Mn 첨가 마그네슘 및 그 합금의 부식 거동에 대한 고찰

본 논문 요약은 ['International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology']에서 발행한 ['A Review on Corrosion behaviour of Mn added Magnesium and its alloys'] 논문을 기반으로 작성되었습니다.

1. 개요:

  • 제목: Mn 첨가 마그네슘 및 그 합금의 부식 거동에 대한 고찰 (A Review on Corrosion behaviour of Mn added Magnesium and its alloys)
  • 저자: Mrs.Minal Sanjay Dani, Dr. Vandana J Rao, Dr. Indravadan B Dave
  • 발행 연도: 2015년
  • 발행 학술지/학회: International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology, Vol. 2, Issue 12, December 2015
  • 키워드: 마그네슘 합금; 망간, 알루미늄, 합금 원소, 금속간 화합물, 부식 (Magnesium alloy; Manganese, Aluminium, Alloying Elements, Intermetallic phase; corrosion)
Fig. 1.Some automotive components made of Mg alloy and obtained weight reduction[14]
Fig. 1.Some automotive components made of Mg alloy and obtained weight reduction[14]

2. 초록 또는 서론

본 연구 검토는 망간(Mn)이 첨가된 마그네슘(Mg) 및 그 합금의 부식 거동을 명확히 합니다. 마그네슘은 모든 엔지니어링 금속 중에서 가장 가벼우며 강철과 알루미늄의 매력적인 대체재로 제시됩니다. 그러나 Mg 및 그 합금의 지속적인 부식 민감성은 더 넓은 응용을 막는 중요한 기술적 장애물로 남아 있습니다. 마그네슘 합금에 영향을 미치는 다양한 형태의 부식, 즉 갈바닉 부식, 공식 부식, 입계 부식(IGC), 사상 부식, 틈새 부식, 응력 부식 균열(SCC) 및 부식 피로(CF)가 이전에 문서화되었습니다. 특히 마그네슘-알루미늄(Mg-Al) 합금에서 금속간 Al8(Mn,Fe)5 상의 형성은 원소 철 입자를 격리하여 내식성을 향상시키는 것으로 관찰되었습니다. 전기화학적 방법과 중량 감소법(침지 시험)을 사용하여 부식 속도를 평가한 결과, Mn 첨가 샘플이 Fe 불순물 허용 수준이 증가한 것으로 나타났습니다. 이는 Mn이 Mg 합금 부식에 대한 Fe 불순물의 유해한 영향을 효과적으로 완화할 수 있음을 시사합니다. 또한 합금 원소, 미세 구조, 2차상, 결정립 크기, 용접 효과 및 열처리 효과와 같은 Mg 합금의 부식 거동에 영향을 미치는 요인도 고려됩니다.

3. 연구 배경:

연구 주제 배경:

마그네슘(Mg)은 가장 가벼운 엔지니어링 금속으로 인식되어 자동차, 전자 제품 및 항공우주와 같은 분야에서 강철 및 알루미늄의 매력적인 대안으로 여겨집니다[7]. 이러한 장점에도 불구하고 Mg 및 그 합금의 부식은 더 광범위한 활용을 제한하는 잘 알려진 주요 기술적 과제입니다. 향상된 내식성을 나타내는 마그네슘 합금 개발에 대한 상당한 요구가 존재합니다. 이러한 개발의 전제 조건은 주요 합금 원소와 불순물이 부식 과정에서 수행하는 역할에 대한 포괄적이고 기본적인 이해입니다.

기존 연구 현황:

이전 연구에서는 갈바닉 부식, 공식 부식, 입계 부식(IGC), 사상 부식, 틈새 부식, 응력 부식 균열(SCC) 및 부식 피로(CF)를 포함하여 Mg 합금의 다양한 부식 메커니즘을 광범위하게 논의했습니다[13]. Mg-Al 합금에서 금속간 Al8(Mn,Fe)5 상의 형성은 원소 철 입자를 Mg 기질 및 합금에서 제거하여 내식성을 향상시키는 것으로 나타났습니다[10]. 부식 속도 평가는 전기화학적 방법과 중량 감소법(침지 시험)을 사용하여 수행되었습니다. 이러한 조사 결과 Mn 첨가 샘플은 Fe 불순물에 대한 내성이 증가한 것으로 나타났으며, 이는 Mn이 Mg 합금 부식에 대한 Fe의 유해한 영향을 완화할 수 있음을 시사합니다.

