KR100701027B1

KR100701027B1 - 연성이 우수한 단일상 비정질 합금

Info

Publication number: KR100701027B1
Application number: KR1020050032317A
Authority: KR
Inventors: 박은수; 나종현; 장혜정; 이주연; 박병주; 김원태; 김도향
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2007-03-29
Also published as: US7582173B2; JP2006299393A; KR20060110111A; JP4402015B2; US20060231169A1

Abstract

본 발명은 단일상을 유지하면서 비정질합금의 연성을 향상시키기 위하여 소성 특성을 부여한 연성이 우수한 단일상 비정질 합금에 관한 것이다.

본 발명은 일반식 A_100-a-bB_a(a는 원자량%로써 0<a<15)으로 표시되고, 상기 A는 Be, Mg, Ca, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, Fe, Ni, Cu 원소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종이고, 상기 B는 Y, La, Gd, Nb, Ta, Ag, Au, Co, Zn 원소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종으로서, 상기 일반식에 따라 합금이 구성될 때 선택되는 상기 A원소 중의 적어도 1종과는 양(+)의 혼합 엔탈피 관계를 가지는 원소가 적어도 1종 선택되는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금을 제공한다.

연성, 소성, 비정질, 합금

Description

연성이 우수한 단일상 비정질 합금{Monolithic Metallic Glasses With Enhanced Ductility}

도 1은 본 발명의 실시예 중 하나인 Cu-Zr-Al-Y 합금계에서 구성 원소들간의 혼합 엔탈피 차이를 설명하기 위한 예시도.

도 2는 본 발명의 실시예 중 하나인 Cu-Zr-Al-Y 합금계에 대한 압축 시험을 통해 얻은 응력-변형률 관계를 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명의 비교예인 Cu₄₆Zr₄₇A_l7과 실시예인 Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅ 합금에 대한 고분해능 중성자 회절분석 결과를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명의 실시예인 Cu₄₆Zr_47-xAl₇Y_x(X=0~35) 합금계에 대한 시차 열분석 결과를 나타낸 그래프.

본 발명은 연성이 우수한 단일상 비정질 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일상을 유지하면서 비정질합금의 연성을 향상시키기 위하여 소성 특성을 부여한 연성이 우수한 단일상 비정질 합금에 관한 것이다.

일반적으로, 비정질합금은 높은 강도(약 2GPa)와 마모 및 부식 저항성이 뛰어나고, 넓은 탄성한계 영역(약 2%)을 가지고 있어서 Zr계 비정질 합금의 경우에 이미 스포츠 용품, 고강도 부품재료 등에 활용되고 있다.

특히, 벌크 비정질 합금을 이용하면 초고강도의 재료를 얻는 것이 가능할 뿐만 아니라 비강도가 높아짐으로써 경량화를 이룰 수 있고, 균일한 미세조직으로 이루어져 있기 때문에 내식성 및 내마모성이 높은 장점이 있다.

이러한 특성을 가지는 벌크 비정질 합금의 제조기술은 자동차, 원자력 분야, 우주항공, 군수산업, 나노소자(MEMS) 등과 같은 관련 산업에 미치는 파급 효과가 매우 큰 기술이다.

그러나, 비정질 합금은 초고강도와 넓은 탄성한계 영역 등과 같은 우수한 기계적 특성을 가지는 반면에, 상온에서 소성변형 구간을 가지지 않기 때문에 응용에 제한이 있다. 이와 같은 비정질 합금의 한계를 극복하기 위하여, 종래에는 비정질 형성과는 무관한 합금원소들을 첨가하여 비정질 기지에 미세한 석출물을 석출시킨 복합재를 형성하는 방법을 이용하였다.

