KR20230067965A - Coherent-Precipitate-Hardened High-entropy Alloys with Hierarchical NiAl/Ni2TiAlPrecipitates and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high-entropy alloy containing hierarchical NiAl/Ni_2TiAl precipitates, including 8 to 10.5 at% of Al, 5 to 25 at% of Cr, 15 to 35 at% of Mn, 5 to 30 at% of Fe, 10 to 25 at% of Co, 10 to 25 at% of Ni, and 0.5 to 4 at% of Ti. Thus, the present invention can provide the high-entropy alloy containing hierarchical NiAl/Ni_2TiAl precipitates in the alloy by adding Al and Ti together.

Description

계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법{Coherent-Precipitate-Hardened High-entropy Alloys with Hierarchical NiAl/Ni2TiAlPrecipitates and method for manufacturing the same}High-entropy alloys containing hierarchical NiAl/Ni2TiAl precipitates and method for manufacturing the same

본 발명은 Al과 Ti을 함께 첨가하여 합금 내 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high entropy alloy including hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates in the alloy by adding Al and Ti together, and a method for manufacturing the same.

고엔트로피 합금 (High-entropy alloy, HEA)은 4종 이상의 주요 원소가 동등 또는 거의 동등한 원자비로 혼합된 합금으로, 합금 자체의 배열 엔트로피(configurational entropy)가 높아 금속간 화합물 또는 중간상 등이 형성되지 않고 면심입방(Face-centered cubic; FCC) 또는 체심입방(Body-centered cubic;BCC)의 단상(single phase) 조직을 갖는 특징이 있다. A high-entropy alloy (HEA) is an alloy in which four or more major elements are mixed in equal or nearly equal atomic ratios, and the configurational entropy of the alloy itself is high so that intermetallic compounds or mesophases are not formed. It is characterized by having a single phase organization of face-centered cubic (FCC) or body-centered cubic (BCC) without

하지만 일부 고엔트로피 합금, 예를 들어 Cr-Mn-Fe-Co-Ni을 포함하는 고엔트로피 합금은 Al을 추가하면 주조 및 열처리 과정에서 FCC 격자 구조를 갖는 합금 기지에 BCC 격자 구조의 고용체 상(solid-solution phase)이 석출되는 특징이 있다. However, in some high entropy alloys, for example, Cr-Mn-Fe-Co-Ni, when Al is added, the solid solution phase of BCC lattice structure is formed in the alloy base having FCC lattice structure during casting and heat treatment process. -solution phase) is characterized by precipitation.

일반적으로 상기 고엔트로피 합금 내에 FCC 격자 구조의 분율이 상승할수록 성형성은 우수하나 기계적 강도가 감소되는 단점이 있으며, 상기 BCC 격자 구조의 분율이 상승할수록 성형성이 감소되며, 취성이 증가하는 문제가 있다. In general, as the fraction of the FCC lattice structure in the high entropy alloy increases, the formability is excellent, but there is a disadvantage in that the mechanical strength is reduced. As the fraction of the BCC lattice structure increases, the formability decreases and brittleness increases. .

이러한 이유로 대한민국 등록특허 10-1950578에서는 Al의 조성을 제어하여 상기 FCC 분율과 BCC 분율을 적정 수준으로 조절하는 방법을 소개하고 있으며(특허문헌 1), 본 발명의 발명자 또한, Fe-Ni-Al-Cr-Ti 합금을 이용하여, 상기 합금 내 FCC 분율과 BCC 분율을 제어하는 방법을 소개하고 있다. (비특허문헌 1)For this reason, Korean Patent Registration No. 10-1950578 introduces a method for adjusting the FCC fraction and BCC fraction to appropriate levels by controlling the composition of Al (Patent Document 1), and the inventors of the present invention also Fe-Ni-Al-Cr -A method of controlling the FCC fraction and the BCC fraction in the alloy using a Ti alloy is introduced. (Non-Patent Document 1)

하지만 고엔트로피 합금은 성분 조성과 열처리 방법에 따라 물성이 급격하게 달라지는 문제로 인하여 기계적 강도와 성형성을 동시에 확보한 고엔트로피 합금을 제조하는 방법에 대하여 많은 연구가 수행되고 있다.However, due to the problem that the physical properties of the high entropy alloy rapidly change depending on the composition and heat treatment method, a lot of research is being conducted on a method for manufacturing a high entropy alloy that secures mechanical strength and formability at the same time.

(0001) 대한민국 등록특허공보 제10-1950578호 (2019. 02. 14)(0001) Republic of Korea Patent Registration No. 10-1950578 (2019. 02. 14)

(0001) Microstructural evolution of single Ni2TiAl or hierarchical NiAl/Ni2TiAl precipitates in Fe-Ni-Al-Cr-Ti ferritic alloys during thermal treatment for elevated-temperature applications, GianSong et al., Acta Materialia, Volume 127, 1 April 2017, Pages 1-16)(0001) Microstructural evolution of single Ni2TiAl or hierarchical NiAl/Ni2TiAl precipitates in Fe-Ni-Al-Cr-Ti ferritic alloys during thermal treatment for elevated-temperature applications, GianSong et al., Acta Materialia, Volume 127, 1 April 2017, Pages 1-16)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 Al과 Ti을 함께 첨가하여 합금 내 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a high entropy alloy including hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates in the alloy by adding Al and Ti together.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 Al 8 내지 10.5at%, Cr 5 내지 25at%, Mn 15 내지 35at%, Fe 5 내지 30at%, Co 10 내지 25at% 및 Ni 10 내지 25at% 및 Ti을 0.5 내지 4at% 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금에 관한 것이다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is Al 8 to 10.5at%, Cr 5 to 25at%, Mn 15 to 35at%, Fe 5 to 30at%, Co 10 to 25at% and Ni 10 to 25at% and It relates to a high entropy alloy comprising a hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitate characterized in that it contains 0.5 to 4 at% of Ti.

상기 일 실시예에 있어서, 상기 Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni의 첨가량은 원자%로 동일하거나, 각 성분간의 함량차가 20% 이내로 제공될 수 있다. In the above embodiment, the addition amounts of Cr, Mn, Fe, Co, and Ni may be the same in atomic %, or the content difference between each component may be provided within 20%.

상기 일 실시예에 있어서, 상기 고엔트로피 합금은, 면심입방(FCC) 격자 구조의 합금 기지에 체심입방(BCC) 격자 구조의 고용체 상이 성장하여 면심입방(FCC) 격자 구조와 체심입방(BCC) 격자 구조가 모두 형성될 수 있다. In the above embodiment, the high entropy alloy is formed by growing a solid solution phase of a body-centered cubic (BCC) lattice structure on an alloy matrix having a face-centered cubic (FCC) lattice structure and a body-centered cubic (BCC) lattice structure. Any structure can be formed.

상기 일 실시예에 있어서, 상기 고용체 상 내부에 NiAl와 Ni2TiAl의 두 가지 상으로 이루어진 계층적 조직(hierarchical structure)이 형성될 수 있다. In the above embodiment, a hierarchical structure composed of two phases of NiAl and Ni 2 TiAl may be formed inside the solid solution phase.

상기 일 실시예에 있어서, 상기 고엔트로피 합금은 NiAl과 Ni2TiAl의 상분율이 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.In the above embodiment, the phase fraction of NiAl and Ni 2 TiAl in the high entropy alloy may satisfy the following relational expression 1.

