KR20130000470A - 기계적 특성 및 내식성을 개선한 마그네슘 재료 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라서 마그네슘 산화물보다 더 큰 깁스 자유 에너지를 갖는 나노 크기의 산화물 입자와, 상기 산화물 입자에서 분리된 산소 원자가 상기 마그네슘 기지 중에 분산되어 형성된 클러스터 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료가 제공된다.

Description

기계적 특성 및 내식성을 개선한 마그네슘 재료{MAGNESIUM MATERIAL HAVING IMPROVED MECHANICAL PROPERTIES AND CORROSION-RESISTANCE}

본 발명은 신규의 마그네슘 재료 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기계적 특성 및 내식성을 개선한 신규의 마그네슘 재료에 관한 것이다.

마그네슘은 철의 5분의 1, 알루미늄의 2/3에 불과하는 밀도 1.74g/cm³ 로 강도가 우수하고 재활용(recycling)이 매우 쉬운 대표적인 친환경 소재이다. 또한, 초경량 구조용 재료로서 알루미늄 합금 등 다른 경량재료와 비교하여 손색이 없는 비강도 및 탄성계수를 가지고 있다. 아울러 진동, 충격, 전자파 등에 대한 흡수 능력이 탁월하고 전기 및 열전도도가 우수하다.

그러나, 마그네슘 및 마그네슘 합금은 위에서 언급한 우수한 특성에도 불구하고 내식성이 떨어진다는 근본적인 문제점을 갖고 있다. 마그네슘은 EMF(Electromotive Force)와 갈바닉 반응에서 아주 반응성이 좋아 부식이 잘 일어나는 것으로 알려져 있어, 부식환경 조건이 엄격하지 않은 내장 부품이나, 강도, 내열성, 내식성이 요구되지 않는 부위에 국한되고 있다. 이에 따라 마그네슘 및 그 합금의 내식성을 근본적으로 향상시키는 기술이 여전히 필요하지만, 이러한 조건을 충족시키지 못하고 있는 것이 현재 기술의 실정이다.

본 발명은 상기 종래 기술에서 나타나는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내식성 및 기계적 특성이 개선된 마그네슘 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라서 마그네슘 산화물보다 더 큰 깁스 자유 에너지를 갖는 나노 크기의 산화물 입자와, 상기 산화물 입자에서 분리된 산소 원자가 상기 마그네슘 기지 중에 분산되어 형성된 클러스터 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료가 제공된다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 재료는 주조 공정을 통해 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라서, 마그네슘 산화물보다 더 큰 깁스 자유 에너지를 갖는 나노 크기의 산화물 입자가 분해되어, 그 산화물 입자를 구성하는 성분 원소와 산소 원자가 마그네슘 기지 중으로 확산하여 고용되어 있는 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료가 제공된다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 재료는 상기 산화물 입자를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 재료는 주조 후 열처리 과정을 통해 또는 기계적 밀링 공정을 통해 제조할 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 산화물 입자의 크기는 100 nm 이하의 것을 이용할 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 산화물 입자는 알루미나(Al₂O₃), 실리카(SiO₂), 징크옥사이드(ZnO₂), 지르코니아(ZrO₂) 또는 틴옥사이드(SnO₂) 산화물 입자, 또는 알루미나와 실리카를 주 성분으로 하는 플라이 애쉬 화합물일 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 마그네슘 기지는 순 마그네슘 또는 마그네슘 합금 기지일 수 있다.

