KR20050000246A - Cu-based Amorphous Alloy Composition - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: To provide a Cu-based amorphous alloy which increases amorphization efficiency, offers a possibility of application as structural material for copper alloy due to great increase of strength and is commercialized more easily by adding a fifth element to a conventional Cu-Ni-Zr-Ti quaternary amorphous alloy, thereby improving glass forming ability. CONSTITUTION: The Cu-based amorphous alloy composition is characterized in that it is represented as a general formula: $û(Cu+Ni)x(Ti+Zr)y$ý100-(a+b)(M1,M2)a(M3)b, wherein x, y, a and b satisfy 39<=x<=71, 29<=y<=61, 0<=a<=10 and 0<=b<=5 as atom% respectively provided that a and b are not 0 at the same time; M1 is Y, Nb, Co or Ag as a metal element; M2 is Al, In or Sn as an amphoteric element; and M3 is P, B or Si as a nonmetal element.

Description

구리계 비정질 합금 조성물{Cu-based Amorphous Alloy Composition}Cu-based Amorphous Alloy Composition

본 발명은 구리계 비정질 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Cu-Ni-Zr-Ti의 4원계 합금에 제 5원소로 금속 원소, 양쪽 성원소 또는 비금속 원소를 첨가하여 보다 우수한 비정질 형성능으로 벌크화가 가능한 구리계 비정질 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a copper-based amorphous alloy, and more particularly, to bulking with a superior amorphous forming ability by adding a metal element, an amphoteric element or a non-metal element as a fifth element to a quaternary alloy of Cu-Ni-Zr-Ti. It relates to a possible copper-based amorphous alloy.

일반적으로, 구리는 특유한 적색 광택을 가진 금속으로 전성, 연성, 가공성이 뛰어날 뿐만 아니라 강도도 있으며, 열 및 전기의 전도율은 은에 이어 2번째로 크고 결정은 등축정계이다.In general, copper is a metal with a unique red gloss, which is not only excellent in malleability, ductility, and workability, but also in strength, and has the second highest conductivity of heat and electricity after silver.

구리는 그 자체뿐만 아니라 황동, 청동, 알루미늄청동, 베릴륨구리 등 합금으로서의 용도도 매우 넓으며, 특히 전선을 비롯하여 신동품으로 많이 쓰이고 있다. 전선은 전해구리를 용해하여 틀에 넣어 굳힌 봉동을 써서 각종 전선으로 가공한다. 또, 신동품은 전해구리와 기타 합금용 금속, 부스러기구리, 구리합금 등을 알맞게 배합 용해한 다음 소정의 성분으로 조정하여 주입한 동괴를 원료로 하여 판, 봉, 관, 선 등으로 가공한다. 그리고, 동판은 일반 집기를 만드는 데도 사용되며, 동화로는 주석 2-10%를 섞은 청동이 사용된다.Copper is not only itself, but also widely used as an alloy such as brass, bronze, aluminum bronze, beryllium copper, and is particularly used as a new product for electric wires. Electric wire is processed into various electric wires by melting electrolytic copper and using hardened rods. In addition, new copper products are prepared by mixing and dissolving electrolytic copper and other alloy metals, scrap metals, copper alloys, and the like appropriately, and then processing them into plates, rods, pipes, wires, etc., using the ingots injected as raw materials. The copper plate is also used for making general household appliances, and bronze is mixed with 2-10% tin.

하지만, 구리는 구조용 재료로 사용하기에는 상대적으로 낮은 강도를 가지며, 순수한 건조공기 중에서는 산화하지 않으나, 보통의 공기 중에서는 습기로 인해서 녹이 슬어, 주로 녹청을 생성한다.However, copper has a relatively low strength for use as a structural material and does not oxidize in pure dry air, but rusts due to moisture in ordinary air, mainly producing cyan.

따라서, 구리의 이러한 반응성 및 낮은 강도는 구리의 보다 폭넓은 이용에 제약이 되고 있다.Thus, this reactivity and low strength of copper are constrained by the wider use of copper.

