철계 형상기억합금의 연구개발 동향

전문가 제언

○ 형상기억합금은 탄성한계 이상으로 변형되어도 변태온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 복귀한다. 또 응력을 가하여 탄성한계 이상으로 변형시켜도 응력을 제거하면 원래의 상태로 복귀하는 초탄성 거동을 나타낸다. 대표적인 형상기억합금으로는 1964년 미국에서 개발된 Ni-Ti계 합금이 있으며 안경테, 안테나, 치열교정 와이어, 의료용 스텐트 등 여러 용도로 실용되고 있다.

○ 형상기억 효과가 나타나는 원리는 쌍정 마르텐사이트 변태에 의한 것으로서 쌍정 마르텐사이트에 응력을 가하면 형제정(varant)의 경계면에서 쌍정변형이 발생하여 응력을 제거해도 형상변화는 그대로 유지된다. 이를 오스테나이트 변태온도 이상으로 가열하면 쌍정분해된 마르텐사이트(detwinned martensite)가 오스테나이트로 역변태하면서 원래의 모양으로 회복한다.

○ 가격이 저렴한 철계 형상기억합금으로는 1980년대에 Fe-Mn-Si계 합금이 개발되어 Fe-30Mn-6Si 합금에서 우수한 형상기억 효과가 보고되고, 내식성을 향상시킨 Fe-28Mn-6Si-5Cr 합금, Fe-16Mn-5Si-12Cr-5Ni 합금도 개발되었으나 회복변형률이 2%로 낮은 것이 결점이다. 수 %의 변형과 가열에 의한 회복을 반복하면 회복변형률이 대폭적으로 향상되는 것으로 보고되고 있으나 효과적인 회복률의 증대를 위한 합금조성의 설계와 가공열처리 방법의 확립이 필요하다.

○ 원문에서 소개하고 있는 Fe-Ni-Co-Al-Ta계 합금, Fe-Mn-Ga계 합금 및 Fe-Mn-Al-Ni계 합금에서 열탄성형 M변태와 초탄성 특성이 확인되고, 특히 Fe-28Ni-17Co-11.5Al-2.5Ta-0.05B 합금에서 Ni-Ti합금을 크게 능가하는 13.5%의 초탄성 변형을 확인한 것은 주목할 만한 성과로 판단된다. 국내의 일부 대학과 연구기관에서도 철계 형상기억합금에 대한 연구가 수행되고 있다. 앞으로 실용화를 위해서는 Co, Ta, Ga, Ni와 같은 고가원소를 저감시키는 재료설계, 조직제어 방법의 확립, 반복 사이클에 따른 재료특성의 열화문제 등에 관한 연구개발이 요망된다.

저자

Ryosuke Kainuma

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2011

권(호)

16(9)

잡지명

ふぇらむ

과학기술
표준분류

재료

페이지

613~621

분석자

심*동

분석물

• 철계 형상기억합금의 연구개발 동향.pdf [230,187 byte]

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