KR101801861B1 - amorphous iron-based alloy and radiation shielding composite material by manufactured using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비정질 철계 합금에 관한 것으로서, 상세하게는 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 Fe를 기반으로 높은 함량의 붕소를 포함한 비정질 철계 합금에 상기 철 및 붕소와 함께 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 또는 Nb를 일정 비율로 더 포함하여, 비정질상의 안정성을 확보함은 물론이고 내식성, 기계적 강도 및 방사능 차폐율을 현저히 향상시키는 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금에 관한 것이다.
The present invention relates to an amorphous iron-based alloy, and more particularly, to an amorphous iron-based alloy containing a high content of boron based on Fe expressed by the general formula Fe a B b X c Z d , Wherein the amorphous iron-based alloy is characterized in that the amorphous iron-based alloy is further characterized in that it further comprises a certain proportion of C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti or Nb to secure the stability of the amorphous phase and significantly improve the corrosion resistance, .
원자력 발전소에서 배출된 사용 후 핵연료는 많은 양의 열중성자를 방출하며 이러한 열중성자가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여, 사용 후 핵연료를 수중에서 보관 및 저장하고 있는 실정이다. 그러나 지속적인 전력 수요의 상승에 맞추어 원활한 전력 공급을 위하여 원자력 발전에 사용된 핵연료의 양이 증가함에 따라 사용 후 핵연료의 발생량이 증가되었다. 이에 따라 사용 후 핵연료의 저장 공간이 포화되면서 저장 공간의 확보가 큰 문제로 대두되고 있다.Spent fuel discharged from a nuclear power plant emits a large amount of thermal neutrons, and in order to prevent such thermal neutrons from being released to the outside, spent fuel is stored and stored in water. However, as the amount of nuclear fuel used for nuclear power generation has increased for smooth supply of power in accordance with the continuous increase in demand for electric power, the amount of spent fuel has increased. As a result, the storage space of the spent nuclear fuel becomes saturated and the storage space is becoming a big problem.
따라서 한정된 공간 내에서 사용 후 핵 연료를 보관 및 저장하기 위해서는 많은 양의 사용 후 핵연료를 좁은 공간에 효율적으로 저장할 수 있는 사용 후 핵연료 저장용 구조체의 고효율화 및 고밀도화가 불가피한 실정이며, 구조체 소재의 고성능화가 요구되고 있는 상황이다. Therefore, in order to store and store spent nuclear fuel within a limited space, it is inevitable to achieve high efficiency and high density of a spent fuel storage structure capable of efficiently storing a large amount of spent fuel in a narrow space. It is a situation that is required.
사용 후 핵연료 저장 용기로서 사용되는 재료는 우수한 열중성자 흡수능을 구비하는 것은 물론이고, 내식성이 요구된다.<원자력재료종합정보시스템, "사용 후 해연력 운반/저장용 열중성자 차폐재">Materials used as spent fuel storage vessels are required to have excellent thermal neutron absorbing ability as well as corrosion resistance. <Nuclear Material Integrated Information System, "Thermal neutron shielding material for use in transportation /
이러한 목적으로 선진국에서는 열중성자 차폐용 재료로서 알루미늄 합금 및 스테인리스강에 중성자 흡수능이 우수한 보론, 보론화합물, 리튬, 가돌리늄, 사마늄, 유로퓸, 카드뮴, 디스프로슘 등을 복합화하여 고효율의 차폐 성능을 갖는 신소재가 개발되고 있다. For this purpose, advanced countries have developed high efficiency shielding materials by combining boron, boron compounds, lithium, gadolinium, samanium, europium, cadmium, and dysprosium, which are excellent in neutron absorption ability in aluminum alloys and stainless steels as thermal neutron shielding materials. Is being developed.
그러나 상기 기지 금속을 알루미늄합금이나 스테인리스강으로 하여 수십 마이크로 크기의 보론 또는 보론 화합물(B4C)을 첨가하게 되는데, 일정량 이상이 되면 열간가공성, 냉간가공성, 인성 및 용접성 등이 저하되는 문제점이 있어 일정량 이상의 보론 화합물 첨가가 매우 어렵다. 특히 스테인리스강의 경우 오스테나이트상 내의 붕소의 용해도가 거의 없기 때문에 매우 소량의 B(2wt% 미만)가 첨가될 수 밖에 없으며 높은 차폐성능을 기대하기 어려운 실정이다.<한국 등록특허 제10-1290304호>However, a boron or boron compound (B 4 C) having a size of several tens of micrometers is added to the base metal as an aluminum alloy or stainless steel. When the base metal is a certain amount or more, hot workability, cold workability, toughness and weldability deteriorate Addition of a certain amount of a boron compound is very difficult. Particularly, in the case of stainless steel, since there is almost no solubility of boron in the austenite phase, a very small amount of B (less than 2 wt%) is inevitably added and it is difficult to expect a high shielding performance. Korean Patent No. 10-1290304
이에, 사용 후 핵연료 저장 시설의 차폐 효율성 향상을 위해 보론의 함유량을 증가시켜 높은 중성자 흡수성능을 가짐과 동시에, 구조체로서의 기계적 강도 및 내부식성을 유지할 수 있는 방사선 및 중성자 차폐 구조체 개발이 절실히 필요한 실정이다.
Therefore, in order to improve the shielding efficiency of the spent fuel storage facility, it is necessary to develop a radiation and neutron shielding structure capable of maintaining the mechanical strength and corrosion resistance as a structure while increasing the content of boron to have high neutron absorption performance .
이에 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 철을 기지로 하고, 비정질 구조를 갖도록 하며, 붕소의 함유량(고용도)을 향상시킴으로서 비정질구조의 안정성을 확보함과 동시에 내부식성, 기계적 강도 및 방사능 차폐율이 현저히 향상된 비정질 철계 합금을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.In order to solve the above problems, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an amorphous structure, It is an object of the present invention to provide an amorphous iron-based alloy having a remarkably improved shielding ratio.
또한 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 상기 비정질 철계 합금에 콘크리트, 폴리머, 몰타르 또는 세라믹을 혼합하여 제조한 방사능 차폐용 복합재를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
Another object of the present invention is to provide a composite material for shielding radiation, which is produced by mixing concrete, polymer, mortar or ceramic with the amorphous iron-based alloy.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention,
일반식 FeaBbXcZd 로 표현되고, Represented by the general formula Fe a B b X c Z d ,
상기 a는 철(Fe)의 원자%로, 상기 a는 a=100-(b+c+d)이고 a＞50이며,Wherein a is an atomic% of iron (Fe), a is a = 100- (b + c + d)
상기 b는 보론(B)의 원자%로 5＜b＜35이고,B is 5 < b < 35 in atomic% of boron (B)
상기 c는 X의 원자%로 1＜c＜15이며, 상기 X는 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 및 Nb 중에서 선택되는 어느 하나이고,Wherein c is at least one selected from the group consisting of Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti and Nb,
상기 d는 Z의 원자%로 0≤d＜25 이고, 상기 Z는 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 및 Nb 중에서 선택되는 어느 하나이면서, 단, 상기 X와 동일하지 않는 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금이 제공된다.Z is at least one selected from the group consisting of Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti and Nb, ≪ / RTI > is provided.
