산소 도핑 NiTiCu 합금의 내마모성 향상

NiTi 형상기억합금(SMAs)은 우수한 진동 감쇠 및 내식성을 보이지만, 낮은 경도와 자기 윤활성 부족으로 인해 심각한 마찰 및 마모 문제를 겪습니다. 기존의 도핑 및 이종 구조 설계 전략은 만족스럽지 못한 결과를 보였습니다. 이 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 산소 도핑된 (Ni40Ti40Cu20)100-xOx 합금(x = 0.1, 0.5)을 제안합니다. 본 연구에서는 B2, B19', 그리고 벌레 모양의 비정질상을 포함하는 합금을 제조했습니다. 이 합금들은 15N 하중에서 7.553 × 10-7 및 6.15667 × 10-7 mm3 N-1 m-1의 매우 낮은 마모율을 보였는데, 이는 유사한 금속 구조 재료(10-4 ~ 10-5 mm3 N-1 m-1)보다 훨씬 낮은 수치입니다. 흥미롭게도 두 합금 모두 하중이 증가할수록 마모율은 감소하고 마찰 계수는 반대 경향을 보였습니다. 이러한 우수한 성능은 세 가지 요인에 기인합니다. 첫째, B19'상과 비정질상이 매우 높은 경도를 제공합니다. 둘째, 밀도 범함수 이론(DFT) 계산 결과, 마찰열에 의해 B19'상이 금속 양이온을 석출하여 Ti2O3, TiO2, NiO, CuO 등 조밀한 산화막을 형성하며, 이는 윤활 효과도 가집니다. 셋째, 마찰 과정 중 B2에서 B19'로의 상변태와 결정상-비정질상 간의 HDI 이종 경화 효과가 마찰쌍의 미세 절삭 및 미세 소성 변형을 효과적으로 완화합니다. 이러한 설계는 NiTi SMAs가 공학 응용 분야에서 마찰 및 마모 성능과 기능적 특성을 동시에 달성할 수 있는 새로운 해결책을 제시합니다.