인코넬 718 니켈 기반 초합금은 항공우주 및 에너지 분야에서 널리 사용되지만, 기존 제조 방식으로는 강도, 인성, 내마모성의 최적 시너지 성능을 달성하기 어렵습니다. 진동 레이저 용적 증착(OL-DED) 기술은 등축정 형성을 촉진하여 미세구조를 크게 개선하지만, 증착된 부품은 여전히 강도와 내마모성에서 한계를 보입니다.
본 연구는 후처리 기술로 레이저 충격 피닝(LSP)을 도입하여 잔류 압축 응력 유도 및 전위 밀도 증가를 통해 기계적 특성을 더욱 향상시키는 방법을 제시합니다. OL-DED 인코넬 718 초합금에 대한 LSP 공정의 미세구조, 잔류 응력, 마모 메커니즘 및 인장 특성에 대한 시너지 효과를 체계적으로 조사했습니다.
연구 결과, LSP는 기하학적 필요 전위 밀도를 효과적으로 증가시켰습니다. OL-DED 합금 표면층의 잔류 인장 응력은 약 -296.5 ± 24.6 MPa의 잔류 압축 응력으로 완전히 전환되었습니다. 또한, 경도, 내마모성, 인장 강도가 향상되었는데, 인장 강도는 851.3 MPa에서 898.8 MPa로, 항복 강도는 547.9 MPa에서 672.2 MPa로 증가했습니다.
이러한 기계적 특성 개선은 전위 강화와 잔류 압축 응력의 시너지 효과에 기인합니다. 본 연구는 인코넬 718 초합금의 성능을 극대화하는 새로운 제조 및 후처리 전략을 제시하며, 고성능 부품 개발에 기여할 수 있습니다.
본 연구는 적층 압연 및 후처리 공정을 통해 제작된 스테인리스강/구리 복합 스트립(SSCC)의 미세구조 및 기계적 특성에 미치는 소둔 온도의 영향을 분석했습니다. 300°C, 400°C, 500°C, 600°C에서 1시간 동안 소둔 처리 후, 복합 스트립의 변형 특성, 기계적 특성 및 미세구조 변화를 심층적으로 조사했습니다.
소둔 온도가 증가함에 따라 SSCC의 인장 강도는 소폭 감소하는 반면, 연신율은 크게 증가했습니다. 특히, 600°C에서 소둔 처리된 복합 스트립은 최대 7.1 N/mm의 박리 강도를 나타내며, 압연 상태에서 관찰되던 계면 박리가 완전히 사라져 최적의 접합 품질을 보였습니다.
압연된 SSCC에서 나타났던 균열 및 구멍과 같은 계면 결함은 소둔 처리를 통해 현저히 감소하여 계면 접합 품질이 향상되었음을 확인했습니다. 구리층의 결정립 크기는 300°C에서 600°C로 온도가 증가함에 따라 8.45μm에서 28.5μm로 증가했으며, 저각 결정립계(LAGBs)의 비율 또한 1.2%에서 3.7%로 증가했습니다. 또한, 스테인리스강층에서는 압연으로 인한 마르텐사이트 변태가 발생했으나, 소둔 온도가 증가함에 따라 오스테나이트 결정립이 성장하고 마르텐사이트 결정립은 감소했습니다.
이러한 결과는 SSCC의 기계적 특성과 계면 접합 품질을 최적화하기 위한 소둔 공정의 중요성을 강조합니다. 본 연구는 고성능 금속 복합 재료의 설계 및 제조 공정 개발에 중요한 기초 자료를 제공할 것입니다.
항공우주 및 자동차 산업의 고성능 소재 요구를 충족시키기 위해, CALPHAD 방법론을 활용하여 α+β 이중상 미세구조를 갖는 TiZrHf 기반 엔트로피 합금을 설계했습니다. 본 연구는 Zr/Hf 비율 조정을 통해 기계적 특성, 내식성 및 고온 산화 안정성 간의 균형 잡힌 성능을 달성하는 것을 목표로 했습니다.