[관계식 1][Relationship 1]

40 ≤ B2 / L21 ≤ 5040 ≤ B2 / L2 1 ≤ 50

(상기 관계식 1에서 B2는 NiAl 석출물의 상분율(%)이며,L21는 Ni2TiAl 석출물의 상분율(%)이다)(In the above relational expression 1, B2 is the phase fraction (%) of NiAl precipitates, and L2 1 is the phase fraction (%) of Ni 2 TiAl precipitates)

상기 일 실시예에 있어서, 상기 고엔트로피 합금은, 실온에서 1,000㎫ 이상의 항복강도와 20%이상의 압축 변형율을 동시에 가질 수 있다.In the above embodiment, the high entropy alloy may simultaneously have a yield strength of 1,000 MPa or more and a compressive strain of 20% or more at room temperature.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예는 a) Al, Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni 및 Ti로 이루어진 원료 물질을 준비하는 단계, b) 상기 원료 물질들을 진공 아크 용융하여 잉곳을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. Another embodiment of the present invention for achieving the above object is a) preparing raw materials composed of Al, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni and Ti, b) vacuum arc melting the raw materials to obtain an ingot manufacturing step; may include.

상기 일 실시예에 있어서, 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금은, 면심입방(FCC) 계열의 합금 기지에 체심입방(BCC) 계열의 석출물이 석출될 수 있다.In the above embodiment, in the high-entropy alloy including hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates, body-centered cubic (BCC)-based precipitates may be precipitated on a face-centered cubic (FCC)-based alloy matrix.

본 발명은 면심입방(FCC) 격자 구조의 합금 기지에 체심입방(BCC) 격자 구조의 고용체 상이 성장하여 면심입방(FCC) 격자 구조와 체심입방(BCC) 격자 구조가 모두 형성되는 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다.The present invention is a CrMnFeCoNiAl x high-entropy alloy in which both a face-centered cubic (FCC) lattice structure and a body-centered cubic (BCC) lattice structure are formed by growing a solid solution phase of a body-centered cubic (BCC) lattice structure on an alloy base having a face-centered cubic (FCC) lattice structure. can provide.

또한 본 발명은 고용체 상 내부에 NiAl와 Ni2TiAl의 두 가지 상으로 이루어진 계층적 조직(hierarchical structure)이 형성되는 CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high-entropy alloy in which a hierarchical structure consisting of two phases of NiAl and Ni 2 TiAl is formed inside the solid solution phase.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 Al 조성에 따른 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금의 상변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금의 XRD 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금의 XRD 그래프이다.
도 4, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금의 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금의 인장 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 Al, Ti 조성에 따른 고엔트로피 합금의 기계적 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
1 is a graph for explaining the phase change of the CrMnFeCoNi high entropy alloy according to the Al composition according to an embodiment of the present invention.
2 is an XRD graph of a CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy according to an embodiment of the present invention.
3 is an XRD graph of a CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high entropy alloy according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are SEM pictures of CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high entropy alloy according to an embodiment of the present invention.
6 is a tensile graph of a CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high-entropy alloy according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph for explaining mechanical properties of a high entropy alloy according to Al and Ti compositions according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 따른 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a high entropy alloy including hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates according to the present invention will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Therefore, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.

본 명세서에서 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금은 Cr-Mn-Fe-Co-Ni을 포함하는 고엔트로피 합금을 의미한다. In the present specification, the CrMnFeCoNi high entropy alloy means a high entropy alloy including Cr-Mn-Fe-Co-Ni.

본 명세서에서 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금은 상기 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금에서 x at%의 Al을 포함하는 고엔트로피 합금을 의미한다. In the present specification, the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy refers to a high entropy alloy including x at% of Al in the CrMnFeCoNi high entropy alloy.

본 명세서에서 CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금은 상기 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금에서 8 내지 10.5at%의 Al과 x at%의 Ti을 포함하는 고엔트로피 합금을 의미한다. In the present specification, the CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high entropy alloy refers to a high entropy alloy including 8 to 10.5 at% Al and x at% Ti in the CrMnFeCoNi high entropy alloy.

본 발명은 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금에 관한 것으로, 구체적으로 Al 8 내지 10.5at%, Cr 5 내지 25at%, Mn 15 내지 35at%, Fe 5 내지 30at%, Co 10 내지 25at%, Ni 10 내지 25at% 및 Ti을 0.5 내지 4at% 포함하는 고엔트로피 합금 또는 상기 성분조성에 불가피한 불순물이 포함되는 고엔트로피 합금에 관한 것이다. The present invention relates to a high entropy alloy containing hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates, and specifically, Al 8 to 10.5 at%, Cr 5 to 25 at%, Mn 15 to 35 at%, Fe 5 to 30 at%, Co 10 to 25 at%, 10 to 25 at% Ni, and 0.5 to 4 at% Ti, or a high entropy alloy containing unavoidable impurities in the composition.

본 발명에서 고엔트로피 합금(High-entropy alloy, HEA)은 4종 이상의 주요 원소가 동등 또는 거의 동등한 원자비로 혼합된 합금으로, 상기 합금 자체의 배열 엔트로피(configurational entropy)가 높아 금속간 화합물 또는 중간상 등이 형성되지 않고 면심입방(Face-centered cubic; FCC) 또는 체심입방(Body-centered cubic;BCC)의 단상(single phase) 조직을 갖는 특징이 있다. In the present invention, a high-entropy alloy (HEA) is an alloy in which four or more major elements are mixed in an equal or almost equal atomic ratio, and the configurational entropy of the alloy itself is high, so that an intermetallic compound or mesophase It is characterized by having a single phase organization of face-centered cubic (FCC) or body-centered cubic (BCC) without formation of back.

하지만 일부 고엔트로피 합금, 예를 들어 Cr-Mn-Fe-Co-Ni을 포함하는 고엔트로피 합금에 Al을 추가하면 주조 및 열처리 과정에서 FCC 계열의 합금 기지에 BCC 격자 구조의 고용체 상(solid-solution phase)이 석출될 수 있다. 아울러, 상기 고엔트로피 합금 내 Al의 함량이 증가할수록 상기 고엔트로피 합금 내 BCC 격자 구조의 고용체 상(solid-solution phase)이 증가하여, 최종적으로는 FCC의 단상 조직이 BCC의 단상 조직으로 변하게 된다. However, when Al is added to some high-entropy alloys, for example, high-entropy alloys including Cr-Mn-Fe-Co-Ni, the solid-solution phase of the BCC lattice structure is formed in the FCC-based alloy matrix during casting and heat treatment. phase) may be precipitated. In addition, as the Al content in the high-entropy alloy increases, the solid-solution phase of the BCC lattice structure in the high-entropy alloy increases, and finally, the FCC single-phase structure changes to a BCC single-phase structure.

일반적으로 도 1과 같이 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금이 FCC의 단상 조직을 가질 경우, 상대적으로 항복강도는 낮지만 성형성이 우수하다는 특징이 있다. 반면에 상기 고엔트로피 합금이 BCC의 단상 조직을 가질 경우, 항복강도가 큰 폭으로 증가하지만, 성형성이 감소할 수 있으며, 상기 고엔트로피 합금의 취성이 증가할 수 있다. In general, when the CrMnFeCoNi high-entropy alloy has a single-phase structure of FCC, as shown in FIG. 1, it has a relatively low yield strength but excellent formability. On the other hand, when the high entropy alloy has a single-phase structure of BCC, yield strength is greatly increased, but formability may be reduced and brittleness of the high entropy alloy may be increased.

본 발명은 상기 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금에서 Al을 첨가하고, 상기 Al의 함량을 8 내지 10.5at%로 제어할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 상기 고엔트로피 합금 내 상기 FCC 격자와 상기 BCC 격자의 분율을 적절히 조합하여 400㎫ 이상의 항복강도와 15%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다. In the present invention, Al may be added to the CrMnFeCoNi high entropy alloy, and the Al content may be controlled to 8 to 10.5 at%. Through this, the present invention can provide a high entropy alloy having a yield strength of 400 MPa or more and a compressive strain of 15% or more at the same time by appropriately combining the fractions of the FCC lattice and the BCC lattice in the high entropy alloy.

