KR100767719B1 - Ti-based amorphous nano-powders and method of preparation thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1의 (a) 내지 (c)는 각각 α가 각각 0, 100, 50인 경우, (Ti56Al24Co20)α(Y56Al24Co20)(100-α)의 조성을 갖는 2상 비정질 합금의 XRD 그래프이다.1 (a) to (c) show two phases each having a composition of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) α (Y 56 Al 24 Co 20 ) (100-α) when α is 0, 100, or 50, respectively. XRD graph of the amorphous alloy.
도 2는 멜트 스피닝 방법에 의해 형성된 리본 형태의 Ti-Y-Al-Co 비정질 합금 리본(melt spun ribbon)의 DSC(Differential scanning Calorimetry) 곡선이다.FIG. 2 is a differential scanning calorimetry (DSC) curve of a Ti-Y-Al-Co amorphous spun ribbon in the form of a ribbon formed by a melt spinning method.
도 3의 (a), (b)는 각각 (Ti56Al24Co20)50(Y56Al24Co20)50 합금의 TEM 사진 및 SAEDP 사진이다.3 (a) and 3 (b) are TEM images and SAEDP images of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Y 56 Al 24 Co 20 ) 50 alloys, respectively.
도 4는 Ti-Y 합금의 2원 상태도(binary phase diagram)이다.4 is a binary phase diagram of a Ti-Y alloy.
도 5a 및 5b는 각각 Y, Ti의 pH-전위 그래프(Pourbaix diagram)이다.5A and 5B are Pourbaix diagrams of Y and Ti, respectively.
도 6은 0.1M HNO3 용액에서의 Ti56Al24Co20, (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50, (Ti56Al24Co20)35(Ti56Al24Co20)65 그리고 Y55Al24Co20 합금의 정전위 곡선이다.6 shows Ti 56 Al 24 Co 20 , (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 , (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 35 (Ti 56 Al 24 in 0.1M HNO 3 solution. Co 20 ) 65 and Y 55 Al 24 Co 20 alloy potential curves.
도 7a 및 7b는 각각 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 합금을 선택 부식한 후의 SEM 사진 및 XRD 그래프이다.7A and 7B are SEM photographs and XRD graphs after selective corrosion of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 alloys, respectively.
도 7c 및 도 7d는 각각 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 합금으로부터 형성된 비 정질 분말의 TEM 사진과 SAEDP 사진 및 (Ti56Al24Co20)35(Ti56Al24Co20)65 합금으로부터 형성된 비정질 분말의 TEM 사진과 SAEDP 사진이다.7C and 7D show TEM and SAEDP images of amorphous powders formed from (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 alloys, respectively, and (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 35 (Ti 56 TEM and SAEDP images of amorphous powders formed from Al 24 Co 20 ) 65 alloy.
도 8은 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 합금을 선택 부식하여 얻은 비정질 분말의 EDS 분석을 나타내는 도면이다.FIG. 8 shows EDS analysis of amorphous powders obtained by selective corrosion of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 alloys.
도 9는 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 합금이 부분적으로 용해되어 Y기지에 Ti 입자가 붙어있음을 보여주는 SEM 사진이다.FIG. 9 is a SEM photograph showing that Ti alloy is attached to Y base by partially dissolving the (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 alloy.
본 발명은 Ti계 비정질 나노 분말과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2상 비정질 합금에서 기지를 제거하여 제조되는 Ti계 비정질 나노 분말 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Ti-based amorphous nanopowder and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a Ti-based amorphous nanopowder prepared by removing a matrix from a two-phase amorphous alloy and a method for producing the same.
대부분의 금속 합금은 액상으로부터 응고 시에 원자의 배열이 규칙적인 결정상이 형성된다. 그러나 응고 시 냉각속도가 임계 값 이상으로 충분히 커서 결정상의 핵 생성 및 성장이 제한된다면, 액상의 불규칙적인 원자 구조가 그대로 고상으로 유지될 수 있다. 이와 같은 합금을 통상 비정질 합금(amorphous alloy)이라 한다. 비정질 합금은 결정질 합금에 비해 2~3배 정도 높은 인장 강도를 가지며, 입계가 존재하지 않는 조직의 균일성으로 인해 내식성 또한 우수한 것으로 알려져 있다.Most metal alloys form crystal phases in which the arrangement of atoms is regular at the time of solidification from the liquid phase. However, if the cooling rate at the time of solidification is sufficiently above the threshold value to limit the nucleation and growth of the crystal phase, the irregular atomic structure of the liquid phase can remain intact. Such alloys are commonly referred to as amorphous alloys. Amorphous alloys have tensile strengths that are two to three times higher than crystalline alloys, and are known to be excellent in corrosion resistance due to the uniformity of the structure where no grain boundaries exist.
한편, 비정질 분말은 나노 구조 물질의 제작을 위한 빌딩 블록, 고분자 물질의 강화, 낮은 녹는점을 가지는 합금 그리고 촉매 등으로 쓰여질 수 있는데, 20세기 후반에 이르러 입자의 크기가 몇 나노미터에 이르게 되면 그 물질의 성질이 현저하게 변화하는 것을 알게 되었다. On the other hand, amorphous powders can be used as building blocks for the fabrication of nano-structured materials, reinforcement of polymeric materials, alloys with low melting points, and catalysts. It has been found that the properties of matter change significantly.
특히 1959년 Richard P. Feynman의 발표와 20여 년 전 Eric K. Drexel에 의해 나노 크기 물질의 물리, 화학적인 특성을 조절하기 위한 완전히 새로운 분야의 연구가 이어지게 되었다. 현재에는 이러한 나노 구조 물질은 미래의 전기, 자기, 기계적 장치에서 주된 부분이 될 것으로 인식되고 있다. In particular, in 1959, by Richard P. Feynman, and by Eric K. Drexel over 20 years ago, a whole new field of study was undertaken to control the physical and chemical properties of nanoscale materials. Today, these nanostructured materials are expected to be a major part of future electrical, magnetic and mechanical devices.
이러한 나노 물질을 만드는 공정은 화학 진공 증착(chemical vapor deposition), 물리 진공 증착(physical vapor deposition), 침전(precipitation), 반응성 스퍼터링(reactive sputtering), 레이저 열분해(laser pyrolysis), 아크 플라즈마 공정(arc plasma process), 펄스 와이어 폭발(pulse wire explosion), 기계적 합금법(mechanical alloying), 그라인딩(grinding) 또는 졸겔법(sol-gel technique)등이 있다. Processes for making these nanomaterials include chemical vapor deposition, physical vapor deposition, precipitation, reactive sputtering, laser pyrolysis, and arc plasma processes. process, pulse wire explosion, mechanical alloying, grinding or sol-gel technique.