삭제

이러한 종래 기술로, 미국특허 6623566호에 연성을 향상시키기 위해 비정질 상에 나노 입자를 분산시키는 기술이 소개되어 있으며, 미국특허 6692590호는 비정질상과 준결정상이 혼재된 구조의 기술이 소개되어 있고, 미국특허 6669793호에는 비정질 합금을 후처리하여 덴드라이트를 형성하여 소성 변형이 가능하도록 하는 기술이 소개되어 있으며, 미국특허 6709536호에는 화학적 처리를 통하여 덴드라이트상과 비정질상이 혼재된 기술이 소개되어 있으며, 미국특허 6767419호에 비정질상을 코팅한 후에 일부를 나노 크기로 결정화시키는 기술이 소개되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술들은 비정질 기지에 연성을 가지는 입자들이 형성된 복합재 형태이거나, 혹은 비정질 형성 이후 후처리를 통해 재료에 소성 특성을 부여하는 기술들이기 때문에 단일상 비정질 형태로 재료에 연성을 부여하는 방법에 비해 시간과 공정적인 측면에서 더 큰 비용을 유발하여 생산성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.

삭제

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 단일상이면서도 상온에서 소성 특성을 가지는 비정질 합금을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비정질 합금을 설계할 때, 열역학적 및 구조적 관점으로 접근하여, 비정질 합금을 구성하는 다수의 구성원소들 중의 일부를 어느 한 구성 원소와 양(+)의 혼합 엔탈피 값을 가지는 원소로 치환하여 내부에 국부적으로 다른 결합관계를 유발시킴으로써 소성 특성이 부여된 단일상의 비정질 합금을 제조할 수 있도록 한 것이다.

비정질 합금은 구성 원소들간에 음(-)의 혼합 엔탈피 값을 가지도록 구성되어 조밀 충진 구조(dense packing structure)로 설계되는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 조밀충진 구조의 비정질 합금은 전체적으로 구성 원소들 간에 인력이 작용하여 압축 변형이 일어날 때에 전단띠(shear band)가 확장되는 것보다 국부적인 응력 집중으로 인하여 크랙(crack)이 전파되는 것이 우세하기 때문에 탄성변형 후에 소성변형 없이 바로 급격한 파괴 거동을 유발한다.

삭제

이러한 사실에 기초하여 본 발명에서는 음(-)의 혼합 엔탈피 값을 가지는 구성 원소들로 이루어진 비정질 합금에서 일부 구성원소를 양(+)의 혼합 엔탈피 값을 가지는 원소로 치환함으로써 재료 내부에 국부적으로 다른 결합관계 즉, 조성적 불균일 상태를 유발시켜, 궁극적으로 재료 내부의 조성적인 요동을 통해 단일상을 유지하면서도 비정질 형태로 상온에서도 소성 변형이 가능하도록 하였다.

다시 설명하면, 일반적으로 금속이 액상에서 응고 과정을 거쳐 결정화되는 과정에서, 액상의 금속이 냉각될 때에 액상 내부에서 확산 과정을 통해 조성 요동(compositional fluctuation)이 유발되고, 이러한 조성 요동이 임계 크기 이상으로 성장하여 형성된 결정상 핵이 성장 과정을 거쳐 결정화가 진행된다.

그런데, 일반적인 기존의 비정질 합금은 조성 성분을 음의 혼합 엔탈피 관계를 가지는 원소들로 설계함으로써 더 조밀하게 충진된 액상 구조로 형성하고, 이러한 구조적 특성을 통해 응고될 때에 임계 크기 이상의 조성 요동에 의한 결정상 핵의 형성을 억제하여 비정질상의 형성 및 유지가 용이하게 한 것이다.

하지만 이러한 구조적 특성은 재료의 기계적 특성이 발현될 때에 조직의 균일성으로 인하여 커다란 탄성 한계와 강도 향상에 기여하는 측면이 있으나 소성변형 영역에서는 취성 파괴를 유발하는 원인이 된다.

그러나, 본 발명에서는 비정질 합금을 구성하는 성분 원소 중에서 적어도 어느 한 성분의 일부를 양(+)의 혼합 엔탈피 관계를 가지는 원소로 치환함으로써 인력을 유발하는 음의 혼합 엔탈피 관계를 가진 원소들과 척력을 유발하는 양의 혼합 엔탈피 관계를 가진 원소들 간에 국부적 조성상의 차를 유발시켜, 비정질 합금이 변형될 때 많은 수의 전단 변형띠가 형성되도록 하여 비정질 합금에서 소성변형을 제한하는 가장 큰 원인인 응력집중에 의한 크랙 형성 및 전파를 방해하도록 하였다.

