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티타늄합금의 마르텐사이트 변태와 초탄성 특성에 대한 침입형 원소의 효과

전문가 제언: ○ Ti합금은 밀도가 낮고 강도와 내마모성이 우수하여 생체재료로 많이 사용되고 있다. 그 중에서 TiNi계 형상기억합금은 형상기억과 초탄성의 효과를 제공하는 비확산형의 마르텐사이트 변태뿐만 아니라 확산형 변태도 갖는 등 많은 상변태의 특성을 지니고 있지만 Ni에 의한 생체 알레르기성 문제 때문에 최근 들어 생체역학적인 측면에서 생체적합성이 우수한 Ti-Nb계 합금이 의료용 형상기억합금으로 개발되고 있다.

○ 티타늄기 합금의 형상기억 효과와 초탄성 특성은 모상인 β상(체심입방정, BCC)에서 α‘’상(사방정계, orthorhombic)으로의 마르텐사이트 변태와 그 역변태에 기인한다. 특히 형상기억합금에서 마르텐사이트과 연관이 되는 모상에서의 변칙(anomalies)은 마르텐사이트 변태의 선구현상(precursor phenomena)이라 불린다. 선구효과는 변태의 근원과 변태된 산물의 조직을 이해할 수 있도록 중요한 실마리를 제공하는데 그 중요성을 갖는다.

○ 마르텐사이트 변태온도(Ms)는 첨가원소의 종류와 농도에 의해 자유롭게 조절할 수 있다. 특히 침입형 고용체를 형성하는 O, N, B, C 원소는 형상기억합금의 초탄성거동을 안정화시키고 탄성 스트레인을 증가시켜 주는 슬립임계응력의 상승량에 많은 영향을 미치므로 최적의 첨가량을 선정하는 것이 중요하다.

○ Ti-Nb계 형상기억합금의 형상기억능력과 초탄성 특성의 극대화를 달성하려면 합금에 첨가되는 침입형 원소에 따른 마르텐사이트 변태거동을 완전히 규명하는 것이 필수적이다. 국내의 고부가가치 생체재료 기술수준을 높이기 위해서는 생체조직 적응형 임플란트 소재 및 부품화 기술개발의 경험이 많은 재료연구소(KIMS)의 타이타늄 연구실, HA가 첨가된 Ti-Nb계 합금의 연구 실적이 있는 전북대학교 신소재개발연구센터 등을 중심으로 연구개발을 적극적으로 수행할 필요가 있다.

저자: Masaki Tahara
자료유형: 학술정보