KR101761009B1 - 단상의 다원계 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 단상의 다원계 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, W, Mo, Ti, V, Cr, Nb, Zr, Re, Hf 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 4개 이상의 원소를 포함하는, 단상의 다원계 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 균일성과 안정성이 향상된 고경도의 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은, 단상의 다원계 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
다원계 고엔트로피 합금 (multi-component high-entropy alloys, HEAs)은, 동일한 조성으로 혼합된 네 개 이상의 원소, 예를 들어, 서로 다른 다섯 가지 이상의 원소들이 조성 내에 합금을 구성하는 것으로, 높은 혼합 엔트로피를 갖는 고용합금 (solid solution alloys)을 형성한다.
다원계 고엔트로피 합금은, 주로 용해 및 주조로 제조되고 있으며, 예를 들어, 진공아크용해법을 이용한 6원계 고엔트로피 합금(MoNbTaTiVW)을 제조하는 방법(B. Zhang, 'Senary refractory high entropy alloy MoNbTaTiVW', Materials Science and Technology, 2015) 및 주조에 의해 고비강도를 높일 수 있는 재료의 다원계 고엔트로피 합금화 (Hongbin Bei, 'Multi-component Solid Solution Alloys Having High Mixing Entropy', US20130108502, 2011.10.27) 등이 제시되었다.
이러한 방법으로 제조된 다원계 고엔트로피 합금은, 구성 원소가 동일한 원자비를 가질 때, 구성 엔트로피(즉, 혼합 엔트로피)가 최대 값에 도달하는 것으로 알려져 있고, 단순한 결정 구조로 인하여 기존의 합금에 비하여 독특한 물리적 및 기계적 특성을 나타내지만, 격자는 원자 크기의 차이로 인하여 심하게 변형된다. 또한, 대부분 단상보다는 2상 또는 3상 이상 등의 다상의 미세구조가 형성되므로, 다상의 고엔트로피 합금인 경우에, 각 상들 간의 물성과 안정성 차이로 인하여, 불균일성과 불안정성이 발생하고, 적용 분야가 한정되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 다원계 고엔트로피 합금보다 재료의 균일성과 안정성이 향상되고, 우수한 강도를 갖는 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 제공하는, 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있다.
본 발명의 하나의 양상은, W, Mo, Ti, V, Cr, Nb, Zr, Re, Hf 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 4개 이상의 원소를 포함하는 단상의 다원계 고엔트로피 합금에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 다원계 고엔트로피 합금은, WMoCrNb, WVCrTa, MoVCrNb, VCrZrTa 또는 CrNbZrTa 중 어느 하나인 4원계 합금; NbMoVTaW, WMoVCrTa, WVCrNbTa, WVNbZrTa, MoVCrZrTa 또는 VCrNbZrTa 중 어느 하나인 5원계 합금; 또는 WMoVCrZrTa, WMoCrNbZrTa, WVCrZrHfTa, MoVCrZrReHf 또는 VCrNbZrHfTa 중 어느 하나인 6원계 합금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 다원계 고엔트로피 합금에서 각 원소는, 5 내지 35 몰%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 다원계 고엔트로피 합금의 엔트로피는, 10 J/mol 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 다원계 고엔트로피 합금은, 2 GPa 이상의 경도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양상은, 적어도 4개 이상의 원소를 혼합하는 다원계 혼합분말을 준비하는 단계; 상기 혼합분말을 기계적 합금화하는 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계; 및 상기 기계적 합금화 분말을 고온 소결하는 단상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 원소는, W, Mo, Ti, V, Cr, Nb, Zr, Re, Hf 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는, 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계는, 고에너지 볼 밀링 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계 후 분말은, 체심입방격자 (body centered cubic), 면심입방격자 (face centered cubic) 및 조밀육방격자 (hexagonal closed packed) 구조로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 구조를 갖는 고엔트로피 분말일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고엔트로피 합금을 형성하는 단계는, 방전 플라즈마 소결장치를 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 다원계 혼합분말을 준비하는 단계는, 적어도 4개 이상의 원소를 균등 몰%로 혼합하여 예비 혼합분말을 준비하는 단계; 상기 예비 혼합분말을 기계적 밀링 및 고온 소결하여 다상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계; 상기 다상의 다원계 고엔트로피 합금 중, 상기 적어도 4개 이상의 원소를 포함하는 단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계; 및 상기 단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계에서 획득한 단상 영역의 원소 조성비에 따라, 상기 적어도 4개 이상의 원소를 포함하는 다원계 혼합분말을 준비하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계는, 에너지 분산 분광 분석법 또는 파장 분산 분광 분석법을 통하여 수행할 수 있다.
