KR102456026B1 - Apparatus for measurement of glass forming ability and measurement methods of using the same - Google Patents
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Abstract
상부금형과 하부금형이 결합하여 원반형으로 형성되되 용해된 금속이 주입되는 중앙의 주입공간과 상기 주입공간 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간을 포함하는 캐비티(cavity)를 구비하는 몰드; 및 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전시키는 회전부;를 포함하고, 상기 비정질 형성공간의 단면 폭은 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지는 것을 특징으로 하는 비정질 형성능 측정장치 및 그를 이용한 비정질 형성능 측정방법을 제공한다.a mold formed in a disk shape by combining an upper mold and a lower mold, the mold having a cavity including a central injection space into which the molten metal is injected and an amorphous formation space formed around the injection space; and a rotating part for rotating the mold so that centrifugal force is applied to the molten metal, wherein the cross-sectional width of the amorphous forming space has a gradient that gradually decreases toward the edge. A measurement method is provided.
Description
본 발명은 비정질 형성능 측정장치 및 그를 이용한 비정질 형성능 측정방법에 관한 것으로, 재현성이 높으며 연구자에 따른 편차가 낮아 신뢰성을 높일 수 있고, 임의의 냉각속도에서 비정질 합금의 최대 직경을 도출할 수 있는 비정질 형성능 측정장치 및 그를 이용한 비정질 형성능 측정방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring amorphous formation ability and a method for measuring amorphous formation ability using the same, and has high reproducibility and low variation according to researchers, so reliability can be increased, and amorphous formation ability capable of deriving the maximum diameter of an amorphous alloy at an arbitrary cooling rate It relates to a measuring device and a method for measuring amorphous formation ability using the same.
금속계 유리질 합금 (Metallic Glass Alloy) 및 비정질 합금(Amorphous Alloy)은 상온에서도 결정학적으로 규칙적인 주기성이 없이 액체상태의 무질서한 구조를 갖는 금속 재료를 말한다. 금속계 유리질 합금 및 비정질 합금은 일반적인 결정구조를 가진 금속에 비해 인장강도, 경도, 내식성, 내마모성, 영률(Young's Modulus) 등의 특성이 매우 우수한 소재라 할 수 있다. Metallic glass alloy and amorphous alloy refer to a metal material having a disordered structure in a liquid state without crystallographically regular periodicity even at room temperature. Metal-based vitreous alloys and amorphous alloys can be said to have very superior properties such as tensile strength, hardness, corrosion resistance, abrasion resistance, and Young's modulus compared to metals having a general crystal structure.
그러나, 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금은 합금조성에 따라 샘플 전체에 걸쳐 비정질상을 유지할 수 있는 임계 두께가 한정된다. 상온에서도 100% 비정질상을 갖는 임계 두께는 액체상태에서 고체상태로 응고되는 과정에서 냉각속도에 의해서 결정되는데, 임의의 응고조건에서 어떤 비정질 합금이 갖는 임계 두께를 비정질 형성능 (GFA, Glass Forming Ability)이라고 정의한다. 비정질 형성능 지배인자는 유리천이온도(Tg), 결정화 개시온도(Tx), 융점(Tm)과 같은 비정질의 특성온도와, 합금성분의 원자크기 차이, 과냉된 액상의 점도 등을 들 수 있다.However, the metal-based glassy alloy or the amorphous alloy has a critical thickness that can maintain the amorphous phase throughout the sample depending on the alloy composition. The critical thickness with 100% amorphous phase even at room temperature is determined by the cooling rate in the process of solidification from a liquid state to a solid state. define. The amorphous forming ability controlling factors include the glass transition temperature (T g ), the crystallization initiation temperature (T x ), the characteristic temperature of the amorphous material such as the melting point (T m ), the difference in the atomic size of the alloy components, and the viscosity of the supercooled liquid phase. .