또한 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,
상기 비정질 철계 합금에 콘크리트, 폴리머, 몰타르 또는 세라믹을 혼합하여 제조한 방사능 차폐용 복합재가 제공된다.
There is provided a radioactive shielding composite material produced by mixing concrete, polymer, mortar or ceramic with the amorphous iron-based alloy.
본 발명, 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 비정질 철계 합금은 비정질 구조를 가짐에 따라 결정립계(grain boundary)같은 결함이 존재하지 않고, 이에 따라 같은 조성을 갖는 일반 결정질 금속에 비해 높은 강도 및 우수한 내식성을 가짐은 물론이고, 붕소를 높은 함량으로 포함할 수 있도록 하여, 방사능 차폐, 특히 열중성자 차폐에 우수한 성능을 나타낸다.According to the present invention, an amorphous iron-based alloy represented by the general formula Fe a B b X c Z d has an amorphous structure, so that defects such as grain boundaries do not exist and thus a high strength And excellent corrosion resistance as well as a high content of boron, thereby exhibiting excellent performance in radiation shielding, in particular, thermal neutron shielding.
더욱이 본 발명은, 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 비정질 철계 합금에 붕소와 함께 가돌리늄을 포함하여 보다 향상된 방사능 차폐 기능을 나타낼 수 있다.Furthermore, the present invention can include gadolinium in combination with boron in an amorphous iron-based alloy represented by the general formula Fe a B b X c Z d to exhibit a further improved radiation shielding function.
또한, 본 발명은 철을 기지로 하는 비정질 철계 합금으로, 상기 Fe의 원자%가 50을 초과함에 따라, 방사능 차폐 기능을 나타내는 구조재로서 사용될 수 있음은 물론이고, 경제적인 면에서도 유용하다.
Further, the present invention is an amorphous iron-based alloy based on iron. When the atomic% of Fe exceeds 50, it can be used not only as a structural material exhibiting a radiation shielding function but also in an economical aspect.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 방사능 차폐용 복합재의 열중성자 차폐를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B25Mo3, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10 및 Fe67B25Mo3Cr5의 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 XRD 분석 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B23Mo3Gd2, Fe72B20Mo3Gd5 및 Fe72B15Mo3Gd10 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2 및 Fe72B22.5Mo3Gd2.5 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe67B24Mo3Gd1Cr5, Fe62B24.5Mo3Gd0.5Cr10, Fe62B24Mo3Gd1Cr10 및 Fe52B24Mo3Gd1Cr20 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe65B30Mo3C2 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B25Mo3, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10 및 Fe67B25Mo3Cr5 조성을 갖는 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B23Mo3Gd2, Fe72B20Mo3Gd5 및 Fe72B15Mo3Gd10 조성을 갖는 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2.0 및 Fe72B22.5Mo3Gd2.5 조성을 갖는 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe65B30Mo3C2 조성을 갖는 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B25Mo3, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10 및 Fe67B25Mo3Cr5 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 부식특성을 분석한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2 및 Fe72B22.5Mo3Gd2.5 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 부식특성을 분석한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 Fe67B24Mo3Gd1Cr5, Fe62B24.5Mo3Gd0.5Cr10, Fe62B24Mo3Gd1Cr10 및 Fe52B24Mo3Gd1Cr20 조성을 갖는 비정질 철계 합금에 대한 부식특성을 분석한 그래프이다.Figure 1 shows thermal neutron shielding of a radiation shielding composite made according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of a comparison between Fe 72 B 25 Mo 3 , Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10, and Fe 67 B 25 Mo 3 > Cr < 5 & gt ;.
FIG. 3 is a graph showing an amorphous iron-based alloy having a composition of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 , Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 and Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10 according to an embodiment of the present invention. XRD < / RTI >
FIG. 4 is a graph showing the results of a comparison of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2, and Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5 composition of amorphous iron-based alloy.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between Fe 67 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 5 , Fe 62 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 Cr 10 , Fe 62 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 10, and Fe 52 B 24 Mo 3 XRD analysis of an amorphous iron-based alloy having a composition of Gd 1 Cr 20 .
6 is a graph of XRD analysis of an amorphous iron-based alloy having a composition of Fe 65 B 30 Mo 3 C 2 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating the results of a comparison between Fe 72 B 25 Mo 3 , Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10, and Fe 67 B 25 Mo 3 Cr 5 composition of the amorphous iron-based alloy with DSC.
FIG. 8 is a graph showing an amorphous iron-based alloy having a composition of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 , Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 and Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10 according to an embodiment of the present invention. Alloys were analyzed by DSC.
FIG. 9 is a graph showing the results of a comparison between Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2.0 and Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5 composition of the amorphous iron-based alloy with DSC.
10 is a graph of DSC analysis of an amorphous iron-based alloy having a composition of Fe 65 B 30 Mo 3 C 2 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing the results of a comparison between Fe 72 B 25 Mo 3 , Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10, and Fe 67 B 25 Mo 3 Cr 5 composition of amorphous iron-based alloy.
FIG. 12 is a graph showing the results of a comparison of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 and Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5 composition of amorphous iron-based alloy.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between Fe 67 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 5 , Fe 62 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 Cr 10 , Fe 62 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 10, and Fe 52 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 20 composition is the analysis of the corrosion properties of the iron-based amorphous alloy having the graph.
본 발명은 비정질 철계 합금에 관한 것으로서, 상세하게는 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 Fe를 기반으로 높은 함량의 붕소를 포함한 비정질 철계 합금에 상기 철 및 붕소와 함께 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 또는 Nb를 일정 비율로 더 포함하여, 비정질상의 안정성을 확보함은 물론이고 내식성, 기계적 강도 및 방사능 차폐율을 현저히 향상시키는 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an amorphous iron-based alloy, and more particularly, to an amorphous iron-based alloy containing a high content of boron based on Fe expressed by the general formula Fe a B b X c Z d , Wherein the amorphous iron-based alloy is characterized in that the amorphous iron-based alloy is further characterized in that it further comprises a certain proportion of C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti or Nb to secure the stability of the amorphous phase and significantly improve the corrosion resistance, .
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 측면에 따르면, According to an aspect of the present invention,
일반식 FeaBbXcZd 로 표현되고, Represented by the general formula Fe a B b X c Z d ,
상기 a는 철(Fe)의 원자%로, 상기 a는 a=100-(b+c+d)이고 a＞50이며,Wherein a is an atomic% of iron (Fe), a is a = 100- (b + c + d)
상기 b는 보론(B)의 원자%로 5＜b＜35이고,B is 5 < b < 35 in atomic% of boron (B)
상기 c는 X의 원자%로 1＜c＜15이며, 상기 X는 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 및 Nb 중에서 선택되는 어느 하나이고,Wherein c is at least one selected from the group consisting of Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti and Nb,
상기 d는 Z의 원자%로 0≤d＜25 이고, 상기 Z는 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 및 Nb 중에서 선택되는 어느 하나이면서, 단, 상기 X와 동일하지 않는 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금이 제공된다.
