KR101831056B1 - 고엔트로피 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규한 고엔트로피 합금을 제공한다. 구체적으로, 고엔트로피 합금으로서, 상기 고엔트로피 합금은 체심입방형 결정 구조를 포함하고, 상기 체심입방형 결정 구조는 Al 원소; Ti 원소; 및 Cr, Mo, V, Hf, Zr 및 Nb 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 주원소로 포함하며, 상기 주원소 간의 함량 차이는 10 at% 이하이고, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 50 % 이상인 것인 고엔트로피 합금이 제공된다.

Description

고엔트로피 합금{HIGH ENTROPY ALLOY}

본 발명은 고엔트로피 합금에 관한 것이다.

전통적인 합금 시스템은 주요한 구성 원소, 예를 들면 철, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 지르코늄, 크롬, 납, 아연, 금, 은에 의해 분류되었다. 구체적으로, 전통적인 합금은 모두 단일 원소를 주요 합금 원소로 하고, 주요 합금 원소와 다른 종류의 원소는 부합금 원소로 된다. 최근, 급속 응고 합금, 기계 합금, 금속기 복합 재료가 발전하고 있지만, 그 합금 설계 및 합금 선택의 이념은 아직도 1종류의 원소를 주요한 것으로 하는 관념에서 벗어나지 않았다.

이에 최근 주목받고 있는 고엔트로피 합금(high entropy alloy; HEA)은 여러 개의 금속 원소가 유사한 분율로 구성되어, 첨가된 모든 원소가 주 원소로서 작용하는 합금 시스템으로, 합금 내에 유사한 원자 분율로 인하여 높은 혼합 엔트로피가 유발되고 이에 금속간화합물 혹은 중간체화합물 대신에 고온에서 안정한 간단한 구조의 고용체를 형성한다. 이 고용체는 구성원소간의 큰 반지름 차이로 인해 복잡한 내부응력이 나타나고 이로 인하여 심한 격자 변형을 유발한다. 또한, 복수의 합금 원소가 용질 원자로서 모두 작용하므로 매우 느린 확산 속도를 가지며 이로 인해 고온에서의 기계적 특성이 유지된다.

이러한 고엔트로피 합금은 일반적인 다성분계 합금에서 금속간 화합물이 용이하게 생성되는 것과는 달리 높은 혼합 엔트로피로 인하여 다성분 원소가 단순한 고용체를 형성하여 고용 강화를 통해 우수한 강도를 나타내며, 고온 환경에서도 우수한 기계적 특성을 나타낸다.

그러나, 이러한 고엔트로피 합금은 제조가 까다롭고, 고엔트로피 합금의 제조가 가능한 원소의 조합을 찾아내는 것 또한 매우 어려운 실정이다.

한국공개공보: KR 2013-0160454 A

본 발명은 신규한 고엔트로피 합금을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시상태는, 고엔트로피 합금으로서, 상기 고엔트로피 합금은 체심입방형 결정 구조를 포함하고, 상기 체심입방형 결정 구조는 Al 원소; Ti 원소; 및 Cr, Mo, V, Hf, Zr 및 Nb 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 주원소로 포함하며, 상기 주원소 간의 함량 차이는 10 at% 이하이고, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 50 % 이상인 것인 고엔트로피 합금을 제공한다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 고엔트로피 합금은 전통적인 합금에 비하여 우수한 경도를 가진다.

본 발명의 다른 실시상태에 따른 고엔트로피 합금은 높은 내식성으로 인하여, 이를 이용하여 제조한 물건은 우수한 내구성을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 실시상태에 따른 고엔트로피 합금은 우수한 열안정성을 가지므로, 열에 의한 변형이 최소화될 수 있으며, 우수한 고온 기계적 강도를 가질 수 있다.

