KR20130142467A - Titanium-based bulk amorphous matrix composite and method of fabricating thereof - Google Patents

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서진유
김유찬
묵타
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Abstract

An in-situ Ti-based bulk amorphous matrix composite has a composition (at%) represented by the below chemical formula 1. [The chemical formula 1] Ti_aZr_bBe_cCu_dNi_eM_fI_g In the chemical formula 1, M is one or more of Nb or Ta, and I is an impurity, and 38<=a<=50, 11<=b<=18, 12<=c<=20, 6<=d<=10, 6<=e<=9, 1<=f<=20, and 0.01<=g<=0.5. Moreover, a + b + c + d + e + f + g = 100.

Description

티타늄계 벌크 비정질 매트릭스 복합체 및 그 제조 방법{TITANIUM-BASED BULK AMORPHOUS MATRIX COMPOSITE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}Titanium-based bulk amorphous matrix composite and method for manufacturing the same {TITANIUM-BASED BULK AMORPHOUS MATRIX COMPOSITE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}

티타늄계 벌크 비정질 매트릭스 복합체 및 그 제조 방법이 제공된다.Titanium based amorphous matrix composites and methods for their preparation are provided.

에너지 고갈과 지구 온난화로 인하여 대체 에너지 개발이 진행되고 있다. 수소는 풍부하게 존재하므로, 지속가능하고 깨끗한 대체 에너지 중에서 연료 전지에 이용될 수 있는 수소 에너지에 대한 관심이 증대되고 있다. 수소는 연료로서 사용되기 전에 다른 종류의 기체나 화합물로부터 추출되어야 한다. 수소 추출 방법으로 화학적 또는 전해질적 방법과 같은 몇가지 방법이 있지만, 고체 금속 막(membrane)을 이용하는 투과 방법의 경우 선택성이 높고, 수율이 높고, 공정이 컴팩트하고 단순하므로, 고체 금속 막을 이용하는 투과 방법이 고순도의 수소를 생산하기 위해 많이 사용되고 있다.Due to energy depletion and global warming, alternative energy development is under way. Since hydrogen is abundant, there is a growing interest in hydrogen energy that can be used in fuel cells among sustainable and clean alternative energy. Hydrogen must be extracted from other gases or compounds before it can be used as fuel. Although there are several methods such as chemical or electrolytic methods for hydrogen extraction, permeation using a solid metal membrane has high selectivity, high yield, and a compact and simple process. It is widely used to produce high purity hydrogen.

수소 투과 원리는 "CO + H2"와 같은 혼합 기체를 가열하여 막의 표면에서 수소 기체 분자를 수소 양성자(hydrogen proton)로 분해하고, 막의 원자 구조를 통하여 수소 양성자가 확산되고, 투과된 면에서 수소 분자로 재결합하는 것이다. "CO + H2"는 약 섭씨 400 도에서 메탄 기체의 증기 개질(steam reforming)로부터 수득될 수 있다. 고체 막을 통한 수소 투과는 Fick의 제1 법칙을 따르며, 다음과 같다.The principle of hydrogen permeation is to heat a mixed gas such as "CO + H 2 " to decompose hydrogen gas molecules into hydrogen protons on the surface of the membrane, diffuse hydrogen protons through the membrane's atomic structure, and Recombination into molecules. "CO + H 2 " can be obtained from steam reforming of methane gas at about 400 degrees Celsius. Hydrogen permeation through a solid membrane follows Fick's first law and is as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, J는 단위 면적당 단위시간당 이동하는 수소의 양을 의미하는 플럭스(flux)이고, D는 수소 확산 계수, δC/δx는 막의 투과물 측(permeate side)과 잔여물 측(retentate side) 사이의 농도 구배이다.Where J is the flux, which means the amount of hydrogen moving per unit time per unit area, D is the hydrogen diffusion coefficient, and δC / δx is between the permeate side and the retentate side of the membrane. Concentration gradient.

또한 Fick의 제1 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다.Fick's first law can also be expressed as

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, ΔC는 막의 두께 t에 대한 투과물 측과 잔여물 측 사이의 수소 농도의 차이이다. 수소 플럭스 값이 크다는 것은 순수한 수소의 수득율이 높다는 것이고, 이는 막의 두께가 얇을수록 달성될 수 있다. 다만, 막의 두께는 주입 측(inlet side)에서 적용되는 수소 압력을 견딜 정도로 충분히 두꺼운 것이 좋다.Is the difference in hydrogen concentration between the permeate side and the residue side relative to the thickness t of the membrane. The larger the hydrogen flux value is the higher the yield of pure hydrogen, which can be achieved with a thinner film. However, the thickness of the film is preferably thick enough to withstand the hydrogen pressure applied at the inlet side.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Ks는 재료 상수(material constant)이며 PH2는 수소 부분 압력이다.Where K s is the material constant and P H2 is the hydrogen partial pressure.

수소 플럭스는 다음과 같이 표현된다.Hydrogen flux is expressed as follows.

Figure pat00004
Figure pat00004

수소 플럭스는 막의 투과물 측과 잔여물 측 사이의 압력의 차이, 수소의 투과성 및 용해성, 그리고 막의 두께에 따라 변한다. The hydrogen flux varies with the pressure difference between the permeate side and the residue side of the membrane, the permeability and solubility of hydrogen, and the thickness of the membrane.

고체 막의 재료로 팔라듐 및 그 합금, 그 중에서도 팔라듐-은 합금이 수소 투과, 내구성(durability), H2O, CO, CO2 그리고 H2S에 대한 저항력(tolerance)이 우수하며, 미국에서 수소 막(hydrogen membrane), 가스 분리 기구(gas separation apparatus) 등으로 상용화되었다. 그러나 팔라듐의 희소성과 높은 가격으로 인하여, 팔라듐 대신 수소 분리막에 사용될 수 있는 대체 물질이 활발히 개발되고 있다.Palladium and its alloys, particularly palladium-silver alloys, are the material of solid membranes, and have excellent hydrogen permeability, durability, resistance to H 2 O, CO, CO 2 and H 2 S, and hydrogen membranes in the United States. (hydrogen membrane), gas separation apparatus (gas separation apparatus) and the like. However, due to the scarcity and high price of palladium, alternative materials that can be used in hydrogen separation membranes instead of palladium are being actively developed.

팔라듐의 대체 물질로 결정질 또는 비정질 구조를 갖는 다양한 종류의 합금들이 제안되었다. 첫번째 비정질 금속(metallic glass)은 칼텍(Caltech)의 연구진에 의해 용융 방사 기술(melt spinning technique)을 이용하여 거의 50 년 전에 제조되었다. 세라믹 유리와 같은 비금속 비정질 고체와는 달리, 금속 합금은 비정질 상태에서 기계적 물성이 우수하다. 비정질 상태는 원자들이 비주기적으로 배열(aperiodic arrangement)되어 있으므로 물리적, 화학적, 그리고 기계적 물성이 우수하며, 이에 따라 다양한 분야에 응용될 수 있다. 탄성(elasticity)과 관련하여, 비정질 금속 합금의 강직도(stiffness)는 결정질 금속 합금보다 대략 30% 정도 낮으며, 비정질 금속 합금의 항복 강도(yield strength)는 결정질 금속 합금보다 대략 2-3 배 크다. 다만, 비정질 금속은 탄성 변형(elastic strain)이 클 경우 변형(deform)될 수 있다. 1970 년대 Fe-P(6.0 중량%)-C(1.7 중량%)의 비정질 금속은 그 소프트한 자성으로 인하여 처음으로 상용화되었으며, 변압기(transformer), 자기헤드(magnetic head) 등의 효율을 개선하는데 이용되었다. Fe-P-C의 비정질 금속은 칼텍의 연구진에 의해 1967 년에 개발되었다. 또한, 진공 주조 기술(vacuum casting technique)에 의해 벌크 형으로, 예를 들어 낮은 냉각 속도로 비정질 금속을 제조할 수 있게 되었다. 새로운 종류의 합금들이 개발되었고, 요즘은 적어도 약 1 cm의 직경을 갖는 벌크 재료들이 희토류(rear earth element)를 포함하며 Mg, Ca, Zr, Pd, Ti, Cu, Fe, Co, Ni과 같은 원소들로부터 만들어지고 있다. 다만, Al은 약 1 mm 이하의 직경을 갖는 막대 형으로 만들어질 수 있다. 이러한 다양한 종류의 합금에 의해 뛰어난 물리적, 화학적, 그리고 기계적 물성이 달성될 수 있음에도 불구하고, 비정질 금속의 응용 분야는 몇 가지 이유로 제한되어 왔다. 첫째, 비정질 금속은 물성의 신뢰성(reliability)과 재현성(reproducibility)이 부족하다. 왜냐하면 여태까지 개발된 합금들은 불순물, 특히 심각한 취화(embrittlement)를 일으키는 산소에 민감하기 때문이다. 둘째, 이러한 합금들은 산화물 유리(oxide glass)와 관련하여 본질적으로 깨지기 쉬운 특성을 갖고 있다. 예를 들어, 이러한 합금들은 인장 모드(tensile mode)에서 주위 온도(ambient temperature)에서 유연하게(plastically) 변형될 수 없다.As a substitute for palladium, various kinds of alloys having a crystalline or amorphous structure have been proposed. The first amorphous glass was made nearly 50 years ago using the melt spinning technique by Caltech's team. Unlike nonmetal amorphous solids such as ceramic glass, metal alloys have excellent mechanical properties in the amorphous state. The amorphous state is excellent in physical, chemical, and mechanical properties because atoms are aperiodic in arrangement, and thus can be applied to various fields. With regard to elasticity, the stiffness of the amorphous metal alloy is about 30% lower than that of the crystalline metal alloy, and the yield strength of the amorphous metal alloy is about 2-3 times greater than that of the crystalline metal alloy. However, the amorphous metal may be deformed when the elastic strain is large. In the 1970s Fe-P (6.0 wt%)-C (1.7 wt%) amorphous metals were commercialized for the first time due to their soft magnetism and were used to improve the efficiency of transformers and magnetic heads. It became. The amorphous metal of Fe-P-C was developed in 1967 by researchers at Caltech. In addition, the vacuum casting technique has made it possible to produce amorphous metals in bulk, for example at low cooling rates. New types of alloys have been developed, and nowadays bulk materials with diameters of at least about 1 cm contain rare earth elements and elements such as Mg, Ca, Zr, Pd, Ti, Cu, Fe, Co, Ni It is made from the field. However, Al may be made into a rod shape having a diameter of about 1 mm or less. Although excellent physical, chemical and mechanical properties can be achieved by these various types of alloys, the application of amorphous metals has been limited for several reasons. First, amorphous metals lack the reliability and reproducibility of physical properties. Because the alloys thus far developed are sensitive to impurities, especially oxygen, which causes severe embrittlement. Second, these alloys have inherently fragile properties associated with oxide glass. For example, such alloys cannot be plastically deformed at ambient temperature in tensile mode.

비정질 금속과 관련된 연구가 빠르게 진일보하고 있으며 다음 세대의 비정질 금속은 연성 거동(ductile behavior)을 보일 수 있으므로 새로운 분야에서 응용될 수도 있다. 부식 방지 코팅(corrosion-resistant coating), MEMS, 생의학 분야 등에 응용될 있으며, 선박, 자동차 부품, 자전거, 테니스 라켓과 골프채와 같은 레저 용품 등에 응용될 수도 있다.Research on amorphous metals is rapidly advancing, and the next generation of amorphous metals may exhibit ductile behavior and may be applied in new fields. Applications include corrosion-resistant coatings, MEMS, biomedical applications, and other applications such as ships, auto parts, bicycles, tennis rackets and golf clubs.

그러나, 결정질 합금과 비교할 때 비정질 금속의 개발 수준은 여전히 걸음마 수준이며, 소성 변형(plastic deformation)과 같은 물성을 제어하는 정확한 메커니즘이 아직 밝혀지지 않았다. 저온에서 스트레스가 항복 스트레스(yield stress)보다 클 때, 소성 변형은 얇은 전단 밴드(thin shear band)에서 국부적 원자 흐름(localized atomic flow)에 의해 일어난다. 최근 조사에 따르면 비정질 금속에서 전단 밴드들은 재료의 열-기계적 소프트닝(thermo-mechanical softening)에 의해 발생하는 것이 아니라 구조적 소프트닝(structural softening)에 의해 발생하는 것으로 나타났다. 변형 메커니즘에서 구조가 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. Spaepen에 의해 제안된 자유체적 모형(free-volume model)이 받아들여 지고 있음에도 불구하고, 점성 물질에서 원자 흐름을 강조하는 국부적 STZ(shear transformation zone) 메커니즘은 분자 동역학 시뮬레이션(molecular dynamic simulation)에 의해 얻은 결과에 의해 뒷받침되는 경향이 있다. However, compared with crystalline alloys, the development level of amorphous metals is still very small, and the exact mechanism for controlling the properties such as plastic deformation is still unknown. At low temperatures, when stress is greater than yield stress, plastic deformation occurs by localized atomic flow in the thin shear band. Recent investigations have shown that shear bands in amorphous metals are caused by structural softening rather than by thermo-mechanical softening of the material. Structure seems to play an important role in the deformation mechanism. Despite the acceptance of the free-volume model proposed by Spaepen, a local shear transformation zone (STZ) mechanism that emphasizes atomic flow in viscous material is obtained by molecular dynamic simulation. It tends to be supported by the results.

비정질 금속에서 비탄성 변형은 스트레인 소프트닝(strain-softening), 나아가 전단 밴드를 형성하는 비탄성 팽창(inelastic dilatation)을 동반하는 대략 30-50 개의 원소 클러스터(cluster)의 국부적 전단(local shearing)으로 해석되고 있다. 전단 스트레인이 증가할 때 완전히 변형된 STZ는 주변 물질에 영향을 주며 대략 10-15 nm 두께의 얇은 전단 밴드의 생성을 돕는다.Inelastic deformation in amorphous metals has been interpreted as local shearing of approximately 30-50 element clusters with strain-softening and further inelastic dilatation to form shear bands. . As the shear strain increases, the fully strained STZ affects the surrounding material and helps to produce thin shear bands approximately 10-15 nm thick.

