KR20030049866A - Ductile Particle Reinforced Amorphous Matrix Composite and Method for Making the Same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An amorphous matrix composite is provided in which ductile particles are reinforced through manufacturing process for integrating the mixed powder after mixing amorphous powder with a certain amount of ductile powder, and a method for manufacturing the same is provided. CONSTITUTION: The ductile particle reinforced amorphous matrix composite is characterized in that ductile powder is dispersed into amorphous powder so that the mixed powder is integrated, wherein the amorphous powder includes all alloy systems that can be manufactured of amorphous powder, wherein the ductile powder includes all types of material having strain stress lower than strain stress generated when forming the amorphous powder in supercooling zone, and wherein the ductile powder is contained in the composite in the range of 0.1 to 40 vol.%. The method for manufacturing the ductile particle reinforced amorphous matrix composite comprises the steps of preparing a mixed powder by mixing amorphous powder with ductile powder; obtaining a billet compacting the mixed powder in the state that the mixed powder is sealed in a container; and integrating the mixed powder by processing the billet at a temperature of amorphous supercooling zone, wherein the amorphous powder includes all alloy systems that can be manufactured of amorphous powder, wherein the alloy system is any one alloy system of Ni-matrix, Ti-matrix, Zr-matrix, Al-matrix, Fe-matrix, La-matrix, Cu-matrix, or Mg-matrix, wherein the ductile powder includes all types of material having strain stress lower than strain stress generated when forming the amorphous powder in supercooling zone, wherein the ductile powder is contained in the composite in the range of 0.1 to 40 vol.%, and wherein the integration step of the mixed powder is performed by hot extrusion or hot forging.

Description

연성의 입자가 강화된 비정질 기지 복합재 및 그의 제조방법{Ductile Particle Reinforced Amorphous Matrix Composite and Method for Making the Same}Ductile Particle Reinforced Amorphous Matrix Composite and Method for Making the Same

본 발명은 비정질 금속 분말에 연성의 분말을 일정량 혼합하여 열간 압출 및 열간 단조를 통하여 분말을 일체화시킴에 의해 미세 기공의 형성을 감소시키고, 제조된 복합재의 연신률을 향상시켜 파괴인성을 향상시키며, 또한 비정질 재료의 대형화 및 다양화할 수 있어서, 대형화된 고품질, 고강도 제품을 만들 수 있는 연성 입자가 강화된 비정질 기지 복합재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention reduces the formation of fine pores by incorporating a certain amount of ductile powder to amorphous metal powder by integrating the powder through hot extrusion and hot forging, and improves the fracture toughness by improving the elongation of the manufactured composite material, The present invention relates to an amorphous matrix composite reinforced with soft particles which can be enlarged and diversified in an amorphous material, thereby making a large-scale high-quality, high-strength product, and a manufacturing method thereof.

비정질 재료는 비정질 천이 온도 이하에서 고강도의 기계적 성질을 나타낸다. 예를 들어, Ni-, Ti-, Zr-기지의 비정질인 경우, 약 2 GPa 정도의 파괴강도를 보이며, Al-기지의 경우는 1 GPa 정도이다. 이러한 고강도의 특성은 비정질 재료의 특이한 원자구조 때문에 나타나며, 따라서 고품질 구조용 재료로의 응용 가능성은 무궁무진하다.Amorphous materials exhibit high strength mechanical properties below the amorphous transition temperature. For example, in the case of amorphous Ni-, Ti-, and Zr-based bases, the fracture strength is about 2 GPa, and in the case of Al-bases, it is about 1 GPa. This high strength property is due to the unusual atomic structure of the amorphous material, and therefore the possibility of application to high quality structural materials is endless.

그러나, 비정질 성형능이 우수한 상기 언급한 합금들은 제조할 수 있는 크기가 한정되어 있다. 즉, 이 합금들은 용탕을 냉각하여 제조 시, 비교적 낮은 냉각조건 (1 - 250 K/s)에서도 비정질의 조직을 얻을 수 있지만, 약 직경 10mm 정도가 크기의 한계이다. 또한, 비정질 재료는 비정질 천이 온도 이하에서 연성이 거의 없고, 연성이 있더라도 전단 변형 띠가 형성되며 변형 강화(strain hardening) 현상이 일어나지 않아서 갑작스럽게 파괴된다(A. Inoue, Prog. Mat. Sci., 43 (1998) 365 참조).However, the above-mentioned alloys having excellent amorphous formability are limited in the size that can be produced. That is, these alloys can be obtained by cooling the molten metal to obtain an amorphous structure even under relatively low cooling conditions (1-250 K / s), but the diameter is about 10 mm in size. In addition, the amorphous material is hardly ductile at or below the amorphous transition temperature, and even though it is ductile, a shear strain band is formed and strain hardening does not occur and is suddenly broken (A. Inoue, Prog. Mat. Sci., 43 (1998) 365).