본 발명은, 기존 주조 방식으로 제조된 다원계 고엔트로피 합금보다 재료의 균일성과 안정성이 우수하며 강도가 2배 이상 증가된 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다.
본 발명은, 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 기계적 합금화와 소결법에 의해 합금의 미세조직 균질화를 실현하고, 기존의 제조 방법에서 미세조직 균질화를 위해 필요한 고온 열처리 공정을 추가할 필요가 없으므로, 합금의 제조공정 및 제조비용의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 다상의 다원계 고엔트로피 합금에서 단상의 원소 조성비를 간단한 방법으로 분석하고, 이를 단상의 고엔트로피 합금의 제조에 적용하므로, 보다 쉽게 단상의 고엔트로피 합금을 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타내었다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타내었다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 다상의 다원계 고엔트로피 합금의 SEM 이미지를 나타내었다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 SEM 이미지를 나타내었다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 XRD 패턴을 나타내었다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타내었다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 다상의 다원계 고엔트로피 합금의 SEM 이미지를 나타내었다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 SEM 이미지를 나타내었다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 XRD 패턴을 나타내었다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은, 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 제공하는 것으로, 상기 고엔트로피 합금은, 구성 원소들 간에 높은 혼합 엔트로피 효과로 인하여 단상을 형성하고, 균일성과 안정성이 우수하여 기존 고엔트로피 합금에 비하여 향상된 강도 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단상의 다원계 고엔트로피 합금은, 4개 이상의 원소; 5개 이상의 원소; 또는 6개 이상의 원소; 를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 원소는, 다원계 고엔트로피 합금을 형성할 수 있는 원소라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, W, Mo, Ti, V, Cr, Nb, Zr, Re, Hf 및 Ta로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 단상의 고엔트로피 합금은, WMoCrNb, WVCrTa, MoVCrNb, VCrZrTa 또는 CrNbZrTa 중 어느 하나인 4원계 합금; NbMoVTaW, WMoVCrTa, WVCrNbTa, WVNbZrTa, MoVCrZrTa 또는 VCrNbZrTa 중 어느 하나인 5원계 합금; 또는 WMoVCrZrTa, WMoCrNbZrTa, WVCrZrHfTa, MoVCrZrReHf 또는 VCrNbZrHfTa 중 어느 하나인 6원계 합금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단상의 다원계 고엔트로피 합금에서 각 원소의 조성비는, 단상을 형성하기 위해 구성되는 원소의 수, 종류 등에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어, 5 내지 35 몰%; 5 내지 30 몰%; 5 내지 25 몰%; 5 내지 20 몰%; 8 내지 35 몰%; 10 몰% 내지 35 몰%; 15 내지 35 몰%; 8 내지 30 몰%; 또는 10 내지 20 몰%; 일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 단상의 다원계 고엔트로피 합금에서 각 원소는, 일예로서, Nb 18 몰% 내지 20 몰%, Mo 10 몰% 내지 13 몰%, V 32 몰% 내지 35 몰%, Ta 26 몰% 내지 28 몰%, W 7 몰% 내지 9 몰%의 5원계 합금일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는, Nb 19.3 몰%, Mo 11.9 몰%, V 33.6 몰%, Ta 27.1 몰%, W 8.1 몰%의 5원계 합금일 수 있다. 이는 본 발명의 다른 양상인 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법에 있어서, 예비 혼합분말을 이용하여 합금을 제조하고 이를 통하여 단상을 이루는 조성비를 확인하는 과정을 거쳐 확인된 것으로서, 상기 조성비를 이루는 경우에는 합금 전체에 있어서 5원계 단상을 이루게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 엔트로피는, 합금에 구성되는 원소의 종류 등에 따라서 변경될 수 있으며, 예를 들어, 상기 합금은, 10 J/mol 이상; 11 J/mol 이상; 또는 10 내지 14 J/mol; 의 엔트로피를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 4원계 합금은, 10 J/mol 내지 12 J/mol, 바람직하게는 10 J/mol 내지 11.55 J/mol이고, 5원계 합금은, 12 J/mol 내지 14 J/mol, 바람직하게는 12 J/mol 내지 13.5 J/mol일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 경도는, 2 GPa 이상; 5 GPa 이상; 6 GPa 이상; 2 내지 20 GPa; 6 내지 20 GPa; 10 GPa 내지 20 GPa; 또는 10 GPa 내지 15 GPa일 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법을 제공하는 것으로, 상기 제조방법은, 기계적 합금화 및 고온 소결을 이용하여 경도가 향상된 단상의 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1을 참조하면, 도 1은 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1에서 상기 제조방법은, 다원계 혼합분말을 준비하는 단계(S1), 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계(S2) 및 단상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계(S3); 를 포함할 수 있다.