연구의 필요성:

향상된 내식성을 가진 마그네슘 합금 개발에 대한 "압도적인 요구"가 존재합니다. 이를 달성하려면 "주요 합금 원소와 불순물의 역할에 대한 상세하고 기본적인 이해"가 필요합니다. 현재 연구의 주요 목표는 마그네슘 금속 또는 Mg 합금을 수정하여 알루미늄 합금의 실행 가능한 대안으로 자리매김할 수 있는 우수한 내식성을 달성하는 것입니다.

4. 연구 목적 및 연구 질문:

연구 목적:

본 연구 검토의 주요 목적은 "더 낮은 부식 속도를 가진 Mg 및 그 합금을 생산하기 위한 유용한 연구 방향에 대한 이해를 제공하는 것[8]"입니다.

핵심 연구:

본 논문은 "Mn 첨가 마그네슘 및 그 합금의 부식 거동"에 초점을 맞추고 있습니다. "합금 원소의 효과, 미세 구조 및 2차상, 결정립 크기, 용접 및 열처리 효과와 같은 Mg 합금의 부식 거동에 영향을 미치는 요인"을 부식 성능에 영향을 미치는 중요한 매개변수로 조사합니다.

연구 가설:

본 연구는 "Mn 첨가가 Mg 합금의 부식에 대한 Fe 불순물의 영향을 완화할 수 있었다"는 가설을 암묵적으로 검증합니다. 또한 "마그네슘-알루미늄(Mg-Al) 합금에서 금속간 Al8(Mn,Fe)5 상의 형성은 Mg 및 그 합금에서 원소 철 입자를 제거하여 내식성을 향상시킨다[10]"는 확립된 이해를 기반으로 합니다.

5. 연구 방법론

연구 설계:

본 연구는 문헌 검토 논문으로 구성되어 있으며, 기존 문헌을 종합하여 Mn 첨가 마그네슘 합금의 부식 거동에 대한 포괄적인 개요를 제공합니다.

자료 수집 방법:

사용된 연구 방법론은 포괄적인 문헌 검토입니다. 저자들은 망간 첨가의 효과에 특별한 중점을 두고 마그네슘 합금의 부식에 초점을 맞춘 다양한 연구 결과를 수집하고 분석했습니다.

분석 방법:

분석 방법은 질적이며, 검토된 문헌에서 얻은 결과의 종합 및 해석을 포함합니다. 저자들은 마그네슘 합금의 부식 메커니즘과 부식 완화에 대한 망간의 역할에 대한 현재 지식 상태를 분석하고 요약합니다.

연구 대상 및 범위:

본 검토의 범위는 "Mg 금속 및 Mg 합금의 부식 거동"에 초점을 맞추고 있으며, 특히 "Mg 합금에서 Mn 첨가의 영향[2]"에 중점을 둡니다. 검토는 마그네슘 합금과 관련된 다양한 유형의 부식, 영향 요인 및 측정 기술을 포함합니다.

6. 주요 연구 결과:

핵심 연구 결과:

본 검토의 주요 결과는 "Mn 첨가 샘플이 Fe 불순물 허용 수준이 증가한 것으로 나타났습니다. 이는 Mn 첨가가 Mg 합금의 부식에 대한 Fe 불순물의 영향을 완화할 수 있었다는 것을 나타냅니다." 또한 검토에서는 "합금 원소의 효과, 미세 구조 및 2차상, 결정립 크기, 용접 및 열처리 효과와 같은 Mg 합금의 부식 거동에 영향을 미치는 요인이 논의되었다"는 점을 강조합니다. 본 논문은 또한 갈바닉 부식, 공식 부식, 입계 부식, 사상 부식, 틈새 부식, 응력 부식 균열(SCC) 및 부식 피로(CF)를 포함하여 Mg 합금에서 관찰되는 다양한 유형의 부식을 자세히 설명합니다.

제시된 데이터 분석:

본 논문은 검토를 뒷받침하기 위해 여러 표와 그림을 제시합니다.

