초록 ▼

핵심기술
● Mg 합금분말제조기술
● 고강도 고내식 Mg합금 성형 기술
● Mg 분말 탈황제 제조 및 탈황기술
최종목표
□ 급속응고공정을 이용한 고강도 고내식합금 설계:
o Mg-Zn-Y 합금의 강도 향상
- 강도 주조재 : 인장강도 > 160 MPa
- I상을 포함하는 Mg-Zn-Y 합금의 조성 범위 확립
o 급속응고 고강도 내식 Mg합금 설계:
- 제 4원소 첨가 효과 (Mn, Sn, Ca)
□ 급속 응고 공정을 이용한 산업용 고강도 Mg 분말 특성제어 및 표면 안정화

핵심기술
● Mg 합금분말제조기술
● 고강도 고내식 Mg합금 성형 기술
● Mg 분말 탈황제 제조 및 탈황기술
최종목표
□ 급속응고공정을 이용한 고강도 고내식합금 설계:
o Mg-Zn-Y 합금의 강도 향상
- 강도 주조재 : 인장강도 > 160 MPa
- I상을 포함하는 Mg-Zn-Y 합금의 조성 범위 확립
o 급속응고 고강도 내식 Mg합금 설계:
- 제 4원소 첨가 효과 (Mn, Sn, Ca)
□ 급속 응고 공정을 이용한 산업용 고강도 Mg 분말 특성제어 및 표면 안정화 기술개발
o 가스압력, 유량 및 용해조건 등을 고려, 균일한 입도제어 기술 확보
o 노즐간격, 형상 등의 Mg분말 제조를 위한 최적의 노즐 설계
o 산화막 두께에 따른 Mg 분말의 내발화성 제어
o 고내식성 내마모성 후막을 지닌 Mg 합금 개발
□ 고강도 Mg 합금 성형기술
o 급속응고공정을 이용한 고강도 고내식 Mg합금 성형 기술 개발
→ 98%이상 성형밀도
o SPS 또는 압출공정을 이용한 성형공정변수에 따른 성형밀도제어
→ 밀도 99%이상
o 고강도 Mg 성형체 제조기술 개발
→ 인장강도 500 MPa, 10% 연신율의 고강도 Mg 성형체 제조
o Canless 성형 공정(SPS->Extrusion) 에 의한 Mg-ZnC_4.3Y_0.7 분말성형기술 확보
기존 분말야금 공정은 압출 시 캐닝을 통한 공정단가 상승용인이 산업화의 걸림돌
→ Canless 압출 공정을 확보 (특허 출원) 하여, Mg 분말의 산업적 고강도 성형기술 확보
o Mg분말의 벌크 성형 공정 simulation 및 실험 검증
o 고강도 Mg합금분말의 양산화 성형기술개발
o 양산용 Mg 합금분말의 정형가공기술 확보 (자동차 엔진부품)
□ Mg 탈황제 제조 및 탈황기술 확보
o 탈황용 Mg분말 코팅기술 개발
o 최적의 CaO코팅조건 확보(강 중 황 함량:0.05%이하)
o 구형화조건 확보, 열적 안정한 CaO 코팅층 확보(17μm~37μm)
□ Mg cored wire 탈황제 제조 및 탈황기술 확보
o 탈황제 조성, 투입위치, 탈황 온도 조건 최적화에 따른 보다 안전한 탈황기술 확보
개발내용 및 결과
o 고강도 Mg-Zn-Y 합금 조성 확립:(Zn= 5.6*(Y+0.25) (in at %)
o 고강도 내식 합금 설계 : Mg-Zn-Y-Mn, Mg-Zn-Y-Sn, Mg-Zn-Y-Ca 합금 개발
o 노즐 및 가스분무 조건 최적화: 입도분포 60%이상,
o 구형의 고미세화된 Mg 분말의 대량생산화:500Kg/charge, 2회/1일
o 산화막제어로 내발화성 확보: 1500Å에서 750Å 감소
o 고강도 고내식 Mg합금 성형 기술 개발: 98%이상 성형밀도
o SPS 또는 압출공정을 이용한 성형공정변수에 따른 성형밀도제어: 밀도 99%이상
o 고강도 마그네슘 성형체 제조기술 개발: 500MPa,10% 연신
o Canless 압출 공정을 확보 (특허 출원) 하여, Mg 분말의 산업적 고강도 성형 기술 확보
o CaO 코팅변수 최적화 (강중 황잔류율 : 0.05%) 볼대 분말 비조건(20:1) 균일한 CaO코팅층 형성(17μm~37μm), CaO 코팅 원인규명,0.004%이하로 감소됨(탈황 효과 우수)
o 직경 9mm, 길이 1m, 두께 0.7mm, 탈황제 투입위치, 조성 최적화, 온도에 따른 탈황효과 열적 안정한 Mg core wire 제조
o 산업화를 위한 대용량 탈황 테스트중(용탕 70kg목표), 양산용 CaO 코팅 장치설계 : CaO 코팅된 Mg 분말 200kg 양산 가능
기술개발배경
Mg 분말은 높은 발화성과 난성형성의 HCP조직으로 인해 고강도확보가 난이하므로, 조직을 미세화 시키고 성형성이 우수한 급속응고 분말야금법이 필요하다. 또한 고강도Mg 합금의 산업적 안정한 활용과 고부가가치화를 위해서는 Mg합금의 낮은 내식성, 표면 개질 제어와 국내 전무한 Mg탈황제 제조기술 및 탈황특성이 연구될 필요가 있다.
핵심개발기술의 의의
o Mg 분말의 특성 (미세조직, 조성, 표면특성 등)에 따른 고강도 합금분말 성형 기술 확보
(다양한 성형공정 활용)
o 기존 분말야금 공정은 압출 시 캐닝을 통한 공정단가 상승용인이 산업화의 걸림돌
→ Canless 압출 공정을 확보 (특허 출원) 하여, Mg 분말의 산업적 고강도 성형기술 확보
o 고강도 구조용 Mg 합금분말의 제조 및 성형기술은 기존의 실험실 규모보다는 산업 스케일에 가까운 canless 공정을 확보
o 세계 Mg 시장의 16-17%를 차지하는 Mg 탈황제 제조기술의 국산화 도모함
적용분야
o Mg 합금분말 제조기술, 고강도·고내식 Mg 성형체, Mg 분말 탈황제

