마그네슘‑이트륨 합금에서 Y 함량이 미세구조 재결정 및 입계 성장에 미치는 결정적 영향

초록

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본 연구는 압출된 Mg‑1 wt% Y와 Mg‑7 wt% Y 합금의 정적 재결정 및 입계 성장 거동을 체계적으로 조사하였다. Y 원소는 입계에 고농도로 편재되어 용질‑드래그(solute‑drag) 효과를 강화, 입계 이동성을 크게 저해한다. 결과적으로 Y 함량이 높을수록 재결정 속도가 늦어지고, 두 단계의 JMAK 지수(이질적 핵생성)와 비정상 입계 성장(AGG)이 관찰되었다. 열역학·동역학적 분석을 통해 Y의 입계 편재 경향과 확산성(확산계수)이 다른 RE 원소보다 강력한 솔루트‑드래그를 유발함을 확인하였다. 이는 고온에서도 미세구조를 유지하는 Mg‑Y 합금 설계에 중요한 설계 지표가 된다.

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상세 분석

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본 논문은 Mg‑Y 합금의 미세구조 안정성을 이해하기 위해 두 가지 Y 함량(1 wt%와 7 wt%)을 선택하고, 동일한 압출 공정을 거친 뒤 다양한 온도·시간 조건에서 정적 재결정을 유도하였다. EBSD 분석을 통해 초기 입계 구조는 1 wt% Y에서는 평균 입계 크기가 약 12 µm, 7 wt% Y에서는 22 µm로, Y 함량이 증가함에 따라 입계가 크게 팽창했음을 확인하였다. 이는 Y 원소가 입계에 강하게 편재하면서 입계 에너지를 낮추고, 입계 이동에 필요한 구동력을 감소시키는 솔루트‑드래그 효과가 작용하기 때문이다.

재결정 진행률을 시간에 대해 JMAK 모델( X = 1 − exp