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새로운 철계 및 동계 초탄성합금의 개발

전문가 제언: ○ 1946년대에 미국 해군성에서 함정의 프로펠러축을 개발하기 위하여 Ni-Ti계 합금을 열처리 실험 중에 형상이 회복된 것을 우연히 발견하면서 오늘날 치과용 재료, 액츄에이터, 이음재, 안경테 등 온도변화에 수축팽창을 이용하는 재료가 많이 개발되고 있다. Ni-Ti계 합금은 고가이고 가공성도 좋지 않은 데 반해 철계와 동계초탄성합금은 저가이고 가공성이 양호하여 의료용 재료 또는 건축/토목구조물용 제진재료에 적합하다.

○ 철계의 대표적인 형상기억 합금은 Fe-Mn-Si계 합금이다. 이 합금은 내식성이 약하나 Cr을 첨가하면 내식성도 개선된다. 형상기억 특성은 300℃ 정도로 가열해야 회복하기 때문에 생체이용에는 불가능하고 파이프 등의 체결기구에 적용가능하다. 그러나 Fe-Mn-Al-Ni합금의 초탄성 특성은 －50∼100℃ 범위에서 6%의 스트레인이 있어서 인체의 치과교정 와이어나 건축토목구조용 재료로 사용할 수 있는 특징이 있다.

○ Cu-Al-Ni계 형상기억 합금은 최대 형상회복 스트레인 20% 정도의 양호한 형상기억 특성을 나타내고 Ti-Ni보다 저렴하지만 다결정이라 취약하여 가공이 어렵고 기계적 성질이나 내식성이 약하며 80℃에서도 시효하여 특성이 변화하는 문제가 있다. 그러나 Cu-Al-Mn계 합금은 가공성이 양호하여 의료용 상품화에서 성공하였으며, 의료용 임플랜트로 사용할 시에 Cu이온 용출을 고려해야 하고 건축토목구조용 재료로는 제진 댐퍼용으로 기대된다.

○ Fe-20∼35%Mn 합금은 체내와 유사한 체액에서 용해속도가 순수한 Fe보다 2∼7배 빠르며, Fe-10%Mn-1%Pd 합금은 유사한 체액에서 용해속도가 순수한 Fe보다 10배 이상 빠르고 균일하게 용해되는 특성이 있어서 생체내에서 용해성이 필요한 임플랜트에 적용이 검토되고 있다.

○ 국내의 초탄성합금재료 연구현황을 보면 한국과학기술연구소, LG연구소, 동아대학, 경상대학 등에서 치과용 의료재료, 파이프 체결용 공업재료 등이 개발되고 있다.

저자: Toshihiro Omori, et al
자료유형: 학술정보