도 1은 실시예 1, 실시예 4 및 실시예 7에 따른 고엔트로피 합금의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 고엔트로피 합금의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 6에 따른 AlMoTiV의 4원계 고엔트로피 합금을 용융한 후 투과 전자 현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 통하여 미세조직 분석을 한 이미지이다.
도 4는 실시예 7에 따른 AlCrMoTiV의 5원계 고엔트로피 합금을 용융한 후 투과 전자 현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 통하여 미세조직 분석을 한 이미지이다.
도 5는 실시예 1 내지 7에 따른 고엔트로피 합금의 비커스 경도를 나타낸 그래프이다.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시상태는, 고엔트로피 합금으로서,

상기 고엔트로피 합금은 체심입방형 결정 구조를 포함하고,

상기 체심입방형 결정 구조는 Al 원소; Ti 원소; 및 Cr, Mo, V, Hf, Zr 및 Nb 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 주원소로 포함하며,

상기 주원소 간의 함량 차이는 10 at% 이하이고,

상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 50 % 이상인 고엔트로피 합금을 제공한다.

본 발명에 따른 고엔트로피 합금은 전통적인 합금과는 달리, 혼합 엔트로피가 1 R 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금이 3개의 주원소로 이루어진 3원계 합금인 경우, 혼합 엔트로피는 1 R 이상일 수 있다. 또한, 상기 고엔트로피 합금이 4개의 주원소로 이루어진 4원계 합금인 경우, 혼합 엔트로피는 1.3 R 이상일 수 있다. 나아가, 상기 고엔트로피 합금이 5개의 주원소로 이루어진 5원계 합금인 경우, 혼합 엔트로피는 1.6 R 이상일 수 있다. 이에 반하여, 전통적인 합금은 혼합 엔트로피의 값이 매우 낮으며, 예를 들어, 전통적인 합금인 Ti-6Al-4V의 혼합 엔트로피는 0.48 R에 불과하다.

나아가, 합금의 대부분을 차지하는 주원소와 미량으로 포함되는 부원소로 이루어지는 전통적인 합금과는 달리, 본 발명에 따른 고엔트로피 합금은 복수의 주성분 원소 간의 함량 차이가 10 at% 이하, 구체적으로 5 at% 이하인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 주원소 각각의 함량이 동등한 수준으로 이루어진 고엔트로피 합금은 전통적인 합금과는 상이한 물성을 가지게 된다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 각각의 주원소의 함량은 상기 고엔트로피 합금에 대하여 15 at% 이상 35 at% 이하일 수 있다.

본 발명에 따른 고엔트로피 합금은 체심입방형 결정 구조를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 체심입방형 결정 구조로 이루어질 수 있다. 본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 주원소는 상기 체심입방형 결정 구조를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 50 % 이상의 불규칙 고용체를 포함하며, 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금에서의 불규칙 고용체의 함량은 50 %를 초과할 수 있다.

상기 고엔트로피 합금을 구성하는 체심입방형 결정은 규칙 고용체와 불규칙 고용체의 형태로 존재할 수 있으며, 상기 불규칙 고용체는 단일상 고용체를 형성할 수 있다. 상기 불규칙 고용체의 함량이 높을수록 고엔트로피 합금으로서의 특성이 잘 구현될 수 있으며, 본 발명에 따른 상기 고엔트로피 합금에 따르면, 불규칙 고용체의 함량이 50 % 이상이므로 고엔트로피 합금의 특성이 보다 잘 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 고엔트로피 합금의 상기 체심입방형 결정 구조는 주원소 간에 전율고용이 되지 않더라도, 주원소의 조합에 따라 단일상 고용체를 형성할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 70 % 이상 또는 80 % 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 90 % 이상 또는 95 % 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 100 % 일 수 있다.

상기 불규칙 고용체의 함량은 X선 회절(XRD; X-ray diffraction) 분석을 통해서 측정된 것이다. 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금에 대하여 XRD 분석을 하는 경우, 규칙 고용체와 불규칙 고용체의 피크가 나타나며, 이 피크값의 총합에서 규칙 고용체의 피크값을 뺀 것이 불규칙 고용체의 함량일 수 있다. X선 회절 분석을 통하여 상기 불규칙 고용체의 함량의 측정시, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 50 % 이상 또는 80 % 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 90 % 이상, 95 % 이상, 또는 100 % 일 수 있다.