일반적으로 벌크 비정질 합금의 비정질 형성능은 임계 냉각속도(Rc)를 통하여 상호비교할 수 있으며, 정확한 임계 냉각속도는 단순한 방법으로 측정하기는 곤란하기 때문에 상대적으로 측정이 용이한 벌크 비정질화 최대직경(두께)을 통하여 비정질 형성능을 나타낸다. 따라서, 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금의 비정질 형성능을 측정할 수 있는 장치가 필요한데, 이에 대해 일본등록특허 제 3925564호에 공지된 바 있다. In general, the amorphous formation ability of bulk amorphous alloys can be compared with each other through the critical cooling rate (Rc), and since it is difficult to measure the exact critical cooling rate by a simple method, it is relatively easy to measure the maximum diameter (thickness) of the bulk amorphous alloy. through the amorphous formation ability. Therefore, there is a need for an apparatus capable of measuring the amorphous forming ability of a metallic glassy alloy or an amorphous alloy, which is known in Japanese Patent Registration No. 3925564.
상기의 특허와 같은 장치들은 일반적으로 도 1과 같이 도시될 수 있다. 도 1은 종래의 비정질 형성능 측정장치를 나타낸 것으로, 용융시킨 금속계 유리질 합금 또는 용해된 금속(10a)을 아르곤의 불활성기체 분위기하에 Conical 또는 cylindrical한 형태의 중공부를 가지는 순동금형(20)에 주입하는데, 순동금형(20)의 중공부에 연결된 진공펌프(30)가 중공부 내부를 음압으로 형성하여 용융된 금속계 유리질 합금 또는 용해된 금속(10a)이 주입되는 방식이다. 용융된 금속계 유리질 합금 또는 용해된 금속(10a)은 순동금형(20)으로 인해 주입과 함께 냉각되어 Conical 또는 cylindrical한 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금으로 성형된다. 즉, 순동금형(20)을 이용한 흡입주조(Suction Casting)에 의해 수 그램(g)의 미량 합금에 대해 rod 또는 conical 형태의 시험편(10)을 두께별로 제조하여 비정질 형성능을 측정한다. 상기와 같은 비정질 형성능 측정은 시편이 1mm 이하인 경우 측정이 불가능할 수 있다. 또한, 비정질 형성능 측정에 대한 표준공정 조건의 국제적인 규정이 미비하여, 현재까지 이에 대한 국제표준은 존재하지 않고 있다. 따라서 해당 분야에서 측정방법들을 연구하고 있으나, 상기의 방법은 측정과정이 번거롭고 재현성이 낮으며, 연구자에 따라 편차가 발생할 수 있어서 신뢰성이 낮다는 한계가 있다고 볼 수 있다.A device such as the above patent may be generally shown as in FIG. 1 . 1 shows a conventional amorphous forming ability measuring apparatus, a molten metallic glassy alloy or a
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다양한 두께의 시편을 동시에 제조하고 재현성이 높으며 연구자에 따른 편차가 낮아 신뢰성을 높일 수 있는 비정질 형성능 측정장치 및 그를 이용한 비정질 형성능 측정방법을 제공하는 것에 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an amorphous-forming ability measuring apparatus and amorphous-forming ability measuring method using the same, which can simultaneously manufacture specimens of various thicknesses, have high reproducibility, and have low variation according to researchers, thereby increasing reliability.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 임의의 냉각속도에서 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금의 최대 직경(두께)을 도출할 수 있으며, 정확도를 높일 수 있는 비정질 형성능 측정장치 및 그를 이용한 비정질 형성능 측정방법을 제공하는 것에 목적이 있다.In addition, the technical problem to be achieved by the present invention is that it is possible to derive the maximum diameter (thickness) of a metallic glassy alloy or an amorphous alloy at an arbitrary cooling rate, and an amorphous forming ability measuring device capable of increasing accuracy and an amorphous forming ability measuring method using the same purpose is to provide.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 상부금형과 하부금형이 결합하여 원반형으로 형성되되 용해된 금속이 주입되는 중앙의 주입공간과 상기 주입공간 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간을 포함하는 캐비티(cavity)를 구비하는 몰드; 및 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전시키는 회전부;를 포함하고, 상기 비정질 형성공간의 단면 폭은 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지는 것을 특징으로 하는 비정질 형성능 측정장치를 제공할 수 있다. In order to solve the above problem, the present invention is formed in a disk shape by combining an upper mold and a lower mold, and includes an injection space in the center into which molten metal is injected and an amorphous formation space formed around the injection space. ) having a mold; and a rotating part that rotates the mold so that centrifugal force is applied to the molten metal, wherein the cross-sectional width of the amorphous forming space has an inclination gradient that gradually decreases toward the edge. .
