KR20230076482A - High-entropy alloy and manufacturing method for high-temperature applications - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 고온용 고엔트로피합금 및 제조방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a high-entropy alloy for high temperature and a manufacturing method.
니켈(Ni)계 초합금은 고온 동작 환경하에서의 그 높은 강도로 인해 가스 터빈 부품, 항공기용 엔진부재, 화학 플랜트 재료, 자동차용 터보차저 로터 및 고온 용광로 재료를 포함한, 다양한 공업용 구성요소의 제조로 폭 넓게 사용되고 있다. Ni계 초합금은 전형적으로는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상을 포함한 미세구조를 가진다. γ 상은 γ' 상을 위한 매트릭스로서 기능할 수 있고 γ 매트릭스로 불리는 일이 있다. γ' 상에서는, 복수의 감마 프라임 입자(γ' 입자) 또는 석출물이 γ 매트릭스 중에 분산될 수 있다. γ' 상은 온도 상승하에서 Ni 기반의 초합금의 고강도의 주된 요인이다.Nickel (Ni)-based superalloys are widely used in the manufacture of various industrial components, including gas turbine parts, aircraft engine parts, chemical plant materials, automobile turbocharger rotors, and high-temperature furnace materials, due to their high strength under high-temperature operating environments. It is being used. Ni-based superalloys typically have a microstructure including a gamma (γ) phase and a gamma prime (γ′) phase. The γ phase can function as a matrix for the γ' phase and is sometimes referred to as the γ matrix. In the γ' phase, a plurality of gamma prime particles (γ' particles) or precipitates may be dispersed in the γ matrix. The γ' phase is a major factor in the high strength of Ni-based superalloys under elevated temperatures.
[선행기술문헌][Prior art literature]
한국등록특허 제10-2228130호(등록일: 2021.03.10) Korean Patent Registration No. 10-2228130 (registration date: 2021.03.10)
고온의 환경에서 우수한 특성을 보이는 고온용 고엔트로피합금 및 고온용 고엔트로피합금의 제조방법을 제공한다.Provided is a high-entropy alloy for high-temperature use that exhibits excellent properties in a high-temperature environment and a method for manufacturing the high-entropy alloy for high-temperature use.
원자 백분율(atomic percent)로, 코발트(Co) 36 ~ 42, 니켈(Ni) 41 ~ 44, 티타늄(Ti) 2.7 ~ 8.3, 알루미늄(Al) 5.8 ~ 10.0 및 몰리브덴(Mo) 1.7 ~ 6.4의 합금 조성 범위로 제작된 고온용 고엔트로피합금을 제공한다.Alloy composition, in atomic percent, of cobalt (Co) 36 to 42, nickel (Ni) 41 to 44, titanium (Ti) 2.7 to 8.3, aluminum (Al) 5.8 to 10.0, and molybdenum (Mo) 1.7 to 6.4 Provided is a high entropy alloy for high temperature manufactured in the range.
일측에 따르면, 상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도(solvus temperature)는 1195 내지 1208℃의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, the solvus temperature of the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high temperature may be characterized in that it is included in the range of 1195 to 1208 ° C.
다른 측면에 따르면, 상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치(lattice misfit) 정도는 0.3 내지 0.4%의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the degree of lattice misfit of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ') phase included in the high-entropy alloy for high temperature use may be characterized in that it is included in the range of 0.3 to 0.4%. .
또 다른 측면에 따르면, 상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 부피비(volume fraction)은 48% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the volume fraction of the gamma prime (γ') phase included in the high-entropy alloy for high temperature may be 48% or more.
원자 백분율로, 코발트(Co) 43 ~ 45, 니켈(Ni) 37 ~ 44, 티타늄(Ti) 5.0 ~ 8.2, 알루미늄(Al) 2.1 ~ 4.5 및 크롬(Cr) 5.7 ~ 7.1의 합금 조성 범위로 제작된 고온용 고엔트로피합금을 제공한다.Fabricated with an alloy composition range of 43 to 45 cobalt (Co), 37 to 44 nickel (Ni), 5.0 to 8.2 titanium (Ti), 2.1 to 4.5 aluminum (Al), and 5.7 to 7.1 chromium (Cr), in atomic percent. Provided is a high entropy alloy for high temperature use.
일측에 따르면, 상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도는 1128 내지 1140℃의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, the solvus temperature of the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high temperature may be characterized in that it is included in the range of 1128 to 1140 ° C.
다른 측면에 따르면, 상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치 정도는 0.8 내지 1.0%의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the degree of lattice mismatch of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high temperature use may be characterized in that it is included in the range of 0.8 to 1.0%.
또 다른 측면에 따르면, 상기 고온용 고엔트로피합금은 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상을 모두 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the high-entropy alloy for high temperature may include both a gamma (γ) phase and a gamma prime (γ′) phase.
원자 백분율로, 코발트(Co) 36 ~ 42, 니켈(Ni) 41 ~ 44, 티타늄(Ti) 2.7 ~ 8.3, 알루미늄(Al) 5.8 ~ 10.0 및 몰리브덴(Mo) 1.7 ~ 6.4의 단원소 또는 합금화한 금속 소재를 이용하여 고엔트로피합금을 제조하는 단계; 상기 제조된 고엔트로피합금을 1차로 열처리하는 단계; 및 상기 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 단계를 포함하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법을 제공한다.Elements or alloyed metals, in atomic percent, of cobalt (Co) 36 to 42, nickel (Ni) 41 to 44, titanium (Ti) 2.7 to 8.3, aluminum (Al) 5.8 to 10.0, and molybdenum (Mo) 1.7 to 6.4 Manufacturing a high entropy alloy using a material; first heat-treating the high-entropy alloy prepared above; and secondly heat-treating the firstly heat-treated high-entropy alloy to produce a high-entropy alloy for high-temperature use.
