KR20220134384A - 내화 금속계 고농도 합금에서 고용 강화 예측 방법과 이를 이용한 고용 강화가 제어된 내화 금속계 컴플렉스 고농도 합금의 설계 방법 및 이를 통해 도출된 내화금속계 컴플렉스 고농도 합금 - Google Patents

내화 금속계 고농도 합금에서 고용 강화 예측 방법과 이를 이용한 고용 강화가 제어된 내화 금속계 컴플렉스 고농도 합금의 설계 방법 및 이를 통해 도출된 내화금속계 컴플렉스 고농도 합금 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화금속계 고농도 합금의 고용 강화를 예측하고 합금을 설계하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 내화금속계 고농도 합금 (Refractory concentrated alloy, RCA)의 고용 강화를 예측하고, 이를 이용하여 고온 고강도 내화 금속계 컴플렉스 고농도 합금 (Refractory complex concentrated alloy, RCCA)을 설계하는 방법에 관한 것이다. 부연하면, 다음 식을 통해서 합금 구성 원소 순물질의 물성을 가지고 경도 값을 예측하고,
Figure pat00710

내지
Figure pat00711

예측된 경도 값을 이용하여 RCCA의 고용 강화를 쉽게 예측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 예측된 경도 값을 이용하여 RCCA의 고용 강화를 예측함으로써, 고온 강도가 원하는 값으로 제어된 RCCA를 설계할 수 있는 효과가 있다.

