KR20190041589A

KR20190041589A - 비정질-준결정 형성능 제어가능 합금

Info

Publication number: KR20190041589A
Application number: KR1020170132978A
Authority: KR
Inventors: 박은수; 유근희; 류채우; 이정수
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-04-23
Also published as: KR101998962B1

Abstract

본 발명은 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 Ti-Zr-Ni 준결정 형성가능 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조 (Metastable structure)인 (비정질)-(준결정)의 안정성을 동시에 향상시킨 (Ti_25+a+bZr_55-a+bNi_20-2b)_100-cBe_c (0≤a≤35,-3≤b≤3, 0<c≤40) 조성의 합금으로서 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가 가능한 신합금에 관한 것이다.
본 발명은 Ti-Zr-Ni 준결정 형성 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조인 (비정질)-(준결정) 안정성을 향상시켜, 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 비정질 혹은 준결정 혹은 이들간 복합재 형성 제어가 가능한 타이타늄계 신합금 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 마찰/마모 특성이 우수한 것으로 알려진 Ti-Zr-Ni 준결정 합금에 Be 첨가를 통해 단일 비정질, 단일 준결정, 그리고 이들의 복합재 형성능 제어가 가능하여 기존에 보고된 준결정 합금 시스템에 비해 더 우수한 내마모 특성 및 초전도 등의 자성 특성 그리고 수소 저장능 등의 기능적 특성이 획기적으로 개선 가능한 새로운 조성물을 제공할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Description

비정질-준결정 형성능 제어가능 합금{ALLOYS WITH TUNABLE GLASS-QUASTICRYSTAL FORMING ABILITY}

본 발명은 비정질-준결정 형성능 제어가능 합금에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 비정질 혹은 준결정 혹은 이들간 복합재 형성이 조절 가능한 합금 조성물에 관한 것이다.

쉐트만 등이 1984 년 처음 발견한 응축 물질의 새로운 형태인 준결정 (quasicrystal)은 주기적 (Periodic)이 아닌 준주기적 (Quasi-periodic) 장거리 변환 순서를 포함하고 결정에서 금지된 5-fold 회전 대칭을 나타내는 구조이다.

현재까지 발견된 대부분의 준결정은 Al-Mn, Al-Cu-Fe 등 Al 계 합금에서 보고되었지만, Ti 계 합금에서도 다양한 조성에서 준결정 형성이 보고되고 있다. 특히, Ti 계 준결정 형성 합금 중에서 Ti-Zr-Ni 합금은 진공 상태에서 어닐링 될 때 유일하게 열역학적으로 안정한 준결정이다.

최근 Ti 기반 준결정체의 독특한 구조적, 물리적 특성은 구조적 안정성을 활용한 마모 특성 향상과 수소 저장의 잠재적 응용에 초점을 맞추고 있다.

이전의 Ti-Zr-Ni 준결정의 형성에 관한 보고된 자료가 구성원소의 조합비와 첨가원소에 따라 준결정 형성능이 민감하게 변화된다는 것을 보여주었지만, 열이력에 따른 (비정질)-(준결정)-(결정) 상형성의 안정성 변화에 관한 보다 체계적인 연구가 미비한 실정이다.

일반적으로, 비정질 재료는 준안정 결정구조를 가지지만 비정질 천이 온도 이하에서 고강도의 기계적 특성을 나타낸다. 예를 들어, Ni-, Ti-, Zr-기지의 비정질인 경우, 약 2 GPa 정도의 파괴강도를 보이며, Al-기지의 경우는 1 GPa 정도이다. 이러한 고강도의 특성은 비정질 재료의 무질서한 원자구조 때문에 나타나며, 따라서 고품질 구조용 재료로의 응용 가능성은 무궁무진하다.

앞서 살펴본 바와 같이 준결정과 비정질의 준안정 구조 상태를 제어할 수 있는 합금 시스템을 개발하는 것은 독특한 특성을 가진 신합금을 개발하는 새로운 전략을 제공할 수 있다. 특히, 준결정과 비정질 합금은 모두 준안정 구조 (Metastable structure)를 가지고 있어 환경에 따라 변화가 가능한 가변성을 갖는다는 공통점이 있으며, 가변성 제어를 통해 환경감응 구조변화를 통한 특성 향상 가능성이 있으나 현재까지 준결정과 비정질이 동시에 형성 가능한 합금 시스템 개발 등에 관한 연구가 미비한 실정이다.