원자 백분율로, 코발트(Co) 43 ~ 45, 니켈(Ni) 37 ~ 44, 티타늄(Ti) 5.0 ~ 8.2, 알루미늄(Al) 2.1 ~ 4.5 및 크롬(Cr) 5.7 ~ 7.1의 단원소 또는 합금화한 금속 소재를 이용하여 고엔트로피합금을 제조하는 단계; 상기 제조된 고엔트로피합금을 1차로 열처리하는 단계; 및 상기 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 단계를 포함하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법을 제공한다.Elemental or alloyed metals, in atomic percent, of cobalt (Co) 43 to 45, nickel (Ni) 37 to 44, titanium (Ti) 5.0 to 8.2, aluminum (Al) 2.1 to 4.5, and chromium (Cr) 5.7 to 7.1. Manufacturing a high entropy alloy using a material; first heat-treating the high-entropy alloy prepared above; and secondly heat-treating the firstly heat-treated high-entropy alloy to produce a high-entropy alloy for high-temperature use.
일측에 따르면, 상기 고엔트로피합금을 제조하는 단계에서, 상기 단원소 또는 합금화한 금속 소재를 이용한 3차원 프린팅 또는 레이저 클래딩(laser cladding)을 통해 상기 고엔트로피합금을 제조하고, 상기 3차원 프린팅은 복수의 멀티-호퍼(multi-hopper)를 이용하여 상기 단원소 또는 합금화한 금속 소재의 피딩량을 제어하는 DED(Directed Energy Deposition) 공법을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, in the step of manufacturing the high entropy alloy, the high entropy alloy is manufactured through 3D printing or laser cladding using the single element or alloyed metal material, and the 3D printing is performed in a plurality of It may be characterized in that it includes a DED (Directed Energy Deposition) method for controlling the feeding amount of the single element or alloyed metal material using a multi-hopper of the.
다른 측면에 따르면, 상기 DED 공법에서, 레이저 파워(laser power)는 150 W 내지 3 kW의 범위에 포함되고, 빔 크기(beam size)는 400 내지 2400 um의 범위에 포함되고, 레이저 스캐닝 속도(laser scanning speed)는 0.5 내지 2.0 m/min의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the DED method, the laser power is included in the range of 150 W to 3 kW, the beam size is included in the range of 400 to 2400 um, and the laser scanning speed (laser scanning speed) may be characterized in that it is included in the range of 0.5 to 2.0 m / min.
또 다른 측면에 따르면, 상기 1차로 열처리하는 단계에서, 상기 제조된 고엔트로피합금을 1250℃에서 24시간 동안 1차로 열처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the first heat treatment step, the prepared high entropy alloy may be first heat treated at 1250° C. for 24 hours.
또 다른 측면에 따르면, 상기 2차로 열처리하는 단계에서, 상기 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 900℃에서 24시간 동안 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the second heat treatment step, the first heat treatment high entropy alloy is secondly heat treated at 900° C. for 24 hours to produce a high entropy alloy for high temperature use.
고온의 환경에서 우수한 특성을 보이는 고온용 고엔트로피합금 및 고온용 고엔트로피합금의 제조방법을 제공할 수 있다.It is possible to provide a high-entropy alloy for high temperature and a method for manufacturing the high-entropy alloy for high temperature, which exhibits excellent characteristics in a high-temperature environment.
기존에 고온물성이 요구되는 분야에서 활용되고 있는 니켈계 초합금의 상용온도를 뛰어넘는 우수한 고온 특성을 갖고 있으며, 기존 연구되고 있는 고온용 코발트(Co)-니켈(Ni)계 합금들보다 우수한 감마 프라임 상의 솔버스 온도(solvus temperature)를 가진 고온용 고엔트로피합금 및 고온용 고엔트로피합금의 제조방법을 제공할 수 있다.It has excellent high-temperature characteristics that exceed the commercial temperature of nickel-based superalloys that have been used in fields requiring high-temperature properties, and is superior to cobalt (Co)-nickel (Ni)-based alloys for high temperatures that have been researched. It is possible to provide a high-entropy alloy for high-temperature use having a solvus temperature of the phase and a method for manufacturing the high-entropy alloy for high-temperature use.
5가지 이상의 원소를 포함하고 있음에도 안정한 하나의 FCC(Face Centered Cubic)상을 갖는 고온용 고엔트로피합금 및 고온용 고엔트로피합금의 제조방법을 제공할 수 있다. 이때, 고온용 고엔트로피합금은 서로 크기가 다른 원자들이 FCC의 상에 고용되어 있는 형태를 가지며 격자의 뒤틀림으로 인한 고엔트로피 효과를 기대할 수 있다.It is possible to provide a high-entropy alloy for high-temperature use having one face centered cubic (FCC) phase that is stable even though it contains five or more elements and a method for manufacturing the high-entropy alloy for high-temperature use. At this time, the high-entropy alloy for high-temperature use has a form in which atoms of different sizes are dissolved in the FCC phase, and a high-entropy effect due to lattice distortion can be expected.
순수 원소 분말들을 이용한 3차원 프린팅 또는 레이저 클래딩(laser cladding)을 통해 고온용 고엔트로피합금을 제조함으로써, 다양한 형상의 어플리케이션의 제작 및 보수(repair)가 가능하여 고온용 고엔트로피합금을 통해 제작된 제품의 열효율 및 수명 연장을 기대할 수 있다.By manufacturing high-entropy alloy for high-temperature use through 3D printing or laser cladding using pure element powders, it is possible to manufacture and repair various shapes of applications, and products manufactured through high-entropy alloy for high-temperature use of thermal efficiency and life extension can be expected.
기존의 주조방식이 아닌 3D 프린팅 또는 레이저 클래딩을 활용하여 제품을 제작할 수 있기 때문에 형상의 자유도를 높여 설계의 물리적 한계를 극복할 수 있다.Since products can be manufactured using 3D printing or laser cladding instead of the existing casting method, the physical limitations of design can be overcome by increasing the freedom of shape.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 제조방법의 예를 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 제조방법의 다른 예를 도시한 순서도이다.