삭제

한편, 본 발명에 따른 비정질 합금은 단일상의 비정질 합금인데, 이러한 본 발명의 단일상의 비정질 합금과 기존의 결정상을 포함한 비정질을 기지로 하는 복합재 형태의 비정질 합금과의 차이점에 대하여 설명한다.

일반적인 비정질 합금은 원자 배열에 있어서 단주기 규칙성(Short Range Order)는 있으나 장주기 규칙성(Long Range Order)이 없어 체계적이고 규칙적인 원자 배열이 존재하지 않는 구조로 이루어져, 재료 특성이 발현될 때에 등방성(재료가 방향에 무관하게 같은 특성을 가짐)을 가지는 것으로 알려져 있다.

이러한 구조적인 특성으로 인하여 단일상 비정질 합금은 X-선 회절 분석의 결과 비정질 합금의 특징인 할로(halo) 회절 패턴을 나타내며, OM(광학현미경) 등의 이미지 분석을 통해서는 다른 결정상이나 결정립계와 같은 구조적 결함을 발견할 수 없는 것이 특징이다.

이와는 달리 결정상을 포함한 비정질을 기지로 하는 복합재 형태의 비정질 합금(예를 들어, 연성을 가지는 결정상을 포함한 비정질 합금 등)은 합금 내부에 규칙성을 가진 원자 배열을 한 결정상(비정질 형성 과정에서 형성된 자체 결정상 또는 외부에서 첨가한 결정상) 즉, 파티클(particle) 형태의 결정상을 포함한다.

이러한 결정상을 포함한 비정질을 기지로 하는 복합재 형태의 비정질 합금을 X-선 회절 분석하면 비정질 합금의 특징인 할로 패턴과 함께 결정상의 특징인 결정 피크(peak)가 브래그의 법칙(bragg's law)에 따라 나타나며, OM 등의 이미지 분석을 통해서는 기지인 비정질상 부분과는 다른 명암을 가지는(다른 구조에 기인함) 영역이 관찰된다.

보통 비정질 합금에서 계면의 정합성은 기계적 특성을 결정하는데 중요한 역할을 하는데, 상기와 같이 결정상을 포함하는 복합재 형태의 비정질 합금은 결정상과 비정질 기지간의 계면이 불안정하여 기계적 특성 중 소성 특성이 좋지 않다. 그러나, 본 발명과 같은 단일상 형태의 비정질 합금은 불안정한 접합 영역인 계면이 형성되지 않아 기존의 복합재 형태의 비정질 합금에 비하여 소성 특성이 우수하다.

상기와 같은 배경에 의거하는 본 발명은, 일반식 A_100-a-bB_a(a는 원자량%로써 0<a<15)으로 표시되고, 상기 A는 Be, Mg, Ca, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, Fe, Ni, Cu 원소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종이고, 상기 B는 Y, La, Gd, Nb, Ta, Ag, Au, Co, Zn 원소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종으로서, 상기 일반식에 따라 합금이 구성될 때 선택되는 상기 A원소 중의 적어도 1종과는 양(+)의 혼합 엔탈피 관계를 가지는 원소가 적어도 1종 선택되는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금을 제공한다.

상기와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 비정질 합금을 구성하는 각 원소들간의 혼합 엔탈피 관계를 설명하기 위해 일례로 Cu-Zr-Al-Y 합금계의 구성 원소들간의 혼합 엔탈피 차이를 도 1에 나타내었다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, Cu-Zr-Al-Y 합금계를 구성하는 각 구성 원소들간의 결합 관계에서, Cu-Zr, Cu-Al, Zr-Al 구성 원소간에는 각각 -23, -1, -44의 음(-)의 혼합 엔탈피 관계가 존재한다.

그리고, 첨가된 이트륨(Y)과 다른 구성 원소들간의 결합 관계에서, Y-Cu, Y-Al 구성 원소간에는 각각 -22, -33의 음(-)의 혼합 엔탈피 관계가 존재하는 반면, Zr-Y간에는 +9의 큰 양(+)의 혼합 엔탈피 관계가 존재한다.