먼저, 크기의 문제를 해결하기 위한 방법으로 비정질 분말을 제조하고 열간압출의 방법으로 일체화시키는 방법이 미합중국 특허 제4,523,621호에 제시되어 있다. 상기 선행 특허는 가스 아토마이즈법(gas atomization method)으로 급냉의 조건에서 분말을 제조하고, 이 중 비정질의 분말만을 선택하여 Cu 용기내에 담고 밀폐한 후 비정질 천이 온도 이상의 온도에서 압출 또는 단조하여 분말이 일체화된 비정질 재료를 크기에 제한이 없이 만드는 방법이다.First, a method of preparing amorphous powder and integrating it by hot extrusion as a method for solving the problem of size is disclosed in US Pat. No. 4,523,621. The preceding patent manufactures a powder under quenching conditions by a gas atomization method, and selects only amorphous powder, which is contained in a Cu container and sealed, and then extruded or forged at a temperature above an amorphous transition temperature. It is a method of making an integrated amorphous material without limiting the size.

이 방법의 경우는 근본적으로 비정질 상이 결정화되지 않은 조건에서 분말간의 결합을 하는데 어려움이 있다. 즉, 분말 제조 시 비정질상이 결정화되는 것을 방지하기 위해서는 압출비를 크게 할 수 없고, 일반적으로 비정질 분말의 표면에 산화막이 형성되어 있는 데, 이 막을 분쇄하는 능이 부족하여 비정질 입자간의 결합력을 저하시키고 미세 기공들이 입자사이에 존재하게 된다.In this method, it is difficult to bond between powders under conditions where the amorphous phase is not crystallized. In other words, in order to prevent the crystallization of the amorphous phase during powder production, the extrusion ratio cannot be increased, and in general, an oxide film is formed on the surface of the amorphous powder. The pores are present between the particles.

이 산화막 형성을 방지하려면 모든 제조공정이 Ar 가스 또는 진공과 같은 특별한 분위기에서 이루어져야 하기 때문에 제조 비용이 증가한다. 또한, 압출 후 시편을 급냉하여 열에 의한 상변화(즉, 결정화)를 최대한 방지하여야 한다.In order to prevent this oxide film formation, manufacturing costs increase because all the manufacturing processes must be performed in a special atmosphere such as Ar gas or vacuum. In addition, the specimen should be quenched after extrusion to prevent the phase change due to heat (ie, crystallization) as much as possible.

다음으로, 분말을 일체화하여 제조하든지 또는 용탕을 급냉하여 제조하든지, 모든 비정질 재료는 위에서 언급했듯이 갑작스런 파괴현상을 보이기 때문에 실제 산업적으로 이용하기에는 크랙 전파(crack propagation)를 방지할 수 있는 재료개발의 필요성이 요구된다.Next, whether it is manufactured by integrating the powder or by quenching the molten metal, all of the amorphous materials exhibit sudden breakdown as mentioned above. Is required.

이러한 파괴인성의 문제를 해결하기 위해서 다양한 방법들이 제시되고 있다. 예를 들면, 용탕에 세라믹(ceramic) 또는 금속 입자를 혼합하고 급냉하여 입자가 분산된 비정질 기지의 복합재료(R. D. Conner, R. B. Dandliker and W. L.Johnson, Acta Mater., 46 (1998) 6089 참조), 텅스턴 와이어를 배열한 후 용탕을 투과 냉각하여 제조된 복합재(미합중국 특허 제6,010,580호 참조), 응고의 속도를 조절하여 연성의 상이 응고 시 먼저 형성되고 나머지는 비정질로 되는 재료(C. C. Hays, C. P. Kim and W. L. Johnson, Proc. ISMANAM. ISMANAM-99, Mater. Sci. Forum, Dresden, Germany, 2000 참조) 등이 개발되었다. 하지만 위의 경우에는 비록 연신률을 향상시킬 수 있지만 용탕 응고시 비정질을 형성하기 때문에 크기의 제약이 있다.Various methods have been proposed to solve this problem of fracture toughness. For example, an amorphous matrix composite material (RD R Conner, RB Dandliker and WLJohnson, Acta Mater., 46 (1998) 6089) in which ceramic or metal particles are mixed and quenched in a melt to disperse particles, Composites prepared by permeating cooling the molten wire after arranging the stern wires (see US Patent No. 6,010,580), by adjusting the rate of solidification, a material in which a soft phase is first formed during solidification and the rest becomes amorphous (CC Hays, CP Kim and WL Johnson, Proc. ISMANAM.ISMANAM-99, Mater. Sci.Forum, Dresden, Germany, 2000). However, in the above case, although the elongation can be improved, there is a size limitation because it forms amorphous when the molten metal solidifies.