도 3은 기존의 고엔트로피합금의 제조과정의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고엔트로피합금의 제조과정의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 CoNiTiAlMo 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지 및 XRD(X-Ray Diffraction) 결과 그래프의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 1차로 열처리된 CoNiTiAlMo 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지 및 XRD 결과 그래프의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 2차로 열처리된 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지 및 XRD 결과 그래프의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 상 전이 온도의 예를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 샘플 번호 39의 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지들과 XRD 결과의 예를 도시한 그래프들이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서, 샘플 번호 14, 15, 16, 17 각각의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지들과 XRD 결과의 예를 도시한 그래프들이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 있어서, 샘플 번호 14, 15, 16, 17 각각의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금의 상 전이 온도의 예를 도시한 그래프들이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 격자 불일치 정도의 다른 예를 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 솔버스 온도의 다른 예를 나타낸 그래프이다.The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to aid understanding of the present invention, provide examples of the present invention and explain the technical idea of the present invention together with the detailed description.
1 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating another example of a method for manufacturing a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a conventional high entropy alloy.
4 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a high entropy alloy according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope image and an X-Ray Diffraction (XRD) result graph of a CoNiTiAlMo high entropy alloy prepared according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope image and an XRD result graph of a CoNiTiAlMo high-entropy alloy subjected to primary heat treatment in one embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope image and an XRD result graph of a secondly heat-treated CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high temperature in one embodiment of the present invention.
8 is a graph showing an example of a phase transition temperature of a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention.
9 is graphs showing examples of scanning electron microscope images and XRD results of CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high temperature use of Sample No. 39 according to one embodiment of the present invention.
10 to 13 are graphs showing examples of scanning electron microscope images and XRD results of CoNiTiAlCr high-entropy alloys of Sample Nos. 14, 15, 16, and 17, respectively, according to one embodiment of the present invention.
14 to 17 are graphs showing examples of phase transition temperatures of CoNiTiAlCr high-entropy alloys for high-temperature use of Sample Nos. 14, 15, 16, and 17, respectively, according to one embodiment of the present invention.
18 is a graph showing another example of the degree of lattice mismatch of a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention.
19 is a graph showing another example of the solvus temperature of a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석 되어야 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 고온용 고엔트로피합금 및 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention. It should be understood that there may be many equivalents and variations. Hereinafter, a high-entropy alloy for high temperature and a manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 제조방법의 예를 도시한 순서도이다. 본 실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 제조방법은 원자 백분율로, 코발트(Co) 36 ~ 42, 니켈(Ni) 41 ~ 44, 티타늄(Ti) 2.7 ~ 8.3, 알루미늄(Al) 5.8 ~ 10.0 및 몰리브덴(Mo) 1.7 ~ 6.4의 단원소 또는 합금화한 금속 소재를 이용하여 고엔트로피합금을 제조하는 단계(110), 제조된 고엔트로피합금을 1차로 열처리하는 단계(120) 및 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 단계(130)를 포함할 수 있다.1 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method of the high-entropy alloy for high temperature according to the present embodiment, in atomic percentage, cobalt (Co) 36 ~ 42, nickel (Ni) 41 ~ 44, titanium (Ti) 2.7 ~ 8.3, aluminum (Al) 5.8 ~ 10.0 and
단계(110)에서는, 3차원 프린팅 또는 레이저 클래딩(laser cladding)을 이용하여 단원소 및/또는 합금화한 금속 소재의 다양한 성분 조성으로 한번에 고엔트로피합금(CoNiTiAlMo)을 제조할 수 있다. 이때, 3차원 프린팅은 복수의 멀티-호퍼(multi-hopper)를 이용하여 단원소 및/또는 합금화한 금속 소재의 피딩량을 제어하는 DED(Directed Energy Deposition) 공법을 포함할 수 있다. DED 공법을 이용하는 경우, 단원소(일례로, 코발트(Co), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 몰리브덴(Mo)) 및/또는 합금화한 금속 소재들을 각각 피딩하여 한번에 고엔트로피합금을 스피드 스캐닝(speed scanning)할 수 있기 때문에, 작은 조성 차이에도 큰 특성의 변화를 보이는 고엔트로피합금의 제조에 최적화된 제조방법을 제공할 수 있다. In
단계(120)에서는, 제조된 고엔트로피합금을 1250℃에서 24시간 동안 1차로 열처리할 수 있으며, 단계(130)에서는 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 900℃에서 24시간 동안 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조할 수 있다. 1차 및 2차 열처리는 제조된 고엔트로피합금의 미세조직을 균질화할 수 있다.In
