장기 지속성 연성을 보이는 비정질 Mg 합금의 설계 방안

전문가 제언

○ 결정을 형성하지 않아 일명 금속유리 또는 액체 금속으로도 불리는 비정질금속(amorphous metal)은 고용도에 관계없이 합금화가 가능하고 결정립계가 없어 균질하므로 기계적, 물리화학적, 전자기적 제반 특성이 결정재료보다 우수한 것이 특징이다. Mg합금은 비정질 형성 능력(GFA)이 양호하여 새로운 경량구조재로 주목되고 있으며 지금까지 Mg-Zn계, Mg-Cu계, Mg-Ni계 합금에 희토류(RE), Al, Ca, Ag, Cd 등을 소량 첨가한 다원계 BMG(Bulk Metallic Glass)가 보고되고 있다.

 

○ 비정질합금은 탄성한계에 도달하면 변형되지 않고 파괴가 일어난다. 따라서 사용 온도에서 결정화나 구조변화가 없이 장기간에 걸쳐 연성을 유지하는 것이 중요한 과제가 된다. 비정질합금의 설계에 관한 이론적 체계는 명확히 확립되어 있지 않지만 ①다성분계이고 ②구성 원자의 직경비가 충분히 크고 ③혼합열(ΔHmixing)이 음의 값을 가질 것이 요구된다. 따라서 합금 성분을 다양하게 조합하고 실험을 통해 특성을 확인하는 경험적 수법이 재료개발의 중요한 수단이 되고 있는 실정이다.

 

○ 본고에서는 Mg-Zn-X계(X=Ca, Al, La), Mg-(Ni or Cu)-Y계 합금의 Mg 농도에 따르는 연성의 경시변화, DSC분석에 의한 열적 안정성, XRD분석에 의한 상변화의 조사를 통하여 비정질 Mg합금의 설계방안을 제시하였다. 즉, ①연성과 GFA의 확보를 위해 Mg 농도를 높이고, ②화학 결합력이 큰 용질 원소는 최소화하고, ③자유체적 구조를 최대로 할 수 있는 합금 성분 및 조성을 선택하는 것이다. 이런 관점에서 Mg74Zn21Ca5, Mg74Zn21Al5, Mg77Zn20La3, Mg85Ni5Y10 합금과 Pd, Pt, Ni, Ca, Yb, RE 등의 원소를 이용하는 다원계 Mg합금이 유망하다.

 

○ 국내 연구는 2003년에 국가 과제로 추진된 “준결정재료 연구”를 계기로 하여 Mg합금, Al합금, Cu합금, Fe계 연자성재료 등을 대상으로 포항공대, 연세대, RIST, 인하대 등에서 수행되어 왔다. Mg합금에 대해서는 연세대에서 Mg-Cu-Y계 및 Mg-Cu-Gd계 비정질합금이 연구되어 제조법에 관한 특허도 제출되었다. Mg합금의 주요 용도는 경량구조재일 것이므로 경제성이 있는 벌크 비정질재료(BMG)의 제조기술이 중요하다.

저자

K.J. Laws, D. Granata, J.F. Loffler

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

103()

잡지명

Acta Materialia

과학기술
표준분류

재료

페이지

735~745

분석자

심*동

분석물

• 장기 지속성 연성을 보이는 비정질 Mg 합금의 설계 방안.pdf [529,900 byte]

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