따라서 본 발명은 이러한 제반의 크기, 형상, 파괴인성, 제조공정의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 연성의 분말을 비정질 분말입자와 적정 비로 혼합하여 섞은 후 혼합체를 밀폐하여 비정질 천이 온도 이상, 결정화 온도이하의 온도조건(즉, 과냉구역)에서 압출 또는 단조하여 비정질 분말과 연성 분말 모두 일정량 변형되게 하여 상호 결합시켜 연성의 금속입자가 비정질 기지 내에 일정량 분산시킨 복합재 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the problems of the size, shape, fracture toughness, manufacturing process of the above, the object is to mix the soft powder with the amorphous powder particles in an appropriate ratio and then mix the mixture to seal the amorphous transition temperature As described above, the present invention provides a composite material in which a certain amount of amorphous metals and soft powders are deformed in a predetermined amount by extrusion or forging in a temperature condition below the crystallization temperature (i.e., a supercooling zone) so that the soft metal particles are dispersed in an amorphous base in a predetermined amount, and a manufacturing method thereof There is.

본 발명에서는 비정질 재료에 따른 연성 분말의 선정, 비정질 분말과 연성 분말의 혼합 비율, 이들을 일체화하는 제조방법 및 제조조건을 제공한다.The present invention provides a selection of a soft powder according to an amorphous material, a mixing ratio of an amorphous powder and a soft powder, a production method for integrating these, and a manufacturing condition.

도 1은 Ni59Zr20Ti16Si2Sn3로부터 얻어진 10, 45, 75, 106 및 150μm 크기의 비정질 입자와 리본형 성형 시료에 대한 X-선 회절 그래프,1 is an X-ray diffraction graph of 10, 45, 75, 106 and 150 μm sized amorphous particles and ribbon shaped samples obtained from Ni 59 Zr 20 Ti 16 Si 2 Sn 3 ;

도 2는 도 1의 분말 중 10μm 및 45μm 크기의 분말에 대한 열적 특성 그래프,FIG. 2 is a graph of thermal properties of powders of 10 μm and 45 μm in the powder of FIG. 1;

도 3a 및 도 3b는 각각 구리 입자가 10vol.% 함유된 실시예 1의 비정질 기지 복합재 샘플의 단면과 압출 방향면의 조직사진,3A and 3B are tissue photographs of a cross section and an extrusion direction surface of the amorphous matrix matrix sample of Example 1 each containing 10 vol.% Of copper particles,

도 4는 실시예 1(10vol.% Cu) 및 실시예 3(30vol.% Cu)의 복합재에 대한 X-선 회절 그래프,4 is an X-ray diffraction graph of the composite of Example 1 (10 vol.% Cu) and Example 3 (30 vol.% Cu),

도 5는 실시예 1 내지 실시예 3의 복합재 샘플들의 압축시험결과를 스트레스(Stress)-스트레인(Strain) 관계로 나타낸 그래프,5 is a graph showing the stress-strain relationship of the compression test results of the composite samples of Examples 1 to 3.

도 6은 본 발명에 따른 복합재 샘플의 파단면에 대한 전자주사경(SEM) 사진이다.6 is an electron scanning (SEM) photograph of the fracture surface of the composite sample according to the present invention.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연성의 분말이 비정질 분말 내에 분산되어 일체화된 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an amorphous matrix composite, characterized in that the soft powder is dispersed and integrated in the amorphous powder.

상기 복합재에 사용되는 비정질 합금은 비정질 분말이 제조될 수 있는 모든합금계를 포함하며, 예를 들어, Ni-, Ti-, Zr-, Al-, Fe-, La-, Cu-, Mg-기지 등의 합금계가 사용될 수 있다.Amorphous alloys used in the composite include all alloy systems from which amorphous powders can be produced, for example Ni-, Ti-, Zr-, Al-, Fe-, La-, Cu-, Mg-based Alloy systems such as these may be used.

상기 연성의 분말은 과냉구역에서 성형시에 비정질 분말의 변형 스트레스 보다 낮은 변형 스트레스를 갖는 모든 종류의 재료, 즉 비정질 입자가 과냉구역에서 압출 및 단조시 비정질 입자가 결정화가 되지 않고, 혼합된 연성분말이 비정질 입자보다 더욱 변형이 되어 전체 입자의 일체화에 도움을 주는 재료로서 설정된다.The soft powder is mixed with all kinds of materials having a lower strain stress than that of the amorphous powder when molded in the supercooled zone, that is, the amorphous particles do not crystallize when the amorphous particles are extruded and forged in the supercooled zone, It is set as a material that is more deformed than the amorphous particles to assist in the integration of all the particles.

