마그네슘 번역(한국어 원본)INTRODUCTION
마그네슘은 금속 중에서 가장 가벼운 밀도 1738 kg/m3을 가지고 있다(Emsley, 1990). 자동차에 많이 사용되는 알루미늄(밀도, 2698 kg/m3) 보다도 가벼운 금속이다. 그러므로 마그네슘 합금은 자동차, 항공기 등의 구조재로서 경량화를 위하여 많이 사용 되고 있다(Kulekci, 2008; Park et al., 2009). 최근 mobile phone이나 노트북의 케이스로 경량화를 위하여 마그네슘합금을 이용 하고 있다(Tsai et al., 2008). AZ시리즈 합금은 마그네슘을 베이스로 하여 알루미늄과 아연의 합금이다. AZ31 은 Al 3wt%, Zn 1 wt%를 AZ61는 Al 6wt%, Zn 1 wt%의 합금이다. 부식저항 특성 향상을 위하여 Mn을 첨가한 AZ91이 개발 되어 이용 되고 있다(Rudajevova, 1999).
최근 노트북의 고속화 및 고발열에 따라 방열특성 향상 요구 되고 있다. 또한 자동차의 저온 환경 이용을 위한 열해석을 위하여 저온 물성을 필요로 하고 있다. 그러나 특히 마그네슘합금은 저온에서의 비열, 열전도도 등의 물성데이터가 부족한 실정이다. 본 논문에서는 마그네슘합금을 베이스로 하여 알루미늄과 아연 합금인 AZ31과 AZ61에 대하여 온도영역 -125 oC에서 400 oC까지 비열 및 열확산도 측정을 통하여 열전도도 평가를 하였다.
EXPERIMENTS
마그네슘합금은 twin-roll다이캐스팅(TRC) 방법으로 제조(POSCO, Korea, AZ31 and AZ61) 되었으며, 조성은 마그네슘을 베이스로 하여 AZ31은 Al 3wt%, Zn 1 wt%과 AZ61는 Al 6wt%, Zn 1 wt%의 2종류를 각 3개씩 가공하여 비열 및 열확산도 측정에 사용 하였다. 열확산도는 Laser flash법 (Netzsch LFA 457)으로 -125 oC에서 400 oC영역에서 측정 하였다. 측정분위기는 -125 oC ~ 상온 구간에서는 헬륨을 사용 하였고, 상온 ~ 400 oC 온도구간은 진공 상태에서 측정 하였다. 시료 후면의 온도측정은 MCT(mercury-cadinum-telluride) 적외선 센서를 사용 하였다. 시료는 직경 10 mm, 두께2 mm로 하여 양면에 그라파이트를 코팅하여 레이저 에너지 흡수를 균질하게 하였다. 각 온도에서 열확산도 측정은 4번 측정 하여 평균값으로 하였다. 측정간의 표준편차는 1 % 이하 였다. 열확산도 계산은 Cape and Lehman(1963)의 해석을 사용 하였으며, 레이저 펄스 폭 보정은 Azumi(1981)방법으로 하였다. 밀도측정은 아르키메데스법으로 측정 하였다. 비열측정은 DSC(Differential Scanning Calorimeter, Netzsch DSC404C)를 사용 하였으며, 분위기는 알곤 50 ml/min, 승온속도 10 K/min의 조건에서 SRM-720(NIST synthethtic sapphire)를 기준물질로 하여 측정 되었다. 열전도도(: W/(mK))는 측정된 비열(Cp: J/(gK)), 열확산도(: m2/s), 밀도값(: kg/m3)을 이용하여 다음식으로 계산하였다.
광학현미경과 SEM을 사용하여 조직을 관찰 하였다. 시료는 연마 한 후 Kalling’s agent를 사용하여 부식하여 사용 하였다. 또한 SEM-EDS를 이용하여 조성을 분석 하였다.
RESULTS AND DISCUSSION
본 연구에 사용된 마그네슘합금은 TRC(Twin Rolling Casting)방법으로 제조되었으며 Table 1은 마그네슘 합금의 조성을 나타낸다. 알루미늄의 조성이 3 wt%와 6 wt%의 차이만 있는 합금이다.
Fig. 1은 AZ31과 AZ61의 광학 현미경 사진이다. AZ31의 grain size는 (10~30) m이며, AZ61 (10~20) m이다. El-Morsy(2008)의 AZ61관찰 처럼 -Mg를 grain boundary를 따라 -Al12Mg17의 석출물이 있음을 알 수 있다. Fig. 2는 AZ31과 AZ61의 SEM사진에서도 비슷 한 형상을 볼 수 있다. 마그네슘의 solid-solution에서 Al12Mg17의 석출물은 열전도 영향을 주게 된다.
