KR102611890B1 - 계층 구조의 고엔트로피 합금 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고엔트로피 합금에 관한 것으로, 코어-매트릭스 형태의 계층 구조를 취함으로써 고경도, 고강도의 합금을 제공한다.
Description
본 발명은 계층 구조를 갖는 고엔트로피 합금에 관한 것이다.
조성을 기반으로 하는 고엔트로피 합금의 정의는 5개 이상의 원소를 포함하며, 각 원자 비율이 5~35atom%로 구성된 단상의 결정질 합금이다. 고엔트로피 합금은 주요 원소를 특정할 수 없는 비슷한 분율을 갖는 다수의 원소로 구성되어 있어 금속간 화합물이 형성되지 않고, 면심 입방 구조 혹은 체심 입방 구조 계열의 단일 상을 형성한다.
또한, 배열 엔트로피를 기반으로 하는 고엔트로피 합금의 분류는 1.6R(R은 기체상수) 보다 큰 합금으로 정의하고 있다. 그러나, 이러한 분류는 엄격하게 정해진 것이 아닌 연구자들이 결정하는 가이드 라인에 가까운 것으로, 이러한 기준에 근접한 것이라면 고엔트로피 합금으로 분류하기도 한다.
단, 이러한 고엔트로피 합금은 복수의 원소를 사용하기에 주조 상태에서 불균일한 미세 구조를 가지게 될 수 있어 경도, 강도 및 연성과 같은 물성이 매 제조시마다 불균일하게 나타날 수 있는 문제점을 갖는다.
본 발명자들은 이러한 불균일성을 해소하고자 우수한 물성을 갖는 고엔트로피 합금과 이를 균일하게 제조할 수 있는 고엔트로피 합금의 제조방법을 제공하고자 한다.
(0001) B. Sharma et al., Harmonic structure design: a strategy for outstanding mechanical properties in structural materials, Metals, 2020, 10, 1615-1630.
(0002) G. Li et al., Improvement of strength with maintaining ductility of harmonic structure pure copper by cold rolling annealing process, procedia manufacturing, 2018, 15, 1641-1648.
(0003) Ota M. et al., Harmonic structure design and mechanical properties of pure ni compact, Journal of powder metallurgy and mining, 2014, vol. 3, issue 1, 1000122.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 계층 구조의 고엔트로피 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 코어-매트릭스 형태의 이질적(heterogeneous) 계층 구조를 갖는 고엔트로피 합금에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 이질적 계층 구조는 코어와 매트릭스 간 결정 구조가 상이한 것을 의미하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 코어-매트릭스 형태 중 매트릭스는 3차원적으로 상호 연결된 것으로, 매트릭스가 코어를 둘러싸는 골격 형태를 갖는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 코어 및 매트릭스는 Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Gd, Zr, V, Ti, Nb, Mo, Bi, Sb 및 Te 중 선택되는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 코어 및 매트릭스는 동일한 조성으로 구성되는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 고엔트로피 합금은 공칭변형률(Engineering strain)의 한계점이 35 내지 70%일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 고엔트로피 합금은 압축 항복강도(Compressive yield strength)가 600 내지 900 MPa일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 고엔트로피 합금은 평균 비커스 경도(Vickers hardness)가 300 내지 440 Hv일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 고엔트로피 합금의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 제조 방법은 A) 아토마이징 공정으로 제1 합금 입자를 제조하는 단계; B) 제1 합금 입자를 밀링하여 제2 합금 입자를 제조하는 단계; 및 C) 제2 합금 입자를 소결하여 고엔트로피 합금을 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 B) 단계는 고에너지 볼 밀링으로, 제1 합금 입자:볼의 무게 비가 1:5 내지 15인 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 고에너지 볼 밀링은 60 내지 150분 동안 수행하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 C) 단계의 소결은 10 내지 100MPa의 단축 압력을 인가하며 수행하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 C) 단계의 소결은 800 내지 1200℃에서 수행하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 C) 단계의 소결은 5 내지 20분 동안 수행하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 고엔트로피 합금은 뛰어난 공칭변형률 및 압축 항복강도를 가지며, 높은 비커스 경도를 갖는다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 고엔트로피 합금의 제조 방법을 간략하게 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자를 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사 전자 현미경)으로 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 합금 입자를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 합금 입자의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 8은 제1 합금 입자 소결체의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 EBSD(Electron Backscatter Diffraction, 전자 후방 산란 회절) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금 중 코어 부분의 EBSD 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금 중 매트릭스 부분의 EBSD 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금을 TEM(Transmission electron microscope, 투과 전자 현미경)으로 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금을 TEM으로 촬영한 사진이다.