그런데, 이러한 대부분의 공정들은 보통 복잡한 공정과 고가의 장비를 필요로 하고 원자 구조를 제어할 수 없는 경우가 많다. 예를 들어, 화학 진공 증착, 아크 플라즈마 공정, 펄스 와이어 폭발 또는 기계적 합금법은 비정질과 같은 준안정(meta-stable)한 구조를 형성할 수 있지만, 침전법이나 졸겔법 등에서는 오로지 안정한 원자 구조만 이루게 된다. However, most of these processes usually require complex processes and expensive equipment and often cannot control the atomic structure. For example, chemical vacuum deposition, arc plasma processing, pulsed wire explosion, or mechanical alloying can form meta-stable structures such as amorphous, but only stable atomic structures, such as precipitation and sol-gel, Is achieved.
또한, 상기한 대부분의 공정에서는 비정질 분말을 구형이면서 매끈한 표면을 갖도록 하기 어려우며 분말이 서로 뭉치는 현상이 발생한다.In addition, in most of the processes described above, it is difficult for the amorphous powder to have a spherical and smooth surface, and the powders aggregate together.
또한, 비정질 분말의 크기 분포가 상대적으로 적고, 비정질 분말의 크기를 초기 조성에 따라 제어하기 어렵고, 비정질 분말의 구조를 합금의 초기 상태에 의해 확인할 수 없다는 문제가 있었다.In addition, there is a problem that the size distribution of the amorphous powder is relatively small, it is difficult to control the size of the amorphous powder according to the initial composition, and the structure of the amorphous powder cannot be confirmed by the initial state of the alloy.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 2상 비정질 합금에서 선택 부식의 방법으로 기지을 제거하여 형성되는 구형의 비정질 나노 분말을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a spherical amorphous nano-powder formed by removing the matrix by the method of selective corrosion in the two-phase amorphous alloy.
또한, 본 발명은 전술한 구형의 비정질 나노 분말을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method for producing the above-mentioned spherical amorphous nano powder.
본 발명에 따른 Ti계 비정질 나노 분말은 화학식 Ti100-a-b-c-dAlaCobYcId로 표시되며, 상기 식 중 a, b, c 및 d는 원자%로서 각각 10≤a≤30, 10≤b≤30, 1≤c≤10, 0.1≤d≤5를 만족하고, I 는 불순물이다.The Ti-based amorphous nanopowder according to the present invention is represented by the formula Ti 100-abcd Al a Co b Y c I d , wherein a, b, c and d are atomic%, respectively 10 ≦ a ≦ 30, 10 ≦ b≤30, 1≤c≤10 and 0.1≤d≤5 are satisfied, and I is an impurity.
이때, 상기 Ti계 비정질 나노 분말은 화학식 (Ti56Al24Co20)α(Y56Al24Co20)(100-α)로 표시되며, α가 원자%로서 30≤α≤50인 2상 비정질 합금으로부터 선택 부식에 의해 형성되는 것이 바람직하다.In this case, the Ti-based amorphous nano-powder is represented by the formula (Ti 56 Al 24 Co 20 ) α (Y 56 Al 24 Co 20 ) (100-α) , wherein α is a two-phase amorphous having 30 ≦ α ≦ 50 as the atomic% It is preferably formed by selective corrosion from the alloy.
또한, 상기 2상 비정질 합금 중 제1 비정질상인 Ti-Al-Co에서 Al의 원자%는 15 내지 28이고, Co의 원자%는 15 내지 30인 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the atomic% of Al is 15 to 28, and the atomic% of Co is 15 to 30 in Ti-Al-Co which is the first amorphous phase of the two-phase amorphous alloy.
또한, 상기 2상 비정질 합금 중 제2 비정질상인 Y-Al-Co에서 Al의 원자%는 20 내지 28이고, Co는 15 내지 25인 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the atomic% of Al in the Y-Al-Co which is the second amorphous phase of the two-phase amorphous alloy is 20 to 28, and Co is 15 to 25.
또한, 상기 2상 비정질 합금은 리본의 형태로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the two-phase amorphous alloy is preferably formed in the form of a ribbon.
또한, 상기 리본 형태의 2상 비정질 합금은 두께가 5㎛ 내지 50㎛이며, 폭이 1mm내지 10mm인 것이 바람직하다.In addition, the ribbon-shaped two-phase amorphous alloy is preferably 5
또한, 상기 선택 부식은 희석된 HNO3 용액에서 수행되는 것이 바람직하다.In addition, the selective corrosion is preferably carried out in diluted HNO 3 solution.
또한, 상기 선택 부식은 상기 2상 비정질 합금이 활성 전극으로서 이루어지는 것이 바람직하다.Further, the selective corrosion is preferably made of the two-phase amorphous alloy as an active electrode.
한편, 본 발명에 따른 Ti계 비정질 나노 분말의 제조방법은 원하는 조성을 갖는 최초의 주괴(ingot)를 구성하기 위해 Ti, Y, Al, Co 및 기타 불순물을 용융하여 혼합하는 단계, 상기 혼합된 용융 금속을 급냉시켜 2상 비정질 합금을 형성시키는 단계; 선택 부식에 의해 상기 비정질 합금의 연속되는 비정질 기지를 제거하여 비정질 분말을 형성하는 단계를 포함한다. On the other hand, the Ti-based amorphous nano powder manufacturing method according to the present invention comprises the steps of melting and mixing Ti, Y, Al, Co and other impurities to form the first ingot (ingot) having a desired composition, the mixed molten metal Quenching to form a two-phase amorphous alloy; Selective corrosion removes the continuous amorphous matrix of the amorphous alloy to form an amorphous powder.
이때, 상기 비정질 합금을 형성하는 단계는, 화학식 (Ti56Al24Co20)α(Y56Al24Co20)(100-α)로 표현되며, α가 원자%로 30≤α≤50인 2상의 비정질 합금을 형성하는 것이 바람직하다.At this time, the step of forming the amorphous alloy is represented by the formula (Ti 56 Al 24 Co 20 ) α (Y 56 Al 24 Co 20 ) (100-α) , wherein α is 30≤α≤50 in atomic% It is desirable to form an amorphous alloy of the phase.
또한, 상기 2상 비정질 합금 중 제1 비정질상인 Ti-Al-Co에서 Al의 원자%는 15 내지 28이고, Co의 원자%는 15 내지 30인 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the atomic% of Al is 15 to 28, and the atomic% of Co is 15 to 30 in Ti-Al-Co which is the first amorphous phase of the two-phase amorphous alloy.
또한, 상기 2상 비정질 합금 중 제2 비정질상인 Y-Al-Co에서 Al의 원자%는 20 내지 28이고, Co는 15 내지 25인 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the atomic% of Al in the Y-Al-Co which is the second amorphous phase of the two-phase amorphous alloy is 20 to 28, and Co is 15 to 25.