본 발명에 따라 제공되는 마그네슘 재료에서는, 나노 크기의 산화물 입자에서 분리된 산소 및/또는 상기 산화물을 구성하는 성분 원소와 산소 원자가 분산/고용되어 있는 조직을 포함하며, 이를 통해 마그네슘 재료가 갖고 있는 내식성 문제를 해결할 수 있으며, 또한 기계적 성질도 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 금속 재료를 주조를 통해 제조하는 공정을 도식화한 그림이다.
도 2은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 제조 방법에 있어서, 마그네슘 분말과 상기 산화물 나노 입자를 기계적 밀링과 열간 성형을 통해 마그네슘 합금 가공재를 제조하는 공정을 간략하게 도식화한 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 순 마그네슘의 용융상태에서 산화물 나노 입자 (TiO2)를 분율 3 vol% 첨가하여 주조한 마그네슘재료의 사진이다.
도 4은 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 순 마그네슘 기지내에 분산된 산화물 나노 입자를 주사전자현미경을 통하여 관찰하고 EDS를 통해 입증한 사진이다.
도 5은 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제조방법으로 제조한 주조재의 산화물 나노 입자를 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제조방법으로 제조한 주조재를 500℃에서 12시간 열처리를 하여 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제조방법으로 제조한 주조재의 열처리 전과 500℃에서 12시간 열처리 후 그리고 순 마그네슘의 분극 전위 값을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제조방법으로 AZ61합금에 산화물 나노 입자 (SiO2)를 분율 3 vol% 첨가하여 주조한 마그네슘재료와 AZ61합금의 주조재의 열처리 전, 후의 경도값을 비교한 그래프이다.
도 9은 상기 제조방법으로 AZ61합금에 산화물 나노 입자 (SiO₂)를 분율 3 vol% 첨가하여 주조한 마그네슘재료를 압출한 압출재의 사진이다.
도 10은 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 마그네슘에 산화물 나노입자 (TiO₂, 50nm)를 분율 3% 첨가하여 기계적 밀링을 통하여 제조된 분말을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 11은 발명의 한 가지 실시예에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 방법을 통해 제조된 분말(Mg-3vol%TiO₂, 50nm)과 순 티타니아 분말(50nm)의 X선 회절을 비교한 그래프이다.
도 12는 발명의 한 가지 실시예에 따른 제조 방법에 있어서, 마그네슘에 산화물 나노입자 (TiO2, 50nm)를 분율 3% 첨가하여 기계적 밀링을 통하여 제조한 분말을 열간 성형을 통해 일체화한 벌크 가공재 사진이다.
도 13은 발명의 한 가지 실시예에 따른 제조 방법에 있어서, 높은 운동에너지를 가한 분말의 벌크 가공재를 투과전자 현미경으로 관찰한 사진이다.

이하에서는, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 당업계에서 널리 알려진 기술 등에 대한 설명은 생략한다. 그러나 당업자라면 이하의 실시예를 통해 본 발명의 특징적 구성 내지 그 효과를 쉽게 이해할 수 있을 것이고, 또 특별한 어려움 없이 본 발명을 구현할 수 있을 것이다.

A. 실시예 1

1. 산소 원자 또는 나노 산화물 입자 분산을 통한 내식성 향상

도 1에는 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 마그네슘 재료를 제조하는 과정이 도시되어 있다. 상기 마그네슘 재료를 제조하는 과정은 구체적으로 순 마그네슘을 전기 용해로를 이용하여 용해한 후 50nm 크기의 티타니아(TiO₂) 분말을 용탕 속으로 투입하였고, 이때 마그네슘 대 티타니아를 3%의 부피 분율로 혼합하였다. 상기 나노입자를 첨가함과 동시에 교반을 실시하였고, 이때 상기 교반 수단은 터빈형 임펠러를 사용하였으며, 교반 속도는 500 rpm로 하였다. 이때, 당업계에 이미 널리 알려진 용해로 및 교반장치를 이용하였다. 한편, 교반 속도는 도가니의 크기와 용탕의 점도, 임펠러의 모양에 따라 100 rpm~1000 rpm 으로 실험적으로 결정될 수 있다. 모든 제조공정에는 산화되는 것을 방지하기 위해 보호가스(SF₆+CO₂)를 사용하였다. 한편, 본 실시예에서는 순 마그네슘을 이용하였지만, 도 8에 나타낸 바와 같이, 마그네슘 합금을 이용할 수도 있다.