도 16은 각각 소결된 제1 합금 입자 및 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 평균 비커스 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 공칭 변형률(Engineering strain)에 따른 공칭 응력(Engineering stress)을 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 진변형률(True strain)에 따른 가공경화(Work hardening)을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 촬영한 사진이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 촬영한 사진이다.
도 23은 제1 합금 입자 소결체의 개략도이다.
도 24는 제1 합금 입자 소결체의 단면을 촬영한 사진이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 EBSD로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 EBSD로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 27은 제1 합금 입자 소결체의 변형 거동을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자를 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사 전자 현미경)으로 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 합금 입자의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 합금 입자를 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 합금 입자의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 8은 제1 합금 입자 소결체의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 EBSD(Electron Backscatter Diffraction, 전자 후방 산란 회절) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금 중 코어 부분의 EBSD 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금 중 매트릭스 부분의 EBSD 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금을 TEM(Transmission electron microscope, 투과 전자 현미경)으로 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금을 TEM으로 촬영한 사진이다.
도 16은 각각 소결된 제1 합금 입자 및 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 평균 비커스 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 공칭 변형률(Engineering strain)에 따른 공칭 응력(Engineering stress)을 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 진변형률(True strain)에 따른 가공경화(Work hardening)을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 촬영한 사진이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 촬영한 사진이다.
도 23은 제1 합금 입자 소결체의 개략도이다.
도 24는 제1 합금 입자 소결체의 단면을 촬영한 사진이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 EBSD로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 고엔트로피 합금의 단면을 EBSD로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 27은 제1 합금 입자 소결체의 변형 거동을 나타낸 개략도이다.
이하 본 발명에 따른 고엔트로피 합금 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개하는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로써 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 본 발명에서 사용하는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 코어-매트릭스 형태의 이질적(heterogeneous) 계층 구조를 갖는 고엔트로피 합금을 제공한다.
이때, 상기 이질적 계층 구조는 코어와 매트릭스 간 결정 구조가 서로 상이한 것을 의미하는 것일 수 있다. 이러한 계층 구조는 본 발명에서 제공하는 제조방법에 따라 제조된 합금 입자를 소결함으로써 구성될 수 있으며, 입자의 중심 부분이 코어로, 입자의 외곽 부분이 매트릭스로 구현되는 것일 수 있다. 이때, 어느 한 입자의 외곽 부분이 다른 한 입자의 외곽 부분과 함께 소결되어 연결됨으로써 매트릭스가 구현되는 것일 수 있다. 본 발명에서 제공하는 고엔트로피 합금의 매트릭스는 이와 같은 입자의 외곽 부분이 소결되어 이루어진 집합을 일컫는 것일 수 있다.
상기 매트릭스는 3차원적으로 상호 연결된 것으로, 본 발명에서 제공하는 고엔트로피 합금은 매트릭스가 코어를 둘러싸는 골격 형태를 갖는 것일 수 있다. 이러한 형태를 가짐으로써 고엔트로피 합금의 강도와 연성을 동시에 향상할 수 있다.
상기 코어 및 매트릭스는 Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Gd, Zr, V, Ti, Nb, Mo, Bi, Sb 및 Te 중 선택되는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 Co, Cr, Fe, Mn 및 Ni를 포함하는 5원계 합금으로 구성되는 것일 수 있다. 본 발명의 합금은 이와 같은 원소를 포함함으로써 경도 및 강도가 뛰어난 고엔트로피 합금으로 기능할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 코어 및 매트릭스가 Co, Cr, Fe, Mn 및 Ni를 포함하는 5원계 합금으로 구성될 경우, 상기 5원계 합금은 합금 내에 Co 5~35 몰%, Cr 5~35 몰%, Fe 5~35 몰%, Mn 5~35 몰% 및 Ni 5~35 몰%을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 Co 10~30 몰%, Cr 10~30 몰%, Fe 10~30 몰%, Mn 10~30 몰%, 및 Ni 10~30 몰%를 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 Co 15~25 몰%, Cr 15~25 몰%, Fe 15~25 몰%, Mn 15~25 몰%, 및 Ni 15~25 몰%를 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 조성에서 본 발명의 고엔트로피 합금이 우수한 강도, 경도 및 연성을 가질 수 있다.
