KR102678251B1 - 급랭으로 미세 석출물을 가지는 고내식성 타이타늄 합금 제조방법 및 이를 통해 제조된 고내식성 타이타늄 합금 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 (i) Ni, Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 타이타늄 합금재를 용해하는 단계; (ii) 상기 용해된 타이타늄 합금재를 제1온도에서 용체화 처리하는 단계; (iii) 상기 용체화 처리된 타이타늄 합금재를 제2온도에서 열간압연하여 주조조직을 제거하는 열간압연 단계; 및 (iv) 상기 열간압연된 타이타늄 합금재를 제3온도에서 열처리하여 석출물을 Ti 기지에 고용시키는 재결정 단계; 및 (v) 상기 고용된 석출물이 Ti 기지에 미세하고 균일하게 분산되도록 급랭하는 단계를 포함하여 고농도 산에서도 내식성이 유지되는 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법 및 그에 따라 제조된 내식성이 향상된 타이타늄 합금을 제공한다.
본 발명에 따르면 별도로 원소를 추가하거나 변경하지 않고, 간단한 공정으로 석출물을 포함하는 타이타늄 합금의 내식성을 개선하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 별도로 원소를 추가하거나 변경하지 않고, 간단한 공정으로 석출물을 포함하는 타이타늄 합금의 내식성을 개선하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 고내식성 타이타늄 합금 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급랭 단계를 포함하여 미세 석출물을 가지며 이에 따라 고농도의 산 분위기에서도 내식성이 유지되는 타이타늄 합금 제조방법 및 이에 따라 제조된 고내식성 타이타늄 합금에 관한 것이다.
타이타늄은 뛰어난 내식성을 가지는 물질이며, 특히 물 또는 공기 중에서는 부동태 피막을 형성하여 금이나 백금 다음가는 우수한 내식성을 가진다. 다만 순수한 타이타늄은 낮은 물성값으로 인해 강한 내식성이 요구되는 곳을 제외하고는 대부분 합금으로 사용된다. 따라서 타이타늄의 우수한 내식성과 합금이 제공하는 우수한 물성을 가진 타이타늄 기반의 합금에 관한 연구가 지속되어 왔다.
상기 목적으로 기존에 개발된 타이타늄 합금 ASTM Grade7을 살피면, Pt나 Pd을 0.1wt% 이상 포함하는 타이타늄 합금으로 고농도 염산 또는 황산 분위기에서도 내식성이 우수한 특성을 보였으나, Pt나 Pd가 자동차 산업에서 촉매로 사용됨에 따라 가격이 올라가게 되어 산업적으로 Pt나 Pd를 대체하는 물질이 요구되었다.
다음으로 상기 요구에 따라 Pt나 Pd 대신 Ru을 0.05wt%를 첨가하고 추가적인 내식성 증대를 위해 Ni를 0.5wt%를 첨가한 ASTM Grade13이 개발되었다.
또한 최근에는 산업의 요구에 맞추어 내식성을 더욱 높이기 위한 시도가 다양한 타이타늄 합금을 대상으로 이뤄지고 있다.
예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2012-0001660호(발명의 명칭 : 내입계 부식성이 우수한 타이타늄 합금)에서는, Ti-Ni-Pd-Ru-Cr계 합금을 대상으로 압연 후 최종 소둔을 온도 600℃ 내지 725℃의 범위에서 제어하는 방법을 개시한다. 상기 방법에 따르면 타이타늄 합금 내에 Ni가 풍부한 상이 압연 방향을 따라 존재하는 열을 이루는 동시에, 이 열이 폭 방향으로 다수 나란히 형성되는 것과 같은 조직 형태를 형성하며, 이에 따라 내입계 부식성이 개선된다.