이때, 제조되는 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도(solvus temperature)는 1195 내지 1208℃ 이상일 수 있으며, 부피비(volume fraction)은 48% 이상일 수 있다. 또한, 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치(lattice misfit) 정도는 0.3 내지 0.4%의 범위에 포함될 수 있다.In this case, the solvus temperature of the gamma prime (γ′) phase included in the manufactured high-entropy alloy for high temperature use may be 1195 to 1208° C. or more, and the volume fraction may be 48% or more. In addition, the degree of lattice misfit of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high temperature use may be included in the range of 0.3 to 0.4%.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 제조방법의 다른 예를 도시한 순서도이다. 본 실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 제조방법은 원자 백분율로, 코발트(Co) 43 ~ 45, 니켈(Ni) 37 ~ 44, 티타늄(Ti) 5.0 ~ 8.2, 알루미늄(Al) 2.1 ~ 4.5 및 크롬(Cr) 5.7 ~ 7.1의 단원소 또는 합금화한 금속 소재 이용하여 고엔트로피합금을 제조하는 단계(210), 제조된 고엔트로피합금을 1차로 열처리하는 단계(220) 및 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 단계(230)를 포함할 수 있다.2 is a flowchart illustrating another example of a method for manufacturing a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method of the high-entropy alloy for high temperature according to the present embodiment, in atomic percentage, cobalt (Co) 43 ~ 45, nickel (Ni) 37 ~ 44, titanium (Ti) 5.0 ~ 8.2, aluminum (Al) 2.1 ~ 4.5 and Manufacturing a high-entropy alloy using a single element of chromium (Cr) 5.7 to 7.1 or an alloyed metal material (210), firstly heat-treating the manufactured high-entropy alloy (220), and the first heat-treated high-entropy alloy It may include a
단계(210)에서는, 3차원 프린팅 또는 레이저 클래딩(laser cladding)을 이용하여 단원소 및/또는 합금화한 금속 소재의 다양한 성분 조성으로 한번에 고엔트로피합금(CoNiTiAlCr)을 제조할 수 있다. 이 경우에도, 3차원 프린팅은 DED 공법을 포함할 수 있다. DED 공법을 이용하는 경우, 단원소 및/또는 합금화한 금속 소재를 각각 피딩하여 한번에 고엔트로피합금을 스피드 스캐닝할 수 있기 때문에, 작은 조성 차이에도 큰 특성의 변화를 보이는 고엔트로피합금의 제조에 최적화된 제조방법을 제공할 수 있다. In
단계(220)에서는, 제조된 고엔트로피합금을 1250℃에서 24시간 동안 1차로 열처리할 수 있으며, 단계(230)에서는 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 900℃에서 24시간 동안 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조할 수 있다. 이러한 단계(220) 및 단계(230)는 도 1의 단계(120) 및 단계(130)에 대응할 수 있으며, 이러한 1차 및 2차 열처리는 제조된 고엔트로피합금의 미세조직을 균질화할 수 있다.In
이때, 제조되는 고온용 고엔트로피합금은 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ')을 모두 포함할 수 있다. 일례로, 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도(solvus temperature)는 1128 내지 1140℃의 범위에 포함될 수 있으며, 부피비(volume fraction)은 7% 이상일 수 있다. 또한, 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치(lattice misfit) 정도는 0.8 내지 1.0%의 범위에 포함될 수 있다.In this case, the manufactured high-entropy alloy for high temperature may include both a gamma (γ) phase and a gamma prime (γ′). For example, the solvus temperature of the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high temperature may be in the range of 1128 to 1140° C., and the volume fraction may be 7% or more. In addition, the degree of lattice misfit of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high temperature use may be included in the range of 0.8 to 1.0%.
도 3은 기존의 고엔트로피합금의 제조과정의 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고엔트로피합금의 제조과정의 예를 도시한 도면이다.3 is a view showing an example of a manufacturing process of a conventional high entropy alloy, and FIG. 4 is a view showing an example of a manufacturing process of a high entropy alloy according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 기존의 고엔트로피합금의 제조과정에서는 미리 혼합된 합금 분말(premixed alloy powder)을 이용한 3차원 프린팅을 이용하여 고엔트로피합금을 제조할 수 있다. 그러나, 기존의 고엔트로피합금의 제조 방식은 원하는 조성의 합금을 쉽게 만들 수 있다는 장점이 있지만, 분말을 고르게 혼합하기 위한 추가적인 장비와 공정, 그리고 수일의 시간이 필요하다는 단점이 존재한다.As shown in FIG. 3 , in the conventional high entropy alloy manufacturing process, the high entropy alloy can be manufactured using 3D printing using premixed alloy powder. However, the existing high-entropy alloy manufacturing method has the advantage of being able to easily produce an alloy of a desired composition, but has the disadvantage of requiring additional equipment and processes for uniformly mixing powders and several days of time.
반면, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고엔트로피합금의 제조과정에서는 복수의 멀티-호퍼(multi-hopper)를 이용하여 순수 원소 분말들의 피딩량을 제어하는 DED 공법을 이용하여 순수 원소 분말들(일례로, 코발트(Co), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 몰리브덴(Mo))을 각각 피딩하여 한번에 고엔트로피합금을 스피드 스캐닝할 수 있기 때문에, 작은 조성 차이에도 큰 특성의 변화를 보이는 고엔트로피합금의 제조에 최적화된 제조방법을 제공할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 4, in the manufacturing process of the high-entropy alloy according to the present embodiment, the DED method of controlling the feeding amount of pure element powders using a plurality of multi-hoppers is used to obtain pure water. Since elemental powders (eg, cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), and molybdenum (Mo)) can be fed separately to speed-scan a high-entropy alloy at once, a small composition It is possible to provide a manufacturing method optimized for manufacturing a high entropy alloy showing a large change in properties even with a difference.
보다 구체적인 예로, 본 실시예에 따른 고엔트로피합금의 제조과정에서는 금속 합금 재료 개발 전용 프린터인 "MX-Lab"의 복수의 피더(feeder)를 활용하여 순수 금속(pure metal) 각각의 분말 피드량을 조절함으로써, 다양한 목표 조성의 고엔트로피합금(CoNiTiAlMo)을 제조할 수 있다.As a more specific example, in the manufacturing process of the high entropy alloy according to the present embodiment, a plurality of feeders of "MX-Lab", a printer dedicated to metal alloy material development, are used to determine the powder feed amount of each pure metal. By adjusting, it is possible to manufacture high-entropy alloys (CoNiTiAlMo) of various target compositions.
아래 표 1은 다양한 목표 조성과 제조 조건으로 총 50회에 걸쳐 제작된 CoNiTiAlMo 고엔트로피합금의 샘플들을 나타내고 있다.Table 1 below shows samples of the CoNiTiAlMo high entropy alloy fabricated over a total of 50 times with various target compositions and manufacturing conditions.
