Mg 농축에 대한 시너지 효과

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20053(2022) 이 기사 인용

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Mg-Al-Zn 합금은 높은 중량 대 강성비, 경량, 높은 강도 대 중량비, 저밀도, 주조성, 고온 기계적 특성, 기계 가공성, 높은 특성 등의 우수한 특성을 고려하여 많은 응용 분야에서 널리 선호됩니다. 내식성 및 훌륭한 감쇠. 이러한 합금의 특성을 개선하는 것은 육각형 결정 구조 및 기타 합금 제한으로 인해 어렵습니다. 본 연구에서는 순수 마그네슘(대조시편)에 합금원소인 Al 8.3wt%, Zn 0.35wt%를 첨가하여 Mg-Al-Zn 합금을 합성하는 것을 목표로 한다. 그런 다음 교반 주조 공정을 통해 일정한 고체 윤활제 BN(3wt%)과 함께 B4C를 세 가지 중량 비율(3wt%, 6wt%, 9wt%)로 강화하여 Mg-Al-Zn/BN/B4C 하이브리드 복합재를 합성합니다. 하이브리드 복합재 샘플을 특성화하고 대조 시편의 성능과 비교했습니다. 그 결과, 9wt% B4C 강화 샘플은 대조 시험편에 비해 인장강도 28.94%, 압축강도 37.89%, 항복강도 74.63%, 경도 14.91%의 향상을 기록하여 우수한 성능을 나타냈습니다. 이 외에도 대조시편에 비해 부식면적(37.81%)이 감소하였고, 밀도(0.03% 증가)와 기공률(0.01% 감소)의 변화도 무시할 수 있는 수준으로 나타났다. 샘플은 SEM, XRD 및 EDAX 장치를 사용하여 특성화되었습니다.