또한, 상기 불규칙 고용체의 함량은 투과 전자 현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 통한 미세조직 분석을 통하여 측정된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금에 대하여 투과 전자 현미경으로 표면의 미세 조직을 분석하는 경우, 상기 고엔트로피 합금을 용융하여 투과 전자 현미경으로 미세조직을 관찰 할 수 있다. 상기 고엔트로피 합금에 대하여 투과 전자 현미경으로 표면의 미세 조직을 분석하는 경우, 규칙 고용체는 투과 전자 현미경을 통한 이미지에서 불규칙 고용체보다 밝은 형상으로 관찰될 수 있다. 투과 전자 현미경을 통한 이미지에서 규칙 고용체의 함량이 매우 적을 경우에는 실선 또는 스크래치와 같은 형상으로 밝게 관찰될 수 있으며, 규칙 고용체의 함량이 점차 많아지는 경우에는 판상 또는 원형과 같이 보다 넓은 면적에서 밝게 관측될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금에 대하여 투과 전자 현미경으로 표면의 미세 조직을 분석하는 경우, 규칙 고용체는 실선 또는 스크래치와 같은 형상으로 밝게 관찰될 수 있다. 나아가, 투과 전자 현미경을 통하여 샘플링된 이미지에서의 규칙 고용체의 면적을 제외한 면적의 비율을 통하여 불규칙 고용체의 함량을 측정할 수 있다. 투과 전자 현미경을 통하여 상기 불규칙 고용체의 함량 측정시, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 50 % 이상 또는 80 % 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 90 % 이상 또는 95 % 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 고엔트로피 합금은 안정화된 불규칙 고용체 결정의 함량이 높으므로, 우수한 고엔트로피 효과를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고엔트로피 합금은 불규칙 고용체 결정의 함량이 높으므로 격자 왜곡(lattice distortion) 현상이 극대화되어 높은 경도를 가질 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 고엔트로피 합금은 불규칙 고용체 결정의 함량이 높으므로 내부 원자의 확산이 어렵게 되어, 고온에서의 안정성이 우수한 장점이 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 체심입방형 결정 구조는 Al 원소; Ti 원소; 및 Cr, Mo, V, Hf, Zr 및 Nb 중에서 선택되는 2종 또는 3종의 원소를 주원소로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 체심입방형 결정구조는 Al 및 Ti을 주원소로 필수적으로 포함하고, Cr, Mo, V, Hf, Zr 및 Nb로 이루어진 군에서 선택되는 2종 또는 3종의 원소를 주원소로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 Al, Ti 및 Cr; Al, Ti, 및 Mo; 또는 Al, Ti 및 V를 주원소로 하는 3원계 합금일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 Al, Ti, Cr 및 Mo; Al, Ti, Cr 및 V; Al, Ti, Mo 및 V; Al, Ti, Hf 및 Zr; Al, Ti, Hf 및 Nb; Al, Ti, Zr 및 Nb; Al, Ti, Mo 및 Nb; Al, Ti, Mo 및 V; 또는 Al, Ti, Nb 및 V를 주원소로 하는 4원계 합금일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 Al, Ti, Cr, Mo 및 V; Al, Ti, Hf, Nb 및 Zr; 또는 Al, Ti, Mo, Nb 및 V를 주원소로 하는 5원계 합금일 수 있다.

상기 3원계, 4원계 및 5원계 고엔트로피 합금은 상기 체심입방형 결정 구조를 형성하는 주원소의 개수에 따른 것이다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 비금속 원소를 부원소로 포함할 수 있다.

상기 부원소는 상기 고엔트로피 합금의 제조과정에서 불가피하게 포함되는 불순물일 수 있다. 또한, 상기 부원소는 상기 고엔트로피 합금의 특성을 개선하기 위하여 상기 고엔트로피 합금에 인위적으로 포함될 수 있다.