다만, 상기 선행발명은 고가의 원소인 Pd를 포함하는 점에서 Pt나 Pd의 대체라는 산업적 요구가 해결되지 못한 문제가 있다. 따라서 고가의 합금 원소를 대체하며, 동시에 내식성을 높이기 위한 시도는 여전히 요구되는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, Ni, Ru, 잔부로 Ti 및 불가피한 불순물을 포함하는 내식성 타이타늄 합금의 제조방법을 개선하여 내식성을 더욱 높이는 제조방법을 제공하는 것이며, 이를 통해 기존의 내식성 타이타늄 합금이 가지는 문제점인 (1) Pt 나 Pd의 가격 상승으로 합금 제조 비용의 상승 문제를 해결하는 동시에 (2) 기존의 타이타늄 합금 대비 높은 내식성을 가지는 고내식성 타이타늄 합금의 제공이라는 두 가지 목적을 달성하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예로 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법은 구성으로 (i) Ni, Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 타이타늄 합금재를 용해하는 단계; (ii) 상기 용해된 타이타늄 합금재를 제1온도에서 용체화 처리하는 단계; (iii) 상기 용체화 처리된 타이타늄 합금재를 제2온도에서 열간압연하여 주조조직을 제거하는 열간압연 단계; 및 (iv) 상기 열간압연된 타이타늄 합금재를 제3온도에서 열처리하여 석출물을 Ti 기지에 고용시키는 재결정 단계; 및 (v) 상기 고용된 석출물이 Ti 기지에 미세하고 균일하게 분산되도록 급랭하는 단계를 포함하여 고농도 산에서도 내식성이 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계의 제1온도는 1000℃ 이상 1100℃ 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iii) 단계의 제2온도는 600℃ 초과 800℃ 미만일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iv) 단계의 제3온도는 760℃ 초과 800℃ 미만일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (v) 단계의 급랭은 50℃/min 내지 300℃/min의 냉각 속도로 이루어질 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는 상기 제조방법에 따라 제조되어 Ti2Ni상이 Ti 기지의 결정립계를 따라 국부적으로 석출된 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 타이타늄 합금이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 석출된 Ti2Ni상은 평균 입경이 5μm 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 타이타늄 합금은 30% H2SO4 용액에서의 부식 전위가 -0.3V(vs AgCl) 이상일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 제조방법에 따라 제조되어 내식성이 향상된 타이타늄 합금을 포함하는 동박 제조용 음극 드럼이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 급랭 단계를 포함하여 타이타늄 합금 내에 석출물이 미세하고 고르게 분포하며 이에 따라 기존의 급랭 단계를 포함하지 않는 제조방법에 따른 타이타늄 합금 대비 현저하게 내식성이 개선된다.
또한 본 발명의 실시예에 따라 제조된 합금은 Pt 나 Pd와 같은 고가의 원소를 상대적으로 저렴한 원소로 대체하여 제조 비용 문제를 해결하고 있으며, 동시에 기존에 Pt 나 Pd를 사용한 합금보다 개선된 내식성을 가지는 고내식성 타이타늄 합금을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법의 순서도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법을 도식화한 것이다.
도3은 순수 타이타늄 및 타이타늄 합금의 분극 곡선을 나타낸 데이터이다.
도4는 ASTM Grade13의 미세조직을 나타낸 SEM 이미지이다.
도5는 급랭 단계 유/무에 따라 석출물의 분포를 달리하는 ASTM Grade13의 미세조직을 비교한 SEM 이미지이다.
도6은 기존의 제조방법에 따라 제조한 ASTM Grade13 및 본 발명이 제시하는 제조방법에 따라 제조한 ASTM Grade13의 부식 전위를 비교한 실험 데이터이다.
도2는 본 발명의 일 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법을 도식화한 것이다.
도3은 순수 타이타늄 및 타이타늄 합금의 분극 곡선을 나타낸 데이터이다.
도4는 ASTM Grade13의 미세조직을 나타낸 SEM 이미지이다.
도5는 급랭 단계 유/무에 따라 석출물의 분포를 달리하는 ASTM Grade13의 미세조직을 비교한 SEM 이미지이다.
도6은 기존의 제조방법에 따라 제조한 ASTM Grade13 및 본 발명이 제시하는 제조방법에 따라 제조한 ASTM Grade13의 부식 전위를 비교한 실험 데이터이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도1 내지 도4를 참고하여 본 발명의 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법의 순서도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법을 도식화한 것이다.
