알루미늄-마그네슘 합금(Al-Mg alloys)

2원계 Al-Mg 합금은 열처리할 수 없는 5000계 Al 합금의 기본이 된다. Mg은 Al에 대해 상당한 양의 고용도를 가지게 됩니다. 451도에서 최대 14.9 wt%를 나타내고, 온도저하에 따라 고용도가 크게 감소하지만, 7% 미만의 Mg합금에서는 석출경화를 나타내지 않습니다. 고용강화에 의해 상당히 강화시키며 이 때문에 높은 가공경화 특성을 나타낸다. 넓은 범위의 강도를 가지며, 성형성과 용접성이 좋고 내식성이 높습니다. 높은 강도 대 중량 비율, 내식성 및 낮은 밀도로 인해 항공우주, 자동차, 해양 및 건설을 포함한 다양한 산업에서 널리 사용됩니다.

 

조직

대부분의 Al-Mg합금에서 Mg은 고용체로서 존재합니다. 하지만, Mg함량이 3.5%를 초과하는 경우, 저온열처리나 고온에서의 서냉을 통해 Mg2Al3가 석출하게 됩니다. 예를 들어, 4% Mg을 함유하는 5086합금의 경우 냉간가공하고 120-180도 범위에서 가열하면 결정립계에 Mg2Al3가 연속적으로 석출되게 됩니다. 이러한 조직은 stress corrosion 균열에 취약해질 수 있습니다. 이 합금을 고온에서 응력을 제거하고, 잘 처리하게 되면, 석출물이 미세하게 분산석출할 수 있게 되는데, 이를 통해 균열 문제를 해결할 수 있습니다. 상용 Al-Mg합금의 경우 Mg이 과잉으로 존재하게 되면, Mg2Si의 낮은 고용도로 인해 Si함량에 비례하여 Mg2Si입자가 석출되게 됩니다. 만일 Al-Mg합금에 Cr과 Mn이 함유되면 상용Al에 이미 들어 있던 Fe 성분과 함께 다른 용해되지 않는 상을 나타나게 합니다.

 

기계적 성질

Al-Mg합금은 열처리할 수없는 합금으로 분류하였지만, 약 4% Mg 이상을 함유한 합금은 annealing온도에서 고용할 수 있는 Mg의 양이 상온에서 고용체로 잔류할 수 있는 양보다 많습니다. 따라서 이 합금을 심하게 변형경화시킨 다음 상온에서 오랜 시간 두면 Mg2Al3가 slip band를 따라 석출이 일어납니다. 또한 어닐링되는 고온에 방치해 두면 결정립계를 따라서 석출이 일어납니다. 이 석출물에 의해서 부식이 일어날 수 있는 분위기에서 입계가 침식되어 stress corrosion이 일어나게 됩니다. 이러한 이유로 그와 같은 불안정성을 제거 또는 최소화시키위 위해서 H3XX 조질방법이 개발되었습니다. 

 

Al-Mg 합금에는 마그네슘 함량 및 기타 합금 원소에 의해 차별화되는 다양한 등급이 있습니다. 예를 들어, 5000계 알루미늄 합금은 일반적으로 3-5%의 마그네슘과 구리, 망간 및 크롬과 같은 소량의 기타 합금 원소를 포함합니다. 반면에 6000계 합금은 마그네슘 함량이 일반적으로 0.5%에서 1.5% 정도 더 높으며 실리콘과 마그네슘을 주요 합금 원소로 포함하고 있습니다. Al-Mg 합금은 알루미늄과 마그네슘으로 구성된 일반적인 경량 구조 합금입니다. 고강도 대 중량 비율, 내식성 및 낮은 밀도를 포함한 다양한 이점을 제공하므로 다양한 용도로 사용하기에 이상적입니다.

Phase diagram of Al-Mg system

 

참고문헌

[1] Smith, Structure and properties of engineering alloys, 2nd edition