  • 표 I: 금속의 물리적 특성 비교: 이 표는 마그네슘, 알루미늄 및 철의 물리적 특성을 비교하여 마그네슘의 낮은 밀도를 강조합니다.
  • 표 II 상온에서 MG 합금의 일반적인 기계적 특성: 이 표는 다양한 Mg 합금(AZ91, AM60, AM50, AM20, AE42)에 대한 일반적인 기계적 특성을 제시합니다.
  • 표 III: 금속 이온 전극 전위: 이 표는 Mg를 포함한 다양한 금속의 금속 이온 전극 전위를 나열하여 Mg의 높은 활성도를 보여줍니다.
  • 표 IV: 마그네슘 및 일반적인 마그네슘 2차상의 부식 전위 값: 이 표는 마그네슘 및 Mg 합금의 일반적인 2차상에 대한 부식 전위 값을 제공합니다.
  • 표 V: ASTM D1384 물에 3시간 침지 후 순수상의 부식 전위: 이 표는 Mg, AlMn 및 β(Mg17Al12) 상의 부식 전위를 비교합니다.
  • 그림 1: "Mg 합금으로 만들어지고 중량 감소를 얻은 일부 자동차 부품[14]"을 보여주며, 실제 응용 분야와 중량 절감 효과를 보여줍니다.
  • 그림 2: "마그네슘 단조 합금 휠"은 고성능 Mg 합금 응용 분야의 예입니다.
  • 그림 3: "기계 가공 압연 슬래브: Elektron 43"은 항공기 좌석에 고강도 Mg 합금의 사용을 강조합니다.
  • 그림 4: "AZ31B로 만든 시내 버스용 핸드레일"은 경량 구조물에 압출 Mg 튜브의 사용을 보여줍니다.
  • 그림 5: "마그네슘 엔진 전면 커버로 하중 감소"는 Mg 및 알루미늄 엔진 커버를 비교합니다.
  • 그림 6: "Mg 합금의 부식 속도에 대한 합금 원소의 영향"은 다양한 합금 원소가 부식 속도에 미치는 영향을 그래프로 나타냅니다.
  • 그림 7: "Mg-Al 합금에서 Mn 첨가의 효과"는 Mg-Al 합금에서 Mn 첨가가 부식 거동에 미치는 영향을 보여줍니다.
  • 그림 8, 9: "갈바닉 부식"은 Mg 합금에서 갈바닉 부식의 메커니즘을 설명합니다.
  • 그림 10: "3.5% NaCl 수용액에서 압출된 AM60의 공식 형태"는 Mg 합금의 공식 부식을 보여줍니다.
  • 그림 11: "3.5% NaCl 수용액에서 1시간 후 AZ80-T5의 입계 부식 형태"는 입계 부식을 보여줍니다.
  • 그림 12: "레이저 빔 용접된 AZ31의 용접 영역의 부식 형태"는 용접된 Mg 합금 접합부의 부식 거동을 보여줍니다.
  • 그림 13: "pH=3(a), pH=7(b) 및 pH=12(c)에서 3.5% NaCl 수용액에서 압출된 AM60의 부식 형태"는 pH가 부식 형태에 미치는 영향을 보여줍니다.

그림 목록:

Fig:2This is ZK30 with Zn and Zr is lighter than Aluminum forged wheel which is used in Audi A8 series.
Fig:2This is ZK30 with Zn and Zr is lighter than Aluminum forged wheel which is used in Audi A8 series.
Fig:3Made from Electron 43,High strength Mg alloys which used in Aircraft seat. Mg alloy with Yitrium,rare earth and Zr.
Fig:3Made from Electron 43,High strength Mg alloys which used in Aircraft seat. Mg alloy with Yitrium,rare earth and Zr.
Fig:4The curved, extruded magnesium tubing forms handrails that are lighter, thinner and stronger than Aluminum handrails.
Fig:4The curved, extruded magnesium tubing forms handrails that are lighter, thinner and stronger than Aluminum handrails.
Fig:5Compared to Aluminum, the area tension pulley is strengthened in the magnesium cover, due to a high bending moment and compaction behavior. As engines become ever-lighter with magnesium, improved fuel economy and durability compare with Aluminum alloys.
Fig:5Compared to Aluminum, the area tension pulley is strengthened in the magnesium cover, due to a high bending moment and compaction behavior. As engines become ever-lighter with magnesium, improved fuel economy and durability compare with Aluminum alloys.
Fig 6 : Effect of alloying elements on corrosion rate of Mg alloy
Fig 6 : Effect of alloying elements on corrosion rate of Mg alloy
Fig:7Effect of addition of Mn in Mg-Al alloy
Fig:7Effect of addition of Mn in Mg-Al alloy
Fig:8,9 Galvanic Corrosion
Fig:8,9 Galvanic Corrosion
Fig:10Pitting morphology of extruded AM60 in 3.5%NaC1 aqueous solution
Fig:10Pitting morphology of extruded AM60 in 3.5%NaC1 aqueous solution
Fig:11Intergranular corrosion morphology of AZ80-T5 in 3.5%NaCI aqueous solution after 1 h.
Fig:11Intergranular corrosion morphology of AZ80-T5 in 3.5%NaCI aqueous solution after 1 h.
Fig 12:Corrosion morphology of weld zone of AZ31 with laser beam welding
Fig 12:Corrosion morphology of weld zone of AZ31 with laser beam welding
Fig 13: Corrosion morphologies of AM60 as extruded in 3.5%NaC1 aqueous solution at pH=3(a), pH=7(b) and pH=l2(c), respectively
Fig 13: Corrosion morphologies of AM60 as extruded in 3.5%NaC1 aqueous solution at pH=3(a), pH=7(b) and pH=l2(c), respectively