도3은 순수 타이타늄 및 타이타늄 합금의 분극 곡선을 나타낸 데이터이다.
도4는 ASTM Grade13의 미세조직을 나타낸 SEM 이미지이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법은 구성으로, (i) Ni, Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 타이타늄 합금재를 용해하는 단계(S100); (ii) 상기 용해된 타이타늄 합금재를 제1온도에서 용체화 처리하는 단계(S200); (iii) 상기 용체화 처리된 타이타늄 합금재를 제2온도에서 열간압연하여 주조조직을 제거하는 열간압연 단계(S300); 및 (iv) 상기 열간압연된 타이타늄 합금재를 제3온도에서 열처리하여 석출물을 Ti 기지에 고용시키는 재결정 단계(S400); 및 (v) 상기 고용된 석출물이 Ti 기지에 미세하고 균일하게 분산되도록 급랭하는 단계(S500)를 포함한다.
본 발명은 Ti에 Ru이 약 0.05wt% 및 Ni이 약 0.5wt% 포함되어 순수 타이타늄 대비 내식성이 개선된 ASTM Grade13 합금의 내식성을 더욱 개선하는 방법에 관한 것이다.
다만 열처리 제어로 합금 내 석출물의 입자 크기 및 분포를 조절하여 내식성을 개선하는 메커니즘이므로 본 발명의 권리범위는 상기 ASTM Grade13 합금으로 제한되지 않으며, Ni을 포함하여 Ti2Ni을 석출물로 포함하는 타이타늄계 합금에는 모두 적용될 수 있으며, 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도3을 참조하여 살피면, 순수 타이타늄에 Ru 및 Ni이 첨가됨에 따라 타이타늄 합금의 부식 전위가 순수 타이타늄의 부식 전위보다 높아지게 되며 이는 내식성이 개선됨을 의미한다.
도4는 합금 제조에 있어서 마지막에 급랭 처리 없이 노냉 또는 공냉을 이용한 기존의 방식에 따라 제조된 ASTM Grade13의 SEM 이미지로, α-상의 타이타늄 기지(100)의 결정립계를 따라 석출물(200)이 석출된 모습을 확인할 수 있다.
상기 석출물은 타이타늄 합금이 환경에 노출되어 부식 반응과 환원 반응이 진행될 때, 일종의 촉매로 작용하여 수소환원전위를 높여주는 역할을 한다. 이에 따라 타이타늄 합금의 부식 전위가 순수 타이타늄의 부식 전위보다 높아지게 되고 결과적으로 내식성이 개선된다.
본 발명은 상기 메커니즘에서 석출물이 일종의 촉매로 작용하여 수소환원전위를 높여주는 효과를 나타낸다는 점에 착안하였다. 구체적으로 본 발명은 기존의 노냉 또는 공냉 처리 대신 급랭 처리를 이용하여, 타이타늄 합금의 α-타이타늄 기지(100)에 결정립계를 따라 석출된 석출물(200)이 더욱 미세하고 고르게 분포되도록 한다.
이에 따라 미세하고 고르게 분포된 석출물(200)은 일반적인 촉매들과 같이 넓은 표면적 및 반응 자리에 기반하여 촉매의 효과가 개선될 것이라 예상하였으며 하기 실험예를 통해 기존의 ASTM Grade13 대비 개선된 내식성을 확인하였다.
이하 도2를 참조하여 본 발명인 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법의 각 단계를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, (i) 단계는 Ni, Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 타이타늄 합금재를 용해하여 합금을 제조하는 단계(S100)이다.
상기 니켈(Ni)은, 타이타늄 합금에서 산화막을 강화시켜 내식성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 구체적으로 Ni은 Ti2Ni와 같은 석출물을 형성하여 수소의 과포테셜(over-potential)을 낮추어 타이타늄 산화막을 강화시키는 역할을 한다. 그리고, 이와 같은 석출물이 산화막 내에 존재하면 부동태 상태를 유지하는데 필요한 전류 밀도를 낮추게 된다.