합금은 X선 회절(XRD), 전자 채널링 대비 이미징(ECCI), 고각 환형 암시야 주사 투과 전자 현미경(HAADF-STEM)을 사용하여 포괄적으로 특성화되었습니다. 변태 유기 소성(TRIP) 효과 덕분에 균질화 및 극저온 처리된 합금은 높은 강도와 연성을 포함하는 균형 잡힌 기계적 특성을 보였습니다.
3.5 wt.% NaCl 용액에서의 전기화학 테스트는 우수한 내식성을 나타냈으나, 극저온 처리 및 Zr/Hf 첨가 모두에 의해 부동태 피막의 안정성이 약간 저하되었습니다. 500°C 및 600°C에서의 중간 고온 산화 테스트 결과, TiO2 및 Al2O3가 지배적인 보호 산화막 형성으로 인해 합금이 우수한 산화 저항성을 가짐을 확인했습니다.
그러나 700°C의 고온에서는 보호력이 낮은 Zr/Hf 산화물 형성이 유해한 것으로 밝혀졌습니다. 본 연구는 다양한 가혹 환경에 적용 가능한 균형 잡힌 특성을 지닌 Ti 기반 엔트로피 합금 개발을 위한 CALPHAD 기반 설계 전략을 제시합니다.
본 연구는 혁신적인 Ar-B(OCH3)3 혼합 보호가스를 활용한 CMT(Cold Metal Transfer) 기술로 27SiMn 강철 위에 Cu-Mn-Al 합금 코팅을 제작하고, 가스 유량(5–20 L/min)이 코팅의 미세구조와 기계적 특성에 미치는 영향을 조사했습니다. B(OCH3)3 첨가는 용융 풀의 젖음성을 향상시켜 공정 안정성을 크게 높였으며, 순수 Ar 사용 시보다 더 넓은 클래딩 층(6.565 mm)과 작은 젖음각을 보였습니다.
거시 형태 분석 결과, 10 L/min의 유량에서 균일하고 결함 없는 코팅이 형성되었으며, 이보다 낮거나 높은 유량에서는 산화, 스패터, 난류 등의 문제가 발생했습니다. 미세구조 분석에서는 유량이 상 변화를 결정하는 중요한 요소로 작용하여, 1차 κI 상이 수지상/입자형에서 꽃잎형/막대형 형태로 변화함을 확인했습니다.
특히, 15 L/min 이상의 높은 유량에서는 교반 증가로 인해 기판으로부터 Fe 희석이 촉진되어 Fe가 풍부한 금속간 화합물과 구형 Fe 상이 형성되었습니다. 10 L/min에서 얻은 클래딩 층은 최대 전단 강도 303.22 MPa, 최소 부식 속도 0.02935 mm/y로 가장 우수한 기계적 특성과 내식성을 나타냈습니다.
모든 전단 파괴는 클래딩 층 내에서 발생하여 우수한 계면 결합 강도와 연성 파괴 특성을 입증했습니다. 이 연구는 고성능 Cu-Mn-Al 합금 코팅의 CMT 클래딩 공정에서 보호가스 매개변수를 최적화하기 위한 체계적인 지침을 제공합니다.
알루미늄 금속 기지 복합재(AMMC)는 섬유, 위스커 또는 입자 형태의 강화재를 알루미늄 합금에 통합하여 제조됩니다. 이 소재는 건설, 항공우주, 자동차, 해양 등 고성능이 요구되는 산업 분야를 위한 첨단 솔루션으로 개발되었습니다. 특히 마이크로 및 나노 스케일의 강화 입자는 저밀도 초고강도, 향상된 피로 강도, 우수한 크리프 저항성, 높은 비강도 및 비강성 등 탁월한 복합 특성을 구현합니다.