상기 비정질 형성능 측정장치는, 비정질 형성능을 측정하고자 하는 모합금을 용해시키는 용해부; 및 상기 용해부와 몰드 사이에 위치하여 용해된 금속을 몰드에 주입하는 주입부;를 포함할 수 있다.The amorphous-forming ability measuring device includes: a dissolving unit for dissolving the master alloy to measure the amorphous-forming ability; and an injection unit positioned between the dissolving unit and the mold to inject the molten metal into the mold.
상기 몰드는, 상기 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 상기 캐비티의 반경, 상기 캐비티의 경사구배 각을 변경시키는 것일 수 있다.The mold may change a rotation angular velocity, a radius of the cavity, and an inclination gradient angle of the cavity according to the type of the molten metal.
상기 캐비티는, 주입공간의 단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지되, 상기 주입공간의 경사구배 각은 상기 비정질 형성공간의 경사구배 각보다 큰 것일 수 있다.The cavity may have an inclination gradient in which the cross-sectional width of the implantation space gradually decreases toward the edge, and the inclination gradient angle of the implantation space may be greater than the inclination gradient angle of the amorphous formation space.
또한, 상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 상부금형과 하부금형이 결합하여 원반형으로 형성되되 중앙의 주입공간과 상기 주입공간 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간을 포함하는 캐비티(cavity)를 구비하는 몰드에 용해된 금속을 주입하는 단계; 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 회전부가 상기 몰드를 회전시키고, 회전으로 인한 원심력으로 용해된 금속이 상기 비정질 형성공간 내부로 유입되면서 상기 몰드를 통해 냉각되는 단계; 단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 상기 비정질 형성공간의 경사구배에 따라 상기 비정질 형성공간에 대응하여 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속이 제조되는 단계; 및 제조된 비정질 금속의 시편에서 결정화가 시작되는 두께를 검출하는 것을 특징으로 하는 비정질 형성능 측정방법을 제공할 수 있다. In addition, in order to solve the above problem, the present invention is formed in a disk shape by combining an upper mold and a lower mold, and having a cavity including a central injection space and an amorphous formation space formed around the injection space. pouring the molten metal into the mold; rotating the mold so that a centrifugal force is applied to the molten metal, and cooling the mold through the mold while the molten metal is introduced into the amorphous formation space by the centrifugal force caused by the rotation; manufacturing an amorphous metal whose thickness is continuously changed to correspond to the amorphous formation space according to the inclination gradient of the amorphous formation space whose cross-sectional width gradually decreases toward the edge; And it can provide a method for measuring the ability to form amorphous, characterized in that for detecting the thickness at which crystallization starts in the prepared amorphous metal specimen.
상기 몰드를 회전시키는 것은, 상기 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도를 변화시키거나, 상기 캐비티의 반경, 상기 캐비티의 경사구배 각을 변경시킨 몰드를 회전시키는 것일 수 있다.Rotating the mold may include rotating the mold by changing the rotation angular velocity or changing the radius of the cavity and the inclination gradient angle of the cavity according to the type of the molten metal.
상기 캐비티는 주입공간의 단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지되, 상기 주입공간의 경사구배 각은 상기 비정질 형성공간의 경사구배 각보다 큰 것일 수 있다.The cavity may have an inclination gradient in which the cross-sectional width of the implantation space gradually decreases toward the edge, and the inclination gradient angle of the implantation space may be greater than that of the amorphous formation space.
본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치 및 그를 이용한 비정질 형성능 측정방법은 경사구배를 가지며 회전하는 몰드부를 구비하여 다양한 두께의 시편을 동시에 제조함으로써 재현성이 높으며 연구자에 따른 편차가 낮아 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 시편으로부터 임의의 냉각속도에서 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금의 최대 직경을 도출할 수 있으며, 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.The amorphous forming ability measuring apparatus and the amorphous forming ability measuring method using the same according to an embodiment of the present invention have a high reproducibility by simultaneously manufacturing specimens of various thicknesses by having a mold part that rotates with a slope gradient, and the variation according to the researcher is low, so the reliability can be increased. there are advantages to In addition, it is possible to derive the maximum diameter of the metallic glass alloy or an amorphous alloy from the specimen at any cooling rate, there is an effect of increasing the accuracy.