Description

내화 금속계 고농도 합금에서 고용 강화 예측 방법과 이를 이용한 고용 강화가 제어된 내화 금속계 컴플렉스 고농도 합금의 설계 방법 및 이를 통해 도출된 내화금속계 컴플렉스 고농도 합금{Predicting method for solid-solution strength of refractory concentrated alloy and designing method for refractory complex concentrated alloy and refractory complex concentrated alloy}
본 발명은 내화 금속계 고농도 합금의 고용 강화를 예측하고 합금을 설계하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 내화 금속계 고농도 합금 (Refractory concentrated alloy, RCA)의 고용 강화를 예측하고 이를 이용하여 내화 금속계 컴플렉스 고농도 합금 (Refractory complex concentrated alloy, RCCA)을 설계하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 합금은 금속에 다른 금속 또는 원소를 합쳐서 얻는 금속 성질을 띤 물질을 말하며, 원래의 금속과는 다른 특성을 나타내도록 하여 개량하기 위하여 다양한 조성의 합금이 개발되고 있다. 특히, 내화 금속계 합금은 2000 ℃ 이상의 융점으로 인해 고온 응용 분야에서 중요한 소재로 주목을 받고 있다.
최근 종래의 일반적인 합금과는 다른 원리의 합금으로서 하이엔트로피 합금 및 컴플렉스 고농도 합금 등이 개발되고 있다. 하이엔트로피 합금(High entropy alloy, HEA)은 여러 개의 금속 원소가 유사한 분율로 구성되어 첨가된 모든 원소가 주 원소로서 작용하는 합금 시스템으로, 합금 내에 유사한 원자 분율로 인하여 높은 혼합 엔트로피가 유발되고 이에 금속간화합물 혹은 중간체화합물 대신에 고온에서 안정한 고용체를 형성한다. 이러한 하이엔트로피 합금의 개념에서 출발하여 최근에 보다 확장된 개념으로 기존 기지 원소로 둘러싸인 용질과 달리 용질원소간 상호작용이 특성에 영향을 미치는 컴플렉스 고농도 합금 (Complex concentrated alloy, CCA)이 알려지고 있다. CCA는 치환형 고용 원소의 분율이 각 원소별로 5 at% ~ 95 at% 범위까지 확장 가능하며 용질원소간 긴밀한 상호작용을 하면서도 미세구조가 단일상을 나타내는 특징이 있다. 이러한 특성으로 인하여 CCA는 고농도 용매상태의 단일상을 나타내거나 금속간 화합물 등의 석출을 동반하는 전통적인 합금들과는 다른 특성을 나타낼 것으로 기대되고 있으며, CCA의 특성에 대한 활발한 연구가 최근 이어지고 있다. 특히, 최근 RCCA가 1000 ℃ 이상에서 500 MPa 이상의 높은 항복강도를 가지고, 초합금보다 훨씬 더 높은 고용강화 효과를 가진 다는 것이 보고되어, 관련 분야 연구자들이 집중적으로 연구개발을 진행하고 있다.
체심입방 (Body-centered cubic, BCC) 합금에서 고용강화에 대한 연구는 주로 5 at.% 미만의 소량 용질을 포함하는 희박 합금 (Dilute alloy, DA)에 대해 수행되었다. 이를 통해, BCC DA의 고용강화 기구는 면심입방 (Face-centered cubic, FCC) 합금과 달리 나선 전위 (Screw dislocation)에 더 영향을 받는다는 것이 알려져 있다. 이는 BCC 합금에서 나선 전위가 전위 Core의 공간적으로 확장된 특성으로 인해 칼날 전위 (Edge dislocation)에 비해 더 높은 격자 저항을 유발하기 때문이다. 일예로, BCC DA의 고전적인 고용강화 모델인 Suzuki 모델은 나선 전위의 kink 핵생성이 고용강화를 지배함에 기초하여, 용질원자와 나선 전위 코어 사이의 상호작용 에너지 영향을 고려하여 유도되어, 기존 BCC DA에서 고용강화를 예측하는데 활용되었다.
한편, 최근 연구에서는 BCC HEA 혹은 CCA에서 칼날 전위의 이동성이 나선 전위의 이동성과 비슷하게 감소되기 때문에, 나선 전위 뿐만 아니라 칼날 전위가 BCC HEA 혹은 CCA에서 고용강화에 기여할 수 있다고 보고되었다. 일례로, Misfit volume의 개념을 이용해 다양한 온도의 Mo-Nb-Ta-W과 Mo-Nb-Ta-V-W RHEA들에서 나선 전위의 영향을 고려하여 항복 응력 (Yield Strength)을 잘 예측할 수 있음이 보고되었다. 하지만, 아직까지 칼날 전위의 우세가 RCA 혹은 RHEA에서 일반적인지 또는 특정 RHEA에만 적용될 수 있는지는 아직 명확하지 않은 실정이다. 따라서, RCA의 고용 강화를 예측하고 이를 이용하여, RCCA의 특성을 예측기반으로 설계하기 위한 이론적 기준이 체계적으로 제시되지는 못하고 있는 실정이다.
Modeling solid solution hardening in high entropy alloys, Acta Materialia 85 (2015) 14-23. Modeling solution hardening in BCC refractory complex concentrated alloys: NbTiZr, Nb1.5TiZr0.5 and Nb0.5TiZr1.5, Acta Materialia 168 (2019) 222-236.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 내화 금속계 고농도 합금 (Refractory concentrated alloy, RCA)의 고용 강화를 예측하고, 이를 이용하여 내화 금속계 컴플렉스 고농도 합금 (Refractory complex concentrated alloy, RCCA)를 설계하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 RCCA의 고용 강화 예측 방법은,
미세구조가 단일상인 RCCA (Refractory complex concentrated alloy)의 고용 강화를 예측하는 방법으로서,
다음의 수학식에 의해서 상기 고용 강화를 예측하고,
Figure pat00001
Figure pat00002
는 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00003
Figure pat00004
와
Figure pat00005
는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
Figure pat00006
이때,
Figure pat00007
는 16이고,
Figure pat00008
와
Figure pat00009
는 구성 원소
Figure pat00010
,
Figure pat00011
의 조성이며,
Figure pat00012
는 구성 원소
Figure pat00013
의 원자 분율이고,
Figure pat00014
와
Figure pat00015
는 구성 원소
Figure pat00016
,
Figure pat00017
의 원자크기, 그리고
Figure pat00018
와
Figure pat00019
는 구성 원소
Figure pat00020
,
Figure pat00021
의 전단 계수 (Shear modulus) 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태의 의한 미세구조가 단일상인 RCCA의 고용 강화를 예측하는 방법으로서,
다음의 수학식에 의해서 상기 고용 강화를 예측하고,
Figure pat00022
Figure pat00023
는 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00024
Figure pat00025
는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
Figure pat00026
이때,
Figure pat00027
와
Figure pat00028
는 구성 원소
Figure pat00029
,
Figure pat00030
의 조성이고,
Figure pat00031
는 구성 원소
Figure pat00032
의 원자 분율이며,
Figure pat00033
와
Figure pat00034
는 구성 원소
Figure pat00035
,
Figure pat00036
의 원자크기인 것을 특징으로 한다.
이때, RCCA가 BCC 단일상을 형성하기 위해 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성된 RCCA일 수 있다.
또한, RCCA가 BCC 전율고용체를 형성하는 V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성된 RCCA일 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 의한 고용 강화가 제어된 RCCA의 설계 방법은,
구성원소 순물질의 물성을 기반으로 RCCA 강도 예측을 기반으로 조성을 설계하는 방법으로서,
설계 대상 합금에 요구되는 고용 강화 값을 도출하는 준비 단계; 및
다음의 수학식에 의해서 도출된 고용 강화 값을 만족하도록 합금 조성을 산출하고,
Figure pat00037
Figure pat00038
와
Figure pat00039
은 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00040
Figure pat00041
는 다음의 수학식으로 계산되고,
Figure pat00042
Figure pat00043
와
Figure pat00044
는 다음의 수학식을 통해 계산되며,
Figure pat00045
이때,
Figure pat00046
는 16이고,
Figure pat00047
와
Figure pat00048
는 구성 원소
Figure pat00049
,
Figure pat00050
의 조성이며,
Figure pat00051
는 구성 원소
Figure pat00052
의 원자 분율이고,
Figure pat00053
와
Figure pat00054
는 구성 원소
Figure pat00055
,
Figure pat00056
의 원자크기, 그리고
Figure pat00057
와
Figure pat00058
는 구성 원소
Figure pat00059
,
Figure pat00060
의 전단 계수 (Shear modulus) 값인 조성 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태에 의한 고용 강화가 제어된 RCCA의 설계 방법은,
구성원소 순물질의 물성을 기반으로 RCCA 강도 예측을 기반으로 조성을 설계하는 방법으로서,
설계 대상 합금에 요구되는 고용 강화 값을 도출하는 준비 단계; 및
다음의 수학식에 의해서 도출된 고용 강화 값을 만족하도록 합금 조성을 산출하고,
Figure pat00061
Figure pat00062
와
Figure pat00063
은 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00064
Figure pat00065
와
Figure pat00066
는 다음의 수학식으로 계산되고,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
이때,
Figure pat00069
와
Figure pat00070
는 구성 원소
Figure pat00071
,
Figure pat00072
의 조성이고,
Figure pat00073
와
Figure pat00074
는 구성 원소
Figure pat00075
,
Figure pat00076
의 경도이며,
Figure pat00077
는 구성 원소
Figure pat00078
의 원자 분율이고,
Figure pat00079
와
Figure pat00080
는 구성 원소
Figure pat00081
,
Figure pat00082
의 원자크기인 조성 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, RCCA가 BCC 단일상을 형성하기 위해 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성된 RCCA일 수 있다.
