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Mg-Gd-Y-Zr합금의 실온 6년간 시효처리: 원자단위 편석관찰

전문가 제언: ○ 지난 1911년 독일 금속학자 Wilm에 의하여 실수로 우연히 발견된 Al-Cu-Mg합금의 시효처리가 최초의 시효경화 열처리로 현재의 2000계열 Al합금인 듀랄루민이 개발되었으나 강화기구는 알지 못하였다. 1925년, Al-Mg-Si합금도 고온가열로 용질원자들을 기지상에 고용시킨 후 급랭된 것을 150∼180oC에서 가열하면 강도가 증대된다는 사실을 발견하고 강화 원인을 모른 체 이를 “인공 시효”라 명명하였고 이 합금이 현재의 6000계열 Al합금의 효시이다.

○ Wilm이후 27년이 지난 1938년, Guinier와 Preston에 의하여 그 당시 현미경으로도 관찰이 되지 않는 작은 인공 시효 석출물이 강화 시작의 원인일 것이라고 제안되었다. 소위 현재 전자현미경으로 확인되는 “GP zone”으로 알려진 시효처리의 첫 단계에서 용질원자들의 뭉침으로 생성되는 준 안정상이다. 그동안의 많은 연구로, 시효처리가 진행됨에 따라 , 을 거쳐 안정한 제 2상인 상이 석출됨이 증명되었다.

○ 자연 시효과정의 핵 생성 과정을 RE 원자들의 회절점 관찰로 알 수 있는 세 가지 형태의 원자배열은 지그재그로 선형 배열하는 RE로 구성된 β′상의 원자배열, β′상과 동떨어진 위치의 6각형의 RE 원자배열 및 무질서하게 분포된 RE 원자배열이다. 이와 같은 자연 시효에서의 용질원자들의 석출 초기단계의 거동은 인공 시효과정에서는 볼 수 없는 원자배열로 자연 시효처리 시 좀 더 자세한 석출 초기단계를 알 수 있다.

○ 인공 시효의 초기단계에 미세한 석출물이 가까운 거리에 고루 분포하기 때문에 항복강도에 큰 영향을 준다. 즉, 시효 초기의 석출물 예측이 재료의 항복강도를 조절하는데 매우 중요한 요인이나 종래의 TEM으로는 관찰이 불가능하다. 이를 위하여 본 연구에서는 최근에 개발된 구면수차 보정 주사투과전자현미경을 이용하여 자연 시효 조건의 낮은 온도에서 장시간에 걸쳐 석출현상을 서서히 관찰할 수 있었다.

○ 이와 같이 자연 시효는 학문적으로 매우 중요한 방법이나 자연 시효 연구는 많이 진행되지 않고 있다. 최근 중국 학자들에 의하여 연구가 진행되고 있으며 국내 연구 보고는 아직 발표된 바 없다.