비정질 금속에서 소성 변형 메커니즘은 근본적으로 결정질 고체에서 소성 변형 메커니즘과 다르다. 왜냐하면 비정질 금속의 원자 구조는 장범위 규칙(long-range order)을 거의 갖지 않기 때문이다. 인장 모드에서 전단 밴드는 늘어나지 않고 국부적이고 불안정한 상태로 남아 있다. 얇은 영역에서 소성 스트레인(plastic strain) 값이 아주 클 때, 크랙의 형성 나아가 깨짐(brittle fracture)을 일으키는 점 결점(point defect)이 축적된다. The plastic deformation mechanism in amorphous metals is fundamentally different from the plastic deformation mechanism in crystalline solids. This is because the atomic structure of amorphous metals has very little long-range order. In tension mode the shear bands do not stretch and remain local and unstable. When the plastic strain value is very large in the thin region, point defects accumulate that cause crack formation and brittle fracture.

저온의 인장 모드에서 비정질 금속의 소성 변형을 증가시키는 방법으로 비정질 구조에 불균질성(inhomogeneities)을 도입하는 방법이 있으며, 불균질성은 많은 수의 STZ를 생성하고 전단 밴드의 성장을 방해할 수 있다. 몇 가지 형태의 불균질성이 비정질 구조에 도입될 수 있지만, 전단 밴드들의 동적 성장은 전단 밴드들의 두께에 비하여 크기가 크면서 서로 가까이 있는 방해물들이 필요하다. 인장 모드에서 소성 변형을 달성하는 방법으로 BMG(bulk metallic glass) 매트릭스 복합체의 엑스시츄(ex-situ) 및 인시츄(in-situ) 생산 방법이 있다. 엑스시츄 방법은 강도를 희생하여 인장 연성(tensile ductility)을 가능하게 하지만 제조 공정이 복잡하다. 칼텍 연구진에 의해 개발된 인시츄 방법은 인장 모드에서 Zr-Ti-Nb-Cu-Be 인시츄 BMG 매트릭스 복합체의 소성 변형을 9 %까지 끌어 올렸다. 기계적 거동은 스트레인 소프트닝에 의해 정해지며, 연성 인시츄 BMG 매트릭스 복합체의 최대 강도는 일체식(monolithic) 지르코늄계 BMG보다 약 15 %까지 감소되었다. 이러한 복합체의 구조는 지르코늄계 비정질 구조에서 Nb가 많은 덴드리틱 상(Nb-rich dendritic phase)의 존재에 의해 정해진다.Increasing the plastic deformation of amorphous metals in low temperature tensile mode introduces inhomogeneities into the amorphous structure, which can generate a large number of STZs and hinder the growth of shear bands. Although some form of heterogeneity can be introduced into the amorphous structure, the dynamic growth of shear bands requires large and close obstacles relative to the thickness of the shear bands. Methods of achieving plastic deformation in tensile mode include ex-situ and in-situ production methods of bulk metallic glass matrix composites. The ex situ method allows for tensile ductility at the expense of strength, but the manufacturing process is complex. The in situ method developed by the Caltech researchers brought the plastic deformation of the Zr-Ti-Nb-Cu-Be in situ BMG matrix composite up to 9% in tension mode. Mechanical behavior is determined by strain softening, and the maximum strength of the ductile in situ BMG matrix composite is reduced by about 15% compared to monolithic zirconium-based BMG. The structure of this complex is determined by the presence of the Nb-rich dendritic phase in the zirconium-based amorphous structure.

이러한 형태의 인시츄 BMG 매트릭스 복합체는 일본의 키타미 기관(Kitami Institue)의 Aoki 그룹에 의해 제조된 결정질 Nb-(Ti,Zr)-Ni 이원상(two-phase) 합금과 비슷하며, 결정질 Nb-(Ti,Zr)-Ni 이원상 합금은 Ni-(Ti,Zr) 결정질 매트릭스 내에 Nb가 많은 덴드라이트(Nb-rich dendrite)로 구성된다. Nb가 많은 상(Nb-rich phase)의 출현에 이목이 집중되고 있으며, 이는 체심 입방(body centered cubic, bcc) 원자 구조를 갖는 주기율표 상의 5족 원소에서 수소의 투과도가 면심 입방(face centered cubic, fcc) 구조를 갖는 팔라듐에서 수소의 투과도보다 훨씬 크다는 것이 실험적으로 증명되었기 때문이다. 그러나, 이러한 V, Nb, Ta 등의 bcc 금속들의 경우 불충분한 투과도가 문제가 아니라 수소 취화와 같은 수소 기체 하에 낮은 기계적 강도가 문제이다.This type of in situ BMG matrix composite is similar to the crystalline Nb- (Ti, Zr) -Ni two-phase alloy produced by the Aoki group of Kitami Institue, Japan, and is a crystalline Nb- ( The Ti, Zr) -Ni binary phase alloy is composed of Nb-rich dendrite containing Nb in the Ni- (Ti, Zr) crystalline matrix. Attention has been focused on the emergence of the Nb-rich phase, which indicates that the permeability of hydrogen in the Group 5 element of the periodic table with body centered cubic (bcc) atomic structure is face centered cubic, It is experimentally proved that the permeability of hydrogen in palladium having a fcc) structure is much larger than that of hydrogen. However, for these bcc metals such as V, Nb, Ta and the like, insufficient permeability is not a problem but a low mechanical strength under hydrogen gas such as hydrogen embrittlement.

비정질 금속은 이미 수소 막의 재료로 이용되었다. Ni-Nb계 비정질 합금 또는 Ni-Zr계 비정질 합금은 팔라듐의 수소투과도 값과 비슷한 약 2x10-8 mol.m.s.Pa1/2(섭씨 400 도)의 수소투과도 값으로 우수한 성능을 나타내는 것으로 증명되었다.Amorphous metals have already been used as materials for hydrogen films. Ni-Nb based amorphous alloys or Ni-Zr based amorphous alloys have been demonstrated to exhibit excellent performance with hydrogen permeability values of about 2x10 -8 mol.msPa 1/2 (400 degrees Celsius), similar to the hydrogen permeability values of palladium.

비정질 합금이 팔라듐 합금보다 훨씬 큰 수소 투과도 값을 갖도록 하기 위하여, 5족 원소가 풍부한 상이 비정질 구조 안에 분산되어 있는 복합체 구조가 제조된다. 예를 들어, 연속 결정질 상(continuous crystalline phase)의 분산은 수소 원자의 빠른 확산을 도울 것이고, 비정질 매트릭스는 수소에 의한 분산 상의 격자 팽창(lattice expansion)을 조절하고 수소 취화를 방지하는 역할을 할 것이다. In order for the amorphous alloy to have a much higher hydrogen permeability value than the palladium alloy, a composite structure in which a group 5 element-rich phase is dispersed in the amorphous structure is prepared. For example, the dispersion of the continuous crystalline phase will help rapid diffusion of the hydrogen atoms, and the amorphous matrix will serve to control the lattice expansion of the dispersed phase with hydrogen and to prevent hydrogen embrittlement. .

본 발명에 따른 한 실시예는 수소 투과도를 개선하기 위한 것이다.One embodiment according to the invention is to improve hydrogen permeability.

본 발명에 따른 한 실시예는 낮은 온도에서의 강도를 개선하기 위한 것이다.One embodiment according to the invention is to improve the strength at low temperatures.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 사용될 수 있다.And can be used to achieve other tasks not specifically mentioned other than the above tasks.

본 발명의 한 실시예는 인시츄 결정질 강화 Ti계 벌크 비정질 매트릭스 복합체(in-situ crystalline-reinforced Ti-based bulk amorphous matrix composites(BAMC))를 연료 전지의 고분자 전해질막 등의 기체 분리용 고체 막으로 응용하는 것에 대한 것이다. 진공 주조 기술에 의하여 형성된 막의 미세 구조는 Ti계 비정질 매트릭스에 위치하는 덴드리틱 모폴로지(dendritic morphology)를 갖는 bcc 결정질 구조를 갖는다.One embodiment of the present invention is to in-situ crystalline-reinforced Ti-based bulk amorphous matrix composites (BAMC) as a solid membrane for gas separation, such as polymer electrolyte membrane of a fuel cell It's about application. The microstructure of the film formed by vacuum casting technology has a bcc crystalline structure with dendritic morphology located in the Ti-based amorphous matrix.

다양한 조성비로 형성된 복합체는 유리 형성능(glass forming ablitiy)이 크기 때문에 비교적 만들기 용이하다. 예를 들어, 부피비와 강화의 크기, 즉 bcc 결정질 상은 각각 1-40 %, 0.01-100 μm일 수 있다. 이러한 강화에 대한 덴드리틱 모폴로지는 고립될 수 있고, 가늘 수 있으며, 요구된 특성에 따라 방향성(directionality)을 가질 수 있다.Composites formed at various composition ratios are relatively easy to make because of their high glass forming ablitiy. For example, the volume ratio and size of reinforcement, ie, the bcc crystalline phase, may be 1-40% and 0.01-100 μm, respectively. The dendritic morphology for this reinforcement can be isolated, thin and can have directionality depending on the required properties.

복합체는 높은 수소 투과도, 높은 기계적 강도, 높은 부식 저항 등과 같은 우수한 물성을 갖는다. 예를 들어, Nb 및/또는 Ta와 같은 5족 원소들이 많은 bcc 상은 수소투과도가 높은데, 그 값은 섭씨 325 도 내지 섭씨 375 도에서 6x10-8 mol/m.s.Pa1/2이며, 이 값은 동일한 실험 조건 하에서 팔라듐계 합금보다 2 내지 3 배 더 큰 값이다. 수소 투과도는 수소의 분리 또는 정화에 이용되는 고체 막 재료의 중요한 인자이다. 복합체는 실온에서 높은 강도와 높은 전성(malleability)을 나타낸다. 복합체는 수소기체 또는 공기 버블링과 함께 섭씨 80도의 1M 황산에서 뛰어난 부식 저항을 나타낸다. 두번째 상의 출현으로 인하여 초냉각 액체 영역에서 기계적 강도가 개선된다. 이처럼 비교적 저렴한 원가뿐만 아니라 우수한 물리적, 기계적, 그리고 화학적 특성으로 인하여, 인시츄 BMG 매트릭스 복합체는 수소의 분리 및 정제용으로 사용될 수 있다.The composite has excellent properties such as high hydrogen permeability, high mechanical strength, high corrosion resistance and the like. For example, a bcc phase with many Group 5 elements, such as Nb and / or Ta, has a high hydrogen permeability, which is 6x10 -8 mol / msPa 1/2 at 325 degrees Celsius to 375 degrees Celsius, which is the same experiment. 2 to 3 times larger than palladium based alloys under conditions. Hydrogen permeability is an important factor for solid membrane materials used to separate or purify hydrogen. The composite shows high strength and high malleability at room temperature. The composite shows excellent corrosion resistance in 1M sulfuric acid at 80 degrees Celsius with hydrogen gas or air bubbling. The appearance of a second phase improves the mechanical strength in the supercooled liquid region. Because of these relatively inexpensive costs as well as excellent physical, mechanical and chemical properties, in situ BMG matrix composites can be used for the separation and purification of hydrogen.

Ti계 벌크 비정질 매트릭스 복합체는 하기 화학식 1로 표시되는 조성물을 포함한다.The Ti-based bulk amorphous matrix composite includes a composition represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

TiaZrbBecCudNieMfIg Ti a Zr b Be c Cu d Ni e M f I g

상기 화학식 1에서, M은 Nb 또는 Ta 중 적어도 하나이고, I는 불순물, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤e≤9, 1≤f≤20, 그리고 0.01≤g≤0.5이며, a + b + c + d + e + f + g = 100이다.In Formula 1, M is at least one of Nb or Ta, I is impurity, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤e≤9, 1 ≤ f ≤ 20, and 0.01 ≤ g ≤ 0.5, and a + b + c + d + e + f + g = 100.

본 발명에 따른 한 실시예는 수소 투과도를 개선할 수 있고, 낮은 온도에서의 강도를 개선할 수 있다. One embodiment according to the present invention can improve hydrogen permeability and improve strength at low temperatures.