상기 부원소는 상기 고엔트로피 합금의 체심입방형 결정 구조의 격자 내에 침입형 원소로 존재할 수 있다. 구체적으로, 상기 부원소는 상기 고엔트로피 합금의 체심입방형 결정 구조에 영향을 미치는 치환형 원소로서 존재하는 것이 아니다.

본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 비금속 원소는 H, B, C, N, O, P 및 S 로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 비금속 원소는 C, O, N 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고엔트로피 합금의 특성을 개선하기 위하여 포함시키는 비금속 원소는 C, O, N 또는 B 일 수 있다.

본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 부원소는 전체 고엔트로피 합금에 대하여 5 at% 미만일 수 있다. 구체적으로, 상기 부원소는 전체 고엔트로피 합금에 대하여, 0.01 at% 이상 5 at% 미만일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 부원소는 전체 고엔트로피 합금에 대하여, 0.01 at% 이상 3 at% 이하, 또는 0.01 at% 이상 1 at% 이하일 수 있다.

상기 부원소의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 고엔트로피 합금의 결정 구조에 영향을 주지 않을 정도의 불순물로서 포함될 수 있다. 또한, 상기 부원소의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 고엔트로피 합금의 기본 물성을 저해하지 않으면서 상기 고엔트로피 합금의 물성을 개선시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 주원소 간의 함량 차이는 5 at% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 주원소 간의 함량 차이는 2 at% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 어느 하나의 상기 주원소와 다른 하나의 상기 주원소 간의 원자 함량은 1:1일 수 있다. 상기 고엔트로피 합금은 주원소의 원자 함량 차이가 거의 없거나, 동일한 원자 함량(at%)을 가지며 결정 구조를 이룸으로써 안정적인 물성을 나타내고, 높은 경도를 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 주원소가 Al, Ti, Cr 및 Mo로 이루어지거나; Al, Ti, Cr, Mo 및 V로 이루어지며, 상기 고엔트로피 합금의 단일상 고용체 함량은 100 %일 수 있다.

본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 상기 고엔트로피 합금은 주원소가 Al, Ti 및 Cr로 이루어지거나; Al, Ti, 및 Mo로 이루어지거나; Al, Ti, Cr 및 V로 이루어지거나; Al, Ti, Mo 및 V로 이루어지며, 상기 고엔트로피 합금의 단일상 고용체 함량은 95 % 이상일 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

[ 실시예 1] AlCrTi 고엔트로피 합금의 제조

99.99 % 순도의 Al, 99.99 % 순도의 Cr 및 99.99 % 순도의 Ti을 동일한 몰수로 준비한 후, 이를 진공 플라즈마 아크 용융법을 이용하여 용융한 후 냉각하여 버튼 형상의 모합금 60 g을 제조하였다. 그리고, 상기 에그를 4등분하여 알루미나 도가니에 넣고, 1700 ℃의 온도에서 진공 유도 용해법을 통하여 용융시킨 후 몰드에 부어 AlCrTi의 3원계 고엔트로피 합금을 제조하였다.

[ 실시예 2] AlMoTi 고엔트로피 합금의 제조

99.99 % 순도의 Al, 99.99 % 순도의 Mo 및 99.99 % 순도의 Ti을 동일한 몰수로 준비한 후, 이를 진공 플라즈마 아크 용융법을 이용하여 용융한 후 냉각하여 버튼 형상의 모합금 60 g을 제조하였다. 그리고, 상기 에그를 4등분하여 알루미나 도가니에 넣고, 1700 ℃의 온도에서 진공 유도 용해법을 통하여 용융시킨 후 몰드에 부어 AlMoTi의 3원계 고엔트로피 합금을 제조하였다.

[ 실시예 3] AlVTi 고엔트로피 합금의 제조

99.99 % 순도의 Al, 99.99 % 순도의 V 및 99.99 % 순도의 Ti을 동일한 몰수로 준비한 후, 이를 진공 플라즈마 아크 용융법을 이용하여 용융한 후 냉각하여 버튼 형상의 모합금 60 g을 제조하였다. 그리고, 상기 에그를 4등분하여 알루미나 도가니에 넣고, 1700 ℃의 온도에서 진공 유도 용해법을 통하여 용융시킨 후 몰드에 부어 AlVTi의 3원계 고엔트로피 합금을 제조하였다.