대한민국 등록특허 10-0353156

PHILOSOPHICAL MAGAZINE LETTERS, 2002, VOL. 82, NO. 4, 199-205

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, Ti-Zr-Ni 준결정 형성 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조인 (비정질)-(준결정) 안정성을 동시에 향상시켜 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 비정질 혹은 준결정 혹은 이들간 복합재 형성이 제어 가능한 합금 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 비정질 혹은 준결정 혹은 이들간 복합재 형성이 제어 가능한 합금은 Ti-Zr-Ni 준결정 형성 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조인 (비정질)-(준결정) 안정성을 향상시킨 것으로 (Ti_25+a+bZr_55-a+bNi_20-2b)_100-cBe_c (0≤a≤35, -3≤b≤3, 0<c≤40 at.%) 조성의 합금으로서, 상기 합금은 Ti, Zr, Ni 3원계 준결정 형성 합금시스템을 기본으로 하고 Be을 40 at.% 이내의 범위로 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발명자는 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 비정질 혹은 준결정 혹은 이들간 복합재 형성이 제어 가능한 합금을 개발하고자 Ti-Zr-Ni 준결정 형성 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조인 (비정질)-(준결정) 안정성을 향상시킬 수 있도록 조성적 특성을 부여함으로써, 액상의 냉각속도 제어에 따라 (비정질)-(준결정) 형성능 제어 및 형성된 고상 비정질의 가열에 의해 준결정화 제어가 가능한 합금을 구성한 최초의 발명을 행하였다.

일반적으로 Be은 구성원소들에 비해 상대적으로 작은 원자반경 (1.128 A)과 전이금속원소들과 커다란 음의 혼합열을 가진 특성으로 인해 액상의 조밀충진구조를 유발하여 액상의 안정성이 커지는 것으로 알려져 있다. 하지만, 일반적으로 안정 준결정 형성 합금시스템은 비정질 형성능이 낮기 때문에, 본 발명의 발명자들은 준결정 형성이 가능하면서도 비정질 형성이 용이한 신합금을 개발하고자 Ti-Zr-Ni의 구성을 유지하면서도 Be의 첨가를 통해 액상의 안정성을 향상시키는 본 발명을 하였다. 부연하면, 본 발명은 준결정 형성이 가능한 합금 조성인 Ti-Zr-Ni에 비정질 형성능을 향상시킬 수 있는 원소인 Be을 첨가하여 액상의 구조적 안정성을 높임으로써 열이력에 따라 비정질, 준결정, 그리고 이들의 복합재가 형성될 수 있는 새로운 합금 시스템을 개발하였다.