도 1a 및 1b는 각각 Ti-Nb, Ti-Ta의 2진 상 다이어그램(binary phase diagram)이다.
도 1c, 1d, 그리고 1e는 각각 Ti, Nb, Ta의 쉘 구조를 나타내는 개략도이다.
도 1f는 인시츄 복합체 형성의 원리를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 진공 흡입 주조 기구를 나타내는 개략도이다.
도 2b는 진공 스퀴즈 주조 기구를 나타내는 개략도이다.
도 3a는 Ø10 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni)95Nb5 및 Ø7 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni)95Ta5 막대의 XRD 그래프이다.
도 3b는 Ø10 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni)95Nb5 및 Ø8 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni)95Ta5 막대의 DSC 그래프이다.
도 3c는 (Ti-Zr-Be-Cu-Ni)95Ta5의 Ø7 및 Ø10 mm 직경의 막대의 XRD 그래프이다.
도 3d 및 도 3e는 각각 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 (Ø8 mm) 및 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 (Ø8 mm)의 SEM 사진이다.
도 4a는 Ti-Zr-Be-Cu-Ni-Nb 인시츄 비정질 금속 복합체의 형성 범위를 나타내는 상 다이어그램이다.
도 4b 및 4c는 각각 10 at% 및 15 at%의 Nb를 포함하는 합금(A2, A3)의 미세 구조를 나타내는 SEM 사진이다.
도 4d는 각각 0, 5, 10, 그리고 15 at%의 Nb를 포함하는 합금(A0, A1, A2, A3) 의 XRD 그래프이다.
도 4e는 각각 0, 5, 10, 그리고 15 at%의 Nb를 포함하는 합금(A1, A2, A3)의 DSC 그래프이다.
도 4f 및 4g는 각각 Ti45(Zr16Be20Cu10Ni9)45/55Nb10 및 Ti41.6Zr12.6Be15.8Cu7.9Ni7.1Nb15 합금의 미세 구조를 나타내는 SEM 사진이다.
도 5a는 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)100- xNbx 합금(x = 0, 5, 10, 15 at%)의 XRD 그래프이다.
도 5b는 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)100- xNbx 합금(x = 0, 5, 10, 15 at%)의 DSC 그래프이다.
도 5c, 5d, 5e, 5f는 각각 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)100- xNbx 합금(x = 0, 5, 10, 15 at%)의 SEM 사진이다.
도 6a는 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 합금의 XRD 그래프이다.
도 6b는 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 합금의 SEM 사진이다.
도 6c는 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 합금의 DSC 그래프이다.
도 7a는 Nb 및 Ta를 포함하는 인시츄 Ti계 BMS 복합체에 대하여 10-4 s- 1 의 스트레인 속도로 압축할 때의 스트레스-스트레인 곡선이다.
도 7b는 Nb를 포함하는 인시츄 Ti계 BMS 복합체에 대하여 10-4 s- 1 의 스트레인 속도로 압축할 때의 스트레스-스트레인 곡선이다.
도 7c, 7d, 7e는 각각 10-5 s-1, 10-4 s-1, 10-3 s-1의 스트레인 속도일 때의 스트레스-스트레인 곡선이다.
도 7f는 적용된 스트레인 속도에 따른 흐름 스트레스(flow stress)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 진공 스퀴즈 주조에 의해 제조된 5 및 15 at%의 Nb를 포함하는 인시츄 Ti계 BMG 복합체에 대하여 섭씨 350도에서의 플럭스의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 진공 흡입 주조에 의해 제조된 10 at%의 Nb를 포함하는 인시츄 Ti계 BMG 복합체에 대하여 섭씨 350도 및 375도에서의 플럭스의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8c 및 8d는 각각 진공 흡입 주조 또는 진공 스퀴즈 주조에 의해 제조된 Ti-BMG 복합체의 수소 투과도를 Pd-Cu 합금 및 Ni계 비정질과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 8e 진공 스퀴즈 주조에 의해 제조된 Ti/Ta-BMG 복합체의 수소 투과도를 압력의 변화에 따라 Ti/Nb BMG 복합체와 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 8f는 진공 스퀴즈 주조에 의해 제조된 Ti/Ta-BMG 복합체의 수소 투과도를 온도의 역수의 변화에 따라 Pd-Cu 합금 및 Ni계 비정질 금속과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9a는 섭씨 80도에서 H2 버블링으로 1M H2SO4 및 2 ppm F-에서 인시츄 Ti-BMG 복합체의 포텐시오-다이나믹(potentio-dynamic) 그래프를 스테인리스 스틸 및 Ti-6Al-4V와 비교하여 나타낸 도면이다.
도 9b는 섭씨 80도에서 H2 버블링으로 1M H2SO4 및 2 ppm F-에서 인시츄 Ti-BMG 복합체에 대하여 Nb의 함량(%)에 따른 부식 전류 밀도(corrosion current density) 및 보호막 전류 밀도(passivation current density)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9c는 섭씨 80도에서 H2 버블링으로 1M H2SO4 및 2 ppm F-의 포텐셜 하에서 수행된 포텐시오-스태틱(potentio-static) 테스트에 대하여 시간에 따른 부식 전류 밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.
1A and 1B are binary phase diagrams of Ti-Nb and Ti-Ta, respectively.
1C, 1D, and 1E are schematic diagrams showing shell structures of Ti, Nb, and Ta, respectively.
1F is a graph showing the principle of in situ complex formation.
2A is a schematic diagram showing a vacuum suction casting mechanism.
2B is a schematic diagram showing a vacuum squeeze casting mechanism.
3A is an XRD graph of Ø10 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni) 95 Nb 5 and Ø7 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni) 95 Ta 5 bars.
3B is a DSC graph of Ø10 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni) 95 Nb 5 and Ø8 mm (Ti-Zr-Be-Cu-Ni) 95 Ta 5 bars.
3C is an XRD graph of Ø7 and Ø10 mm diameter bars of (Ti-Zr-Be-Cu-Ni) 95 Ta 5 .
3D and 3E are SEM images of (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 (Ø8 mm) and (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 (Ø8 mm), respectively. .
4A is a phase diagram showing the range of formation of Ti-Zr-Be-Cu-Ni-Nb in situ amorphous metal composites.
4B and 4C are SEM photographs showing the microstructures of alloys A2 and A3 containing 10 at% and 15 at% of Nb, respectively.
4D is an XRD graph of alloys A0, A1, A2, A3 containing 0, 5, 10, and 15 at% of Nb, respectively.
4E is a DSC graph of alloys (A1, A2, A3) containing 0, 5, 10, and 15 at% of Nb, respectively.
4F and 4G are SEM images showing the microstructure of Ti 45 (Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 45/55 Nb 10 and Ti 41.6 Zr 12.6 Be 15.8 Cu 7.9 Ni 7.1 Nb 15 alloy, respectively.
5a is an XRD graph of (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 100- x Nb x alloy (x = 0, 5, 10, 15 at%).
5b is a DSC graph of (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 100- x Nb x alloy (x = 0, 5, 10, 15 at%).
5C, 5D, 5E, and 5F are SEM images of (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 100- x Nb x alloys (x = 0, 5, 10, 15 at%), respectively.
6A is an XRD graph of (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 alloy.
6B is a SEM photograph of (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 alloy.
6C is a DSC graph of (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 alloy.
FIG. 7A is a stress-strain curve when compressed at a strain rate of 10 −4 s 1 for an in situ Ti-based BMS composite including Nb and Ta. FIG.
Figure 7b is 10 -4 s with respect to the in-situ Ti-based BMS complex comprising Nb-strain curve is - stress at the time of compression by the strain rate of 1.
7C, 7D and 7E are stress-strain curves at strain rates of 10 −5 s −1 , 10 −4 s −1 , and 10 −3 s −1 , respectively.
7F is a graph showing the change in flow stress according to the applied strain rate.
FIG. 8A is a graph showing the change in flux at 350 degrees Celsius for an in situ Ti-based BMG composite comprising 5 and 15 at% Nb prepared by vacuum squeeze casting.
FIG. 8B is a graph showing changes in flux at 350 degrees Celsius and 375 degrees for an in situ Ti-based BMG composite comprising 10 at% Nb prepared by vacuum suction casting.
8C and 8D are graphs showing hydrogen permeability of Ti-BMG composites prepared by vacuum suction casting or vacuum squeeze casting, respectively, compared with Pd-Cu alloy and Ni-based amorphous.
FIG. 8E is a graph showing hydrogen permeability of Ti / Ta-BMG composites prepared by vacuum squeeze casting compared to Ti / Nb BMG composites according to pressure change, and FIG. 8F is Ti / Ta- prepared by vacuum squeeze casting. It is a graph showing the hydrogen permeability of the BMG composite compared with the Pd-Cu alloy and Ni-based amorphous metals according to the change of the inverse of the temperature.
FIG. 9A shows a potentio-dynamic graph of an in situ Ti-BMG composite at 1 M H 2 SO 4 and 2 ppm F with H 2 bubbling at 80 degrees Celsius with stainless steel and Ti-6Al-4V. It is a figure compared and shown.
9B shows the corrosion current density and protective current according to the Nb content (%) for in situ Ti-BMG composites at 1 M H 2 SO 4 and 2 ppm F with H 2 bubbling at 80 degrees Celsius. It is a graph showing a change in density (passivation current density).
9C is a graph showing the change in corrosion current density over time for a potentio-static test performed under a potential of 1M H 2 SO 4 and 2 ppm F with H 2 bubbling at 80 degrees Celsius. to be.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In the case of publicly known technologies, a detailed description thereof will be omitted.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. It will be understood that when an element such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the element directly over another element, On the other hand, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle. Conversely, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is "below" another part, this includes not only the other part "below" but also another part in the middle. On the other hand, when a part is "just below" another part, it means that there is no other part in the middle.

그러면, 본 발명에 따른 한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 인시츄 BMG 복합체(in-situ bulk metallic glass composite)는 수소의 분리 및 정제를 위한 가스 분리 기술에 이용되는 투과 가능한 고체 막의 재료로 이용된다. 진공 흡입 주조 또는 진공 스퀴즈 주조 기술과 함께 진공 아크 용융(vacuum arc melting) 기술에 의해 제조된 합금은 순수한 팔라듐 금속 또는 팔라듐 합금보다 뛰어난 특성을 나타낸다. 수소투과도, 기계적 및 화학적 특성을 설명하기 전에 SEM(secondary electron microscope) 및 DSC(X-ray diffraction and thermal calorimetry)에 의해 나타나는 미세 구조를 갖는 막의 제조에 대하여 먼저 설명한다.According to one embodiment of the present invention, an in-situ bulk metallic glass composite is used as the material of a permeable solid membrane used in gas separation techniques for the separation and purification of hydrogen. Alloys produced by vacuum arc melting technology in combination with vacuum suction casting or vacuum squeeze casting technology exhibit superior properties than pure palladium metals or palladium alloys. Before describing the hydrogen permeability, mechanical and chemical properties, the preparation of a membrane having a microstructure exhibited by a secondary electron microscope (SEM) and X-ray diffraction and thermal calorimetry (DSC) is first described.

비정질 매트릭스에서 덴드리틱 구조를 갖는 결정질 상의 형성과 인시츄 BMG 매트릭스 복합체에서 형성된 물질의 물리, 화학, 기계적 특성에 대하여 가장 적합한 산업적 응용을 찾을 목적으로 활발히 연구되고 있다.In order to find the most suitable industrial applications for the formation of crystalline phases with dendritic structures in amorphous matrices and the physical, chemical and mechanical properties of materials formed in in situ BMG matrix composites.

Ti계 비정질 금속에서 매트릭스는 음의 혼합열(negative heat of mixing) (ㅿHTi - Be = -30 kJ/mol, ㅿHTi - Ni = -35 kJ/mol, ㅿHTi - Cu = -9 kJ/mol, ㅿHZr - Be = -43 kJ/mol, ㅿHTi - Cu = -23 kJ/mol, ㅿHTi - Ni = -49 kJ/mol)과 원자 크기 비율(atom size ratio) (rTi/rZr = 0.92, rCu/rTi = 0.87, rBe/rCu = 0.875, rBe/rNi = 0.9)을 갖는 적절한 원소들로 매트릭스가 형성한다. 이렇게 제조된 합금들은 낮은 용융 온도를 갖는 공융 조성물(eutectic composition)에 가까운 조성물에 대응될 수 있으며, 여기서 용융온도는 약 섭씨 1000 도 내지 약 섭씨 1050 도이며, Ti, Zr, Cu, Ni, Be 결정질 합금이 각각 약 섭씨 1660 도, 약 섭씨 1852 도, 약 섭씨 1084 도, 약 섭씨 1453 도, 약 섭씨 1278 도보다 낮다. 비정질 상이 상대적으로 낮은 자유 에너지와 액체의 높은 점도로 형성될 수 있을지 모르지만, 비정질 상은 메타스테이블(meta stable)하며, 이는 넓은 범위의 원소의 확산을 방지할 수 있으며, 이에 따라 냉각 속도가 임계값보다 클 때 결정화를 방지할 수 있다.In the Ti-based amorphous metal matrix thermal mixing of the negative (negative heat of mixing) (DELTA H Ti - Be = -30 kJ / mol, DELTA H Ti - Ni = -35 kJ / mol, DELTA H Ti - Cu = -9 kJ / mol, DELTA H Zr - Be = -43 kJ / mol, DELTA H Ti - Cu = -23 kJ / mol, DELTA H Ti - Ni = -49 kJ / mol) and the atomic size ratio (atom ratio size) ( The matrix is formed of suitable elements with r Ti / r Zr = 0.92, r Cu / r Ti = 0.87, r Be / r Cu = 0.875, r Be / r Ni = 0.9). The alloys thus prepared may correspond to compositions close to eutectic compositions with low melting temperatures, wherein the melting temperatures are from about 1000 degrees Celsius to about 1050 degrees Celsius, and are Ti, Zr, Cu, Ni, Be crystalline. The alloys are lower than about 1660 degrees Celsius, about 1852 degrees Celsius, about 1084 degrees Celsius, about 1453 degrees Celsius, and about 1278 degrees Celsius, respectively. Although the amorphous phase may be formed with a relatively low free energy and a high viscosity of the liquid, the amorphous phase is meta stable, which can prevent the diffusion of a wide range of elements so that the cooling rate is critical When larger, crystallization can be prevented.

수소 막의 재료로 사용되는 비정질 금속 매트릭스 복합체(metallic glass matrix composite)를 제조하기 위하여, 5 족 원소가 풍부한 결정질 상이 형성된다. 예를 들어, 실시예 2에 기재된 것처럼, Ti계 비정질 금속에 Nb 및/또는 Ta 원소를 추가함으로써 베타 상의 형성이 촉진될 수 잇다.In order to produce an amorphous metal matrix matrix used as a material for the hydrogen film, a crystalline phase rich in Group 5 elements is formed. For example, as described in Example 2, the formation of the beta phase can be promoted by adding Nb and / or Ta elements to the Ti-based amorphous metal.

뛰어난 수소 투과도 특성과 함께, 인시츄 비정질 매트릭스 복합체는 대략 1.6 내지 2 GPa의 높은 강도와 대략 5.1 내지 5.5 g/cm3의 낮은 밀도, 높은 형성능, 그리고 높은 부식 저항을 갖는다.In addition to excellent hydrogen permeability properties, in-situ amorphous matrix composites have a high strength of approximately 1.6 to 2 GPa and a low density of approximately 5.1 to 5.5 g / cm 3 , high formability, and high corrosion resistance.

