일반기술

니켈기 비정질 합금 조성물

* 주요 내용본 발명은 니켈기 비정질 합금조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상으로부터 106K/s 이하의 냉각속도로 유리천이온도(glass transition temperature)이하의 온도까지 냉각하였을 경우 20K 이상의 과냉각 액체 영역(supercooled liquid region)을 갖는 비정질이 형성되는 니켈기 비정질 합금조성물에 관한 것이다.* 배경대부분의 금속 합금은 액상으로부터 응고시 원자의 배열이 규칙적인 결정상이 형성된다. 그러나 응고시 냉각속도가 임계값 이상으로 충분히 커서 결정상의 핵 생성 및 성장이 제한되어 질 수 있다면, 액상의 불규칙적인 원자 구조가 그대로 고상으로 유지될 수 있다. 이와 같은 합금을 통상 비정질 합금(amorphous alloy) 혹은 금속기 비정질(metallic glass)이라 칭한다. 1960년 Au-Si계 합금에서 처음 비정질 상이 보고되어진 이래 많은 종류의 비정질 합금이 발명되어 활용되고 있다. 그러나 대부분의 비정질 합금은 과냉각 액상에서 결정상의 핵 생성 및 성장이 급속하게 진행되기 때문에 액상으로부터 냉각시 결정상의 형성을 방지하기 위해서는 매우 빠른 냉각속도를 필요로 하게 된다. 따라서 대부분의 비정질 합금은 104-106K/s의 매우 큰 냉각 속도를 갖는 급속응고법(rapid quenching techniques)을 이용하여 제조되어 졌으며, 약 80㎛이하의 두께를 갖는 리본, 약 150㎛이하 지름의 미세 선 혹은 지름 수백㎛이하의 분말 등의 형태로만 제조가 가능하였다. 이와 같이 급속 응고법에 의해 제조되는 비정질 합금은 형태 및 크기가 제한되기 때문에 실제 적용은 매우 제한적이었다. 따라서 비정질 합금이 상용 금속 재료로서 활용되기 위해서는 액상으로부터 냉각시 결정상의 형성을 피할 수 있는 임계 냉각속도가 낮은 우수한 비정질 형성능을 갖는 합금의 개발이 요구되어 왔다.* 과제질코늄 금속의 높은 반응성, 자원 제한성, 불순물 함유 및 가격 등의 문제 때문에 니켈과 같이 보다 열역학적으로 안정되고 공업적, 경제적 활용성이 우수한 금속이 주원소로 함유되어 있는 합금 개발의 필요성은 여전히 요구되어 왔다.니켈기 비정질 합금은 급속 응고법에 의해 제조된 비정질 리본에서 행한 연구결과를 보면 매우 우수한 부식 저항성과 강도를 가지고 있으며, 이는 벌크 재료로만 제조되어 질 수 있다면 구조용 재료로서 매우 유리한 이점을 가지고 있음을 보여주고 있다. 논문 Materials Transactions, JIM, Vol. 40, No. 10, pp. 1130-1136에 의하면 구리 몰드 주조법(copper mold casting)에 의해 최대 지름 1mm의 벌크 비정질 합금이 Ni-Nb-Cr-Mo-P-B 계에서 얻어졌으며, 비교적 넓은 과냉각 액상 영역을 가지고 있다. 그러나, 주조법에 의한 니켈기 벌크 비정질 합금 제조 및 공업적 활용을 위해서는 보다 큰 과냉각 액상 영역을 가지며 비정질 형성능이 우수한 합금의 개발이 이루어져야 한다. 더욱이 상기 종래의 니켈기 합금은 합금 제조시 기술적, 경제적으로 불리한 인(P) 및 보론(B)을 다량으로 포함하고 있어 상용화에 제한이 있다. 예를 들어 인의 높은 증기압 때문에 다량의 인을 합금에 첨가하기 위해서는 특수한 방법을 사용해야 하는 문제가 있었다. 따라서 주조법에 의해 종래의 니켈기 비정질 합금 보다 비정질 형성능이 월등하며, 높은 증기압을 갖는 인등의 원소를 함유하지 않은 새로운 니켈기 벌크 비정질 합금의 개발이 절실하게 요구되고 있다.따라서, 본 발명의 목적은 주조법에 의하여 제조가 가능하며 종래의 니켈기 비정질 합금보다 비정질 형성능이 월등하며, 높은 증기압을 갖는 인등의 원소를 함유하지 않은 새로운 니켈기 벌크 비정질 합금조성물을 제공하는 것이다.* 효과본 발명의 니켈기 비정질 합금조성물은 높은 강도, 내마모성, 내부식성을 지니고 있기 때문에 고강도 내마모 부품, 구조용 재료, 용접 및 코팅 재료 등에 벌크 형태의 비정질 합금으로 제조되어 사용될 수 있다.