마그네슘 합금은 경량, 높은 비강성, 높은 감쇠력, 진동 및 소음 감소, 전자파 저항성, 가공 및 재활용 시 오염이 없는 등의 특성을 가지고 있으며, 마그네슘 자원이 풍부하여 지속 가능한 개발에 활용될 수 있습니다. 따라서 마그네슘 합금은 "21세기의 가볍고 친환경적인 구조재"로 불립니다. 이는 21세기 제조업의 경량화, 에너지 절약, 배출 감소 추세 속에서 마그네슘 합금이 더욱 중요한 역할을 하게 될 것이라는 추세를 시사하며, 이는 중국을 포함한 세계 금속 소재 산업 구조의 변화를 시사합니다. 그러나 기존 마그네슘 합금은 산화 및 연소가 쉽고, 내식성이 부족하며, 고온 크리프 저항성이 낮고, 고온 강도가 낮은 등의 단점을 가지고 있습니다.
이론과 실제를 종합해 보면 희토류는 이러한 약점을 극복하는 데 가장 효과적이고 실용적이며 유망한 합금 원소입니다. 따라서 중국의 풍부한 마그네슘 및 희토류 자원을 활용하고, 이를 과학적으로 개발 및 활용하며, 중국적 특성을 지닌 다양한 희토류 마그네슘 합금을 개발하고, 자원적 우위를 기술적 우위와 경제적 우위로 전환하는 것은 매우 중요합니다.
과학적 발전 이념을 실천하고, 지속 가능한 발전의 길을 걸으며, 자원 절약형, 친환경형 신형 공업화의 길을 실천하고, 항공, 우주항공, 교통, "3C" 산업 및 모든 제조업에 가볍고, 선진적이며, 저렴한 희토류 마그네슘 합금 지지재를 제공하는 것은 국가, 산업계 및 많은 연구자들의 핫스팟이자 중점 과제가 되었습니다. 성능이 높고 가격이 저렴한 희토류 마그네슘 합금은 마그네슘 합금의 응용 분야를 확대하는 돌파구이자 개발 동력이 될 것으로 기대됩니다.
1808년 험프리 데이비는 아말감에서 수은과 마그네슘을 최초로 분리했고, 1852년 분젠은 염화마그네슘에서 마그네슘을 최초로 전기분해했습니다. 그 이후로 마그네슘과 그 합금은 새로운 소재로서 역사적 무대에 등장했습니다. 마그네슘과 그 합금은 제2차 세계 대전 중에 비약적으로 발전했습니다. 그러나 순수 마그네슘은 강도가 낮아 산업용 구조재로 사용하기 어려웠습니다. 마그네슘 금속의 강도를 향상시키는 주요 방법 중 하나는 합금화입니다. 즉, 고용체, 침전, 결정립 미세화, 분산 강화 등을 통해 다른 합금 원소를 첨가하여 마그네슘 금속의 강도를 향상시켜 주어진 작업 환경의 요구 사항을 충족시키는 것입니다.
희토류 마그네슘 합금의 주요 합금 원소이며, 개발된 내열 마그네슘 합금의 대부분은 희토류 원소를 함유하고 있습니다. 희토류 마그네슘 합금은 고온 저항성과 고강도의 특성을 가지고 있습니다. 그러나 마그네슘 합금 초기 연구에서는 높은 가격 때문에 희토류는 특정 소재에만 사용되었습니다. 희토류 마그네슘 합금은 주로 군사 및 항공우주 분야에 사용되었습니다. 그러나 사회 경제의 발전으로 마그네슘 합금의 성능에 대한 요구가 높아지고 희토류 가격의 하락으로 항공우주, 미사일, 자동차, 전자 통신, 계측 등 군사 및 민수 분야에서 희토류 마그네슘 합금의 사용이 크게 확대되었습니다. 일반적으로 희토류 마그네슘 합금의 개발은 네 단계로 나눌 수 있습니다.