본 발명의 한 실시예에 따르면, Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체는 하기 화학식 1로 표시되는 조성물(at%)을 갖는다.According to one embodiment of the invention, the Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite has a composition (at%) represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

TiaZrbBecCudNieMfIg Ti a Zr b Be c Cu d Ni e M f I g

상기 화학식 1에서, M은 Nb 또는 Ta 중 적어도 하나이고, I는 산소 또는 탄소와 같은 불순물, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤e≤9, 1≤f≤20, 그리고 0.01≤g≤0.5이며, a + b + c + d + e + f + g = 100이다.In Formula 1, M is at least one of Nb or Ta, I is an impurity such as oxygen or carbon, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤ e ≦ 9, 1 ≦ f ≦ 20, and 0.01 ≦ g ≦ 0.5, and a + b + c + d + e + f + g = 100.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 복합체는 덴드리틱 모폴로지를 갖는 결정질 상으로 구성된 구조를 가질 수 있으며, 비정질 매트릭스 내에 위치한 결정질 상의 크기는 몇 나노미터 내지 약 100 μm까지의 크기일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the complex may have a structure composed of a crystalline phase with dendritic morphology, and the size of the crystalline phase located within the amorphous matrix may be from several nanometers up to about 100 μm.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 비정질 상의 형성을 위한 원소들은 Ti, Zr, Be, Cu, Ni 등일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the elements for forming the amorphous phase may be Ti, Zr, Be, Cu, Ni and the like.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 결정질 상의 형성을 위한 원소들은 Ti, Zr, Nb, 및/또는 Ta를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the elements for the formation of the crystalline phase may comprise Ti, Zr, Nb, and / or Ta.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 비정질 구조의 형성을 위하여 최적화된 조성물에서 원자비 Ti/Zr이 2.8보다 작고, Ti/Be이 2.25보다 작고, 그리고 Ti/(Cu+Ni)이 2.37보다 작을 수 있다.According to one embodiment of the invention, the atomic ratio Ti / Zr is less than 2.8, Ti / Be is less than 2.25, and Ti / (Cu + Ni) is less than 2.37 in the composition optimized for the formation of the amorphous structure. have.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 복합체의 형성을 위하여 최적화된 조성물에서 약 5 at% < Nb < 약 20 at%이며, 약 2 at% < Ta < 약 8 at%일 수 있다.According to one embodiment of the invention, about 5 at% <Nb <about 20 at% and about 2 at% <Ta <about 8 at% in a composition optimized for formation of the composite.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 복합체는 실온에서 약 1600 MPa 내지 약 2200 MPa의 기계적 강도 및 약 6.1 g/cm3 내지 약 8.0 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the composite may have a mechanical strength of about 1600 MPa to about 2200 MPa and a density of about 6.1 g / cm 3 to about 8.0 g / cm 3 at room temperature.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 캐스트 조건으로, 복합체는 bcc 상의 부피 분율의 조성물에 따라 약 섭씨 350 도에서 약 2x10-8 mol/m.s.Pa0 .5 내지 약 6x10-8 mol/m.s.Pa0.5의 높은 수소 투과도 값을 가질 수 있으며, 이러한 값들은 동일한 조건에서 제조된 순수한 팔라듐 금속 및 팔라듐 합금의 수소 투과도 값보다 크다.According to one embodiment of the present invention, the casting condition, the complex at about 350 degrees Celsius, depending on the volume fraction on the bcc composition from about 2x10 -8 mol / msPa 0 .5 to about 6x10 -8 mol / high hydrogen of 0.5 msPa Permeability values, which are greater than the hydrogen permeability values of pure palladium metals and palladium alloys prepared under the same conditions.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 복합체는 수소 환경 하에서 높은 부식 저항을 가질 수 있다. 약 섭씨 80 도에서 H2 버블링으로 부식 전류 밀도는 SUS-316L 스테인리스 스틸 또는 Ti-6Al-4V 합금보다 낮다. 예를 들어, 섭씨 80도에서 H2 버블링으로 1M H2SO4 및 2 ppm F-에서 Ti45Zr13 .1Be16 .4Cu8 .2Ni7 .3Nb10의 부식 전류 밀도는 약 9.6x10-3 mA/cm2이며, 동일한 조건에서 SUS-316L 및 Ti-6Al-4V의 부식 전류 밀도는 각각 약 1.5 mA/cm2 및 약 0.9 mA/cm2이다.According to one embodiment of the invention, the composite may have a high corrosion resistance under a hydrogen environment. With H 2 bubbling at about 80 degrees Celsius, the corrosion current density is lower than that of SUS-316L stainless steel or Ti-6Al-4V alloy. For example, 1M H 2 SO 4 and 2 ppm F as ring H 2 bubble in degrees 80 degrees from the corrosion current density of the Ti 45 Zr 13 .1 Be 16 .4 Cu 8 .2 Ni 7 .3 Nb 10 is about 9.6 × 10 −3 mA / cm 2 , and under the same conditions, the corrosion current densities of SUS-316L and Ti-6Al-4V are about 1.5 mA / cm 2 and about 0.9 mA / cm 2, respectively.

본 발명의 한 실시예에 따르면, Ti계 벌크 비정질 매트릭스 복합체를 제조하는 방법은 약 12 mm 직경의 구리 또는 철 몰드를 이용한 진공 흡입 주조 기술과 진공 스퀴즈 주조 기술을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a method for producing a Ti-based bulk amorphous matrix composite includes vacuum suction casting technique and vacuum squeeze casting technique using a copper or iron mold of about 12 mm diameter.

본 발명의 한 실시예에 따르면, Ti계 벌크 비정질 매트릭스 복합체를 제조하는 방법은 최종 잔여 스트레스(eventual residual stress)를 릴리즈(release) 하기 위하여 약 1 시간 이하의 상대적으로 짧은 시간 동안 약 0.6Tg 내지 약 0.8Tg 온도에서 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 여기서 Tg는 칼빈 온도로 표시되는 유리 전이 온도이다.According to one embodiment of the present invention, the method for producing a Ti-based bulk amorphous matrix composite comprises from about 0.6Tg to about about 1 hour or less for a relatively short time to release eventual residual stress. Heat treatment at a temperature of 0.8Tg. Tg is the glass transition temperature expressed by Calvin temperature here.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 복합체는 중립적 진공 환경(neutral and vacuum environment) 하에서 초냉각 액체 영역에서 콤플렉스 형태(complex shape)로 변형될 수 있다. 초냉각 액체 영역에서 ㅿTx는 유리전이온도 Tg와 결정화 온도 Tx의 차이, 즉 ㅿTx = Tx - Tg이다. 예를 들어, 수소 막은 몇 분 동안 적은 부하를 적용함으로써 약 섭씨 350 도 내지 약 섭씨 400 도에서 스탬핑 기술(stamping technique)에 의하여 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the composite may be transformed into a complex shape in the supercooled liquid region under a neutral and vacuum environment. In the supercooled liquid region, 유리 T x is the difference between the glass transition temperature T g and the crystallization temperature T x , ie ㅿ T x = T x -T g . For example, a hydrogen film can be produced by the stamping technique at about 350 degrees Celsius to about 400 degrees Celsius by applying a small load for several minutes.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are merely examples of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

<< 실시예Example 1> 1>

비정질Amorphous 복합체 형성 Complex formation

비정질 구조는 Ti-Cu, Ti-Ni 등의 2종 합금, Ti-Cu-Zr, Ti-Zr-Ni, Ti-Zr-Be 등의 3 종 합금, Ti-Zr-Cu-Ni 등의 4 종 합금, Ti-Zr-Be-Cu-Ni 등의 5 종 합금과 같은 Ti 합금으로 형성될 수 있다. Ti-Zr-Be-Cu-Ni의 경우, 유리 형성(glass formation) 범위는 꽤 확장될 수 있으며 여태까지 보고된 최대 크기는 약 10 mm 직경이다. 또한, 이러한 합금들은 약 1.6 GPa 내지 약 2 GPa 정도의 높은 강도를 가지며, 실온의 압축 모드 하에서 약 10 %까지의 소성 변형으로 변형될 수 있다. 기계적 특성은 작은 크기의 결정질 상을 도입함으로써 개선될 수 있다. 비정질 상에서 인시츄 결정질 상의 형성은 몇 가지 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 짧은 시간 동안 Tx 이상의 열처리에 의한 부분 결정화 방법, 2 개의 원소 간의 비혼합(immiscibility)에 의한 상분리 방법, 또는 냉각시 상 격리(phase partitioning) 방법 등이 있다. 본 실시예에서는 Ti-Zr-Be-Cu-Ni 합금이 적용된다.The amorphous structure is composed of two kinds of alloys such as Ti-Cu and Ti-Ni, three kinds of alloys such as Ti-Cu-Zr, Ti-Zr-Ni, and Ti-Zr-Be, and four kinds of Ti-Zr-Cu-Ni. The alloy may be formed of a Ti alloy such as five alloys such as Ti-Zr-Be-Cu-Ni. For Ti-Zr-Be-Cu-Ni, the glass formation range can be quite extended and the maximum size reported so far is about 10 mm diameter. In addition, these alloys have a high strength on the order of about 1.6 GPa to about 2 GPa and can be modified with plastic deformation of up to about 10% under compression mode at room temperature. Mechanical properties can be improved by introducing small crystalline phases. Formation of the in situ crystalline phase in the amorphous phase can be accomplished by several methods. For example, a partial crystallization method by heat treatment of Tx or more for a short time, a phase separation method by immiscibility between two elements, or a phase partitioning method upon cooling. In this embodiment, Ti-Zr-Be-Cu-Ni alloy is applied.

Ti-Zr-Be-Cu-Ni 합금에서 경쟁되는 상들(competitive phases)은 20면체 쿼지 결정질 상(icosahedral quasicrystalline phase), TiZrCu2 또는 TiZrNi형 라베스 상(Laves phase), α(Ti) 및 β(Ti) 상이 있다. 20면체 상과 라베스 상은 금속간 상(intermetallic phase)이며, 깨지기 쉬운 성질을 가지고 있으므로 일반적으로 회피된다. β(Ti) 상은 육방정계의 α(Ti) 상보다 더 연성인 체심입방(body centered cubic, bcc) 구조를 가진다. β(Ti) 상은 V, Nb, Ta 등의 5 족 금속뿐만 아니라 Ti, Zr에도 일반적이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 상 다이어그램에서, β(Ti) 상은 조성물 전체에서 높은 온도의 상을 갖는 것으로 볼 수 있다. α(Ti) 상은 실온에서 가장 안정적인 상임에도 불구하고, 다종 합금에서 α(Ti) 상의 형성은 일반적으로 느리게 일어난다. 저온에서 오랫동안 열처리하는 것은 α 상의 부피분율을 확실히 제어하기 위하여 일반적으로 적용된다. α 상이 낮은 온도에서 넓은 범위의 조성을 갖는 Ti-Ta 합금을 형성할 수 있지만, Nb 및 Ta는 β(Ti) 상을 안정화시킨다. 진공 주조 기술에서 1 K/s 이상의 냉각 속도로 인하여, 고체화 중에 가장 잘 생기는 상은 β 상이다.Competitive phases in Ti-Zr-Be-Cu-Ni alloys include icosahedral quasicrystalline phase, TiZrCu 2 or TiZrNi type Laves phase, α (Ti) and β ( Ti) phase. The icosahedral phase and the Laves phase are intermetallic phases and are generally avoided because of their fragile nature. The β (Ti) phase has a body centered cubic (bcc) structure that is softer than the hexagonal α (Ti) phase. The β (Ti) phase is common not only to Group 5 metals such as V, Nb and Ta, but also to Ti and Zr. In the phase diagrams shown in FIGS. 1A and 1B, the β (Ti) phase can be seen as having a high temperature phase throughout the composition. Although the α (Ti) phase is the most stable phase at room temperature, the formation of the α (Ti) phase in many alloys generally occurs slowly. Long heat treatment at low temperature is generally applied in order to surely control the volume fraction of the α phase. Although the α phase can form a Ti-Ta alloy having a wide range of compositions at low temperatures, Nb and Ta stabilize the β (Ti) phase. Due to the cooling rate of 1 K / s or more in vacuum casting technology, the phase most likely to occur during solidification is the β phase.

따라서, 1 개 이상의 5 족 원소의 첨가는 β 상의 자유 에너지를 감소시킴으로써 β 상의 형성을 촉진시킬 수 있다. 도 1c, 1d, 그리고 1e에 도시된 것처럼, Nb 및 Ta는 각각 약 0.146 nm 및 약 0.147 nm의 원자 반경을 가지며, 각각 [Kr] 4d4 5s1 (2.8.18.12.1 및 전자대원자비율(electron-to-atom ratio, e/a) = 5.4) 및 [Xe] 4f14 5d3 6s2 (2.8.18.32.11.2 및 e/a = 5.5)의 전기적 특성을 갖는다. Nb 및 Ta는 Ti와 비슷한 원자 반경을 가지며, 혼동 원리(confusion principle)에 의하여 유리 형성을 적당히(moderately) 촉진시킬 수 있다.Thus, the addition of one or more Group 5 elements can promote the formation of the β phase by reducing the free energy of the β phase. 1C, 1D, and 1E, Nb and Ta have atomic radii of about 0.146 nm and about 0.147 nm, respectively, and [Kr] 4d4 5s1 (2.8.18.12.1 and electron-to-atomic ratios) to-atom ratio, e / a) = 5.4) and [Xe] 4f14 5d3 6s2 (2.8.18.32.11.2 and e / a = 5.5). Nb and Ta have an atomic radius similar to Ti, and can moderately promote glass formation by the confusion principle.

또 다른 파라미터는 열혼합(heat of mixing)이며, 주요 원소들에 대한 열혼합 값은 하기 표 1에 나타냈다. Ti, Zr, Cu와 같은 주요 원소들과의 Nb 및 Ta의 열혼합은 거의 0이며, Be 및 Ni와의 열혼합은 음의 값을 갖는다.Another parameter is heat of mixing, and the heat mixing values for the major elements are shown in Table 1 below. Thermal mixing of Nb and Ta with major elements such as Ti, Zr, Cu is almost zero, and thermal mixing with Be and Ni has a negative value.

Nb 및 Ta가 도 1f에 도시된 것처럼 자유 에너지의 감소에 의하여 β(Ti,Zr) 상의 형성을 촉진시키기 위하여 첨가됨에도 불구하고, 이러한 원소들의 물리적, 전기적, 열역학적 특성은 Ti계 비정질 금속에서 유리 형성을 심각하게 저하시키지 않는 것으로 보이며, 비정질 구조를 갖는 매트릭스를 확실히 형성시킨다. 하기 표 1은 열 혼합(kj/mol) 값을 나타낸 것이다.Although Nb and Ta are added to promote the formation of β (Ti, Zr) phases by the reduction of free energy, as shown in FIG. 1F, the physical, electrical and thermodynamic properties of these elements do not form glass in Ti-based amorphous metal Does not appear to seriously deteriorate and certainly forms a matrix with an amorphous structure. Table 1 shows the thermal mixing (kj / mol) values.