다원계 혼합분말을 준비하는 단계(S1)는, 원하는 고엔트로피 합금에 따라 각 원소를 일정 함량으로 혼합하여 다원계 혼합분말을 준비하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2를 참조하면, 도 2는 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 2에서 단계(S1)은, 예비 혼합분말을 준비하는 단계(S1a), 다상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계(S1b), 단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계(S1c) 및 다원계 혼합분말을 준비하는 단계(S1d)를 포함할 수 있다. 단계(S1)는, 다상의 고엔트로피 합금에서 단상 영역의 원소 조성비를 분석한 이후에 이러한 조성비를 이용하여 단상의 고엔트로피 합금을 제조하므로, 단상 영역의 원자비를 보다 정확하게 예측하고, 보다 용이하게 단상의 합금을 제조할 수 있다. 또한, 기존에 비하여 단상의 고엔트로피 합금의 공정을 단순화시키고 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.
예비 혼합분말을 준비하는 단계(S1a)는, 원하는 고엔트로피 합금에 따라 각 원소를 균등 몰%로 혼합하여 예비 혼합분말을 준비하는 단계이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 원소는, 적어도 4종 이상; 5종 이상의 원소; 또는 6종 이상; 의 원소가 이용될 수 있고, 상기 각 원소는, 다원계 고엔트로피 합금을 형성할 수 있는 원소라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, W, Mo, Ti, V, Cr, Nb, Zr, Re, Hf 및 Ta로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
다상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계(S1b)는, 단계(S1a)에서 획득한 예비 혼합분말을 기계적 밀링 및 고온 소결하여 다상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기계적 밀링은, 진동 밀, 유성 밀, 어트리션 밀과 같은 고 에너지 볼 밀링 장치를 이용할 수 있다. 단계(S1b)에서 형성된 기계적 합금화 분말은, 비결정질, 결정질 구조 또는 이 둘 다를 갖는 분말로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 체심입방격자 (body centered cubic), 면심입방격자 (face centered cubic) 및 조밀육방격자 (hexagonal closed packed) 구조로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 구조를 갖는 결정질 고엔트로피 분말로 형성될 수 있다. 상기 고온 소결은, 공기 또는 가스 분위기; 또는 진공 상태에서 이루어질 수 있고, 상기 고온 소결은, 1200 ℃ 이상; 1300 ℃이상; 1200 ℃ ~ 1800 ℃; 1300 ℃ ~ 1800 ℃; 1400 ℃ ~ 1800 ℃ ; 또는 1500 ℃ ~ 1800 ℃의 온도; 에서 이루어질 수 있다. 상기 고온 소결은, 5 분 이상; 1시간 이상; 2시간 이상; 1시간 내지 6 시간; 1시간 내지 5시간; 또는 2시간 내지 4 시간; 동안 이루어질 수 있다. 상기 고온 소결은, 합금화가 이루어질 수 있는 소결 장치라면 제한 없이 사용될 수 있고, 바람직하게는 방전 플라즈마 소결장치를 이용할 수 있다.
상기 예비 혼합 분말을 기계적 밀링 및 고온 소결 처리하게 되면, 전체적으로는 다상 영역이 다수 존재하고, 일부 영역은 일부 성분만 포함하여 엔트로피 값이 낮아, 단상의 다원계 고엔트로피에 요구되는 물성이 나타나지 않게 된다. 그러나, 일부 영역에서는 다원계 성분을 특정 성분비로 포함하여 고엔트로피 값을 가지면서도 단상을 이루는 영역이 나타나게 된다. 이하의 단계는 이러한 단상이면서 다원계 원소를 모두 포함하는 영역을 찾아 원소 조성비를 확인하는 과정이다.
