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구조용 체심입방정계 Ti합금의 개발동향

전문가 제언: ○ 구조용 Ti합금은 bcc구조의 β형 합금과 (α+β)형 합금을 중심으로 개발되어 왔다. β형 합금은 용체화 처리에 의하여 가공성이 우수한 β상을 실온까지 잔존시키고 시효처리에 의하여 미세한 α상을 석출시켜 강도를 향상시킨다. β상의 안정화에는 V, Mo, V 등과 같은 고가의 원소가 필요하나 최근 저렴한 Fe를 첨가한 Ti-1.5Al-6.8Mo-4.5Fe합금이 LCB(Low Cost Beta)의 명칭으로 실용화되어 자동차나 이륜차의 서스펜션 스프링에 적용되고 있다.

○ (α+β)의 2상 조직을 갖는 합금에서는 β안정화 원소의 전량 또는 일부를 Fe로 대체한 Ti-Al-Fe(-Mo)계 합금과 Ti-Fe-O-N계 합금이 개발되어 흡기엔진 밸브를 비롯한 자동차 부품, 선박부품, 스포츠 용품, 고속회전기 부품 등에 이용되고 있다. 또 합금원소의 양을 조정하고 산소농도를 낮게 하여 가공성과 인성을 향상시킨 Ti-5Al-2Fe-1.5Mo-O계 합금과 이를 이용한 용접관의 제조 기술도 개발되고 있다.

○ 공업용 부품 이외에도 Ti합금은 생체적합성과 형상기억성이 우수하여 의료용 생체재료로 많이 이용된다. 구조용으로는 항공기 이외에 최근에는 건축구조물의 지붕재나 벽재, 손목시계, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 케이스류 등에도 수요가 크게 증가하고 있다. 또 Ti합금이 갖는 수소저장성과 초전도성은 에너지 산업용 재료로서도 매우 유망 시 된다. 최근 Ti합금의 고내식성을 이용하는 에너지용 용도로서 연료전지의 세퍼레이터, 열교환기용 플레이트 등이 검토되고 있다.

○ 국내의 경우에도 생체재료, 의료/복지기기, 자동차 및 기계 부품, 전자통신기기 등의 분야에서 Ti합금의 수요가 증대하고 있다. 그러나 Ti합금의 이용에 가장 큰 문제점은 가공성이 불량한 점과 가격이 고가인 점이다. 국내의 Ti소재산업의 발전을 위해서는 고성형성 신합금 개발, 기존의 TiCl4환원법(Kroll법)에 대체하는 TiO2환원법, 전자기력을 이용하는 skull 용해법 등에 관한 연구개발이 필요하다.

저자: Masuo Hagiwara
자료유형: 학술정보