  TiTi ZrZr BeBe CuCu NiNi TiTi -- 00 -30-30 -9-9 -35-35 ZrZr 00 -- -43-43 -23-23 -49-49 BeBe -30-30 -43-43 -- 00 -4-4 CuCu -9-9 -23-23 00 -- 44 NiNi -35-35 -49-49 -4-4 44 -- NbNb 22 44 -25-25 33 -30-30 TaTa 1One 33 -24-24 22 -42-42

<< 실시예Example 2> 2>

막 합금의 제조Fabrication of Membrane Alloys

본 실시예에서 제조된 벌크 비정질 금속(bulk metallic glass) 및 인시츄 BMG 매트릭스 복합체는 진공 흡입 주조 또는 진공 스퀴즈 주조의 두 가지 서로 다른 기술에 의하여 형성될 수 있다.The bulk metallic glass and in situ BMG matrix composites produced in this embodiment can be formed by two different techniques, vacuum suction casting or vacuum squeeze casting.

진공 흡입 주조 기술Vacuum suction casting technology

진공 흡입 주조 기술은 실린더형 막대를 생산하는데 이용되었다. 도 2a는 흡입 주조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 샘플 피스(piece)가 작은 노즐을 갖고 물로 냉각된 구리 몰드 위에 위치한다. 챔버는 진공화되고 고순도의 아르곤 기체 분위기 하에 있다. 그리고 나서, 샘플은 다시 용융되고, 직경 10 mm 및 길이 50 mm 의 실린더형 또는 폭 12 mm, 두께 2 mm, 길이 50 mm의 판형 공극을 갖는 물 냉각 구리 몰드(water-cooled copper mold)로 캐스트된다. 약 0.5 mm 두께의 막이 와이어 커팅에 의해 잘려져 형성된다.Vacuum suction casting technology has been used to produce cylindrical rods. 2A is a view schematically showing a suction casting apparatus. The sample piece is placed over a water cooled copper mold with a small nozzle. The chamber is evacuated and under high purity argon gas atmosphere. The sample is then melted again and cast into a water-cooled copper mold with cylindrical pores 10 mm in diameter and 50 mm long or plate-shaped pores 12 mm wide, 2 mm thick and 50 mm long. . A film about 0.5 mm thick is cut and formed by wire cutting.

진공 vacuum 스퀴즈Squeeze 주조 기술 Casting technology

인시츄 BMG 매트릭스 복합체 샘플은 도 2b에 도시되어 있는 진공 스퀴즈 주조 기술에 의해 제조될 수 있다. 이 기술에서 잉곳이 먼저 용융되고, 상부 다이(upper-die)는 급속히 아래로 이동하여 난로(hearth) 위의 용융된 잉곳을 가압한다. 상부 다이 및 난로의 재료는 구리, 스테인리스 스틸 등일 수 있다. 샘플의 크기와 모양은 난로의 공극 크기에 의하여 정해질 수 있으며, 샘플은 빠른 냉각 속도를 보장하는 냉각 시스템에 의하여 냉각될 수 있다. 상부 다이의 수직 이동을 제어함으로써, 샘플의 두께가 조절될 수 있다. 복합체 구조를 갖는 샘플을 제조하기 위하여, 상부 다이는 결정질 상이 성장할 수 있도록 천천히 이동될 수 있다.
In situ BMG matrix composite samples can be prepared by the vacuum squeeze casting technique shown in FIG. 2B. In this technique, the ingot is melted first, and the upper die moves rapidly downward to pressurize the molten ingot on the hearth. The material of the upper die and stove can be copper, stainless steel, or the like. The size and shape of the sample can be determined by the pore size of the stove, and the sample can be cooled by a cooling system that ensures a fast cooling rate. By controlling the vertical movement of the upper die, the thickness of the sample can be adjusted. To prepare a sample having a composite structure, the upper die can be moved slowly so that the crystalline phase can grow.

<< 실시예Example 3> 3>

TiTi -- ZrZr -- BeBe -- CuCu -- NiNi -- NbNb 복합체 및  Complex and TiTi -- ZrZr -- BeBe -- CuCu -- NiNi -- TaTa 복합체의 구조 Structure of complex

도 3a는 진공 주조 키술에 의해 제조된 Ø10 mm (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 및 Ø7 mm (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 합금의 XRD 그래프이다. 할로 피크들(halo peaks)은 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 및 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 막대가 캐스트 상태(as-cast state)에서 완전히 비정질이라는 것은 나타낸다. 또한 이러한 합금들의 DSC 그래프는 도 3b에 도시되어 있다. Ø10 mm (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 및 Ø8 mm (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 막대는 약 섭씨 425 도 및 약 섭씨 525도의 2 개의 발열 피크를 나타내며, 이는 각각 비정질에서 메타스테이블 결정질 상으로의 전이 및 비정질+메타스테이블 상에서 라베스상으로의 전이에 대응된다.FIG. 3A shows Ø10 mm (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 and Ø7 mm (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 prepared by vacuum casting ketchup. XRD graph of the alloy. Halo peaks are obtained when (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 and (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 are in the as-cast state. It is shown to be completely amorphous. Also DSC graphs of these alloys are shown in FIG. 3B. Ø10 mm (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 and Ø8 mm (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 bars have two exothermic peaks of about 425 degrees Celsius and about 525 degrees Celsius This corresponds to the transition from amorphous to metastable crystalline phase and from amorphous + metatable to Laves phase, respectively.

(Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5를 이용한 벌크 합금의 구조적 열적 특성은 이러한 조성에서 Nb가 Ti계 합금의 유리 형성능에 거의 영향을 주지 않는 것을 나타낸다. 반대로, Ø10 mm (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 합금의 XRD 그래프는 결정질 피크를 나타내며, 이는 도 3c에 도시된 것처럼 라베스 결정질 상의 형성을 촉진함으로써 Ta가 비정질 구조를 형성하는 것을 심각하게 줄인 것을 나타낸다.The structural thermal properties of the bulk alloy using (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 indicate that Nb has little effect on the glass forming ability of the Ti-based alloy in this composition. Conversely, Ø10 mm (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 The XRD graph of the alloy shows crystalline peaks, indicating that Ta significantly reduced the formation of amorphous structures by promoting the formation of the Laves crystalline phase, as shown in FIG. 3C.

캐스트 막대의 구조는 도 3d 및 도 3e에 도시된 SEM 사진에 의해 확인된다. 도 3e의 Ø8 mm (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 막대의 이미지가 비정질 매트릭스에서 β(Ti) 상의 덴드리틱 구조를 나타내는데, 도 3d의 Ø8 mm (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 막대의 이미지가 어떠한 상도 나타내지 않는다. 이러한 합금의 완전한 비정질 구조는 TEM 관찰에 의해 확인된다.The structure of the cast rod is confirmed by the SEM pictures shown in FIGS. 3D and 3E. Ø8 mm of FIG. 3E (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 The image of the rod shows the dendritic structure on β (Ti) in the amorphous matrix, Ø8 mm (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 of FIG. The image of the bar does not represent any image. The complete amorphous structure of this alloy is confirmed by TEM observation.

비정질 금속의 열적 특징은 초냉각 액체 영역인 존재한다는 것이다. 초냉각 액체 영역에서 ㅿTx는 유리전이온도 Tg와 결정화 온도 Tx의 차이, 즉 ㅿTx = Tx - Tg이다. 초냉각 액체 영역이 커질수록, 비정질 합금의 형성도 쉬워진다. 이러한 Ti계 합금의 경우, Tg가 감지되기 어려우며, 초냉각 액체 영역은 칼로리미터 기술을 이용하여 정의되기가 어려울 수 있다.A thermal feature of amorphous metals is the presence of supercooled liquid regions. In the supercooled liquid region, 유리 T x is the difference between the glass transition temperature T g and the crystallization temperature T x , ie ㅿ T x = T x -T g . The larger the supercooled liquid region, the easier the formation of the amorphous alloy. For such Ti-based alloys, Tg is difficult to detect and the supercooled liquid region can be difficult to define using calorimeter technology.

<< 실시예Example 4> 4>

진공 흡입 주조 기술에 의해 제조되는 Manufactured by vacuum suction casting technology TiTi -- ZrZr -- BeBe -- CuCu -- NiNi -- NbNb 인시츄Inshi 비정질Amorphous 금속 매트릭스 복합체의 형성 범위 Formation range of the metal matrix composite

인시츄 비정질 금속 매트릭스 복합체는 진공 흡입 주조 기술에 의해 제조된 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 합금이 직경 10 mm까지 커질 수 있다. Nb 함유 합금들에 대하여 상세하게 실험하였다. 비정질 금속 매트릭스 복합체의 형성은 도 4a에 나타난 조성 범위에서 실험되었으며, 그 조성비는 하기 표 2에 나타냈다. Ti 함량은 대략 38 내지 50 at%일 수 있으며, 50 at%를 넘으면 유리 형성능이 급속히 감소하며 비정질 구조가 대형 크기 재료로 제조될 수 없다. 이는 Ti/Zr 비율 값이 대략 2.8 내지 4.2 사이에 있고, Ti/(Cu+Ni) 비율 값이 대략 2 내지 3.8 사이에 있다는 것을 나타낸다. Be 또한 유리 형성능을 제어한다. Be 함량이 감소될 때, 비정질 매트릭스의 형성은 더 빠른 냉각 속도를 필요로 한다. 따라서, Ti/Be 비율 값은 대략 2.0 내지 4.0 사이에서 유지된다. 하기 표 2는 Nb가 첨가된 인시츄 Ti계 비정질 금속 매트릭스 복합체의 조성(at%)을 나타낸다.In situ amorphous metal matrix composites (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 alloys produced by vacuum suction casting technology can be up to 10 mm in diameter. Nb containing alloys were tested in detail. Formation of the amorphous metal matrix composite was tested in the composition range shown in Figure 4a, the composition ratio is shown in Table 2 below. The Ti content can be approximately 38 to 50 at%, above 50 at% the glass forming ability rapidly decreases and the amorphous structure cannot be made of large sized material. This indicates that the Ti / Zr ratio value is between about 2.8 and 4.2 and the Ti / (Cu + Ni) ratio value is between about 2 and 3.8. Be also controls the glass forming ability. When the Be content is reduced, the formation of an amorphous matrix requires faster cooling rates. Thus, the Ti / Be ratio value is maintained between approximately 2.0 and 4.0. Table 2 below shows the composition (at%) of the in situ Ti-based amorphous metal matrix composite to which Nb was added.

구성Configuration TiTi ZrZr BeBe CuCu NiNi NbNb
A

A
A1A1 42.7542.75 15.215.2 19.019.0 9.59.5 8.558.55 5.05.0
A2A2 40.540.5 14.414.4 18.018.0 9.09.0 8.18.1 10.010.0 A3A3 38.2538.25 13.613.6 17.017.0 8.58.5 7.657.65 15.015.0
B

B
B1B1 45.045.0 14.5514.55 18.1818.18 9.099.09 8.188.18 5.05.0
B2B2 45.045.0 13.0913.09 16.3616.36 8.198.19 7.367.36 10.010.0 B3B3 45.045.0 11.6411.64 14.5414.54 7.287.28 6.546.54 15.015.0
C

C
C1C1 38.2538.25 15.05515.055 18.8218.82 9.4059.405 8.478.47 10.010.0
C2C2 42.7542.75 13.74513.745 17.1817.18 8.5958.595 7.737.73 10.010.0 C3C3 47.2547.25 12.43512.435 15.5415.54 7.7857.785 6.996.99 10.010.0 C4C4 41.62541.625 12.6212.62 15.7715.77 7.897.89 7.0957.095 15.015.0
B

B
M1M1 50.050.0 14.0914.09 12.3612.36 6.196.19 7.367.36 10.010.0
M2M2 47.547.5 14.014.0 14.014.0 8.28.2 6.36.3 10.010.0 M3M3 46.1246.12 15.115.1 17.017.0 9.69.6 7.187.18 5.05.0

5 at%를 넘을 때, Nb의 첨가는 bcc 상의 자유 에너지를 감소시키며, 이에 따라 액체에서 결정질 상의 핵화(nucleation)를 촉진시킨다. 도 4b 및 4c에 도시된 것처럼, Nb의 농도가 증가할 때, bcc 결정질 상의 부피분율 및 크기도 증가한다. 이러한 것은 도 4d에 도시되어 있는 XRD 그래프에서 bcc 상의 피크 강도의 증가에 의해 알 수 있다. When exceeding 5 at%, the addition of Nb reduces the free energy on the bcc phase, thus promoting the nucleation of the crystalline phase in the liquid. As shown in Figures 4B and 4C, as the concentration of Nb increases, the volume fraction and size of the bcc crystalline phase also increases. This can be seen by the increase in peak intensity on bcc in the XRD graph shown in FIG. 4D.

미세 구조에서 Nb의 효과는 도 4e에 도시되어 있는 DSC 그래프에 의해 알 수 있다. 이는 각각 비정질에서 메타스테이블 상으로의 변화 및 비정질+메타스테이블 상에서 결정질 상으로의 변화에 대응되는 제1 및 제2 발열 피크의 감소에 의해 알 수 있다. 제1 발열 피크는 Nb가 15 at%일 때 사라졌으며, 이는 비정질 매트릭스가 직접 결정질 상으로 변형한다는 것을 나타낸다.The effect of Nb on the microstructure can be seen by the DSC graph shown in FIG. 4E. This can be seen by the reduction of the first and second exothermic peaks corresponding to the change from amorphous to metastable phase and the change from amorphous + metatable to crystalline phase, respectively. The first exothermic peak disappeared when Nb was 15 at%, indicating that the amorphous matrix directly transformed into the crystalline phase.