도 3은 상기와 같은 주조 과정을 통해 제조한 마그네슘 재료의 주조재를 보여주는 사진이다. 한편, 상기 제조한 마그네슘 기지 내에 티타니아 분말의 분포를 거시적으로 알아보기 위해 주사전자현미경을 통해 관찰하였으며, 이를 도 4에 나타내었다. 이때 표면에서 관찰된 분말에 대하여 EDS를 통하여 티타니아인 것을 확인 할 수 있었다. 한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 과정에 따라 제조한 주조재를 열처리하여, 열처리하지 않은 주조재와의 조직 구성상의 차이를 살펴 보았다. 이때, 열처리 전후에 있어서, 주조재를 압출재, 판재 등으로 가공하기 위한 공정을 수행할 수 있다. 즉, 주조재 자체를 소정의 제품에 적용할 수도 있지만, 용례에 맞춰, 상기와 같은 공정을 수행할 수도 있으며, 이러한 공정 전후에 열처리를 수행하여, 그렇지 않은 재료와의 조직상의 차이를 살펴보았다.

구체적으로, 투과 전자현미경을 통해 열처리 하지 않은 재료와 500℃에서 12시간 열처리한 마그네슘 재료를 관찰하였고, 이를 도 5, 6에 나타내었다. 미세구조 관찰 결과 열처리하지 않은 상기 재료에서 티타니아 분말이 관찰되었지만(도 5) 500℃에서 12시간 열처리한 상기 재료에서는 티타니아 분말을 찾을 수가 없었다(도 6).

구체적으로, 도 1에 제시된 제조 방법으로 주조하여 제조된 마그네슘재료를 투과전자현미경을 통하여 관찰한 결과 마그네슘 기지내에 티타니아 분말이 관찰되었다. 그런데, 도 5에 도시한 바와 같이, 티타니아 분말 주변으로 프린지(Fringe)가 발견되었다. 즉 마그네슘 기지 중의 격자 중으로 티타니아에서 비롯된 산소원자가 분산되어, 산소원자를 포함하는 클러스터(cluster)를 형성한 것으로 보인다.

한편, 상기 마그네슘 재료를 일반 노(Furnace)에서 500℃의 온도에서 대략 12시간까지 열처리를 하였는데, 그 결과 마그네슘 기지 내에서 티타니아 분말을 관찰할 수 없었는데, 티타니아가 열처리 과정을 통하여 분해된 것으로 보인다(도 6 참조). 즉 열처리를 한 재료에서 투과전자현미경을 통한 관찰 결과 나노 산화물이 분해되고, 이에 따른 티타늄(Ti)과 산소(O)가 마그네슘 기지 중으로 확산하여, 일종의 마그네슘 합금을 형성한 것으로 보인다.

도 5 및 도 6에 나타낸 마그네슘 재료는 조직학상으로 중요한 차이점이 있다. 즉, 도 5에 도시한 조직의 마그네슘은 일종의 금속 복합재라 할 수 있고, 도 6에 도시한 조직의 마그네슘은 일종의 합금이라 할 수 있다. 금속 복합재라 함은 특정 기지 금속 중에 티타니아와 같은 입자가 첨가되어, 기계적 성질과 같은 특성을 개선하는 재료인데, 이때, 기지 금속과 티타니아는 그 본래의 성질을 유지하고 있다. 그런데, 도 5에 도시한 본 발명의 마그네슘 재료는 마그네슘과 티타니아가 본 본래의 성질을 유지함과 아울러, 일부 티타니아에서 비롯된 산소 원자가 티타니아에서 분리되어, 마그네슘 기지 격자 중으로 분산되어, 산소 원자를 포함하는 클러스터 조직을 포함하고 있다. 이러한 조직은 기존에는 보고되지 않은 것으로서, 이로 인해, 후술하는 바와 같이, 내식성이나 기계적 특성을 증대시키는 것으로 보인다.

한편, 합금이라 함은, 예컨대 두 원소가 원자 단위로 상호 확산하여 새로운 조직을 형성한 것으로서, 이때 각 원소는 상기 복합재에서와는 달리 그 본연의 성질을 유지하지 못한다. 도 6에 도시한 마그네슘 재료는 일종의 이러한 합금 조직을 갖고 있는 것으로 보인다. 즉, 도 6의 마그네슘 재료는 열처리에 따라 티타니아 분말이 분해되어, 티타니아를 구성하는 티타늄과 산소 원자가 마그네슘 기지 중으로 확산하여, 일종의 마그네슘 합금을 형성한 것으로 보이며, 이러한 조직 역시 도 5의 것과 마찬가지로, 후술하는 바와 같이, 내식성이나 기계적 특성을 증대시키는 것으로 보인다. 본 발명에서는 도 5에 도시한 조직, 즉 산소원자를 포함하는 클러스터 조직을 갖고 있는 마그네슘 복합재와, 도 6에 도시한 조직, 즉 나노산화물 입자에서 비롯되는 원소와 산소 원자가 마그네슘 기지 중으로 확산되어 일종의 합금 조직을 형성한 마그네슘 합금을 통칭하여, 마그네슘 재료라 지칭하기로 한다.

