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AZ31 마그네슘 합금 쌍정의 가역운동을 이용한 새로운 지능형 재료의 설계

전문가 제언: ○ 가단 마그네슘 합금은 하중의 방향에 따라 서로 다른 응력-변형률 거동을 보이는데, 이와 같은 기계적 이방성은 마그네슘 합금의 강한 기저면 집합조직에 기인한다. 마그네슘 합금을 구조용 재료로 사용하고자 할 경우 기계적 이방성은 큰 장애물로 작용하므로 이 집합조직의 약화에 많은 연구노력이 경주되었지만, 큰 성과는 얻지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본고의 저자들은 역으로 기계적 이방성 자체를 이용한 지능형 재료(smart material)의 개발 방안을 제시하고 있다.

○ 저자들은 AZ31 합금의 열간압연재를 열풀림처리하여 {0001}<100>의 기저면 집합조직을 얻었다. 집합조직이 강할수록 시편은 마치 단결정과 유사한 거동을 보이게 된다. 시편을 RD에 평행한 방향으로 압축하면 그 방향으로 길이가 줄어드는 반면에 ND 방향으로 길이가 늘어난다. TD 방향의 치수 변화는 없다. 변형된 시편을 ND 방향으로 압축하면 원상으로 복구된다. 이 가역변형은 쌍정경계의 가역운동에 기인하며, 형상기억합금(SMA)과 유사한 지능형 재료의 개발에 이용할 수 있다.

○ 지능형 재료에서는 외부의 자극을 이용하여 재료의 성질을 원하는 방식으로 적절히 제어할 수 있다. 강한 기저면 집합조직의 마그네슘 합금에 특정 방향으로 응력을 가하면 쉽게 {102}쌍정의 생성-풀림 현상이 일어난다. AZ31 합금의 기저면 집합조직은 작은 응력에 의해서도 쉽게 활성화되어 쌍정의 생성을 돕는다. 변형경로의 변경에 의한 쌍정의 생성-풀림에 대한 많은 연구를 통하여 특정한 경로를 택할 경우 가역적인 쌍정의 생성-풀림을 유발할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

○ 국내에서는 한국표준연구원(홍성구)과 포항대(박성혁, 이종수)의 공동연구 팀이 AZ31을 포함한 마그네슘 합금의 {102}쌍정과 소성변형 거동의 관계에 대한 6건의 연구논문을 발표한 바 있다. 그러나 이 연구들은 모두 구조용 재료로서의 마그네슘 합금의 기계적 성질의 개선을 목적으로 하고 있기 때문에 본 연구와는 지향하는 점이 다르다. 본 연구의 역발상을 통한 지능형 재료의 개발은 향후 연구결과의 성패에 관계없이 매우 참신한 시도로서 본받을 만하다.

저자: Peter Molnar, Andriy Ostapovets, Ale？ Jager
자료유형: 니즈학술정보