β 상은 액체에서 덴드리틱 구조로 성장하며, 이러한 성장은 임의의 결정학적 방향(crystallographic direction)을 따라 일어난다. 그러나 β 상의 모폴로지는 합금의 조성에 의해 대부분 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 4f 및 4g는 Ti45(Zr16Be20Cu10Ni9)45/55Nb10 합금의 수많은 핵화 사이트(nucleation site)로부터 형성된 많은 작은 덴드라이트들로 서로 다른 모폴로지를 나타내는데, 도 4g에 나타난 Ti41.6Zr12.6Be15.8Cu7.9Ni7.1Nb15 합금에서 덴드라이트들이 방해받지 않은 모폴로지를 나타내는 것은 하나의 핵화 사이트로부터 β 상이 성장한 것을 보여주는 것이다. 이러한 모폴로지의 차이는 재료의 특성에 많은 영향을 끼친다. 하기 표 3은 EDS(at%)에 의한 매트릭스 및 덴드라이트의 함량 분석(compositional analysis)을 나타낸다.The β phase grows in a dendritic structure in the liquid, and this growth occurs along any crystallographic direction. However, the morphology of the β phase can be largely determined by the composition of the alloy. For example, FIGS. 4F and 4G show different morphologies with many small dendrites formed from numerous nucleation sites of Ti 45 (Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 45/55 Nb 10 alloy. In the 4g Ti 41.6 Zr 12.6 Be 15.8 Cu 7.9 Ni 7.1 Nb 15 alloy, the dendrites exhibited an uninterrupted morphology showing the growth of the β phase from one nucleation site. This difference in morphology has a great influence on the properties of the material. Table 3 below shows the compositional analysis of the matrix and dendrites by EDS (at%).



매트릭스


matrix
  A2A2 B1B1 B2B2 B3B3 C3C3 C4C4
TiTi 41.541.5 52.652.6 48.048.0 47.547.5 49.449.4 48.848.8 ZrZr 25.525.5 17.817.8 19.719.7 18.218.2 18.218.2 19.019.0 NbNb 9.59.5 8.28.2 6.56.5 7.67.6 9.09.0 6.76.7 CuCu 12.012.0 10.510.5 14.114.1 13.913.9 11.811.8 13.213.2 NiNi 11.511.5 10.910.9 11.811.8 12.812.8 11.611.6 12.312.3

덴드라이트


Dendrite
TiTi 51.351.3 -- 58.558.5 51.151.1 60.360.3 51.151.1
ZrZr 9.49.4 -- 6.86.8 5.65.6 -- -- NbNb 36.336.3 -- 34.734.7 43.343.3 39.739.7 48.948.9 CuCu -- -- -- -- -- -- NiNi -- -- -- -- -- --

<< 실시예Example 5> 5>

진공 vacuum 스퀴즈Squeeze 주조 기술에 의해 제조되는  Manufactured by casting technology TiTi -- ZrZr -- BeBe -- CuCu -- NiNi -- NbNb 인시츄Inshi 비정질Amorphous 금속 매트릭스 복합체의 형성 Formation of Metal Matrix Composites

Ti45Zr16Be20Cu10Ni9, (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5, (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)90Nb10, 및 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)85Nb15 합금들은 약 2-3 mm의 두께의 판 형으로 진공 스퀴즈 주조 기술에 의해 제조될 수 있다. 이러한 샘플들에 대한 XRD 및 DSC 그래프가 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 합금 조성이 동일한 경우, 스퀴즈 주조 기술에 의해 제조된 합금의 구조는 진공 흡입 주조 기술에 의해 제조된 샘플들과 비슷한 것으로 나타났다.Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 , (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 , (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 90 Nb 10 , and (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 85 Nb 15 alloys can be produced by vacuum squeeze casting technology in a plate shape of about 2-3 mm thick. XRD and DSC graphs for these samples are shown in FIGS. 5A and 5B. When the alloy compositions were identical, the structure of the alloy produced by the squeeze casting technique was found to be similar to the samples produced by the vacuum suction casting technique.

도 5c, 5d, 5e, 5f에 나타난 것처럼, SEM 사진의 샘플들은 10 at%보다 큰 Nb 함량을 포함하는 합금에서 복합체 구조를 나타낸다.
As shown in Figures 5c, 5d, 5e, 5f, the samples in the SEM photographs show a composite structure in the alloy containing Nb content greater than 10 at%.

<< 실시예Example 6> 6>

진공 흡입 주조 기술에 의해 제조되는 Manufactured by vacuum suction casting technology TiTi -- ZrZr -- BeBe -- CuCu -- NiNi -- TaTa 인시츄Inshi 비정질Amorphous 금속 매트릭스 복합체의 형성 Formation of Metal Matrix Composites

(Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 합금이 진공 흡입 주조 기술에 의해 약 1 mm 의 두께의 판 형으로 제조된다. 도 6a 및 6b에 각각 도시된 XRD 그래프 및 SEM 사진에 나타난 것처럼, 이 합금에서 5 at%의 추가로 β(Ti)상을 형성한다. Ta 함유 인시츄 Ti계 BMG 매트릭스 복합체에서 덴드리틱 β 상의 모폴로지는 Nb 함유 인시츄 Ti계 BMG 매트릭스 복합체와 비슷하다. 그러나 Nb보다 더 적은 Ta 함량의 추가는 Nb보다 더 효율적으로 비정질 매트릭스에서 β(Ti)상의 형성을 유도한다. 예를 들어, Ti 및 5 at% Ta 함유 BMG 매트릭스 복합체에서 β 상의 부피는 Ti 및 10 at% Nb 함유 BMG 매트릭스 복합체와 비슷하다. (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 alloy is produced in a plate shape with a thickness of about 1 mm by vacuum suction casting technique. As shown in the XRD graphs and SEM photographs shown in FIGS. 6A and 6B, respectively, an additional β (Ti) phase of 5 at% was formed in this alloy. The morphology of the dendritic β phase in Ta-containing in situ Ti-based BMG matrix composites is similar to that of Nb-containing in situ Ti-based BMG matrix composites. However, the addition of less Ta content than Nb leads to the formation of β (Ti) phases in the amorphous matrix more efficiently than Nb. For example, the volume of β phase in Ti and 5 at% Ta containing BMG matrix composites is similar to Ti and 10 at% Nb containing BMG matrix composites.

도 6c에 도시된 것처럼, 매트릭스의 비정질 특성은 DSC 분석에 의해 확인된다. 결정화 열뿐만 아니라 피크들의 위치는 Nb 함유 인시츄 Ti계 BMG 매트릭스 복합체와 비슷하다.
As shown in FIG. 6C, the amorphous properties of the matrix are confirmed by DSC analysis. The positions of the peaks as well as the heat of crystallization are similar to the Nb containing in situ Ti-based BMG matrix composites.

<< 실시예Example 7> 7>

인시츄Inshi TiTi system BMGBMG 복합체의 기계적 특성 Mechanical properties of the composite

비정질 재료는 높은 미소경도(microhardness) 값, 300 kgf/mm2 (3 GPa)보다 큰 Vickers 미소경도를 갖는 고강도, 표 4의 조성비에 따른 2000 MPa (2 GPa)의 근처 또는 그 이상의 강도를 나타낸다. 이러한 특성들은 미세기어(micro-gear), 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 등의 응용에 중요한 인자들인데, 이는 미세기어의 경우 마모를 줄일 수 있기 때문이며, 바이폴라 플레이트의 경우 고강도로 인하여 판 두께를 많이 얇게 만들 수 있으며 이에 따라 연료 전지의 무게와 부피에서 이득을 볼 수 있기 때문이다.Amorphous materials exhibit high microhardness values, high strength with Vickers microhardness greater than 300 kgf / mm 2 (3 GPa), strengths near or above 2000 MPa (2 GPa) according to the composition ratios of Table 4. These characteristics are important factors for applications such as micro-gear, bipolar plate, etc., because they can reduce wear in the case of microgear, and the plate thickness is much thinner due to the high strength in the bipolar plate. This is because it can make a difference and can benefit from the weight and volume of the fuel cell.

Nb 및 Ta 함유 Ti계 복합체의 스트레스-스트레인 곡선이 도 7a에 도시되어 있다. 압축 테스트가 다른 직경을 갖는 샘플들에서 수행되었지만, Nb 및 Ta 둘다 실온에서 약간의 가단성(malleability)을 나타낼 수 있다. 하나의 합금에서 다른 합금까지의 소성 변형 값의 변화는 결정질 덴드리틱 상의 부피 분율, 크기, 그리고 특성의 차이에 의해 설명될 수 있다. 표 4는 다양한 Ti계 BMG 또는 BMG 복합체의 미소경도 값을 나타낸다.The stress-strain curves of the Nb and Ta containing Ti based composites are shown in FIG. 7A. Compression tests were performed on samples with different diameters, but both Nb and Ta may exhibit some malleability at room temperature. Changes in plastic strain values from one alloy to another can be explained by differences in the volume fraction, size, and properties of the crystalline dendritic phase. Table 4 shows the microhardness values of various Ti-based BMG or BMG composites.

  Ti45Zr16Be20Cu10Ni9 Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Ta 5 HvHv 366 ± 22366 ± 22 344 ± 24344 ± 24 414 ± 42414 ± 42     (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)90Nb10 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 90 Nb 10 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)85Nb15 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 85 Nb 15 HvHv 344 ± 24344 ± 24 375 ± 37375 ± 37 366 ± 14366 ± 14

Nb 함유 인시츄 Ti계 BMG 복합체 샘플은 냉각을 줄이고 bcc 상의 부피분율을 증가하기 위하여 Cu 몰드 대신 스테인리스 스틸 몰드를 사용하여 제조된다. 도 7b에 도시된 것처럼, 샘플 제조의 변경은 합금들의 압축 모드 하에서 기계적 거동을 변경할 수 있다. 도7a에 나타난 것처럼, bcc 상의 부피 분율이 증가할 때 약 5 내지 8 %의 소성 변형 값이 약 2-3 % 대신에 수득되었다. Nb-containing in situ Ti-based BMG composite samples are prepared using a stainless steel mold instead of a Cu mold to reduce cooling and increase the volume fraction on the bcc. As shown in FIG. 7B, a change in sample preparation can change the mechanical behavior under the compression mode of the alloys. As shown in FIG. 7A, plastic deformation values of about 5-8% were obtained instead of about 2-3% when the volume fraction on bcc was increased.

수소 분리 및 정제용 막의 재료로 응용하기 위하여, 인시츄 Ti-BMG 복합체는 약 섭씨 300-400 도의 막 적용 온도에서 다소 높은 강도를 갖는 것이 좋다. 이러한 물질의 특성은 초냉각 액체 영역, 예를 들면 유리전이온도 Tg와 결정화 온도 Tx의 사이에 있는 ㅿTx에서 존재한다. 이러한 온도 범위에서 BMG는 높은 스트레인 속도 민감도(high strain rate sensitivity)에 따른 초소성 거동(superplastic behavior)으로 변형될 수 있다.For application as a material for hydrogen separation and purification membranes, in situ Ti-BMG composites preferably have a rather high strength at membrane application temperatures of about 300-400 degrees Celsius. The properties of these materials are present in the supercooled liquid region, for example, ㅿ Tx between the glass transition temperature Tg and the crystallization temperature Tx. In this temperature range, BMG can be transformed into superplastic behavior with high strain rate sensitivity.

도 7c, 7d, 7e는 각각 10-5 s-1, 10-4 s-1, 10-3 s-1의 스트레인 속도일 때 섭씨 360도에서 측정된 5, 10, 15 at% Nb 함유 인시츄 Ti계 BMG 복합체의 스트레스-스트레인 거동을 나타낸다. 이러한 복합체들은, 도 7a 및 7b 처럼 실온에서 측정된 테스트들과는 달리, 고강도를 유지하면서 고온도에서 큰 소성 변형으로 변형될 수 있다.7C, 7D and 7E are in situ containing 5, 10 and 15 at% Nb measured at 360 degrees Celsius at strain rates of 10 −5 s −1 , 10 −4 s −1 and 10 −3 s −1 , respectively The stress-strain behavior of Ti-based BMG complexes is shown. Such composites, unlike tests measured at room temperature as shown in FIGS. 7A and 7B, can deform into large plastic deformations at high temperatures while maintaining high strength.

스트레인 속도 민감도는 스트레인 속도에 따른 흐름 스트레스(flow stress)의 변화에 따라 결정될 수 있다. 도 7f에 도시된 것처럼, 5 at% Nb 함유 합금뿐만 아니라 Nb 무함유 합금은 둘다 일체식(monolithic) BMG 합금으로서 높은 스트레인 속도 민감도를 나타내며, 스트레인 속도 민감도를 나타내는 경사도 m은 10-4 - 10-5 s-1의 스트레인 속도에서 대략 0.5 (m=(δlogσ/(δlogε) 부근이다. 인시츄 BMG 복합체의 구조는 비정질 매트릭스 내에 bcc 결정질 상으로 구성되며, Nb 함량이 증가할 때 경사도 값은 감소한다. 이러한 거동은 비정질 매트릭스 내에 β 상이 출현하기 때문이며, 이러한 β 상은 비정질 구조와 비교하여 낮은 스트레인 속도 민감도를 갖는다.
Strain rate sensitivity can be determined by variation of flow stress with strain rate. As shown in Fig 7f, at 5% Nb-containing alloy as well as the Nb-free alloys are both integral (monolithic) shows a high strain rate sensitivity as a BMG alloy, slope m represents the strain rate sensitivity is 10 4 - 10 - It is approximately 0.5 (m = (δlogσ / (δlogε) near the strain rate of 5 s −1 . The structure of the in situ BMG complex consists of the bcc crystalline phase in the amorphous matrix, and the gradient value decreases with increasing Nb content. This behavior is due to the appearance of β phase in the amorphous matrix, which has a low strain rate sensitivity compared to the amorphous structure.

<< 실시예Example 8> 8>

인시츄Inshi TiTi -- ZrZr -- BeBe -- CuCu -- NiNi ++ NbNb BMGBMG 복합체의 수소 투과도 테스트 Hydrogen Permeability Test of Composites

수소 투과도 테스트는 직경 약 12 mm, 두께 약 0.5 mm의 샘플에서 수행되었다. 이러한 샘플 막들은 진공 스퀴즈 주조 기술 또는 진공 흡입 주조 기술의 서로 다른 방법에 의해 형성된 판으로부터 제조된다. 테스트는 1.1 내지 3 바의 수소 압력, 섭씨 350 내지 375 도 사이에서 수행되었다.The hydrogen permeability test was performed on a sample of about 12 mm in diameter and about 0.5 mm in thickness. These sample films are made from plates formed by different methods of vacuum squeeze casting technology or vacuum suction casting technology. The test was carried out between hydrogen pressure of 1.1 to 3 bar, 350 to 375 degrees Celsius.