또한, RCCA가 BCC 전율고용체를 형성하는 V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성된 RCCA일 수 있다.
이 때, 상온에서 예측된
Figure pat00083
값은 고온 (800 ℃) 항복강도 값과 양호한 선형적 관계를 가지기 때문에,
Figure pat00084
값이 3.02 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 400 MPa인 INCONEL 625 이상인 고온 고강도 RCCA를,
Figure pat00085
값이 4.5 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 600 MPa인 INCONEL 718 이상인 고온 초고강도 RCCA를 설계할 수 있다.
이 때, 상온에서 예측된
Figure pat00086
값은 고온 (800 ℃) 항복강도 값과 양호한 선형적 관계를 가지기 때문에,
Figure pat00087
값이 2.94 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 400 MPa인 INCONEL 625 이상인 고온 고강도 RCCA를,
Figure pat00088
값이 4.4 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 600 MPa인 INCONEL 718 이상인 고온 초고강도 RCCA를 설계할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 의한 RCCA는,
Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소가 10 at.% 이상 포함되어 미세구조가 체심입방구조 단일상인 CCA를 구성하여, 고용 강화 효과가 증가됨으로써 강도가 향상된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태에 의한 RCCA는,
BCC 전율고용체를 형성하는 V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성된 것을 특징으로 한다. BCC 전율 고용체를 형성하는 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금 조성의 조합으로 구성된 RCCA는 고용 강화 효과에 의한 고강도 특성은 유지하면서도 구성엔트로피 증가에 의해 합금의 상 안정성은 더 높일 수 있다.
이 때, 상기 2가지 조성 군에 대해 다음의 수학식에 의해서 고용 강화 값을 예측하고,
Figure pat00089
Figure pat00090
와
Figure pat00091
은 다음의 수학식으로 계산되고,
Figure pat00092
Figure pat00093
는 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00094
Figure pat00095
와
Figure pat00096
는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
Figure pat00097
이때,
Figure pat00098
는 16이고,
Figure pat00099
와
Figure pat00100
는 구성 원소
Figure pat00101
,
Figure pat00102
의 조성이며,
Figure pat00103
는 구성 원소
Figure pat00104
의 원자 분율이고,
Figure pat00105
와
Figure pat00106
는 구성 원소
Figure pat00107
,
Figure pat00108
의 원자크기, 그리고
Figure pat00109
와
Figure pat00110
는 구성 원소
Figure pat00111
,
Figure pat00112
의 shear modulus 값이고, 예측된
Figure pat00113
값이 3.02 이상인 것이 고온 고강도를 얻기 위해, 4.5 이상인 것이 고온 초고강도를 얻기 위해 바람직하다.
또한, 상기 2가지 조성군에 대해 다음의 수학식에 의해서 고용 강화 값을 예측하고,
Figure pat00114
Figure pat00115
와
Figure pat00116
은 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00117
Figure pat00118
와
Figure pat00119
는 다음의 수학식으로 계산되고,
Figure pat00120
,
Figure pat00121
Figure pat00122
와
Figure pat00123
는 구성 원소
Figure pat00124
,
Figure pat00125
의 조성이고,
Figure pat00126
와
Figure pat00127
는 구성 원소
Figure pat00128
,
Figure pat00129
의 경도이며,
Figure pat00130
는 구성 원소
Figure pat00131
의 원자 분율이고,
Figure pat00132
와
Figure pat00133
는 구성 원소
Figure pat00134
,
Figure pat00135
의 원자크기이며, 예측된 경도 값이 2.94 이상인 것이 고온 고강도를 얻기 위해, 4.4 이상인 것이 고온 초고강도를 얻기 위해 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 내화금속계 다성분 합금의 구성원소 순물질의 원자크기, 원자분율, modulus, 조성, 경도의 특성 정보를 이용하여 RCCA의 고용 강화를 쉽게 예측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 내화금속계 다성분 합금의 구성원소 순물질의 특성 정보를 이용하여 RCCA의 고용 강화를 예측함으로써, 고용 강화가 원하는 값으로 제어된 CCA를 설계할 수 있는 효과가 있다.
나아가 본 발명의 RCCA 합금은, 상온에서 예측된
Figure pat00136
값이 3 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 400 MPa인 INCONEL 625 이상인 고온 고강도 RCCA를,
Figure pat00137
값이 4.5 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 600 MPa인 INCONEL 718 이상인 고온 초고강도 RCCA를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 합금들에서 조성 변화에 따라 고용강화,
Figure pat00138
를 측정한 결과이다. (a) 측정된 비커스 경도,
Figure pat00139
대 조성 변화, (b) 측정된 전단 계수,
Figure pat00140
대 원자가 전자농도 (VEC) 변화, (c) 계산된 전단계수,
Figure pat00141
(Hill ROM) 대
Figure pat00142
변화, (d)
Figure pat00143
대 조성 변화.
도 2는 본 발명의 실시예 합금들에서 (a) 조성변화에 따른 Lattice parameter 값의 변화, (b) 조성 변화에 따른 atomic size misfit parameter,
Figure pat00144
의 변화를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예 합금들에서 (a) 조성변화에 따른 측정한 전단계수,
Figure pat00145
값의 변화, (b) 조성 변화에 따른 modulus misfit parameter,
Figure pat00146
의 변화를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예 합금들에서 조성변화에 따라 Labusch 모델을 통해 예측된 고용강화 크기 (
Figure pat00147
)와 측정한
Figure pat00148
값의 상관관계를
Figure pat00149
값의 변화((a)
Figure pat00150
, (b)
Figure pat00151
, (c)
Figure pat00152
, (d)
Figure pat00153
)에 따라 도시한 결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예 합금들에 대해 (a)
Figure pat00154
, (b)
Figure pat00155
와
Figure pat00156
의 상관관계를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예 합금들에 대해 조성변화에 따라 Suzuki 모델을 통해 예측된 고용강화 크기와 측정한
Figure pat00157
값의 상관관계를 도시한 결과이다.
도 7는 본 발명의 실시예 합금들과 추가한 63개 RCCA들에 대해 (a) 측정된
Figure pat00158
와 계산된
Figure pat00159
값의 관계, (b) 계산된
Figure pat00160
와 측정된
Figure pat00161
간 관계를 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예 합금들과 추가한 63개 RCCA들에 대해 (a) 측정된
Figure pat00162
와 계산된
Figure pat00163
값 사이의 관계, (b) 계산된
Figure pat00164
와 측정된
Figure pat00165
간 관계를 보여준다.
도 9는 다양한 RCCA들에서 (a) 상온 경도 대 상온 강도, (b) 상온 경도 대 고온 (800 ℃) 강도의 상관관계를 보여준다.
아래에서는 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. 한편, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 발명자들은 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소가 10 at.% 이상 포함되어 미세구조가 체심입방구조 단일상인 CCA를 구성하는 RCCA의 특성을 연구한 결과, BCC 상의 고용 강화 효과가 칼날 전위의 영향으로 인해 구성원소의 atomic size misfit parameter,
Figure pat00166
와 밀접하게 관련됨을 도출할 수 있었다.
본 발명을 보다 상세히 설명하면, 본 발명은 크게 다음의 네 부분으로 나뉜다. 먼저 실시예 합금들의 상온 경도를 실험적으로 측정하고, 고용강화 크기 (
Figure pat00167
)를 계산하였다. 둘째, 실시예 합금들의 격자 상수 (Lattice parameter)와 전단계수 (Shear modulus)를 측정하고, atomic size misfit parameter (
Figure pat00168
)와 modulus misfit parameter (
Figure pat00169
)를 계산하였다. 셋째, Labusch 및 Suzuki 고용강화 모델에 적용하여 atomic size misfit parameter (
Figure pat00170
)가 본 발명의 합금들에 고용강화 거동에 주요인자임을 증명하고자 하였다. 마지막으로, atomic size misfit parameter (
Figure pat00171
)를 활용한 간단한 수학식을 통해 내화금속계 고농도 합금 (Refractory concentrated alloy, RCA)의 고용 강화를 예측하고, 이를 이용하여 고온 고강도 내화 금속계 컴플렉스 고농도 합금 (Refractory complex concentrated alloy, RCCA)를 설계하는 방법을 제시하고자 한다.
RCCA 합금 제조 및 상온경도 측정
내화금속계 2원계 합금을 500 ℃ 이상의 고온에서 형성하는 상으로 분류하면 하기 표 1과 같이 3가지 그룹으로 분류할 수 있다. 이 때, 하기 표 괄호 안의 값은 두 원소 간 혼합 엔탈피 값을 나타낸다.
Complete
solid solution		 HCP-BCC (HCP) Intermetallic compound