(μm)Layer Height
(μm)
이때, 샘플 번호(Sample No.) 16, 33, 39에서 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상이 모두 발견되었다.At this time, both the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ′) phase were found in Sample Nos. 16, 33, and 39.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 CoNiTiAlMo 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지 및 XRD(X-Ray Diffraction) 결과 그래프의 예를 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 1차로 열처리된 CoNiTiAlMo 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지 및 XRD 결과 그래프의 예를 도시한 도면이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 2차로 열처리된 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지 및 XRD 결과 그래프의 예를 도시한 도면이다. 도 5 내지 도 7의 실시예에 따른 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금은 표 1에 나타난 샘플 번호 33에 대응될 수 있다. 이때, 도 6의 이미지는 몰리브덴(Mo) 원소가 잘 용해됨을 보이고 있으며, 도 7의 이미지는 감마(γ) 상뿐만 아니라, 감마 프라임(γ') 상도 갖는 고온용 고엔트로피합금이 형성되었음을 나타내고 있다. 도 5, 도 6 및 도 7의 그래프들이 나타내는 XRD 결과를 통해, 1차 열처리를 통해서도 안정된 FCC상을 가짐을 보이고 있으며, 2차 열처리를 통해 감마(γ) 상뿐만 아니라, 감마 프라임(γ') 상도 갖는 고온용 고엔트로피합금이 형성되었음을 나타내고 있다.5 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope image and an X-Ray Diffraction (XRD) result graph of a CoNiTiAlMo high entropy alloy prepared according to an embodiment of the present invention. 6 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope image and an XRD result graph of a CoNiTiAlMo high entropy alloy subjected to primary heat treatment in one embodiment of the present invention. 7 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope image and an XRD result graph of a secondly heat-treated CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high temperature in one embodiment of the present invention. The CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high temperature use according to the examples of FIGS. 5 to 7 may correspond to Sample No. 33 shown in Table 1. At this time, the image of FIG. 6 shows that the molybdenum (Mo) element is well dissolved, and the image of FIG. 7 shows that a high-entropy alloy for high temperature having not only a gamma (γ) phase but also a gamma prime (γ′) phase is formed. . Through the XRD results shown in the graphs of FIGS. 5, 6 and 7, it is shown to have a stable FCC phase even through the first heat treatment, and through the second heat treatment, not only the gamma (γ) phase, but also the gamma prime (γ') This indicates that a high-entropy alloy for high temperature use having a phase was formed.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 상 전이 온도의 예를 도시한 그래프이다. 열처리 이후의 고온용 고엔트로피합금의 DSC 분석 결과에 따른 그래프에서는 1202℃에서 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도를 확인할 수 있다. 일반적으로 1100℃ 전후의 솔버스 온도를 갖는 니켈계 초합금 보다 100도 이상 상향된 수준의 솔버스 온도를 가짐을 알 수 있다. 여기서, 도 8의 실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금은 표 1에 나타난 샘플 번호 33의 고온용 고엔트로피합금에 대응될 수 있다.8 is a graph showing an example of a phase transition temperature of a high-entropy alloy for high temperature use according to an embodiment of the present invention. In the graph according to the DSC analysis result of the high-entropy alloy for high temperature after heat treatment, the solvus temperature of the gamma prime (γ') phase at 1202 ° C can be confirmed. In general, it can be seen that it has a solvus temperature higher than that of a nickel-based superalloy having a solvus temperature of around 1100 ° C. by 100 degrees or more. Here, the high-entropy alloy for high-temperature use according to the embodiment of FIG. 8 may correspond to the high-entropy alloy for high-temperature use of Sample No. 33 shown in Table 1.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 샘플 번호 39의 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지들과 XRD 결과의 예를 도시한 그래프들이다. 도 9의 이미지들과 그래프들은 샘플 번호 39의 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금 역시 감마(γ) 상뿐만 아니라, 감마 프라임(γ') 상도 포함함을 보여주고 있다.9 is graphs showing examples of scanning electron microscope images and XRD results of CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high temperature use of Sample No. 39 according to one embodiment of the present invention. The images and graphs of FIG. 9 show that the high-entropy CoNiTiAlMo high-temperature alloy of Sample No. 39 also includes a gamma (γ) phase as well as a gamma prime (γ′) phase.
아래 표 2는 다양한 목표 조성과 제조 조건으로 총 18회에 걸쳐 제작된 CoNiTiAlCr 고엔트로피합금의 샘플들을 나타내고 있다.Table 2 below shows samples of the CoNiTiAlCr high entropy alloy fabricated over a total of 18 times with various target compositions and manufacturing conditions.
이때, 샘플 번호(Sample No.) 14, 15, 16, 17에서 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상이 모두 발견되었다.At this time, both the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ') phase were found in Sample No. 14, 15, 16, and 17.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서, 샘플 번호 14, 15, 16, 17 각각의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금의 주사전자현미경 이미지들과 XRD 결과의 예를 도시한 그래프들이다. 도 10 내지 도 13의 이미지들과 그래프들은 샘플 번호 14, 15, 16, 17 각각의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금 역시 감마(γ) 상뿐만 아니라, 감마 프라임(γ') 상도 포함함을 보여주고 있다.10 to 13 are graphs showing examples of scanning electron microscope images and XRD results of CoNiTiAlCr high-entropy alloys of Sample Nos. 14, 15, 16, and 17, respectively, according to one embodiment of the present invention. The images and graphs of FIGS. 10 to 13 show that the CoNiTiAlCr high-entropy alloys for each of Sample Nos. 14, 15, 16, and 17 also contain not only a gamma (γ) phase, but also a gamma prime (γ′) phase. .