Z is at least one selected from the group consisting of Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti and Nb, ≪ / RTI > is provided.
상기 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 본 발명의 비정질 철계 합금에 있어서, 상기 철(Fe)은 기지이고, a는 상기 철의 원자%(at%)를 나타낸 것이다. In the amorphous iron-based alloy of the present invention represented by the general formula Fe a B b X c Z d , the iron (Fe) is known and a represents the atomic% (at%) of the iron.
이때, 상기 비정질 철계 합금의 원자% a는 a=100-(b+c+d)이고, a＞50 로, 상기 철이 기지재로서, 50을 초과한 원자% 함량으로 상기 비정질 철계 합금에 포함됨에 따라, 상기 비정질 철계 합금은 구조체에 용이하게 사용될 수 있다.At this time, the amorphous iron-based alloy is included in the amorphous iron-based alloy with the atomic% a of the amorphous iron-based alloy being a = 100- (b + c + d) Accordingly, the amorphous iron-based alloy can be easily used in a structure.
또한, 상기 기지로 포함되는 철은 순도 높은 Fe 원소 외에도, 강(steel), 용선(pig iron), 주물선(cast iron), Fe-B 합금철, Fe-Cr 합금철, Fe-Mo 합금철, Fe-P합금철로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In addition to the high-purity Fe elements, the iron contained in the matrix may be steel, pig iron, cast iron, Fe-B alloy iron, Fe-Cr alloy iron, Fe-Mo alloy iron , Fe-P alloy iron, and the like.
상기 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 본 발명의 비정질 철계 합금에 있어서, B는 보론이고, b는 상기 보론의 원자%를 나타낸 것이다.In the amorphous iron-based alloy of the present invention represented by the general formula Fe a B b X c Z d , B is boron and b is atomic% of the boron.
상기 보론은 본 발명이 비정질 구조를 가짐에 따라 높은 함량으로 상기 철계 합금에 포함될 수 있고, 이에 따라 방사성 차폐, 특히 열중성자 차폐율을 향상시킨다. The boron can be contained in the iron-based alloy in a high content as the present invention has an amorphous structure, thereby improving the radioactive shielding, in particular, the thermal neutron shielding ratio.
이때 보론의 원자 %인 b는 5＜b＜35이고, 바람직하게는 b는 15≤b≤25인 것을 특징으로 한다.At this time, b, which is the atomic percentage of boron, is 5 < b < 35, and preferably b is 15
또한, 상기 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 본 발명의 비정질 철계 합금에 있어서, 상기 c는 X의 원자%로 1＜c＜15이며, 상기 X는 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 및 Nb 중에서 선택되는 어느 하나인 것으로 한다.In the amorphous iron-based alloy of the present invention represented by the general formula Fe a B b X c Z d , c is 1 <c <15 in atomic% of X, and X is at least one element selected from the group consisting of Mo, Cr, C, Si , Gd, Mn, Zr, Ti and Nb.
또한, 일반식 FeaBbXcZd 로 표현되는 본 발명의 비정질 철계 합금에 있어서, 상기 d는 Z의 원자%로 0≤d＜25 이고, 상기 Z는 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 및 Nb 중에서 선택되는 어느 하나이면서, 단, 상기 X와 동일하지 않는 것을 특징으로 한다. In the amorphous iron-based alloy of the present invention represented by the general formula Fe a B b X c Z d , d is an atomic percentage of Z of 0? D <25, and Z is at least one element selected from the group consisting of Mo, Cr, Gd, Mn, Zr, Ti and Nb, but is not the same as X.
이때 바람직하게는, 상기 X 또는 Z가 Gd인 경우, 상기 b+c 또는 b+d가 20 ~ 30원자%로, 상기 비정질 철계 합금에 보론(B)과 가돌리니움(Gd)을 함께 포함할 경우 보론의 원자%와 Gd의 원자%의 합이 20 ~ 30이 되는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the X or Z is Gd, the b + c or b + d is 20 to 30 at%, and the amorphous iron-based alloy contains boron (B) and gadolinium (Gd) The sum of atomic% of boron and atomic% of Gd is 20 to 30.
또한, 상기 X는 Mo 또는 Si이고, 상기 Z는 Cr, Gd 또는 C이며, 이때 상기 X의 원자%인 c는 1＜c＜5이고, 상기 Z의 원자%인 d는 0≤d≤20인 것이 바람직하다.X is Mo or Si, and Z is Cr, Gd or C, wherein c, which is the atomic percentage of X, satisfies 1 < c < 5 and d, .
보다 바람직하게는 상기 X가 Mo이고, 상기 Z가 Gd일 때, Fe의 원자% a는 70~80원자%인 것을 특징으로 한다.More preferably, when X is Mo and Z is Gd, the atom% a of Fe is 70 to 80 atomic%.
본 발명의 비정질 철계 합금은, 상기 일반식 FeaBbXcZd 로 표현됨은 물론이고, 상기 일반식 FeaBbXcZd에, 상기 X 및 Z와 동일하지 않으면서 Mo, Cr, C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti 및 Nb 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.An amorphous iron-based alloy of the present invention, the formula Fe a B b X c is represented as well as a Z d, wherein in the formula Fe a B b X c Z d, without the same as the X and Z Mo, Cr , C, Si, Gd, Mn, Zr, Ti and Nb.
상세하게는, 상기 일반식 FeaBbXcZd에 있어서, 상기 X가 Mo 또는 Si이고, 상기 Z가 Gd 또는 C일 때, 상기 일반식 FeaBbXcZd의 100원자%에 대해 Cr을 5 ~ 25원자%로 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 일반식 FeaBbXcZd에 있어서, 상기 X가 Mo 또는 Si이고, 상기 Z가 Gd 또는 C일 때, 상기 일반식 FeaBbXcZd의 100원자%에 대해 Cr을 8 ~ 18원자%로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the according to the formula Fe a B b X c Z d, wherein X is Mo or Si, when said Z is Gd or C, 100 at% of the formula Fe a B b X c Z d To 5 to 25 atomic% Cr. Preferably, the in the formula Fe a B b X c Z d, wherein X is Mo or Si, when said Z is Gd or C, 100 at% of the formula Fe a B b X c Z d To 8% by atom% of Cr.
또한, 바람직하게는 상기 일반식 FeaBbXcZd에 있어서, 상기 X가 Si이고, 상기 Z가 Gd 또는 C일 때, 상기 일반식 FeaBbXcZd의 100원자%에 대해 Mo을 1 ~ 10원자%로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the above-mentioned general formula Fe a B b X c Z d , when X is Si and Z is Gd or C, it is preferable that at least 100 atomic% of the general formula Fe a B b X c Z d Further comprising 1 to 10 atom% of Mo.
상술한 본 발명 비정질 철계 합금은 Fe 을 기지로 하여 높은 함량의 B를 포함함은 물론이고, Cr, Mo, C, Si 및 Gd 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 일정 원자 %함량으로 더 포함함에 따라, 비정질 구조의 안정성을 확보하면서도 열중성자 차폐율을 20~90%로 나타내는 것을 특징으로 한다. The amorphous iron-based alloy according to the present invention includes at least one selected from the group consisting of Cr, Mo, C, Si, and Gd as well as a high content of B based on Fe as a base, Characterized in that the thermal neutron shielding ratio is 20 to 90% while securing the stability of the amorphous structure.