V-Cr (-2)
V-Nb (-1)
V-Mo (0)
V-W (-1)
Cr-Mo (0)
Cr-W (1)
Nb-Mo (-6)
Nb-Ta (0)
Nb-W (-8)
Mo-Ta (-5)
Mo-W (0)
Ta-W (-7) 		Ti-V (-2)
Ti-Zr (0)
Ti-Nb (2)
Ti-Mo (-4)
Ti-Hf (0)
Ti-Ta (1)
Ti-W (-6)
Zr-Nb (4)
Zr-Hf (0)
Zr-Ta (3)
Nb-Hf (4)
Hf-Ta (3)		 Ti-Cr (-7)
V-Zr (-4)
V-Hf (-2)
V-Ta (-1)
Cr-Zr (-12)
Cr-Nb (-7)
Cr-Hf (-9)
Cr-Ta (-7)
Zr-Mo (-6)
Zr-W (-9)
Mo-Hf (-4)
Hf-W (-6)
위 표에서 알 수 있는 바와 같이 내화 금속계 2원계 합금은 혼합열 관계에 따라 1) BCC 완전 고용체, 2) 적어도 하나의 hexagonal-close packed (HCP)상을 포함하는 고용체, 3) 금속간 화합물 형성하는 시스템으로 분류된다. 본 발명에서는 상기 표 1에 굵은 글자로 표기된 총 14 개의 내화금속계 2원 합금 시스템을 모델시스템으로 하여 각 합금 시스템 당 10 at.% 조성 간격으로 나누어 9 개의 합금 (총 126 개 합금)을 실시예 합금으로 제조하여 상온 경도, 격자상수 및 전단계수를 측정하였다. 이 때, Hume-Rothery 법칙을 잘 만족하여 BCC 전율고용체를 형성하는 V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성하는 경우 구성엔트로피 증가 효과가 더해져 더 안정한 BCC 단일상을 형성하기에 용이하다.
부연하면, 본 발명의 실시예 합금들은 99.9% 이상 고순도 원소를 Ti-gettered Ar 분위기하에서 아크 용융 장비로 제조되었으며, 잉곳을 최소 5 회 이상 뒤집어가면서 녹여서 균질성을 확보하고자 하였다. 경도 시험용 시편은 주조된 버튼을 수직으로 절단하여 두께 2 mm의 판상형태로 만들어, 표면 폴리싱을 통해 가공 후 측정하였다. 경도는 Vickers 미세경도기 (EMCO-TEST DuraScan 70)을 사용하여 상온에서 1 kg 하중으로 136° Vickers 다이아몬드 피라미드 팁을 사용하여 최종 연마된 단면 표면에서 측정하였다. 이 때, 10 초의 dwell-time을 가지고 총 20 회의 측정결과를 가지고 평균을 구하여 측정하였다. 전단 계수 (Shear modulus) 측정을 위한 초음파 분석은 5 mm 직경 프로브를 사용하여 5800PR (Panametrics, USA)에 의해 수행되었다. 다음으로 격자상수는 D2 Phaser (Bruker) XRD 장비를 이용하여 측정하였다.
상기와 같은 방법으로 얻어진 경도와 전단 계수 (Shear modulus) 값을 포함하여 본 발명의 실시예를 구성하는 합금원소의 기본 특성은 하기 표 2과 같다.
Ti V Cr Nb Mo Ta W
Hardness
(GPa)		 1.12 1.00 1.34 0.97 1.75 1.21 3.60
Shear modulus
(GPa)		 46.1 45.6 112.3 34.8 127.5 68.5 161.3
Atomic size
(pm)		 147 134 128 146 139 146 139
Melting temperature
(K)		 1941 2183 2180 2750 2896 3290 3695
VEC 4 5 6 5 6 5 6
상기 표에서 내화원소 순물질의 경도와 전단계수는 본 발명에서 실험적으로 측정된 값이고, 원자크기, 용융온도, Valence electron concentration (VEC) 값은 참고문헌에서 가져온 값이다.
하기 표 3은 본 발명의 실시예 합금들에 대해 상기한 방법으로 측정한 상온 경도, 격자상수 및 전단 계수 값을 보여준다.
Alloy Hardness
(GPa)		 Lattice parameter
(Å)		 Shear modulus
(GPa)		 Alloy Hardness
(GPa)		 Lattice parameter
(Å)		 Shear modulus
(GPa)
W10Ta90 2.40 3.2937 72.75 Nb10Ti90 2.06 3.2903 35.35
W20Ta80 3.35 3.2784 76.08 Nb20Ti80 1.58 3.2952 30.93
W30Ta70 3.94 3.2634 80.59 Nb30Ti70 1.30 3.2982 29.28
W40Ta60 4.50 3.2487 86.51 Nb40Ti60 1.40 3.2998 29.67
W50Ta50 4.72 3.2343 94.02 Nb50Ti50 1.54 3.3007 31.37
W60Ta40 5.02 3.2203 103.32 Nb60Ti40 1.61 3.3013 33.65
W70Ta30 4.60 3.2067 114.61 Nb70Ti30 1.48 3.3022 35.78
W80Ta20 4.34 3.1935 128.09 Nb80Ti20 1.44 3.3039 37.04
W90Ta10 4.34 3.1807 143.96 Nb90Ti10 1.23 3.3069 36.69
W10Nb90 2.67 3.2942 41.39 Nb10V90 2.04 3.0699 43.72
W20Nb80 3.35 3.2763 48.71 Nb20V80 2.54 3.1029 42.27
W30Nb70 4.02 3.2593 58.33 Nb30V70 2.89 3.1341 41.11
W40Nb60 4.74 3.2434 69.91 Nb40V60 3.09 3.1636 40.17
W50Nb50 4.94 3.2284 83.13 Nb50V50 3.13 3.1916 39.39
W60Nb40 4.90 3.2145 97.67 Nb60V40 3.06 3.2182 38.68
W70Nb30 4.50 3.2016 113.20 Nb70V30 2.88 3.2434 37.99
W80Nb20 4.18 3.1899 129.40 Nb80V20 2.56 3.2674 37.23
W90Nb10 4.13 3.1793 145.94 Nb90V10 1.88 3.2903 36.33
Mo10Ta90 2.79 3.2967 67.91 Mo10Cr90 4.13 2.9240 112.86
Mo20Ta80 3.73 3.2810 69.72 Mo20Cr80 5.23 2.9576 113.24
Mo30Ta70 4.49 3.2642 73.69 Mo30Cr70 5.65 2.9908 113.59
Mo40Ta60 4.92 3.2468 79.39 Mo40Cr60 5.86 3.0229 114.05
Mo50Ta50 5.29 3.2291 86.39 Mo50Cr50 5.90 3.0530 114.79
Mo60Ta40 5.25 3.2117 94.28 Mo60Cr40 5.87 3.0807 115.94
Mo70Ta30 4.33 3.1948 102.62 Mo70Cr30 5.72 3.1051 117.65
Mo80Ta20 3.72 3.1790 111.00 Mo80Cr20 4.47 3.1256 120.08
Mo90Ta10 2.92 3.1646 118.99 Mo90Cr10 2.73 3.1414 123.36
Mo10Nb90 1.96 3.3007 36.22 Mo10V90 1.93 3.0451 50.77
Mo20Nb80 2.85 3.2868 40.55 Mo20V80 2.73 3.0550 56.14
Mo30Nb70 3.49 3.2702 46.69 Mo30V70 3.44 3.0655 63.01
Mo40Nb60 3.98 3.2519 54.50 Mo40V60 3.45 3.0766 71.10
Mo50Nb50 4.51 3.2326 63.85 Mo50V50 3.61 3.0882 80.11
Mo60Nb40 4.34 3.2132 74.57 Mo60V40 3.79 3.1002 89.74
Mo70Nb30 3.84 3.1944 86.53 Mo70V30 3.56 3.1125 99.71
Mo80Nb20 3.26 3.1772 99.58 Mo80V20 2.67 3.1251 109.72
Mo90Nb10 2.59 3.1624 113.57 Mo90V10 2.22 3.1377 119.48
W10Mo90 1.94 3.1511 129.03 Mo10Ti90 2.67 3.2709 40.23
W20Mo80 2.12 3.1522 131.85 Mo20Ti80 2.78 3.2526 39.32
W30Mo70 2.28 3.1540 134.68 Mo30Ti70 3.25 3.2329 41.63
W40Mo60 2.59 3.1560 137.60 Mo40Ti60 3.95 3.2130 46.90
W50Mo50 2.77 3.1584 140.66 Mo50Ti50 4.33 3.1941 54.86
W60Mo40 2.94 3.1608 143.92 Mo60Ti40 4.50 3.1773 65.25
W70Mo30 3.36 3.1632 147.44 Mo70Ti30 4.45 3.1637 77.81
W80Mo20 3.58 3.1654 151.28 Mo80Ti20 3.82 3.1544 92.27
W90Mo10 3.59 3.1673 155.50 Mo90Ti10 2.31 3.1506 108.38
Ta10Nb90 0.87 3.3073 38.96 Cr10V90 1.61 3.0217 40.30
Ta20Nb80 1.01 3.3052 43.50 Cr20V80 2.17 3.0073 39.98
Ta30Nb70 1.09 3.3040 47.59 Cr30V70 2.78 2.9923 44.19
Ta40Nb60 1.15 3.3035 51.29 Cr40V60 3.05 2.9769 51.87
Ta50Nb50 1.15 3.3037 54.64 Cr50V50 3.61 2.9614 62.01
Ta60Nb40 1.19 3.3043 57.70 Cr60V40 4.01 2.9459 73.55
Ta70Nb30 1.21 3.3052 60.53 Cr70V30 3.63 2.9307 85.47
Ta80Nb20 1.19 3.3062 63.16 Cr80V20 2.63 2.9159 96.73
Ta90Nb10 1.20 3.3072 65.67 Cr90V10 2.09 2.9018 106.29
Ta10Ti90 2.33 3.2931 27.93 V10Ti90 2.68 3.2652 38.96
Ta20Ti80 1.75 3.2991 20.36 V20Ti80 2.32 3.2458 37.35
Ta30Ti70 1.83 3.3016 20.30 V30Ti70 1.96 3.2236 36.84
Ta40Ti60 1.86 3.3018 25.82 V40Ti60 2.14 3.1991 37.19
Ta50Ti50 1.94 3.3006 35.03 V50Ti50 2.29 3.1729 38.19
Ta60Ti40 2.24 3.2991 46.00 V60Ti40 2.29 3.1455 39.61
Ta70Ti30 2.33 3.2984 56.81 V70Ti30 2.31 3.1175 41.21
Ta80Ti20 2.17 3.2994 65.57 V80Ti20 2.10 3.0895 42.78
Ta90Ti10 1.48 3.3033 70.35 V90Ti10 1.83 3.0620 44.08
RCCA 합금 misfit parameter 계산
다양한 고용강화 모델에서 경도를 예측하는 일반적인 형태는 하기 수학식과 같다.
Figure pat00172
여기서,
Figure pat00173
는 구성원소 순물질의 경도값 rule-of-mixture (ROM)으로 구한 고유 경도 (혹은 강도)와
Figure pat00174
는 고용강화의 크기를 나타낸다.
도면 1은 본 발명의 실시예 합금들에서 조성 변화에 따라 고용강화 크기,
Figure pat00175
를 측정한 결과를 보여준다. 먼저, 도면 1(a)는 조성 변화에 따라 실험적으로 측정된 비커스 경도,
Figure pat00176
의 변화를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 조성변화에 따라 경도는 구성엔트로피가 커지는 가운데 조성 영역 부근에서 가장 큰 값을 나타낸다. 따라서, 이 조성 부근에서
Figure pat00177
가 최대가 된다. 위 식에 따르면
Figure pat00178
는
Figure pat00179