나노 산화물에 산소가 존재하는 경우(예컨대, TiO2)와 산소가 마그네슘 기지에 존재할 때(예컨대, MgO), 상호 깁스 프리에너지 차에 의하여 확산의 구동력이 주어진다. 일반적으로 알려진 바와 같이, 입자의 크기가 작을수록 입자 표면의 자유 에너지는 증가한다. 이는 표면의 화학 포텐셜로 설명될 수 있으며, 다음의 Gibbs-Thomson 식으로 표현된다. 즉

μ(r) - μ(∞) = 2KΩ/r

상기 식에서, μ(r)과 μ(∞)는 입자 반지름이 r인 경우와 표면이 평평할 경우, 각각의 화학 포텐셜 값이며, K는 표면 자유 에너지, Ω는 원자 부피를 의미한다. 화학 포텐셜이 입자 반지름에 반비례하므로, 입자의 크기가 작아질수록 화학 포텐셜이 증가함을 알 수 있으며, 이는 자유 에너지가 매우 높은 상태를 의미한다.

100 nm 이하의 나노 입자의 경우 표면 자유 에너지가 매우 높은 상태이므로 확산을 위한 에너지 배리어(energy barrier)가 또한 매우 낮아진 상태여서, 확산의 속도를 증가시키는 역할을 한다. 또한, 티타니아는 마그네슘 산화물보다 더 큰 깁스 자유 에너지를 갖고 있는 입자로서, 마그네슘 산화물보다 더 큰 깁스 자유 에너지를 갖는 산화물 입자를 이용할 수 있다. 한편, 100 nm 보다 큰 입자의 경우 에너지 배리어가 충분히 낮아지지 못하여 열 에너지가 인가되어도 확산을 하지 못한다. 따라서, 본 발명에 따른 제조 방법에서는 에너지 배리어와 관련하여, 나노입자는 그 크기가 약 100 nm 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명자는 상기 산화물 나노 입자와 산소 원자 분산에 따른 부식 저항력에 대해 실험을 하였으며, 그 결과를 도 7 에 나타내었다. 도 7로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 산화물 나노 입자 또는 산소 원자가 분산된 주조재의 경우 순 마그네슘에 비하여 내식성이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또 500℃에서 12시간 열처리한 상기 마그네슘 재료에서는 부식 저항성이 더 증대된다는 것을 알 수 있다.

2. 산소원자 또는 산화물입자 분산을 통한 기계적 특성 향상

도 8은 상기 방법에 따라 AZ61 마그네슘 합금에 산화물 나노 입자(SiO2)를 분율 3 vol% 첨가하여 주조한 마그네슘재료와 AZ61합금의 주조재를 시간에 따라서 열처리한 후 경도값의 변화를 보여주는 그래프이다. 열처리 전인 주조재의 경우 약 30%의 경도향상이 나타났으며, 열처리 후에도 이와 같은 경향은 유지되고 있음을 보여주고 있는데, 이는 본 발명의 마그네슘 재료에서 기지 중에 분산된 산소원자 또는 산화물입자의 영향으로 경도값이 향상된 것이라 생각된다.