또한, 상기 2상 비정질 합금은 리본의 형태로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the two-phase amorphous alloy is preferably formed in the form of a ribbon.
또한, 상기 2상 비정질 합금의 리본은 두께가 5㎛ 내지 50㎛이며, 폭이 1mm 내지 10mm인 것이 바람직하다.In addition, the ribbon of the two-phase amorphous alloy is preferably 5㎛ to 50㎛ thickness, 1mm to 10mm width.
또한, 상기 화학적 선택 부식은 희석된 HNO3 용액에서 수행되는 것이 바람직하다. In addition, the chemical selective corrosion is preferably carried out in diluted HNO 3 solution.
또한, 상기 화학적 선택 부식에서 상기 2상 비정질 합금을 활성 전극으로 이용하는 것이 바람직하다.It is also preferable to use the two-phase amorphous alloy as the active electrode in the chemical selective corrosion.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. These examples are merely to illustrate the invention, but the invention is not limited thereto.
Ti계 비정질 나노 분말의 제조방법을 간단히 요약하면 다음과 같다. 먼저 급속 냉각에 의해 비정질 합금 리본을 형성한다. 다음으로 전기화학적 방법에 의해 비정질 합금 리본을 선택 부식하여 특정 원소를 제거함으로써 비정질 나노 분말을 형성한다.A brief summary of the preparation method of Ti-based amorphous nanopowders is as follows. First, an amorphous alloy ribbon is formed by rapid cooling. Next, the amorphous alloy ribbon is selectively corroded by an electrochemical method to remove specific elements to form amorphous nanopowders.
최초의 주괴(ingot)를 구성하기 위해 Ti, Y 그리고 비정질 합금의 형성을 돕는 Al,Co 및 기타 불순물을 용융하여 혼합한다. 이때, 용융물은 화학식 (Ti-Al-Co)α(Y-Al-Co)(100-α)에서 α가 원자%로서 30 내지 50의 조성을 갖도록 한다. To form the first ingot, Al, Co and other impurities are melted and mixed to help form Ti, Y and amorphous alloys. At this time, the melt is such that in the formula (Ti-Al-Co) α (Y-Al-Co) (100-α) , α has a composition of 30 to 50 as atomic%.
한편, 상기 제1 비정질상인 Ti-Al-Co에서 Al의 원자%는 15 내지 28이고, Co 의 원자%는 15 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 제2 비정질상인 Y-Al-Co에서 Al의 원자%는 20 내지 28이고, Co는 15 내지 25인 것이 바람직하다. Al 및 Co는 이 조성 범위를 벗어나면 비정질 형성이 어렵다.Meanwhile, the atomic% of Al in the Ti-Al-Co which is the first amorphous phase is preferably 15 to 28, and the atomic% of Co is 15 to 30, and the atom of Al in Y-Al-Co which is the second amorphous phase. It is preferable that% is 20-28, and Co is 15-25. Al and Co are difficult to form amorphous beyond this composition range.
이후에, Ti의 고상화 온도인 450℃ 미만으로 과냉하고 고화시켜 얇은 리본의 형태로 비정질 합금을 제조한다. Subsequently, the amorphous alloy is manufactured in the form of a thin ribbon by supercooling and solidifying below the solidification temperature of Ti of 450 ° C.
이때, 2개의 상을 갖는 비정질 합금을 형성하기 위해 구성 원소들의 비 혼화성을 필요로 하는데, Ti와 Y는 서로 혼합되지 않으므로 Ti-Y-Al-Co 의 용융물을 냉각하면 Ti-Al-Co 상과 Y-Al-Co 상으로 분리되는 경향이 있다. 이때 상기 2개의 상은 모두 비정질이다. In this case, in order to form an amorphous alloy having two phases, the incompatibility of the constituent elements is required. Since Ti and Y are not mixed with each other, the Ti-Al-Co phase is cooled when the melt of Ti-Y-Al-Co is cooled. There is a tendency to separate into and Y-Al-Co phase. Wherein both phases are amorphous.
이 경우, (Ti-Al-Co)α(Y-Al-Co)(100-α) 합금의 조성에 따라 다른 미세구조가 형성된다. Ti가 풍부한 합금에서(70≤α≤85), 105 K/s의 높은 속도로 냉각하였을 때 Y입자들이 Ti 비정질 기지에 묻히게 되고, 60≤α≤70의 조성에서는 합금은 서로 연결된 구조를 형성한다. 대조적으로 Y계 합금(20≤α≤60)의 미세구조는 연속된 Y 비정질 기지내로 분산된 Ti입자로 구성된다.In this case, different microstructures are formed according to the composition of the (Ti-Al-Co) α (Y-Al-Co) (100-α) alloy. In Ti-rich alloys (70≤α≤85), Y particles are buried in Ti amorphous matrix when cooled at a high rate of 10 5 K / s, and at 60≤α≤70, the alloys form interconnected structures. do. In contrast, the microstructure of the Y-based alloy (20 ≦ α ≦ 60) is composed of Ti particles dispersed into a continuous Y amorphous matrix.
즉, 입자의 크기는 합금의 조성과 관련이 있는데, Ti의 함유량이 작을수록 입자의 크기가 작아진다. 결과적으로 미세구조와 입자의 크기는 최초의 합금 조성과 냉각 속도에 의해 결정된다. 따라서 원하는 비정질 분말의 크기를 초기 조성에 따라 제어할 수 있다.That is, the size of the particles is related to the composition of the alloy. The smaller the content of Ti, the smaller the size of the particles. As a result, the microstructure and particle size are determined by the original alloy composition and cooling rate. Therefore, the size of the desired amorphous powder can be controlled according to the initial composition.
본 실시예에서는 원자%인 α를 30 내지 50이 되도록 조성 비율을 최적화하였 으므로 Ti입자가 연속되는 비정질 Y기지에 분산되도록 형성시킬 수 있다. 즉, 상기의 조성 범위를 벗어나는 경우에는 적절한 조직을 가진 2상 비정질 합금을 얻을 수 없다. 또한, Al 및 Co는 전술한 조성 범위를 벗어나면 비정질 형성이 어렵다.In this embodiment, since the composition ratio is optimized so that the atomic percentage α is 30 to 50, Ti particles can be formed to be dispersed in a continuous amorphous Y base. That is, when it is out of the said composition range, the biphasic amorphous alloy which has an appropriate structure cannot be obtained. In addition, Al and Co are difficult to form amorphous outside the above-described composition range.