값에서
Figure pat00180
값을 빼서 구할 수 있다. 예를 들어 W-Mo와 같은 일부 시스템은 구성 요소의 경도가 높아 중간 경도를 가지지만,
Figure pat00181
값은 작을 것으로 예상된다. 이전에 보고된 결과들에 따르면 2원계 합금의
Figure pat00182
는 구성원소의 경도 값의 ROM을 통해 잘 근사할 수 있음이 보고되었다. 이는 격자 저항 (Lattice resistance) 및 전단 계수 (Shear modulus)와 관계되는 shear instability가 전자구조 (Electron configuration) 혹은 원자가 전자 (Valance electron concentration, VEC)에 의존하기 때문이다. 본 발명의 실시예 합금들에도 이러한 기준의 적용이 가능한지 확인하기 위해서 합금의 전단 계수를 측정하고 VEC와의 상관관계를 고찰하였다. 도 1(b)는 실험적으로 측정한 전단계수,
Figure pat00183
와 VEC의 상관관계를 보여준다. 이후 각 합금 원소 순물질 (pure element)의 경도 값을 활용해 Hill ROM 방법을 통해
Figure pat00184
값을 하기 식을 통해 도출하였다.
Figure pat00185
여기서,
Figure pat00186
와
Figure pat00187
은 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00188
Figure pat00189
와
Figure pat00190
는 구성 원소
Figure pat00191
,
Figure pat00192
의 경도이고,
Figure pat00193
는 구성 원소
Figure pat00194
의 원자 분율이다.
본 발명에서 Hill ROM을 선택한 이유는 도면 1(c)에 도시한 바와 같이 내화 합금에서 실험적으로 측정한
Figure pat00195
와 합금 모원소의 전단계수를 통해 Hill ROM으로 구한 전단계수가 양호한 선형 상관관계를 나타내기 때문이다. 마지막으로, 도면 1(d)에 도시한 바와 같이 조성 변화에 따른
Figure pat00196
값 (
Figure pat00197
)을 계산하였다.
다음으로 실시예 합금들에 대해 고용강화 모델에 대입할 격자상수 (Lattice parameter,
Figure pat00198
)와 전단 계수 (Shear modulus,
Figure pat00199
) 값을 측정하였다. 도면 2(a)는 실시예 합금들에 대해 조성변화에 따른 격자상수,
Figure pat00200
의 변화를, 도면 2(b)는 실험적으로 측정된
Figure pat00201
값을 바탕으로 조성변화에 따라 계산된 atomic size misfit parameter (
Figure pat00202
) 값의 변화를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 atomic size misfit parameter 값은 조성 변화에 따라 선형적으로 변하고, 측정된
Figure pat00203
의 크기순서는 구성원소들간 원자 크기 차이 (Atomic size difference)와 양호한 상관관계를 가진다.
그림 3(a)와 (b)는 실시예 합금들에 대해 조성변화에 따라 측정된
Figure pat00204
값과 그 결과를 통해 계산된 modulus misfit parameter (
Figure pat00205
)의 변화를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이,
Figure pat00206
또한 조성 변화에 따라 선형적으로 변하는 관계를 가지며,
Figure pat00207
의 크기 순서는 구성 원소들 사이의 modulus 차이를 따른다.
하기 표 4는 본 발명의 합금시스템들의 50 at.% 조성에서 실험적으로 구한 misfit parameter (
Figure pat00208
와
Figure pat00209
)의 변화를 보여준다. 이 때, 실시예 합금 모원소 순물질의 원자반경 간 차이 (
Figure pat00210
)와 modulus 차이(
Figure pat00211
)도 함께 표시하였다.
System (A-B)
Figure pat00212
at 50 at.%		 Atomic size difference
(
Figure pat00213
)
Figure pat00214
at 50 at.%		 Modulus difference
(
Figure pat00215
)
W-Ta -0.0439 -0.1407 0.6178 91.99
W-Nb -0.0447 -0.1434 0.9100 125.84
Mo-Ta -0.0543 -0.1592 0.6022 57.49
Mo-Nb -0.0599 -0.1604 0.8800 94.50
W-Mo 0.0075 0.0182 0.2019 33.98
Ta-Nb 0.0011 -0.0025 0.4539 34.16
Ta-Ti -0.0040 0.0281 1.1802 24.32
Nb-Ti 0.0023 0.0286 0.4818 -9.28
Nb-V 0.0854 0.2770 -0.1728 -10.30
Mo-Cr 0.0947 0.2614 0.0789 15.33
Mo-V 0.0382 0.1145 0.7356 81.49
Mo-Ti -0.0560 -0.1334 0.9110 81.22
Cr-V -0.0523 -0.1470 0.9328 66.94
V-Ti -0.0845 -0.2456 0.2730 2.99
상기 표를 통해 알 수 있는 바와 같이,
Figure pat00216
의 크기 순서는 반드시
Figure pat00217
와 일치하지 않는다. 일례로, Mo50Cr50 합금에서
Figure pat00218
는 가장 크고,
Figure pat00219
값은 최소 값을 가진다. 만일 두 인자가 유사한 비례관계를 가진다면 두 인자의 상대적 기여를 분리해내기 어려울 것이다. 하지만, 상기 도면 2와 도면 3에서 알 수 있는 바와 같이
Figure pat00220
와
Figure pat00221
가 서로 상관관계를 가지지 않기 때문에, 고용강화 모델에 두 값을 넣어서 RCCA에서는 어떤 인자가 고용강화 변화에 크게 기여하는지 확인하고자 하였다.
RCCA 합금의 고용강화 주요인자 규명
Fleischer와 Labusch 모델과 같은 많은 고용강화 모델이 하기 식과 같이 misfit parameter를 가지고
Figure pat00222
를 예측하기 위해서 제안되었다.
Figure pat00223
여기서,
Figure pat00224
는 상수,
Figure pat00225
는 전단계수,
Figure pat00226
와
Figure pat00227
는 concentration exponents, 그리고
Figure pat00228
은 하기 식으로 계산된 misfit parameter이다.
Figure pat00229
이때, 이전 연구를 통하여 weight factor,
Figure pat00230
값은 나선 전위가 고용강화에 주로 기여하는 경우
Figure pat00231
값을 가지고, 칼날 전위가 고용강화에 주로 기여하는 경우
Figure pat00232
값을 가진다는 것이 보고되었다.
도면 4는 본 발명의 실시예 합금들에서 조성변화에 따라 Labusch 모델을 통해 예측된 고용강화 크기 (
Figure pat00233
)와 측정한
Figure pat00234
값의 상관관계를
Figure pat00235
값의 변화((a)
Figure pat00236
, (b)
Figure pat00237
, (c)
Figure pat00238
, (d)
Figure pat00239
)에 따라 도시하였다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, least square fitting method를 통해 두 값 사이의 상관관계를 확인하여 본 결과, regression coefficient,
Figure pat00240
값이
Figure pat00241
값이 커짐에 따라 증가하는 경향을 가진 것을 알 수 있으며, 이를 통해
Figure pat00242
값이 16 이상으로 큰 경우
Figure pat00243
와
Figure pat00244
값이 양호한 비례관계를 가짐을 확인할 수 있다.
도면 5는 본 발명의 실시예 합금들에 대해 (a)
Figure pat00245
, (b)
Figure pat00246
와
Figure pat00247
의 상관관계를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 misfit parameter,
Figure pat00248
의 경우 양호한 선형 관계를 가지는데 반해 (
Figure pat00249
), misfit parameter,
Figure pat00250
은 상대적으로 낮은 상관관계를 나타낸다. (
Figure pat00251
)
도면 6은 본 발명의 실시예 합금들에 대해 조성 변화에 따라 SuzuKi 모델을 통해 예측된 고용강화 크기와 측정한
Figure pat00252
의 상관관계를 보여준다. BCC DA에서 고용강화를 잘 모사한다고 알려진 Suzuki 모델을 적용하여 고용강화 정도를 도시한 결과 도면에서 알 수 있는 바와 같이 RCCA에 대해서는 좋은 비례관계를 보여주지 않았다.
위의 결과들을 통해 BCC RCCA의 고용강화가 BCC DA와 달리 칼날 전위의 영향으로 인해 구성원소의 atomic size misfit parameter,
Figure pat00253
와 밀접하게 관련됨을 확인할 수 있었다.
RCCA 합금의 고용 강화 예측
앞서 상술한 바와 같이 본 발명의 RCA 합금들에 대해서
Figure pat00254
가 주요 인자로 고용강화 크기를 제어함을 통해 고용강화 정도를 예측할 수 있다. 이를 위해 먼저 다성분 조성 영역으로 고용 수식을 확장하기 위해서 Gypen’s extension method를 적용하면,
Figure pat00255
는 하기 식과 같이 쓸 수 있다.
Figure pat00256
(이때,
Figure pat00257
는 용질원소
Figure pat00258
에 의한 경도 증가 정도, concentration exponent
Figure pat00259
는 Labusch model의 경우 2/3 임.)
또한, 일부 조성 편차가 있을 수 있으나, atomic size misfit parameter,
Figure pat00260
와 modulus misfit parameter
Figure pat00261
는 합금 모원소의 특성치를 사용해 다음의 수학식을 통해 간단히 계산될 수 있다.
Figure pat00262
(이 때,
Figure pat00263
와
Figure pat00264
는 구성 원소
Figure pat00265
,
Figure pat00266
의 원자크기,
Figure pat00267
와
Figure pat00268
는 구성 원소
Figure pat00269
,
Figure pat00270
의 shear modulus 값임.)
따라서, 상기 Labusch model에서
Figure pat00271
원소에 대한 misfit parameter
Figure pat00272
,
Figure pat00273
, 그리고
Figure pat00274
은 아래의 수식과 같이 쓸 수 있다.
Figure pat00275
Figure pat00276
이를 종합하면, 다성분 RCCA의 고용강화,
Figure pat00277
는 하기 수식을 통해 계산 할 수 있다.
Figure pat00278
상기 수식에서 비례상수인
Figure pat00279
를 구하기 위해, 본 발명의 실시예 합금들에 63개 RCCA들을 추가하여 합금 모원소의 물성치들로 계산된
Figure pat00280
와 측정된
Figure pat00281
의 상관관계를 도시하였다. (도 7 (a))
하기 표 5는 본 도면에 추가한 63개 RCCA의 경도 값을 정리하여 보여준다.
Alloy composition Hardness (GPa) Alloy composition Hardness (GPa)