3. 산소원자 또는 산화물입자 분산된 마그네슘 재료의 가공재 제조

본 발명자는 상기 실시예에서 제시한 산화물 나노 입자 또는 산소 원자가 분산된 주조재를 400℃에서 열간 압출하였으며, 상기 압출재를 도 9에 나타내었다. 구체적으로, 마그네슘 용탕내에 3%의 부피 분율의 실리카(SiO₂)를 투입한 후 교반하였고, 이때 상기 교반 수단은 터빈형 임펠러를 사용하였으며, 교반 속도는 500 rpm 으로 하였다. 모든 제조공정에는 산화되는 것을 방지하기 위해 보호가스(SF₆+CO₂)를 사용하였다. 기타 상기 실시예에서 설명한 기술적 구성이 본 실시예에 적용되므로, 그 중복되는 설명은 생략하였다. 이렇게 제조한 상기 주조재를 압출 다이 내에 장입한 후 400℃의 온도에서 10분간 유지시키고 동일한 온도에서 압출속도 0.7mm/초, 압출비 20:1로 열간 압출하여 봉상의 마그네슘 압출재를 제조하였다. 따라서, 본 발명에 따라 산화물 나노 입자가 분산된 마그네슘 재료를 압출하여 압출재를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있으며, 이는 압출, 압연등과 같은 가공 공정을 통해 가공재로 제조할 수 있다는 것을 의미한다.

B. 실시예 2

1. 기계적 밀링 공정을 이용하여 나노 산화물 입자가 분해 고용된 마그네슘 재료 제조

도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따라 마그네슘 재료를 제조하는 과정이 순서도의 형태로 도시되어 있다. 구체적으로, 본 발명자는 일반적 볼밀링(planetary ball milling) 법을 통하여 금속기지 분말 내부로 나노 입자를 물리적으로 삽입, 분산시키는 방법을 선택하였다. 즉 스테인리스 용기 내에 마그네슘 분말 대 티타니아를 3%의 부피 분율로 혼합하였다. 다음에 상기 혼합 재료가 들어 있는 용기에 혼합 분말 무게(약 100g)의 15배에 해당하는 지름 5 mm 크기의 스테인리스 볼(약 1500 g)을 추가한 후, 6시간 동안 350 rpm의 속도로 볼과 분말을 회전시켜 물리적 에너지, 즉 운동 에너지를 인가하였다. 이때, 용기 내의 분위기를 아르곤 가스로 유지하여 금속 분말의 산화를 방지하였으며 분말 오염을 방지하고 분말의 콜드웰딩(cold-welding) 현상을 증가시켜주기 위하여 공정제어제(process control agent)는 첨가하지 않았다. 공정 후 체를 이용하여 분말과 볼을 분리하여 혼합 분말을 수거하였다.

상기 제조된 마그네슘 분말을 전자현미경으로 관찰하여, 도 10에 나타내었다. 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 마그네슘 분말 표면에는 첨가한 티타니아 나노 입자가 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 실험적으로 정해지는 조건하에서 스테인레스 볼에 의해 주어지는 충격 에너지로 인한 소성변형이 가능한 기지금속 분말의 지속적인 소성변형, 콜드웰딩, 파쇄의 과정을 통해 나노 입자는 기지금속 분말 내부로 점차 분해 및 고용된다. 한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 볼밀링 또는 핸드밀링법에서 사용되는 기계적 에너지는 금속기지의 종류 및 미세구조에 따라 달라질 수 있으며, 밀링 매체의 종류/크기/무게, 밀링 속도, 밀링 용기의 크기 등에 의해 제어될 수 있다.

밀링 공정 시 산화물 나노 입자에 가해지는 운동에너지로 인하여 산화물 나노 입자(티타니아)가 분해되어, 마그네슘 기지 중으로 분산된 것으로 보인다. 즉 상기 제조한 복합 분말과 티타니아 분말의 x선 회절 분석 결과를 보여주는 도 11을 보면, 상기 복합 분말 중에는 티타니아에서 나타나는 특유의 피크가 발견되지 않고 있다. 즉 상기 복합 분말에는 티타니아가 그대로 삽입된 것이 아니라, 외부로부터 가해지는 에너지로 인해, 티타니아가 분해되어, 마그네슘 기지 중으로 티타늄 및 산소 원자가 분산된 것으로 보인다. 이는 도 13을 통해서도 확인할 수 있다. 즉 상기 제조한 복합분말을 열간성형 공정을 이용하여 판재를 제조하였으며, 그 판재를 투과전자현미경을 통해 관찰하여, 그 결과를 도 13에 나타내었다. 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 마그네슘 기지 내에 산화물 나노 입자를 찾을 수 없었으며, 산화물 나노 입자와는 다른 클러스터 조직(Mg-Ti-O)이 생성된 것을 확인할 수 있었다. 즉, 티타니아 나노입자가 밀링시 분해되어 마그네슘 기지 내로 고용되어 있는 것을 알 수 있으며, 이는 산화물 나노입자가 분해되고 그 나노입자를 구성하는 원소가 고용된 마그네슘 재료라는 것을 알 수 있었다

