초록 ▼

○ 초소성(superplasticity)은 금속이나 세라믹의 다결정재료에서 나타나는 최소 400% 이상의 인장 연신율과 변형속도 민감도 m값이 ≃0.5인 경우를 가리킨다. Mg 합금의 경우 hcp 결정구조 때문에 성형가공성이 불량하므로 초소성을 부여할 수 있다면 매우 유리할 것이다. 일반적으로 재료가 초소성을 나타내려면 결정립도가 ≃10㎛ 정도로 미세하여야 한다. 그러나 Mg 합금의 경우 때때로 결정이 조대할 경우에도 초소성이 나타난다. 따라서 본고에서는 Mg 합금의 초소성 요건을 살펴본다.

○ Mg 합금의 경우

○ 초소성(superplasticity)은 금속이나 세라믹의 다결정재료에서 나타나는 최소 400% 이상의 인장 연신율과 변형속도 민감도 m값이 ≃0.5인 경우를 가리킨다. Mg 합금의 경우 hcp 결정구조 때문에 성형가공성이 불량하므로 초소성을 부여할 수 있다면 매우 유리할 것이다. 일반적으로 재료가 초소성을 나타내려면 결정립도가 ≃10㎛ 정도로 미세하여야 한다. 그러나 Mg 합금의 경우 때때로 결정이 조대할 경우에도 초소성이 나타난다. 따라서 본고에서는 Mg 합금의 초소성 요건을 살펴본다.

○ Mg 합금의 경우에도 기존의 다른 합금과 마찬가지로 결정립이 미세하면 초소성 발현의 가능성이 훨씬 커진다. 즉, 강소성변형(SPD: Severe Plastic Deformation)을 거친 초미세결정립(UFG)의 Mg-0.6%Zr 합금, AZ31, AZ61, AZ91, ZK60 합금 등은 모두 초소성을 나타낸다. 초소성을 보인 조대결정(수백 ㎛) Mg 합금의 경우에도 합금의 소성변형 과정에서 동적재결정이 일어나 실제로는 결정립이 현저히 미세화된 것으로 밝혀졌다. 따라서 Mg 합금도 일반적인 초소성 이론을 따른다.

○ 초소성 변형은 재료의 흐름이 확산속도에 의해 지배되는 고온크리프 영역(T≃0.5Tm)에서 일어나며, 입간슬립(intergranular slip) 및 반대쪽 입계로의 전위상승이 그 원인이다. 최초의 진정한 초소성합금은 1934년에 Pearson(J. Inst. Metals, 1934, 54, p.111)이 보고한 ～1,950% 연신율의 Bi-42%Sn 공정합금이었다. Mg 합금의 경우에는 ZK60이 최대 3,050%의 연신율을 보였고, AZ31 합금에서도 ≃500～1,000%의 연신율과 0.5의 m값을 기록한 바 있다.

○ 국내에서의 Mg 합금 초소성 연구는 비교적 활발히 진행되어 홍익대, 울산대, 포항대 등의 연구자들이 해외 학술지에 다수의 논문을 발표한 바 있다. 그러나 주로 SPD에 의한 UFG 합금들의 초소성에 대한 연구들이며 본고에서 언급한 조대결정 Mg 합금의 초소성에 대한 연구 발표는 없다. 조대결정 Mg 합금의 초소성은 공정이 복잡하고 특수장비가 필요한 SPD를 거치지 않고도 일어날 수 있는 매우 흥미로운 현상이므로 국내에서도 연구해 볼만한 토픽이라 할 수 있다.