비정질 금속재료는 결정질 금속재료보다 훨씬 더 높은 인장 강도를 가지며, 인성 및 내식성 또한 우수한 것으로 알려져 구리 비정질 합금을 벌크화 할 경우 강도를 향상시키고 반응성을 완화 시켜 보다 폭넓게 활용할 수 있는 가능성이 있다.The amorphous metal material has much higher tensile strength than the crystalline metal material, and is also known to be excellent in toughness and corrosion resistance. Thus, when bulking copper amorphous alloys, there is a possibility that the amorphous metal material can be widely used by improving the strength and reducing the reactivity.

이에, 현재까지 개발된 구리계 비정질 합금을 살펴보면 Cu-M (M=Ti, Zr 또는 Hf) 등의 2원계 합금, Cu-Mg-Ln (Ln=La, Sm, Eu, Tb, Er 또는 Lu), Cu-Zr-Ti, Cu-Hf-Ti 등의 3원계 합금, 그리고, Cu-Zr-Hf-Ti, Cu-Zr-Ti-Y, Cu-Ti-Zr-Ni 등의 4원계 합금을 들 수 있다.Thus, looking at the copper-based amorphous alloys developed to date, binary alloys such as Cu-M (M = Ti, Zr or Hf), Cu-Mg-Ln (Ln = La, Sm, Eu, Tb, Er or Lu) , Ternary alloys such as Cu-Zr-Ti and Cu-Hf-Ti, and ternary alloys such as Cu-Zr-Hf-Ti, Cu-Zr-Ti-Y and Cu-Ti-Zr-Ni. Can be.

그러나, 상기와 같은 종래의 구리계 비정질 합금은 대부분이 급속응고법을 이용하여 수십 ㎛ 정도의 두께인 리본 또는 분말형태로 밖에 비정질화 하지 못하였으며, 최근 들어 개발된 구리계 벌크 비정질 합금들도 대체로 3mm 미만의 벌크 비정질화 최대직경을 가져서 실용화에는 한계가 있었다.However, such conventional copper-based amorphous alloys can only be amorphous in the form of ribbons or powders, most of which are about tens of micrometers thick using rapid solidification, and recently developed copper-based bulk amorphous alloys are generally 3mm. Has a bulk amorphous maximum diameter of less than the practical use was limited.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 종래의 Cu-Ni-Ti-Zr 4원계 비정질 합금에 제 5원소를 첨가하여 비정질 형성능을 향상시킴에 따라 벌크 비정질화의 효율을 높이고, 강도의 커다란 증가로 구리 합금의 구조용 재료로의 이용 가능성을 제시하며, 실용화가 보다 용이한 구리계 비정질 합금을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, the object of the bulk amorphous by adding a fifth element to the conventional Cu-Ni-Ti-Zr quaternary amorphous alloy to improve the amorphous forming ability The present invention aims to provide a copper-based amorphous alloy, which is more efficient, suggests the applicability of a copper alloy as a structural material due to a large increase in strength, and which is easier to use.

도 1a는 본 발명에 따라 제조된 구리계 비정질 합금 조성물을 Cu47Ti33Zr11Ni8Si1로 제조하여 시차 열분석기를 이용하여 분석한 결과이고,Figure 1a is a copper-based amorphous alloy composition prepared according to the present invention was prepared by Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 8 Si 1 and analyzed using a differential thermal analyzer,

도 1b는 본 발명에 따라 제조된 구리계 비정질 합금 조성물을 Cu47Ti33Zr11Co8Si1로 제조하여 시차 열분석기를 이용하여 분석한 결과이고,Figure 1b is a result of the copper-based amorphous alloy composition prepared according to the present invention prepared by Cu 47 Ti 33 Zr 11 Co 8 Si 1 and analyzed using a differential thermal analyzer,

도 1c는 본 발명에 따라 제조된 구리계 비정질 합금 조성물을 Cu47Ti33Zr11In8Si1로 제조하여 시차 열분석기를 이용하여 분석한 결과이고,Figure 1c is a copper-based amorphous alloy composition prepared according to the present invention prepared by Cu 47 Ti 33 Zr 11 In 8 Si 1 and analyzed using a differential thermal analyzer,

도 1d는 본 발명에 따라 제조된 구리계 비정질 합금 조성물을Cu47Ti33Zr11Sn8Si1로 제조하여 시차 열분석기를 이용하여 분석한 결과이고,Figure 1d is a result of the copper-based amorphous alloy composition prepared according to the present invention prepared by Cu 47 Ti 33 Zr 11 Sn 8 Si 1 and analyzed using a differential thermal analyzer,

