KR101627067B1 - 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금은 48 내지 68 wt%의 지르코늄, 9 내지 34 wt%의 티타늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 포함하며, 900 내지 1050 ℃에서 사출 가능하다

Description

경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 및 그 제조 방법{EXCELLENT HARDNESS AND PRECISION INJECTION IS POSSIBLE ALLOYS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 경도 및 탄성을 가지면서 이와 동시에 가공성이 향상되어 정밀 사출이 가능하도록 하는 합금 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 결정질의 일반 금속이나 합금이 갖는 한계점을 극복하기 위해 비정질 합금(amorphous alloy)의 개발이 상당 부분 진전되고 있다. 비정질 합금은 결정질 일반 금속이나 합금과 달리 급속 냉각을 통해 결정화가 이루어지지 않도록 처리되므로 결정 격자가 없어 일반 금속이나 합금보다 우수한 내마모성, 내부식성, 내산화성을 가지면서도 가열 시에 연화되고 유동할 수 있으므로 사출 성형을 통해 자동차 산업, 항공, 방위 산업 소재, 조선, 선박 산업, 의료, 스포츠 및 전자 부품 산업 소재와 같은 다양한 분야의 산업 소재로 폭넓게 사용될 수 있다.

이러한 비정질 합금의 대표적 조성물을 소개하면 후기된 선행기술문헌의 특허문헌1의 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0068246호 “사출 성형 시스템을 사용한 비정질 합금의 사출 성형”의 표 1의 비정질 합금 조성물이 있다.

이러한 비정질 합금 주요 조성물 중 하나로 지르코늄(Zr)이 많이 사용되고 있는데 지르코늄은 경도 향상 및 유리화 성질이 우수하여 정밀 사출이 가능하다. 또한, 베릴륨은 다른 금속과 혼합하여 합금을 만들면 경도 및 유리화 성질이 더욱 개선 되는 등 여러 가지 물리적 성질이 향상되는 효과를 기대할 수 있으므로 지르코늄과 함께 비정질 합금의 주요 조성물의 하나로 사용되어 있다.

상기 특허문헌1의 표 1의 합금 8은 Zr-Ti-Ni-Cu-Be계 비정질 합금으로 그 조성비는 지르코늄(Zr) 46.75%, 티타늄(Ti) 8.25%, 구리(Cu) 7.5%, 니켈(Ni) 10.00%, 베릴륨(Be) 27.50% (%는 중량 퍼센트 또는 원자 퍼센트를 말함)를 제안하고 있다. 즉 Zr-Ti-Ni-Cu-Be계 비정질 합금의 전체 wt% 중 지르코늄 함량이 46.75 wt%인 경우 베릴륨은 27.5wt%의 조성비가 되도록 제안되어 있다. 이처럼 지르코늄에 베릴륨이 상기 조성비로 첨가되면 경도 및 유리화 성질 특성이 상당 부분 개선이 되는 것으로 알려지고 있다.

하지만 베릴륨은 지르코늄에 비해 15배 이상 비싼 고가의 원소이기 때문에 베릴륨의 함량을 상기 합금 8과 같이 높이게 되면 합금 생산 가격이 증대될 뿐만 아니라 베릴륨은 인체에 유해한 독성 물질로써 EU 등의 특정 국가에서는 베릴륨을 사용한 제품은 정밀 감시 대상으로 규정하고 있으며 베릴륨의 함유량을 기존 대비 저감한 제품을 사용하도록 요구하고 있다.

따라서 비정질 합금 조성물 중 독성 물질인 베릴륨의 함량을 감소시키더라도 경도, 인장 강도, 탄성 계수, 용융점 등의 물리적 특성에서 별 차이가 없거나 오히려 전체적 물리적 특성면에서 증대된 효과를 갖는 베릴륨 함량이 소량인 Zr-Ti-Ni-Cu-Be계 비정질 합금의 개발이 절실한 실정이다.