단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계(S1c)는, 다상의 고엔트로피 합금 소결체에서 각 상(phase)의 미세 구조 영역에서 원소 조성비를 측정하여 단상을 형성하는 원소 조성비를 확인하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단계(S1c)는, TEM (transmission electron microscope), SEM (Scanningelectron microscope) 등으로 합금 소결체의 미세 구조를 관측하여, 상기 미세 구조에서 각 상에 따라 서로 색이 다른 영역, 결정립, 계면 등의 원소 조성비를 에너지 분산 분광 분석법 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) 또는 파장 분산 분광 분석법 (Wave Dispersive X-ray Spectroscopy, WDS) 등으로 측정하여 고엔트로피 합금의 단상 영역의 원소 조성비를 분석할 수 있다.
다원계 혼합분말을 준비하는 단계(S1d)는, 단계(S1c)에서 획득한 단상 영역의 원소 조성비에 따라, 상기 적어도 4개 이상의 원소를 포함하는 다원계 혼합분말을 준비하는 단계이다. 상기 원소는 단계(S1a)에서 언급한 바와 같다.
기계적 합금화 분말을 형성하는 단계(S2)는, 단계(S1)에서 획득한 다원계 혼합분말을 기계적 합금화하여 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계이며, 기계적 합금화는 단계(S1b)에서 언급한 바와 같다. 단계(S2)에서 획득한 기계적 합금화 분말은, 비결정질, 결정질 구조 또는 이 둘 다를 갖는 분말로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 체심입방격자 (body centered cubic), 면심입방격자 (face centered cubic) 및 조밀육방격자 (hexagonal closed packed) 구조로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 구조를 갖는 결정질 고엔트로피 분말로 형성될 수 있다.
단상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계(S3)는, 단계(S2)에서 획득한 기계적 합금화 분말을 고온 소결하여 단상의 기계적 합금 소결체를 형성하는 단계이며, 상기 고온 소결은, 단계(S1b)에서 언급한 바와 같다. 상기 S1a 내지 S1c를 통하여 단상을 이루는 조성비에 맞추어 혼합분말을 준비하였기 때문에, 전체적으로 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 이루게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.
실시예
(1) 예비 혼합분말의 기계적 밀링 및 고온 소결 후 단상 영역의 원자비 분석
동일한 몰%로 W, Nb, Mo, Ta 및 V로 이루어진 혼합분말을 고 에너지 볼 밀링 장치 (Fritsch사, Pulverisette)에 넣어 상온에서 300 rpm으로 최대 40시간 동안 기계적 합금화하여 고엔트로피 분말을 획득하였다. 이를 방전 플라즈마 소결장치 (SCM, Co. Dr. Sinter 515-S)에 넣어 1700 ℃에서 10분 간 (승온 속도: 분당 100 ℃) 동안 유지하여 소결체를 제조하였다. 제조된 소결체는, 전체적으로는, W20Nb20Mo20Ta20V20의 다상의 합금이다. 상기 소결체 합금의 SEM 이미지는 도 3에 나타내었다. 도 3의 SEM 이미지에서 다상의 다원계 합금이 형성된 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 3의 SEM 이미지에서 다크(A) 영역, 그레이(B) 영역 및 브라이트(c) 영역에서 각 원소 조성비를 에너지 분산 분광 분석법 (EDS)을 통하여 분석하여 표 1에 제시하였다.
| 영역 |
원소 (몰%) | ||||
| W | Nb | Mo | Ta | V | |
| 다크(A) | 5.2 | 23.8 | 12.9 | 23.2 | 34.9 |
| 그레이(B) | 11.4 | 7.4 | 6.8 | 47.5 | 26.9 |
| 브라이트(C) | 56.5 | 4.1 | 29.2 | 4.9 | 5.4 |
(2) 단상의 고엔트로피 합금 합성
표 1의 조성 분석 결과를 통해 세가지 상 중 다크 (A)만이 고엔트로피 합금의 구성을 가지고 있음을 알 수 있다. 다크(A) 영역에서 측정된 조성비로 W, Nb, Mo, Ta 및 V의 혼합분말을 고 에너지 볼 밀링 장치에 넣어 상온에서 300 rpm으로 최대 40시간 동안 기계적 합금화하여 단상의 고엔트로피 합금 분말을 획득하였다. 이를 펠렛 형태로 플라즈마 소결장치에 넣어 1700 ℃에서 10분 간 (승온 속도 분당 100 ℃) 동안 유지하여 합금 소결체를 제조하였다. 상기 소결체의 이미지, 및 SEM 이미지는 도 4에 나타내었고, SEM 이미지에서 단상의 합금이 형성된 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 기계적 합금화 이후의 고엔트로피 분말(a) 및 고온 소결 이후의 합금 소결체(b)의 XRD를 측정하여, 도 5에 나타내었다. XRD 피크의 규칙성이 하나의 격자 상수를 갖는 체심입방구조를 따르는 것으로 보아 고엔트로피 분말(a) 및 합금 소결체(b)가 단상의 고엔트로피 합금으로 형성된 것을 확인할 수 있다.