도 2a는 Cu47Ti34Zr11Ni8합금의 벌크 비정질화 거동에 대한 시차 열분석 결과이고,2A is a differential thermal analysis of the bulk amorphous behavior of Cu 47 Ti 34 Zr 11 Ni 8 alloy;

도 2b는 Cu47Ti33Zr11Ni8Si1합금의 벌크 비정질화 거동에 대한 시차 열분석 결과이고,2b is a differential thermal analysis of the bulk amorphous behavior of Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 8 Si 1 alloy;

도 3a는 Cu47Ti33Zr11Ni8Si1합금의 4mm 봉상시편에 대한 X-선 회절 분석 결과이고,FIG. 3A is an X-ray diffraction analysis of a 4 mm rod-shaped specimen of Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 8 Si 1 alloy.

도 3b는 Cu47Ti33Zr11Ni8Si1합금의 4mm 봉상시편에 대한 투과전자 현미경 분석 결과이고,3B is a transmission electron microscope analysis of 4 mm rod-shaped specimens of Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 8 Si 1 alloy,

도 4는 Cu47Ti33Zr11Ni6Sn2Si1합금의 벌크 비정질화 거동에 대한 시차열분석 결과이고,4 is a differential thermal analysis of bulk amorphous behavior of Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Sn 2 Si 1 alloy;

도 5는 구리 상용합금(Cu-Sn-(Ti,Cr))과 본 발명에 따른 구리계 비정질 합금 조성물의 경도실험 결과이다.5 is a hardness test result of the copper commercial alloy (Cu-Sn- (Ti, Cr)) and the copper-based amorphous alloy composition according to the present invention.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 일반식 {(Cu+Ni)x(Ti+Zr)y}100-(a+b)(M1, M2)a(M3)b으로 표시되며, 상기 식 중 x, y, a 및 b는 원자%로, 각각 39≤x≤71, 29≤y≤61, 0≤a≤10 및 0≤b≤5를 만족하고(다만, a, b가 동시에 0이 되어서는 아니된다), 또한, M1은 금속 원소로써 Y, Nb, Co 또는 Ag 이고, M2는 양쪽성 원소로써 Al, In 또는 Sn 이고, M3는 비금속 원소로써 P, B 또는 Si 인 것을 특징으로 하는 구리계 비정질 합금 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, the general formula {(Cu + Ni) x (Ti + Zr) y } 100- (a + b) (M 1 , M 2 ) a (M 3 ) b Where x, y, a and b are atomic%, satisfying 39≤x≤71, 29≤y≤61, 0≤a≤10 and 0≤b≤5, respectively, provided that a, b should not be 0 at the same time), and M 1 is Y, Nb, Co or Ag as a metal element, M 2 is Al, In or Sn as an amphoteric element, and M 3 is P, It provides a copper-based amorphous alloy composition, characterized in that B or Si.

일반적으로, 비정질 합금은 3성분계 이상의 다성분계와 10% 이상의 큰 원자반경차, 그리고 음의 혼합열을 가지는 원자들의 조합에 의해 우수한 비정질 형성능을 가질 수 있으며, 또한 합금의 용융온도가 낮을수록 비정질 형성이 용이하다는 경험칙이 알려져 있다.In general, an amorphous alloy may have excellent amorphous forming ability by combining a multicomponent system having three or more components, a large atomic radius difference of 10% or more, and atoms having negative mixed heat, and the lower the melting temperature of the alloy, the more amorphous formation. The rule of thumb for this is known.

상기 경험칙을 만족하는 비정질 합금의 경우, 부분적으로 새로운 원자 배치를 통해 매우 조밀 충진된 독특한 비정질 구조와 강한 결합 원자들의 장주기적 균일성을 가질 수 있다. 이러한 구조 하에서는 원자 확산도가 감소하여 액상으로부터 결정상의 핵생성 및 성장의 억제를 통해 우수한 비정질 형성능이 구현되는 것이다.In the case of the amorphous alloy that satisfies the above empirical rules, it is possible to have a unique amorphous structure that is very densely packed through the new atomic arrangement partially and a long period uniformity of strong bonding atoms. Under such a structure, the atomic diffusivity is reduced and excellent amorphous forming ability is realized through suppression of nucleation and growth of the crystal phase from the liquid phase.