KR 10-2014-0068246 A

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하여, 고가이며 인체에 유해한 베릴륨 함량을 소량으로 하더라도 인장 강도, 탄성 계수, 용융점 등의 물리적 특성에서 별 차이가 없거나 오히려 증대된 효과를 가지며, 비중 감소 효과가 있는 Zr-Ti-Ni-Cu-Be계 합금을 제공함으로써, 향상된 경도를 가지면서 탄성이 우수하고 비중이 작으며, 플라스틱과 같이 정밀 사출 성형이 가능하여 다양한 분야의 산업 제품에 적용될 수 있도록 하는 향상된 경도 및 탄성을 가지는 합금 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금은 48 내지 68 wt%의 지르코늄, 9 내지 34 wt%의 티타늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 포함하며, 900 내지 1050 ℃에서 사출 가능하다

상기 합금은 인장 강도가 780 내지 1100 Gpa, 경도가 526 내지 630 Hv 그리고 비중이 4.5 내지 6.4, 탄성 계수가 70 내지 100 Gpa 인 것이 바람직하다.

상기 합금은 진공도

내지

torr 에서, 3 내지 10 wt%의 지르코늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 900 내지 950 ℃ 온도에서 1차 용융물을 제조한 후, 950 내지 1050℃ 온도로 승온한 상기 1차 용융물에 45 내지 58 wt%의 지르코늄을 첨가하여 2차 용융물을 제조하고, 상기 2차 용융물에 9 내지 34 wt%의 티타늄을 첨가하여 용융 후 냉각을 통해 제조된 것일 수 있다.

상기의 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법은 합금 제조 공간을

내지

torr 압력인 진공 상태로 형성하는 단계, 900 내지 950 ℃의 온도에서 3 내지 10 wt%의 지르코늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 녹여 1차 용융물을 제조하는 단계, 950 내지 1050℃ 온도로 승온한 상기 1차 용융물에 45 내지 58 wt%의 지르코늄을 첨가하여 2차 용융물을 제조하는 단계, 상기 2차 용융물에 9 내지 34 wt%의 티타늄을 첨가하여 3차 용융물을 제조하는 단계, 그리고, 상기 3차 용용물을 냉각하여 최종 합금을 완성하는 단계를 포함한다.

상기 2차 용융물 제조 단계는 고주파 유도 가열을 통해 합금 제조 공간을 950 내지 1050℃ 온도로 승온시키는 것이 안정적이고 신속한 승온을 위해 바람직하다.

상기 진공 상태 형성 단계는 아르곤 가스가 주입된 상태에서 상기 합금 제조 공간을

내지

torr 압력 상태로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 3차 용융물을 제조하는 단계에서, 상기 2차 용융물에 첨가되어 용융되는 9 내지 34 wt%의 티타늄은 적어도 복수회로 나누어 상기 2차 용융물에 첨가하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 및 그 제조 방법에 의하면, 고가이며 인체에 유해한 베릴륨 함량을 소량으로 하더라도 인장 강도, 탄성 계수, 용융점 등에서 별 차이가 없거나 전체적으로 물리적 특성이 증대된 효과를 가지는 Zr-Ti-Ni-Cu-Be계 합금을 제공함으로써, 향상된 경도를 가지면서 탄성이 우수하고 플라스틱과 같이 정밀 사출 성형이 가능하여 다양한 분야의 산업 제품을 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있는 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법의 제조 단계를 나타내는 순서도이다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예는 도 1에 도시된 본 발명의 이상적인 제조 단계 순서도를 참고하여 설명할 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금에 대해 먼저 상세히 설명한 후 그 제조 방법을 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금은 48 내지 68 wt%의 지르코늄, 9 내지 34 wt%의 티타늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 포함하며, 900 내지 1050 ℃에서 사출 가능하며, 인장 강도가 780 내지 1100 Gpa, 경도가 526 내지 630 Hv 그리고 비중이 4.5 내지 6.4, 탄성 계수가 70 내지 100 Gpa 이다.

