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기계적 밀링과 분말야금의 조합에 의한 고강도-고연성 조화조직의 제조

전문가 제언: ○ 어트리터(attritor)나 볼밀에 의한 금속 분말의 초강가공으로 합금분말을 제조하는 MA(Mechanical Alloying)법은 미국의 INCO사가 Ni기 초합금의 제조를 위해 개발한 방법으로 일명 MM(Mechanical Milling)법으로 부르기도 한다. 이 방법은 실온 근방에서도 기계적인 밀링만으로 비평형상을 얻을 수 있어 신합금 개발에 많이 이용되고 있다.

○ 금속분말을 MM처리하면 초강가공에 의하여 폭 10㎚, 길이 100㎚로 신장된 층상의 나노어레이 조직이 형성된 후 이것이 분단되어 10㎚정도 또는 그 이하의 나노결정립까지 형성이 가능하다. 이와 같은 나노결정립 재료는 높은 기계적 강도를 나타내는 반면에 소성불안정성 때문에 연성이 저하하는 문제가 있다.

○ MM법의 밀링강도를 적절히 제어하면 분말의 표층은 나노결정립 조직, 중심부는 조대결정립 조직을 갖는 헤테로 조직을 얻을 수 있다. 이와 같은 분말을 소결하면 표층부가 네트워크상으로 연결되고 중심부가 네트워크의 사이사이에 분산된 조화조직으로 불리는 하이브리드 조직을 얻는다. 조화조직 재료는 가공경화와 균일 연신이 큰 변형거동을 나타내므로 고강도와 동시에 고연성을 갖는 것이 특징이다.

○ MM법과 소결법을 결합하는 분체가공+열처리 방법은 단순한 분말조성으로 기계적 특성이 우수한 헤테로 구조의 소결체를 제조할 수 있는 점에서 새로운 분말야금법으로 발전할 가능성이 있다. 다만 고에너지 밀에 의한 장시간의 밀링공정을 요하므로 양산제품보다는 우주, 항공이나 에너지 분야에서 고강도가 요구되는 특수 목적의 부품소재 제조에 유용할 것으로 기대된다.

○ 국내에서도 MM법은 기계적 합금이나 비평형상을 이용하는 신재료 연구에 많이 활용되고 있다. 본고에서 소개한 헤테로구조의 조화조직 재료의 특이한 소성변형 거동과 우수한 기계적 특성은 학술적으로는 물론이고 산업적 응용 면에서도 연구대상이 될 만하다. 다만 성형된 소결체인 만큼 강도와 연성의 양립보다는 강도와 인성의 양립을 실현하는 측면에서의 연구가 보다 중요할 것이다.

저자: Kei Ameyama
자료유형: 학술정보