이러한 점에 착안하여 본 발명자들은 구리를 주성분으로 하고, 여기에 티타늄, 지르코늄, 니켈로 이루어진 Cu-Ni-Zr-Ti 4원계 구리합금을 기본조성으로 선택하였다.With this in mind, the present inventors selected copper-based Cu-Ni-Zr-Ti quaternary copper alloys composed of titanium, zirconium and nickel as the basic composition.

상기에서 Cu와 Ni, 그리고 Ti와 Zr은 각각 전율 고용체로 합금 설계시 하나의 묶음으로 고려할 수 있다.In the above, Cu and Ni, and Ti and Zr may be considered as a bundle in designing alloys respectively as a solid solution.

본 발명에서 Cu-Ni-Zr-Ti 조성은 기본적으로 4원계 합금에서 비정질 형성이 가능한 영역을 선정하였는데, 상기 식에서 x가 39원자%, y가 9원자% 미만이면 다성분계 합금에서 주어지는 조밀 충진 효과를 얻을 수 없으므로 우수한 비정질이 형성되기에 부적절하며, 또한 x가 71원자%, y가 61원자%를 초과하여 첨가된 경우는 Cu-Ni-Zr-Ti의 4원계 공정 조성에서 크게 벗어남으로 비정질 형성능 향상에 중요한 요인인 낮은 용융온도를 구현하는데 어려움이 있어 우수한 비정질이 형성되기에 적절하지 못하다.In the present invention, the Cu-Ni-Zr-Ti composition is basically selected in the quaternary alloy region capable of amorphous formation, where x is 39 atomic%, y is less than 9 atomic%, the dense filling effect given in the multi-component alloy Since it is not possible to obtain excellent amorphous, it is inappropriate to form, and when x exceeds 71 atomic percent and y exceeds 61 atomic percent, it is greatly deviated from the quaternary process composition of Cu-Ni-Zr-Ti. Difficulties in achieving low melting temperatures, which are important factors for improvement, are not suitable for good amorphous formation.

아울러, 본 발명에서는 상기의 Cu-Ni-Zr-Ti 합금에 제 5 원소의 첨가를 통해 다성분계화 조건을 만족시켰으며, 첨가한 제 5 원소 중 상기 M1은 금속 원소로써 Y, Nb, Co 또는 Ag 이고, M2는 양쪽성 원소로써 Al, In 또는 Sn 이고, M3는 비금속 원소로써 P, B 또는 Si 이다.In addition, in the present invention, the multi-componentization condition was satisfied by adding a fifth element to the Cu-Ni-Zr-Ti alloy, wherein M 1 of the added fifth element is a metal element of Y, Nb, and Co. Or Ag, M 2 is Al, In or Sn as an amphoteric element, and M 3 is P, B or Si as a nonmetallic element.

그리고, 상기 Y(-148 KJ/g-at, -161KJ/g-at), Nb(-10 KJ/g-at, -143 KJ/g-at), Al(-38 KJ/g-at, -96KJ/g-at)은 Cu-Ni과 커다란 음의 혼합열 값을 가지며, 상기 Co(-138 KJ/g-at, -115 KJ/g-at), Ag(-112 KJ/g-at, -60KJ/g-at), IN(-121 KJ/g-at, -62 KJ/g-at), Sn(-201 KJ/g-at, -139 KJ/g-at)은 Zr-Ti과 커다란 음의 혼합열 값을 가지기 때문에 우수한 비정질 형성 인자에 적합한 조건이다.And Y (-148 KJ / g-at, -161 KJ / g-at), Nb (-10 KJ / g-at, -143 KJ / g-at), Al (-38 KJ / g-at, -96 KJ / g-at) has a large negative mixed heat value with Cu-Ni, Co (-138 KJ / g-at, -115 KJ / g-at), Ag (-112 KJ / g-at) , -60KJ / g-at), IN (-121 KJ / g-at, -62 KJ / g-at), Sn (-201 KJ / g-at, -139 KJ / g-at) is Zr-Ti It has a large negative mixing heat value and is suitable for good amorphous formation factors.