상기와 같이 연성의 분말을 비정질 분말의 변형 스트레스 보다 낮은 변형 스트레스를 갖는 재료로 설정되어야 하는 이유는 과냉구역에서 비정질 분말을 변형시에 비정질 재료는 비스코스(viscose) 변형하게 되며, 이때 연성의 분말 또한 같은 변형 또는 그이상의 변형을 하여야 한다.The reason why the soft powder is set to a material having a lower strain stress than that of the amorphous powder is that the amorphous material deforms the viscose when the amorphous powder is deformed in the supercooled zone. The same or more variations should be made.

이 경우 당연히 연성의 분말의 변형 스트레스는 비정질 분말의 플로우 스트레스(flow stress)보다 낮아야만 이러한 목적이 달성 될 수 있으며, 만약 분말의 변형 스트레스가 높은 경우는 연성의 분말이 변형이 되지 않아 처음 혼합된 형상을 그대로 유지하거나, 비정질 분말에 비해 훨씬 적게 변형되어서 연성분말입자와 비정질 입자간에 계면의 결합력이 떨어지거나, 또는 계면사이에 기공이 형성되어 재료의 기계적 성질에 나쁜 영향을 미치게 된다.In this case, of course, this purpose can be achieved only if the deformation stress of the soft powder is lower than the flow stress of the amorphous powder. If the deformation stress of the powder is high, the soft powder is not deformed. Maintaining the shape as it is, or deformed much less than the amorphous powder, the bonding strength of the interface between the soft powder particles and the amorphous particles, or the pores are formed between the interfaces adversely affect the mechanical properties of the material.

상기 연성 분말의 함유량은 복합재의 제조 후 비정질 분말로만 제조된 것에 비해 강도를 현저하게 감소시키지 않고 연신률을 향상시킬 수 있는 범위로서 설정되어야 한다.The content of the ductile powder should be set as a range capable of improving the elongation without significantly reducing the strength compared to that produced only with amorphous powder after the preparation of the composite.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 상기 연성 분말의 함유량은 연성분말간의접촉이 일어나지 않거나, 일어나더라도 접촉이 심하지 않아 기계적인 성질에 영향이 적은 0.1vol.% 내지 40vol.% 범위로 설정되는 것이 바람직하다.In order to achieve this object, the content of the soft powder is preferably set in the range of 0.1vol.% To 40vol.% Where the contact between the soft component powder does not occur, or even if the contact is not severe and less affect the mechanical properties.

먼저 연성 분말의 함유량이 50vol.% 이상이 되게 되면 이것은 비정질 기지가 아닌 연성분말 기지가 되기 때문에 연성 분말의 함유량은 50vol.% 미만으로 되어야 한다.First, when the content of the soft powder is 50 vol.% Or more, the content of the soft powder should be less than 50 vol.% Because it becomes a soft powder-based base rather than an amorphous base.

일반적으로 분말의 함유량이 30%이상이 되게 되면(분말의 혼합시 나타나는 일반적이 특성임) 연성입자들간의 뭉침 현상이 나타나서 소기의 목적을 달성하기가 어렵게 된다. 즉, 첨가되는 연성입자들 각각은 비정질 기지내에서 분리되어 분산되어야 최대의 효과를 얻을 수 있다.In general, when the content of the powder is more than 30% (which is a general characteristic when the powder is mixed), agglomeration phenomenon occurs between the soft particles, which makes it difficult to achieve the desired purpose. That is, each of the soft particles added may be separated and dispersed in the amorphous matrix to obtain the maximum effect.

그러나, 본 발명에서 연성 분말의 상한 함유량을 40vol.%로 설정한 이유는 후술하는 도 5에서 보듯이 함유량이 30vol.%인 경우에도 기계적인 특성은 연성입자의 뭉침 현상의 효과가 크게 나타나지 않았고, 이러한 뭉침의 현상은 분말입자의 혼합기술에 의존하기 때문이다. 또한 연성 분말의 하한 함유량을 0.1vol.%로 설정한 이유는 0.1vol.% 미만일 때 혼합의 효과가 거의 나타나지 않기 때문이다.However, in the present invention, the upper limit content of the soft powder is set to 40 vol.%, Even if the content is 30 vol.%, As shown in FIG. 5 to be described later. This is because the phenomenon of aggregation depends on the mixing technology of the powder particles. The reason why the lower limit content of the soft powder is set to 0.1 vol.% Is because the effect of mixing is hardly exhibited when it is less than 0.1 vol.%.

또한, 상기 연성의 분말은 성형시에 비정질 분말의 변형 스트레스 보다 낮은 변형 스트레스를 갖는 재료로서 설정되므로, 초기의 연성분말의 입자 형상이 파이버(fiber)이든지 구형의 형상이든지 관계가 없고 크기도 초기 비정질 분말과 혼합이 될 수 있는 크기이면 관계가 없으므로 입자의 크기나 형상에 제약을 받지 않는다.In addition, since the soft powder is set as a material having a lower strain stress than that of the amorphous powder at the time of molding, regardless of whether the initial soft powder particles are fiber or spherical, the size is also initial amorphous. As long as it can be mixed with the powder, it does not matter, so it is not limited by the size or shape of the particles.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 연성의 분말이 비정질 분말 내에분산되어 일체화된 비정질 기지 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.According to another feature of the present invention, the present invention provides a method for producing an integrated amorphous matrix composite wherein the soft powder is dispersed in the amorphous powder.