지르코늄(Zr)은 원자번호 40번에 해당하는 원소로 비중은 20℃에서 6.49로, 은회색 전이금속이며 무정형 상태에서 흑색 분말이 된다. 본 발명에 따르면, 지르코늄은 제조 과정에서 비정질 합금(amorphous alloy) 유사 형상 또는 벌크(bulk) 비정질 합금 유사 형상으로 만들어질 수 있다. 지르코늄은 탄성 및 강도를 향상시키는 기능을 할 수 있으며, 다른 금속과 융합되면서 탄성, 강도, 경도, 열전도율 또는 직진 특성을 향상시킬 수 있고 구리와 같은 금속의 산화를 방지하는 기능을 할 수 있다.

티타늄(Ti)은 원자번호 22에 해당하는 경도가 높고 비-강도(Specific Hardness)는 철의 약 두 배가 되는 금속이다. 티타늄은 강철과 맞먹는 수준의 강도를 가질 정도로 튼튼하면서도 중량은 강철의 절반 이하 정도로 가볍고 녹이 슬지 않으며 은빛에다 광택까지 나고 철과는 달리 자석에 붙지 않으며 열전도율 및 전기 전도도가 낮은 편이며 특히 합금했을 경우 순수 티타늄일 때 보다도 강도가 2배 이상 늘어나고 스테인레스 계열 합금 중에서도 최고급의 내식성을 지니는데다 형상 기억이 가능하여 경량 합금의 필수 요소로 등극할 만큼 수많은 장점을 갖고 있다. 티타늄은 지르코늄과 융합되면서 티타늄의 특성으로 인하여 비정질 합금의 강도가 향상되도록 한다.

구리(Cu)는 원자번호는 29로 원자량은 63.546, 녹는 점은 1,083℃, 비중은 20℃에서 8.93이다. 구리는 연하지만 부식에 대한 저항도나 산성에 대해 견디는 힘이 있고, 다른 금속과 잘 융합되는 성질이 있다. 또한, 전성(展性)·연성(延性)이 풍부하고 열과 전기의 전도율도 양호하며, 화학적으로 비교적 안정하고 그 변화도 표면에만 발생한다. 그러나 구리는 건조한 공기 중에서는 산화하지 않으나 수분이 많은 공기 중에서는 산화되어 녹이 잘 쓰는 문제점이 있다. 구리는 지르코늄과 융합되면서 구리의 낮은 용융 온도로 인하여 얇은 두께로 압축 및 융용이 가능하도록 한다. 또한, 구리는 전체적으로 합금의 중량을 감소시키되 탄성이 높아지도록 하면서 제조 비용이 감소되도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따르면 지르코늄과 구리는 서로의 특성을 보완하는 기능을 가지면서 합금 전체가 비정질 유사 성질이 되도록 한다. 티타늄과 구리는 진공 상태에서 전체 금속이 실제 용융 온도에 비하여 낮은 온도에서 용융이 되어 서로 혼합되도록 한다.

니켈(Ni)은 원자번호 28, 원자량 58.70, 녹는 점 1,455℃, 비중은 20℃에서 8.9이다. 철과 같이 단조(鍛造)와 단접(鍛接)이 가능하고 전성(展性)과 연성(延性)이 크다. 니켈은 강한 자성(磁性)이 있으나 철보다는 약하다. 전기전도율는 구리의 14.9％이고, 공기와 습기에 대하여 철보다 안전하여 잘 산화되지 않는다. 알칼리성에 강한 내식성(耐蝕性)을 갖는다.

베릴륨(Be)은 에 속하는 로 는 4, 비중은 20℃에서 1.85로 매우 가볍다. 실온에서 가볍고 단단하며 부서지기 쉬운 은회색의 금속으로 존재한다. 베릴륨은 나 등의 금속과 혼합하여 합금을 만들면 경도 및 유리화 성질이 개선 되는 등 여러 가지 물리적 성질이 향상되는 효과를 볼 수 있다. 또한, 비중이 1.85로 가볍고 단단한데다가 열 전도율이 높아 , , 등 항공우주 분야와 전기·전자, 원자력, 합금 등에 사용된다. 그러나 베릴륨(Be)은 비중이 매주 작아 합금 제조 시 전체 합금의 비중을 낮추어 주는 효과가 있으나 인체에 유해한 큰 독성이 있어 베릴륨에 노출되면 과 같은 증상이 나타날 수 있으므로 취급할 때 주의가 필요하며, EU 등의 특정 국가에서는 베릴륨을 사용한 제품은 정밀 감시 대상으로 규정하고 있으며 베릴륨의 함유량을 기존 대비 저감한 제품을 사용하도록 요구하고 있다.