실험예
비커스 경도 측정법을 이용하여 실시예의 단상의 고엔트로피 합금의 경도를 측정한 결과, 11.9 GPa이 측정되었다.
본 발명은, 기계적 합금화 및 고온 소결을 이용하여 기존의 고엔트로피 합성 방법에 비하여 경도가 월등하게 증가된 단상의 다원계 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다. 또한, 단상의 고엔트로피 합금을 형성하는 원자 조성비를 다상의 고엔트로피 합금을 이용하여 간단한 방법으로 산출할 수 있으므로, 단상의 고엔트로피 합금의 합성 공정을 줄이고, 비용을 낮출 수 있다.
Claims (11)
- WMoCrNb, WVCrTa, MoVCrNb, VCrZrTa 또는 CrNbZrTa 중 어느 하나인 4원계 합금;
WMoVCrTa, WVCrNbTa, WVNbZrTa, MoVCrZrTa 또는 VCrNbZrTa 중 어느 하나인 5원계 합금; 또는
WMoVCrZrTa, WMoCrNbZrTa, WVCrZrHfTa, MoVCrZrReHf 또는 VCrNbZrHfTa 중 어느 하나인 6원계 합금으로서,
상기 합금에서 원소는, 서로 상이한 몰%로 포함되며,
상기 합금은, 6GPa 이상의 경도를 갖고,
상기 합금에서 각 원소는, 5 내지 35 몰%로 포함되는 것인, 단상의 다원계 고엔트로피 합금.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 다원계 고엔트로피 합금의 엔트로피는, 10 J/mol 이상인 것인, 단상의 다원계 고엔트로피 합금.
- 삭제
- 적어도 4개 이상의 원소를 혼합하는 다원계 혼합분말을 준비하는 단계;
상기 혼합분말을 기계적 합금화하는 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계; 및
상기 기계적 합금화 분말을 고온 소결하는 단상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계; 를 포함하고,
상기 다원계 혼합분말을 준비하는 단계는,
적어도 4개 이상의 원소를 균등 몰%로 혼합하여 예비 혼합분말을 준비하는 단계;
상기 예비 혼합분말을 기계적 밀링 및 고온 소결하여 다상의 고엔트로피 합금을 형성하는 단계;
상기 다상의 다원계 고엔트로피 합금 중, 상기 적어도 4개 이상의 원소를 포함하는 단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계; 및
상기 단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계에서 획득한 단상 영역의 원소 조성비에 따라, 상기 적어도 4개 이상의 원소를 포함하는 다원계 혼합분말을 준비하는 단계;
를 포함하고,
상기 단상의 고엔트로피 합금은,
WMoCrNb, WVCrTa, MoVCrNb, VCrZrTa 또는 CrNbZrTa 중 어느 하나인 4원계 합금;
WMoVCrTa, WVCrNbTa, WVNbZrTa, MoVCrZrTa 또는 VCrNbZrTa 중 어느 하나인 5원계 합금; 또는
WMoVCrZrTa, WMoCrNbZrTa, WVCrZrHfTa, MoVCrZrReHf 또는 VCrNbZrHfTa 중 어느 하나인 6원계 합금이며,
상기 단상의 고엔트로피 합금에서 원소는, 서로 상이한 몰%로 포함되며,
상기 단상의 고엔트로피 합금은, 6GPa 이상의 경도를 갖고,
상기 단상의 고엔트로피 합금에서 각 원소는, 5 내지 35 몰%로 포함되는 것인, 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계는, 고에너지 볼 밀링 장치를 이용하여 수행되는 것인, 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 기계적 합금화 분말을 형성하는 단계 후 분말은, 체심입방격자 (body centered cubic), 면심입방격자 (face centered cubic) 및 조밀육방격자 (hexagonal closed packed) 구조로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 구조를 갖는 고엔트로피 분말인 것인, 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 고엔트로피 합금을 형성하는 단계는, 방전 플라즈마 소결장치를 이용하여 수행되는 것인, 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 단상 영역의 원소 조성비를 확인하는 단계는, 에너지 분산 분광 분석법 또는 파장 분산 분광 분석법을 통하여 수행하는 것인, 단상의 다원계 고엔트로피 합금의 제조방법.
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