본 발명의 비정질 기지 복합재의 제조방법은 상기와 같이 선택된 비정질 입자에 일정량의 연성입자를 분산 혼합하는 단계와, 상기 연성의 혼합된 분말을 용기 내에 밀봉한 상태에서 압축 성형(compacting)하여 빌렛을 얻는 단계와, 상기 빌렛을 비정질 과냉구역의 온도에서 가공하여 일체화시키는 단계로 구성된다.The method for producing an amorphous matrix composite of the present invention comprises the steps of dispersing and mixing a predetermined amount of soft particles into the amorphous particles selected as described above, and compressing the soft mixed powder in a sealed state in a container to obtain a billet. And the step of integrating the billet by processing at the temperature of the amorphous subcooling zone.

상기한 빌렛은 예를들어, 열간 압출 또는 단조 공정에 의해 모든 입자들의 일체화가 이루어질 수 있으며, 이 경우 비정질 입자들은 결정화되지 않고 비정질 상을 유지하여야 된다.The billet described above can be integrated of all particles, for example by a hot extrusion or forging process, in which case the amorphous particles must not crystallize and remain in the amorphous phase.

상기한 방법으로 얻어진 비정질 기지 복합재는 예를들어, 기계가공, 방전가공 또는 과냉구간에서 포밍(forming) 등의 과정을 통하여 최종제품으로 제조된다.The amorphous matrix composite obtained by the above method is produced as a final product through a process such as forming, for example, in machining, discharging or subcooling.

상기한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 비정질 기지 복합재는 연성의 입자를 포함하고 있기에 비정질 분말로만 일체화시키는 공정에서 발생되는 미세 기공형성을 감소할 수 있고, 비정질 분말로만 제조된 종래의 비정질 재료에 비해 연성의 입자가 전단 변형의 시발점으로 작용하고, 크랙전파를 방지할 수 있어 상온의 연신률을 향상시킬 수 있어서 기존의 비정질 분말만의 재료에 있어서 가장 문제점이 되었던 파괴인성을 향상시킬 수 있다.As described above, the amorphous matrix composite prepared according to the present invention can reduce fine pore formation generated in the process of integrating only amorphous powder because it contains soft particles, compared with conventional amorphous materials made only of amorphous powder. Soft particles act as the starting point of shear deformation, and can prevent crack propagation, thereby improving elongation at room temperature, thereby improving fracture toughness, which has been a problem in the conventional amorphous powder only material.

또한 본 발명에서는 종래의 급냉응고된 비정질 재료, 용탕에서 입자를 혼합한 후 응고하여 제조된 입자강화 비정질기지 복합재료에 비해 크기의 제한을 제거하여 대형화 및 다양화할 수 있어서, 대형화된 고품질, 고강도 제품을 만드는 데 널리 사용될 수 있다.In addition, in the present invention, compared to the conventional hardened amorphous material, molten amorphous mixed base material prepared by mixing the particles in the molten metal and then the size limitation can be removed to increase the size and diversification, large-scale high-quality, high-strength product It can be widely used to make

본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.If the present invention will be described in detail based on the examples as follows, the present invention is not limited to the examples.

<실시예1 내지 실시예 3><Examples 1 to 3>

비정질 형성능이 우수한 Ni-기지 합금 (Ni59Zr20Ti16Si2Sn3, 원자량%)을 아르곤 분위기 하에서 유도 용해하여 모합금을 제조하여 응고한 후, 다시 가스 아토마이제이션(gas atomization) 노에서 용해한 후 3.2mm 직경 노즐을 통해서 분말을 제조하였다. 이때 압력은 약 2.8MPa이고 액상의 온도는 약 1623K이었다. 이 분말들은 10μm보다 작은 것부터 150μm 이상 되는 것까지 다양한 크기의 분포를 보이기 때문에 약 10μm 간격으로 입자들을 분류하였다.Ni-based alloys (Ni 59 Zr 20 Ti 16 Si 2 Sn 3 , atomic%) having excellent amorphous forming ability were induced and dissolved in argon atmosphere to prepare a master alloy and solidify it, and then in a gas atomization furnace. After dissolution, powder was prepared through a 3.2 mm diameter nozzle. At this time, the pressure was about 2.8MPa and the temperature of the liquid phase was about 1623K. The powders were sorted at intervals of about 10 μm because they exhibit a range of sizes ranging from less than 10 μm to more than 150 μm.