지르코늄, 티타늄, 구리, 니켈 및 베릴륨은 적용 분야에 따라 강도, 경도 및 비중이 적절하게 조절될 수 있고 본 발명의 하기 제시된 실시예들에 제한되지 않는다.

이하에서는 본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법의 제조 단계를 나타내는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법은 먼저 합금 제조 공간을

내지

torr 압력인 진공 상태로 형성하는 단계(S10)에서 출발한다.

본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금은 다양한 형태의 진공 용융로에서 제조될 수 있다. 일반적으로 상온에서 지르코늄의 녹는점이 2128 K가 되지만 녹는점이 되기 이전에 일부가 용융이 되기 시작한다. 본 발명에 따르면 용융 노를 진공으로 만들면서 지르코늄 일부를 용융점이 낮은 다른 금속과 함께 투입하는 것에 의하여 낮은 온도에서 지르코늄이 서서히 용융이 되면서 다른 금속과 결합하여 합금이 될 수 있도록 한다. 합금의 형성의 위하여 먼저 용융 노를

내지

torr 압력인 진공 상태로 만들면서 온도가 900 내지 950℃ 가 될 때까지를 승온시킨다.

본 진공 상태 형성 단계(S20)는 합금 제조에 쓰이는 각 소재에 함유된 가스나 기체의 배출을 용이하게 하여 생성 합금 내에 존재하는 기포나 기공 등의 결함을 제거할 수 있도록 산소 및 질소는 완전히 제거되고 불활성 기체인 아르곤 가스가 주입된 상태에서 상기 합금 제조 공간인 진공 용융로를

내지

torr 압력 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 본 실시예와 달리 아르곤 가스 대신 헬륨 등 다른 불활성 가스가 사용되어도 무방하다.

그런 다음 900 내지 950 ℃의 온도에서 3 내지 10 wt%의 지르코늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 녹여 1차 용융물을 제조하는 단계(S20)를 거친다.

지르코늄은 1차와 2차로 나누어 진공 용융로에 투입되어 용융이 되는데 본 1차 용융물 제조 단계에서 1차로 투입되는 량이 전체 48 내지 68 wt% 중 3 내지 10 wt%가 먼저 투입되게 된다.

이처럼 전체 합금 조성물 중 먼저 지르코늄의 일부와 구리, 니켈 및 베릴륨만을 먼저 용융시키는 이유는 용융 시 발생하는 합금 조성물 내부에 존재하는 가스나 기포의 과다 방출 억제 제어를 통해 생성될 합금의 경도, 인장 강도, 탄성 등의 물리적 특정을 우수하게 하기 위함이다.

이 후, 고주파 유도 가열을 통해 진공 용융로를 다시 950 내지 1050℃ 온도로 승온한 상기 1차 용융물에 45 내지 58 wt%의 지르코늄을 첨가하여 2차 용융물을 제조하는 단계(S30)를 거친다. 본 실시예와 달리 고주파 유도 가열이 아닌 플라즈마 가열 방식 등 기존 공지된 방식을 통해서도 진공 용융로를 승온시킬 수 있음은 물론이다.

2차 용융물 제조 단계에서 2차로 투입되는 지르코늄의 량은 전체 48 내지 68 wt% 중 잔여랑인 45 내지 58 wt%가 투입되게 된다.

그런 다음, 상기 2차 용융물에 9 내지 34 wt%의 티타늄을 첨가하여 3차 용융물을 제조하는 단계(S40)를 수행하게 된다.