구체적으로, Be을 첨가함에 따라 본 발명의 Ti-Zr-Ni-Be 합금 조성은 전 조성영역에 걸쳐 10⁵ K/s 이하의 상대적으로 느린 냉각속도에서도 비정질화가 가능하고, 특히 비정질 형성가능 임계냉각속도가 최소 1 K/s 이하까지도 감소되어 벌크 비정질 제조가 가능한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 합금 조성은 냉각속도 제어에 따라 준결정 형성영역을 가져 비정질-준결정 복합재 뿐 아니라 단일 준결정상 형성도 가능한 것을 특징으로 한다. 이와 함께, 본 발명의 합금 조성에서 제조된 비정질 합금은 열처리시 준결정상을 초정으로 석출하여 냉각속도제어 뿐 아니라 열처리의 열이력 제어의 공정제어를 통해 준결정상을 포함하는 비정질 기지 복합재 및 준결정화가 가능한 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 Ti-Zr-Ni-Be 비정질-준결정 형성능 제어가능 합금은, 준안정 구조의 공정제어를 통한 조절이 가능하여 준안정 구조가 가진 환경감응 가변성을 재료의 물성제어에 활용할 수 있는 독특한 특성제어 기구를 가진다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, Ti-Zr-Ni 준결정 형성 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조인 (비정질)-(준결정) 안정성을 향상시켜, 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 비정질 혹은 준결정 혹은 이들간 복합재 형성 제어가 가능한 타이타늄계 신합금 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 마찰/마모 특성이 우수한 것으로 알려진 Ti-Zr-Ni 준결정 합금에 Be 첨가를 통해 단일 비정질, 단일 준결정, 그리고 이들의 복합재 형성 제어가 가능하도록 하여 기존에 보고된 준결정 합금 시스템에 비해 더 우수한 내마모 특성 및 초전도 등의 자성 특성 그리고 수소 저장능 등의 기능적 특성이 획기적으로 개선 가능한 새로운 조성물을 제공할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 비교예 중 하나인 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금의 다양한 열이력 조건에서 제조된 시편의 X-선 회절 분석결과이다.
도 2는 본 발명의 비교예 중 하나인 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금의 3 mm 벌크시편에 대해 투과전자현미경 분석결과이다.
도 3은 본 발명을 구성하는 합금 원소들의 원자반경 및 구성원소간 혼합열 관계를 나타내는 도식이다.
도 4는 본 발명의 실시예 합금들 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)_100-xBe_x (x= 0, 4, 8, 16, 24, 32, 그리고 40 at.%)의 멜트스피닝 장치로 제조한 리본 시편 (냉각속도: 10⁵K/s)에 대해 X-선 회절 분석결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예 합금들 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)_100-xBe_x (x= 4, 8, 12, 16 그리고 20 at.%)의 멜트스피닝 장치로 제조한 리본 시편 (냉각속도: 10⁵K/s)에 대해 고에너지 X-ray에 의한 심층적 구조분석을 행한 결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예 중 하나인 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀합금의 다양한 열이력 조건에서 제조된 시편의 X-선 회절 분석결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예 중 하나인 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀합금의 5 mm 벌크시편에 대해 투과전자현미경 분석결과이다.
도 8는 본 발명의 비교예 중 하나인 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금과 실시예 중 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)_100-xBe_x (0<x≤40 at.%) 합금들에서 Be 함량 변화시 냉각속도 변화에 따른 (비정질)-(준결정) 형성 가능 영역을 도시한 (비정질)-(준결정) 형성능 도식이다.
도 9는 본 발명의 실시예 중 하나인 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀ 합금에서 형성된 비정질상을 720 K까지 가열시 석출상 형성 거동에 관한 X-선 회절 분석결과이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금은 Ti-Zr-Ni 준결정 형성가능 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조 (Metastable structure)인 (비정질)-(준결정)의 안정성을 동시에 향상시킨 (Ti_25+a+bZr_55-a+bNi_20-2b)_100-cBe_c (0≤a≤35, -3≤b≤3, 0<c≤40 at.%) 조성의 합금으로서, 상기 합금은 Ti, Zr, Ni 3원계 준결정 형성 합금시스템을 기본으로 하고 Be을 40 at.% 이하의 범위로 추가로 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 열이력 (냉각속도 혹은 가열) 제어에 의해 비정질 혹은 준결정 혹은 이들간 복합재 형성 제어가 가능한 합금으로 Ti-Zr-Ni 준결정 형성 합금에 Be을 첨가하여 준안정 결정구조인 (비정질)-(준결정) 안정성을 동시에 향상시킨 상태의 조성적 특성을 부여함으로써, 액상의 냉각속도 제어에 따라 (비정질)-(준결정) 형성 제어 및 형성된 고상 비정질의 가열에 의해 준결정화 석출제어가 가능한 합금을 구성한 최초의 발명이다.