Nb25Mo25Ta25W25 4.46 W20Ta20V20Ti20Cr20 5.90
V20Nb20Mo20Ta20W20 5.42 W25Ta25V25Ti25 5.02
Ta20Nb20Hf20Zr20Ti20 3.83 W40Ta20V20Ti20 5.46
Hf16.6Mo16.6Nb16.6Ta16.6Ti16.6Zr16.6 4.95 W33.3Ta33.3V33.3 5.82
Hf20Mo20Ta20Ti20Zr20­ 5.31 W60Ta20V20 5.81
Ti20Nb20Mo20Ta20W20 4.89 W40Ta20Ti20Cr20 5.92
Ti16.6V16.6Nb16.6Mo16.6Ta16.6W16.6 5.00 W60Ta20Ti20 5.59
Hf20Nb20Ta20Ti20Zr20­ 3.28 W33.3Ta33.3Ti33.3 4.83
Hf19Mo4.8Nb19Ta19Ti19Zr19 3.87 V33.3Ti33.3Cr33.3 4.06
Hf18.2Mo9.1Nb18.2Ta18.2Ti18.2Zr18.2 4.70 Ta40Mo10Nb40V10 3.39
Hf17.4Mo13Nb17.4Ta17.4Ti17.4Zr17.4 4.82 Ta40Mo6.6Nb40V6.6Ti6.6 3.19
Nb25Ti25V25Mo25 4.32 Ta30Mo20Nb30V20 4.51
Mo16.6Nb16.6Ta16.6Ti16.6V16.6W16.6 4.95 Ta30Mo16.6Nb30V16.6Ti6.6 4.15
Cr9.1Mo18.2Nb18.2Ta18.2V18.2W18.2 6.62 Ta30Mo13.3Nb30V13.3Ti13.3 3.94
Cr16.6Mo16.6Nb16.6Ta16.6V16.6W16.6 6.91 Ta20Mo30Nb20V30 5.10
Cr28.6Mo14.3Nb14.3Ta14.3V14.3W14.3 7.40 Ta20Mo26.6Nb20V26.6Ti6.6 4.90
Hf16.6Nb16.6Ta16.6Ti16.6V16.6Zr16.6 5.48 Ta20Mo23.3Nb20V23.3Ti13.3 4.63
Nb20Ta20Ti20V20W20 4.38 Ta20Mo20Nb20V20Ti20 4.23
Mo20Nb20Hf20Zr20Ti20 4.84 Ta10Mo40Nb10V40 5.11
Nb11.1Mo22.2Ti22.2Zr22.2Hf22.2 4.25 Ta10Mo36.6Nb10V36.6Ti6.6 4.96
Nb27.3Mo18.2Ti18.2Zr18.2Hf18.2 4.21 Ta10Mo30Nb10V30Ti20 4.55
Nb22.2Mo22.2Ti11.1Zr22.2Hf22.2 4.32 Ta10Mo26.6Nb10V26.6Ti26.6 4.43
Nb18.2Mo18.2Ti27.3Zr18.2Hf18.2 4.05 Mo46.6V46.6Ti6.6 3.87
Nb22.2Mo22.2Ti22.2Zr11.1Hf22.2 4.34 Mo43.3V43.3Ti13.3 4.00
Nb18.2Mo18.2Ti18.2Zr27.3Hf18.2 4.14 Mo40V40Ti20 3.96
Nb22.2Mo22.2Ti22.2Zr22.2Hf11.1 4.60 Mo36.6V36.6Ti26.6 3.89
Nb18.2Mo18.2Ti18.2Zr18.2Hf27.3 4.13 Mo33.3V33.3Ti33.3 3.75
Nb25Mo12.5Ti25Zr25Hf12.5 3.92 Mo25Nb25Ta25V25 4.95
Nb18.2Mo27.3Ti18.2Zr18.2Hf18.2 4.53 Ta25Nb25Hf25Zr25 3.58
Hf12.5Nb12.5Ta12.5Ti25Zr37.5 2.95 Nb25Ta25Ti25V25 3.11
Ti20Zr20Nb20Ta20Mo20 4.90 Nb25Ta25V25W25 4.83
Mo20Nb20Ta20Ti20V20 4.34 - -
도면 7 (a)에서 알 수 있는 바와 같이, 측정된
Figure pat00282
와 계산된
Figure pat00283
값은 양호한 선형적 관계 (
Figure pat00284
)를 가지고, 이 때 기울기,
Figure pat00285
는 0.066 이 됨을 알 수 있다.
이러한 고찰을 통하여 미세구조가 단일상인 RCCA의 고용 강화를 예측하는 방법으로서, 다음의 수학식을 통해 고용강화를 계산할 수 있게 된다.
Figure pat00286
여기서,
Figure pat00287
는 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00288
Figure pat00289
와
Figure pat00290
는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
Figure pat00291
Figure pat00292
는 16이고,
Figure pat00293
와
Figure pat00294
는 구성 원소
Figure pat00295
,
Figure pat00296
의 조성이며,
Figure pat00297
는 구성 원소
Figure pat00298
의 원자 분율이고,
Figure pat00299
와
Figure pat00300
는 구성 원소
Figure pat00301
,
Figure pat00302
의 원자크기, 그리고
Figure pat00303
와
Figure pat00304
는 구성 원소
Figure pat00305
,
Figure pat00306
의 shear modulus 값이다.
도면 7 (b)는 본 발명의 실시예 합금들과 추가한 63개 RCCA 들에 대해 계산된
Figure pat00307
와 측정된
Figure pat00308
간 관계를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, least square fitting method를 통해 선형 피팅을 한 결과 Regression coefficient,
Figure pat00309
값이 0.970의 우수한 선형적 관계를 나타냄을 알 수 있다.
본 발명의 관계식을 보다 단순하게 하고자 기존에 HEA에서 제안된 고용강화 수식과 유사한 형태로 간략화를 진행하고자 하였다. 도면 8 (a)는 본 발명의 실시예 합금들과 63개 RCCA들에 대해 측정한
Figure pat00310
와 계산된
Figure pat00311
값 사이의 관계를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이,
Figure pat00312
와 계산된
Figure pat00313
값은 양호한 선형적 관계를 나타내며 (
Figure pat00314
), 약 1.232의 기울기를 가짐을 확인할 수 있다. 이러한 고찰을 통하여 본 발명의 다른 형태의 의한 미세구조가 단일상인 RCCA의 고용 강화를 예측하는 방법으로서,
다음의 수학식에 의해서 상기 고용 강화를 예측하는 것이 가능하다.
Figure pat00315
이때,
Figure pat00316
는 다음의 수학식으로 계산되며,
Figure pat00317
Figure pat00318
는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
Figure pat00319
이때,
Figure pat00320
와
Figure pat00321
는 구성 원소
Figure pat00322
,
Figure pat00323
의 조성이고,
Figure pat00324
는 구성 원소
Figure pat00325
의 원자 분율이며,
Figure pat00326
와
Figure pat00327
는 구성 원소
Figure pat00328
,
Figure pat00329
의 원자크기이다.
도면 8 (b)는 본 발명의 실시예 합금들과 추가한 63개 RCCA 들에 대해 계산된
Figure pat00330
와 측정된
Figure pat00331
간 관계를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, least square fitting method를 통해 선형 피팅을 한 결과 Regression coefficient,
Figure pat00332
값이 0.969의 우수한 선형적 관계를 나타냄을 알 수 있다.
고온 고강도 RCCA 합금 설계 방법
BCC DA에 대한 기존 연구에 따르면 0.2
Figure pat00333
과 0.5
Figure pat00334
(
Figure pat00335
=융점)사이에서는 Kink glide가 주요 강화 기구로 작동하며, 서로 다른 활주면들로 cross kink를 형성하는 것을 통해 항복강도의 athermal 특성을 야기한다. 본 발명의 실시예 합금들에 대해서도 상기 도면 3(c)와 (d), 그리고 도면 4(a)의 양호한 선형적 관계를 통해 강도가 kink glide와 다중 슬립시스템 작동으로 인해 온도에 따라 크게 변하지 않을 것임을 알 수 있다.
하기 표 6은 다양한 RCCA 합금들에서 상온 항복강도 (Yield strength, YS)와 고온 (800 ℃) 항복강도를 도시하였다.
Alloy YS @ RT (MPa) YS @ 800 ℃ (MPa)
Nb25Mo25Ta25W25 1058 552
V20Nb20Mo20Ta20W20 1246 846
Nb20Cr20Mo10Ta10Ti20Zr20 1595 983
Ta20Nb20Hf20Zr20Ti20 929 535
Nb25Ti25V25Zr25 1150 187
Nb20Ti20V40Zr20 918 240
Cr25Nb25Ti25Zr25 1260 300
Cr20Nb20Ti20V20Zr20 1298 615
W20Ta20V20Ti20Cr20 1588 1209
W25Ta25V25Ti25 1405 864
W60Ta40 1034 475
Pure W 642 93
Mo20Nb20Hf20Zr20Ti20 1719 825
Hf20Mo20Ta20Ti20Zr20 1600 1045
Hf16.6Mo16.6Nb16.6Ta16.6Ti16.6Zr16.6 1512 1007
Ti20Nb20Mo20Ta20W20 1343 674
Ti16.6V16.6Nb16.6Mo16.6Ta16.6W16.6 1515 791.3
도면 9는 다양한 RCCA의 (a) 상온 경도 대 상온 항복강도, (b) 상온 항복강도 대 고온 (800 ℃) 항복강도의 상관관계를 보여준다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 RCCA의 상온 경도와 항복강도, 그리고 상온 항복강도와 고온 항복강도는 양호한 선형적 관계를 가지는 것을 알 수 있다.
이러한 결과는 본 발명의 합금들이 상온 - 800 ℃ 온도대에서 기계적 특성이 온도에 무관한 athermal 특성을 가져 기계적 특성의 급격한 저하 없이 항상성을 가지고 유지될 수 있음을 의미한다. 부연하면, 상기 관계들에 의해 합금 구성 원소 순 원소의 특성으로 예측된
Figure pat00336
값이 고온 (800 ℃) 항복강도 값 (
Figure pat00337
)과 하기 수학식을 만족하기 때문에,
Figure pat00338
값이 3.02 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 400 MPa인 INCONEL 625 이상인 고온 고강도 RCCA를,
Figure pat00339
값이 4.5 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 600 MPa인 INCONEL 718 이상인 고온 초고강도 RCCA를 설계할 수 있다.
Figure pat00340
또한, 본 발명의 다른 형태인
Figure pat00341
값이 고온 (800 ℃) 항복강도 값 (
Figure pat00342
)과 하기 수학식을 만족하기 때문에,
Figure pat00343
값이 2.94 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 400 MPa인 INCONEL 625 이상인 고온 고강도 RCCA를,
Figure pat00344
값이 4.4 이상인 합금 조성만을 선택하여 고온 (800 ℃) 항복강도가 600 MPa인 INCONEL 718 이상인 고온 초고강도 RCCA를 설계할 수 있다.
Figure pat00345
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 (20)

