압출법으로 제조한 Mg/Al-AlN 복합재료의 미세조직과 기계적 성질

○ Mg합금은 경량구조재로서 자동차, 항공기, 전자통신기기, 스포츠용품 등에 이용되고 있다. AZ91D합금은 기계적 특성과 주조성이 우수하여 가장 널리 이용되는 Mg합금이지만 고온에서 크리프저항성이 불량하여 사용온도는 150℃이하로 제한되고, 부족한 강도와 내마모성도 용도의 확대에 장애가 되고 있다. 이를 극복하는 방법으로 SiC, TiC, TiB2, B4C, AlN 등과 같은 미세한 세라믹 입자를 첨가한 Mg기반 복합재료(MMCs) 연구가 많이 발표되고 있다. 본고에서는 AlN을 이용하는 복합재료의 제조법과 특성을 소개하였다.   ○ AlN을 이용하는 MMCs에 대해서는 CaO등이 AZ91D합금에 1wt.%의 AlN 나노입자를 첨가하여 초음파진동 조건에서 용해하는 방법으로 AlN이 균일하게 분산된 Mg-Al/AlN 복합재료의 제조를 보고한 바 있다(Mater. Sci. Eng., A 494, 2008, pp.127-131). 그러나 기계적 성질에 대해서는 보고가 없다. 본 연구에서는 AZ91D조성으로 배합한 Mg와 Al분말에 5wt.%의 AlN분말(1-3㎛)을 첨가하여 소결시킨 후 이를 압출하는 방법으로 고강도 Mg-Al/AlN 복합재료를 제조하였다.   ○ Mg-Al/AlN 복합재료 소결체는 330℃압출에 의해 AlN입자와 Mg17Al12 석출상에 의한 입계고정 효과, 동적재결정, 압출방향으로 연신된 결정립의 분단 등에 의해 결정립이 소결체의 64.6㎛에서 압출 후에는 20.7㎛으로 미세해 진다. 이와 같은 결정립미세화에 더하여 AlN의 분산강화와 높은 전위밀도를 갖는 입자변형영역(PDZ)이 복합적으로 작용하여 334MPa의 높은 인장강도가 실현되었다. 또 탄성계수와 경도는 부위에 따라 각각 69.0～118.2GPa, 3.5～6.6GPa의 범위를 나타내었다.   ○ Mg기 복합재료에 관해서는 부산대학에서 Mg-5wt.%Al-2wt.%Si 합금에 강화제로서 Al18B4O33 whisker를 첨가한 연구가 있다(대한금속․재료학회지, vol.48, no.10, 2010, pp.957-963). Al18B4O33는 저렴하고 밀도와 기계적 특성이 우수하다는 점에서 주목된다. 그러나 AlN을 강화제로 하는 연구는 검색되지 않는다. 세라믹 나노입자를 이용하는 Mg기 복합재료는 강도가 약한 Mg합금의 단점을 해결하는 유용한 방법이므로 국내연구의 활성화가 요망된다.