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 2
• <기술개발사업 주요 연구성과> ... 9
• 목차 ... 17
• 제 1장 서론 ... 19
• 제1절 기술개발의 중요성 및 필요성 ... 19
• 제2절 국내 · 외 관련 기술의 현황 ... 26
• 제3절 기술개발 시 예상되는 기술적 · 경제적 파급 효과 ... 32
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 34
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 34
• 제2절 단계 목표 및 평가 방법 ... 36
• 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 37
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 38
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 38
• 1. 고강도 고내식 Mg합금 개발 ... 39
• 1) 주조재 및 열간가공재의 미세조직 ... 39
• 1-1) Mg-Zn-Y 합금의 기계적 특성 ... 40
• 1-2) Zn/Y 비에 따른 조직의 변화 ... 43
• 2) 급속응고된 Mg 합금의 미세조직 ... 45
• 2-1) Mg-Y 합금 리본의 미세조직 ... 45
• 2-2) Mg-Zn-Y 과 Mg-Zn-Y-Sn 합금의 미세조직 ... 47
• 3) 주조재 합금 Mg-Zn-Y의 상분석 및 내식특성 ... 50
• 3-1) 열적으로 안정상인 준결정 I- 상의 부식 특성 평가 ... 50
• 3-2) Mg-Zn-Y 합금의 분율에 따른 부식특성 ... 51
• 4) 급속응고된 Mg-Zn-Y 합금의 상분석 및 내식특성 ... 56
• 4-1) Mg-Zn-Y 합금 조성의 미세조정 : Mg7Zn3 와 W 상의 영향 ... 56
• 4-2) 급속응고 된 Mg-Y합금의 부식 특성 ... 62
• 4-3) Mg-Zn-Y 합금와 Mg-Zn-Y-Sn 합금의 내식성 변화 ... 65
• 4-4) Mg-Zn-Y 합금에 Ca첨가에 따른 효과 ... 68
• 2. 고강도 마그네슘 합금 분말제조 및 성형체 제조 ... 70
• 1) 급속응고 Mg 분말제조 기술 ... 70
• 1-1) 기술개발 목표 ... 70
• 1-2) 기술개발 수행 내용 ... 70
• 2) 고강도 Mg 합금개발 ... 74
• 3) 고강도 마그네슘 합금 성형체 개발 ... 76
• 3-1) 기술개발 목표 ... 76
• 3-2) 기술개발 수행 내용 ... 76
• 3. Mg 합금 분말 성형체의 표면 처리 기술 ... 95
• 1) 인산염계열 및 불소계열이 첨가된 전해액에서 산화 피막 처리된 마그네슘 합금의 부식 특성 ... 95
• 2) KF가 포함된 전해질을 이용한 플라즈마 전해산화의 모재 효과 ... 100
• 2-1) Die casting ... 101
• 2-2) SPS 성형체 ... 104
• 3) suspension 전해액 내 플라즈마 전해산화 공정 기술 인자에 따른 코팅층 성장거동 분석 ... 108
• 4. Mg 탈황제 제조 및 탈황 기술 확보 ... 115
• 1) CaO 코팅된 Mg 합금 분말의 표면 특성 및 크기 제어 ... 117
• 2) CaO가 코팅 된 Mg 분말을 이용한 탈황특성 ... 125
• 3) Mg cored wire 탈황제 제조 및 탈황특성 ... 129
• 4) 대용량 탈황기술 확보 및 양산용 CaO 코팅 장치 설계 ... 135
• 제2절 연구개발 추진체계 ... 146
• - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 146
• 제3절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 148