도 1은 종래의 비정질 형성능 측정장치를 나타낸 도면 및 시편을 나타낸 사진,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치의 금형을 나타낸 단면도 및 시편을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치로 제조한 시편을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정방법을 나타낸 공정흐름도이다.1 is a view showing a conventional amorphous forming ability measuring apparatus and a photograph showing a specimen;
2 is a perspective view showing an amorphous forming ability measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view showing a mold of an amorphous forming ability measuring device according to an embodiment of the present invention and a perspective view showing a specimen;
4 is a cross-sectional view showing a specimen manufactured by an amorphous forming ability measuring device according to an embodiment of the present invention;
5 is a process flow diagram illustrating a method for measuring an amorphous formation ability according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. And, in the drawings, the length, thickness, etc. of layers and regions may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 종래의 비정질 형성능 측정장치를 나타낸 도면 및 시편을 나타낸 사진, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치를 나타낸 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치의 금형을 나타낸 단면도 및 시편을 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치로 제조한 시편을 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정방법을 나타낸 공정흐름도이다.1 is a view showing a conventional amorphous forming capacity measuring apparatus and a photograph showing a specimen, FIG. 2 is a perspective view showing an amorphous forming capacity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an amorphous forming capacity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention A cross-sectional view showing a mold of the and a perspective view showing a specimen, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a specimen manufactured by an amorphous forming ability measuring device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a process showing an amorphous forming capacity measuring method according to an embodiment of the present invention It is a flow chart.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치(100)는 상부금형(131)과 하부금형(133)이 결합하여 원반형으로 형성되되 용해된 금속(10a)이 주입되는 중앙의 주입공간(135a)과 상기 주입공간(135a) 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간(135b)을 포함하는 캐비티(cavity;135)를 구비하는 몰드(130); 및 용해된 금속(10a)에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전(R)시키는 회전부;를 포함할 수 있다. 나아가서, 상기 비정질 형성능 측정장치(100)는, 비정질 형성능을 측정하고자 하는 모합금(10b)을 용해시키는 용해부(110); 및 상기 용해부(110)와 몰드(130) 사이에 위치하여 용해된 금속(10a)을 몰드(130)에 주입하는 주입부(120);를 포함할 수 있다. 여기에서 상기 몰드의 캐비티(135)에 주입되는 것은 비정질 형성능 측정이 필요한 모든 금속 소재를 포함할 수 있는 것은 자명하다 할 수 있다.2 to 4, in the amorphous forming