  1. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA (Refractory complex concentrated alloy)의 고용 강화를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고용 강화를 예측하고,
    Figure pat00346

    Figure pat00347
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00348

    Figure pat00349
    와
    Figure pat00350
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00351

    이때,
    Figure pat00352
    는 16이고,
    Figure pat00353
    와
    Figure pat00354
    는 구성 원소
    Figure pat00355
    ,
    Figure pat00356
    의 조성이며,
    Figure pat00357
    는 구성 원소
    Figure pat00358
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00359
    와
    Figure pat00360
    는 구성 원소
    Figure pat00361
    ,
    Figure pat00362
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00363
    와
    Figure pat00364
    는 구성 원소
    Figure pat00365
    ,
    Figure pat00366
    의 전단 계수 (Shear modulus) 값인 것을 특징으로 하는 RCCA 고용강화 예측 방법.
  2. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA의 고용 강화를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고용 강화를 예측하고,
    Figure pat00367

    Figure pat00368
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00369

    Figure pat00370
    와
    Figure pat00371
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00372

    이때,
    Figure pat00373
    는 16이고,
    Figure pat00374
    와
    Figure pat00375
    는 구성 원소
    Figure pat00376
    ,
    Figure pat00377
    의 조성이며,
    Figure pat00378
    는 구성 원소
    Figure pat00379
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00380
    와
    Figure pat00381
    는 구성 원소
    Figure pat00382
    ,
    Figure pat00383
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00384
    와
    Figure pat00385
    는 구성 원소
    Figure pat00386
    ,
    Figure pat00387
    의 전단 계수 (Shear modulus) 값인 것을 특징으로 하는 RCCA 고용강화 예측 방법.
  3. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA의 고용 강화를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고용 강화를 예측하고,
    Figure pat00388

    Figure pat00389
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00390

    Figure pat00391
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00392

    이때,
    Figure pat00393
    와
    Figure pat00394
    는 구성 원소
    Figure pat00395
    ,
    Figure pat00396
    의 조성이고,
    Figure pat00397
    는 구성 원소
    Figure pat00398
    의 원자 분율이며,
    Figure pat00399
    와
    Figure pat00400
    는 구성 원소
    Figure pat00401
    ,
    Figure pat00402
    의 원자크기인 것을 특징으로 하는 RCCA 고용강화 예측 방법.
  4. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA의 고용 강화를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고용 강화를 예측하고,
    Figure pat00403

    Figure pat00404
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00405

    Figure pat00406
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00407

    이때,
    Figure pat00408
    와
    Figure pat00409
    는 구성 원소
    Figure pat00410
    ,
    Figure pat00411
    의 조성이고,
    Figure pat00412
    는 구성 원소
    Figure pat00413
    의 원자 분율이며,
    Figure pat00414
    와
    Figure pat00415
    는 구성 원소
    Figure pat00416
    ,
    Figure pat00417
    의 원자크기인 것을 특징으로 하는 RCCA 고용강화 예측 방법.
  5. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며 고용강화가 제어된 RCCA를 설계하는 방법으로서,
    설계 대상 합금에 요구되는 고용 강화 값을 도출하는 준비 단계; 및
    다음의 수학식에 의해서 도출된 고용 강화 값을 만족하도록 합금 조성을 산출하고,
    Figure pat00418

    Figure pat00419
    와
    Figure pat00420
    은 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00421

    Figure pat00422
    는 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00423

    Figure pat00424
    와
    Figure pat00425
    는 다음의 수학식을 통해 계산되며,
    Figure pat00426

    이때,
    Figure pat00427
    는 16이고,
    Figure pat00428
    와
    Figure pat00429
    는 구성 원소
    Figure pat00430
    ,
    Figure pat00431
    의 조성이며,
    Figure pat00432
    는 구성 원소
    Figure pat00433
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00434
    와
    Figure pat00435
    는 구성 원소
    Figure pat00436
    ,
    Figure pat00437
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00438
    와
    Figure pat00439
    는 구성 원소
    Figure pat00440
    ,
    Figure pat00441
    의 전단 계수 (shear modulus) 값인 조성 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 RCCA의 설계 방법.
  6. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며 고용강화가 제어된 RCCA를 설계하는 방법으로서,
    설계 대상 합금에 요구되는 고용 강화 값을 도출하는 준비 단계; 및
    다음의 수학식에 의해서 도출된 고용 강화 값을 만족하도록 합금 조성을 산출하고,
    Figure pat00442

    Figure pat00443
    와
    Figure pat00444
    은 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00445

    Figure pat00446
    는 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00447

    Figure pat00448
    와
    Figure pat00449
    는 다음의 수학식을 통해 계산되며,
    Figure pat00450

    이때,
    Figure pat00451
    는 16이고,
    Figure pat00452
    와
    Figure pat00453
    는 구성 원소
    Figure pat00454
    ,
    Figure pat00455
    의 조성이며,
    Figure pat00456
    는 구성 원소
    Figure pat00457
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00458
    와
    Figure pat00459
    는 구성 원소
    Figure pat00460
    ,
    Figure pat00461
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00462
    와
    Figure pat00463
    는 구성 원소
    Figure pat00464
    ,
    Figure pat00465
    의 전단 계수 (Shear modulus) 값인 조성 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 RCCA의 설계 방법.
  7. 청구한 5 또는 청구항 6에 있어서,
    Figure pat00466
    값이 3.02 이상인 합금 조성만을 선택하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 고온 고강도 RCCA의 설계 방법.
  8. 청구한 5 또는 청구항 6에 있어서,
    Figure pat00467
    값이 4.5 이상인 합금 조성만을 선택하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 고온 초고강도 RCCA의 설계 방법.
  9. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며 고용강화가 제어된 RCCA를 설계하는 방법으로서,
    설계 대상 합금에 요구되는 고용 강화 값을 도출하는 준비 단계; 및
    다음의 수학식에 의해서 도출된 고용 강화 값을 만족하도록 합금 조성을 산출하고,
    Figure pat00468

    Figure pat00469
    와
    Figure pat00470
    은 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00471

    Figure pat00472
    와
    Figure pat00473
    는 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00474
    ,
    Figure pat00475

    이때,
    Figure pat00476
    와
    Figure pat00477
    는 구성 원소
    Figure pat00478
    ,
    Figure pat00479
    의 조성이고,
    Figure pat00480
    와
    Figure pat00481
    는 구성 원소
    Figure pat00482
    ,
    Figure pat00483
    의 경도이며,
    Figure pat00484
    는 구성 원소
    Figure pat00485
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00486
    와
    Figure pat00487
    는 구성 원소
    Figure pat00488
    ,
    Figure pat00489
    의 원자크기인 조성 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 RCCA의 설계 방법.
  10. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며 고용강화가 제어된 RCCA를 설계하는 방법으로서,
    설계 대상 합금에 요구되는 고용 강화 값을 도출하는 준비 단계; 및
    다음의 수학식에 의해서 도출된 고용 강화 값을 만족하도록 합금 조성을 산출하고,
    Figure pat00490

    Figure pat00491
    와
    Figure pat00492
    은 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00493

    Figure pat00494
    와
    Figure pat00495
    는 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00496
    ,
    Figure pat00497