상기와 같은 다성분계 합금을 구성하는 구성 원소들간에서 음의 혼합 엔탈피 관계는 구성 원소들 사이에 서로 당기는 힘(인력)이 작용하고 있음을 의미하며, 반대로 양의 혼합 엔탈피 관계는 구성 원소들 사이에 서로 미는 힘(척력)이 작용하고 있음을 나타낸다.

본 발명의 Zr-Y 사이의 양(+)의 혼합 엔탈피 관계는 음(-)의 혼합 엔탈피 관계인 구성 원소들로 이루어진 재료(Cu-Zr-Al 합금계)와 비교해서 재료 내부에서 Zr-Y간에 척력을 유발하며, 이를 통해 국부적으로 결합력이 약한 부분이 생기도록 한다. 이러한 결합 강도의 차이에 따라 결과적으로 재료 내부에 조성적인 요동이 유발되어, 단일상의 비정질 형태를 유지하면서도 상온에서도 소성 변형이 가능한 합금의 제조가 가능한 것이다.

도 2는 본 발명의 Cu-Zr-Al-Y 합금계에 대해 압축 시험을 통해 얻은 응력-변형률을 나타낸 그래프이다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 음(-)의 혼합 엔탈피 관계인 구성 원소들로 이루어진 Cu₄₆Zr₄₇Al₇ 합금(비교예 1; 도 2의 (a) 곡선)의 경우, 2.8%의 파단 변형률을 나타내며 소성 변형률은 1% 미만이다. 이에 반하여 Cu₄₆Zr₄₇Al₇ 합금(비교예 1; 도 2의 (a) 곡선)에서 지르코늄(Zr)의 일부를 양(+)의 혼합 엔탈피를 가지는 이트륨(Y)으로 치환하여 이루어진 Cu₄₆Zr₄₅Al₇Y₂ 합금(실시예 1; 도 2의 (b) 곡선), Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅ 합금(실시예 2; 도 2의 (c) 곡선)의 경우에 각각 5.21% 및 4.97%의 파단 변형률을 나타내며, 3% 이상의 소성 변형률을 나타낸다.

삭제

이러한 결과는 본 발명의 합금설계 방법 즉, 음(-)의 혼합 엔탈피 값을 가지는 관계로 이루어진 비정질 합금의 조성 중 어느 한 성분(예를 들어, Zr)의 일부를 양(+)의 혼합 엔탈피를 가지는 원소(예를 들어, Y)로 치환함으로써 소성 변형률을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다.

도 3은 Cu₄₆Zr₄₇Al₇ 합금(비교예 1) 즉, 음(-)의 혼합 엔탈피 관계인 구성 원소들로 조성된 합금과 Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅ 합금(실시예 2) 즉, 상기 비교예 1의 조성 중 지르코늄(Zr)의 일부를 양(+)의 혼합 엔탈피 관계를 가지는 이트륨(Y)으로 치환하여 조성한 합금에 대한 고분해능 중성자 회절 분석(High Resolution Neutron Diffraction) 결과이다(한국 원자력 연구소-하나로 빔 소스 이용). 상기 고분해능 중성자 회절 분석은 일반적으로 상을 분석하는데 널리 이용되는 X-선 회절분석 방법에 비해서 우수한 분해능을 가지는 것으로 알려져 있다.

삭제

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 압축 실험을 행한 각 조성의 1mm 시편에 대하여 비정질 상의 전형적인 할로(halo) 패턴을 통해서, 본 발명에 따른 합금 조성이 1mm 이상의 단일상을 가지는 벌크 비정질이 가능함을 확인할 수 있다.

삭제

도 4는 Cu₄₆Zr_47-xAl₇Y_x(x=0~35) 합금계에 대한 시차 열분석 결과이다. 도 4에서 알수 있는 바와 같이, 음(-)의 혼합 엔탈피 관계인 구성 원소들로 이루어진 조성 즉, x=0인 Cu₄₆Zr₄₇Al₇ 합금(도 4의 (a) 참조)의 경우 780K 부근에서 Cu-Zr-Al 비정질 합금과 관련된 결정화 거동만 일어나는 것을 알 수 있다.