[ 실시예 4] AlCrMoTi 고엔트로피 합금의 제조

99.99 % 순도의 Al, 99.99 % 순도의 Cr, 99.99 % 순도의 Mo 및 99.99 % 순도의 Ti을 동일한 몰수로 준비한 후, 이를 진공 플라즈마 아크 용융법을 이용하여 용융한 후 냉각하여 버튼 형상의 모합금 60 g을 제조하였다. 그리고, 상기 에그를 4등분하여 알루미나 도가니에 넣고, 1700 ℃의 온도에서 진공 유도 용해법을 통하여 용융시킨 후 몰드에 부어 AlCrMoTi의 4원계 고엔트로피 합금을 제조하였다.

[ 실시예 5] AlCrTiV 고엔트로피 합금의 제조

99.99 % 순도의 Al, 99.99 % 순도의 Cr, 99.99 % 순도의 Ti 및 99.99 % 순도의 V을 동일한 몰수로 준비한 후, 이를 진공 플라즈마 아크 용융법을 이용하여 용융한 후 냉각하여 버튼 형상의 모합금 60 g을 제조하였다. 그리고, 상기 에그를 4등분하여 알루미나 도가니에 넣고, 1700 ℃의 온도에서 진공 유도 용해법을 통하여 용융시킨 후 몰드에 부어 AlCrTiV의 4원계 고엔트로피 합금을 제조하였다.

[ 실시예 6] AlMoTiV 고엔트로피 합금의 제조

99.99 % 순도의 Al, 99.99 % 순도의 Mo, 99.99 % 순도의 Ti 및 99.99 % 순도의 V을 동일한 몰수로 준비한 후, 이를 진공 플라즈마 아크 용융법을 이용하여 용융한 후 냉각하여 버튼 형상의 모합금 60 g을 제조하였다. 그리고, 상기 에그를 4등분하여 알루미나 도가니에 넣고, 1700 ℃의 온도에서 진공 유도 용해법을 통하여 용융시킨 후 몰드에 부어 AlMoTiV의 4원계 고엔트로피 합금을 제조하였다.

[ 실시예 7] AlCrMoTiV 고엔트로피 합금의 제조

99.99 % 순도의 Al, 99.99 % 순도의 Cr, 99.99 % 순도의 Mo, 99.99 % 순도의 Ti 및 99.99 % 순도의 V을 동일한 몰수로 준비한 후, 이를 진공 플라즈마 아크 용융법을 이용하여 용융한 후 냉각하여 버튼 형상의 모합금 60 g을 제조하였다. 그리고, 상기 에그를 4등분하여 알루미나 도가니에 넣고, 1700 ℃의 온도에서 진공 유도 용해법을 통하여 용융시킨 후 몰드에 부어 AlCrMoTiV의 5원계 고엔트로피 합금을 제조하였다.

도 1은 실시예 1, 실시예 4 및 실시예 7에 따른 고엔트로피 합금의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 1에 따르면, 실시예 1에 따른 AlCrTi의 3원계 고엔트로피 합금은 규칙 고용체가 매우 적게 검출되고, 대부분이 불규칙 고용체인 것을 확인할 수 있다. 그리고, 실시예 4에 따른 AlCrMoTi의 4원계 고엔트로피 합금 및 실시예 7에 따른 AlCrMoTiV의 5원계 고엔트로피 합금은 규칙 고용체가 검출되지 않고 불규칙 고용체만이 검출된 것을 확인할 수 있다.

도 1에서의 x축은 XRD 분석시 시편에 입사되는 X선과 시편에서 반사되어 나오는 X선의 각도를 의미한다. XRD 분석시, 특정 위치에서 피크가 관찰되는 것을 통하여 시편의 결정 구조를 파악할 수 있다.

