AZ31 마그네슘 합금 마찰교반접합부의 부식 거동

Abstract

자동차 산업에서는 환경 보호와 연비 향상을 위해 경량금속인 마그네슘 합금에 대한 관심이 높아지고 있으나 플라스틱, 알루미늄 합금 등 경쟁소재와 비교하여 열악한 내식성을 나타내 아직 다양한 분야에 적용되지 못하고 있다. 특히, 마그네슘 합금을 구조용 재료로 적용하기 위해서는 접합 기술이 필수적이지만 일반적으로 금속재료의 접합에 사용되는 용융 접합의 경우, 고온 균열, 침전물, 합금 원소의 조성 분리 등의 문제점이 있으므로 고상 용접법인 마찰교반접합(Friction Stir Welding, FSW) 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 상용 AZ31 합금 마찰교반접합부의 미세조직, 특성에 대한 연구는 보고되고 있지만, 미세조직학적 특성 차이에 대한 정량적 해석과 마찰교반접합 시 부식 특성에 미치는 미세조직학적 인자 변화에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 또한, 접합부 미세조직과 특성에 대하여 내식성을 향상시킨 Modified-AZ31과 상용 AZ31 간의 비교도 필요하다. 따라서 본 연구에서는 내식성을 향상시킨 Modified-AZ31 압출재 및 압연재와 상용 AZ31 압연재 총 3종의 AZ31 합금을 마찰교반접합 공정을 이용하여 맞대기 접합하였으며, 각 접합부의 미세조직 변화에 따른 부식 거동을 합금별 및 영역별로 비교 ∙ 분석하고자 하였다. 광학현미경과 주사전자현미경을 통하여 미세조직을 분석하고 정량화하고자 하였다. 부식 특성의 경우에는 염수분무시험과 침지시험을 시행하여 BM과 SZ의 부식 거동을 관찰하였다. 개방 회로 전위 측정 및 동전위 분극시험을 시행해 각 합금의 BM, SZ에 대하여 Ecorr, Icorr 값을 정량화하였다. 또한 접합 전과 후의 미세조직을 비교 ∙ 관찰하여 미세조직의 변화와 부식 거동을 연관 지어 해석하였다. 실험 결과, Modified-AZ31 압출재, 압연재, 상용 AZ31 압연재 총 3종의 마그네슘 합금의 BM에 비하여 SZ의 결정립이 미세화되었다. Modified-AZ31 압출재의 경우 SZ의 이차상이 BM의 이차상에 비하여 Mn의 함량은 증가하고 ‘X’와 Fe의 함량은 감소하였으며, 이차상의 크기는 증가하고 분율은 유사하였다. Modified-AZ31 압연재의 경우 SZ의 이차상이 BM의 이차상에 비하여 Mn의 함량은 증가하고 ‘X’의 함량은 감소하였으며, 이차상의 크기는 증가하고 분율은 유사하였다. 상용 AZ31 압연재의 경우 SZ의 이차상이 BM의 이차상에 비하여 Mn의 함량은 증가하였으며, 이차상의 크기와 분율은 유사하였다. Modified-AZ31 압출재와 압연재는 희토류 원소 ‘X’를 미량 첨가하여 이차상과 기지 간의 전위 차이가 감소하였다. 이에 ‘X’가 첨가되지 않은 상용 AZ31 압연재보다 우수한 내식성을 나타냈다. 염수분무, 침지시험 결과 마찰교반접합된 시편에서 대체적으로 SZ에 부식이 집중되는 현상이 관찰되었다. 침지시험 시 측정된 무게감소량으로 부식속도를 계산한 결과, 마찰교반접합된 상용 AZ31 압연재, 상용 AZ31 압연재, Modified-AZ31 압출재, 마찰교반접합된 Modified-AZ31 압연재, Modified-AZ31 압연재, 마찰교반접합된 Modified-AZ31 압출재 순으로 부식속도가 빠르게 나타났다. 동전위 분극시험 결과 합금별로 비교해보았을 때 상용 AZ31의 환원 영역에서의 전류밀도가 크게 나타났다. 영역별로 비교해보았을 때는 Modified-AZ31 압출재는 BM과 SZ의 환원 영역에서의 전류밀도가 비슷하였고, Modified-AZ31 압연재, 상용 AZ31 압연재는 BM에 비하여 SZ의 환원 영역에서의 전류밀도가 높게 나타났다. Modified-AZ31 압출재는 마찰교반접합에 의하여 일어난 미세조직 변화가 이차상보다 결정립 크기에서 크게 나타나 부식 특성에 영향을 미치는 주요 인자를 결정립 크기로 볼 수 있었다. Modified-AZ31 압연재와 상용 AZ31 압연재는 마찰교반접합에 의하여 일어난 미세조직 변화가 결정립 크기보다 이차상에서 크게 나타나 부식 특성에 영향을 미치는 주요 인자를 이차상의 성분으로 볼 수 있었다.