또한, Ni이 백금족 원소와 함께 첨가되면, 타이타늄 부동태 피막을 강화시키고 안정화하는데 지대한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 동시에 Ni은 값비싼 백금족 원소의 첨가량을 줄여 경제적인 타이타늄 합금을 제조할 수 있게 한다.
다음으로 상기 루테늄(Ru)은, 종래의 내식성 타이타늄 합금에 사용된 Pd에 비해 비교적 저렴한 원소이며, Pd를 대체하더라도 타이타늄 합금의 내식성(비산화성의 환경하에서, 또한 고온·고농도 분위기에서의 내식성)을 부여하는데 유효한 원소이다.
다음으로 상기 타이타늄 합금에 포함될 수 있는 불가피적 불순물은, 원료인 스펀지 타이타늄에 불가피적으로 포함되는 불순물 원소이며, 대표적으로는, 산소, 철, 탄소, 질소, 수소, 크로뮴 등이 있고, 또한 제조 공정에서도 추가로 제품 중에 도입될 가능성이 있는 원소 등도 불가피적 불순물에 포함된다.
또한 본 발명은 구현 대상으로 타이타늄 합금계인 ASTM Grade13을 대상으로 하였으나, 본 발명이 급랭 단계를 포함하여 타이타늄 합금의 내식성을 개선하는 메커니즘을 고려할 때 상기 ASTM Grade13 이외에도 모-기재에 석출물이 발생하며, 석출물의 평균 입경, 분포 조건에 따라 내식성이 변하는 모든 합금에 적용할 수 있음은 물론이다.
상기 원소들을 용해하여 타이타늄 합금을 제조하는 방법으로 진공-아크-재용해(VAR, Vacuum Arc Remelting), 전자빔-용해(EBM, Electron Beam Melting), 플라즈마-아크-용해(PAM, Plasma Arc Melting), 전기-슬래그-재용해(ESR, Electro-slag Remelting), 인덕션-슬래그-용해(Induction Slag Melting) 및 인덕션-스컬-용해(ISM, Induction Skull Melting)가 사용될 수 있으며, 다만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 본 발명의 구현예에서는 진공-아크-재용해(VAR, Vacuum Arc Remelting)를 이용하여 타이타늄 합금을 제조하였다.
다음으로 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계는 상기 용해된 타이타늄 합금재를 제1온도에서 용체화 처리하는 단계(S200)이다.
상기 용체화 처리는 용해된 합금의 균질화 처리를 위해 수행하며 합금 분야에서 통상적으로 사용되는 방법에 따라 수행된다. 다만 목적하는 합금의 품질 또는 특성에 따라 생략될 수 있다.
이때 상기 용체화 처리가 수행되는 상기 제1온도는 1000℃ 이상 1100℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 합금 원소간 완전하게 균일한 조성을 얻기 위해 용체화 처리 시간은 10시간 이상으로 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iii) 단계는 상기 용체화 처리된 타이타늄 합금재를 제2온도에서 열간압연하여 주조조직을 제거하는 열간압연 단계(S300)이다. 다만 목적하는 합금의 품질 또는 특성에 따라 생략될 수 있다.
상기 열간압연은 용체화 처리가 수행된 합금의 주조 결함을 감소시키거나 제거하는 공정이며, 합금 분야에서 통상적으로 사용되는 방법에 따라 수행된다.
이때 상기 열간압연은 통상적으로 600℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 수행된다.
다음으로 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iv) 단계는 상기 열간압연된 타이타늄 합금재를 제3온도에서 열처리하여 열간압연된 조직을 변형이 없는 새로운 조직으로 만드는 재결정 단계(S400)이다.
상기 제3온도와 관련하여, 일반적으로는 재결정 정도만을 고려하여 공정 온도를 결정하지만, 본 발명에서는 열간압연 후 재결정되는 정도와 함께 기지 내 석출물인 Ti2Ni을 재고용 시키는 온도 범위도 같이 고려하였다.