또한, 상기 비정질 형성공간(135b)의 단면 폭(d)은 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지며, 상기 용해된 금속(10a)은, 상기 원심력으로 인해 상기 비정질 형성공간(135b) 내부로 유입되면서 상기 몰드(130)를 통해 냉각되며, 상기 비정질 형성공간(135b)에 대응하여 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속이 제조되고, 제조된 비정질 금속 시편(11)에서 결정화가 시작되는 두께를 검출하여 비정질화 최대 두께를 구하는 것일 수 있다. In addition, the cross-sectional width d of the amorphous forming
상세히 설명하면, 용해부(110)는 모합금(10b)이 위치하는 도가니(112)와, 도가니(112) 주변에 위치하여 상기 도가니(112)의 내부에 위치한 모합금(10b)을 용융시키는 가열수단(114)을 포함할 수 있으며, 예로써 가열수단(114)은 유도코일을 적용할 수 있다. In detail, the melting unit 110 is heated to melt the crucible 112 in which the
용해된 금속(10a)은 몰드의 캐비티(135)로 주입될 수 있다. 즉, 상부금형(131)과 하부금형(133)이 결합하여 원반형으로 형성된 캐비티(135)의 중앙의 주입공간(135a)으로 용해된 금속(10a)이 주입될 수 있으며, 상기 몰드(130)를 회전시키는 회전부(미도시)에 의해 몰드(130)에는 원심력이 적용되어 상기 주입공간(135a) 주변 둘레에 형성된 비정질 형성공간(135b)에 용해된 금속(10a)이 충진될 수 있다. 예로써, 용해된 금속(10a) 100 내지 3000g이 상기 캐비티(135)로 주입될 수 있으며, 상기 상부금형(131)과 하부금형(133)은 열전도성이 높은 순동으로 구비되어 냉각속도를 빠르게 할 수 있다.The
회전부에 의해 상기 몰드(130)가 회전(R)하는 경우 원심력이 발생하게 되고, 원심력에 의해 몰드(130)의 가장자리까지, 즉 비정질 형성공간(135b)으로 용해된 금속(10a)이 충진될 수 있다. 몰드(130)의 각 위치에 작용하는 원심력은 F = m■2r (여기서, F = 원심력, m = 질량, ω = 각속도, r = 몰드 중심에서 각 위치까지의 거리]로 정의되는데, 각속도를 높이거나 몰드의 반경을 증가시킴으로써 작용하는 원심력을 임의로 제어할 수 있으므로, 비정질 형성능이 떨어지는 비정질 합금에 대해서도 정확한 비정질 형성능 측정이 가능할 수 있다. When the
이 경우, 상기 캐비티(135)는, 주입공간(135a)의 단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지되, 상기 주입공간(135a)의 경사구배 각(θ)은 상기 비정질 형성공간(135b)의 경사구배 각보다 큰 것일 수 있다. 따라서, 주입공간(135a)에 위치한 용해된 금속(10a)이 원심력에 의한 비정질 형성공간(135b) 충진에 걸림이 없이 더욱 원활히 이루어질 수 있다.In this case, the
원심력에 의해 비정질 형성공간(135b)까지 충진된 용해된 금속(10a)은 상하부 금형과 맞닿은 영역부터 냉각되어 비정질합금 시편(11)이 성형될 수 있다. 즉, 원심력에 의해 용해된 금속(10a)이 비정질 형성공간(135b)에 빠르게 충진됨과 동시에 최대한 빠르게 냉각될 수 있으며, 알려진 임계 냉각속도보다 빠르게 냉각될 수 있으므로 비정질을 제조할 수 있는 최대의 두께를 도출할 수 있다. 특정 조성을 가진 합금이 어느 정도의 비정질 형성능을 갖는지에 대한 평가는 일반적으로 주어진 급속 냉각공정의 냉각속도에 따라 상대적인 값을 나타낸다. 이러한 비정질 형성능은 합금의 조성과 냉각속도에 의존적이며, 일반적으로 냉각속도는 주조 두께에 역비례하므로, 주조 시 비정질을 얻을 수 있는 용해된 금속의 임계 두께를 평가함으로써 비정질 형성능을 상대적으로 정량화할 수 있다.The
이 경우, 본 발명은 종래기술과는 달리 rod 형태가 아닌 단면이 conical 형태를 가진 판재 형태(도3의 10)로 주조 성형될 수 있으며, 상부금형(131)과 하부금형(133)의 갭(d), 즉 비정질 형성공간(135b)의 단면 폭(d)에 따라 성형된 비정질합금 시편(11)은 100㎛ 내지 5000㎛의 두께를 가지는 경사구배를 가진 단면의 형태를 구비할 수 있다. In this case, in the present invention, unlike the prior art, it can be cast and molded in the form of a plate (10 in FIG. 3) having a conical cross-section, not a rod form, and the gap between the
따라서 1mm 이하 시편의 경우 비정질 형성능 측정이 불가능한 종래와 달리, 본 발명의 비정질 형성능 측정장치(100)는 마이크로미터 단위의 측정까지 재현성 있게 측정이 가능한 장점이 있다. 또한, 비정질 합금 시편(11)은 비정질 형성공간(135b)의 원주단부까지 구배각이 형성된 단면을 구비하므로, 위치에 따라 다양한 두께를 가지는 시편을 제조한다고 볼 수 있으며, 이는 연구자에 따른 편차 발생을 감소시킬 수 있으며, 비정질 합금의 임의의 냉각온도에 따른 비정질 합금의 최대 두께를 도출할 수 있고, 측정 결과의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.Therefore, in the case of a specimen of 1 mm or less, unlike the prior art in which it is impossible to measure the amorphous forming ability, the amorphous forming