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 있어서, 샘플 번호 14, 15, 16, 17 각각의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금의 상 전이 온도의 예를 도시한 그래프들이다. 이때, 도 14의 실시예에 따른 샘플 번호 14의 43Co-37Ni-8Ti-4Al-7Cr 고온용 고엔트로피합금은 1131.8℃의 솔버스 온도를 나타내고 있다. 또한, 도 15의 실시예에 따른 샘플 번호 15의 44Co-39Ni-6Ti-5Al-7Cr 고온용 고엔트로피합금은 1128.5℃의 솔버스 온도를 나타내고 있다. 또한, 도 16의 실시예에 따른 샘플 번호 16의 45Co-40Ni-5Ti-4Al-7Cr 고온용 고엔트로피합금은 1130.7℃의 솔버스 온도를 나타내고 있다. 또한, 도 17의 실시예에 따른 샘플 번호 17의 43Co-44Ni-5Ti-2Al-6Cr 고온용 고엔트로피합금은 1139.6℃의 솔버스 온도를 나타내고 있다.14 to 17 are graphs showing examples of phase transition temperatures of CoNiTiAlCr high-entropy alloys for high-temperature use of Sample Nos. 14, 15, 16, and 17, respectively, according to one embodiment of the present invention. At this time, the 43Co-37Ni-8Ti-4Al-7Cr high-entropy alloy for high temperature of Sample No. 14 according to the embodiment of FIG. 14 exhibits a solvus temperature of 1131.8°C. In addition, the 44Co-39Ni-6Ti-5Al-7Cr high-entropy alloy for high temperature of Sample No. 15 according to the embodiment of FIG. 15 exhibits a Solvus temperature of 1128.5°C. In addition, the 45Co-40Ni-5Ti-4Al-7Cr high-entropy alloy for high temperature of Sample No. 16 according to the embodiment of FIG. 16 exhibits a solvus temperature of 1130.7°C. In addition, the 43Co-44Ni-5Ti-2Al-6Cr high-entropy alloy for high temperature of Sample No. 17 according to the embodiment of FIG. 17 exhibits a solvus temperature of 1139.6°C.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 격자 불일치 정도의 다른 예를 나타낸 그래프이고, 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 고엔트로피합금의 솔버스 온도의 다른 예를 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing another example of the degree of lattice mismatch of a high-entropy alloy for high-temperature use according to an embodiment of the present invention, and FIG. This is an example graph.
도 18의 그래프에서는 샘플 번호 33(#33)의 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 격자 불일치 정도(0.28%), 샘플 번호 39(#39)의 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 격자 불일치 정도(0.43%)를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 18의 그래프에서는 샘플 번호 14(#14)의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금에 대한 격자 불일치 정도(0.83%), 샘플 번호 15(#15)의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금에 대한 격자 불일치 정도(0.87%), 샘플 번호 16(#16)의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금에 대한 격자 불일치 정도(0.85%), 그리고 샘플 번호 17(#17)의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금에 대한 격자 불일치 정도(1.00%)를 각각 나타내고 있다. 크롬(Cr) 합금은 티타늄(Ti) 및 알루미늄(Al)의 양이 줄어들면서 격자 불일치 정도가 증가하는 경향을 보였다. 격자 불일치 정도는 몰리브덴(Mo) 합금 2개(#33 및 #39)가 크롬(Cr) 합금들(#14, #15, #16 및 #17)에 비해서 우수한 값을 가지는 것으로 나타났다.In the graph of FIG. 18, the degree of lattice mismatch (0.28%) of CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high-temperature use of Sample No. 33 (#33) and the degree of lattice mismatch (0.43%) of CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high-temperature use of Sample No. 39 (#39) represent each. In addition, in the graph of FIG. 18, the degree of lattice mismatch (0.83%) for CoNiTiAlCr high-entropy alloy for high-temperature use of Sample No. 14 (#14) and the degree of lattice mismatch for CoNiTiAlCr high-entropy alloy for high-temperature use of Sample No. 15 (#15) (0.87%), the degree of lattice mismatch for the CoNiTiAlCr high-entropy alloy for high temperature use of sample No. 16 (#16) (0.85%), and the degree of lattice mismatch for the high-entropy alloy for CoNiTiAlCr high temperature use for sample No. 17 (#17) ( 1.00%), respectively. In the chromium (Cr) alloy, the degree of lattice mismatch increased as the amount of titanium (Ti) and aluminum (Al) decreased. In terms of lattice mismatch, two molybdenum (Mo) alloys (#33 and #39) were found to have superior values compared to chromium (Cr) alloys (#14, #15, #16 and #17).
도 19의 그래프에서는 샘플 번호 33(#33)의 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 솔버스 온도와 샘플 번호 14(#14), 15(#15), 16(#16) 및 17(#17)의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금의 솔버스 온도를 각각 나타내고 있다. 이때, 원과 육각형으로 나타낸 솔버스 온도들은 캐스팅(casting) 방법으로 제작된 기존의 코발트(Co)-니켈(Ni) 합금의 솔버스 온도들을 나타내고 있다. 여기서, CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금은 1200도 이상의 솔버스 온도를 갖고, CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금은 1130도 전후의 솔버스 온도를 가짐으로써, 모두 캐스팅 방법으로 제작된 기존의 코발트(Co)-니켈(Ni) 합금보다 우수한 솔버스 온도를 가짐을 알 수 있다.In the graph of FIG. 19, the solvus temperature of the CoNiTiAlMo high-temperature high-entropy alloy of Sample No. 33 (#33) and the values of Sample Nos. 14 (#14), 15 (#15), 16 (#16) and 17 (#17) The solvus temperatures of CoNiTiAlCr high-entropy alloys for high temperatures are shown respectively. At this time, solvus temperatures indicated by circles and hexagons represent solvus temperatures of a conventional cobalt (Co)-nickel (Ni) alloy manufactured by a casting method. Here, the CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high-temperature use has a solvus temperature of 1200 degrees or more, and the CoNiTiAlCr high-temperature use high-entropy alloy has a solvus temperature of around 1130 degrees, so that both conventional cobalt (Co)-nickel produced by the casting method It can be seen that it has a better solvus temperature than (Ni) alloy.
아래 표 3은 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금의 감마 프라임(γ') 상의 조성 범위의 예를, 표 4는 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금의 감마 프라임(γ') 상의 조성 범위의 예를 각각 나타내고 있다.Table 3 below shows an example of the composition range of the gamma prime (γ′) phase of the CoNiTiAlMo high-entropy alloy for high temperature use, and Table 4 shows an example of the composition range of the gamma prime (γ′) phase of the CoNiTiAlCr high-entropy alloy for high temperature use.