이전의 연구 결과를 통해 Ti-Zr-Ni 준결정의 형성이 구성원소의 조합비와 첨가원소에 따라 민감하게 변화된다는 것이 보고되었으나, Ti-Zr-Ni 합금은 진공 상태에서 어닐링 될 때 Ti 계 준결정 형성 합금 중에서 유일하게 열역학적으로 안정한 준결정이다. 도 1은 본 발명의 비교예 중 하나인 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금의 다양한 열이력 조건에서 제조된 시편의 X-선 회절 분석결과이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금은 30 ㎛ (냉각속도: 10⁵ K/s) 리본 시편부터 3 mm 벌크 시편 (냉각속도: 125 K/s)까지도 준결정이 형성될 정도로 준결정의 안정성이 뛰어남을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 비교예 중 하나인 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금의 3 mm 벌크시편에 대해 투과전자현미경 분석결과이다. 도면에 첨부된 제한시야 회절도형 (Selected area diffraction pattern, SADP)의 5-fold 결정구조를 통해 알 수 있는 바와 같이 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금의 3 mm 벌크 시편은 전체 시편에서 준결정상이 형성됨을 확인할 수 있다. 또한 도면 2에서 알 수 있는 바와 같이 4 mm 이상의 벌크 시편에서는 준결정상이 Laves 상과 함께 석출되는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 통해 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금의 경우 3 mm의 우수한 준결정 형성능을 가짐을 확인할 수 있었다.

도 3은 본 발명을 구성하는 합금 원소들 (Ti, Zr, Ni 그리고 Be)의 원자반경 및 구성원소간 혼합열 관계를 나타내는 도식이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 Be은 다른 구성원소들 (Ti, Zr 그리고 Ni)에 비해 상대적으로 작은 원자반경 (1.128 A)과 전이금속원소들과 커다란 음의 혼합열 (Ti-Be: 35 KJ/mol, Zr-Be: -43 KJ/mol, Ni-Be: -4 KJ/mol)을 가진 특성으로 인해 액상의 조밀충진구조를 유발하여 액상의 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다. 하지만, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 안정 준결정 형성 합금 시스템의 경우 비정질 형성에 적합하지 않기 때문에, 본 발명의 발명자들은 준결정 형성이 가능하면서도 비정질 형성이 용이한 새로운 합금시스템을 개발하고자 안정 준결정을 형성하는 Ti-Zr-Ni 3원계 합금의 구성을 유지하면서도 Be의 첨가를 통해 액상의 안정성을 향상시키고자 하였다. 부연하면, 본 발명은 준결정 형성이 가능한 합금 조성인 Ti-Zr-Ni에 비정질 형성능을 향상시킬 수 있는 원소인 Be을 첨가하여 액상의 구조적 안정성을 높임으로써 열이력에 따라 비정질, 준결정, 그리고 이들의 복합재가 형성될 수 있는 새로운 합금 시스템을 개발하였다.

도 4는 본 발명의 실시예 합금들 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)_100-xBe_x (x= 0, 4, 8, 16, 24, 32, 그리고 40 at.%)의 멜트스피닝 장치로 제조한 리본 시편 (냉각속도: 10⁵K/s)에 대해 X-선 회절 분석결과이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 Ti-Zr-Ni 합금에 Be을 첨가함에 따라 본 발명의 Ti-Zr-Ni-Be 합금 조성이 전 조성영역에 걸쳐 30 ㎛ 리본 시편에서 비정질화가 가능함을 확인할 수 있었으며, 이는 10⁵ K/s 이하의 상대적으로 느린 냉각속도에서도 비정질화가 가능한 우수한 비정질 형성능을 가짐을 의미한다. 하지만, Be을 40 at.% 이상으로 포함하는 경우는 Be의 함량이 다른 구성원소들에 비해 상대적으로 너무 증가하여 조성비에 민감한 준결정상의 안정성이 급격히 저하되어 이종상의 석출을 유도하는 것이 바람직하지 않다.

도 5는 본 발명의 실시예 합금들 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)_100-xBe_x (x= 4, 8, 12, 16 그리고 20 at.%)의 멜트스피닝 장치로 제조한 리본 시편 (냉각속도: 10⁵K/s)에 대해 고에너지 X-ray에 의한 심층적 구조분석을 행한 결과이다. 도면 5(a)는 고에너지 X-ray 실험을 통해 얻은 g(r) 곡선이고, 도면 5(b)는 도면 5(a) 데이터를 통해 계산된 Be 함량에 따른 배위수 (Coordinate number)의 변화를 나타낸 도면이다. 도면 5(b)에서 알 수 있는 바와 같이 Be의 함량이 증가함에 따라 배위수의 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 점진적으로 조밀충진구조가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도면 5(c)는 도면 5(a)의 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀의 실험 data에서 구할 수 있는 peak fitting값을 도시하였고, 도면 5(d)는 이를 통해 계산된 Be 함량에 따른 R₃/R₁의 변화를 도시하였다. 도면 (d)를 통해 Be의 함량이 증가함에 따라 R₃/R₁의 비율이 준결정 형성에 관한 이상적인 값에서 벗어나는 경향성을 통하여 형성된 비정질 기지내 Icosahedral Medium Range Order에서 Icosahedral Short Range Order로 규칙화가 줄어드는 방향으로 비정질 구조가 변화되어 비정질의 안정성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