마그네슘합금 AZ31과 AZ61의 밀도는 각각 1754 kg/m3, 1777 kg/m3로 측정 되었다. 알루미늄이나 철의 밀도보다 매우 낮아 경량화 재료로 많이 이용되고 있다. 최근 마그네슘의 가격이 하락하여 알루미늄과 비슷하게 되어(Kulekci, 2008) 함금의 사용이 증대 되고 있다. |
마그네슘 번역(영어 번역본)INTRODUCTION
Magnesium has the lowest density of 1738 kg/m3 among metals (Emsley, 1990). Notably, its density is lower than aluminum (density; 2698 kg/m3) which is widely used in manufacturing of cars. Consequently, magnesium alloys are being increasingly used for lightening the structures of in cars and air planes. (Kulekci, 2008; Park et al., 2009). More recently, mobile phones and notebook cases started to get manufactured with magnesium alloys in order to reduce weights (Tsai et al., 2008). AZ-series alloys are essentially alloys between aluminum and iron, with magnesium base. AZ31, specifically, is an alloy of Al 3wt% and Zn 1 wt%, whereas AZ61 is an alloy composed of Al 6wt% and Zn 1 wt%. AZ91, with Mn added was developed and used for augmented corrosion resistance (Rudajevova, 1999).
Due to recent trends of high-speed and high-radiation, notebooks require improved resistance against heat. This heat-resistant property is also essential for maintaining low-temperature environment in cars. However, magnesium alloys comparatively lack data availability for their physical properties, such as specific heat capacity and thermal conductivity. This paper conducted the thermal conductivity analysis of magnesium-based alloys of aluminum and zinc, by measuring specific heat capacity and thermal diffusivity between temperatures -125oC and 400oC.
EXPERIMENTS
Magnesium alloys were made by the twin-roll die casting (TRC) method (POSCO, Korea, AZ31 and AZ61), with the magnesium-based compositions of Al 3wt% and Zn 1wt% for AZ31 and Al 6wt% and Zn 1wt% for AZ61. Three alloys were made for each of the two composition types to be used for the measurements of specific heat capacity and thermal diffusivity. Thermal diffusivity was measured with the laser flash method (Netzsch LFA 457) between -125oC and 400oC. Measurement environment used helium between -125oC and normal temperature, in contrast to the vacuum state between the normal temperature and 400oC.
The temperature at the back of the specimen was measured by the MCT (mercury-cadinum-telluride) laser flash. The specimen was each 10mm-long and 2mm-thick, and were coated with graphite at both sides in order to allow homogenous absorption of laser energy. Four measurements for the thermal conductivity, they were taken at each temperature, and then the mean was used. Standard deviations of measurement were lower than 1%. The calculation of thermal diffusivity used the proof of Cape and Lehman (1963), while the laser pulse-width correction followed the method of Azumi (1981). Density was measured by the Archimedes’ Method. Specific heat capacity was measured with DSC (Differential Scanning Calorimeter, Netzsch DSC404C), and the conditions were set as argon 50 ml/min and transition temperature of 10 K/min, using SRM-720(NIST synthethtic sapphire) as the standard material. Finally, thermal conductivity (: W/(mK)) was calculated from the measured specific heat (Cp: J/(gK)), thermal diffusivity(: m2/s) and density (: kg/m3), using the equation presented below.
We used optical microscope and SEM to observe the structure. Each specimen was grinded and corroded by Kalling’s agent for usage. SEM-EDS was used to evaluate the composition.
RESULTS AND DISCUSSION
Magnesium alloys, used in this study, were manufactured by the TRC method. Table 1 presents the compositions of such magnesium alloys. Compositions of aluminum differ by either 3wt% or 6wt% only.
Fig. 1 is the optical micrograph of AZ31and AZ61. The grain size of AZ31 is (10~30) m, compared to AZ61 with the grain size of (10~20) m. Like El-Morsy (2008), our observation on AZ61 confirmed the existence of -Al12Mg17 extracts around the grain boundary of -Mg. Fig. 2 shows the similar phenomena in SEM micrograph of AZ31 and AZ61. Al12Mg17 extracts in the solid-solution of magnesium are known to affect the thermal conductivity.
Densities of the magnesium alloys, AZ31 and AZ61, were measured to be 1754 kg/m3 and 1777 kg/m3, respectively. Due to considerably lower level of densities compared to aluminum and steel, they had been widely used for lightening the materials. Recent decrease in prices of magnesium made it almost as affordable as aluminum (Kulekci, 2008), and stimulated further growth in the usages of its alloys |