또한, 비금속원소인 P, B 또는 Si는 일반적으로 금속-비금속쌍이 비정질 형성이 용이하다는 경험칙에 의해 첨가한 것이다.In addition, nonmetallic elements P, B or Si are generally added by the rule of thumb that metal-nonmetallic pairs are easy to form amorphous.

그리고, 상기 (M1, M2)a및 (M3)b에서 a, b를 원자%로 0≤a≤10 및 0≤b≤5로 한정한 이유는 a, b가 각각 10원자%, 5원자%를 초과하면 4원계 합금의 충진 구조를 크게 벗어나게 되므로 다성분계에서 주어지는 조밀 충진 효과에 반하게 되어 벌크 비정질이 형성되기에 부적절하고, a=b=0일 경우는 종래와 같은 조건이 되기 때문에 보다 우수한 비정질 형성능을 형성하는데 한계가 있다.In addition, in (M 1 , M 2 ) a and (M 3 ) b , a and b are limited to atomic% by 0 ≦ a ≦ 10 and 0 ≦ b ≦ 5, because a and b are each 10 atomic%, If it exceeds 5 atomic%, the filling structure of the quaternary alloy is largely out of order. Therefore, it is contrary to the dense filling effect given in the multicomponent system, and is inappropriate to form bulk amorphous. Therefore, there is a limit in forming a better amorphous forming ability.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.

우선, Cu-Ni-Zr-Ti의 4원계 구리 합금 조성에 금속원소(Y, Nb, Co 또는 Ag), 양쪽성 원소(Al, In 또는 Sn), 그리고 비금속 원소(P, B 또는 Si)을 각각 표 1에 나타낸 원자%와 같이 혼합하여 혼합물을 얻고, 이를 인젝션 캐스팅법을 이용하여 봉상 형태의 구리계 벌크 비정질 합금 조성물을 제조하였다.First, a metal element (Y, Nb, Co or Ag), an amphoteric element (Al, In or Sn), and a nonmetallic element (P, B or Si) were added to a quaternary copper alloy composition of Cu-Ni-Zr-Ti. Each mixture was mixed as in the atomic% shown in Table 1 to obtain a mixture, and a copper-based bulk amorphous alloy composition in the form of rod was prepared by injection casting.

본 발명에서 사용된 인젝션 캐스팅법은 상기 혼합물을 투명 석영관 속에 장입한 후, 챔버(chamber)내의 진공도를 약 20cmHg로 조절하고, 약 7~9kPa의 아르곤 분위기 중에서 고주파 유도 가열에 의해 용해하여 혼합조성물을 얻고, 이를 표면장력에 의해 석영관내에 유지하고 있다가, 석영관과 반응이 일어나기 전에 석영관을 급속히 강하함과 동시에 석영관 내에 약 50kPa의 아르곤 가스를 주입하여 수냉되어지고 있는 구리몰드에 충진하여 40mm의 일정한 길이를 가진 봉상 시편을 1~6mm으로 직경을 변화시켜가며 제조하였다.In the injection casting method used in the present invention, after the mixture is charged into a transparent quartz tube, the vacuum in the chamber is adjusted to about 20 cmHg, and the mixture is dissolved by high frequency induction heating in an argon atmosphere of about 7 to 9 kPa. It is maintained in the quartz tube by the surface tension, and the quartz tube is rapidly lowered before the reaction with the quartz tube, and about 50 kPa of argon gas is injected into the quartz tube to fill the water-cooled copper mold. The rod-shaped specimens with a constant length of 40mm were prepared by varying the diameter to 1-6mm.

상기와 같은 방법으로 제조된 구리계 비정질 합금에 대하여 유리전이 온도 Tg(glass transition temperature), 결정화온도 Tx(Crystallization temperature)를 도 2에 도시한 것과 같이 DSC(시차열분석 장치)를 이용하여 측정하고, 용융온도 Tm(melting temperature)는 DTA를 이용해 측정하였다. 이러한 방법으로 측정된 결과를 바탕으로 과냉각 액체영역 구간 ΔTx(supercooled liquid region) = Tx-Tg및 Trg(reduced glass transition temperature)= Tg/Tm값을 계산하였으며, 이러한 값들은 비정질 형성능을 평가하는 대표적인 인자들이다.The glass transition temperature T g (glass transition temperature) and the crystallization temperature T x (Crystallization temperature) of the copper-based amorphous alloy prepared by the method described above using a differential thermal analysis device (DSC) as shown in FIG. 2. Melting temperature (T m ) was measured using DTA. Based on the results measured in this way, the values of supercooled liquid region (ΔT x ) = T x -T g and reduced glass transition temperature (T rg ) = T g / T m were calculated. It is a representative factor for evaluating the forming ability.