다음으로, 고상간의 상이한 전기화학적 특성을 이용하여 비정질 나노 분말을 제조한다. 상호 혼합되지 않는 원소들의 전기화학적 특성이 다른 경우, 선택 부식(dealloying)에 의해 리본을 구성하는 특정 원소만 제거할 수 있다. 특정 원소를 제거함으로써 상기 비정질 합금을 비정질 나노 분말로 형성시킬 수 있다. Next, amorphous nanopowders are prepared using different electrochemical properties between solid phases. If the electrochemical properties of the elements that are not intermixed are different, only certain elements constituting the ribbon can be removed by selective dealloying. By removing a specific element, the amorphous alloy can be formed into an amorphous nano powder.
선택 부식은 2상 비정질 합금의 구성요소들 중 어느 하나 또는 2 이상의 구성성분을 추출하는 것이다. 즉, 2상 비정질 합금은 2 이상의 서로 다른 전기화학적 특성을 가지는 구성 성분으로 이루어지는데, 각각의 입자로 구성되는 2개의 상을 갖는 물질에서, 기지의 구성 원소가 더 많은 반응성이 있다면, 이 기지의 구성 원소를 제거하여 비정질 분말을 형성한다.Selective corrosion is the extraction of any one or two or more of the components of a two-phase amorphous alloy. That is, a two-phase amorphous alloy consists of two or more different electrochemical properties of constituents. In a two phase material consisting of individual particles, if a known constituent is more reactive, The constituent elements are removed to form an amorphous powder.
이것은 잘 선별된 화학 용매에 소재를 침지하거나 전기 화학법에 의해 달성될 수 있는데, 전기 화학법은 좀더 신속하게 실시할 수 있으며, 분말 형성 거동을 좀더 쉽게 제어할 수 있다. 이때, 전기 화학셀에서 2상 비정질 합금을 전극으로 사용하여, 일정 범위의 전압을 인가하는 경우, 덜 희소한 금속이 용해된다. 전기 화학 용매을 선택하는 경우, 선택적인 용해가 일어나므로 바람직하지 않다. 제어를 쉽게 하기 위하여 이온을 이루는 포텐셜(potential)의 차이에 의해 한 원소는 전해질에서 용해시키고, 다른 원소는 그대로 남아 있도록 하는 것이 바람직하다. 좀더 비활성적인 성분을 지속적으로 제거하는 경우, 입자들은 덩어리에서 떨어져나가고 용액에서 추출된다. This can be achieved by immersing the material in a well-selected chemical solvent or by electrochemistry, which can be carried out more quickly and more easily control the powder formation behavior. At this time, when a two-phase amorphous alloy is used as an electrode in an electrochemical cell and a certain range of voltage is applied, less rare metals are dissolved. If an electrochemical solvent is selected, selective dissolution occurs, which is undesirable. For ease of control, it is desirable that one element is dissolved in the electrolyte and the other element remains intact due to the difference in potentials forming the ions. In the case of continual removal of the more inactive components, the particles fall out of the mass and are extracted from the solution.
선택 부식이 일어나도록 하기 위해서는 전기화학적 특성 차이와 함께 2가지 조건을 만족해야 한다. 하나는 임계포텐셜(Ec)이고, 다른 하나는 분리 한계(parting limit)이다. 선택 부식은 최소로 인가되는 임계 포텐셜에서 일어나게 되는데, 임계 포텐셜을 넘으면 선택 부식이 빠르게 일어난다. 또한, 임계 포텐셜은 좀더 비활성적인 원소의 농도와 표면에 형성된 산화층의 특성에 좌우된다.In order for selective corrosion to occur, two conditions must be met along with the difference in electrochemical properties. One is the critical potential (Ec) and the other is the partitioning limit. Selective corrosion occurs at the minimum applied critical potential, which exceeds the potential potential for selective corrosion. In addition, the critical potential depends on the concentration of more inert elements and the properties of the oxide layer formed on the surface.
그리고 덜 활성적인 원소의 농도가 특정 농도를 초과하면, 선택 부식이 일어난다. 임계 포텐셜(Ec)이 산화물의 산화환원 포텐셜과 거의 동일하게 된 경우, 희소 원소의 농도를 특정 산화물의 분리한계라고 하며, 이 경우 선택 부식은 일어나지 않는다. And if the concentration of less active elements exceeds a certain concentration, selective corrosion occurs. When the critical potential Ec becomes almost the same as the redox potential of the oxide, the concentration of the rare element is called the separation limit of the specific oxide, in which case no selective corrosion occurs.
본 발명의 실시예에서는 Ti-Y-Al-Co 의 2가지 비정질상으로 이루어진 비정질 합금을 사용한다. 이 합금에서 Y는 Ti와 혼합되지 않는다. 그러나 Ti-Al-Co 및 Y-Al-Co는 비정질상을 형성할 수 있다. 따라서 (Ti56Al24Co20)α(Y56Al24Co20)(100-α) 합금과 유사한 조성을 가지는 합금을 제조하는 경우, 원자%인 α가 30≤α≤50이면, Ti가 연속된 Y기지로 퍼지는 구조의 비정질 합금을 제조할 수 있다.In the embodiment of the present invention, an amorphous alloy composed of two amorphous phases of Ti-Y-Al-Co is used. Y does not mix with Ti in this alloy. However, Ti-Al-Co and Y-Al-Co can form an amorphous phase. Therefore, when preparing an alloy having a composition similar to that of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) α (Y 56 Al 24 Co 20 ) (100-α) , Ti is continuous when α is 30 ≦ α ≦ 50. An amorphous alloy having a structure spreading to Y base can be produced.
상기 합금에 선택 부식을 적용하는 경우, Y-Al-Co 비정질상으로부터 Y를 제거함으로써 화학식 Ti100-a-b-c-dAlaCobYcId로 표시되며, 상기 식 중 a, b, c 및 d는 원자%로서 각각 10≤a≤30, 10≤b≤30, 1≤c≤10, 0.1≤d≤5를 만족하고, I 는 불순물인 Ti계 비정질 나노 분말을 제조할 수 있다. 이하 도면을 참조하여 본 발명의 실험예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.When selective corrosion is applied to the alloy, it is represented by the formula Ti 100-abcd Al a Co b Y c I d by removing Y from the Y-Al-Co amorphous phase, where a, b, c and d are atoms As a%, 10? A? 30, 10? B? 30, 1? C? 10, and 0.1? D? 5, respectively, and Ti-based amorphous nanopowders in which I is an impurity can be produced. Hereinafter, an experimental example of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
비정질 리본의 미세구조Microstructure of Amorphous Ribbon
먼저, Ti-Y-Al-Co 비정질 합금을 다음과 같은 방법으로 제조하였다. Ti, Al, Co 및 Y를 포함하는 용융 금속을 105K/sec가 넘는 속도로 냉각하여 Ti-Al-Co 합금 및 Y-Al-Co 합금으로 된 2상 비정질 합금을 형성하였다. 예를 들면, 멜트 스피닝(melt spinning) 방법에 의해 Ti계 및 Y계 비정질 합금을 두께 5㎛ 내지 50㎛, 폭은 1mm 내지 10mm의 얇은 리본(ribbon) 형태로 제조하였다.First, Ti-Y-Al-Co amorphous alloy was prepared by the following method. The molten metal comprising Ti, Al, Co and Y was cooled at a rate of over 10 5 K / sec to form a two-phase amorphous alloy of Ti-Al-Co alloy and Y-Al-Co alloy. For example, Ti-based and Y-based amorphous alloys were prepared in the form of thin ribbons having a thickness of 5 μm to 50 μm and a width of 1 mm to 10 mm by a melt spinning method.