도 1은 상기한 Ni59Zr20Ti16Si2Sn3로부터 얻어진 10, 45, 75, 106 및 150μm 크기의 비정질 입자와 리본형으로 성형된 시료를 X-선에 회절시킨 결과를 보인 것으로, 입자 크기가 45μm 이상의 분말에서는 결정화가 일어난 것을 알 수 있다. 따라서, 후속된 시험에서는 크기 45μm 이하의 분말만이 이용되었다.FIG. 1 shows the results of diffracting X-rays of 10, 45, 75, 106 and 150 μm sized amorphous particles and ribbon-shaped samples obtained from Ni 59 Zr 20 Ti 16 Si 2 Sn 3 . It can be seen that crystallization occurred in powder having a size of 45 μm or more. Therefore, only powders up to 45 μm in size were used in subsequent tests.

다음으로 상기한 분말 중 10μm 및 45μm 크기의 분말에 대한 열적 특성 그래프를 열분석기(DSC: differential scanning calorimetry)를 이용하여 얻은 것을 도 2에 나타내었다. 상기 열적 특성 그래프는 열분석기를 이용하여 분말을 30K/min의 가열 속도로 연속적으로 가열하여 얻은 것으로, 그래프로부터 비정질 천이온도(Tg)는 815K이고 결정화 온도(Tx)는 878K임을 보여준다. 따라서 분말을 일체화하는 구간은 이 두 온도 사이, 즉 과냉구역 온도인 848K로 정하였으며, 이 온도에서 압출 시 램 속도가 0.48cm/sec인 경우 비정질 분말만의 변형 스트레스는 실험을 통하여 510MPa임을 알 수 있었다.Next, the thermal characteristics of the powders of the 10μm and 45μm size of the powders obtained by using a thermal analyzer (DSC: differential scanning calorimetry) is shown in FIG. The thermal characteristic graph is obtained by continuously heating the powder at a heating rate of 30 K / min using a thermal analyzer. The graph shows that the amorphous transition temperature (Tg) is 815K and the crystallization temperature (Tx) is 878K. Therefore, the interval of integrating the powder is set between the two temperatures, that is, the subcooling temperature of 848 K. When the ram speed is 0.48 cm / sec during extrusion at this temperature, the strain stress of the amorphous powder alone is 510 MPa through experiments. there was.

이에 따라 연성분말의 선택은 이 제조 조건에서 변형 스트레스가 비정질 분말보다 매우 낮은 구리(Cu) 분말을 선택하였다. 비정질 입자와 비슷한 크기의 구리분말을 비정질 분말에 각각 10vol.%, 20vol.%, 30vol%씩 함유시킨 후, 비정질 분말과 고르게 혼합하여 실시예 1 내지 실시예 3의 혼합분말을 준비하였다. 그후 내경이 125mm인 구리관 속에 실시예 1 내지 실시예 3의 혼합분말을 따로 채운 후 진공밀폐 상태로 상온에서 압력을 가하여 성형하여(compacting), 3개의 빌렛(billet)을 얻었다. 그후 이 빌렛(billet)들을 압출온도인 848K까지 급속 가열한 후 램 속도 0.48cm/sec, 압출비 5의 조건에서 압출 후 공기중에서 냉각하여 실시예 1 내지 실시예 3의 샘플을 제조하였다. 제조된 실시예 1 내지 실시예 3의 비정질 기지 복합재의 크기는 직경 25mm, 길이 100mm이다.Accordingly, the selection of the soft powder selected a copper (Cu) powder having a very low strain stress than the amorphous powder in these manufacturing conditions. Copper powder having a size similar to that of the amorphous particles was contained in the amorphous powder by 10 vol.%, 20 vol.%, And 30 vol%, respectively, and then mixed with the amorphous powder to prepare a mixed powder of Examples 1 to 3. Thereafter, the powder mixture of Examples 1 to 3 was separately charged into a copper pipe having an internal diameter of 125 mm, and then compacted by applying pressure at room temperature in a vacuum sealed state to obtain three billets. Thereafter, the billets were rapidly heated to an extrusion temperature of 848 K, and then cooled in air after extrusion under conditions of a ram speed of 0.48 cm / sec and an extrusion ratio of 5 to prepare samples of Examples 1 to 3. The prepared amorphous matrix composites of Examples 1 to 3 are 25 mm in diameter and 100 mm in length.

도 3a 및 도 3b는 각각 구리 입자가 10vol.% 함유된 실시예 1의 비정질 기지 복합재 샘플의 단면과 압출 방향면의 조직사진으로서, 구리 입자가 일정한 간격으로 비정질 기지에 분산되어 있고(도 3a), 처음에 구형인 구리 입자가 압출방향으로 변형되어 분포되어 있는 것(도 3b)을 보여준다.3A and 3B are tissue photographs of the cross-section and extrusion direction surface of the amorphous matrix composite sample of Example 1, each containing 10 vol.% Of copper particles, in which copper particles are dispersed in the amorphous matrix at regular intervals (FIG. 3A). At first, spherical copper particles are deformed and distributed in the extrusion direction (Fig. 3b).