벌크 비정질 형성 최대직경값인 dmax값은 제조되어진 봉상 시편들을 리본형상으로 제조된 시편과 시차열분석 장치에서 발열량을 비교하고, X-선 회절분석결과가 비정질 합금의 특징적인 할로패턴(halo pattern)을 가지는가의 확인을 통해 각 조성에서 최대의 벌크 비정질 형성직경을 도시한 것으로 비정질 형성능에 직접적으로 비례하는 인자라고 할 수 있으며, 상기와 같이 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.Bulk forming the maximum diameter value of d max value is compared to the amount of heat generated in the manufacture of rod-shaped specimens been made of a ribbon-like specimen with a differential thermal analyzer, and, X- ray diffraction patterns showed that the characteristic halo pattern of an amorphous alloy (halo pattern It shows the maximum bulk amorphous diameter in each composition through the confirmation of having a), which can be said to be a factor directly proportional to the ability to form amorphous, and the results measured as described above are shown in Table 1.

구분division 합금조성(at%)Alloy composition (at%) Tg T g Tx T x ΔTx ΔT x Trg T rg dmax(mm)d max (mm) 실시예Example Cu47Ti33Zr11Ni8Si1 Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 8 Si 1 720720 757757 3737 0.560.56 ≥ 4≥ 4 Cu45Ti34Zr11Ni8P2 Cu 45 Ti 34 Zr 11 Ni 8 P 2 723723 765765 4242 0.560.56 ≥ 2≥ 2 Cu44Ti34Zr11Ni8B3 Cu 44 Ti 34 Zr 11 Ni 8 B 3 738738 763763 2525 0.570.57 ≥ 2≥ 2 Cu47Ti34Zr10Y1Ni8Si1 Cu 47 Ti 34 Zr 10 Y 1 Ni 8 Si 1 713713 754754 4141 0.550.55 ≥ 3≥ 3 Cu47Ti34Zr8Nb3Ni8Si1 Cu 47 Ti 34 Zr 8 Nb 3 Ni 8 Si 1 723723 764764 4141 0.560.56 ≥ 5≥ 5 Cu47Ti33Zr11Ni6Co2Si1 Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Co 2 Si 1 724724 767767 4343 0.560.56 ≥ 3≥ 3 Cu47Ti33Zr11Ni6Ag2Si1 Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Ag 2 Si 1 697697 735735 3838 0.550.55 ≥ 2≥ 2 Cu47Ti33Zr11Ni6Al2Si1 Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Al 2 Si 1 715715 754754 3939 0.560.56 ≥ 3≥ 3 Cu47Ti33Zr11Ni6In2Si1 Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 In 2 Si 1 717717 757757 4040 0.610.61 ≥ 5≥ 5 Cu47Ti33Zr11Ni6Sn2Si1 Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Sn 2 Si 1 720720 765765 4545 0.620.62 ≥ 6≥ 6 비교예Comparative example Cu60Zr20Ti10Ni10 Cu 60 Zr 20 Ti 10 Ni 10 762762 < 1<1 Cu42Ti31Zr10Ni7Si10 Cu 42 Ti 31 Zr 10 Ni 7 Si 10 760760 < 1<1 Cu47Ti33Nb11Ni8Si1 Cu 47 Ti 33 Nb 11 Ni 8 Si 1 732732 < 1<1 Cu47Ti30V3Zr11Ni8Si1 Cu 47 Ti 30 V 3 Zr 11 Ni 8 Si 1 728728 757757 1919 0.550.55 < 2<2

일반적으로 비정질 형성능을 직접적으로 대변하는 것은 dmax값으로 보통 1mm 이상의 비정질 형성이 가능한 경우에 벌크 비정질 형성능이 우수한 것으로 평가하고 있다.In general, it is evaluated that the bulk formation ability is excellent when the amorphous formation ability is directly represented by the d max value.