이와 달리 15% 이상의 이트륨(Y)이 첨가된 합금 즉, Cu₄₆Zr₃₂Al₇Y₁₅(도 2의 (d) 곡선, 도 4의 (e) 참조) 합금은 760K 부근에서 Cu-Zr-Al 비정질 합금과 관련된 결정화 거동과 더불어 600K 부근에서 Cu-Y-Al 비정질 합금과 관련된 결정화 거동이 일어나는 것을 확인 할 수 있었다.

이러한 결과는 지르코늄(Zr)과 양(+)의 혼합 엔탈피 관계에 있는 이트륨(Y)을 적당하게 첨가하면 기계적 특성이 향상되지만, 과도한 양을 첨가하면 지르코늄(Zr)과 이트륨(Y)간에 척력이 과도하게 작용하여 Cu-Zr-Al과 Cu-Y-Al간에 상분리가 일어나고, 이러한 상분리가 일어나면 두 비정질상간의 계면이 불안정하게 되어 도 2의 (d)와 같이 낮은 기계적 특성을 나타낸다.

이와 같이 음(-)의 혼합열을 가지는 일부 구성원소를 양(+)의 혼합열을 가지는 원소로 치환하는 양이 증가함에 따라서 재료 내부에서 조성적 요동의 폭이 증가하여 비정질상간에 상분리 과정(phase separation) 및 결정화 거동이 촉진된다. 이러한 이유로, 본 발명의 일반식 A_100-a-bB_aC_b(a, b는 원자량%로 각각 0<a<15, 0≤b≤30)에서 상기 B의 첨가량을 15% 미만으로 제한하였다.

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그리고, 상기 C는 비정질 형성능을 향상시키기 위해 소량 첨가되는 원소들로, 30%를 초과하는 경우 파단 강도와 밀접한 연관이 있는 유리천이 온도를 낮추어 비정질 합금의 파단 강도 감소 및 재료의 사용 가능 온도 범위(일반적으로 비정질 재료는 유리 천이 온도 아래에서만 비정질 고유의 특성을 유지함)가 감소하는 등 부정적인 영향을 끼치기 때문에 30% 이하로 첨가되는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 다른 성분만으로도 충분한 비정질 형성이 가능하다면 첨가하지 않아도 좋다.

삭제

위와 같은 결과를 통해 구성 원소들과 양(+)의 혼합열을 가지는 원소(예를 들어, Y)의 첨가량이 제한된 조성 범위 내에서 단일상 비정질에 소성 변형 특성을 향상시키는데 기여할 수 있음을 알 수 있다.

상기와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 비정질 합금의 조성에 따른 기계적 특성을 시험하기 위하여, 본 발명에서는 다음과 같은 조건으로 시편을 제조한 후에, 각 시편의 특성을 확인하였다.

먼저, 인젝션 캐스팅(Injection Casting) 법을 통해 봉상 시편을 제조하였다.

즉, 표 1에 나타낸 조성 성분을 투명 석영관 속에 장입한 후, 챔버 내의 진공도를 약 20cmHg로 조절하고, 약 7~9kPa의 아르곤 분위기 중에서 고주파 유도 가열에 의해 용해하여 용융 합금을 얻고, 상기 용융 합금의 표면 장력에 의해 석영관 내부에 정지된 상태에서 석영관과 반응이 일어나기 전에 석영관을 급속히 강하함과 동시에 석영관 내에 약 50kPa의 아르곤 가스를 주입하여, 수냉 중인 구리 몰드에 충진하여 40mm의 일정한 길이를 가진 직경 1mm의 봉상 시편을 제조하였다.

압축 시험은 지름 1mm × 높이 2mm인 봉상 시편에 대하여 1×10^-4/s의 응력 변형률 속도로 실험을 행하였다.

