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Mg？Gd？Y？Zn？Zr합금의 LPSO와 간의 상관관계와 기계적 성질

전문가 제언: ○ 21세기 접어들면서 고 분해능 TEM 특히 원자단위의 구조 분석 및 조성의 정량적 평가를 할 수 있는 고환각암시야상-주사투과전자현미경(HAADF-STEM)과 3차원 원자탐침현미경의 도움으로 이전에 이해하지 못하던 석출물들의 구조와 조성을 정확히 알게 되었고 또한 전에 알지 못하던 새로운 석출물을 확인 할 수 있게 되었다. 이렇게 석출상에 관한 정보를 정확히 알 수 있기 때문에 석출상의 생성과 강화기구를 새롭게 이해함으로 서 합금설계를 정확히 할 수 있다.

○ 가장 우수한 경량구조용 재료인 Mg의 단점인 약한 강도를 증대시키기 위하여 Mg에 희토류(RE)를 첨가한 Mg-RE합금에 관한 연구가 일본에서 2000년대 초에 처음 시작된 이래 많은 연구가 진행되고 있다. 합금계에 따라 장주기적층규칙(LPSO)과 여러 종류의 석출물이 생성되어 실온 및 고온 기계적 성질을 크게 증대시키는 것을 알게 되었다.

○ Mg-10Gd-5Y-2Zn-0.5Zr(wt%)합금은 시효처리에 의하여 LPSO상과 Mg24(Y,Gd,Zn)5의 상의 준 안정석출물인 이 석출된다. 전에 볼 수 없었던 원자단위의 미세구조를 HAADF-STEM과 3차원 원자탐침현미경으로 관찰하여 LPSO상과 석출물 사이의 계면이 세 가지 형태(type I, II, III)로 구성됨을 알게 되었다. 밑면에 생성되는 LPSO상과 그 사이인 각주면에 생성되는 상은 3차원적으로 서로 연결된 고유의 구조를 이루어서 특유의 우수한 기계적 성질을 갖게 한다.

○ LPSO상은 입자의 크기를 조절하여 -Mg기지를 강화시키고 실온연성을 증대한다. 즉, LPSO상 자체는 강화에 기여 하지 못한다는 제안과 기여한다는 설이 있기는 하나 과의 상호작용으로 강화에 기여한다. 특히 고온에서는 결정립 성장을 억제하여 강도와 연성을 동시에 개선하며 LPSO상과 Mg기지간의 계면이 안정하여 결정립계이동을 억제함으로 크리프 저항성이 증대된다.

○ 이 분야연구를 주로 수행하는 나라는 중국, 일본 및 호주이며 일본을 중심으로 LPSO상의 생성, 종류 및 특성에 관한 연구가 많이 진행되고 호주와 중국에서는 Mg-RE합금의 석출물에 관한 연구가 활발하나 우리나라 학자들의 LPSO와 석출물의 상호작용 연구보고는 아직 없다.