전기화학 포텐셜 동기화를 이용한 AZ계 고내식 마그네슘 합금 개발

Abstract

마그네슘 합금은 금속소재 중 가장 가벼우며, 비강도, 비강성, 진동 흡수능 등이 우수하여 전자 및 IT 산업뿐 아니라 수송기기용 경량 소재로서 갈수록 그 중요성이 더해지고 있다. 그러나, 마그네슘은 전기화학적으로 활성이 큰 금속으로 부식 환경에 노출될 경우 빠른 속도로 부식이 진행되는 단점이 있어 소재화 적용에 한계가 있다. 따라서, 마그네슘 합금의 적용 분야 확대를 위해 열악한 부식 환경에 적용 가능한 새로운 고내식 마그네슘 소재 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 마그네슘 기지와 이차상간의 전기화학 포텐셜 동기화를 이용하여 AZ계 마그네슘 합금의 내식성을 향상시키고자 하였다. 제일원리 기반의 전산모사 기법을 활용하여 AZ계 마그네슘 합금의 이차상들의 전기화학 포텐셜을 예측하고 이들과 마그네슘 기지와의 전기화학 포텐셜 차이를 감소시킬 수 있는 합금 원소를 도출하였다. 이를 기반으로 마그네슘 신합금을 용해 및 주조하고 온간압연을 실시한 후 압연재에 대한 부식성을 평가하였다. 부식성은 압연재를 표면연마한 후 28oC, 3.5 wt.% NaCl 용액에서 20시간동안 염수침적시험(Salt immersion test)을 통해 부식속도를 측정하여 평가하였다. 그 결과 전산모사를 통해 도출된 합금원소를 첨가하였을 경우 기존 AZ31 마그네슘 합금 대비 부식속도가 4배 이상 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 내식성 향상 기구를 규명하기 위해 SKPFM(Scanning Kelvin prove force microscopy)를 이용하여 마그네슘 기지와 이차상간의 전기화학 포텐셜를 측정하였고, 3D-APT(Atop prove tomography) 분석을 통 해 합금원소 분포를 확인하였다.