도 6은 본 발명의 실시예 중 하나인 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀합금의 다양한 열이력 조건에서 제조된 시편의 X-선 회절 분석결과이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀합금은 30 ㎛ (냉각속도: 10⁵ K/s) 리본 시편부터 5 mm 벌크시편 (냉각속도: 약 32 K/s)까지도 비정질이 형성될 정도로 Be 첨가에 따라 비정질 형성능이 향상됨을 알 수 있다. 또한 10 mm 시편의 경우 완전히 준결정상이 형성되어 같은 조성에서 냉각속도 제어에 의해 비정질 벌크상과 준결정 벌크상이 동시에 형성될 수 있음을 확인할 수 있었다.

도 7은 본 발명의 실시예 중 하나인 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀합금의 5 mm 벌크시편에 대해 투과전자현미경 분석결과이다. 도면 7에서 특별한 명암차가 없는 명시야상 이미지（Bright field image)와 할로 링 패턴 (halo ring pattern)을 나타내는 첨부된 제한시야 회절도형 (SADP)을 통해 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀합금의 5 mm 벌크시편은 전체 시편에서 비정질상이 형성됨을 확인할 수 있었다.

도 8는 본 발명의 비교예 중 하나인 Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀ 합금과 실시예 중 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)_100-xBe_x (0<x≤40 at.%) 합금들에서 Be 함량 변화시 냉각속도 변화에 따른 (비정질)-(준결정) 형성 가능 영역을 도시한 (비정질)-(준결정) 형성능 도식이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 합금의 경우 (비정질)-(준결정) 형성가능 임계냉각속도가 최소 1 K/s 이하까지 감소되어 20 mm 이상의 벌크 비정질 제조가 가능한 것을 확인할 수 있다. 부연하면, Be의 함량이 18 at.%에서 34 at.%까지 범주에서는 1 mm 이상 (임계냉각속도≤ 1000 K/s)의 벌크 비정질 및 벌크 준결정 형성이 가능하며, 특히 Be 함량이 27 at.%에서 29 at.%인 경우 20 mm 이상의 벌크 비정질 및 벌크 준결정 형성능 (임계냉각속도≤ 1 K/s) 을 나타낸다. 이러한 본 발명 합금의 경우 응고시 단일 비정질 및 단일 준결정 형성영역을 순차적으로 가져, (비정질)-(준결정) 복합재 형성가능 냉각속도 범위를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이 본 발명의 합금조성들에 대한 (비정질)-(준결정) 형성능 도식을 활용하여 본 발명의 합금 조성들에 대해 (비정질)-(준결정) 형성능의 체계적 제어가 가능하도록 할 수 있다.

상기 과정을 고려하여 제조된 본 발명의 비교예와 실시예 조성들의 다양한 직경에서 석출되는 상의 정보를 표 1에 나타내었다.