도 2는 실시예 2, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 고엔트로피 합금의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 2에 따르면, 실시예 2에 따른 AlMoTi의 3원계 고엔트로피 합금, 실시예 5에 따른 AlCrTiV의 4원계 고엔트로피 합금 및 실시예 6에 따른 AlMoTiV의 4원계 합금은 규칙 고용체가 매우 적게 검출되고, 대부분이 불규칙 고용체인 것을 확인할 수 있다.

도 3은 실시예 6에 따른 AlMoTiV의 4원계 고엔트로피 합금을 용융한 후 투과 전자 현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 통하여 미세조직 분석을 한 이미지이다. 도 3에 따르면, AlMoTiV의 4원계 고엔트로피 합금은 화살표로 표시된 스크래치 형태의 밝은 실선으로 나타나는 규칙 고용체는 극히 일부분에 불과하고, 대부분이 불규칙 고용체로 이루어져 있음을 알 수 있다.

도 4는 실시예 7에 따른 AlCrMoTiV의 5원계 고엔트로피 합금을 용융한 후 투과 전자 현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 통하여 미세조직 분석을 한 이미지이다. 도 4에 따르며, AlCrMoTiV의 5원계 고엔트로피 합금은 화살표로 표시된 스크래치 형태의 밝은 실선으로 나타나는 규칙 고용체는 극히 일부분에 불과하고, 대부분이 불규칙 고용체로 이루어져 있음을 알 수 있다.

[경도 테스트]

실시예 1 내지 실시예 7에 따른 고엔트로피 합금의 물성을 파악하기 위하여, 비커스 경도(Vickers hardness)를 측정하였다. 구체적으로, 0.5 kg 하중의 다이아몬드 압입자를 이용하여 실시예 1 내지 7에 따른 고엔트로피 합금을 압입하여 오목부의 대각선을 측정하는 방법으로 비커스 경도를 측정하였다. 각 고엔트로피 합금에 대하여 5 부분의 비커스 경도를 측정하여 평균값을 낸 결과는 하기 표 1과 같다.

나아가, 도 5는 실시예 1 내지 7에 따른 고엔트로피 합금의 비커스 경도를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 5는 상기 표 1에 대한 데이터를 그래프화한 것이다.

참고로, 전통적인 합금인 Ti-6Al-4V의 비커스 경도는 350 Hv 내지 450 Hv인 점에 비추어, 실시예 1 내지 7에 따른 고엔트로피 합금은 우수한 경도를 가지는 것을 알 수 있다.

Claims (9)

1. 고엔트로피 합금으로서,
   상기 고엔트로피 합금은 Al, Ti 및 Cr; Al Ti 및 Mo; 또는 Al Ti 및 V를 주원소로 하는 3원계 합금, 또는
   Al, Ti, Cr 및 Mo; Al, Ti, Cr 및 V; Al, Ti, Mo 및 V; Al, Ti, Hf 및 Zr; Al, Ti, Hf 및 Nb; Al, Ti, Zr 및 Nb; Al, Ti, Mo 및 Nb; 또는 Al, Ti, Mo 및 V;를 주원소로 하는 4원계 합금을 포함하고,
   상기 주원소는 상기 고엔트로피 합금의 체심입방형 결정 구조를 형성하는 치환형 원소이며,
   상기 주원소 간의 함량 차이는 10 at% 이하이고,
   상기 고엔트로피 합금의 불규칙 고용체의 함량은 50 % 이상인 것인 고엔트로피 합금.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 고엔트로피 합금은 비금속 원소를 부원소로 더 포함하고,
   상기 부원소는 상기 고엔트로피 합금의 결정 구조를 형성하지 않고 격자 내에 구비되는 침입형 원소인 것인 고엔트로피 합금.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 부원소는 전체 고엔트로피 합금에 대하여 5 at% 미만인 것인 고엔트로피 합금.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 비금속 원소는 H, B, C, N, O, P 및 S 로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 고엔트로피 합금.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 주원소 간의 함량 차이는 5 at% 이하인 것인 고엔트로피 합금.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

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