저밀도 소재는 밀도가 낮고 에너지 효율성이 높기 때문에 자동차, 항공우주, 해양 응용 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 다른 금속 및 합금과 비교하여 마그네슘 및 그 합금은 밀도가 낮고 압축 강도가 높기 때문에 관심을 받았습니다. 또한 마그네슘은 CO2 배출 감소로 재활용이 가능하다는 점은 기능적 응용을 충족시키는 또 다른 중요한 이유입니다1. 뛰어난 물리적 특성에도 불구하고 이러한 재료는 강도, 모듈러스 및 내마모성이 낮기 때문에 적용이 제한적이고 반응성이 높으며 고온에서 크리프 저항성이 낮습니다2. 이러한 단점은 원하는 가공 방법을 준수하고 합금 원소나 강화재를 추가함으로써 제거될 수 있습니다3. 제시된 결과를 바탕으로 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 보론 카바이드, 실리콘 질화물, 티타늄 이산화물, 알루미늄 질화물, 티타늄 질화물, 예트륨 산화물 및 티타늄 카바이드와 같은 세라믹이 마그네슘 복합재로 구성된 미립자를 강화하는 데 사용되었습니다4.세라믹 보강재는 매트릭스 재료로 캡슐화될 수 있으므로 제한이 따릅니다. 매트릭스 재료의 고유한 세라믹 강화 입자의 중량 분율을 높이면 경도, 밀도, 인성 및 취성이 증가하지만 연성 및 연신율은 감소하는 것으로 관찰되었습니다5. 이는 강화 미립자의 매트릭스 합금의 균질한 분포에 기인하는 반면, 응집은 열악한 특성을 초래합니다6. 문헌 연구에 따르면 모재에 2차 세라믹 미립자가 포함되면 입자 크기 감소를 통해 재료가 강화되고 복합재의 기계적 특성이 결정되며 하이브리드 복합재로 확인됩니다. 다양한 가공 방법과 보강재를 사용하여 마그네슘 하이브리드 복합재를 합성하는 방법에 대한 수많은 연구가 수행되었습니다7. 분말 야금 접근법은 마그네슘 복합재의 마모 성능을 특성화하는 데 사용되었습니다. 흑연을 포함하면 하이브리드 혼합물의 내마모성이 향상되고 미세 경도 특성이 감소합니다8. 마그네슘 하이브리드 나노복합체의 동적 인장 거동을 개발하기 위해 반고체 교반 방법이 사용되었습니다. 나노규모의 SiC와 MWCNT가 강화를 위해 사용되었을 때 변형률 속도 경화는 서로 다른 온도에서 뚜렷하게 나타나는 것으로 관찰되었습니다9. SiC 입자의 포함은 스퀴즈 캐스팅 방법10을 사용한 단섬유 및 주조 복합재의 강화로 인해 합성 복합재의 마모율을 효과적으로 향상시켰습니다. 탄화붕소의 기계적 특성과 흑연의 강화된 마그네슘 혼합 복합체를 개발하기 위해 액체 야금이 사용되었습니다. 흑연을 매트릭스 합금에 통합하면 마모 특성이 감소합니다11. 강화 부품으로 이붕화 티타늄과 질화 붕소를 사용하여 알루미늄 혼성 복합재의 미세 구조 및 물리적 특성을 조사했으며, BN을 포함하는 주요 목적은 습윤성을 향상시키는 동시에 내마모성을 향상시키는 것입니다12. 문헌에 따르면 밀도가 마그네슘 합금 하이브리드 복합재 합성을 위한 보강재 선택에 큰 영향을 미친다는 결론이 나왔습니다. 그렇지 않으면 이러한 조합의 밀도가 증가하고 기능적 적용에 대한 중량 감소 특성과 일치하지 않게 됩니다13. 제안된 혁신적인 연구의 일환으로, 마그네슘 합금 하이브리드 복합재의 지속적인 개발을 위해 저밀도 재료를 사용한 세라믹 강화재가 선택되었습니다. 설명적 연구 공백에 대해 문헌연구를 수행하였고, 본 연구가 갖는 시사점을 요약하였다. Mg-Al-Zn 합금은 인성, 유연성 및 기타 특성과 같은 기본 특성에 영향을 미치는 육각형 결정 구조를 가지고 있습니다. 그 외에도 이 소재는 알루미늄이나 아연 등 다른 경량 소재에 비해 표면 에너지가 높습니다. 그럼에도 불구하고 알루미늄보다 내식성과 내마모성이 낮습니다. 또한 마그네슘 합금에서는 Al 10wt%가 고용강화를 증가시켜 인장강도, 경도, 주조성을 향상시키고, Zn 0.35%는 결정립계를 따라 MgZn2 상을 형성하여 시효경화가 우수하고 향상된 특성을 제공하는 것으로 확인되었다. . 그러나 합금 원소를 추가하는 것은 재료의 환경 호환성에 필수적이기 때문에 기본 마그네슘 합금으로 제한됩니다14. 붕화물, 탄화물, 질화물과 같은 세라믹 강화 입자를 첨가하는 것만으로 Mg-Al-Zn 합금의 특성이 향상된다는 사실이 밝혀졌습니다. 혼성화된 복합재를 통합하기 위한 미립자 강화 입자로서 Mg-Al-Zn 합금과 탄화붕소 및 질화붕소의 습윤성에 대한 추가 조사가 부족한 것으로 밝혀졌습니다. 마그네슘은 반응성이 높고 대기에 노출되면 산화마그네슘을 형성하기 때문에 이러한 합금의 주요 단점입니다. 서로 다른 모재의 조합에 저밀도 보강재를 첨가함으로써 복합재의 밀도가 회복되고 기계적 특성이 현저히 향상될 것으로 예상되었다15. 문자 그대로의 분석에 따르면 다양한 입자 크기의 B4C 강화재를 포함하면 재료의 기계적 강도가 더 높아지는 것으로 나타났습니다. 그러나 B4C16보다 밀도가 낮음에도 불구하고 BN 강화는 제한적입니다. 또한 탄화붕소와 질화붕소는 Mg-Al-Zn 합금 기반 하이브리드 복합재를 고화시키기 위한 미립자 강화 입자로서 광범위하게 연구되지 않았음을 추론했습니다. 강화에 권장되는 미립자는 다른 세라믹 강화재보다 탄화붕소 및 질화붕소의 경우 2.5g/cm3 및 2.1g/cm3의 낮은 밀도를 갖습니다. 다양한 기본 재료에 이러한 강화 조합을 추가함으로써 최종 재료(복합재)의 밀도가 복원되고 기계적 특성이 더욱 향상되었습니다. 이 효과는 B4C를 3단계(3wt%, 6wt%, 9wt%)로 일정하게 강화하여 Mg-Al-Zn 합금(순수 마그네슘 91.35wt%, 알루미늄 8.3wt%, 아연 0.35wt%)의 특성을 강화합니다. 고체 윤활제 BN 3wt%. 아직까지는 보고되지 않았습니다. BN은 이황화몰리브덴, 흑연과 같은 구조에서 라멜라형이므로 이들에 비하면 더 좋은 고체윤활제이다. 이러한 요인으로 인해 BN은 2차 보강재로 선호되며, 현재 조사에서는 BN의 중량 백분율이 일정하게 유지됩니다. 따라서 이 연구에서는 Mg-Al-Zn/BN/B4C 하이브리드 복합재 샘플의 합성, 특성화 및 테스트를 다루고 그 성능을 주조 Mg-Al-Zn 합금(대조 표본)으로 합성된 것과 비교합니다.