또한, 전술한 바와 같이, Ti 및 Y는 고체 상태에서 서로 잘 혼합되지 않는 특성을 가진다. 따라서 Ti, Al, Y 및 Co를 포함하는 용융 금속으로부터 비정질 합금을 제조하는 경우, Ti-Al-Co 및 Y-Al-Co으로 분리된 2상 비정질 합금이 형성되었다.In addition, as described above, Ti and Y have a property that they do not mix well with each other in the solid state. Therefore, when preparing an amorphous alloy from molten metal containing Ti, Al, Y and Co, a two-phase amorphous alloy separated into Ti-Al-Co and Y-Al-Co was formed.
도 1의 (a) 내지 (c)는 각각 α가 0, 100, 50인 경우, (Ti56Al24Co20)α(Y56Al24Co20)(100-α)의 조성을 갖는 2상 비정질 합금의 XRD 그래프를 나타낸다. 본 발명의 실험예에서는 2상 비정질 합금으로서, α가 0, 50, 100인 경우의 2상 비정질 합금을 리본의 형태로 제조하였다.1 (a) to (c) show two-phase amorphous compositions having (Ti 56 Al 24 Co 20 ) α (Y 56 Al 24 Co 20 ) (100-α) when α is 0, 100, and 50, respectively. The XRD graph of the alloy is shown. In the experimental example of the present invention, as a two-phase amorphous alloy, a two-phase amorphous alloy when α was 0, 50, or 100 was produced in the form of a ribbon.
도시한 바와 같이, α = 50일 때(도 1의 (c)), 28° 내지 38° 및 38° 및 40°의 회절각도(2θ)에서 2개의 할로 피크(halo peak)를 가진다. 할로 피크는 합금들이 급속 응고 상태에서 비정질상을 가진다는 것을 의미한다. 또한 2개의 넓은 할로 피크는 2개의 비정질상이 존재함을 나타낸다. 이것은 Ti계 비정질상과 Y계 비 정질상의 경우에 그 원자 반경에 차이가 있기 때문이다. As shown, when α = 50 (FIG. 1 (c)), it has two halo peaks at diffraction angles 2θ of 28 ° to 38 ° and 38 ° and 40 °. The halo peak means that the alloys have an amorphous phase in the state of rapid solidification. The two broad halo peaks also indicate the presence of two amorphous phases. This is because the atomic radius is different in the Ti-based amorphous phase and the Y-based amorphous phase.
Ti-Al-Co 합금(α = 100, 도 1의 (b)) 및 Y-Al-Co합금(α = 0, 도 1의 (a))의 XRD 그래프를 참조하면, (Ti56Al24Co20)50(Y56Al24Co20)50 합금에서 2개의 회절각에서 할로 피크가 나타나는 것은, 각각 Y가 풍부한 비정질상과 Ti가 풍부한 비정질상에 대응하는 것을 알 수 있다.Referring to the XRD graphs of the Ti-Al-Co alloy (α = 100, (b) of FIG. 1) and the Y-Al-Co alloy (α = 0, (a) of FIG. 1), (Ti 56 Al 24 Co 20 ) The halo peaks appearing at two diffraction angles in the 50 (Y 56 Al 24 Co 20 ) 50 alloy correspond to the Y-rich amorphous phase and the Ti-rich amorphous phase, respectively.
비정질 합금 리본의 열적 성질Thermal Properties of Amorphous Alloy Ribbons
도 2는 멜트 스피닝 방법에 의해 형성된 리본 형태의 Ti-Y-Al-Co 비정질 합금 리본(melt spun ribbon)의 DSC(Differential scanning Calorimetry) 곡선을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 상기 DSC 곡선은 상기 비정질 합금의 조성에 따라 650 K 내지 780 K의 범위에서 유리전이가 형성됨을 나타낸다. 또한, 700 K 내지 850 K의 범위에서 1개 또는 2개의 발열 피크(exothermic peak)가 나타난다. 상기 발열피크는 각각 Y상 및 Ti상의 결정화가 진행됨을 나타낸다. 2 shows a differential scanning calorimetry (DSC) curve of a Ti-Y-Al-Co amorphous alloy ribbon in the form of a ribbon formed by a melt spinning method. As shown, the DSC curve indicates that the glass transition is formed in the range of 650 K to 780 K depending on the composition of the amorphous alloy. In addition, one or two exothermic peaks appear in the range of 700K to 850K. The exothermic peaks indicate that the crystallization of the Y and Ti phases proceeds, respectively.
이때 높은 온도에서의 피크는 Ti상에 대응하고, 낮은 온도에서의 피크는 Y상에 대응한다. 또한, 두개의 발열 피크는 2개의 구분 가능한 비정질상이 존재함을 나타낸다. 그러나 α의 값이 작거나 클 경우에는 상에서의 부피 분율이 작아서 DSC 분석에 의해 관찰이 가능한 발열 피크를 찾을 수 없었다.The peak at high temperature corresponds to the Ti phase and the peak at low temperature corresponds to the Y phase. In addition, two exothermic peaks indicate that there are two distinguishable amorphous phases. However, when the value of α was small or large, the volume fraction of the phase was small, and no exothermic peak that could be observed by DSC analysis was found.
2상 비정질 합금 리본의 미세구조 관찰Microstructure Observation of Two-Phase Amorphous Alloy Ribbons
도 3의 (a), (b)는 각각 (Ti56Al24Co20)50(Y56Al24Co20)50으로 표시되는 2상 비정질 합금의 TEM 사진 및 SAEDP 사진이다. 3 (a) and 3 (b) are TEM images and SAEDP images of two-phase amorphous alloys represented by (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Y 56 Al 24 Co 20 ) 50 , respectively.