실시 예에 따르면, 본 발명은 상기 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금에서 8 내지 10.5at%의 Al을 첨가하여, BCC 격자 구조의 고용체 상 내에서 B2형 격자 구조의 NiAl을 석출시킬 수 있다. According to an embodiment, in the present invention, by adding 8 to 10.5 at% Al in the CrMnFeCoNi high entropy alloy, NiAl having a B2 type lattice structure may be precipitated in a solid solution phase having a BCC lattice structure.

상기 NiAl은 BCC 격자를 기본으로 하는 B2형 격자 구조를 갖는다는 특징이 있다. 이는, 상기 NiAl이 BCC 격자 구조의 고용체 상과 정합(Coherent)성이 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 정합성(Coherent)으로 인해 상기 NiAl의 자유 에너지가 최소화되어 상기 NiAl의 석출을 촉진할 수 있다. The NiAl is characterized by having a B2 type lattice structure based on a BCC lattice. This means that NiAl can maintain coherence with the solid solution phase of the BCC lattice structure. The free energy of the NiAl is minimized due to the coherence, and thus the precipitation of the NiAl may be promoted.

즉, 본 발명은 상기 고용체 상에 BCC 격자 구조와 유사한 NiAl를 정합 석출(Coherent-Precipitate)시킴으로써 수 나노 크기를 갖는 구형의 NiAl를 석출시킬 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 고용체 상에 평균 직경 30 내지 50㎚을 갖는 구형의 NiAl을 석출시킬 수 있다. That is, the present invention can coherently precipitate NiAl similar to the BCC lattice structure on the solid solution to precipitate spherical NiAl having a size of several nanometers, more preferably having an average diameter of 30 to 30 on the solid solution. Spherical NiAl having a thickness of 50 nm can be deposited.

그 결과 본 발명은 강재 내 더 많은 석출경화(Precipitate hardening)를 유도하여 400㎫ 이상의 항복강도와 30%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다. As a result, the present invention can provide a high entropy alloy having a yield strength of 400 MPa or more and a compressive strain of 30% or more at the same time by inducing more precipitation hardening in the steel.

또한, 본 발명은 상기 Al을 8 내지 10.5at% 포함한 상태에서 티타늄(Ti)을 0.5 내지 4at% 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 고엔트로피 합금에 첨가되는 원소는 Ti인 것을 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않으며, 합금 내에서 동일한 역할을 수행할 수 있는 금속이라면 변형 가능할 수 있다. In addition, the present invention may include 0.5 to 4 at% of titanium (Ti) in a state including 8 to 10.5 at% of Al. Hereinafter, for convenience of description, Ti is an element added to the high entropy alloy, but is not limited thereto, and any metal capable of performing the same role in the alloy may be deformable.

실시 예에 따르면, 본 발명은 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에서 Ti를 더 포함할 수 있으며, 상기 Ti의 함량을 0.5 내지 4at%로 조절하여, BCC 격자 구조의 고용체 상 내에서 L21형 격자 구조의 Ni2TiAl을 석출시킬 수 있다. According to an embodiment, the present invention may further include Ti in the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy, and by adjusting the content of Ti to 0.5 to 4 at%, Ni of the L2 1 type lattice structure in the solid solution phase of the BCC lattice structure. 2 TiAl can be deposited.

상기 Ni2TiAl은 상기 NiAl과 마찬가지로 BCC 격자를 기본으로 하는 L21형 격자 구조를 갖는다는 특징이 있다. 다만, 상술한 NiAl과 다르게 상기 고용체 상 내에 수 나노 크기를 갖는 구형의 석출물로 석출되는 것이 아니라, 상기 NiAl와 결합하여 계층적 조직(hierarchical structure, 또는 계층 구조)을 형성할 수 있다.The Ni 2 TiAl is characterized by having an L2 1 type lattice structure based on a BCC lattice like the NiAl. However, unlike the above-mentioned NiAl, it is not precipitated as a spherical precipitate having a size of several nanometers in the solid solution phase, but may form a hierarchical structure (or hierarchical structure) by combining with the NiAl.

다만 상기 Ni2TiAl의 L21형 격자 구조는, 상기 NiAl의 B2형 격자구조와는 다르게 BCC에서 조금 더 변형된 격자구조를 갖기 때문에(L21형 격자구조는 B2형 격자구조 보다 격자 상수가 증가하기 때문에), 상기 Ni2TiAl과 상기 NiAl이 결합되면, BCC를 유지하는 상태에서 격자가 변형되어 격자 변형 강화가 수행될 수 있다. However, since the L2 1 type lattice structure of Ni 2 TiAl has a slightly more strained lattice structure in BCC, unlike the B2 type lattice structure of NiAl (the L2 1 type lattice structure has a higher lattice constant than the B2 type lattice structure Therefore, when the Ni 2 TiAl and the NiAl are combined, the lattice is deformed while maintaining the BCC, and lattice strain reinforcement may be performed.

상술한 격자 변형 강화로 인하여 상기 Ni2TiAl과 상기 NiAl이 계층적 조직을 형성할 경우, 고엔트로피 합금의 강도가 증가될 수 있으며, 특히 200℃이상의 고온에서도 강도가 향상되며, 향상된 강도를 유지할 수 있다. When the Ni 2 TiAl and the NiAl form a hierarchical structure due to the above-described lattice strain reinforcement, the strength of the high-entropy alloy can be increased, and in particular, the strength is improved even at a high temperature of 200 ° C. or more, and the improved strength can be maintained. there is.

상기 계층적 조직은 상기 NiAl과 상기 Ni2TiAl이 층상 구조(lamella structure)로 결합한 조직으로 다른 조직과 다르게 강도는 매우 강하나, 파괴되기 쉬운 특성을 가지며, 성형성이 감소된다는 특징이 있다. 이러한 이유로, 상기 고엔트로피 합금 내부에 NiAl과 상기 Ni2TiAl 결합한 계층적 조직이 증가하면 강도가 상승할 수 있으나, 성형성이 감소할 수 있다. The hierarchical structure is a structure in which the NiAl and the Ni 2 TiAl are combined in a lamella structure, and unlike other structures, the strength is very strong, but it is easy to break and has reduced formability. For this reason, when the hierarchical structure of NiAl and Ni 2 TiAl bonded inside the high entropy alloy increases, strength may increase, but formability may decrease.

실시 예에 따르면, 상기 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금은 합금 내 상기 NiAl과 상기 Ni2TiAl의 상분율은 하기 관계식 1을 만족하도록 제공할 수 있다. According to an embodiment, the high entropy alloy including the hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitate may provide a phase fraction of the NiAl and the Ni 2 TiAl in the alloy to satisfy the following relational expression 1.

[관계식 1][Relationship 1]

40 ≤ B2 / L21 ≤ 5040 ≤ B2 / L2 1 ≤ 50

(상기 관계식 1에서 B2는 NiAl 석출물의 상분율(%)이며,L21는 Ni2TiAl 석출물의 상분율(%)이다)(In the above relational expression 1, B2 is the phase fraction (%) of NiAl precipitates, and L2 1 is the phase fraction (%) of Ni 2 TiAl precipitates)

상기 NiAl과 상기 Ni2TiAl의 상분율이 40% 미만이면, 고엔트로피 합금 내에 석출되는 NiAl이 부족하여, 계층적 조직(hierarchical structure)을 형성하고 남은 Ni2TiAl가 상기 고용체 상에 지속적으로 석출되어 상기 고엔트로피 합금을 BCC의 단상 조직으로 변화시킨다. 그 결과 상기 고엔트로피 합금의 성형성을 감소시킬 수 있다. When the phase fraction of NiAl and Ni 2 TiAl is less than 40%, NiAl precipitated in the high-entropy alloy is insufficient, forming a hierarchical structure and remaining Ni 2 TiAl continuously precipitates on the solid solution The high entropy alloy is changed to a single phase structure of BCC. As a result, formability of the high entropy alloy may be reduced.