진공 스퀴즈 주조 기술에 의해 제조된 샘플과 관련하여, 도 8a는 Nb 함량이 증가할 때 섭씨 350도에서 수소 플럭스가 증가한다는 것을 보여주며, 이는 Nb 무함유 및 5 at% Nb 함유 합금이 복합체가 아니라 일체식 비정질 금속이기 때문에 인시츄 BMG 복합체에서 bcc 결정질 덴드리틱 구조의 출현에 따른 것이다. 그러나, Nb 무함유 및 5 at% Nb 함유 합금 사이의 특성의 차이는 수소 투과에 있어서 Nb 추가로 인한 긍정적 효과를 제시한다.With respect to samples made by vacuum squeeze casting technology, FIG. 8A shows that the hydrogen flux increases at 350 degrees Celsius as the Nb content increases, indicating that Nb free and 5 at% Nb containing alloys are not composites. It is due to the appearance of bcc crystalline dendritic structures in in situ BMG complexes because they are integral amorphous metals. However, the difference in properties between Nb free and 5 at% Nb containing alloys suggests a positive effect due to Nb addition in hydrogen permeation.

진공 흡입 주조 기술에 의해 제조된 샘플에서도 유사한 거동이 관찰된다. 인시츄 Ti계 BMG 복합체의 수소 투과 특성은 도 8b에 나타난 것처럼 순수 팔라듐의 수소 투과 특성보다 뛰어나며, 도 8b는 압력의 제곱근의 차이에 따른 물질의 플럭스.t(여기서 t는 두께)의 변화를 나타낸다. 도 8b에서 변화량은 거의 선형이며, 이는 수소 농도의 변화가 Sievert 법칙을 따른다는 것을 나타낸다. 또한, 도 8b는 온도가 증가할 때 수소 플럭스가 증가한다는 것을 나타낸다.Similar behavior is observed in samples made by vacuum suction casting techniques. The hydrogen permeation properties of the in situ Ti-based BMG composites are superior to the hydrogen permeation properties of pure palladium, as shown in FIG. 8B, and FIG. 8B shows the change in flux of the material. . In FIG. 8B the amount of change is almost linear, indicating that the change in hydrogen concentration follows the Sievert law. 8B also shows that the hydrogen flux increases as the temperature increases.

이러한 특성들이 도 8c 및 도 8d에도 나타나며, 이들 도면은 온도의 역수에 따른 수소 투과도의 변화를 나타내며, 10 at% 이상의 Nb를 함유하는 복합체의 수소 투과도 값이 팔라듐의 수소 투과도 값과 순수한 Nb의 수소 투과도 값의 사이에 있다는 것을 나타낸다.These properties are also shown in Figures 8c and 8d, which show the change in hydrogen permeability with the inverse of the temperature, wherein the hydrogen permeability value of the composite containing 10b or more of Nb is the hydrogen permeability value of palladium and pure Nb hydrogen. Indicates that the transmission is between values.

도 8c 및 도 8d에서, 섭씨 350 도 및 섭씨 375 도에서 측정된 복합체의 수소 투과도는 Ni-Nb-Zr계 일체식 비정질 금속(monolithic metallic glass)의 값과 비교된다. 복합체의 수소 투과도는 팔라듐 합금의 수소 투과도보다 대략 2.5 배 더 크고, Ni-Nb-Zr계 일체식 비정질 금속보다 대략 3.5 배 더 크다.8C and 8D, the hydrogen permeability of the composite measured at 350 degrees Celsius and 375 degrees Celsius is compared with the value of the Ni—Nb—Zr based monolithic metallic glass. The hydrogen permeability of the composite is approximately 2.5 times greater than the hydrogen permeability of the palladium alloy and approximately 3.5 times greater than the Ni—Nb—Zr based integral amorphous metal.

진공 흡입 주조 기술에 의해 제조된 샘플들의 수소 투과도 특성은 진공 스퀴즈 주조 기술에 의해 제조된 샘플들의 수소 투과도 특성보다 약간 더 좋은 것으로 나타난다. 이는 냉각 속도의 차이가 bcc 덴드리틱 상의 부피분율 및 모폴로지의 차이를 일으키고, 이로 인하여 구조의 차이가 발생하기 때문이다.The hydrogen permeability characteristics of the samples produced by the vacuum suction casting technique appear to be slightly better than the hydrogen permeability characteristics of the samples prepared by the vacuum squeeze casting technique. This is because the difference in cooling rate causes a difference in volume fraction and morphology of the bcc dendritic phase, which causes a difference in structure.

인시츄Inshi TiTi -- ZrZr -- BeBe -- CuCu -- NiNi ++ TaTa BMGBMG 복합체의 수소 투과도 테스트 Hydrogen Permeability Test of Composites

수소 투과도 테스트는 실시예 6에서 설명된 것처럼 진공 스퀴즈 주조 기술에 의해 제조된 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Ta5의 샘플에 대해 수행되었다. 도 8e 및 8f에 도시된 것처럼, 5 at% Ta 함유 복합체의 수소 투과도는 10 at% Nb 함유 복합체의 수소 투과도와 비슷하다.The hydrogen permeability test was performed on a sample of 95 Ta 5 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) prepared by vacuum squeeze casting technique as described in Example 6. As shown in FIGS. 8E and 8F, the hydrogen permeability of the 5 at% Ta containing composite is similar to that of the 10 at% Nb containing composite.

5 at% Ta의 첨가에 의해 형성된 덴드라이트 상의 부피 분율이 높기 때문에 수소 투과도 값이 높은 것이다.
The hydrogen permeability value is high because the volume fraction of the dendrites formed by the addition of 5 at% Ta is high.

<< 실시예Example 9> 9>

이러한 합금에 이용된 구성 원소들이 좋은 부식 저항을 가지고 있기 때문에, 제조된 인시츄 BMG 복합체 역시 뛰어난 부식 저항을 나타낸다. Ti, Zr, 그리고 Nb는 H2SO4 용액에서 뛰어난 부식 저항을 가지며, Cu는 노블 원소(noble element)이며, Ni 또한 좋은 부식 저항을 가지며, Be는 뛰어난 부식 저항을 갖는 BeO를 형성한다.Since the constituent elements used in these alloys have good corrosion resistance, the prepared in situ BMG composites also exhibit excellent corrosion resistance. Ti, Zr, and Nb have excellent corrosion resistance in H 2 SO 4 solution, Cu is a noble element, Ni also has good corrosion resistance, and Be forms BeO with excellent corrosion resistance.

부식 실험은 수소 환경에서 복합체의 저항을 조사하기 위하여 섭씨 80 도에서 수소 버블링으로 1 M H2SO4 및 2 ppm F-에서 수행되었으며, 이러한 환경에서 포텐시오 다이나믹(potentio-dynamic) 그래프가 도 9a처럼 도시되었다. Corrosion experiments were carried out at 1 MH 2 SO 4 and 2 ppm F with hydrogen bubbling at 80 degrees Celsius to investigate the resistance of the composite in a hydrogen environment, where a potentio-dynamic graph is shown in FIG. 9A. Was shown as.

모든 복합체의 포텐시오 다이나믹 그래프는 동일한 환경에서 실험된 스테인리스 스틸 및 Ti-6Al-4V 합금보다 낮은 것으로 나타났으며, 이는 인시츄 Ti계 BMG 복합체가 뛰어난 부식 저항을 가졌다는 것을 나타낸다. 또한, 스테인리스 스틸 및 Ti-6Al-4V 합금과는 달리, Ti계 BMG 복합체에 대한 극성 그래프는 액티브-패시브 전이 거동(active-passive transition behavior)을 나타내지 않는다.The potentiodynamic graph of all composites was found to be lower than the stainless steel and Ti-6Al-4V alloys tested in the same environment, indicating that the in situ Ti-based BMG composites had excellent corrosion resistance. In addition, unlike stainless steel and Ti-6Al-4V alloys, the polarity graph for Ti-based BMG composites does not exhibit active-passive transition behavior.

Ti-6Al-4V 합금의 거동은 넓은 부동태화 안정기(wide passivation plateau)에 이어 유의미한 전류의 증가 없는 트랜스패시브 디솔루션(transpassive dissolution)을 나타낸다. 부식 파라미터들을 하기 표 5에 나타냈다.The behavior of Ti-6Al-4V alloys shows a wide passivation plateau followed by a passive dissolution without significant increase in current. Corrosion parameters are shown in Table 5 below.

수소 버블링 조건 하에서, 10 at% 함유 합금은 다른 조성의 합금과 비교할 때 낮은 보호 전류 밀도(passivation current density)를 나타낸다. 하기 표 6에 나타낸 것처럼, 15 at% Nb 함유 복합체에서 (Ti,Zr,Nb)가 많은 β 상의 형성은 매트릭스 내에서 구리의 농도를 높게 하며, 이는 부식 저항을 감소시키는 경향이 있다.Under hydrogen bubbling conditions, 10 at% containing alloys exhibit a low passivation current density when compared to alloys of other compositions. As shown in Table 6 below, the formation of (Ti, Zr, Nb) -rich β phase in a 15 at% Nb-containing composite increases the concentration of copper in the matrix, which tends to reduce corrosion resistance.

도 9b에 도시된 것처럼, 부식 전류 밀도와 보호 전류 밀도의 변화는 Nb의 첨가가 비이종성(inheterogeneity)의 형성을 발생시킬 수 있음에도 불구하고 적절한 합금 디자인으로 부식 저항이 개선될 수 있다는 것을 나타낸다. 하기 표 5는 섭씨 80 도에서 수소 또는 공기 버블링으로 1M H2SO4 및 2 ppm F-에서 부식 전류 밀도 및 잠재적 부식의 값을 나타낸다.As shown in FIG. 9B, the change in corrosion current density and protection current density indicates that the corrosion resistance can be improved with a suitable alloy design, although the addition of Nb can result in the formation of inheterogeneity. Table 5 below shows the values of corrosion current density and potential corrosion at 1 M H 2 SO 4 and 2 ppm F with hydrogen or air bubbling at 80 degrees Celsius.

  H2 버블링H 2 bubbling 공기 버블링Air bubbling Icorr (A/cm2)I corr (A / cm 2 ) Ecorr (V)E corr (V) Icorr (A/cm2)I corr (A / cm 2 ) Ecorr (V)E corr (V) Ti-6Al-4VTi-6Al-4V 9x10-4 9 x 10 -4 -0.76-0.76 7.2x10-4 7.2 x 10 -4 -0.78-0.78 Ti45Zr16Be20Cu10Ni9 Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 3.01x10-5 3.01 x 10 -5 -0.23-0.23 4.73x10-5 4.73 x 10 -5 -0.13-0.13 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 2.03x10-5 2.03 x 10 -5 -0.23-0.23 1.34x10-5 1.34 x 10 -5 -0.17-0.17 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)90Nb10 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 90 Nb 10 9.14x10-6 9.14 x 10 -6 -0.19-0.19 1.03x10-5 1.03 x 10 -5 -0.13-0.13 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)85Nb15 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 85 Nb 15 8.11x10-6 8.11 x 10 -6 -0.23-0.23 1.39x10-5 1.39 x 10 -5 -0.17-0.17 Ti45Zr14 .55Be18 .18Cu9 .09Ni8 .18Nb5 Ti 45 Zr 14 .55 Be 18 .18 Cu 9 .09 Ni 8 .18 Nb 5 2.53x10-5 2.53 x 10 -5 -0.26-0.26 1.62x10-5 1.62 x 10 -5 -0.17-0.17 Ti45Zr13 .09Be16 .36Cu8 .19Ni7 .36Nb10 Ti 45 Zr 13 .09 Be 16 .36 Cu 8 .19 Ni 7 .36 Nb 10 2.29x10-5 2.29 x 10 -5 -0.25-0.25 1.83x10-5 1.83 x 10 -5 -0.21-0.21 Ti45Zr11 .64Be14 .54Cu7 .28Ni5 .54Nb15 Ti 45 Zr 11 .64 Be 14 .54 Cu 7 .28 Ni 5 .54 Nb 15 2.13x10-5 2.13 x 10 -5 -0.27-0.27 1.47x10-5 1.47 x 10 -5 -0.26-0.26 (Ti40Zr29Be16Cu8Ni7)95Nb5 (Ti 40 Zr 29 Be 16 Cu 8 Ni 7 ) 95 Nb 5 -- -- 4.56x10-6 4.56 x 10 -6 -0.20-0.20 (Ti40Zr29Be16Cu8Ni7)97Ta3 (Ti 40 Zr 29 Be 16 Cu 8 Ni 7 ) 97 Ta 3 -- -- 3.42x10-6 3.42 x 10 -6 -0.28-0.28 (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)80Nb18Ta2 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 80 Nb 18 Ta 2 3.92x10-6 3.92 x 10 -6 -0.27-0.27 3.03x10-6 3.03 x 10 -6 -0.19-0.19

포텐시오-스태틱(Potentio-static) 테스트는 2 시간 동안 -0.1 V의 포텐셜 상수 값에서 수행되었다. 인시츄 BMG의 전류 밀도의 변화가 도 9c에 도시되었고, Ti-6Al-4V의 전류 밀도의 변화와 비교되었다. 2 시간의 테스트 후에 다른 조성의 합금보다 낮은 10 at% Nb 함유 복합체의 절대값과 함께 Nb 함량이 0에서 10 at%까지 증가할 때 전류 밀도 대 시간의 기울기는 감소하는 것으로 나타난다. 그러나, 15 at% Nb 함유 복합체의 기울기는 너무 크며, 이는 수소 환경 하에서 부식 저항이 손실된다는 것을 나타낸다. Potentio-static tests were performed at a potential constant value of -0.1 V for 2 hours. The change in current density of the in situ BMG is shown in FIG. 9C and compared with the change in current density of Ti-6Al-4V. After two hours of testing, the slope of the current density versus time appears to decrease as the Nb content increases from 0 to 10 at% with the absolute value of the 10 at% Nb-containing composite lower than the alloy of the other composition. However, the slope of the 15 at% Nb containing composite is too large, indicating that the corrosion resistance is lost under a hydrogen environment.