    이때,
    Figure pat00498
    와
    Figure pat00499
    는 구성 원소
    Figure pat00500
    ,
    Figure pat00501
    의 조성이고,
    Figure pat00502
    와
    Figure pat00503
    는 구성 원소
    Figure pat00504
    ,
    Figure pat00505
    의 경도이며,
    Figure pat00506
    는 구성 원소
    Figure pat00507
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00508
    와
    Figure pat00509
    는 구성 원소
    Figure pat00510
    ,
    Figure pat00511
    의 원자크기인 조성 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 RCCA의 설계 방법.
  11. 청구한 9 또는 청구항 10에 있어서,
    Figure pat00512
    값이 2.94 이상인 합금 조성만을 선택하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 고온 고강도 RCCA의 설계 방법.
  12. 청구한 9 또는 청구항 10에 있어서,
    Figure pat00513
    값이 4.4 이상인 합금 조성만을 선택하는 것을 특징으로 하는 고용 강화가 제어된 고온 초고강도 RCCA의 설계 방법.
  13. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA의 고온 (800 ℃) 항복강도를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고온 항복강도를 예측하고,
    Figure pat00514

    Figure pat00515
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00516

    Figure pat00517
    와
    Figure pat00518
    은 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00519

    Figure pat00520
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00521

    Figure pat00522
    와
    Figure pat00523
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00524

    이때,
    Figure pat00525
    는 16이고,
    Figure pat00526
    와
    Figure pat00527
    는 구성 원소
    Figure pat00528
    ,
    Figure pat00529
    의 조성이며,
    Figure pat00530
    는 구성 원소
    Figure pat00531
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00532
    와
    Figure pat00533
    는 구성 원소
    Figure pat00534
    ,
    Figure pat00535
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00536
    와
    Figure pat00537
    는 구성 원소
    Figure pat00538
    ,
    Figure pat00539
    의 전단 계수 (Shear modulus) 값을 특징으로 하는 RCCA 고온 항복강도를 예측하는 방법.
  14. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA의 고온 (800 ℃) 항복강도를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고온 항복강도를 예측하고,
    Figure pat00540

    Figure pat00541
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00542

    Figure pat00543
    와
    Figure pat00544
    은 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00545

    Figure pat00546
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00547

    Figure pat00548
    와
    Figure pat00549
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00550

    이때,
    Figure pat00551
    는 16이고,
    Figure pat00552
    와
    Figure pat00553
    는 구성 원소
    Figure pat00554
    ,
    Figure pat00555
    의 조성이며,
    Figure pat00556
    는 구성 원소
    Figure pat00557
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00558
    와
    Figure pat00559
    는 구성 원소
    Figure pat00560
    ,
    Figure pat00561
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00562
    와
    Figure pat00563
    는 구성 원소
    Figure pat00564
    ,
    Figure pat00565
    의 전단 계수 (Shear modulus) 값을 특징으로 하는 RCCA 고온 항복강도를 예측하는 방법.
  15. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA의 고온 (800 ℃) 항복강도를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고온 항복강도를 예측하고,
    Figure pat00566

    Figure pat00567
    은 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00568

    Figure pat00569
    와
    Figure pat00570
    은 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00571

    Figure pat00572
    와
    Figure pat00573
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00574
    ,
    Figure pat00575

    이때,
    Figure pat00576
    와
    Figure pat00577
    는 구성 원소
    Figure pat00578
    ,
    Figure pat00579
    의 조성이고,
    Figure pat00580
    와
    Figure pat00581
    는 구성 원소
    Figure pat00582
    ,
    Figure pat00583
    의 경도이며,
    Figure pat00584
    는 구성 원소
    Figure pat00585
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00586
    와
    Figure pat00587
    는 구성 원소
    Figure pat00588
    ,
    Figure pat00589
    의 원자크기인 것을 특징으로 하는 RCCA 고온 항복강도를 예측하는 방법.
  16. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며 미세구조가 단일상인 RCCA의 고온 (800 ℃) 항복강도를 예측하는 방법으로서,
    다음의 수학식에 의해서 상기 고온 항복강도를 예측하고,
    Figure pat00590

    Figure pat00591
    은 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00592

    Figure pat00593
    와
    Figure pat00594
    은 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00595

    Figure pat00596
    와
    Figure pat00597
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00598
    ,
    Figure pat00599

    이때,
    Figure pat00600
    와
    Figure pat00601
    는 구성 원소
    Figure pat00602
    ,
    Figure pat00603
    의 조성이고,
    Figure pat00604
    와
    Figure pat00605
    는 구성 원소
    Figure pat00606
    ,
    Figure pat00607
    의 경도이며,
    Figure pat00608
    는 구성 원소
    Figure pat00609
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00610
    와
    Figure pat00611
    는 구성 원소
    Figure pat00612
    ,
    Figure pat00613
    의 원자크기인 것을 특징으로 하는 RCCA 고온 항복강도를 예측하는 방법.
  17. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며,
    다음의 수학식에 의해서 고용 강화 값을 예측하고,
    Figure pat00614

    Figure pat00615
    와
    Figure pat00616
    은 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00617

    Figure pat00618
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00619

    Figure pat00620
    와
    Figure pat00621
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00622

    이때,
    Figure pat00623
    는 16이고,
    Figure pat00624
    와
    Figure pat00625
    는 구성 원소
    Figure pat00626
    ,
    Figure pat00627
    의 조성이며,
    Figure pat00628
    는 구성 원소
    Figure pat00629
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00630
    와
    Figure pat00631
    는 구성 원소
    Figure pat00632
    ,
    Figure pat00633
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00634
    와
    Figure pat00635
    는 구성 원소
    Figure pat00636
    ,
    Figure pat00637
    의 전단 계수 (Shear modulus) 값이고,
    예측된
    Figure pat00638
    값이 3.02 이상인 것을 특징으로 하는 고온 고강도 RCCA 합금.
  18. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며,
    다음의 수학식에 의해서 고용 강화 값을 예측하고,
    Figure pat00639

    Figure pat00640
    와
    Figure pat00641
    은 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00642

    Figure pat00643
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00644

    Figure pat00645
    와
    Figure pat00646
    는 다음의 수학식을 통해 계산되고,
    Figure pat00647

    이때,
    Figure pat00648
    는 16이고,
    Figure pat00649
    와
    Figure pat00650
    는 구성 원소
    Figure pat00651
    ,
    Figure pat00652
    의 조성이며,
    Figure pat00653
    는 구성 원소
    Figure pat00654
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00655
    와
    Figure pat00656
    는 구성 원소
    Figure pat00657
    ,
    Figure pat00658
    의 원자크기, 그리고
    Figure pat00659
    와
    Figure pat00660
    는 구성 원소
    Figure pat00661
    ,
    Figure pat00662
    의 전단 계수 (Shear modulus) 값이고,
    예측된
    Figure pat00663
    값이 4.5 이상인 것을 특징으로 하는 고온 초고강도 RCCA 합금.
  19. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W으로 구성된 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소로 구성되며,
    다음의 수학식에 의해서 고용 강화 값을 예측하고,
    Figure pat00664

    Figure pat00665
    와
    Figure pat00666
    은 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00667

    Figure pat00668
    와
    Figure pat00669
    는 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00670
    ,
    Figure pat00671

    이때,
    Figure pat00672
    와
    Figure pat00673
    는 구성 원소
    Figure pat00674
    ,
    Figure pat00675
    의 조성이고,
    Figure pat00676
    와
    Figure pat00677
    는 구성 원소
    Figure pat00678
    ,
    Figure pat00679
    의 경도이며,
    Figure pat00680
    는 구성 원소
    Figure pat00681
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00682
    와
    Figure pat00683
    는 구성 원소
    Figure pat00684
    ,
    Figure pat00685
    의 원자크기이고,
    예측된
    Figure pat00686
    값이 2.94 이상인 것을 특징으로 하는 고온 고강도 RCCA 합금.
  20. V-Cr, V-Nb, V-Mo, V-W, Cr-Mo, Cr-W, Nb-Mo, Nb-Ta, Nb-W, Mo-Ta, Mo-W, Ta-W 2원 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금조성의 조합으로 구성되며,
    다음의 수학식에 의해서 고용 강화 값을 예측하고,
    Figure pat00687

    Figure pat00688
    와
    Figure pat00689
    은 다음의 수학식으로 계산되며,
    Figure pat00690

    Figure pat00691
    와
    Figure pat00692
    는 다음의 수학식으로 계산되고,
    Figure pat00693
    ,
    Figure pat00694

    이때,
    Figure pat00695
    와
    Figure pat00696
    는 구성 원소
    Figure pat00697
    ,
    Figure pat00698
    의 조성이고,
    Figure pat00699
    와
    Figure pat00700
    는 구성 원소
    Figure pat00701
    ,
    Figure pat00702
    의 경도이며,
    Figure pat00703
    는 구성 원소
    Figure pat00704
    의 원자 분율이고,
    Figure pat00705
    와
    Figure pat00706
    는 구성 원소
    Figure pat00707
    ,
    Figure pat00708
    의 원자크기이고,
    예측된
    Figure pat00709
    값이 4.4 이상인 것을 특징으로 하는 고온 초고강도 RCCA 합금.
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Title
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해당 없음.

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