반면에, 상기 NiAl과 상기 Ni2TiAl의 상분율이 50%를 초과하면, 상기 Ni2TiAl에 비해 상기 NiAl가 지나치게 많이 석출되어 강도 강화의 효과를 구현하지 못한다. On the other hand, if the phase fraction of the NiAl and the Ni 2 TiAl exceeds 50%, the NiAl is precipitated in an excessive amount compared to the Ni 2 TiAl, so that the effect of strengthening the strength cannot be implemented.

이러한 이유로 고엔트로피 합금은 합금 내 상기 NiAl과 상기 Ni2TiAl의 상분율은 상기 관계식 1을 만족할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다. For this reason, in the high entropy alloy, the phase fraction of NiAl and Ni 2 TiAl in the alloy may satisfy the above relational expression 1, and more preferably satisfy the following relational expression 2.

[관계식 2][Relationship 2]

43 ≤ B2 / L21 ≤ 4843 ≤ B2 / L2 1 ≤ 48

(상기 관계식 2에서 B2는 NiAl 석출물의 상분율(%)이며,L21는 Ni2TiAl 석출물의 상분율(%)이다)(In the above relational expression 2, B2 is the phase fraction (%) of NiAl precipitates, and L2 1 is the phase fraction (%) of Ni 2 TiAl precipitates)

이상 본 발명의 실시 예에 따른 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금에 대해 설명하였다. 이하 본 발명의 실시 예에 따른 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금의 조성에 대하여 설명한다. The high entropy alloy including the hierarchical NiAl/Ni2TiAl precipitate according to an embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, a composition of a high entropy alloy including hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates according to an embodiment of the present invention will be described.

상기 Al은 8 내지 10.5at% 포함된다. The Al is included in an amount of 8 to 10.5 at%.

상기 Al은 상기 고엔트로피 합금에서 BCC 격자 구조의 고용체 상을 석출시킬 수 있다. 아울러, 상기 고용체 상에서 BCC 격자 구조의 고용체 상 내에서 B2형 격자 구조의 NiAl을 석출하여 석출경화(Precipitate hardening)를 유도할 수 있다. 상기 Al이 8at% 미만이면, 충분한 양의 고용체 상과 NiAl이 형성되지 않아 400㎫ 이상의 항복강도를 구현할 수 없다. The Al may precipitate a solid solution phase having a BCC lattice structure in the high entropy alloy. In addition, precipitation hardening may be induced by precipitating NiAl of B2 type lattice structure in the solid solution phase of the BCC lattice structure in the solid solution phase. If the amount of Al is less than 8 at%, a sufficient amount of solid solution phase and NiAl are not formed, so that a yield strength of 400 MPa or more cannot be realized.

반대로 상기 Al이 10.5%를 초과하면 상기 고엔트로피 합금이 BCC의 단일상으로 변하여 30%이상의 압축 변형율을 확보할 수 없다. 이러한 이유로 상기 Al은 8 내지 10.5at%포함될 수 있으며, 더 바람직하게는 8.5내지 9.5at% 포함될 수 있다. Conversely, when the Al content exceeds 10.5%, the high entropy alloy is changed into a BCC single phase, and a compressive strain of 30% or more cannot be secured. For this reason, the Al may be included in 8 to 10.5 at%, more preferably 8.5 to 9.5 at%.

상기 Ti은 0.5 내지 4at% 포함된다. The Ti is included in an amount of 0.5 to 4 at%.

상기 Ti은 상기 고용체 상 내에 Ni2TiAl을 석출하여 계층적 조직(hierarchical structure)을 형성할 수 있다. 이를 통해 상기 고엔트로피 합금의 항복강도를 향상할 수 있다. 상기 Ti이 0.5at% 미만이면, 1,000㎫ 이상의 항복강도를 구현할 수 없다. 반면에 상기 Ti이 4at%를 초과하면, 상기 고엔트로피 합금이 BCC의 단일상으로 변하여 20%이상의 압축 변형율을 확보할 수 없다. 이러한 이유로 상기 Ti은 0.5 내지 4at% 포함되는 것이 바람직하다. The Ti may form a hierarchical structure by precipitating Ni 2 TiAl in the solid solution phase. Through this, it is possible to improve the yield strength of the high entropy alloy. If Ti is less than 0.5 at%, yield strength of 1,000 MPa or more cannot be achieved. On the other hand, when Ti exceeds 4 at%, the high entropy alloy changes to a single phase of BCC, and a compressive strain of 20% or more cannot be secured. For this reason, Ti is preferably included in an amount of 0.5 to 4 at%.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 고엔트로피 합금은 Cr 5 내지 25at%, Mn 15 내지 35at%, Fe 5 내지 30at%, Co 10 내지 25at% 및 Ni 10 내지 25at%를 포함할 수 있다. In addition, the high entropy alloy according to an embodiment of the present invention contains Cr 5 to 25 at%, Mn 15 to 35 at%, Fe 5 to 30 at%, It may include 10 to 25 at% of Co and 10 to 25 at% of Ni.

상기 Cr이 5at% 미만으로 포함되면, 상기 FCC 격자가 안정해지고, 25at%를 초과하면 상기 BCC격자가 안정화되므로 5 내지 25at% 인 것이 바람직하다. 상기 Mn이 15at% 미만으로 포함되면, 상기 FCC 격자가 안정해지고, 35at%를 초과하면 상기 BCC격자가 안정화되므로 1 내지 35at% 인 것이 바람직하다. 상기 Fe이 5at% 미만으로 포함되면, 상기 FCC 격자가 안정해지고, 30at%를 초과하면 상기 BCC격자가 안정화되므로 5 내지 30at% 인 것이 바람직하다. 상기 Co가 10at% 미만으로 포함되면, 상기 FCC 격자가 안정해지고, 25at%를 초과하면 상기 BCC격자가 안정화되므로 10 내지 25at% 인 것이 바람직하다. 상기 Ni이 10at% 미만으로 포함되면, 상기 FCC 격자가 안정해지고, 25at%를 초과하면 상기 BCC격자가 안정화되므로 10 내지 25at% 인 것이 바람직하다.When the amount of Cr is less than 5 at%, the FCC lattice is stabilized, and when it exceeds 25 at%, the BCC lattice is stabilized, so it is preferably 5 to 25 at%. When the Mn content is less than 15 at%, the FCC lattice is stabilized, and when it exceeds 35 at%, the BCC lattice is stabilized, so it is preferably 1 to 35 at%. When Fe is less than 5 at%, the FCC lattice is stabilized, and when Fe is greater than 30 at%, the BCC lattice is stabilized, so it is preferably 5 to 30 at%. When the Co is less than 10 at%, the FCC lattice is stabilized, and when it exceeds 25 at%, the BCC lattice is stabilized, so it is preferably 10 to 25 at%. When Ni is less than 10 at%, the FCC lattice is stabilized, and when Ni is greater than 25 at%, the BCC lattice is stabilized, so it is preferably 10 to 25 at%.

실시 예에 따르면, 상기 Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni의 첨가량은 상기 고엔트로피 합금을 제조 후 각 성분이 동일한 원자%를 갖도록 제공될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상기 Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni 중 선택되는 어느 하나의 성분과 다른 하나의 성분이 20 원자% 이내로 포함되도록 제공될 수 있다. According to an embodiment, the addition amounts of Cr, Mn, Fe, Co, and Ni may be provided so that each component has the same atomic % after preparing the high entropy alloy, but is not limited thereto, and the Cr, Mn, Fe, Co And Ni may be provided so that any one component selected from Ni and the other component are included within 20 atomic%.