그런데, 상기 표 1의 결과를 보면, 본 발명의 실시예를 보면, 대표적으로 dmax값이 Cu47Ti33Zr11Ni6Ag2Si1조성에서 최소 2mm, Cu47Ti33Zr11Ni6Sn2Si1조성에서 최대 6mm으로 측정되어 본 발명의 합금 조성물이 우수한 벌크 비정질 형성 효과가 나타남을 확인할 수 있었다.However, looking at the results of Table 1, when looking at the embodiment of the present invention, the d max value is typically at least 2mm in Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Ag 2 Si 1 composition, Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Sn Measured up to 6 mm in 2 Si 1 composition it can be seen that the alloy composition of the present invention exhibits an excellent bulk amorphous forming effect.

한편 비교예를 보면, 본 발명에 따른 조성이 아닌 종래 기본 4원계인 Cu60Zr20Ti10Ni10와, 본 발명의 일반식 조건 중 (M3)b가 0≤b≤5를 벗어난 Cu42Ti31Zr10Ni7Si10와,본 발명의 일반식 조건 중 (M1, M2)a가 0≤a≤10를 벗어난Cu47Ti33Nb11Ni8Si1와, 본 발명에서 제시한 원소가 아닌 다른 원소를 첨가한Cu47Ti30V3Zr11Ni8Si1의 결과를 보면 dmax값이 2mm미만으로 벌크 비정질 형성능이 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있다.On the other hand, in the comparative example, Cu 60 Zr 20 Ti 10 Ni 10 which is not a composition according to the present invention, which is a conventional basic quaternary system, and Cu 42 in which (M 3 ) b deviates from 0≤b≤5 in general formula conditions of the present invention. Ti 31 Zr 10 Ni 7 Si 10 , Cu 47 Ti 33 Nb 11 Ni 8 Si 1 in which (M 1 , M 2 ) a deviates from 0 ≦ a10 in general formula conditions of the present invention, and the present invention. In the results of Cu 47 Ti 30 V 3 Zr 11 Ni 8 Si 1 added with elements other than the element, the d max value is less than 2 mm, indicating that the bulk amorphous forming ability is significantly decreased.

아울러, 본 발명의 구리계 비정질 합금 조성물을 시차 열분석기를 이용하여 분석을 행하면, 비정질 형성능을 대변한다고 알려져 있는 과냉각 액체영역 구간이 도 1a, 1b, 1c, 1d에 나타난 바와 같이 전 조성영역에 걸쳐 20K이상 가지며, 비정질 형성능을 대변하는 다른 인자인 Trg값도, 일반적으로 우수한 비정질 형성능을 가지는 합금에서 주어지는 값인 0.55이상의 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.In addition, when the copper-based amorphous alloy composition of the present invention is analyzed using a differential thermal analyzer, a supercooled liquid region section known to represent an amorphous forming ability is shown throughout the entire composition region as shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D. It is confirmed that the T rg value, which is 20 K or more and represents another amorphous formation ability, also has a value of 0.55 or more, which is a value generally given in an alloy having excellent amorphous formation ability.

그리고, Cu47Ti33Zr11Ni8Si1합금의 4mm 봉상 시편에 대해 X-선 회절분석을 행하면, 도 3a 및 3b에 나타낸 바와 같이 전형적인 비정질상에 대한 할로패턴(halo pattern)이 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과는 도 2b의 결과와도 일치한다.X-ray diffraction analysis of 4 mm rod-shaped specimens of Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 8 Si 1 alloy showed halo patterns for typical amorphous phases as shown in FIGS. 3A and 3B. This result is also consistent with the result of FIG. 2B.

이와 더불어, Cu47Ti34Zr11Ni8합금 조성에서 Ti를 Si 1at%, Ni를 Sn 2at%만큼 치환한 Cu47Ti33Zr11Ni6Sn2Si1합금의 벌크 비정질화 거동을 도 4를 통해 확인할 수 있다. 도 4의 시차 열분석 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 합금 조성의 경우 6mm까지 양호한 벌크 비정질 상이 형성되었으며, 이러한 결과는 X-선 회절 분석, 투과전자현미경 분석 결과와도 일치한다.In addition, the bulk amorphous behavior of the Cu 47 Ti 33 Zr 11 Ni 6 Sn 2 Si 1 alloy in which Ti is substituted by Si 1at% and Ni by Sn 2at% in the Cu 47 Ti 34 Zr 11 Ni 8 alloy composition is illustrated in FIG. 4. You can check As can be seen from the differential thermal analysis results of FIG. 4, in the case of the alloy composition of the present invention, a good bulk amorphous phase was formed up to 6 mm, which is also consistent with the results of X-ray diffraction analysis and transmission electron microscope analysis.