2차 용융물에 첨가되어 용융되는 9 내지 34 wt%의 티타늄은 적어도 복수회로 나누어 상기 2차 용융물에 첨가되어 용융되는 것이 바람직하다. 이처럼 티타늄을 3차 용융물의 제조 단계에 이르러 소량씩 복수회로 2차 용융물에 첨가하여 용융시키는 이유는 일반적으로 사용되는 티타늄은 스폰지티타늄(티타늄 광석을 염소가스와 반응시켜 사염화티타늄을 만들어 정제한 후 그것을 금속마그네슘 또는 금속 나트륨으로 환원해서 제조하는데 이 금속 티타늄은 스폰지 상태를 하고 있기 때문에 일반적으로 스폰지티타늄이라고 불리고 있다. 즉 스폰지티타늄은 티타늄 제품을 만들기 위해 사용하는 1차 합금을 말한다)이기 때문에 합금 제조시 비교적 이른 시간 내 다량을 한꺼번에 첨가하게 되면 스폰지티타늄의 특성상 과다 가스 및 연기의 생성으로 인하여 진공 용융로의 제어가 힘들 뿐만 아니라 완성되는 합금의 물리적 특성 저하를 유발할 수 있기 때문이다.

이 후, 상기 3차 용용물을 냉각하여 최종 합금을 완성하는 단계(S50)를 거치면 본 발명의 실시예에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금이 제조된다.

950 내지 1050℃ 온도의 3차 용융뮬의 상온까지의 냉각은 결정화를 방해하여 비정질 합금이 제조될 수 있도록 냉각 속도로 급속 냉각이 필요하며 이를 위해 열교환기나 냉각 시스템이 별도로 사용될 수 있다.

위와 같이 제조된 합금은 인장 강도가 780 내지 1100 Gpa, 경도가 526 내지 630 Hv 그리고 비중이 4.5 내지 6.4, 탄성 계수가 70 내지 100 Gpa 이며, 사출 과정에서 수축률이 작으므로 플라스틱과 같은 유연성을 가지고 이로 인하여 정밀 사출이 가능하다.

아래에서 본 발명에 따른 경도가 우수하면 정밀 사출이 가능한 합금 및 그 제조 방법의 실시예들에 대하여 설명된다.

<실시예1>

단계1: 합금이 생성되는 시험 용광로를

torr 압력인 진공 상태로 만들고, 지르코늄 5kg, 구리 17kg, 니켈 9kg, 베릴륨 3 kg을 시험용 용광로에 투입하고 930℃ 의 온도로 유지하면서 용융시켜 1차 용융물을 제조하였다.

단계2: 1000℃ 의 온도로 승온시킨 1차 용융물에 45 kg의 지르코늄을 투입하여 용융시켜 2차 용융물의 형성하였다.

단계3: 2차 용융물에 21 kg의 티타늄을 3회에 걸쳐 나누어 투입하어 최종적으로 합금 용용물이 형성되고 냉각이 되어 잉곳 형상으로 만들어졌다.

<실시예2>

단계1: 합금이 생성되는 시험 용광로를

torr 압력인 진공 상태로 만들고, 지르코늄 5kg, 구리 21kg, 니켈 9kg, 베릴륨 3 kg 을 시험용 용광로에 투입하고 900℃ 의 온도로 유지하면서 용융시켜 1차 용융물을 제조하였다.

단계2: 950℃ 의 온도로 승온시킨 1차 용융물에 43 kg의 지르코늄을 투입하여 용융시켜 2차 용융물의 형성하였다.

단계3: 2차 용융물에 17 kg의 티타늄을 3회에 걸쳐 나누어 투입하어 최종적으로 합금 용용물이 형성되고 냉각이 되어 잉곳 형상으로 만들어졌다.

<실시예3>

단계1: 합금이 생성되는 시험 용광로를

torr 압력인 진공 상태로 만들고, 지르코늄 5kg, 구리 9kg, 니켈 7kg, 베릴륨 4 kg 을 시험용 용광로에 투입하고 950℃ 의 온도로 유지하면서 용융시켜 1차 용융물을 제조하였다.