2. 상기 제조된 마그네슘 분말 일체화를 통한 마그네슘 재료 가공재 제조

본 발명자는 상기한 것과 같은 볼밀링 공정을 통해, 상기 마그네슘 분말을 제조하였고, 이러한 공정을 통해 제조한 분말을 이용하여 최종 마그네슘 재료를 보다 단순화된 공정을 통해 제조하였다.

즉, 본 발명자는 분말에 일차적으로 압력만을 인가하거나 혹은 분말이 손상되지 않는 범위의 온도, 즉 분말이 산화되지 않는 범위의 온도에서 압력을 가하여 중간체(컴팩트 성형체)를 제조하고, 상기 중간체를 열간 가공하여 최종 벌크재를 제조하였다.

구체적으로, 본 발명자는 전술한 밀링 공정에서 제조한 마그네슘-티타니아 복합 분말에 압력을 가하여 중간체를 제조하는 방법으로서 상온가압법을 채용하였다. 상기 분말을 구리 튜브에 장입한 후 500 MPa의 압력을 가하여 중간체를 제조하였으며, 상기 과정에 따라 제조된 중간체를 열간 가공하기 위하여 450℃에서 열간 압연하였으며, 12%의 압하율로 27회 압연을 실시하여 최종 판재의 두께는 초기 중간체의 두께에 비해 97% 감소하였다. 한편, 이러한 열간 성형 공정으로서, 열간 압연뿐만 아니라, 열간 압출, hot pressing 등 열과 압력을 가하여 분말을 일체화하는 등 다양한 열간 성형 공정이 이용될 수 있다. 상기 과정을 통해 제조한 판재를 도 12에 나타내었다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 예컨대, 상기 실시예에서 세라믹 입자, 즉 티타니아(TiO₂)와 실리카(SiO₂)를 예로 들어 설명하였지만, 마그네슘 기지를 기반으로 형성될 수 있는 산화물보다 Gibbs 자유 에너지가 큰, 알루미나(Al₂O₃), 실리카(SiO₂), 징크옥사이드(ZnO₂), 지르코니아(ZrO₂), 틴옥사이드(SnO₂) 등의 산화물 나노입자, 알루미나와 실리카를 주 성분으로 하는 플라이 애쉬(Fly Ash) 화합물 역시 본 발명에 적용할 수 있으며, 이들 입자 역시 상기 본 발명에 따라 산화물 나노 입자 또는 산소 원자가 금속 기지 내에 분산되어 기계적 특성 및 내부식성이 향상될 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 후술하는 특허청구범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 속한다. 따라서 본 발명은 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.

Claims (8)

1. 마그네슘 산화물보다 더 큰 깁스 자유 에너지를 갖는 나노 크기의 산화물 입자와, 상기 산화물 입자에서 분리된 산소 원자가 상기 마그네슘 기지 중에 분산되어 형성된 클러스터 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.
2. 마그네슘 산화물보다 더 큰 깁스 자유 에너지를 갖는 나노 크기의 산화물 입자가 분해되어, 그 산화물 입자를 구성하는 성분 원소와 산소 원자가 마그네슘 기지 중으로 확산하여 고용되어 있는 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 마그네슘 재료는 주조 공정을 통해 제조하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 마그네슘 재료는 상기 산화물 입자를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 마그네슘 재료는 주조 후 열처리 과정을 통해 또는 기계적 밀링 공정을 통해 제조하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화물 입자의 크기는 100 nm 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화물 입자는 알루미나(Al₂O₃), 실리카(SiO₂), 징크옥사이드(ZnO₂), 지르코니아(ZrO₂) 또는 틴옥사이드(SnO₂) 산화물 입자, 또는 알루미나와 실리카를 주 성분으로 하는 플라이 애쉬 화합물인 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.
8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네슘 기지는 순 마그네슘 또는 마그네슘 합금 기지인 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료.

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