상기 몰드(130)는, 상부금형(131)과 하부금형(133)의 비정질 형성공간(135b)에 충진되는 용융 비정질 합금에 원심력을 가하여 충진의 효율을 높임으로써 응고되는 비정질 합금 시편의 높이 조절 및 균일한 냉각을 위해 중력가속도의 50 내지 100배 크기의 원심력으로 회전하는 것일 수 있다. 중력가속도의 50배 미만이면, 원심력이 낮아 100㎛의 미세한 갭(d)에 조밀하게 충진되지 않아 표면에 불연속 응고층이 형성되고 불균일하게 냉각 응고된 시편을 얻을 수 있으며, 100배를 초과하면 상기 몰드(130)를 회전시키는 회전부의 구동에 과부하가 걸릴 수고 진동이 심하게 발생하여 오히려 충진을 방해하는 문제을 야기하기 때문에 상기의 원심력을 가지는 것이 바람직하다.The
나아가서, 상기 몰드(130)는, 비정질 형성능을 측정하고자 하는 금속의 종류에 따라 몰드(130)의 회전 각속도, 상기 캐비티(135)의 반경, 상기 캐비티(135)의 경사구배 각을 변경시키는 것일 수 있다. 몰드(130)에 주입된 용해된 금속(10a)은 몰드(130)에 맞닿은 영역부터 냉각되며 시편(11)이 형성될 수 있는데, 몰드(130)의 회전 각속도, 상기 캐비티(135)의 반경, 상기 캐비티(135)의 경사구배 각을 변경시킴으로써 비정질 합금의 종류에 따라 다양한 두께의 시편을 서로 다른 냉각조건으로 형성하여, 임의의 냉각속도에서 비정질 합금의 최대 두께를 도출할 수 있는 장점이 있다.Furthermore, the
여기에서 냉각속도는 결정질 합금의 dendrite arm spacing (DAS)를 측정하여 구해질 수 있다. 라멜라 조직 내의 층상 간격은 λ2R = C (C는 상수)을 만족하는데, Jackson-Hunt 방법을 이용하여 층상 간격을 측정함으로써 냉각속도를 구할 수 있다. 제조된 비정질 합금의 시편을 광학현미경 또는 전자현미경으로 관찰하여 결정립 생성 여부를 확인할 수 있으므로, 비정질화 최대두께를 알아낼 수 있다. 이 경우, 냉각 속도를 측정하는 방법은 비정질 합금이 아닌 결정질 합금의 dendrite arm spacing (DAS)을 측정하여 구해질 수 있다.Here, the cooling rate can be obtained by measuring the dendrite arm spacing (DAS) of the crystalline alloy. The lamellar spacing in the lamellar tissue satisfies λ 2 R = C (C is a constant), and the cooling rate can be obtained by measuring the lamellar spacing using the Jackson-Hunt method. By observing the prepared specimen of the amorphous alloy with an optical microscope or an electron microscope, it is possible to determine whether or not grains are formed, so that the maximum thickness of amorphization can be found. In this case, the method of measuring the cooling rate may be obtained by measuring the dendrite arm spacing (DAS) of a crystalline alloy rather than an amorphous alloy.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치로 제조한 시편을 나타낸 단면도로써, a는 비정질상과 결정질 상의 경계를 나타낸 부분이고, b는 비정질이라고 판단되는 임계 두께를 나타낸 것으로 이 때의 두께를 Rc(maximum amorphous section thickness or diameter) 값이라 할 수 있다. 따라서 비정질 형성능의 정도를 Rc 값을 통하여 나타낼 수 있다.4 is a cross-sectional view showing a specimen manufactured by an amorphous forming ability measuring device according to an embodiment of the present invention, where a is a portion showing the boundary between an amorphous phase and a crystalline phase, and b is a critical thickness determined to be amorphous, and the thickness at this time can be called Rc (maximum amorphous section thickness or diameter) value. Therefore, the degree of amorphous formation ability can be expressed through the Rc value.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정방법은 상부금형(131)과 하부금형(133)이 결합하여 원반형으로 형성되되 중앙의 주입공간(135a)과 상기 주입공간(135a) 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간(135b)을 포함하는 캐비티(135)를 구비하는 몰드(130)에 용해된 금속(10a)을 주입(S120)할 수 있다. 여기에서 상기 몰드(130)에 주입되는 것은 비정질 형성능 측정이 필요한 모든 금속 소재를 포함할 수 있는 것은 자명하다 할 수 있다. 2 to 5 , in the method for measuring amorphous forming ability according to an embodiment of the present invention, the