단계2: 1050℃ 의 온도로 승온시킨 1차 용융물에 63 kg의 지르코늄을 투입하여 용융시켜 2차 용융물의 형성하였다.

단계3: 2차 용융물에 9kg의 티타늄을 2회에 걸쳐 나누어 투입하어 최종적으로 합금 용용물이 형성되고 냉각이 되어 잉곳 형상으로 만들어졌다.

<실시예4>

실시예 1의 단계3에서 투입되는 티타늄을 양을 34 kg 으로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 합금을 제조하였다.

<실시예5>

실시예 1의 단계1에서 투입되는 구리의 양을 30 kg 으로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 합금을 제조하였다.

<실시예6>

실시예 1의 단계1에서 투입되는 베릴륨의 양을 1.2 kg 으로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 합금을 제조하였다.

상기 실시예1 내지 실시예6의 합금 조성물 및 조성비를 비교예인 상기 특허문헌1의 합금 8의 비정질 합금 조성물 및 그 조성비와 같이 나타내면 아래 표 1과 같다.

	지르코늄(wt%)	티타늄(wt%)	구리(wt%)	니켈(wt%)	베릴륨(wt%)
실시예1	50	21	17	9	3
실시예2	48	17	21	9	3
실시예3	68	9	9	7	4
실시예4	50	34	17	9	3
실시예5	50	21	30	9	3
실시예6	50	21	17	9	1.2
비교예	46.75	8.25	7.5	10	27.5

<특성 시험>

실시예1 내지 실시예6으로부터 제조된 잉곳 형상의 합금에 대하여 비교예의 조성비에 따라 제조된 비정질 합금과 함께 경도 시험(hardness test), 탄성 시험(Elasticity Test), 인장 시험(Tensile Test)이 실시되었으며 용융점도 같이 측정을 하였다. 경도는 HRC KS B 5530에 따른 로크웰 경도(Rockwell Hardness) 측정 방법에 따라 측정을 하고 비커스 경도(Vickers Hardness, HV)로 표시하였고, 탄성 시험은 KS B 5533에 따라 및 인장 시험은 KS B0802에 따라 실시되었으며, 실시예 1 및 실시예6과 비교예의 각 특성 시험의 결과는 아래와 표2와 같다.

<특성 시험 결과>

	경도(HV)	탄성계수(Gpa)	인장 강도(Gpa)	용융점(℃)
실시예1	531	95	1087	950
실시예2	526	75	850	973
실시예3	620	70	780	1042
실시예4	585	90	983	1012
실시예5	568	88	952	968
실시예6	594	79	980	996
비교예	580	72	805	1350

표2에서 확인되는 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 6은 비교예 대비 베릴륨의 함량의 획기적으로 감소시켰으면서도 경도, 탄성계수, 인장 강도 및 용융점 등의 물리적 특성에서 비교예와 동등하거나 전체적으로 그 이상 우수한 물리적 특성을 지니면서도 정밀 사출이 용이한 결론을 얻었으며 최적 실시예는 실시예 1인 것으로 확인되었다. 이와 같이 실시예 1 및 실시예6이 비교예 대비 동등 또는 그 이상의 우수한 물리적 특성을 갖는 이유는 합금 조성물을 총 3차에 걸쳐서 용융 공정을 통해 유해 가스나 기포의 생성을 최대한 억제하고 효과적으로 제거해 주는 최적 공정을 적용하였기에 가능한 것으로 분석되고 있다.