또한, 본 발명 비정질 철계 합금은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 리본, 섬유, 조각, 벌크 또는 분말의 형상인 것을 특징으로 한다.
In addition, the amorphous iron-based alloy of the present invention may have various shapes and is characterized by a shape of ribbon, fiber, flake, bulk or powder.
본 발명의 다른 일 측면으로는,In another aspect of the present invention,
상기 비정질 철계 합금에 콘크리트, 폴리머, 몰타르 또는 세라믹을 혼합하여 제조한 방사능 차폐용 복합재가 제공된다. There is provided a radioactive shielding composite material produced by mixing concrete, polymer, mortar or ceramic with the amorphous iron-based alloy.
상기 복합재는, 20~90%의 열중성자 차폐율을 나타내는 것을 특징으로 한다.
The composite material is characterized by exhibiting a thermal neutron shielding rate of 20 to 90%.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited by the examples.
<실시예><Examples>
리본 형상의 비정질 철계 합금 제조Manufacture of ribbon-shaped amorphous iron-based alloy
(1)Fe(1) Fe 7272 BB 2525 MoMo 33 조성의 비정질 리본 제조 Amorphous Ribbon Fabrication of Composition
먼저 Fe72B25Mo3 조성의 모합금(master alloy)을 제조하기 위하여, 20g 기준으로 상기 각 원소별로 웨잉(weighing)을 한 후, 고순도 아르곤 분위기에서 진공 아크 용해로(vaccum arc furnace)를 사용하여 진공아크용해법으로 72at%의 Fe, 25at%의 B 및 3at%의 Mo로 이루어진 Fe72B25Mo3 조성의 모합금을 제조하였다. 이때 상기 모합금 성분은 99.8% 이상의 순도를 갖는 Fe 및 Mo과, 페로보론(Ferro-boron > 99.8%) 을 사용하였다.First, in order to prepare a master alloy of Fe 72 B 25 Mo 3 composition, weighing was performed on each of the above elements on the basis of 20 g, and then, using a vacuum arc furnace in a high-purity argon atmosphere, A parent alloy having a Fe 72 B 25 Mo 3 composition of 72 at% Fe, 25 at% B and 3 at% Mo was prepared by a vacuum arc melting method. The parent alloy component used was Fe and Mo having a purity of 99.8% or more and ferroboron (99.8%).
다음으로, 상기 제조된 Fe72B25Mo3 조성의 모합금을 멜트스피닝(melt-spinning)장비를 이용하여 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본을 제조하였다. 이때 상기 멜트스피팅은 회전하는 휠의 선속도가 35-40m/s, 녹은 용탕을 밀어내는 가스의 압력이 0.04-0.06 MPa의 조건으로 불활성 기체 분위기에서 실시되었다. 이에 따라 0.020-0.023mm 두께의 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본 형상의 시편을 제작하였다.
Next, an amorphous ribbon of the prepared Fe 25 Mo 3 B 72 Fe composition of a master alloy by a melt spinning (melt-spinning) equipment 72 B 25 Mo 3 composition was prepared. At this time, the melt fitting was performed in an inert gas atmosphere under the condition that the linear velocity of the rotating wheel was 35-40 m / s, and the pressure of the gas pushing molten molten metal was 0.04-0.06 MPa. As a result, the Fe 72 B 25 Mo 3 composition of 0.020-0.023 mm in thickness Amorphous ribbon specimens were prepared.
(2) Fe(2) Fe 52-6752-67 BB 2525 MoMo 33 CrCr 5-20 5-20 조성의 비정질 리본 제조Amorphous Ribbon Fabrication of Composition
99.8% 이상의 순도를 갖는 Fe, Mo 및 Cr과, 페로보론(Ferro-boron>99.8%) 을 사용하여, 비정질 리본의 조성과 상기 각각의 조성에 대한 원자%를 달리한 것을 제외하고는 상기 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본 제조과정과 동일한 방법으로, 0.020-0.023mm 두께의 Fe52-67B25Mo3Cr5-20 조성의 비정질 리본을 제조하였다.99.8 in% using the above-Fe, Mo and Cr and, Ferro boron (Ferro-boron> 99.8%) having a purity, and is the Fe 72 except that a different atom% based on the composition and the composition of each of said amorphous ribbon 25 Mo 3 B in the same manner as the amorphous ribbon manufacturing process of the composition to prepare a 52-67 Fe 25 Mo 3 B amorphous ribbon of the composition of Cr 5-20 0.020-0.023mm thickness.
이때, 상기 Fe52-67B25Mo3Cr5-20 조성의 비정질 리본은, 각각의 원자%에 의하여, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10 및 Fe67B25Mo3Cr5의 조성을 갖는 비정질 리본으로 제조하였다.
At this time, the amorphous ribbon having the composition of Fe 52-67 B 25 Mo 3 Cr 5-20 is composed of Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10 and Fe 67 B 25 Mo 3 Cr 5 .
(3) Fe(3) Fe 7272 BB 15-24.515-24.5 MoMo 33 GdGd 0.5-100.5-10 조성의 비정질 리본 제조 Amorphous Ribbon Fabrication of Composition
99.8% 이상의 순도를 갖는 Fe, Mo 및 Gd과, 페로보론(Ferro-boron>99.8%) 을 사용하여, 비정질 리본의 조성과 상기 각각의 조성에 대한 원자%를 달리한 것을 제외하고는 상기 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본 제조과정과 동일한 방법으로, 0.020-0.023mm 두께의 Fe72B15-24.5Mo3Gd0.5-10 조성의 비정질 리본을 제조하였다.99.8 in% using the above-Fe, Mo and Gd and, Ferro boron (Ferro-boron> 99.8%) having a purity, and is the Fe 72 except that a different atom% based on the composition and the composition of each of said amorphous ribbon Amorphous ribbon having a composition of 0.02-0.023 mm thick Fe 72 B 15-24.5 Mo 3 Gd 0.5-10 was prepared in the same manner as in the production of amorphous ribbon having a composition of B 25 Mo 3 .
이때, 상기 Fe72B15-23Mo3Gd2-10 조성의 비정질 리본은, 각각의 원자%에 의하여, Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2, Fe72B22.5Mo3Gd2.5, Fe72B20Mo3Gd5 및 Fe72B15Mo3Gd10의 조성을 갖는 비정질 리본으로 제조하였다.
At this time, the amorphous ribbon having the composition of Fe 72 B 15-23 Mo 3 Gd 2-10 is composed of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Amorphous ribbon having a composition of Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 , Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5 , Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 and Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10 .