실시 예에 따르면, 상기 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금은 a) Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni 및 Ti로 이루어진 원료 물질을 준비하는 단계, b) 상기 원료 물질들을 진공 아크 용융하여 잉곳을 제조하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. According to an embodiment, the high entropy alloy including the hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitate comprises a) preparing a raw material made of Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Ti, b) the raw material It can be manufactured through the step of vacuum arc melting them to produce an ingot.

상기 a) 단계에서는 순도 99.99% 이상의 Al, Co, Fe, Ni 및 Ti 를 준비할 수 있으며, 순도 99.5% 이상의 Cr, Mn을 준비할 수 있다. In step a), Al, Co, Fe, Ni, and Ti having a purity of 99.99% or more may be prepared, and Cr or Mn having a purity of 99.5% or more may be prepared.

상기 b) 단계에서는 상기 a) 단계에서 준비한 원료 물질들을 진공 아크 용융하여 잉곳을 제조할 수 있다. In step b), an ingot may be manufactured by vacuum arc melting the raw materials prepared in step a).

실시 예에 따르면, 상기 b) 단계는 순도 99.0% 이상의 아르곤 분위기에서 수행될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상의 아르곤 분위기에서 수행될 수 있으며 더욱 더 바람직하게는 99.99% 이상의 아르곤 분위기에서 수행될 수 있다. 전술한 범위와 같은 고순도 아르곤을 사용함으로써 상기 잉곳에 포함되는 불순물의 양을 줄여 합금의 강도를 높일 수 있다.According to an embodiment, step b) may be performed in an argon atmosphere with a purity of 99.0% or more, more preferably in an argon atmosphere with a purity of 99.9% or more, and even more preferably in an argon atmosphere with a purity of 99.99% or more. there is. By using high-purity argon within the above range, the strength of the alloy can be increased by reducing the amount of impurities included in the ingot.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한 정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.Hereinafter, the high entropy alloy including the hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitate according to the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only references for explaining the present invention in detail, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 at%일 수 있다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be at%.

가. CrMnFeCoNiAlgo. CrMnFeCoNiAl xx 고엔트로피 합금에 포함되는 Al at% 최적화 Optimization of Al at% included in high entropy alloy

[제조예 1][Production Example 1]

CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에 Al이 9.09at% 포함되도록 Al, Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni을 준비하였다. 상기 금속들을 99.99%의 고순도 아르곤(Ar) 분위기에서 진공 아크 융해하여 잉곳을 제조하였다.Al, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni were prepared so that the CrMnFeCoNiAl x high-entropy alloy contained 9.09 at% of Al. Ingots were prepared by vacuum arc melting of the metals in a 99.99% high purity argon (Ar) atmosphere.

다음으로, 상기 잉곳을 용해하여 냉각하는 단계를 수랭식 구리 노(copper hearth)에서 5회 반복하여 합금의 균일성과 치밀성을 높였다.Next, the melting and cooling of the ingot was repeated 5 times in a water-cooled copper hearth to improve uniformity and compactness of the alloy.

마지막으로 제조된 고엔트로피 합금을 공냉하여 고엔트로피 합금을 제조하였다. Finally, a high entropy alloy was prepared by air-cooling the prepared high entropy alloy.

[제조예 2][Production Example 2]

CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에서 Al이 10.31at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 10.31 at% of Al was included.

[비교제조예 1][Comparative Manufacturing Example 1]

고엔트로피 합금 제조 과정에서 Al을 제외한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the high entropy alloy manufacturing process, all processes except for Al were prepared in the same manner as in Example 1.

[비교제조예 2][Comparative Manufacturing Example 2]

CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에서 Al이 3.85at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 3.85 at% of Al was included.

[비교제조예 3][Comparative Manufacturing Example 3]

CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에서 Al이 7.41at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl x high-entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 7.41 at% of Al was included.

[비교제조예 4][Comparative Manufacturing Example 4]

CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에서 Al이 13.79at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 13.79 at% of Al was included.

[비교제조예 5][Comparative Manufacturing Example 5]

CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에서 Al이 16.67at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl x high-entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 16.67 at% of Al was included.

Cr
(at%)
Cr
(at%)
Mn
(at%)
Mn
(at%)
Fe
(at%)
Fe
(at%)
Co
(at%)
Co
(at%)
Ni
(at%)
Ni
(at%)
Al
(at%)
Al
(at%)
제조예 1Preparation Example 1 18.1818.18 18.1818.18 18.1818.18 18.1818.18 18.1818.18 9.099.09 제조예 2Preparation Example 2 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 10.3110.31 비교제조예 1Comparative Preparation Example 1 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00 -- 비교제조예 2Comparative Preparation Example 2 19.2319.23 19.2319.23 19.2319.23 19.2319.23 19.2319.23 3.853.85 비교제조예 3Comparative Preparation Example 3 18.5218.52 18.5218.52 18.5218.52 18.5218.52 18.5218.52 7.417.41 비교제조예 4Comparative Preparation Example 4 17.2417.24 17.2417.24 17.2417.24 17.2417.24 17.2417.24 13.7913.79 비교제조예 5Comparative Preparation Example 5 16.6716.67 16.6716.67 16.6716.67 16.6716.67 16.6716.67 16.6716.67

[특성 평가 방법][Characteristic evaluation method]

A. XRD 분석A. XRD Analysis

상기 제조예 1, 제조예 2 및 비교제조예 1 내지 5에 대해 XRD 패턴을 분석하여 도 2에 개시한다. 상기 XRD의 선원은 Cu-Kα를 사용하였다.The XRD patterns of Preparation Example 1, Preparation Example 2 and Comparative Preparation Examples 1 to 5 are analyzed and shown in FIG. 2 . As the source of the XRD, Cu-K α was used.

상기 도 2를 참조하면, 상기 Al 전혀 포함되지 않은 비교제조예 1과 상기 Al이 각각 3.85, 7.41, 9.09 및 10.31at% 포함하는 비교제조예 2, 비교제조예 3, 제조예 1 및 제조예 2는 2θ 값이 43 내지 50 지점에서 (111) 면에 대한 peak, 50 내지 53인 지점에서 (200) 면에 대한 peak이 관찰되었으며, 상기 2θ 값이 73 내지 80인 지점에서(220)면에 대한 peak이 관찰되었다. 상술한 peak들은 상기 고엔트로피 합금 내부에 FCC 격자 구조가 형성되었음을 의미한다. Referring to FIG. 2, Comparative Preparation Example 1 containing no Al and Comparative Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 3, Preparation Example 1 and Preparation Example 2 containing 3.85, 7.41, 9.09 and 10.31 at% of Al, respectively. A peak for the (111) plane at the 2θ value of 43 to 50, a peak for the (200) plane at the point of 50 to 53 were observed, and a peak for the (220) plane at the 2θ value of 73 to 80 peak was observed. The peaks described above mean that an FCC lattice structure was formed inside the high entropy alloy.

또한, 상기 Al이 각각 9.09, 10.31, 13.79, 및 16.67at% 포함하는 제조예 1, 제조예 2, 비교제조예 4 및 비교제조예 5는 상술한 (111) 면에 대한 peak이 사라지고, (110)면에 대한 peak이 점차 증가되었다. 또한, 2θ 값이 60 내지 68에서 (200) peak이 형성되었다. 이는 상기 Al의 at%가 증가할수록 격자 구조가 FCC에서 BCC로 변화하고 있음을 확인할 수 있다. 격자구조를 상기 두 peak은 상기 고엔트로피 합금 내부에 FCC 격자 구조가 형성되었음을 의미한다. In addition, in Preparation Example 1, Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 4, and Comparative Preparation Example 5 containing 9.09, 10.31, 13.79, and 16.67 at% of Al, respectively, the peak for the above-described (111) plane disappears, and (110 ) The peak for the plane gradually increased. In addition, (200) peaks were formed at 2θ values of 60 to 68. This confirms that the lattice structure changes from FCC to BCC as the at% of Al increases. The two peaks of the lattice structure mean that an FCC lattice structure was formed inside the high-entropy alloy.