본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 소재의 사출 가공성 시험을 위하여 온도 및 압력 변화에 따른 점도 변화량, 유동성 변화량, 수축률 변화량 및 유동 속도 변화량을 측정하였다. 점도 변화량의 측정은 전단력의 변화를 기준으로 측정되었고 그리고 유동성 변화량은 길이 10 cm를 기준으로 직경을 0.1 mm 내지 10 cm로 변화시키면서 유동 속도의 변화량과 함께 측정되었다. 그리고 온도를 900 에서 1050 ℃로 변화시키면서 점도가 측정되었고 수축률은 부피 변화량으로 측정되었다. 그리고 측정 온도 범위는 50 내지 1000 ℃이고 그리고 압력 변화는 직경 10 cm의 관에 가해지는 압력을 760 Torr 내지 1620 Torr의 범위로 변화시키면서 측정되었다.

본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 소재는 900 에서 1050 ℃의 온도에서 10 내지 960Pas 정도의 점도를 가지는 것으로 나타났으며 가공성 시험 지표들에 대한 각각의 측정 결과는 아래 표3과 같다.

	점도	유동성	수축률	유동속도
온도	5-12	9-15	0.03-1	5-10
압력	6-10	7-13	0.07-0.26	8-15

<사출 가공성 시험 결과>

온도는 10℃ 단위로 그리고 압력은 10 Torr 단위로 변화시키면서 측정이 되었다. 각각의 값은 상대적인 편차를 %로 나타낸 것으로, 예를 들어 점도 5-12는 가장 낮은 온도 900℃와 가장 높은 온도 1050 ℃에서 최소 점도 변화량이 5 %가 되고 최대 점도 변화량이 12 %가 되는 것을 나타낸다.

표 3에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 본 발명에 따른 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금은 온도 및 압력 변화에 따른 사출 특성의 변화 폭이 작다는 이점을 있는 것을 시험을 통해 직접 확인하였다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태의 공정 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

1. 48 내지 68 wt%의 지르코늄, 9 내지 34 wt%의 티타늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 포함하며, 900 내지 1050 ℃에서 사출 가능하며,
   인장 강도가 780 내지 1100 Gpa, 경도가 526 내지 630 Hv 그리고 비중이 4.5 내지 6.4, 탄성 계수가 70 내지 100 Gpa 인
   경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 합금은
   진공도

   

   내지

   

   torr 에서,
   3 내지 10 wt%의 지르코늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 900 내지 950 ℃ 온도에서 1차 용융물을 제조한 후,
   950 내지 1050℃ 온도로 승온한 상기 1차 용융물에 45 내지 58 wt%의 지르코늄을 첨가하여 2차 용융물을 제조하고,
   상기 2차 용융물에 9 내지 34 wt%의 티타늄을 첨가하여 용융 후 냉각을 통해 제조된
   경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금.
4. 합금 제조 공간을

   

   내지

   

   torr 압력인 진공 상태로 형성하는 단계,
   900 내지 950 ℃의 온도에서 3 내지 10 wt%의 지르코늄, 9 내지 30 wt%의 구리, 7 내지 9 wt%의 니켈 및 1.2 내지 4 wt%의 베릴륨을 녹여 1차 용융물을 제조하는 단계,
   950 내지 1050℃ 온도로 승온한 상기 1차 용융물에 45 내지 58 wt%의 지르코늄을 첨가하여 2차 용융물을 제조하는 단계,
   상기 2차 용융물에 9 내지 34 wt%의 티타늄을 첨가하여 3차 용융물을 제조하는 단계, 그리고,
   상기 3차 용용물을 냉각하여 최종 합금을 완성하는 단계
   를 포함하는
   경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법.
5. 제4항에서,
   상기 2차 용융물 제조 단계는
   고주파 유도 가열을 통해 합금 제조 공간을 950 내지 1050℃ 온도로 승온시키는
   경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법.
6. 제4항에서,
   상기 진공 상태 형성 단계는
   아르곤 가스가 주입된 상태에서 상기 합금 제조 공간을

   

   내지

   

   torr 압력 상태로 유지하는
   경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법.
7. 제4항에서,
   상기 3차 용융물을 제조하는 단계에서,
   상기 2차 용융물에 첨가되어 용융되는 9 내지 34 wt%의 티타늄은
   적어도 복수회로 나누어 상기 2차 용융물에 첨가하는
   경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금의 제조 방법.

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