본 발명의 실시예들과 비교예들간의 기계적 특성 비교(조성비 단위:원자량%)

구 분	합금조성(at%)	σ_f(GPa)	ε_f(%)	d_max(mm)
실시예 1	Cu₄₆Zr₄₅Al₇Y₂	1.87	5.21	≥8
실시예 2	Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅	1.75	4.97	≥10
실시예 3	Cu₄₇Ti₃₃Zr₇Ni₈Si₁Nb₄	2.17	6.05	≥5
실시예 4	Ni₅₉Zr₁₆Ti₁₃Si₃Sn₂Nb₇	2.9	8.2	≥5
실시예 5	Ni₆₁Zr₂₂Al₄Nb₇Ta₆	3.08	5.0	≥2
실시예 6	Mg₆₅Cu₂₀Ag₅Gd₁₀	0.91	2.21	≥11
실시예 7	Ti₅₁Zr₁₈Ni₆Cu₇Be₁₄Nb₄	2.01	7.2	≥1
실시예 8	Zr₄₉Al₁₆Cu₂₅Co₁₀	2.27	9.7	≥1
실시예 9	Zr₅₉Cu₁₈Ni₈Al₁₀Ta₅	1.70	8.8	≥1
실시예 10	Cu₅₅Zr₃₀Ti₁₀Ag₅	1.99	6.3	≥4
비교예 1	Cu₄₆Zr₄₇Al₇	1.96	2.8	≥3
비교예 2	Cu₄₆Zr₃₂Al₇Y₁₅	1.09	1.09	<1
비교예 3	Cu₄₇Ti₃₃Zr₁₁Ni₈Si₁	2.09	3.25	≤4
비교예 4	Ni₅₉Zr₂₀Ti₁₆Si₂Sn₃	2.7	4.1	≤3
비교예 5	Mg₆₅Cu₂₅Gd₁₀	0.84	1.98	≤8
비교예 6	Mg₆₅Cu₅Ag₂₀Gd₁₀	0.89	1.82	<1
비교예 7	Ti₅₅Zr₁₈Ni₆Cu₇Be₁₄	2.07	1.98	-
비교예 8	Zr_52.6Al_21.4Cu₁₀Co₁₆	1.64	1.31	-

표 1에서 알수 있는 바와 같이, 일반적으로 우수한 비정질 형성능을 가지기 위해 구성 원소간에 음(-)의 혼합 엔탈피를 가지는 합금계의 경우(비교예 1~8)는 알려진 바와 같이 약 2%의 탄성 변형률과, 일부 합금의 경우(비교예 1, 3, 4)처럼 약간의 소성 변형 거동을 나타낸다.

삭제

이와는 달리 본 발명에 따른 단일상의 비정질 합금계의 경우, 비정질 형성능의 향상에 기여하는 구성 원소의 일부를 양(+)의 혼합열을 가지는 원소로 치환함으로써 약 3% 이상(Mg계 비정질 합금의 경우 제외)의 우수한 소성변형 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.

상기와 같은 결과는 기존에 알려진 비정질 합금에 소성을 부여하는 방법인 미세 결정상 혹은 연성을 가진 결정상들의 석출없이 내부적인 결합력의 차이와 그에 따른 조성적인 요동을 통해 단일상 비정질 합금에서도 우수한 소성변형 특성을 가질 수 있다는 것을 의미한다.

특히, 낮은 유리천이 온도(Tg)와 용융온도(Tm) 값을 가져서 쉽게 취성파괴 거동을 하는 것으로 알려진 Mg계 비정질 합금(실시예 6)에서도 항복 거동 및 일부 소성변형이 가능한 것을 확인하였다.

표 1에 나타낸 실시예 중에서 Cu₄₆Zr₄₅Al₇Y₂ 합금(실시예 1) 및 Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅ 합금(실시예 2)의 경우에는 Zr-Y간에 +9의 양(+)의 혼합 엔탈피 관계가 있으며, Cu₄₇Ti₃₃Zr₇Ni₈Si₁Nb₄ 합금(실시예 3)과 Ni₅₉Zr₁₆Ti₁₃Si₃Sn₂Nb₇ 합금(실시예 4) 및 Ti₅₁Zr₁₈Ni₆Cu₇Be₁₄Nb₄ 합금(실시예 7)의 경우에는 Zr-Nb간에 +4, Ti-Nb간에 +2의 양(+)의 혼합 엔탈피 관계가 있고, Ni₆₁Zr₂₂Al₄Nb₇Ta₆ 합금(실시예 5)의 경우에는 Zr-Nb간에 +4, Zr-Ta간에 +3의 양(+)의 혼합 엔탈피 관계가 있으며, Mg₆₅Cu₂₀Ag₅Gd₁₀ 합금(실시예 6) 및 Cu₅₅Zr₃₀Ti₁₀Ag₅ 합금(실시예 10)의 경우에는 Cu-Ag간에 +2의 양(+)의 혼합 엔탈피 관계가 있고, Zr₅₅Al₁₆Cu₂₅Co₁₀ 합금(실시예 8)의 경우에는 Cu-Co간에 +6의 양(+)의 혼합 엔탈피 관계가 있기 때문에 본 발명에 따른 비정질 합금의 조성 선택 즉, 음(-) 혼합 엔탈피를 가지는 구성 원소의 일부를 양(+)의 혼합 엔탈피를 가지는 원소로 치환하는 기준에 잘 부합된다. 여기서, 혼합 엔탈피에 대한 데이터는 『F.R. de Boer, R. Boom, W.C.M. Mattens, et al. Cohesion in Metals, Cohesion and structure Vol. 1(1988)』에서 인용하였다.