	조성	Ribbon (30μm)	1mm	2mm	3mm	4mm	5mm	10mm	20mm
비교예 1	Ti₂₅Zr₅₅Ni₂₀	QC	QC	QC	α-Ti+ Zr₂Ni	α-Ti+ Zr₂Ni	α-Ti+ Zr₂Ni	α-Ti+ Zr₂Ni	-
비교예 2	Ti₃₆Zr₅₀Ni₁₄	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves+α-Ti	-
비교예 3	Ti₄₄Zr₃₀Ni₂₆	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	-
비교예 4	Ti₆₀Zr₂₀Ni₂₀	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	-
비교예 5	Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀	QC	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 1	(Ti₂₅Zr₅₅Ni₂₀)₉₆ Be₄	MG	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 2	(Ti₃₆Zr₅₀Ni₁₄)₉₆ Be₄	MG	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 3	(Ti₄₄Zr₃₀Ni₂₆)₉₆Be₄	MG	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 4	(Ti₆₀Zr₂₀Ni₂₀)₉₆Be₄	MG	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 5	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₉₆Be₄	MG	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 6	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₉₂Be₈	MG	QC	QC	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 7	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₈Be₁₂	MG	QC	QC	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 8	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₄Be₁₆	MG	QC	QC	QC	QC	QC	Laves +α-Ti	Laves +α-Ti
실시예 8	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀	MG	MG	MG	MG	MG	MG	QC	QC
실시예 10	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₇₆Be₂₄	MG	MG	MG	MG	MG	MG	MG	QC
실시예 11	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₇₂Be₂₈	MG	MG	MG	MG	MG	MG	MG	MG
실시예 12	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₆₈Be₃₂	MG	MG	MG	MG	MG	MG	MG	Other
실시예 13	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₆₄Be₃₆	MG	MG	MG	QC	QC	QC	Other	Other
실시예 14	(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₆₀Be₄₀	MG	MG	QC	Other	Other	Other	Other	Other

상기 표에 나타난 것과 같이, 본 발명의 (Ti_25+a+bZr_55-a+bNi_20-2b)_100-cBe_c (0≤a≤35, -3≤b≤3, 0<c≤40) 조성범주에 해당되는 실시예 합금들은 안정 준결정 형성가능 Ti-Zr-Ni 합금의 액상 안정성을 향상시켜 10⁵ K/s 이하의 상대적을 느린 냉각속도 범주에서 준결정상 뿐 아니라 비정질 형성이 가능하여, 냉각속도 제어에 의해 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가 체계적으로 가능한 것을 확인 할 수 있었다.

도 9는 본 발명의 실시예 중 하나인 (Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₈₀Be₂₀ 합금에서 형성된 비정질상을 720 K까지 가열시 석출상 형성 거동에 관한 X-선 회절 분석결과이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 합금조성에서 형성된 비정질 합금은 열처리시 준결정상 (Icosahedral phase)을 초정으로 석출하여 액상 냉각속도제어 뿐 아니라 고상 비정질 열처리 공정제어의 열이력 제어를 통해 비정질 기지 복합재 및 준결정화 제어가 가능한 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 Ti-Zr-Ni-Be (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금은 열이력 공정제어를 통한 (비정질)-(준결정) 준안정상 구조 조절이 가능하며, 준안정 구조가 가진 환경감응 가변성을 재료 물성 제어에 적극적으로 활용할 수 있는 독특한 구조변환 기구를 가진다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

(Ti_25+a+bZr_55-a+bNi_20-2b)_100-cBe_c (0≤a≤35, -3≤b≤3, 0<c≤40 at.%) 조성의 합금으로서,(비정질)-(준결정) 형성가능 임계냉각속도가 10⁵ K/s 이하인 것을 특징으로 하는 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금.
청구항 1에 있어서,
Be 함량이 18 at.% 이상 34 at.% 이하 조성의 합금으로서,
(비정질)-(준결정) 형성가능 임계냉각속도가 10³ K/s 이하로 1 mm 이상의 벌크 형태 단일 준결정상과 단일 비정질상이 냉각속도제어를 통해 형성 가능한 것을 특징으로 하는 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금.
청구항 1에 있어서,
Be 함량이 27 at.% 이상 29 at.% 이하 조성의 합금으로서,
(비정질)-(준결정) 형성가능 임계냉각속도가 1 K/s 이하인 것을 특징으로 하는 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금.
청구항 1에 있어서,
형성된 비정질 합금의 열처리시 준결정상이 초정으로 석출되는 것을 특징으로 하는 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금.
청구항 1에 있어서,
열이력 공정제어를 통해 조절된 준안정 구조가 가진 환경감응 가변성을 재료의 물성제어에 활용할 수 있는 독특한 구조변환 기구를 가진 것을 특징으로 하는 (비정질)-(준결정) 형성능 제어가능 합금.