| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 가을 (11/15 ~ 11/17, 경주 현대호텔) |
| 권호 | 23권 2호 |
| 발표분야 | 15. 고엔트로피합금의 개발 및 미래 전략 심포지엄 |
| 제목 | Fe의 첨가량에 따른 FexCoCrMnNi 철계 고 엔트로피 합금의 개발 및 물성 평가 |
| 초록 | 고엔트로피합금(high-entropy alloy, HEA)은 2004년 대만의 Yeh 그룹에서 최초로 보고하였으며, 이후 다양한 합금에 대한 개발 및 물성치들이 발표되고 있다. 이는 Gibbs 자유 에너지를 구성하는 엔탈피와 온도 그리고 엔트로피 중에서 배열 엔트로피를 높이는 방법을 이용하여 Gibbs 자유 에너지를 낮춰 재료가 안정하도록 설계하는 개념이다. 이중에서 가장 많은 연구가 되고 있는 소위 Cantor 합금은 Co, Cr, Fe, Mn, Ni이 동일한 원소 비율로 20%씩 섞어 만든 합금으로 배열 엔트로피가 최대가 되도록 설계되었다. Nature지 등 우수한 연구 결과가 보고가 되면서 많은 주목을 받고 있다. 초창기 연구에서는 Cantor 합금은 주로 FCC 단상을 갖는 것으로 보고되어 왔다. 하지만 2016년부터 일부 다른 상이 나온다는 것이 보고가 되었으며, 최근에는 온도 변화에 따라 상의 안정성이 달라지게 되어 단일상을 얻기 위해 특정한 조건이 요구된다는 사실이 일반화되고 있다. 이와 같이 성분 변화에 따른 상의 안정성을 평가하고 그에 따른 구조재료로써의 기계적 물성을 평가하는 것이 매우 중요하다. 본 연구자들은 다양한 합금 개발을 위해 기존에 상용적으로 사용되었던 열역학 계산 도구들(예를 들어, Thermo-Calc)을 활용하여 상의 안정성에 대해 먼저 개략적으로 살펴보았다. 이 도구를 활용하여 새롭게 개발되고 있는 합금에 적용 가능성을 검토한 결과를 공유한다. 또한 기존의 Cantor합금의 성분을 조절하여 균일한 mole 분율은 아닌, 새롭운 합금계를 개발하였다. 이들의 합금과 기존에 많이 사용되었던 304 stainless 강 혹은 고Mn강들과 같이 FCC 구조를 갖는 합금들과의 기계적 물성의 차이 혹은 유사점 등을 살펴보았다. 주된 실험 결과로 동일한 결정립 크기일 때 항복강도의 변화를 발견하였으며, 각 합금계별로 달라지는 Hall-Petch 관계에 대하여 논의한다. 이 때 주로 격자 비틀림과 관련된 마찰 스트레스와 적층결함에너지와 관련된 Hall-Petch 식의 기울기와 함께 논의하고자 한다. LNG 탱크 환경과 유사한 극저온 환경인 -196도에서의 기계적 물성 평가를 실시하였다. 특히, 액체 질소 내부에서의 카메라 촬영 기법을 이용하여 확보한 영상을 바탕으로 digital image correlation (DIC) 기법을 적용할 수 있는 기술을 개발하였으며, 이를 이용하여 국부적인 변형장과 응력장을 동시에 계산한 결과에 대하여 논의하고자 한다. 이를 종합하여, 기존에 사용되고 있던 stainless강과 고Mn강을 대체할 수 있는, 우주 및 LNG 탱크와 같은 극저온 환경에서 사용할 수 있는 새로운 합금계로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. |
| 저자 | 최민구, 박노근 |
| 소속 | 영남대 |
| 키워드 | <P>High entropy alloy; Hall–Petch effect; yield phenomena; thermodynamics; Phase stability </P> |