Nb 무함유 일체식 Ti계 BMG 및 Nb 함유 Ti계 BMG 복합체가 7 일동안 섭씨 80 도의 1M H2SO4에 담기었다. 하기 표 6에 나타난 결과들은 7 일 후에 기록된 Ti계 BMG 복합체의 무게 손실이 결정질 Ti-6Al-4V의 무게 손실보다 상당히 낮다는 것을 보여주며, 이는 제조된 BAMC의 부식 저항이 매우 뛰어나다는 것을 보여준다. 또한, 가장 뛰어난 부식 저항은 10 at% Nb 함유 복합체에서 나타난다. 하기 표 6은 섭씨 80 도의 1M H2SO4에 7 일 동안 담긴 후의 무게 손실을 나타내며, 무게 손실은 미세 밸런스를 이용하여 무게 변화가 측정되었고 용액에 용해된 원소의 양으로부터 계산된다.Nb-free integral Ti-based BMG and Nb-containing Ti-based BMG composites were immersed in 1M H 2 SO 4 at 80 degrees Celsius for 7 days. The results shown in Table 6 below show that the weight loss of Ti-based BMG composites recorded after 7 days is significantly lower than the weight loss of crystalline Ti-6Al-4V, which shows that the corrosion resistance of the manufactured BAMC is very good. . In addition, the best corrosion resistance is seen in composites containing 10 at% Nb. Table 6 below shows the weight loss after soaking in 1M H 2 SO 4 at 80 degrees for 7 days, the weight loss being measured using a fine balance and calculated from the amount of elements dissolved in the solution.


Alloy

Alloy
% of  weight  loss % of weight loss
Immersion
time

Immersion
time
Weight loss method Weight loss method Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) method Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) method Ti-6Al-4V (crystal)Ti-6Al-4V (crystal) 34.12 34.12 37.32 37.32 2 days 3 hrs 27 min 2 days 3 hrs 27 min Ti45Zr16Be20Cu10Ni9 Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 5.395.39 4.534.53 7 days 7 days (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)95Nb5 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 95 Nb 5 2.152.15 1.821.82 7 days 7 days (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)90Nb10 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 90 Nb 10 1.591.59 1.331.33 7 days 7 days (Ti45Zr16Be20Cu10Ni9)85Nb15 (Ti 45 Zr 16 Be 20 Cu 10 Ni 9 ) 85 Nb 15 1.821.82 1.731.73 7 days 7 days (Ti40Zr29Be16Cu8Ni7)95Nb5 (Ti 40 Zr 29 Be 16 Cu 8 Ni 7 ) 95 Nb 5 1.721.72 7 days7 days (Ti40Zr29Be16Cu8Ni7)97Ta3 (Ti 40 Zr 29 Be 16 Cu 8 Ni 7 ) 97 Ta 3 0.780.78 0.880.88 7 days7 days

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 조성물(at%)을 갖는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체(Ti-based bulk amorphous matrix composite):
[화학식 1]
TiaZrbBecCudNieMfIg
상기 화학식 1에서, M은 Nb 또는 Ta 중 적어도 하나이고, I는 불순물, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤e≤9, 1≤f≤20, 그리고 0.01≤g≤0.5이며, a + b + c + d + e + f + g = 100이다.
A Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite having a composition (at%) represented by Formula 1 below:
[Chemical Formula 1]
Ti a Zr b Be c Cu d Ni e M f I g
In Formula 1, M is at least one of Nb or Ta, I is impurity, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤e≤9, 1 ≤ f ≤ 20, and 0.01 ≤ g ≤ 0.5, and a + b + c + d + e + f + g = 100.
제1항에서,
상기 복합체는 덴드리틱 모폴로지(dendritic morphology)를 갖는 결정질 상으로 구성된 구조를 가지며, 비정질 매트릭스 내에 위치한 상기 결정질 상의 크기는 0.01μm 내지 100 μm인 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
In claim 1,
The complex has a structure consisting of a crystalline phase having a dendritic morphology (dendritic morphology), the size of the crystalline phase located in the amorphous matrix is in situ bulk amorphous matrix composite of 0.01 μm to 100 μm.
제2항에서,
상기 비정질 매트릭스의 형성을 위한 원소는 Ti, Zr, Be, Cu, 그리고 Ni를 포함하는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
3. The method of claim 2,
An element for forming the amorphous matrix is a Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite comprising Ti, Zr, Be, Cu, and Ni.
제2항에서,
상기 결정질 상의 형성을 위한 원소는 Ti, Zr, 그리고 Nb 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함하는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
3. The method of claim 2,
The element for forming the crystalline phase is a Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite comprising at least one of Ti, Zr, and Nb or Ta.
제2항에서,
상기 비정질 매트릭스의 형성을 위한 조성물에서 원자비 Ti/Zr이 2.8보다 작고, Ti/Be이 2.25보다 작고, 그리고 Ti/(Cu+Ni)이 2.37보다 작은 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
3. The method of claim 2,
Ti-based in situ bulk amorphous matrix composite having an atomic ratio Ti / Zr of less than 2.8, Ti / Be of less than 2.25, and Ti / (Cu + Ni) of less than 2.37 in the composition for forming the amorphous matrix.
제5항에서,
상기 조성물에서 5 at% < Nb < 20 at%이며, 2 at% < Ta < 8 at%인 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
The method of claim 5,
Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite of 5 at% <Nb <20 at% and 2 at% <Ta <8 at% in the composition.
제1항에서,
상기 복합체는 실온에서 1600 MPa 내지 2200 MPa의 기계적 강도 및 6.1 g/cm3 내지 8.0 g/cm3의 밀도를 갖는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
In claim 1,
The composite is a Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite having a mechanical strength of 1600 MPa to 2200 MPa and a density of 6.1 g / cm 3 to 8.0 g / cm 3 at room temperature.
제1항에서,
상기 복합체는 상기 조성물에 따라 섭씨 350 도에서 2x10-8 mol/m.s.Pa0 .5 내지 6x10-8 mol/m.s.Pa0 .5의 수소 투과도 값을 갖는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
In claim 1,
The Ti-based composite in-situ bulk amorphous matrix composites having a hydrogen permeability value at 350 degrees Celsius according to the composition of 2x10 -8 mol / msPa 0 .5 to 6x10 -8 mol / msPa 0 .5.
제1항에서,
상기 복합체는 수소 환경 하에서 스테인리스 스틸보다 낮은 부식 전류밀도(corrosion current density)를 갖는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체.
In claim 1,
The composite is a Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite having a lower corrosion current density than stainless steel under a hydrogen environment.
진공 흡입 주조 기술(vacuum suction casting technique)과 진공 스퀴즈 주조 기술(vacuum squeeze casting technique)을 포함하고,
하기 화학식 1로 표시되는 조성물(at%)을 갖는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체를 제조하는 방법:
[화학식 1]
TiaZrbBecCudNieMfIg
상기 화학식 1에서, M은 Nb 또는 Ta 중 적어도 하나이고, I는 불순물, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤e≤9, 1≤f≤20, 그리고 0.01≤g≤0.5이며, a + b + c + d + e + f + g = 100이다.
Vacuum suction casting technique and vacuum squeeze casting technique,
To prepare a Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite having a composition represented by the following formula (at%):
[Chemical Formula 1]
Ti a Zr b Be c Cu d Ni e M f I g
In Formula 1, M is at least one of Nb or Ta, I is impurity, 38≤a≤50, 11≤b≤18, 12≤c≤20, 6≤d≤10, 6≤e≤9, 1 ≤ f ≤ 20, and 0.01 ≤ g ≤ 0.5, and a + b + c + d + e + f + g = 100.
제10항에서,
최종 잔여 스트레스(eventual residual stress)를 릴리즈(release) 하기 위하여 1 시간 이하의 미리 정해진 시간 동안 0.6Tg 내지 0.8Tg 온도(Tg는 칼빈 온도로 표시되는 유리 전이 온도)에서 열처리하는 것을 더 포함하는 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체를 제조하는 방법.
11. The method of claim 10,
Ti-based further comprising a heat treatment at a temperature of 0.6Tg to 0.8Tg (Tg is the glass transition temperature expressed in Calvin temperature) for a predetermined time of less than 1 hour to release the eventual residual stress (release) A method of making an in situ bulk amorphous matrix composite.
제10항에서,
상기 복합체는 중립적 진공 환경(neutral and vacuum environment) 하에서 초냉각 액체 영역에서 콤플렉스 형태(complex shape)로 변형되고, 상기 초냉각 액체 영역(supercooled liquid region)에서 ㅿTx는 유리전이온도 Tg와 결정화 온도 Tx의 차이인 Ti계 인시츄 벌크 비정질 매트릭스 복합체를 제조하는 방법.
11. The method of claim 10,
The complex is transformed into a complex shape in the supercooled liquid region under a neutral and vacuum environment, in which ㅿ T x is the crystallization temperature and glass transition temperature T g in the supercooled liquid region. A method of preparing a Ti-based in-situ bulk amorphous matrix composite which is a difference of temperature T x .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220042709A (en) * 2020-09-28 2022-04-05 서울대학교산학협력단 Resettable gears

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2137332A4 (en) * 2007-04-06 2016-08-24 California Inst Of Techn Semi-solid processing of bulk metallic glass matrix composites
WO2014004704A1 (en) 2012-06-26 2014-01-03 California Institute Of Technology Systems and methods for implementing bulk metallic glass-based macroscale gears
US9783877B2 (en) 2012-07-17 2017-10-10 California Institute Of Technology Systems and methods for implementing bulk metallic glass-based macroscale compliant mechanisms
US9328813B2 (en) 2013-02-11 2016-05-03 California Institute Of Technology Systems and methods for implementing bulk metallic glass-based strain wave gears and strain wave gear components
US20140342179A1 (en) 2013-04-12 2014-11-20 California Institute Of Technology Systems and methods for shaping sheet materials that include metallic glass-based materials
US9610650B2 (en) 2013-04-23 2017-04-04 California Institute Of Technology Systems and methods for fabricating structures including metallic glass-based materials using ultrasonic welding
US10081136B2 (en) 2013-07-15 2018-09-25 California Institute Of Technology Systems and methods for additive manufacturing processes that strategically buildup objects
WO2015042437A1 (en) 2013-09-19 2015-03-26 California Institute Of Technology Systems and methods for fabricating structures including metallic glass-based material using low pressure casting
CN104772361A (en) * 2014-01-15 2015-07-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Preparation method of amorphous alloy fiber and device for implementing the preparation method
CN104878328B (en) * 2014-09-29 2016-10-05 中国科学院金属研究所 Structure-controllable TiZr base amorphous composite material and preparation thereof
US10487934B2 (en) 2014-12-17 2019-11-26 California Institute Of Technology Systems and methods for implementing robust gearbox housings
US10151377B2 (en) 2015-03-05 2018-12-11 California Institute Of Technology Systems and methods for implementing tailored metallic glass-based strain wave gears and strain wave gear components
US10174780B2 (en) 2015-03-11 2019-01-08 California Institute Of Technology Systems and methods for structurally interrelating components using inserts made from metallic glass-based materials
US10155412B2 (en) 2015-03-12 2018-12-18 California Institute Of Technology Systems and methods for implementing flexible members including integrated tools made from metallic glass-based materials
US10370752B2 (en) * 2015-04-08 2019-08-06 Iowa State University Research Foundation, Inc. Imprinting bulk amorphous alloys at room temperature
KR101752976B1 (en) 2015-10-07 2017-07-11 서울대학교산학협력단 Fabricating method for metallic glass composite with controlling work hardening capacity and composites fabricated by the method
US10968527B2 (en) 2015-11-12 2021-04-06 California Institute Of Technology Method for embedding inserts, fasteners and features into metal core truss panels
WO2017217733A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 한국기계연구원 Casting mold for metal sheet
US11198181B2 (en) 2017-03-10 2021-12-14 California Institute Of Technology Methods for fabricating strain wave gear flexsplines using metal additive manufacturing
WO2018218077A1 (en) 2017-05-24 2018-11-29 California Institute Of Technology Hypoeutectic amorphous metal-based materials for additive manufacturing
EP3630392A4 (en) 2017-05-26 2021-03-03 California Institute of Technology Dendrite-reinforced titanium-based metal matrix composites
KR102493233B1 (en) 2017-06-02 2023-01-27 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 High-toughness metallic glass-based composites for additive manufacturing
CN108998684A (en) * 2018-07-18 2018-12-14 昆明理工大学 A kind of preparation method of copper titanium-based biomaterial
CN109136600A (en) * 2018-07-18 2019-01-04 昆明理工大学 A kind of preparation method of antibacterial titanium niobium zirconium copper biomaterial
US11859705B2 (en) 2019-02-28 2024-01-02 California Institute Of Technology Rounded strain wave gear flexspline utilizing bulk metallic glass-based materials and methods of manufacture thereof
US11680629B2 (en) 2019-02-28 2023-06-20 California Institute Of Technology Low cost wave generators for metal strain wave gears and methods of manufacture thereof
US11400613B2 (en) 2019-03-01 2022-08-02 California Institute Of Technology Self-hammering cutting tool
US11591906B2 (en) 2019-03-07 2023-02-28 California Institute Of Technology Cutting tool with porous regions
CN110923587B (en) * 2019-12-20 2021-08-10 常州世竟液态金属有限公司 Low-density titanium-based block amorphous alloy
CN112779479B (en) * 2020-12-25 2022-02-22 东莞宜安新材料研究院有限公司 Low-density high-strength titanium-based amorphous material and preparation method thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6918973B2 (en) * 2001-11-05 2005-07-19 Johns Hopkins University Alloy and method of producing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220042709A (en) * 2020-09-28 2022-04-05 서울대학교산학협력단 Resettable gears
US11873548B2 (en) 2020-09-28 2024-01-16 Seoul National University R&Db Foundation Resettable gears and manufacturing method therefor

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Publication number Publication date
US20130333814A1 (en) 2013-12-19

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