즉, 상기 제조예 1, 제조예 2는 FCC 격자와 BCC격자가 모두 형성된 반면에, 상기 비교제조예 1 내지 3은 FCC 단상 조직, 상기 비교제조예 4 내지 5는 BCC 단상 조직을 가지고 있음을 확인할 수 있다. That is, while Preparation Examples 1 and 2 had both an FCC lattice and a BCC lattice, it was confirmed that Comparative Preparation Examples 1 to 3 had an FCC single-phase structure and Comparative Preparation Examples 4 to 5 had a BCC single-phase structure. can

B. 항복강도 및 압축 변형율 분석B. Yield strength and compressive strain analysis

상기 제조예 1, 제조예 2 및 비교제조예 1 내지 5로 제조된 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에 대해 실온(= 20 내지 30℃)에서 압축 응력 시험(Compressive Stress test)을 시행하였으며, 그 결과를 표 2 및 상기 도 1에 개시하였다.A compressive stress test was performed at room temperature (= 20 to 30 ° C.) on the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloys prepared in Preparation Example 1, Preparation Example 2 and Comparative Preparation Examples 1 to 5, and the results are shown in the table. 2 and FIG. 1 above.

Al (at%)Al (at%) 항복강도(㎫)Yield strength (MPa) 압축 변형율(%)Compressive strain (%) 제조예 1Preparation Example 1 9.099.09 454454 33.233.2 제조예 2Preparation Example 2 10.3110.31 1,3311,331 17.117.1 비교제조예 1Comparative Preparation Example 1 -- 273273 7070 비교제조예 2Comparative Preparation Example 2 3.853.85 281281 7070 비교제조예 3Comparative Preparation Example 3 7.417.41 266266 7070 비교제조예 4Comparative Preparation Example 4 13.7913.79 1,3311,331 7.67.6 비교제조예 5Comparative Preparation Example 5 16.6716.67 1,1521,152 3.63.6

상기 표 2에 따르면, 상기 제조예 1, 제조예 2는 400㎫ 이상의 항복강도와 15%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 것을 알 수 있다. 구체적으로 상기 al을 9.09at%포함하는 제조예 1은 400㎫ 이상의 항복강도와 30%이상의 압축 변형율을, 상기 al을 10.31at%포함하는 제조예 2는 1300㎫ 이상의 항복강도와 15%이상의 압축 변형율을 동시에 가질 수 있다. According to Table 2, it can be seen that Preparation Examples 1 and 2 simultaneously have a yield strength of 400 MPa or more and a compressive strain of 15% or more. Specifically, Preparation Example 1 containing 9.09 at% of al had a yield strength of 400 MPa or more and a compressive strain of 30% or more, and Preparation Example 2 containing 10.31 at% of al had a yield strength of 1300 MPa or more and a compressive strain of 15% or more. can have at the same time.

이는 앞서 설명한바와 같이 상기 BCC 고용체 상 내부에 평균 직경 10 내지 50㎚의 구형의 NiAl가 정합 석출되어 15%이상의 압축 변형율을 유지하면서도 석출 경화를 통해 강도가 증가되었기 때문이다.This is because, as described above, spherical NiAl having an average diameter of 10 to 50 nm is coherently precipitated inside the BCC solid solution phase, and strength is increased through precipitation hardening while maintaining a compressive strain of 15% or more.

반면에 상기 비교제조예 1 내지 3은 FCC 단상 조직을 가져 압축 변형율은 우수한데 강도가 충분하지 못한 특징이 있다. 또한, 상기 비교제조예 4 내지 5는 BCC 단상 조직으로 인해 압축 변형율이 낮고 취성이 크다는 단점이 있다. On the other hand, Comparative Preparation Examples 1 to 3 have an FCC single-phase structure and have excellent compressive strain but insufficient strength. In addition, Comparative Preparation Examples 4 to 5 have disadvantages in that the compressive strain is low and the brittleness is high due to the BCC single-phase structure.

즉, 본 발명은 상기 Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni으로 이루어진 고엔트로피 합금에 8 내지 10.5at%의 Al을 첨가하여 FCC와 BCC 복합 조직을 갖는 고엔트로피 합금을 제조할 수 있으며, 상기 BCC 격자 구조에 NiAl을 적정량 석출하여 400㎫ 이상의 항복강도와 15%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 고엔트로피 합금을 제조할 수 있다. That is, the present invention can manufacture a high entropy alloy having an FCC and BCC composite structure by adding 8 to 10.5 at% of Al to the high entropy alloy composed of Cr, Mn, Fe, Co and Ni, and the BCC lattice A high entropy alloy having a yield strength of 400 MPa or more and a compressive strain of 15% or more can be produced by precipitating an appropriate amount of NiAl in the structure.

나. CrMnFeCoNiAlme. CrMnFeCoNiAl 0.50.5 TiTi xx 고엔트로피 합금에 포함되는 Ti at% 최적화 Optimization of Ti at% in high-entropy alloys

상술한 제조예에 따라 제조된 고엔트로피 합금에서 Ti를 추가하였을 때 변화하는 물성을 분석하기 위해 하기 표 3에 따라 실시예 및 비교예를 제조하였다. In order to analyze the physical properties that change when Ti is added to the high entropy alloy prepared according to the above-described Preparation Example, Examples and Comparative Examples were prepared according to Table 3 below.

[실시예 1][Example 1]

CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금에서 Ti이 1.79at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 1.79 at% of Ti was included.

[실시예 2][Example 2]

CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금에서 Ti이 3.51at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high-entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 3.51 at% of Ti was included.

[비교예 1][Comparative Example 1]

CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금에서 Ti이 5.17at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 5.17 at% of Ti was included.

[비교예 2][Comparative Example 2]

Ti을 첨가하지 않고, 상기 제조예 1과 동일한 조성으로 제조하였다.It was prepared with the same composition as in Preparation Example 1 without adding Ti.

[비교예 3][Comparative Example 3]

Ti을 첨가하지 않고, 상기 제조예 2와 동일한 조성으로 제조하였다.It was prepared with the same composition as in Preparation Example 2 without adding Ti.

[비교예 3][Comparative Example 3]

CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금에서 Ti이 5.17at% 포함되도록 원료 물질을 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high entropy alloy, all processes were prepared in the same manner as in Example 1 except for preparing the raw material so that 5.17 at% of Ti was included.