(4) Fe(4) Fe 52-6752-67 BB 24-24.524-24.5 MoMo 33 GdGd 0.5-1.00.5-1.0 CrCr 5-20 5-20 조성의 비정질 리본 제조Amorphous Ribbon Fabrication of Composition
99.8% 이상의 순도를 갖는 Fe, Mo, Cr 및 Gd과, 페로보론(Ferro-boron>99.8%) 을 사용하여, 비정질 리본의 조성과 상기 각각의 조성에 대한 원자%를 달리한 것을 제외하고는 상기 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본 제조과정과 동일한 방법으로, 0.020-0.023mm 두께의 Fe52-67B24-24.5Mo3Gd0.5-1.0Cr5-20 조성의 비정질 리본을 제조하였다.Except that Fe, Mo, Cr and Gd having a purity of 99.8% or more and ferroboron (Ferro-boron> 99.8%) were used, and the composition of the amorphous ribbon and the atomic% Amorphous ribbons having a composition of Fe 52-67 B 24-24.5 Mo 3 Gd 0.5-1.0 Cr 5-20 having a thickness of 0.020-0.023 mm were prepared in the same manner as in the production of the amorphous ribbon having the composition of Fe 72 B 25 Mo 3 .
이때, 상기 Fe52-67B24-24.5Mo3Gd0.5-1.0Cr5-20 조성의 비정질 리본은, 각각의 원자%에 의하여 Fe67B24Mo3Gd1Cr5, Fe62B24.5Mo3Gd0.5Cr10, Fe62B24Mo3Gd1Cr10 및 Fe52B24Mo3Gd1Cr20의 조성을 갖는 비정질 리본으로 제조하였다.
At this time, the amorphous ribbon having the composition of Fe 52-67 B 24-24.5 Mo 3 Gd 0.5-1.0 Cr 5-20 is composed of Fe 67 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 5 , Fe 62 B 24.5 Mo 3 The amorphous ribbon having a composition of Gd 0.5 Cr 10 , Fe 62 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 10 and Fe 52 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 20 was prepared.
(5) Fe(5) Fe 6565 BB 3030 MoMo 33 CC 2 2 조성의 비정질 리본 제조Amorphous Ribbon Fabrication of Composition
99.8% 이상의 순도를 갖는 Fe, Mo, 용선(Pig iron; iron with 4.3wt.% of C) 및 페로보론(Ferro-boron>99.8%) 을 사용하여, 비정질 리본의 조성과 상기 각각의 조성에 대한 원자%를 달리한 것을 제외하고는 상기 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본 제조과정과 동일한 방법으로, 0.020-0.023mm 두께의 Fe65B30Mo3C2 조성의 비정질 리본을 제조하였다.
Using Fe, Mo, iron with 4.3 wt.% Of C and ferro-boron> 99.8% with a purity of 99.8% or more, the composition of the amorphous ribbon and the Amorphous ribbons having a composition of Fe 65 B 30 Mo 3 C 2 having a thickness of 0.020-0.023 mm were prepared in the same manner as in the production of the amorphous ribbon having the composition of Fe 72 B 25 Mo 3 except that the atomic% was different.
비정질 합금을 포함한 방사능 차폐용 복합재 제조Manufacture of radioactive shielding composites including amorphous alloys
<실시예 1-1 및 실시예 1-2> Fe<Example 1-1 and Example 1-2> Fe 7272 BB 2525 MoMo 3 3 비정질 합금을 포함한 방사능 차폐용 복합재Radioactive shielding composites including amorphous alloys
상기 단룰법으로 길게 제조된 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본을 20~30mm 길이로 잘라서 배합할 수 있도록 한 후, 가로가 50mm이고 세로가 50mm이며 두께가 10mm인 폴리에스테르(polyester)에 골고루 퍼지게 넣고, 그대로 3일간 굳혀 Fe72B25Mo3 조성의 비정질 리본에 대한 방사능 차폐용 복합제를 제조하였다.The amorphous ribbon having a composition of Fe 72 B 25 Mo 3 prepared by the above short-cut method was cut into a length of 20 to 30 mm and blended. Then, a polyester having a width of 50 mm, a length of 50 mm and a thickness of 10 mm was uniformly And the mixture was solidified for 3 days to prepare a radioactive shielding compound for amorphous ribbons of Fe 72 B 25 Mo 3 composition.
단, 이때 상기 폴리에스테르와 배합되는 상기 리본의 함량은 1vol%(실시예 1-1) 또는 2vol%(실시예 1-2)으로 하였다.
However, the content of the above-described ribbon to be blended with the polyester was 1 vol% (Example 1-1) or 2 vol% (Example 1-2).
<실시예 2> Fe≪ Example 2 > Fe 6262 BB 2525 MoMo 33 CrCr 10 10 비정질 합금을 포함한 방사능 차폐용 복합재Radioactive shielding composites including amorphous alloys
비정질 합금으로 Fe62B25Mo3Cr10을 포함하도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로, Fe62B25Mo3Cr10 비정질 합금을 포함한 차폐용 복합재 제조하였다.
Except that the amorphous alloy contains Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10 A shielding composite material containing an Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10 amorphous alloy was prepared in the same manner as in Example 1-1.
<실시예 3-1> Fe≪ Example 3-1 > 7272 BB 2323 MoMo 33 GdGd 2 2 비정질 합금을 포함한 방사능 차폐용 복합재Radioactive shielding composites including amorphous alloys
비정질 합금으로 Fe72B23Mo3Gd2를 포함하도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로, Fe72B23Mo3Gd2 비정질 합금을 포함한 차폐용 복합재 제조하였다.
A shielding composite material containing Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 amorphous alloy was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 was included as the amorphous alloy.
<실시예 3-2> Fe≪ Example 3-2 > 7272 BB 2020 MoMo 33 GdGd 5 5 비정질 합금을 포함한 방사능 차폐용 복합재 제조Manufacture of radioactive shielding composites including amorphous alloys
비정질 합금으로 Fe72B20Mo3Gd5를 포함하도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로, Fe72B20Mo3Gd5 비정질 합금을 포함한 차폐용 복합재 제조하였다.
A shielding composite material including an Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 amorphous alloy was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 was included as an amorphous alloy.
<실시예 3-3> Fe≪ Example 3-3 > Fe 7272 BB 1515 MoMo 33 GdGd 10 10 비정질 합금을 포함한 방사능 차폐용 복합재Radioactive shielding composites including amorphous alloys
비정질 합금으로 Fe72B15Mo3Gd10을 포함하도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로, Fe72B15Mo3Gd10 비정질 합금을 포함한 차폐용 복합재 제조하였다.
A shielding composite material including an Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10 amorphous alloy was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10 was included as the amorphous alloy.
<실시예 3-4> Fe≪ Example 3-4 > 7272 BB 24.524.5 MoMo 33 GdGd 0.5 0.5 비정질 합금을 포함한 방사능 차폐용 복합재Radioactive shielding composites including amorphous alloys
상기 단롤법으로 길게 제조된 Fe72B24.5Mo3Gd0.5 조성의 비정질 리본을 10~15mm 길이로 잘라서 배합할 수 있도록 한 후, 반경과 두께가 50mm인 원기둥형 콘크리트 복합체에 골고루 퍼지게 넣고, 그대로 28일간 양생하여 Fe72B24.5Mo3Gd0.5 조성의 비정질 리본에 대한 방사능 차폐용 복합재를 제조하였다. 단, 이때 상기 콘크리트 복합체와 배합되는 상기 리본의 함량은 1vol%으로 하였으며, 상기 콘크리트 복합체의 배합비는 하기 표1에 나타내었다.The amorphous ribbon having a composition of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 prepared by the single-roll method was cut into a length of 10 to 15 mm, and then the mixture was uniformly spread over a cylindrical concrete complex having a radius and a thickness of 50 mm. The composites for radiation shielding for amorphous ribbons of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 were prepared by curing for one day. In this case, the content of the ribbon to be mixed with the concrete complex is 1 vol%, and the mixing ratio of the concrete complex is shown in Table 1 below.