도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 리본 형태로 형성된 Ti-Y-Al-Co 2상 비정질 합금의 미세구조는 TEM으로 관찰이 가능하다. 즉, 구분 가능한 2상의 존재를 확인할 수 있는데, 어두운 부분에서 구형의 입자들을 형성하는 하나의 상이 밝은 부분에서의 연속되는 기지에 묻혀 있다. 이 경우, 입자들이 구형으로 형성되는 것은 액체 상태에서 상 분리가 발생하는 것을 나타낸다. 따라서 비정질 분말의 형성 시에 분말이 서로 심각하게 뭉치는 현상을 방지할 수 있으며, 매끈한 구형의 분말을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3A, the microstructure of the Ti-Y-Al-Co two-phase amorphous alloy formed in the form of a ribbon can be observed by TEM. In other words, it is possible to confirm the existence of two distinct phases, in which one phase forming spherical particles in the dark part is buried in a continuous matrix in the bright part. In this case, the spherical formation of the particles indicates that phase separation occurs in the liquid state. Therefore, when the amorphous powder is formed, it is possible to prevent the powders from aggregating seriously with each other and to form a smooth spherical powder.
또한, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, Ti-Y-Al-Co 리본의 선별된 범위에서의 전자 회절 패턴(selected area electron diffreaction patterns : SAEDP)은 두개의 원을 보여준다. 상술한 도 1에서의 XRD 그래프와 같이, 내부의 원은 Y상에 대응하고 외부의 원은 Ti상에 대응한다. 에너지 분산 분광기(energy dispersive spectroscopy : EDS)에 의해 각 상을 분석한 결과 입자 및 기지의 조성은 각각 Ti46Y11Al27Co16, Y40Ti15Al22Co23이었다.In addition, as shown in FIG. 3B, selected area electron diffreaction patterns (SAEDP) in the selected range of the Ti-Y-Al-Co ribbon show two circles. As shown in the XRD graph in FIG. 1 described above, the inner circle corresponds to the Y phase and the outer circle corresponds to the Ti phase. As a result of analyzing each phase by energy dispersive spectroscopy (EDS), the particle and matrix composition were Ti 46 Y 11 Al 27 Co 16 and Y 40 Ti 15 Al 22 Co 23 , respectively.
2상 비정질 합금의 형성Formation of Two Phase Amorphous Alloys
본 발명의 실시예에서는 비혼화성에 기초하여 Ti 및 Y를 선택하였다. 상기 원소들은 음전기와 위그너-자이쯔(Wigner-Seitz) 원자셀 경계의 전자 밀도에 따라 금속간 화합물이나 고용체를 형성한다. 그러나 셀 경계 밀도의 공통치에서 구한 전자 밀도를 가지는 금속들은 그 전자 밀도가 연속되지 않으므로, 서로 섞이지 않는다.In the examples of the present invention, Ti and Y were selected based on immiscibility. The elements form intermetallic compounds or solid solutions, depending on the electron density at the negative electrode and Wigner-Seitz atomic cell boundaries. However, metals having electron densities obtained from common values of cell boundary densities do not mix with each other since their electron densities are not continuous.
도 4는 Ti-Y 합금의 2원 상태도인데, 이러한 비 혼화성을 잘 나타낸다. 도시한 바와 같이, Y의 원자%가 30 내지 80에서 액체 영역인 1360℃ 이상에서는 혼화성 갭(miscibility gap)을 관찰할 수 있다. 이는 Y의 원자 분율이 30 내지 80일때, 용융 금속이 1545℃ 이하로 냉각되면, Ti가 풍부한 상과 Y가 풍부한 상으로 구분되는 2개의 액상을 형성하면서 자연적으로 분리되는 것을 나타낸다. 4 is a binary state diagram of a Ti-Y alloy, which shows such incompatibility. As shown in the figure, miscibility gaps can be observed in the atomic region of Y from 30 to 80 or more at 1360 ° C. which is a liquid region. This indicates that when the atomic fraction of Y is 30 to 80, when the molten metal is cooled to 1545 ° C. or lower, it naturally separates while forming two liquid phases, which are divided into a Ti-rich phase and a Y-rich phase.
액상이 더욱 냉각되어 1355℃ 이하가 되면, Ti-Y 합금은 화합물이나 고용체를 형성하지 않고 β-Ti상과 α-Y상으로 침전된다. 상기 도 4의 상태도에 나타난 바와 같이, α-Y 상에서의 Ti의 용해도 값과 β-Ti 상에서의 Y의 용해도 값은 매우 낮다. 상기 입자들 및 기지의 조성에 대한 값은 냉각 속도에 따른 용해도와 Al, Co 등의 첨가 원소가 있는지 여부에 따라 좌우된다.When the liquid phase is further cooled to 1355 ° C or less, the Ti-Y alloy is precipitated in the β-Ti phase and the α-Y phase without forming a compound or a solid solution. As shown in the state diagram of FIG. 4, the solubility value of Ti on α-Y and the solubility value of Y on β-Ti are very low. The values for the particles and the known composition depend on the solubility according to the cooling rate and the presence of additional elements such as Al and Co.
순수 원소의 전기화학적 성질Electrochemical Properties of Pure Elements
도 5a 및 5b는 각각 Y, Ti의 pH-전위 그래프(Pourbaix diagram)이다. 도면에 도시한 바와 같이, Y, Ti는 각각 특유한 전기화학적 거동을 나타낸다.5A and 5B are Pourbaix diagrams of Y and Ti, respectively. As shown in the figure, Y and Ti each exhibit unique electrochemical behavior.
Ti-Y-Al-Co 합금은 열적 안정성, 탄성 계수와 같은 기계적 특성, 열확산계수 등의 물리적 특성 또는 내부식성과 같은 화학적 성질에 있어서 서로 다른 특성을 지닌 2개의 비정질 상으로 구성된다. 내 부식성은 pH-전위 그래프를 통하여 확인할 수 있다. Ti-Y-Al-Co alloys consist of two amorphous phases with different properties in terms of thermal stability, mechanical properties such as elastic modulus, physical properties such as thermal diffusivity, or chemical properties such as corrosion resistance. Corrosion resistance can be confirmed by the pH-potential graph.
도 5a를 참조하면, 적용되는 포텐셜(E)이 -2.4 V 이하로 낮을 때, Y는 용액에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나 -2.4 V 이상이고 pH 값이 산성으로 낮은 경우 에는 Y는 산성용액 내에서 용해되는 이트륨 이온(Y+++)이 된다. pH 값이 6을 넘으면, Y(OH)3 산화물이 형성된다. Referring to FIG. 5A, when the applied potential E is low below −2.4 V, Y is not affected by the solution. However, if it is above -2.4 V and the pH value is acidically low, Y becomes yttrium ion (Y +++ ) dissolved in acid solution. If the pH value is above 6, Y (OH) 3 oxide is formed.