도 4는 실시예 1(10vol.% Cu) 및 실시예 3(30vol.% Cu)의 복합재를 X-선에 회절시킨 결과를 보인 것으로, 구리결정 외에 다른 결정이 나타나지 않음으로 인하여 비정질상이 유지되어 있음을 보여준다. 그 외 여기서는 비정질 분말만으로 제조된 결과 "Monolithic"도 함께 나타내었다. 다른 20vol.%의 구리가 함유된 복합재들에서도 같은 경향을 보여주었다.FIG. 4 shows the results of diffraction of the composites of Example 1 (10 vol.% Cu) and Example 3 (30 vol.% Cu) on X-rays. Shows that there is. In addition, here, "Monolithic" is also shown as a result produced only with amorphous powder. The same trend was observed for other 20 vol .-% copper composites.

도 5에서는 실시예 1 내지 실시예 3의 복합재 샘플들의 압축시험결과를 스트레스(Stress)-스트레인(Strain) 관계로 나타낸 것으로, 여기서는 비정질 분말만으로 제조된 결과 "Monolithic"도 함께 나타내었다. 비정질 분말만의 경우는 약 2.0GPa의 파괴강도를 나타내는데 이는 급냉 응고된 같은 조성의 비정질 분말의 파괴강도 (2.2GPa)과 거의 유사한 성질을 보여준다.In FIG. 5, the compressive test results of the composite samples of Examples 1 to 3 are shown in a stress-strain relationship. Here, "Monolithic" is also shown as a result produced only with amorphous powder. In the case of amorphous powder only, it exhibits a breaking strength of about 2.0 GPa, which is almost similar to that of the quench solidified amorphous powder (2.2GPa).

도 5를 참고하면 구리의 양이 증가됨에 따라 강도(Stress)는 예상되는 바와 같이 약간 감소하는 경향을 보이나, 소성변형을 하며 연신률이 증가되는 현상을 나타내었다. 이 소성변형 즉, 연신률의 증가는 비정질 재료를 구조용 재료로 이용할 수 있게 하는 매우 중요한 요인으로 지금까지 분말을 일체화하여 제조된 비정질 재료의 경우는 거의 나타나지 않는 특성이다. 소성변형이 없는 경우는 일반적으로 재료의 파괴가 어느 조건에서 발생될지 예측이 불가능하며, 구조용 재료의 적용에 어려움이 많다.Referring to FIG. 5, as the amount of copper is increased, the stress tends to decrease slightly as expected, but the plastic strain causes the elongation to increase. This plastic deformation, i.e., an increase in elongation, is a very important factor that makes it possible to use an amorphous material as a structural material, which is a property that hardly appears in the case of an amorphous material manufactured by integrating powder until now. In the absence of plastic deformation, it is generally impossible to predict under what conditions the material will break, and it is difficult to apply structural materials.

그러나 본 발명과 같이 고강도의 비정질 재료가 연성의 금속상을 내부에 함유하고 있는 경우 이 금속상이 전단변형의 시발점으로 또는 전단변형 전파의 방해물로 동시에 작용할 수 있기 때문에 재료의 소성변형을 여러 곳에서 유발시켜 전체적으로 소성변형을 유발하고, 따라서 파괴인성이 향상되게 된다.However, if the high-strength amorphous material contains a ductile metal phase therein as in the present invention, the plastic phase of the material may cause plastic deformation in various places because the metal phase may act simultaneously as a starting point of shear deformation or as an obstacle to propagation of shear deformation. Plastic deformation as a whole, and thus fracture toughness is improved.

마지막으로, 도 6은 본 발명에 따른 복합재 샘플에 대한 파단면을 전자주사경(SEM)으로 관찰한 것으로, 비정질의 파단특성인 물결모양(vein pattern)이 여러 곳에서 관찰되며, 또한 분말입자들이 분리되어 파괴된 형상을 보여준다. 즉, 본 발명에 따른 복합재에서는 연성파괴와 취성파괴가 복합적으로 발생된 것으로 판단된다.Finally, FIG. 6 is an electron scanning microscope (SEM) of the fracture surface of the composite sample according to the present invention, wherein the amorphous pattern of the fracture pattern (vein pattern) is observed in various places, and also the powder particles It shows the shape broken apart. That is, in the composite according to the present invention, it is judged that the ductile fracture and the brittle fracture are combined.