한편, APT 분석법(Atom probe tomography)은 FIB(Focused ion beam) 장비를 이용하여 시편을 나노 사이즈로 잘라내어 바늘모양의 시편으로 만들고 이 시편을 APT 분석 챔버에 넣은 후, 전기나 레이저를 이용해 원자를 이온화시켜서 디텍터로 날려보낸다. 다시 말해, 디텍터에서 검출된 각 원자의 숫자를 카운팅하면 합금의 정확한 조성 분석이 가능하고, 여러 상이 있는 합금의 경우(일례로, 감마와 감마프라임의 경계면), 각 원소가 특정 상에서 어디에 더 많이 위치하는지를 확인할 수 있으며 마지막으로 측정된 조성값을 이용해서 레버 룰(lever rule)에 의해 감마 프라임의 부피비(volume fraction)을 구할 수 있다. 이때, 감마와 감마프라임의 미세구조를 갖는 CoNiTiAlMo, CoNiTiAlCr 합금 중 한 개씩 골라서 아래의 내용을 확인하기 위해 APT 분석을 진행하였다.On the other hand, the APT analysis method (Atom probe tomography) uses FIB (Focused Ion Beam) equipment to cut a specimen into nano-sized pieces to make a needle-shaped specimen, put the specimen into an APT analysis chamber, and ionize atoms using electricity or laser. and send it to the detector. In other words, by counting the number of each atom detected by the detector, it is possible to accurately analyze the composition of the alloy, and in the case of an alloy with multiple phases (eg, the interface between gamma and gamma prime), where each element is located more in a specific phase and finally, the volume fraction of gamma prime can be obtained by lever rule using the measured composition value. At this time, APT analysis was performed to confirm the following contents by selecting one of CoNiTiAlMo and CoNiTiAlCr alloys having microstructures of gamma and gamma prime.
- 합금의 정확한 조성을 측정하여 EDS 측정값과 비교- Measure the exact composition of the alloy and compare it with the EDS measurement value
- 원소들이 감마와 감마 프라임상 사이에서 어떤 비율로 편석되는지를 확인- Check what proportions segregate elements between the gamma and gamma prime phases
- 감마 프라임 상의 부피비를 계산- Calculate the volume ratio of the gamma prime phase
이때, CoNiTiAlMo 합금으로는 샘플 번호 33의 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금을, CoNiTiAlCr 합금으로는 샘플 번호 15의 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금을 각각 선택하여 APT 분석을 진행하였으며, 그 결과를 아래 표 5 및 표 6과 같이 나타내었다.At this time, APT analysis was performed by selecting CoNiTiAlMo high-temperature high-entropy alloy of Sample No. 33 as the CoNiTiAlMo alloy and CoNiTiAlCr high-entropy alloy for high-temperature use of Sample No. 15 as the CoNiTiAlCr alloy, respectively. The results are shown in Table 5 and Table below. 6.
표 5 및 표 6에 나타난 바와 같이 APT와 EDS로 합금의 조성을 비교했을 때 약 2 at.% 내외의 적은 차이를 보이고 있어, EDS로 분석한 합금의 조성도 충분히 정확함을 확인할 수 있다.As shown in Tables 5 and 6, when the composition of the alloy is compared with APT and EDS, there is a small difference of around 2 at.%, confirming that the composition of the alloy analyzed by EDS is also sufficiently accurate.
이처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 CoNiTiAlMo 고온용 고엔트로피합금은 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도가 1200℃ 이상일 수 있고, 부피비는 48% 이하일 수 있다. 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치 정도는 0.3 내지 0.4%의 범위에 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 CoNiTiAlCr 고온용 고엔트로피합금은 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도는 1130℃ 이상일 수 있고, 부피비는 7% 이하일 수 있다. 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치 정도는 0.8 내지 1.0%의 범위에 포함될 수 있다.As such, in the high-entropy CoNiTiAlMo high-temperature alloy according to an embodiment of the present invention, the solvus temperature of the gamma prime (γ′) phase may be 1200° C. or more, and the volume ratio may be 48% or less. The degree of lattice mismatch between the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ′) phase may be in the range of 0.3 to 0.4%. In addition, in the high-entropy CoNiTiAlCr high-temperature alloy according to an embodiment of the present invention, the solvus temperature of the gamma prime (γ') phase may be 1130 ° C. or more, and the volume ratio may be 7% or less. The degree of lattice mismatch between the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ′) phase may be in the range of 0.8 to 1.0%.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.
Claims (20)
코발트(Co) 36 ~ 42,
니켈(Ni) 41 ~ 44,
티타늄(Ti) 2.7 ~ 8.3,
알루미늄(Al) 5.8 ~ 10.0 및
몰리브덴(Mo) 1.7 ~ 6.4
의 합금 조성 범위로 제작된 고온용 고엔트로피합금.in atomic percent,
Cobalt (Co) 36 ~ 42;
Nickel (Ni) 41 to 44;
Titanium (Ti) 2.7 ~ 8.3,
Aluminum (Al) 5.8 to 10.0 and
Molybdenum (Mo) 1.7 ~ 6.4
A high-entropy alloy for high-temperature use made with an alloy composition range of
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도(solvus temperature)는 1195 내지 1208℃의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금.According to claim 1,
The high-entropy alloy for high-temperature use, characterized in that the solvus temperature of the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high-temperature is in the range of 1195 to 1208 ° C.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치(lattice misfit) 정도는 0.3 내지 0.4%의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금.According to claim 1,
The high-entropy alloy for high-temperature use, characterized in that the degree of lattice misfit of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ') phase included in the high-entropy alloy for high-temperature use is in the range of 0.3 to 0.4%.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 부피비(volume fraction)은 48% 이상인 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금.According to claim 1,
The high-entropy alloy for high-temperature use, characterized in that the volume fraction of the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high-temperature use is 48% or more.