도 5b를 참조하면, 포텐셜이 -1.8 내지 0 V 이고 pH가 낮을 때 Ti++가 형성된다. 그러나 포텐셜이 0 내지 2 V 인 경우에는, pH에 상관없이 Ti가 부식으로부터 보호되는 TiO2 산화물이 된다. 즉, Y 및 Ti는 서로 다른 부식 특성을 보이므로 도 5a 와 5b를 비교하면, 낮은 pH와 0 내지 2.2 V의 포텐셜에서 Ti가 부식으로부터 보호되는 산화막을 형성함에 반하여, Y는 이트늄이온(Y+++)으로 된다. 한편, 소정의 pH 및 포텐셜의 범위 내에서 Al 및 Co는 각각 부식으로부터 보호되는 Al2O3 나 CoO 산화물이 된다.Referring to FIG. 5B, Ti ++ is formed when the potential is −1.8 to 0 V and the pH is low. However, when the potential is 0 to 2 V, Ti becomes a TiO 2 oxide which is protected from corrosion regardless of pH. That is, since Y and Ti show different corrosion characteristics, when comparing FIGS. 5A and 5B, Y forms yttrium ions (Y) while forming an oxide film in which Ti is protected from corrosion at low pH and a potential of 0 to 2.2 V. +++ ). On the other hand, within a range of predetermined pH and potential, Al and Co become Al 2 O 3 or CoO oxides which are protected from corrosion, respectively.
따라서 Y 및 Ti가 합금 원소인 경우, 산성 용액의 pH를 적절하게 조절하여 Y를 선택적으로 용해할 수 있게 된다. 이때, Ti-Y-Al-Co 합금에서 Y를 제거하기 위해서 포텐셜이 0 내지 2 V 이고, pH < 6 인 경우가 바람직하다. Therefore, when Y and Ti are alloying elements, it is possible to selectively dissolve Y by appropriately adjusting the pH of the acidic solution. In this case, in order to remove Y from the Ti-Y-Al-Co alloy, it is preferable that the potential is 0 to 2 V and the pH is <6.
합금 리본의 전기화학적 성질Electrochemical Properties of Alloy Ribbon
도 6은 0.1M HNO3 용액에서의 Ti56Al24Co20, (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50, (Ti56Al24Co20)35(Ti56Al24Co20)65 그리고 Y55Al24Co20 비정질 합금 리본의 정전위 곡선이다.6 shows Ti 56 Al 24 Co 20 , (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 , (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 35 (Ti 56 Al 24 in 0.1M HNO 3 solution. Co 20 ) 65 and Y 55 Al 24 Co 20 A potential potential curve for an amorphous alloy ribbon.
본 실험예에서는 비정질 합금의 리본 시편을 활성 전극으로 사용하고 Ag/AgCl을 기준 전극으로 사용하여 0.1M HNO3 (pH=1)의 전해질을 함유한 전기화학셀에서 정전위 실험을 하였다.In this experimental example, electropotential experiments were carried out in an electrochemical cell containing 0.1M HNO 3 (pH = 1) electrolyte using ribbon samples of amorphous alloys as active electrodes and Ag / AgCl as reference electrodes.
도 6에 도시한 바와 같이, Ti56Al24Co20, (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50, (Ti56Al24Co20)35(Ti56Al24Co20)65 그리고 Y55Al24Co20 비정질 합금은 서로 구분되는 전기화학적 거동을 나타낸다. Ti-Al-Co 합금은 거의 2.0V 까지의 넓은 부동태 특성을 나타내지만, Y-Al-Co 합금은 부동태 특성을 나타내지 않는다. 이것은 Ti-Al-Co 합금이 부식되지 않는 전압하에서도 Y-Al-Co 합금이 부식된다는 것을 의미한다. 따라서 이와 같은 전기화학적 거동의 차이는 선택 부식에 적합하다.As shown in FIG. 6, Ti 56 Al 24 Co 20 , (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 , (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 35 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 65 and Y 55 Al 24 Co 20 amorphous alloys exhibit distinct electrochemical behavior. Ti-Al-Co alloys exhibit broad passivation properties up to nearly 2.0V, while Y-Al-Co alloys do not exhibit passivation properties. This means that the Y-Al-Co alloy is corroded even under a voltage at which the Ti-Al-Co alloy does not corrode. This difference in electrochemical behavior is therefore suitable for selective corrosion.
또한, 도 6에는 2상 비정질 합금인 (Ti56Al24Co20)35(Ti56Al24Co20)65 합금의 전기화학적 거동을 나타낸다. 이들 합금의 임계 포텐셜(Ec)은 1.75V 부근에서, Y-Al-Co 합금과 Ti-Al-Co 합금의 임계 포텐셜 사이에서 발견된다.6 shows the electrochemical behavior of the (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 35 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 65 alloy, which is a two-phase amorphous alloy. The critical potential (Ec) of these alloys is found between 1.75 V and between the critical potentials of the Y-Al-Co alloy and the Ti-Al-Co alloy.
화학적 선택 부식Chemical selection corrosion
도 7a는 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 리본의 선택 부식으로 제조된 분말의 SEM 사진이다. 도 7b는 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 리본의 선택 부식 후의 XRD 그래프이다. 도 7c는 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 리본으로부터 형성된 분말의 TEM사진과 SAEDP 사진이며, 도 7d는 (Ti56Al24Co20)35(Ti56Al24Co20)65 리본으로부터 형성된 분말의 TEM사진과 SAEDP 사진이다.FIG. 7A is a SEM photograph of a powder prepared by selective corrosion of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 ribbons. FIG. FIG. 7B is an XRD graph after selective corrosion of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 ribbons. FIG. FIG. 7C is a TEM photograph and SAEDP photograph of a powder formed from (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 ribbons, and FIG. 7D is (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 35 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 65 TEM and SAEDP photographs of powders formed from ribbons.
본 실험예에서는 0.1M HNO3 용액에 100mg의 (Ti56Al24Co20)α(Ti56Al24Co20)(100-α) 리본(α = 35, 50)을 주입하여 화학적 선택 부식 방법을 적용하였다. 도 7a에 도시한 바와 같이, 상기 분말은 20nm 내지 200nm의 입자 크기를 갖는 구형의 형상이다. 도 7b에 도시된 내용이나 낮은 각의 XRD 분석결과로 분말의 비정질 특성을 알 수 있다. In this experimental example, 100 mg of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) α (Ti 56 Al 24 Co 20 ) (100-α) ribbon (α = 35, 50) was injected into 0.1M HNO 3 solution. Applied. As shown in FIG. 7A, the powder is spherical in shape with a particle size of 20 nm to 200 nm. As shown in FIG. 7B or the result of XRD analysis of the low angle, the amorphous characteristics of the powder can be seen.
