이용하여 모합금을 제조한 후 유도용해로(용융온도 : 약 800 ℃ ~ 900 ℃)를 이용하여 주형에 넣어 합금을 제작하였다. Table 1은 본 연구에서 사용된 2013 합금 성분이며, 비교를 위하여 각각 0.2, 0.5 Wt%의 Zr을 첨가하여총 3종류의 시험편을 제작하였다.
성능/효과
1) Zr의 함량에 따라 석출물의 크기가 달라졌으며, Zr 함량의 증가에 따라 인장강도와 내식성이 증가하였다.
2) 인장강도와 내식성은 Zr 함량이 증가함에 따라 원자간의 화학적결합 측면으로 계산했을 때와 같은 경향으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
Fig. 1을 보면 Zr 함량이 증가함에 따라 석출물로 추측되는 상들이 더 많이 발생됨을 확인할 수 있었으며, 입내 쌍정 또한 많아짐을 확인할 수 있었다. Yun et al.
Fig. 3에 나타낸 TEM 이미지로 Zr 함량에 따른 석출 물의 크기를 확인할 수 있었는데, 검은 점들이 석출물에 해당되며 EDS로 성분 확인 결과 Al과 Cu로 확인되어 거의 대부분 CuAl2 에 해당하는 θ‘상(tetragonal 구조)임을 확인할 수 있었다.
Fig. 6과 Fig. 7에 나타낸 것과 같이 Zr 함량에 따라 나타낸 합금의 강도가 ΔR(합금 중의 격자변형의 평균치) 과 ΔΦ(합금 중의 전하 이동량의 평균값)가 증가함에 따라 증가하는 결과를 확인할 수 있었다.
Zr 함량에 따라 Ecorr(V), Icorr(A) 값으로 Al 2013은 −1.32 V, 6.91 × 10-5, Al2013-0.2Zr은 −1.15 V, 2.17 × 10-5, Al2013-0.5Zr은 −1.17 V, 1.0 × 10-5으로 Icorr(A)값으로 보았을 때 가장 낮은 값을 가진 Al2013-0.5Zr이 내식성이 가장 좋을 것 이라고 판단하였고 Table 3에 나타낸 것과 같이 부식률이 Al2013-0.5Zr이 가장 낮은 값을 가짐을 확인할 수 있었다.
경도와 인장강도, 연신율 전체적인 경향성을 보면 Zr의 함량에 따라 증가하는 경향을 보였다. 하지만 경도의 경우 큰 차이는 아니지만 0.
따라서 본 연구에서 사용된 Al 2013 합금에 미량의 Zr을 첨가하는 것은 기계적 성질 및 내식성에 우수한 영향을 미친다는 것을 실험적, 이론적으로 확인할 수 있었다.
또한 Zr의 함량을 더 할수록 격자간의 거리가 각각 2013일 때는 4.0491 Å, 2031-0.2Zr은 4.0494 Å, 2031-0.5Zr은 4.0498 Å로 아주 미세한 차이가 남을 확인할 수 있었다.
석출물의 크기는 Zr의 함량에 따라 사이즈와 격자상수가 달라지고, Zr이 0.2 % 첨가되었을때 석출물은 가장 작은 사이즈(약 10 nm)를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Zr 첨가량이 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Al-Cu계 합금에 강도와 연성 향상에 효과적인 원소는 무엇이 있는가?
Al-Cu계 합금에 강도와 연성 향상에 효과적인 원소들 (Cd, Mn, Si, Fe, Ti 등)을 첨가하여 상변화 및 시효거동 등에 대한 연구 2-5) 가 꾸준히 되어오고 있는 가운데, 특히 Al 합금계에 미량의 Zr을 첨가하면 결정립이 미세 화되고 입계의 우선부식을 입내의 전면부식으로 바꾸게 되어 내응력 부식성이 향상되고 용접이 개선되었다는 보고 6~8) 가 있었다.
Al 2013-8T 소재에 Zr의 첨가량에 따른 기계적, 부식의 특성은 어떠한가?
1) Zr의 함량에 따라 석출물의 크기가 달라졌으며, Zr 함량의 증가에 따라 인장강도와 내식성이 증가하였다.
2) 인장강도와 내식성은 Zr 함량이 증가함에 따라 원자간의 화학적결합 측면으로 계산했을 때와 같은 경향 으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
알루미늄 합금의 특징은?
알루미늄 합금은 철강에 비해 약1/3정도의 비중을 가지면서, 기계적, 내식성 특성이 우수하여 각종 구조물, 기계장비, 설비등 널리 사용되어오고 있다. 그 중 현재 용융 아연 도금 장치 설비는 대부분 Al합금으로 사용되어 오고 있는 가운데, 여전히 Al 합금 소재에 기계적, 부식성으로 인해 어려움을 겪고 있는 실정이다.
참고문헌 (14)
S. Iwamura, Y. Ozeki and H. Yoshida, Sumitomo Light Met. Tech. Reports, 50, 32 (2010).
K. H. Kim, T. H. Lee, J. G. Park and I. B. Kim, J. Korean Inst. Met. Mater., 37, 142 (1999).
K. H. Kim, J. D. Kim and I. B. Kim, Korean J. Mater. Res., 12, 248 (2002).
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