이 외에 상기 코어 및 매트릭스가 n개의 원소를 포함하는 경우 그 중 어느 하나의 원소의 분율(atomic ratio, %)는 하기의 계산식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[계산식 1]
100/(n+5)%≤원소의 몰분율(mol ratio, %)≤100/(n-2)%, 각 원소의 분율의 총합은 100%(atomic ratio)
상기 코어 및 매트릭스는 동일한 조성으로 구성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 코어 및 매트릭스는 전술한 원소 조성으로 구성되며, 어느 한 입자의 외곽 부분이 매트릭스로, 내부가 코어로 기능하는 것이므로 매트릭스와 코어의 원자 조성은 서로 같은 것일 수 있다.
상기 고엔트로피 합금은 공칭변형률(Engineering strain)의 한계점이 35 내지 70%일 수 있다. 이때, 바람직하게는 40 내지 65%, 더욱 바람직하게는 50 내지 60%일 수 있다. 또한, 이러한 공칭변형률의 한계점에서 공칭응력(Engineering stress)은 2000 내지 3500 MPa일 수 있으며, 바람직하게는 2250 내지 3250 MPa, 더욱 바람직하게는 2500 내지 3000 MPa일 수 있다.
상기 고엔트로피 합금은 압축 항복강도(Compressive yield strength)가 600 내지 900 MPa일 수 있다. 이때, 바람직하게는 620 내지 900 MPa, 더욱 바람직하게는 640 내지 900 MPa일 수 있다.
상기 고엔트로피 합금은 평균 비커스 경도(Vickers hardness)가 300 내지 440 Hv일 수 있다. 이때, 바람직하게는 320 내지 440 Hv, 더욱 바람직하게는 330 내지 440 Hv일 수 있다.
이와 같은 물성은 전술한 조성을 만족함으로써 발현되는 것일 수 있다.
본 발명은 전술한 고엔트로피 합금의 제조 방법을 제공한다.
상기 제조 방법은,
A) 아토마이징 공정으로 제1 합금 입자를 제조하는 단계;
B) 제1 합금 입자를 밀링하여 제2 합금 입자를 제조하는 단계; 및
C) 제2 합금 입자를 소결하여 고엔트로피 합금을 제조하는 단계;
를 포함하는 것일 수 있다.
상기 A) 단계는 워터 아토마이징, 가스 아토마이징 또는 회전 원판 아토마이징 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 이때, 가스 아토마이징 방법을 사용하는 경우 제1 합금 입자가 보다 완전한 구형으로 생성되어 차후 제2 합금 입자를 제조하기에 바람직하다.
상기 B) 단계는 상기 제1 합금 입자와 지르코니아 볼을 지르코니아 용기에 넣고 고에너지 볼 밀링을 수행하는 것으로, 제1 합금 입자:볼의 무게 비를 1:5 내지 15로 준수하여 수행되는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 상기 무게 비가 1:6 내지 14, 더욱 바람직하게는 1:7 내지 13일 수 있다.
상기 고에너지 볼 밀링은 60 내지 150 분 동안 수행하는 것일 수 있다. 이때, 밀링을 70 내지 140 분 수행하는 것이 바람직하며, 100 내지 130 분 수행하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 밀링을 수행함으로써 본 발명에서 제공하는 고엔트로피 합금의 경도 및 강도 특성이 향상될 수 있다. 소결 시간이 이보다 길어지는 경우 경도 또는 강도가 오히려 감소할 수 있어 좋지 않다.