첫 번째 단계: 1930년대에 Mg-Al 합금에 희토류 원소를 첨가하면 합금의 고온 성능이 향상될 수 있다는 사실이 발견되었습니다.
두 번째 단계: 1947년, 자우어바르트는 Mg-RE 합금에 Zr을 첨가하면 합금 입자를 효과적으로 미세화할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 발견은 희토류 마그네슘 합금의 기술적 문제를 해결하고, 내열성 희토류 마그네슘 합금 연구 및 응용의 토대를 마련했습니다.
세 번째 단계: 1979년, Drits 등은 Y 첨가가 마그네슘 합금에 매우 유익한 효과를 미친다는 것을 발견했는데, 이는 내열 희토류 마그네슘 합금 개발에 있어 또 다른 중요한 발견이었습니다. 이를 바탕으로 내열성과 고강도를 갖춘 WE 계열 합금들이 개발되었습니다. 이 중 WE54 합금의 인장 강도, 피로 강도, 크리프 저항성은 상온 및 고온에서 주조 알루미늄 합금과 유사한 수준입니다.
네 번째 단계: 1990년대부터 우수한 성능의 마그네슘 합금을 확보하고 첨단 기술 분야의 요구를 충족하기 위해 Mg-HRE(중희토류) 합금 개발에 주력하고 있습니다. Eu와 Yb를 제외한 중희토류 원소의 경우, 마그네슘에 대한 최대 고용도는 약 10%~28%이며, 최대 41%에 달할 수 있습니다. 중희토류 원소는 경희토류 원소에 비해 고용도가 높습니다. 또한, 온도 감소에 따라 고용도가 급격히 감소하여 고용 강화 및 석출 강화에 좋은 효과를 나타냅니다.
마그네슘 합금의 응용 시장은 매우 크며, 특히 전 세계적으로 철, 알루미늄, 구리 등 금속 자원 부족 현상이 심화되는 상황에서 마그네슘의 자원적 우위와 제품적 이점이 최대한 발휘될 것이며, 마그네슘 합금은 빠르게 부상하는 엔지니어링 소재로 자리매김할 것입니다. 전 세계적으로 마그네슘 금속 소재의 급속한 발전에 발맞춰, 마그네슘 자원의 주요 생산국이자 수출국인 중국은 마그네슘 합금에 대한 심도 있는 이론 연구 및 응용 개발이 특히 중요합니다. 그러나 현재 일반 마그네슘 합금 제품의 낮은 수율, 낮은 크리프 저항성, 내열성, 내식성 등은 마그네슘 합금의 대량 생산을 저해하는 장애물로 남아 있습니다.
희토류 원소는 독특한 핵외 전자 구조를 가지고 있습니다. 따라서 중요한 합금 원소로서 희토류 원소는 야금 및 재료 분야에서 합금 용융물의 정제, 합금 구조의 미세화, 합금의 기계적 성질 및 내식성 향상 등 독보적인 역할을 수행합니다. 합금 원소 또는 미세 합금 원소로서 희토류 원소는 강철 및 비철 금속 합금에 널리 사용되어 왔습니다. 마그네슘 합금 분야, 특히 내열 마그네슘 합금 분야에서 희토류의 탁월한 정제 및 강화 특성은 점차 사람들의 관심을 받고 있습니다. 희토류 원소는 내열 마그네슘 합금에서 가장 큰 활용 가치와 개발 잠재력을 가진 합금 원소로 여겨지며, 그 고유한 역할은 다른 합금 원소로 대체될 수 없습니다.
최근 몇 년간 국내외 연구자들은 마그네슘과 희토류 자원을 활용하여 희토류를 함유한 마그네슘 합금을 체계적으로 연구하기 위해 광범위한 협력을 진행해 왔습니다. 동시에 중국과학원 창춘응용화학연구소는 저비용 고성능 신희토류 마그네슘 합금의 탐색 및 개발에 주력하여 일정한 성과를 달성했습니다. 희토류 마그네슘 합금 소재의 개발 및 활용을 촉진합니다.
게시 시간: 2022년 7월 4일