삭제

비교예 1, 3, 4, 5, 7의 경우(본 발명의 조성 성분 B의 a=0인 경우)에는 조성 성분 A와 양(+)의 혼합 엔탈피를 가지는 원소가 첨가되지 않고, 비교예 2(본 발명의 조성 성분 B의 a=15인 경우)와 비교예 8(본 발명의 조성 성분 B의 a=16인 경우) 및 비교예 6(본 발명의 조성 성분 B의 a=20인 경우)의 경우에는 조성 성분 A와 양(+)의 혼합 엔탈피를 가지는 원소가 15% 이상으로 첨가되었기 때문에 본 발명의 실시예와 같은 기계적 특성을 나타내지 못하였다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 비정질 합금을 구성하는 원소 중 일부를 양의 혼합 엔탈피 값을 가지는 원소로 치환함으로써, 상온에서도 소성변형 특성을 가지게 하여 비정질 합금의 용도를 폭넓게 해주는 효과를 제공한다.

그리고, 종래의 비정질 합금은 탄성 한계점 이후에 소성변형 없이 바로 파괴 거동이 이루어져 구조재료로 이용하는 것에 커다란 제약요인으로 작용하지만, 본 발명에 따른 비정질 합금은 상온에서도 소성 변형이 가능하여 구조용 재료로 이용할 수 있는 가능성을 높여 준다.

삭제

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

일반식 A_100-a-bB_a(a는 원자량%로써 0<a<15)으로 표시되고,

상기 A는 Be, Mg, Ca, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, Fe, Ni, Cu 원소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종이고,

상기 B는 Y, La, Gd, Nb, Ta, Ag, Au, Co, Zn 원소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종으로서, 상기 일반식에 따라 합금이 구성될 때 선택되는 상기 A원소 중의 적어도 1종과는 양(+)의 혼합 엔탈피 관계를 가지는 원소가 적어도 1종 선택되는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.
제 1항에 있어서, 상기 비정질 합금은 Al, In, Sn, B, C, Si, P 원소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소를 30원자량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.
제 2항에 있어서, 상기 A가 Cu 및 Zr의 2종이고, 상기 B가 Y 및 Gd의 2종일 때, 상기 비정질 합금은 Al을 30원자량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.
제 2항에 있어서, 상기 A가 Ni, Cu, Zr 및 Ti의 4종이고, 상기 B가 Nb일 때, 상기 비정질 합금은 Si을 30원자량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.
제 2항에 있어서, 상기 A가 Ni, Zr 및 Ti의 3종이고, 상기 B가 Nb일 때, 상기 비정질 합금은 Si 및 Sn을 30원자량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.
제 2항에 있어서, 상기 A가 Zr 및 Cu의 2종이고, 상기 B가 Co일 때, 상기 비정질 합금은 Al을 30원자량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.
제 2항에 있어서, 상기 A가 Cu, Zr 및 Ti의 3종이고, 상기 B가 Ag일 때, 상기 비정질 합금은 Al을 30원자량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.
제 2항에 있어서, 상기 A가 Zr 및 Cu의 2종이고, 상기 B가 La, Nb 및 Ta의 3종일 때, 상기 비정질 합금은 Al을 30원자량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성이 우수한 단일상 비정질 합금.