구체적으로 상기 (iv) 단계의 제3온도는 760℃ 초과 800℃ 미만인 것이 바람직하다. 760℃ 이하의 온도의 경우 Ti2Ni 석출물(200)이 완전히 재고용되지 못하고, 800℃ 이상의 온도에서는 β-상으로의 전이가 많이 발생하기 때문에 760℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (v) 단계는 상기 고용된 석출물이 Ti 기지에 미세하고 균일하게 분산되도록 급랭하는 단계(S500)이다.
앞서 살핀 바와 같이 타이타늄 합금의 α-타이타늄 기지(100)에 결정립계를 따라 석출된 석출물(200)이 더욱 미세하고 고르게 분포되도록 하기 위함이다.
이때 상기 급랭하는 방법으로는, 물을 이용한 급랭, 기름을 이용한 급랭 및 불활성 가스를 이용한 급랭일 수 있다.
다음으로 상기 급랭은 760℃ 초과의 온도에서 400℃ 이하의 온도까지 50℃/min 내지 300℃/min의 냉각 속도로 이루어질 수 있다.
상기 급랭 속도는 석출물(200) 미세화 효과를 얻기 위한 조건을 고려하여 결정되며, 50℃/min 미만의 속도의 경우 냉각 시 석출물(200) 성장이 발생할 수 있으며, 300℃/min 초과의 속도는 물을 이용한 급랭에서 얻을 수 있는 최대 속도이기 때문에, 50℃/min 이상 300℃/min 이하의 속도로 수행되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도4를 참고하여 본 발명의 다른 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금을 상세히 설명하기로 한다.
도4는 ASTM Grade13의 미세조직을 나타낸 SEM 이미지이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예인 내식성이 향상된 타이타늄 합금은 Ti 기지(100)의 결정립계를 따라 Ti2Ni상(200)이 국부적으로 석출된 것을 특징으로 한다.
이때 앞서 설명한 급랭 공정에 기인하여 상기 석출된 Ti2Ni 상(200)은 입경이 5μm 이하일 수 있다.
기존의 노냉 또는 공냉 공정에 의하는 경우 Ti 기지(100)의 결정립계를 따라 석출된 석출물의 입경은 10μm 내지 20μm로 평균 15μm 수준이므로, 상기 급랭 공정에 따라 석출된 Ti2Ni(200)는 평균 입경 대비 약 67% 감소된 크기를 가진다.
또한 급랭 공정에 기인하여 상기 미세하게 석출된 Ti2Ni 석출물(200)로 인해 기존 공정으로 제조된 ASTM Grade13의 내식성 대비 부식 전위가 향상된 특징을 보인다.
구체적으로 상기 구성에 따라 본 발명인 내식성이 향상된 타이타늄 합금은, 30% H2SO4 용액에서의 부식 전위가 기존 -0.32V에서 -0.25V로 올라가 내식성이 향상된 타이타늄 합금을 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 실시예들의 적용 분야에 대한 것으로, 상기 내식성이 향상된 타이타늄 합금을 포함하는 동박 제조용 음극 드럼이며 이하 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예인 음극 드럼은 상기 내식성이 향상된 타이타늄 합금을 포함하므로 기존 공정에 따라 제조된 ASTM Grade13을 포함하는 음극 드럼과 비교하여 내식성이 현저하게 개선되며 특히 별도로 원소의 추가나 변경 없이 간단한 공정으로 내식성이 개선된 음극 드럼을 제공할 수 있는 점에서 산업적 경쟁력도 우수하다.
실험예1
본 발명에 따라 제조된 내식성이 향상된 타이타늄 합금과 기존 공정에 따라 제조된 ASTM Grade13의 내식성 비교 실험
(1) 석출물의 평균 입경 및 분포 비교 실험
재결정 단계 이후 기존의 노냉이나 공냉 공정 대신 급랭을 수행함에 따라 석출물의 평균 입경이 작아지고 고르게 분포됨을 확인하고자 본 실험을 수행하였다.
본 실험은 780℃에서 재결정 열처리를 수행한 타이타늄 합금을 대상으로 하였으며 냉각은 노냉 조건과 가스 ??칭 1bar 조건(냉각 속도 100℃/min)으로 수행하였다.