W / C *
plasticizer
(%)**Super-
plastikizer
(%) **
steel fiber
(Vol.%)Amorphous
çelik fiber
(Vol.%)
aggregateFine
aggregate
aggregateCoarse
aggregate
<비교예 1> FIBRAFLEX를 포함한 방사능 차폐용 복합재(1vol%)<Comparative Example 1> Radioactive shielding composite material (1 vol%) containing FIBRAFLEX
시중에서 판매되는 상용화된 철계 비정질 리본 FIBRAFLEX를 포함하도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로, FIBRAFLEX를 포함한 방사능 차폐용 복합재를 제조하였다.A radiation shielding composite material including FIBRAFLEX was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that commercially available iron-based amorphous ribbon FIBRAFLEX was used.
<비교예 2> FIBRAFLEX를 포함한 방사능 차폐용 복합재(2vol%)≪ Comparative Example 2 > A radiation shielding composite material (2 vol%) containing FIBRAFLEX
시중에서 판매되는 상용화된 철계 비정질 리본 FIBRAFLEX를 포함하도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-2와 동일한 방법으로, FIBRAFLEX를 포함한 방사능 차폐용 복합재를 제조하였다.
A radiation shielding composite material including FIBRAFLEX was prepared in the same manner as in Example 1-2 except that commercially available iron-based amorphous ribbon FIBRAFLEX was used.
<대조군> <Control group>
<대조군 1> 철계 비정질 리본을 포함하지 않는 폴리에스테르 집합체≪
철계 비정질 리본을 포함하지 않고, 가로 50mm, 세로 50mm 및 두께 10mm인 폴리에스테르(polyester)만을 3일간 굳혀서 대조군 1을 제조하였다.
<대조군 2> 철계 비정질 리본을 포함하지 않는 몰타르 집합체≪
철계 비정질 리본을 포함하지 않고, 가로 50mm, 세로 50mm 및 두께 10mm인 몰타르(mortar)를 25일간 굳혀서 대조군 2를 제조하였다.
<대조군 3> 철계 비정질 리본을 포함하지 않는 콘크리트 집합체<
철계 비정질 리본을 포함하지 않고, 상기 실시예 4-1과 동일한 방법으로 콘크리트를 사용하여 원기둥형의 반경 및 두께가 50mm인 대조군 3을 제조하였다. 이때 상기 콘크리트의 비율은 하기 표2에 나타내었다.A
W / C *
plasticizer
(%)**Super-
plastikizer
(%) **
steel fiber
(Vol.%)Amorphous
çelik fiber
(Vol.%)
aggregateFine
aggregate
aggregateCoarse
aggregate
<시험예><Test Example>
비정질 철계 합금의 결정구조 상 분석Crystal structure analysis of amorphous iron-based alloys
상기 제조된 리본 형상의 Fe72B25Mo3, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10, Fe67B25Mo3Cr5, Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2, Fe72B22.5Mo3Gd2.5, Fe72B20Mo3Gd5, Fe72B15Mo3Gd10, Fe67B24Mo3Gd1Cr5, Fe62B24.5Mo3Gd0.5Cr10, Fe62B24Mo3Gd1Cr10, Fe52B24Mo3Gd1Cr20 및 Fe65B30Mo3C2 조성을 갖는 비정질 철계 합금 모두에 대하여, 결정구조 상을 확인하기 위해, 상기 합금 각각에 대한 XRD 분석, 열 분석을 실시하였다.
The ribbon-like Fe 72 B 25 Mo 3 , Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10 , Fe 67 B 25 Mo 3 Cr 5 , Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2, Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5, Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5, Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10, Fe 67 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 5 , Fe 62 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 Cr 10 , Fe 62 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 10, Fe 52 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 20 and For all of the amorphous iron-based alloys having the composition of Fe 65 B 30 Mo 3 C 2 , XRD analysis and thermal analysis were performed on each of the above alloys to confirm the crystal structure.
(1) XRD(X-ray diffraction) 분석(1) X-ray diffraction (XRD) analysis
XRD 분석은, 2ㅀ/min의 속도로 20~90ㅀ의 범위에서 측정되었으며, 이때 사용된 장비는 X-ray diffractometer D/Max-2500(Rigaku, Japan)이며, Cu target(λ=1.54056Å, Ka)을 사용하였다.The XRD analysis was performed at a speed of 2 ㅀ / min at a range of 20 to 90,. The equipment used was an X-ray diffractometer D / Max-2500 (Rigaku, Japan) and a Cu target (λ = 1.54056 Å, Ka) was used.
도 2는 상기 Fe72B25Mo3, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10 및 Fe67B25Mo3Cr5 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a ribbon shape having the composition of Fe 72 B 25 Mo 3 , Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10 and Fe 67 B 25 Mo 3 Cr 5 Of an amorphous iron-based alloy.
도 3은 상기 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B23Mo3Gd2, Fe72B20Mo3Gd5 및 Fe72B15Mo3Gd10 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the XRD of the ribbon-shaped amorphous iron-based alloy having the composition of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 , Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 and Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10. Respectively.
도 4는 상기 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2 및 Fe72B22.5Mo3Gd2.5 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.FIG. 4 shows the composition of the Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 and Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5 compositions FIG. 4 is a graph showing XRD analysis of a ribbon-shaped amorphous iron-based alloy. FIG.
도 5는 상기 Fe67B24Mo3Gd1Cr5, Fe62B24.5Mo3Gd0.5Cr10, Fe62B24Mo3Gd1Cr10 및 Fe52B24Mo3Gd1Cr20 조성을 갖는 리본형상의 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship between the composition of the ribbon having the composition of Fe 67 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 5 , Fe 62 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 Cr 10 , Fe 62 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 10 and Fe 52 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 20 XRD < / RTI > analysis of the amorphous iron-based alloy of the present invention.
도 6는 상기 Fe65B30Mo3C2 조성을 갖는 리본형상의 비정질 철계 합금에 대한 XRD를 분석한 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing XRD analysis of a ribbon-shaped amorphous iron-based alloy having the Fe 65 B 30 Mo 3 C 2 composition.
상기 도 2 내지 도 6을 참고하면, 상기 모든 조성의 비정질 철계 합금은, 비정질 상의 특징인 halo pattern을 나타냄에 따라, 상기 제조된 리본 형상의 비정질 철계 합금 모두는 비정질의 결정상으로 제조되었음을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 2 to 6, the amorphous iron-based alloys of all the compositions show a halo pattern characteristic of an amorphous phase, and thus all of the ribbon-shaped amorphous iron-based alloys produced are in an amorphous crystal phase .