상기 C) 단계의 소결은 10 내지 100 MPa의 단축 압력을 인가하며 수행하는 것일 수 있다. 이와 같은 압력을 인가하며 소결함으로써 고엔트로피 합금의 경도 및 강도 특성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 C) 단계의 소결은 800 내지 1200 ℃에서 수행하는 것일 수 있다. 이와 같은 온도에서 소결함으로써 고엔트로피 합금의 응력, 경도 및 강도 특성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 C) 단계의 소결은 5 내지 20분 동안 수행하는 것일 수 있다. 이와 같은 시간 동안 소결함으로써 고엔트로피 합금의 응력, 경도 및 강도 특성이 더욱 향상될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 고엔트로피 합금에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서 제공하는 고엔트로피 합금의 개략적인 제조 방법을 확인할 수 있다. 이때, 본 발명의 도면에서 Type B는 실시예 1로, Type C는 실시예 2와 대응하며, Type A는 비교예 1과 대응한다.
[실시예 1]
Co, Cr, Fe, Mn 및 Ni를 동일한 몰 분율(각 20%씩)로 혼합하여 고순도 아르곤 분위기에서 가스 아토마이징 방법으로 제1 합금 입자를 제조하였다. 다음으로, 제1 합금 입자:지르코니아 볼의 무게 비가 1:10이 되도록 계량하여 지르코니아 용기에 넣고 고에너지 볼 밀링을 90분 동안 수행하여 제2 합금 입자를 제조하였다. 이어서 제2 합금입자를 50 MPa의 단축 압력을 인가하며 1000℃에서 10분 동안 소결하여 고엔트로피 합금을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 공정을 수행하되, 고에너지 볼 밀링을 120분 동안 수행하여 고엔트로피 합금을 제조하였다.
[비교예]
실시예 1에 기재한 공정에 따라 제1 합금 입자를 제조한 다음, 제1 합금 입자를 50 MPa의 단축 압력을 인가하며 1000℃에서 10분 동안 소결하여 고엔트로피 합금을 제조하였다.
[특성 평가 방법]
A. 합금의 물리적 특성 평가
실시예 1 및 2, 비교예의 비커스 경도, 공칭변형률에 따른 공칭 응력, 진 변형률(True strain)에 따른 가공 경화도(Work hardening)를 측정하였다.
도 16을 참조하면, 실시예 1의 평균 비커스 경도가 약 370 MPa, 실시예 2의 평균 비커스 경도가 약 380 MPa로, 비교예 1의 평균 비커스 경도가 약 270 MPa인 것에 비하여 크게 향상된 것을 알 수 있다.
도 17을 참조하면, 실시예 1의 한계 공칭변형률은 약 50%, 실시예 2는 약 55%인 것을 알 수 있으며, 이때의 공칭 응력은 각각 2750 MPa, 2890 MPa로 비교예 1에 비하여 모든 구간에서 공칭 응력이 강하게 나타나는 것을 알 수 있다.
도 18을 참조하면, 모든 구간에서 실시예 1 및 2의 가공 경화도가 비교예보다 높은 것을 알 수 있다.
B. 합금의 표면 및 단면 조사
실시예 1 및 2, 비교예의 합금 및 소결 전 입자의 표면 및 단면을 각각 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사전자현미경), TEM(Transmission Electron Microscope, 투과전자현미경) 및 EBSD(Electron Backscatter Diffraction, 후방산란전자 회절) 분석을 수행하였다.
도 2를 참조하면, 실시예 1의 소결 전 입자의 모양을 확인할 수 있으며, 도 3을 참조하면 소결전 입자의 단면을 확인할 수 있다. 또한, 도 3 및 4에서는 실시예 2의 모양과 단면을 확인할 수 있다. 이때, 도 6 및 7에 나타나는 제1 입자와 비교하면 제2 입자의 직경이 쌍봉 분포를 갖는 것을 알 수 있으며, 제2 입자의 외곽은 결정 크기가 중심부보다 작은 것을 알 수 있다.