도5는 급랭 단계 유/무에 따라 석출물의 분포를 달리하는 ASTM Grade13의 미세조직을 비교한 SEM 이미지로 도5(a)는 상기 노냉 조건에 대응되는 결과이며, 도5(b)는 상기 가스 ??칭 1bar 조건에 대응되는 결과이다.
도5를 참조하면 냉각 속도에 따라 석출물의 크기가 변하는 결과를 보였으며, 특히 급랭으로 냉각 속도를 빠르게 함에 따라 석출물 크기가 미세화됨을 확인할 수 있었다.
따라서 본 발명이 제시한 급랭 공정을 적용할 경우 석출물의 평균 입경과 분포도가 기존 공정과 확연히 차이나며, 이러한 결과는 앞서 설명한 바와 같이 미세화된 석출물에 기인하여 부식 전위가 확연하게 차이나고, 내식 특성이 확연하게 차이 날 것을 예상하게 한다. 이를 확인하고자 하기 실험을 수행하였다.
(2) 분극 시험을 통한 부식 전위 비교 실험
석출물의 평균 입경 차이와 분포 차이에 따라 내식성이 개선됨을 확인하고자 기존 공정에 따라 제조된 ASTM Grade13과 본 발명에 따른 내식성이 향상된 타이타늄 합금의 부식 전위를 분극 시험을 통해 비교 분석하였다.
본 실험은 30% 황산 용액 조건에서 수행하였다.
도6은 본 실험의 데이터로, 도6에 따르면 가스 ??칭을 통한 급랭으로 석출물이 미세화된 샘플의 부식 전위가 올라감을 확인할 수 있었다.
상기 결과를 통해 미세화된 석출물이 수소환원에 대한 보다 높은 기여로 부식 전위 향상의 원인이 되며, 결과적으로 현저하게 증대된 내식 특성의 원인이 됨을 확인하였다.
따라서 본 발명이 제시한 급랭 공정이 기존 공정에 따라 제조된 ASTM Grade13의 내식 특성을 더욱 개선하는데 매우 효과적임을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : Ti 기지
200 : Ti2Ni 석출물
200 : Ti2Ni 석출물
Claims (9)
- (i) Ni, Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 타이타늄 합금재를 용해하는 단계;
(ii) 상기 용해된 타이타늄 합금재를 제1온도에서 용체화 처리하는 단계;
(iii) 상기 용체화 처리된 타이타늄 합금재를 제2온도에서 열간압연하여 주조조직을 제거하는 열간압연 단계;
(iv) 상기 열간압연된 타이타늄 합금재를 제3온도에서 열처리하여 석출물을 Ti 기지에 고용시키는 재결정 단계; 및
(v) 상기 고용된 석출물이 Ti 기지에 미세하고 균일하게 분산되도록 급랭하는 단계;를 포함하여 고농도 산에서도 내식성이 유지되고,
상기 (v) 단계의 급랭은 50℃/min 내지 300℃/min의 냉각 속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (ii) 단계의 제1온도는 1000℃ 이상 1100℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (iii) 단계의 제2온도는 600℃ 초과 800℃ 미만인 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (iv) 단계의 제3온도는 760℃ 초과 800℃ 미만인 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금 제조방법. - 삭제
- 제1항에 따라 제조되어 Ti2Ni상이 Ti 기지의 결정립계를 따라 국부적으로 석출된 것이고,
상기 Ni은 전체 합금에 대해 0.5wt%의 비율로 포함되고,
상기 Ru는 전체 합금에 대해 0.05wt%의 비율로 포함된 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금. - 제6항에 있어서,
상기 석출된 Ti2Ni상은, 평균 입경이 5μm 이하인 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금. - 제6항에 있어서,
상기 타이타늄 합금은, 30% H2SO4 용액에서의 부식 전위가 -0.3V(vs AgCl) 이상인 것을 특징으로 하는, 내식성이 향상된 타이타늄 합금. - 제1항에 따라 제조된 내식성이 향상된 타이타늄 합금을 포함하는 동박 제조용 음극 드럼.
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