Cr
(at%)
Cr
(at%)
Mn
(at%)
Mn
(at%)
Fe
(at%)
Fe
(at%)
Co
(at%)
Co
(at%)
Ni
(at%)
Ni
(at%)
Al
(at%)
Al
(at%)
Ti
(at%)
Ti
(at%)
실시예 1Example 1 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 8.938.93 1.791.79 실시예 2Example 2 17.5417.54 17.5417.54 17.5417.54 17.5417.54 17.5417.54 8.778.77 3.513.51 비교예 1Comparative Example 1 17.2417.24 17.2417.24 17.2417.24 17.2417.24 17.2417.24 8.628.62 5.175.17 비교예 2Comparative Example 2 18.1818.18 18.1818.18 18.1818.18 18.1818.18 18.1818.18 9.099.09 -- 비교예 3Comparative Example 3 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 17.8617.86 10.3110.31 --

[특성 평가 방법][Characteristic evaluation method]

A. XRD, SEM 분석A. XRD, SEM analysis

도 3은 실시예 1(도 3의 Al0.5-Ti0.1), 실시예 2(도 3의 Al0.5-Ti0.2), 비교예 1(도 3의 Al0.5-Ti0.3) 및 비교예 2(도 3의 Al0.5)에 대한 XRD 그래프이고, 도 4는 비교예 2(도 4의 (a), (b))실시예 1(도 4의 (c), (d))의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이며, 도 5는 실시예 2(도 5의 (e), (f)), 비교예 1(도 5의 (g), (f))의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다. 3 shows Example 1 (Al0.5-Ti0.1 in FIG. 3), Example 2 (Al0.5-Ti0.2 in FIG. 3), Comparative Example 1 (Al0.5-Ti0.3 in FIG. 3) And Comparative Example 2 (Al0.5 in FIG. 3) XRD graph, Figure 4 is Comparative Example 2 (Fig. 4 (a), (b)) Example 1 (Fig. 4 (c), (d) ) is a photograph taken by SEM of a cross section, and FIG. 5 is a cross section of Example 2 (Fig. 5 (e), (f)) and Comparative Example 1 (Fig. 5 (g), (f)) by SEM. this is a picture taken

도 3을 참조하면, 상기 고엔트로피 합금은 Ti을 첨가함에 따라 FCC 격자 구조를 갖는 상의 분율이 감소하고, BCC 격자 구조를 갖는 상의 분율이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 Ti가 고엔트로피 합금 내에서 BCC 상의 성장을 촉진할 수 있다. Referring to FIG. 3 , it can be seen that the fraction of the phase having the FCC lattice structure decreases and the fraction of the phase having the BCC lattice structure increases as Ti is added to the high entropy alloy. That is, the Ti may promote the growth of the BCC phase in the high entropy alloy.

구체적으로 도 4의 (a), (b)를 참조하면, 상기 Ti가 첨가되지 않은 비교예 1은 FCC 구조의 수지상 결정(dendrite)이 전체적으로 분포하고 있으며, 상기 FCC 일부 계면에 BCC가 형성되었음을 알 수 있다. 다만, 상기 비교예 1은 상기 Ti이 첨가되지 않은 관계로 상기 NiAl과 상기 Ni2TiAl이 층상 결합한 계층적 조직(hierarchical structure)이 관찰되지 않았다. Specifically, referring to (a) and (b) of FIG. 4 , in Comparative Example 1 in which Ti was not added, dendrites of the FCC structure were distributed throughout, and BCC was formed at some interfaces of the FCC. can However, in Comparative Example 1, a hierarchical structure in which NiAl and Ni 2 TiAl were layered was not observed because Ti was not added.

도 4의 (c), (d)를 참조하면, 상기 Al이 8.93at%, 상기 Ti가 1.79at% 포함하는 실시예 1은 BCC 영역이 증가하였으며, 상기 Ti로 인하여 상기 BCC 일부 영역에 상기 NiAl과 상기 Ni2TiAl이 층상 결합한 계층적 조직이 형성되었음을 알 수 있다. Referring to (c) and (d) of FIG. 4 , in Example 1 including 8.93 at% of Al and 1.79 at% of Ti, the BCC region increased, and the NiAl in some BCC regions due to the Ti. It can be seen that a hierarchical structure in which Ni 2 TiAl and Ni 2 TiAl are layered is formed.

도 5의 (e), (f)를 참조하면, 상기 Al이 8.77at%, 상기 Ti가 3.51at% 포함하는 실시예 2은 BCC 대부분에 영역에 계층적 조직이 형성되었으며, 상기 NiAl/Ni2TiAl이 FCC와 BCC 계면으로 확대되는 것을 확인할 수 있다. Referring to (e) and (f) of FIG. 5 , in Example 2 including 8.77 at% of Al and 3.51 at% of Ti, a hierarchical structure was formed in most of the BCC region, and the NiAl/Ni 2 It can be seen that TiAl extends to the FCC and BCC interfaces.

마지막으로 도 5의 (g), (h)를 참조하면, 상기 Al이 8.62at%, 상기 Ti가 5.17at% 포함하는 비교예 1은 FCC 모든 영역이 NiAl/Ni2TiAl으로 변환된 것을 알 수 있다. Finally, referring to (g) and (h) of FIG. 5, in Comparative Example 1 including 8.62 at% of Al and 5.17 at% of Ti, it can be seen that all FCC regions are converted to NiAl/Ni 2 TiAl. there is.

즉, 상술한 결과로 상기 고엔트로피 합금 내 Ti가 증가할수록 NiAl/Ni2TiAl 영역이 확대되나, Ti가 4at%를 초과하면, 상기 고엔트로피 합금의 모든 FCC 격자 배열이 BCC로 변환됨에 따라 상기 고엔트로피 합금이 BCC 단일상으로 변하는 것을 알 수 있다. That is, as a result of the above, as Ti in the high entropy alloy increases, the NiAl/Ni 2 TiAl region expands, but when Ti exceeds 4at%, all FCC lattice arrangements of the high entropy alloy are converted to BCC, and the high entropy alloy It can be seen that the entropic alloy changes to the BCC single phase.

B. 항복강도 및 압축 변형율 분석B. Analysis of yield strength and compressive strain

상기 CrMnFeCoNiAl0.5Tix 고엔트로피 합금에 대하여, 상기 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금과 동일하게 압축 응력 시험(Compressive Stress test)을 시행하였으며, 그 결과를 표 4 및 상기 도 6에 개시하였다. For the CrMnFeCoNiAl 0.5 Ti x high entropy alloy, a compressive stress test was performed in the same manner as the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy, and the results are shown in Table 4 and FIG. 6.

Al (at%)Al (at%) Ti (at%)Ti (at%) 항복강도(㎫)Yield strength (MPa) 압축 변형율(%)Compressive strain (%) 실시예 1Example 1 8.938.93 1.791.79 1,1041,104 3434 실시예 2Example 2 8.778.77 3.513.51 1,5161,516 22.222.2 비교예 1Comparative Example 1 8.628.62 5.175.17 2,0812,081 1.11.1 비교예 2Comparative Example 2 9.099.09 -- 454454 33.233.2 비교예 3Comparative Example 3 10.3110.31 -- 1,3311,331 17.117.1

상기 표 2 및 도 6을 참조하면, 상기 Ti이 0.5 내지 4at% 포함하는 실시예 1, 실시예 2는 1,000㎫ 이상의 항복강도와 20%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 Al을 8.93at%, 상기 Ti을 1.79at% 포함하는 실시예 1은 1,000㎫ 이상의 항복강도와 30% 이상의 압축 변형율을 가지며, Al을 8.77at%, 상기 Ti을 3.51at% 포함하는 실시예 2는 1,500㎫ 이상의 항복강도와 20% 이상의 압축 변형율을 가진다. 이는 동일한 Al 조성을 가진 실시예 1과 비교하였을 때 항복강도가 650 내지 1062㎫ 증가한다는 것을 의미한다. Referring to Table 2 and FIG. 6, it can be seen that Examples 1 and 2 containing 0.5 to 4 at% of Ti simultaneously have a yield strength of 1,000 MPa or more and a compressive strain of 20% or more. Specifically, Example 1 containing 8.93 at% of Al and 1.79 at% of Ti has a yield strength of 1,000 MPa or more and a compressive strain of 30% or more, and includes 8.77 at% of Al and 3.51 at% of Ti. 2 has a yield strength of 1,500 MPa or more and a compressive strain of 20% or more. This means that the yield strength is increased by 650 to 1062 MPa when compared to Example 1 having the same Al composition.