도 7c와 7d는 각각 α = 35, 50 일 때의 Ti계 분말의 TEM 사진을 나타낸다.7C and 7D show TEM photographs of Ti-based powders at α = 35 and 50, respectively.
이때, (Ti56Al24Co20)35(Ti56Al24Co20)65 리본에서 추출된 분말은 약간 작은 입자 크기를 갖는데, 이는 합금의 조성을 최적화하여 분말의 크기를 조절 가능함을 알 수 있다. 또한, 도 7c와 7d에 도시한 바와 같이, 분말의 SAEDP 사진으로부터 분말의 비정질 특성을 확인할 수 있다. At this time, the powder extracted from the (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 35 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 65 ribbon has a slightly smaller particle size, it can be seen that the size of the powder can be adjusted by optimizing the composition of the alloy. In addition, as shown in FIGS. 7C and 7D, the amorphous properties of the powder can be confirmed from the SAEDP photograph of the powder.
비정질 분말의 분석Analysis of Amorphous Powder
도 8은 리본 형태의 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 비정질 합금을 선택 부식하여 얻은 Ti계 비정질 나노 분말의 EDS 분석을 나타내는 도면이다. 상기 분말의 조성은 XRD, SEM 및 TEM 분석 뿐 만 아니라 EDS 분석으로 알 수 있다. FIG. 8 shows EDS analysis of Ti-based amorphous nanopowders obtained by selective corrosion of (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 amorphous alloys in a ribbon form. The composition of the powder can be seen by EDS analysis as well as XRD, SEM and TEM analysis.
(Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 리본으로부터 제조된 분말의 조성은 아래의 표 1에 도시한 바와 같이, Ti50.8Co29.5Al15.7Y4.0임을 알 수 있는데, 이것은 Al, Co 의 조성은 거의 변화가 없고, Ti의 조성비율은 증가한 반면, Y만 Y 비정질 기지로부터 제거되었음을 나타낸다.It can be seen that the composition of the powder prepared from (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 ribbon is Ti 50.8 Co 29.5 Al 15.7 Y 4.0 , as shown in Table 1 below. The composition of Al and Co was almost unchanged, and the composition ratio of Ti was increased, while only Y was removed from the Y amorphous matrix.
선택 부식의 작용을 보다 확실히 하기 위하여 선택 부식 후 용액을 분석하였다. 용액의 조성은 표1에 도시한 바와 같다. 용액은 Ti 뿐만 아니라 Y, Al, Co의 농도도 높게 나타났다. Ti의 존재는 나노 크기의 미립 Ti 입자가 용액 내에서 부유물의 상태로 존재하고 있음을 보여준다. The solution after selective corrosion was analyzed to make sure the action of selective corrosion. The composition of the solution is as shown in Table 1. The solution showed high concentrations of Y, Al and Co as well as Ti. The presence of Ti shows that nano-sized particulate Ti particles are present in suspension in solution.
부분적 선택 부식Partially selective corrosion
도 9는 (Ti56Al24Co20)50(Ti56Al24Co20)50 합금이 부분적으로 용해되어 Y기지에 Ti 입자가 붙어있음을 보여주는 SEM 사진이다.FIG. 9 is a SEM photograph showing that Ti alloy is attached to Y base by partially dissolving the (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 (Ti 56 Al 24 Co 20 ) 50 alloy.
상술한 바와 같이, Ti계 비정질 나노 분말은 2상 비정질 합금 리본을 큰 부피의 전해질에 오랜 시간동안 침지시키는 완전한 선택 부식의 방법으로 얻을 수 있었다. 그러나 리본이 한정된 부피의 전해질에 짧은 시간 동안만 침지된다면, 선택 부식은 완전히 진행되지 않게 되어 부분적인 선택부식만 발생되게 된다. 본 실험예에서는 시편의 중심부에는 영향을 주지 않도록 리본의 표면만을 선택 부식하기 위해 30분만 선택 부식을 진행하였다.As described above, Ti-based amorphous nanopowders can be obtained by a method of complete selective corrosion in which a two-phase amorphous alloy ribbon is immersed in a large volume of electrolyte for a long time. However, if the ribbon is immersed in a limited volume of electrolyte for only a short time, the selective corrosion will not proceed fully and only partial selective corrosion will occur. In this experimental example, only 30 minutes of selective corrosion was performed to select only the surface of the ribbon so as not to affect the center of the specimen.
이때, 표면의 미세구조를 나타내는 도 9에서 도시한 바와 같이, 화학적 반응은 일정하지 않아도 거친 표면을 형성하면서 균일하게 수행된다. 더욱이 전해질은 Y상만을 제거하므로, 리본의 표면에서는 Ti계 입자들이 관찰된다. 즉, 산용액에 2상 비정질 리본을 단시간 담금으로서 Y가 풍부한 상을 표면에서 제거하여 넓은 면적을 가지는 구형의 Ti 나노 돌기를 표면에 형성시킬 수 있다. 이는 생체용으로부터 촉매에 이르기까지 다양한 응용분야에 쓰일 수 있다. At this time, as shown in Figure 9 showing the microstructure of the surface, the chemical reaction is performed uniformly while forming a rough surface, although not constant. Moreover, since the electrolyte removes only the Y phase, Ti-based particles are observed on the surface of the ribbon. That is, the Y-rich phase can be removed from the surface by immersing a two-phase amorphous ribbon in an acid solution for a short time to form a spherical Ti nanoprotrusion having a large area on the surface. It can be used in a variety of applications, from in vivo to catalysts.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
본 발명에 따른 비정질 나노 분말은 매우 간단하고 제어가 쉬운 선택 부식의 방법으로 제조할 수 있다.The amorphous nanopowders according to the invention can be prepared by a method of selective corrosion which is very simple and easy to control.
또한, 본 발명은 비정질 나노 분말이 액상에서 형성되므로 구형이며 매끈한 표면을 갖도록 할 수 있고, 분말끼리 뭉치지 않도록 하며, 크기의 분포를 상대적으로 작게 형성시킬 수 있다.In addition, the present invention is because the amorphous nano-powder is formed in the liquid phase can have a spherical and smooth surface, do not agglomerate the powder, it is possible to form a relatively small distribution of the size.
또한, 본 발명은 분말의 크기를 초기 조성에 따라 제어할 수 있다. 즉, 비정질 분말의 구조를 합금의 초기 상태에 의해 확인할 수 있다.In addition, the present invention can control the size of the powder according to the initial composition. That is, the structure of the amorphous powder can be confirmed by the initial state of the alloy.
또한, 본 발명은 선택 부식을 단시간 실시하여 넓은 면적을 갖는 구형의 Ti계 나노 돌기를 표면에 형성시킬 수 있다.In addition, the present invention can perform selective corrosion for a short time to form spherical Ti-based nanoprojections having a large area on the surface.
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