지금까지의 결과를 통해 본 발명의 합금조성에 대해 우수한 벌크 비정질화를확인 할 수 있었고, 상용 구리 합금과 비교하였을 때 경도차에 대한 실험결과 도 5에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 구리계 비정질 합금 조성물이 무려 5배 이상의 경도값을 가지는 것을 알 수 있으며, 경도실험 값을 통해 계산된 항복강도 값이 약 2GPa 정도로 아주 우수한 강도를 가지는 것 또한 확인할 수 있었다.As a result, it was possible to confirm the excellent bulk amorphous for the alloy composition of the present invention, the results of the hardness difference when compared to the commercial copper alloy copper-based amorphous alloy according to the present invention as shown in Figure 5 It can be seen that the composition has a hardness value of more than five times, the yield strength value calculated through the hardness test value was also confirmed to have a very good strength of about 2GPa.

이러한 결과는 기존 구리 합금의 낮은 강도에 반하는 결과로 향후 본 발명의 합금 조성물이 구조용 재료의 무한한 이용 가능성을 제시하고 있다.These results are contrary to the low strengths of existing copper alloys, suggesting the potential applicability of the structural materials of the alloy compositions of the present invention in the future.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 구리계 비정질 합금은 Cu-Ni-Zr-Ti의 4원계 합금에 제 5원소로 금속 원소, 양쪽성 원소 또는 비금속 원소를 첨가하여 보다 우수한 비정질 형성능을 가지며, 구리합금의 벌크 비정질화를 통해 강도의 커다란 증가로 구리 합금의 구조용 재료 등으로 무한한 이용 가능성 및 높은 생산성과 실용화가 보다 용이하다는 효과가 있다.As described above, the copper-based amorphous alloy according to the present invention has a superior amorphous forming ability by adding a metal element, an amphoteric element or a nonmetallic element as a fifth element to a quaternary alloy of Cu—Ni—Zr—Ti. Due to the large increase in strength through the bulk amorphous of the alloy, there is an effect that the infinite availability as a structural material, such as copper alloy, high productivity and practical use more easily.

특히, 본 발명에 따르면 본 발명의 합금 조성물은 우수한 비정질 형성능의 향상에 일반적으로 알려진 경험법칙에 잘 부합되며 향후 본 발명을 기초로 하여 다른 합금계에 대한 비정질화에도 많은 가능성을 제시하고 있다.In particular, according to the present invention, the alloy composition of the present invention satisfies the generally known rule of thumb for the improvement of excellent amorphous forming ability and suggests many possibilities for the amorphousization of other alloy systems based on the present invention.

Claims (1)

일반식 {(Cu+Ni)x(Ti+Zr)y}100-(a+b)(M1, M2)a(M3)b으로 표시되며, 상기 식 중 x, y, a 및 b는 원자%로, 각각 39≤x≤71, 29≤y≤61, 0≤a≤10 및 0≤b≤5를 만족하고(다만, a, b가 동시에 0이 되어서는 아니된다),Formula {(Cu + Ni) x (Ti + Zr) y } 100- (a + b) (M 1 , M 2 ) a (M 3 ) b , wherein x, y, a and b Are atomic%, satisfying 39≤x≤71, 29≤y≤61, 0≤a≤10 and 0≤b≤5 (but a and b are not to be zero at the same time), 또한, M1은 금속 원소로써 Y, Nb, Co 또는 Ag 이고,In addition, M 1 is Y, Nb, Co or Ag as a metal element, M2는 양쪽성 원소로써 Al, In 또는 Sn 이고,M 2 is Al, In, or Sn as an amphoteric element, M3는 비금속 원소로써 P, B 또는 Si 인 것을 특징으로 하는 구리계 비정질 합금 조성물.M 3 is a copper-based amorphous alloy composition, characterized in that as a non-metal element P, B or Si.
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