또한 이와 같은 결과는 비정질 형성능을 높이는 B의 함량이 25at%로 높거나 또는 B와 Gd를 모두 포함하고 상기 함량이 합이 25at%로 높게 나타남에 따른 것으로 판단된다.These results indicate that the content of B which increases the amorphous forming ability is as high as 25 at% or the sum of the contents of B and Gd is as high as 25 at%.
(2) 열 분석(2) Thermal analysis
시차주사열량측정법(differential scanning calorimetry, DSC)을 사용하여, 상기 제조된 리본 형상의 비정질 철계 합금 모두의 비정질상의 안정성에 대하여 분석하였다.The amorphous phase stability of all of the ribbon-shaped amorphous iron-based alloys prepared above was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC).
도 7은 상기 Fe72B25Mo3, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10 및 Fe67B25Mo3Cr5 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing a ribbon shape having the composition of Fe 72 B 25 Mo 3 , Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10 and Fe 67 B 25 Mo 3 Cr 5 Of the amorphous iron-based alloy by DSC.
도 8은 상기 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B23Mo3Gd2,Fe72B20Mo3Gd5 및 Fe72B15Mo3Gd10 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the results obtained by DSC analysis of a ribbon-shaped amorphous iron-based alloy having a composition of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 , Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 and Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10 The graph is analyzed.
도 9는 상기 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2 및 Fe72B22.5Mo3Gd2.5 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing the composition of Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 and Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5 A graph of DSC analysis of ribbon-shaped amorphous iron-based alloy.
도 10은 상기 Fe65B30Mo3C2 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금을 DSC로 분석한 그래프이다.10 is a graph of DSC analysis of a ribbon-shaped amorphous iron-based alloy having the composition of Fe 65 B 30 Mo 3 C 2 .
상기 도 7 내지 도 10을 참고하면, 상기 모든 조성의 비정질 철계 합금은 상기 DSC 분석에서 모두 뚜렷한 발열 피크를 나타냄에 따라, 상기 합금 모두는 비정질의 결정상으로 제조되었음을 확인할 수 있었다.
Referring to FIGS. 7 to 10, all of the amorphous iron-based alloys of all the compositions exhibited distinct exothermic peaks in the DSC analysis, indicating that all of the alloys were made into an amorphous crystalline phase.
부식 특성 분석Analysis of corrosion characteristics
상기 실시예 1-1 내지 실시예 3-4에 대한 부식특성 분석은, 3.5wt.% NaCl용액의 가상 해수분위기에서 포화 칼로멜 전극(SCE;Saturated Calomel Electrode, KCl)을 기준전극으로 하여, 1mV/s의 속도로 ??0.25V ~ 1.5V의 범위에서의 동전위 분극시험(Potentiodynamic test)을 진행하였으며 부식시험에 사용된 장비는 Parstat 2273(Princeton Applied Research)을 사용하였다.The corrosion characteristics of Examples 1-1 to 3-4 were analyzed by using a saturated calomel electrode (SCE) as a reference electrode in a virtual seawater atmosphere of 3.5 wt.% NaCl solution at a concentration of 1 mV / Potentiodynamic test was performed at a speed of ?? 0.25V ~ 1.5V. The equipment used for the corrosion test was Parstat 2273 (Princeton Applied Research).
도 11은 상기 Fe72B25Mo3, Fe52B25Mo3Cr20, Fe57B25Mo3Cr15, Fe62B25Mo3Cr10 및 Fe67B25Mo3Cr5 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금에 대한 부식특성을 분석한 그래프이다.Fig. 11 is a graph showing a ribbon shape having the composition of Fe 72 B 25 Mo 3 , Fe 52 B 25 Mo 3 Cr 20 , Fe 57 B 25 Mo 3 Cr 15 , Fe 62 B 25 Mo 3 Cr 10 and Fe 67 B 25 Mo 3 Cr 5 Of the amorphous iron-based alloy.
도 12는 상기 Fe72B24.5Mo3Gd0.5, Fe72B24Mo3Gd1, Fe72B23.5Mo3Gd1.5, Fe72B23Mo3Gd2 및 Fe72B22.5Mo3Gd2.5 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금에 대한 부식특성을 분석한 그래프이다.FIG. 12 shows the composition of the Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 , Fe 72 B 24 Mo 3 Gd 1, Fe 72 B 23.5 Mo 3 Gd 1.5, Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 and Fe 72 B 22.5 Mo 3 Gd 2.5 compositions This graph is a graph analyzing the corrosion characteristics of the ribbon-shaped amorphous iron-based alloy.
도 13은 상기 Fe67B24Mo3Gd1Cr5, Fe62B24.5Mo3Gd0.5Cr10, Fe62B24Mo3Gd1Cr10 및 Fe52B24Mo3Gd1Cr20 조성을 갖는 리본 형상의 비정질 철계 합금에 대한 부식특성을 분석한 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the relationship between the composition ratio of the bismuth layer and the bismuth content of the ribbon having the composition of Fe 67 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 5 , Fe 62 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 Cr 10 , Fe 62 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 10 and Fe 52 B 24 Mo 3 Gd 1 Cr 20 And the corrosion characteristics of the amorphous iron-based alloy.
이에 따르면 부식전위의 증가와 무관하게 부식전류가 상승하지 않는 부동태 구간이 크롬의 원자% 가 10% 이상일때부터 나타나는 것을 확인 할 수 있다.
It can be seen that the passive region where the corrosion current does not rise irrespective of the increase of the corrosion potential, appears from the atomic% of chromium of 10% or more.
열 중성자 차폐율 측정Measurement of thermal neutron shielding rate
상기 실시예 1-1 내지 실시예 3-4에 대한 열 중성자 차폐율을 확인하기 위하여, 241Am-Be를 중성자 선원으로 사용하고, SP9 3He 비례계수기를 열중성자 검출기로 사용하여 중성자 계수율(neutron counting rate)를 측정하였다. To confirm the thermal neutron shielding rate for Examples 1-1 to 3-4, 241 Am-Be was used as a neutron source and SP9 3 He proportional counter was used as a thermal neutron detector to calculate neutron counting rate counting rate.
또한, 이때 상기 실시예 1-1 내지 실시예 3-4의 방사능 차폐 성능 비교를 위하여, 상기 비교예 1, 비교예 2 및 대조군 1 내지 대조군 3에 대한 각각의 중성자 계수율을 측정하였다.For comparison of the radioactivity shielding performance of Examples 1-1 to 3-4, the neutron counting ratios of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and
상기 중상서 계수율 측정은 먼저, 상기 열중성자 검출기에서 산란중성자의 검출을 차단하기 위하여 전면부를 제외한 나머지 부분을 카드뮴으로 차폐시키고 중성자 선원으로부터 상기 검출기를 거리 9cm의 위치에 설치하였다. 다음으로, 상기 중성자 선원에서 방출되는 중성자를 폴리에틸렌 감속재를 사용하여 속중성자를 에너지를 잃은 열중성자로 변환시킨 후, 차폐 시험 시료가 없는 상태(air)에서 중성자 계수율을 먼저 측정하였다.In order to block the detection of scattered neutrons in the thermal neutron detector, the remaining portion except for the front portion was shielded with cadmium and the detector was installed at a distance of 9 cm from the neutron source. Next, the neutrons emitted from the neutron source were converted to thermal neutrons lost energy by using a polyethylene moderator, and the neutron counts were first measured in the absence of a shielding test sample (air).