예로써, 용해된 금속(10a) 100 내지 3000g이 상기 캐비티(135)로 주입될 수 있으며, 상기 상부금형(131)과 하부금형(133)은 열전도성이 높은 순동으로 구비되어 냉각속도를 빠르게 할 수 있다.For example, 100 to 3000 g of the
다음으로, 용해된 금속(10a)에 원심력이 가해지도록 회전부가 상기 몰드(130)를 회전시키고, 회전으로 인한 원심력으로 용해된 금속(10a)이 상기 비정질 형성공간(135b) 내부로 유입되면서 상기 몰드(130)를 통해 냉각(S130)될 수 있다. Next, the rotating part rotates the
상기 몰드(130)을 회전시키는 것은, 중력가속도의 50 내지 100배 크기의 원심력으로 회전시키는 것일 수 있다. 즉, 상부금형(131)과 하부금형(133)의 비정질 형성공간(135b)인 갭(d)에 충진되는 용해된 금속(10a)의 깊이 조절 및 균일한 냉각을 위해, 몰드(130)는 중력가속도의 50 내지 100배 크기의 원심력으로 회전하는 것일 수 있다. 중력가속도의 50배 미만이면, 원심력이 낮아 용융 비정질 합금이 100㎛의 미세한 갭(d)에 조밀하게 충진되지 않아 표면에 불연속 응고층이 형성되고 불균일하게 냉각 응고된 시편을 얻을 수 있으며, 100배를 초과하면 상기 몰드(130)를 회전시키는 회전부의 구동에 과부하가 걸릴 수고 진동이 심하게 발생하여 오히려 충진을 방해하는 문제을 야기하기 때문에 상기의 원심력을 가지는 것이 바람직하다.Rotating the
나아가서, 상기 몰드(130)를 회전시키는 것은, 상기 용해된 금속(10a)의 종류에 따라 회전 각속도를 변화시키거나, 캐비티(135)의 반경 또는 캐비티(135)의 경사구배 각을 변경시킨 몰드(130)를 회전시키는 것일 수 있다. 몰드(130)에 주입된 용해된 금속(10a)은 몰드(130)에 맞닿은 영역부터 냉각되며 시편(10)이 형성될 수 있다. 이 경우, 몰드(130)의 회전 각속도, 상기 캐비티(135)의 반경, 캐비티(135)의 경사구배 각을 변경시킴으로써 용해된 금속(10a)의 종류에 따라 다양한 두께의 시편을 서로 다른 냉각조건으로 냉각 성형할 수 있으며, 이로 인해 임의의 냉각속도에서 비정질 합금의 최대 직경을 도출할 수 있고, 이후 연산되는 임계 냉각속도 도출의 정확도를 높일 수 있다.Further, rotating the
즉, 단면 폭(d)이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 상기 비정질 형성공간(135b)의 경사구배에 따라 상기 비정질 형성공간(135b)에 대응하여 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속이 제조될 수 있다. 이 경우 상기 캐비티(135)는 주입공간(135a)의 단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지되, 상기 주입공간(135a)의 경사구배 각(θ)은 상기 비정질 형성공간(135b)의 경사구배 각보다 큰 것일 수 있다. 따라서, 주입공간(135a)에 위치한 용해된 금속(10a)이 원심력에 의한 비정질 형성공간(135b) 충진에 걸림이 없이 더욱 원활히 이루어져 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속이 제조될 수 있다.That is, according to the inclination gradient of the
다음으로, 제조된 비정질 금속의 시편에서 결정화가 시작되는 두께를 검출(S140)할 수 있다. 또한, 상기 임의의 냉각속도로부터 비정질화 최대 두께를 연산(S150)할 수 있다. 상기 비정질 금속의 시편에서 결정화가 시작되는 두께를 검출하는 것은, 제조된 비정질 합금의 시편을 광학현미경 또는 전자현미경으로 관찰하여 결정립 생성 여부를 확인하여 구할 수 있다. 예로써, 상기 제조된 비정질 금속의 시편(11)은 100㎛ 내지 5000㎛의 두께를 가지는 경사구배를 가진 단면의 형태로 형성되는 것일 수 있다.Next, the thickness at which crystallization starts in the prepared amorphous metal specimen may be detected ( S140 ). In addition, it is possible to calculate the maximum thickness of amorphization from the arbitrary cooling rate (S150). Detecting the thickness at which crystallization starts in the amorphous metal specimen may be obtained by observing the prepared amorphous alloy specimen with an optical microscope or an electron microscope to determine whether crystal grains are formed. For example, the prepared amorphous metal specimen 11 may be formed in the form of a cross-section having a gradient having a thickness of 100 μm to 5000 μm.