반면에, 상기 Al을 8.62at%, 상기 Ti을 5.17at% 포함하는 비교예 1은 1,000㎫이상의 항복강도를 가지나, 압축 변형율이 1.1%로 급감한 것을 알 수 있다. 이는, 상기 Ti로 인하여 고엔트로피 합금이 BCC 단일상으로 변하여 압축 변형율이 급감하였기 때문이다.On the other hand, Comparative Example 1 containing 8.62 at% of Al and 5.17 at% of Ti had a yield strength of 1,000 MPa or more, but it could be seen that the compressive strain decreased sharply to 1.1%. This is because the high-entropy alloy was changed to a BCC single phase due to the Ti, and the compressive strain decreased rapidly.

한편, 상기 비교예 2, 비교예 3은 BCC 고용체 상에 NiAl과 상기 Ni2TiAl이 층상 결합한 계층적 조직이 형성되지 않은 이유로 상기 실시예 1 및 실시예 2에 비해 항복강도가 낮은 것을 확인하였다. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3, the yield strength was lower than that of Examples 1 and 2 because a hierarchical structure in which NiAl and Ni 2 TiAl were layered was not formed on the BCC solid solution. It was confirmed.

앞서 설명한바와 같이 본 발명은 Cr-Mn-Fe-Co-Ni을 포함하는 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금에 Al을 8 내지 10.5at% 포함하여 상기 고엔트로피 합금이 FCC 계열의 합금 기지에 적정량의 BCC 고용체 상 및 적정량의 NiAl을 석출시킬 수 있다. As described above, the present invention includes 8 to 10.5 at% of Al in the CrMnFeCoNi high entropy alloy containing Cr-Mn-Fe-Co-Ni, so that the high entropy alloy is an appropriate amount of BCC solid solution phase and An appropriate amount of NiAl can be deposited.

또한, 본 발명은 상기 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에 Ti을 0.5 내지 4at% 포함하여 NiAl과 상기 Ni2TiAl이 층상 구조로 결합한 계층적 조직을 석출시킬 수 있다. In addition, the present invention includes 0.5 to 4 at% of Ti in the CrMnFeCoNiAl x high entropy alloy to precipitate a hierarchical structure in which NiAl and Ni 2 TiAl are combined in a layered structure.

이를 통해 본 발명은, 도 7과 같이 CrMnFeCoNi 고엔트로피 합금에 Al을 8 내지 10.5at% 포함하여 400㎫ 이상의 항복강도와 15%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 고엔트로피 합금을 제공할 수 있으며, 또한 CrMnFeCoNiAlx 고엔트로피 합금에 Ti을 추가적으로 0.5 내지 4at% 더 포함하여 1,000㎫ 이상의 항복강도와 20%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 고엔트로피 합금을 제공할 수 있다. Through this, the present invention can provide a high entropy alloy having a yield strength of 400 MPa or more and a compressive strain of 15% or more at the same time by including 8 to 10.5 at% of Al in the CrMnFeCoNi high entropy alloy as shown in FIG. 7, and also CrMnFeCoNiAl x A high entropy alloy having a yield strength of 1,000 MPa or more and a compressive strain of 20% or more at the same time may be provided by further including 0.5 to 4 at% of Ti in the high entropy alloy.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific details and limited examples as described above, this is only provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above examples, and the present invention belongs Various modifications and variations from these descriptions are possible to those skilled in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and it will be said that not only the claims to be described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims belong to the scope of the present invention. .

Claims (8)

Al 8 내지 10.5at%, Cr 5 내지 25at%, Mn 15 내지 35at%, Fe 5 내지 30at%, Co 10 내지 25at%, Ni 10 내지 25at% 및 Ti을 0.5 내지 4at% 포함하는 것을 특징으로 하는, 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금.8 to 10.5 at% of Al, 5 to 25 at% of Cr, 15 to 35 at% of Mn, 5 to 30 at% of Fe, 10 to 25 at% of Co, 10 to 25 at% of Ni, and 0.5 to 4 at% of Ti, A high-entropy alloy containing hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates. 제 1항에 있어서,
상기 Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni의 첨가량은 원자%로 동일하거나, 각 성분간의 함량차가 20% 이내인 것을 특징으로 하는 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금.
According to claim 1,
The addition amounts of Cr, Mn, Fe, Co, and Ni are the same in atomic percent, or the content difference between each component is within 20 %.
제 1항에 있어서,
상기 고엔트로피 합금은, 면심입방(FCC) 계열의 합금 기지에 체심입방(BCC) 계열의 석출물이 석출된 것을 특징으로 하는, 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금.
According to claim 1,
The high entropy alloy is a high entropy alloy containing hierarchical NiAl / Ni 2 TiAl precipitates, characterized in that body-centered cubic (BCC)-based precipitates are precipitated on a face-centered cubic (FCC)-based alloy matrix.
제 3항에 있어서,
상기 고용체 상 내부에 NiAl와 Ni2TiAl의 두 가지 상으로 이루어진 계층적 조직(hierarchical structure)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금.
According to claim 3,
A high entropy alloy containing hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates, characterized in that a hierarchical structure consisting of two phases of NiAl and Ni 2 TiAl is formed inside the solid solution phase.
제 4항에 있어서,
상기 고엔트로피 합금은 NiAl과 Ni2TiAl의 상분율이 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금.
[관계식 1]
40 ≤ B2 / L21 ≤ 50
(상기 관계식 1에서 B2는 NiAl 석출물의 상분율(%)이며,L21는 Ni2TiAl 석출물의 상분율(%)이다)
According to claim 4,
The high entropy alloy is a high entropy alloy including hierarchical NiAl/Ni 2 TiAl precipitates, characterized in that the phase fraction of NiAl and Ni 2 TiAl satisfies the following relational expression 1.
[Relationship 1]
40 ≤ B2 / L2 1 ≤ 50
(In the above relational expression 1, B2 is the phase fraction (%) of NiAl precipitates, and L2 1 is the phase fraction (%) of Ni 2 TiAl precipitates)
제 1항에 있어서,
상기 고엔트로피 합금은, 실온에서 1,000㎫ 이상의 항복강도와 20%이상의 압축 변형율을 동시에 갖는 것을 특징으로 하는, 계층적 NiAl/Ni2TiAl 석출물을 포함하는 고엔트로피 합금.
According to claim 1,
The high entropy alloy is a high entropy alloy containing hierarchical NiAl / Ni 2 TiAl precipitates, characterized in that it simultaneously has a yield strength of 1,000 MPa or more and a compressive strain of 20% or more at room temperature.
a) Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni 및 Ti 또는 Ta 중 선택되는 어느 하나의 원료 물질을 준비하는 단계; 및
b) 상기 원료 물질들을 진공 아크 용융하여 잉곳을 제조하는 단계;를 포함하며,
상기 잉곳은 Al 8 내지 10.5at%, Cr 5 내지 25at%, Mn 15 내지 35at%, Fe 5 내지 30at%, Co 10 내지 25at%, Ni 10 내지 25at% 및 Ti을 0.5 내지 4at%를 포함하는것을 특징으로 하는, Al을 첨가한 고엔트로피 합금의 제조방법.
a) preparing any one raw material selected from among Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Ti or Ta; and
b) preparing an ingot by vacuum arc melting the raw materials;
The ingot contains 8 to 10.5 at% Al, 5 to 25 at% Cr, 15 to 35 at% Mn, 5 to 30 at% Fe, 10 to 25 at% Co, 10 to 25 at% Ni, and 0.5 to 4 at% Ti Characterized in, a method for producing a high entropy alloy with addition of Al.
제 7항에 있어서,
Al을 첨가한 고엔트로피 합금은, 면심입방(FCC) 계열의 합금 기지에 체심입방(BCC) 계열의 석출물이 석출된 것을 특징으로 하는, Al을 첨가한 고엔트로피 합금의 제조방법.
According to claim 7,
The Al-added high-entropy alloy is characterized in that body-centered cubic (BCC)-based precipitates are precipitated on the face-centered cubic (FCC)-based alloy matrix.
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