코발트(Co) 43 ~ 45,
니켈(Ni) 37 ~ 44,
티타늄(Ti) 5.0 ~ 8.2,
알루미늄(Al) 2.1 ~ 4.5 및
크롬(Cr) 5.7 ~ 7.1
의 합금 조성 범위로 제작된 고온용 고엔트로피합금.in atomic percent,
Cobalt (Co) 43 ~ 45;
Nickel (Ni) 37 ~ 44;
Titanium (Ti) 5.0 ~ 8.2,
Aluminum (Al) 2.1 to 4.5 and
Chromium (Cr) 5.7 ~ 7.1
A high-entropy alloy for high-temperature use made with an alloy composition range of
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도는 1128 내지 1140℃의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금.According to claim 5,
The high-entropy alloy for high-temperature use, characterized in that the solvus temperature of the gamma prime (γ') phase included in the high-entropy alloy for high-temperature use is in the range of 1128 to 1140 ° C.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치 정도는 0.8 내지 1.0%의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금.According to claim 5,
The high-entropy alloy for high-temperature use, characterized in that the degree of lattice mismatch of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ') phase included in the high-entropy alloy for high-temperature use is in the range of 0.8 to 1.0%.
상기 고온용 고엔트로피합금은 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금.According to claim 1,
The high-entropy alloy for high-temperature use, characterized in that it includes both a gamma (γ) phase and a gamma prime (γ') phase.
상기 제조된 고엔트로피합금을 1차로 열처리하는 단계; 및
상기 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 단계
를 포함하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.Elements or alloyed metals, in atomic percent, of cobalt (Co) 36 to 42, nickel (Ni) 41 to 44, titanium (Ti) 2.7 to 8.3, aluminum (Al) 5.8 to 10.0, and molybdenum (Mo) 1.7 to 6.4 Manufacturing a high entropy alloy using a material;
first heat-treating the high-entropy alloy prepared above; and
Preparing a high-entropy alloy for high temperature by secondly heat-treating the firstly heat-treated high-entropy alloy
Method for producing a high-entropy alloy for high temperature comprising a.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도는 1195 내지 1208℃의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.According to claim 9,
The method of manufacturing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the solvus temperature of the gamma prime (γ ') phase included in the high-entropy alloy for high temperature is included in the range of 1195 to 1208 ° C.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치 정도는 0.3 내지 0.4%의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.According to claim 9,
The method of manufacturing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the degree of lattice mismatch of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ') phase included in the high-entropy alloy for high temperature is in the range of 0.3 to 0.4%.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 부피비는 48% 이상인 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.According to claim 9,
A method for producing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the volume ratio of the gamma prime (γ′) phase included in the high-entropy alloy for high temperature is 48% or more.
상기 제조된 고엔트로피합금을 1차로 열처리하는 단계; 및
상기 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 단계
를 포함하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.Elemental or alloyed metals, in atomic percent, of cobalt (Co) 43 to 45, nickel (Ni) 37 to 44, titanium (Ti) 5.0 to 8.2, aluminum (Al) 2.1 to 4.5, and chromium (Cr) 5.7 to 7.1. Manufacturing a high entropy alloy using a material;
first heat-treating the high-entropy alloy prepared above; and
Preparing a high-entropy alloy for high temperature by secondly heat-treating the firstly heat-treated high-entropy alloy
Method for producing a high-entropy alloy for high temperature comprising a.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마 프라임(γ') 상의 솔버스 온도는 1128 내지 1140℃의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the solvus temperature of the gamma prime (γ ') phase included in the high-entropy alloy for high temperature is included in the range of 1128 to 1140 ° C.
상기 고온용 고엔트로피합금이 포함하는 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상의 격자 불일치 정도는 0.8 내지 1.0%의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the degree of lattice mismatch of the gamma (γ) phase and the gamma prime (γ') phase included in the high-entropy alloy for high temperature is in the range of 0.8 to 1.0%.
상기 고온용 고엔트로피합금은 감마(γ) 상 및 감마 프라임(γ') 상을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the high-entropy alloy for high temperature includes both a gamma (γ) phase and a gamma prime (γ′) phase.
상기 고엔트로피합금을 제조하는 단계에서,
상기 단원소 또는 합금화한 금속 소재를 이용한 3차원 프린팅 또는 레이저 클래딩(laser cladding)을 통해 상기 고엔트로피합금을 제조하고,
상기 3차원 프린팅은 복수의 멀티-호퍼(multi-hopper)를 이용하여 상기 단원소 또는 합금화한 금속 소재의 피딩량을 제어하는 DED(Directed Energy Deposition) 공법을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.The method of claim 9 or 13,
In the step of manufacturing the high entropy alloy,
The high entropy alloy is manufactured through 3D printing or laser cladding using the single element or alloyed metal material,
The three-dimensional printing includes a DED (Directed Energy Deposition) method for controlling the feeding amount of the single element or alloyed metal material using a plurality of multi-hoppers, characterized in that it includes a high entropy for high temperature Manufacturing method of alloy.
상기 DED 공법에서, 레이저 파워(laser power)는 150 W 내지 3 kW의 범위에 포함되고, 빔 크기(beam size)는 400 내지 2400 um의 범위에 포함되고, 레이저 스캐닝 속도(laser scanning speed)는 0.5 내지 2.0 m/min의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.According to claim 17,
In the DED method, the laser power is in the range of 150 W to 3 kW, the beam size is in the range of 400 to 2400 um, and the laser scanning speed is 0.5 Method for producing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that included in the range of to 2.0 m / min.
상기 1차로 열처리하는 단계에서,
상기 제조된 고엔트로피합금을 1250℃에서 24시간 동안 1차로 열처리하는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.The method of claim 9 or 13,
In the first heat treatment step,
A method for producing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the prepared high-entropy alloy is first heat-treated at 1250 ° C. for 24 hours.
상기 2차로 열처리하는 단계에서,
상기 1차로 열처리된 고엔트로피합금을 900℃에서 24시간 동안 2차로 열처리하여 고온용 고엔트로피합금을 제조하는 것을 특징으로 하는 고온용 고엔트로피합금의 제조방법.The method of claim 9 or 13,
In the second heat treatment step,
A method for producing a high-entropy alloy for high temperature, characterized in that the high-entropy alloy for high temperature is produced by secondly heat-treating the first heat-treated high-entropy alloy at 900 ° C. for 24 hours.
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