도 9 및 10에서 나타나는 실시예 1 및 2의 단면과, 도 8에서 나타나는 비교예의 단면을 비교하면, 실시예 1 및 2에서는 큰 결정이 존재하는 코어 부분과 작은 결정들이 모여 만들어진 매트릭스 부분이 확연하게 드러나는 것을 알 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 실시예 2에서 stacking fault가 발생하며, 이로 인해 적은 힘으로도 소성 변형을 할 수 있어 변형 자유도가 높은 것을 알 수 있다. 단, 전술한 바와 같이 소성 변형 자유도가 높음에도 경도 및 강도 특성이 높으며, 변형 자유도가 높은 것이 경도 및 강도 특성의 하락을 의미하지는 않는다.
도 19 및 도 21을 참조하면, 매트릭스 부분이 유연하게 움직이면서도 코어 쪽의 형상이 유지되어 소성 변형의 자유도가 높은 것임을 유추할 수 있다. 이때, 도 20 및 22를 참조하면, 소성 변형으로 인해 실시예 1 및 2에 모두 크랙이 발생한 것을 볼 수 있다. 그러나, 실시예 1은 균열 전파 방향이 편향되는 것을 고려하면 실시예 2에 비하여 높은 연성을 가졌다고 볼 수 있다. 즉, 실시예 1은 실시예 2에 비하여 낮은 강도 및 경도를 가지나, 연성이 더 높은 것을 알 수 있다.
도 25 및 26을 참조하면, 코어 영역 내에서 변형 트윈을 형성하는 것을 알 수 있으며, 이는 변형 경화 능력이 높아졌으며, 강도와 연성이 비교예에 비해 향상된 것을 의미한다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (12)
- 코어와 매트릭스 간 결정 구조가 상이한 이질적(heterogeneous) 계층 구조를 갖는 고엔트로피 합금에 있어서,
상기 매트릭스는 3차원적으로 상호 연결되어 있고, 매트릭스가 코어를 둘러싸는 골격 형태를 갖는 것이며,
상기 고엔트로피 합금은 Co 5 내지 35 몰%, Cr 5 내지 35 몰%, Fe 5 내지 35 몰%, Mn 5 내지 35 몰% 및 Ni 5 내지 35 몰%를 포함하는 5원계 합금으로서,
상기 코어 및 매트릭스는 동일한 조성의 상기 5원계 합금으로 구성되고,
상기 고엔트로피 합금은 공칭변형률(Engineering strain)의 한계점이 35 내지 70%이며, 상기 공칭변형률의 한계점에서 공칭응력(Engineering Stress)가 2000 내지 3000 MPa인 고엔트로피 합금. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고엔트로피 합금은 압축 항복강도(Compressive yield strength)가 600 내지 900 MPa인 고엔트로피 합금. - 제1항에 있어서,
상기 고엔트로피 합금은 평균 비커스 경도(Vickers hardness)가 300 내지 440 Hv인 고엔트로피 합금. - 코어와 매트릭스 간 결정 구조가 상이한 이질적(heterogeneous) 계층 구조를 갖는 고엔트로피 합금의 제조방법에 있어서,
상기 제조방법은,
A) 아토마이징 공정으로 제1 합금 입자를 제조하는 단계;
B) 제1 합금 입자 및 지르코니아 볼의 무게비가 1:5 내지 10이 되도록 계량하여 지르코니아 용기에 투입하고 고에너지 볼 밀링을 수행하여 제2 합금 입자를 제조하는 단계; 및
C) 10 내지 100MPa의 단축 압력을 인가하며 제2 합금 입자를 소결하여 고엔트로피 합금을 제조하는 단계;를 포함하며,
상기 고엔트로피 합금은 Co 5 내지 35 몰%, Cr 5 내지 35 몰%, Fe 5 내지 35 몰%, Mn 5 내지 35 몰% 및 Ni 5 내지 35 몰%를 포함하는 5원계 합금으로서,
상기 코어 및 매트릭스는 동일한 조성의 상기 5원계 합금으로 구성되는 것인 고엔트로피 합금의 제조 방법. - 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 고에너지 볼 밀링은 60 내지 150분 동안 수행하는 것인 고엔트로피 합금의 제조 방법. - 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 C) 단계의 소결은 800 내지 1200℃에서 수행하는 것인 고엔트로피 합금의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 C) 단계의 소결은 5 내지 20분 동안 수행하는 것인 고엔트로피 합금의 제조 방법.
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