이 후, 검출기와 선원 사이에 상기 제조된 실시예 1-1 내지 실시예 3-4의 복합재, 비교예 1, 비교예 2 및 대조군 1 내지 대조군 3 을 샘플로 두고 중성자 계수율을 측정하고 모든 샘플 측정이 끝나면 다시 시험시료가 없는 상태에서 한번 더 중성자 계수율을 측정하였다.Thereafter, the neutron counting rate was measured between the detector and the source using the fabricated composite materials of Examples 1-1 to 3-4, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and
상기 측정된 계수율을 바탕으로 열중성자 차폐율을 산출하였으며, 이를 하기 표 3에 나타내었다.The thermal neutron shielding ratio was calculated based on the measured counting factors, and the results are shown in Table 3 below.
이를 참고하면, 실시예 1-1 내지 실시예 3-4 모두는 비교적 높은 열중성자 차폐율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이는, 상기 실시예 모두 높은 붕소(B) 함량을 나타내기 때문인 것으로 판단된다.As a result, it can be seen that all of Examples 1-1 to 3-4 exhibit a relatively high thermal neutron shielding ratio. This is because all of the above examples show a high boron (B) content.
또한, 붕소(B)와 가돌리니움(Gd)을 함께 포함하는 경우(실시예 3-1 내지 실시예 3-4) 현저히 향상된 열중성자 차폐율을 나타내며, 특히 상기 방사능 차폐용 복합재가 붕소 및 가돌리움을 포함하는 비정질 철계 합금으로, 콘크리트와 혼합되는 경우(실시예 3-4), 상기 콘크리트의 열중성자 차폐율에 의해 폴리에스테르와 상기 비정질 철계 합금이 혼합된 방사능 차폐용 복합재보다 현저히 향상된 열중성자 차폐율을 나타냄을 확인할 수 있었다.In addition, when the boron (B) and gadolinium (Gd) are included together (Examples 3-1 to 3-4), the radioactive shielding composite exhibits remarkably improved thermal neutron shielding ratio, (Example 3-4), the thermal neutron shielding ratio of the concrete resulted in a significantly improved thermal neutron than the radioactive shielding composite in which the polyester and the amorphous iron-based alloy were mixed Shielding ratio.
반면, 붕소를 전혀 포함하지 않는 시중에 판매되는 비정질 리본 FIBRAFLEX을 포함한 비교예의 경우, 열중성자 차폐율이 낮게 측정됨에 따라, 붕소 함량에 따라 열중성자 차폐율이 향상됨을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the comparative example including commercially available amorphous ribbon FIBRAFLEX containing no boron at all, it was confirmed that the thermal neutron shielding ratio was improved according to the boron content as the thermal neutron shielding ratio was measured to be low.
또한, 대조군 1은 폴리에스테르 자체가 열중성자 차폐 가능한 원소인 수소를 포함하고 있음에 따라 26.65%의 열중성자 차폐율을 나타내기는 하나, 상기 대조군 1 대비 상기 실시예 1-1의 붕소를 포함한 비정질 리본은 1vol.% 당 14~16% 정도의 차폐능 향상을 나타내는 바, 붕소를 높은 함량으로 포함함에 따라 열중성자 차폐율이 현저히 향상됨을 확인할 수 있었다. In contrast, in the
또한, 대조군 3의 경우 콘크리트 집합체 내부의 수소결합 및 두께의 영향으로 68.44%의 차폐능을 나타내나, 상기 대조군 3 대비 상기 실시예 4-1의 가돌리니움과 붕소를 포함한 비정질 리본은 1vol.%당 17.5% 정도의 차폐능 향상을 나타내는 바, 높은 함량의 붕소를 가돌리움과 함께 포함함에 따라 열중성자 차폐율이 현저히 향상됨을 확인할 수 있었다.
In contrast, the
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
Claims (12)
상기 a는 철(Fe)의 원자%로, 상기 a는 70 내지 80이며,
상기 b는 보론(B)의 원자%로 5＜b＜25이고,
상기 c는 X의 원자%로 1＜c＜15이며, 상기 X는 Mo이고,
상기 d는 Z의 원자%로 0≤d＜25 이고, 상기 Z는 Gd인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.Represented by the general formula Fe a B b X c Z d ,
Wherein a is atomic% of iron (Fe), a is 70 to 80,
B is 5 < b < 25 in atomic% of boron (B)
Wherein c is an atomic percentage of X of 1 < c < 15, X is Mo,
Wherein d is an atomic percentage of Z of 0? D <25, and Z is Gd.
상기 c는 3이고, d가 0.5 내지 10인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
Wherein c is 3 and d is 0.5 to 10.
상기 a는 72 내지 80인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
And a is from 72 to 80. The amorphous iron-based alloy according to claim 1,
상기 b는 15 내지 24.5인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
And b is from 15 to 24.5.
상기 a는 72이고, 상기 b는 15 내지 24.5이고, 상기 c는 3이고, 상기 d는 0.5 내지 10인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
The a is 72, the b is 15 to 24.5, the c is 3, and the d is 0.5 to 10. The amorphous iron-
상기 일반식이 Fe72B23Mo3Gd2 또는 Fe72B20Mo3Gd5 인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
Wherein the general formula is Fe 72 B 23 Mo 3 Gd 2 or Fe 72 B 20 Mo 3 Gd 5 .
상기 일반식이 Fe72B15Mo3Gd10 또는 Fe72B24.5Mo3Gd0.5인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
Wherein the general formula is Fe 72 B 15 Mo 3 Gd 10 or Fe 72 B 24.5 Mo 3 Gd 0.5 .
상기 Fe는 강(steel), 용선(pig iron), 주물선(cast iron), Fe-B 합금철, Fe-Cr 합금철, Fe-Mo 합금철 및 Fe-P합금철로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
Wherein the Fe is selected from the group consisting of steel, pig iron, cast iron, Fe-B alloy iron, Fe-Cr alloy iron, Fe-Mo alloy iron and Fe-P alloy iron. At least one amorphous iron-based alloy.
상기 비정질 철계 합금은 리본, 섬유, 조각, 벌크 또는 분말의 형상인 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
Wherein the amorphous iron-based alloy is in the form of ribbon, fiber, flake, bulk or powder.
상기 비정질계 철계 합금은 20 ~ 90%의 열중성자 차폐율을 나타내는 것을 특징으로 하는, 비정질 철계 합금.The method according to claim 1,
Wherein the amorphous iron-based alloy exhibits a thermal neutron shielding rate of 20 to 90%.
상기 복합재는, 20 ~ 90%의 열중성자 차폐율을 나타내는 것을 특징으로 하는, 방사능 차폐용 복합재.12. The method of claim 11,
Characterized in that the composite exhibits a thermal neutron shielding rate of 20 to 90%.
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