본 발명의 실시예에 따른 비정질 형성능 측정장치 및 그를 이용한 비정질 형성능 측정방법은 경사구배를 가지며 회전하는 몰드부를 구비하여 다양한 두께의 시편을 동시에 제조함으로써 재현성이 높으며 연구자에 따른 편차가 낮아 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 시편으로부터 임의의 냉각속도에서 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금의 최대 직경(두께)을 도출할 수 있는 효과가 있다. The amorphous forming ability measuring apparatus and the amorphous forming ability measuring method using the same according to an embodiment of the present invention have a high reproducibility by simultaneously manufacturing specimens of various thicknesses by having a mold part that rotates with a slope gradient, and the variation according to the researcher is low, so the reliability can be increased. there are advantages to In addition, there is an effect that can derive the maximum diameter (thickness) of the metallic glass alloy or amorphous alloy at any cooling rate from the specimen.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.
100; 비정질 형성능 측정장치
110; 용해부
112; 도가니
114; 가열수단
120; 주입부
130; 몰드
131; 상부금형
133; 하부금형
135; 캐비티
11; 비정질 합금 시편100; Amorphous forming ability measuring device
110; melting part
112; Crucible
114; heating means
120; injection part
130; Mold
131; upper mold
133; lower mold
135; cavity
11; Amorphous alloy specimen
Claims (7)
용해된 금속에 원심력이 가해지도록 회전부가 상기 몰드를 회전시키고, 회전으로 인한 원심력으로 용해된 금속이 상기 비정질 형성공간 내부로 유입되면서 상기 몰드를 통해 냉각되는 단계;
단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 상기 비정질 형성공간의 경사구배에 따라 상기 비정질 형성공간에 대응하여 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속이 제조되는 단계; 및
제조된 비정질 금속의 시편에서 결정화가 시작되는 두께를 검출하는 것을 특징으로 하는 비정질 형성능 측정방법.
injecting the molten metal into a mold formed in a disk shape by combining the upper mold and the lower mold and having a cavity including a central injection space and an amorphous formation space formed around the injection space;
rotating the mold so that a centrifugal force is applied to the molten metal, and cooling the mold through the mold while the molten metal is introduced into the amorphous formation space by the centrifugal force caused by the rotation;
manufacturing an amorphous metal whose thickness is continuously changed to correspond to the amorphous formation space according to the inclination gradient of the amorphous formation space whose cross-sectional width gradually decreases toward the edge; and
A method for measuring amorphous formation ability, characterized in that the thickness at which crystallization starts in the prepared amorphous metal specimen is detected.
상기 몰드를 회전시키는 것은, 상기 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도를 변화시키거나, 상기 캐비티의 반경, 상기 캐비티의 경사구배 각을 변경시킨 몰드를 회전시키는 것을 특징으로 하는 비정질 형성능 측정방법.
6. The method of claim 5,
Rotating the mold, changing the rotation angular velocity according to the type of the molten metal or rotating the mold in which the radius of the cavity and the inclination gradient angle of the cavity are changed.
상기 캐비티는 주입공간의 단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지되, 상기 주입공간의 경사구배 각은 상기 비정질 형성공간의 경사구배 각보다 큰 것을 특징으로 하는 비정질 형성능 측정방법. 6. The method of claim 5,
The cavity has an inclination gradient in which the cross-sectional width of the injection space gradually decreases toward the edge, and the inclination gradient angle of the injection space is greater than the inclination gradient angle of the amorphous formation space.
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