7. 결론:

주요 연구 결과 요약:

본 검토는 마그네슘(Mg) 합금에 망간(Mn)을 첨가하면 주로 철(Fe) 불순물에 대한 내성을 높여 내식성이 향상된다는 결론을 내립니다. Mn은 유해한 철 입자를 효과적으로 제거하고 Mg-Al 합금에서 용해성 철 함량을 감소시키는 Al8(Mn,Fe)5 금속간 화합물의 형성을 촉진합니다. 본 연구에서는 Mg 합금의 부식 거동이 복잡하며 합금 원소, 미세 구조, 2차상, 결정립 크기, 용접 및 열처리와 같은 가공 기술을 포함한 다양한 요인의 영향을 받는다는 점을 강조합니다. 또한 본 검토에서는 갈바닉, 공식, 입계 및 응력 부식 균열과 같이 Mg 합금에서 널리 퍼져 있는 다양한 부식 유형에 대한 개요를 제공합니다.

연구의 학문적 의의:

본 연구는 Mn 첨가 Mg 합금의 부식에 대한 현재 이해를 통합하고 검토함으로써 귀중한 학문적 기여를 제공합니다. 철 불순물 효과를 완화하는 데 있어 Mn의 중요한 역할을 강조하고 Mg 합금 부식의 다면적인 특성을 강조합니다. 본 검토에서는 지식 격차를 식별하고 이러한 합금의 부식 메커니즘을 완전히 밝히기 위한 지속적인 연구의 필요성을 강조합니다.

실용적 의미:

본 검토의 실용적인 의미는 다이캐스팅 산업과 마그네슘 합금을 다루는 재료 엔지니어에게 중요합니다. 연구 결과는 Mn 첨가를 전략적으로 활용하고 가공 매개변수를 제어하여 내식성이 향상된 Mg 합금을 생산하기 위한 연구 개발 노력을 안내합니다. 이러한 지식은 특히 내식성이 가장 중요한 자동차, 항공우주 및 전자 산업에서 경량 Mg 합금의 응용 분야를 확장하는 데 매우 중요합니다.

연구의 한계 및 향후 연구 분야:

본 논문에서는 "마그네슘 합금의 부식 메커니즘이 여전히 잘 이해되지 않고 있다"는 점을 인정합니다. 따라서 "이 조사를 계속하는 것이 분명히 필요하다"고 명시적으로 언급합니다. 본 검토에서는 "더 나은 내식성을 가진 Mg 합금을 만드는 것이 부식 과학자들에게 과제"라고 지적합니다. 향후 연구는 기본적인 부식 메커니즘에 대한 더 깊은 이해를 얻고, 향상된 내식성을 가진 새로운 Mg 합금을 개발하고, Mg 합금에 대한 보다 효과적이고 지속 가능한 부식 방지 시스템 및 재활용 기술을 만드는 데 초점을 맞춰야 합니다.

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9. 저작권:

  • 본 자료는 "Mrs.Minal Sanjay Dani, Dr. Vandana J Rao, Dr. Indravadan B Dave"의 논문: "Mn 첨가 마그네슘 및 그 합금의 부식 거동에 대한 고찰 (A Review on Corrosion behaviour of Mn added Magnesium and its alloys)"을 기반으로 합니다.
  • 논문 출처: DOI 10.17148/IARJSET.2015.21212

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