상기한 실시예에서는 Ni-기지의 합금에 대하여만 예를들어 설명하였으나, 상기 실시예는 비정질 재료의 기본 특성인 과냉구역에서의 비스코스 플로우(viscose flow)를 이용하여 제조된 것으로 이는 모든 비정질 재료에서 나타나는 고유의 특성이므로, 다른 합금계에도 동일하게 적용된다.In the above embodiment, only the Ni-based alloy has been described as an example. However, the embodiment was manufactured using viscose flow in a subcooled zone, which is a basic characteristic of amorphous material. Since it is an inherent characteristic to appear, it is similarly applied to other alloy systems.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 비정질 분말에 연성의 입자를 분포시켜 모든 입자를 일체화시키는 열간 압출 또는 단조의 제조방법을 통하여 크기에 제약이 없는 복합재를 얻을 수 있어, 종래의 용탕을 급냉하여 제조하는 경우 문제가 되었던 크기제한의 문제를 해결하였다.As described above, in the present invention, a composite having no size limitation can be obtained through a method of manufacturing hot extrusion or forging in which soft particles are dispersed in an amorphous powder to integrate all particles, thereby rapidly cooling a conventional molten metal and preparing the same. It solved the problem of size limitation which was a problem.

또한, 본 발명에서는 비정질 분말만으로 제조시 문제가 되었던 인성이 없는 문제를 연성의 상이 첨가됨으로 인하여 강도를 거의 감소시키지 않고 비정질 재료의 인성을 향상시킬 수 있어, 다양한 고강도, 고품질의 구조재료로 이용할 수 있게 하는 데에 효과가 있다.In addition, the present invention can improve the toughness of the amorphous material with almost no decrease in strength due to the addition of the soft phase to the problem of the toughness, which was a problem when manufacturing only the amorphous powder, and can be used as various high strength and high quality structural materials. It is effective to make it possible.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have

Claims (10)

연성의 분말이 비정질 분말 내에 분산되어 일체화된 것을 특징으로 하는 연성의 입자가 강화된 비정질 기지 복합재.An amorphous matrix composite reinforced with soft particles, wherein the soft powder is dispersed and integrated in the amorphous powder. 제1항에 있어서, 상기 비정질 분말은 비정질 분말로 제조될 수 있는 모든 합금계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재.2. The amorphous matrix composite of claim 1, wherein the amorphous powder comprises all alloy systems that can be made of amorphous powder. 제1항에 있어서, 상기 연성의 분말은 비정질 분말이 과냉구역에서 성형시의 변형 스트레스 보다 낮은 모든 종류의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재.2. The amorphous matrix composite of claim 1, wherein the ductile powder comprises all kinds of materials in which the amorphous powder is lower than the strain stress upon molding in the subcooled zone. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합재에 함유되는 연성의 분말은 0.1vol.% 내지 40vol.% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재.The amorphous matrix composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the soft powder contained in the composite is included in the range of 0.1 vol.% To 40 vol.%. 비정질 분말과 연성의 분말을 혼합하여 혼합분말을 준비하는 단계와,Preparing a mixed powder by mixing the amorphous powder and the soft powder, 상기 혼합분말을 용기 내에 밀봉한 상태에서 압축 성형(compacting)하여 빌렛을 얻는 단계와,Compressing the mixed powder in a sealed state in a container to obtain a billet; 상기 빌렛을 비정질 과냉구역의 온도에서 가공하여 혼합분말을 일체화시키는단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성의 입자가 강화된 비정질 기지 복합재의 제조방법.And processing the billet at the temperature of the amorphous subcooling zone to integrate the mixed powder. 제5항에 있어서, 상기 비정질 분말은 비정질 분말로 제조될 수 있는 모든 합금계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the amorphous powder comprises all alloy systems that can be made of amorphous powder. 제6항에 있어서, 상기 합금계는 Ni-, Ti-, Zr-, Al-, Fe-, La-, Cu-, Mg-기지 중 어느 하나의 합금계인 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재의 제조방법.The method of claim 6, wherein the alloy system is any one of Ni-, Ti-, Zr-, Al-, Fe-, La-, Cu-, and Mg-based alloys. . 제5항에 있어서, 상기 연성의 분말은 비정질 분말이 과냉구역에서 성형시의 변형 스트레스 보다 낮은 모든 종류의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the soft powder comprises all kinds of materials in which the amorphous powder is lower than the strain stress upon molding in the subcooled zone. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합재에 함유되는 연성의 분말은 0.1vol.% 내지 40vol.% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재의 제조방법.The method according to any one of claims 5 to 8, wherein the soft powder contained in the composite material is included in the range of 0.1 vol.% To 40 vol.%. 제5항에 있어서, 상기 혼합분말의 일체화 단계는 열간 압출 또는 열간 단조에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질 기지 복합재의 제조방법.The method of claim 5, wherein the integrating of the mixed powder is performed by hot extrusion or hot forging.
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