본 연구는 AMMC의 미세구조, 기계적 및 마찰학적 특성을 평가했습니다. 강화재의 중량 백분율, 적용된 수직 하중, 슬라이딩 속도, 슬라이딩 거리 등의 입력 변수를 분석했으며, 제작된 나노복합재는 마모 시험기를 통해 연삭 및 침식 마모 거동을 정량화했습니다. 다수의 연구에서 회귀 모델링과 함께 다구치 기법을 활용했으며, 분산 분석(ANOVA)을 통해 다양한 시험 조건의 영향을 평가했습니다.
분석 결과, 적용된 하중이 나노복합재의 물리적 및 통계적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 나타났습니다. 슬라이딩 속도는 마찰 계수(COF)를 결정하는 중요한 요소였으며, COF 및 마모 손실을 최소화하는 데 매우 유의미했습니다. 또한, 본 검토에서는 AMMC의 강화재 균질성, 파괴 거동 및 마모 표면 형태를 심층적으로 조사했습니다.
이러한 연구 결과는 고성능 알루미늄 복합재 개발 및 최적화에 중요한 지침을 제공하며, 다양한 산업 분야에서 요구되는 내마모성 및 기계적 특성을 갖춘 경량 소재 설계에 기여할 수 있습니다.
금속 재료는 극저온 환경에서 기계적 특성이 저하되어 저온 인프라 구축에 어려움을 초래합니다. 본 연구는 CoNiV 기반 합금에서 아원자 규모의 단거리 정렬(2.4 × 10^26 m^-3)과 나노 규모의 장거리 정렬(4.5 × 10^25 m^-3) 도메인이 공존하는 이중 스케일 원자 정렬 나노구조를 도입하여 저온에서의 강도와 연성 시너지를 향상시켰습니다.
이 나노구조는 전위 전단 응력을 증가시키고, 나노 규모 장거리 정렬의 전위 차단 효과와 그에 따른 새로운 전위 생성으로 인해 전위 증식이 더욱 빠르게 일어나는 것을 관찰했습니다. 이러한 효과는 손상 시작 및 파괴를 촉진할 수 있는 나노 규모 장거리 정렬 장애물에서의 응력 집중을 완화합니다.
결과적으로, 이 합금은 87K에서 약 1.2 GPa의 항복 강도와 76 GPa %의 강도-연신율 곱을 나타냈습니다. 이는 단거리 정렬 또는 수십 나노미터 크기의 정합 석출물만을 포함하는 기존 재료보다 우수한 성능입니다.
본 연구 결과는 복합 합금의 기계적 특성에 대한 이중 공존 화학적 정렬의 중요성을 강조하며, 극저온 응용 분야에서 기계적 성능을 향상시키기 위한 정렬 상태 제어 지침을 제공합니다.
산화물 분산강화(ODS) 구리 복합재는 나노입자 분산 불균일성과 결정립 조대화 문제가 있어 고성능 구현에 제약이 있었다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 레이저를 이용한 알루미늄 열환원 공정을 개발했다.
CuO, Al, Cu 분말을 볼 밀링 후 레이저 증착하여, 반정합 계면을 갖는 α-Al2O3 나노입자를 구리 기지 내에 균일하게 분산시켰다. 이 나노입자들은 제너 피닝 효과를 통해 결정립 크기를 5.28 μm에서 3.51 μm로 미세화했다.
Al 함량이 0.75 wt%일 때, 오로완 강화와 홀-페치 강화의 시너지 효과로 인장 강도(90.2 MPa, 16.5% 향상)와 연신율(7.5%, 19% 향상)이 최적화되었다. 다만, Al2O3 함량이 증가함에 따라 열전도도는 298 W·m−1·K−1에서 265 W·m−1·K−1로 감소했으며, 과도한 Al은 응집을 유발하여 조기 파손을 초래했다.
이 공정은 핵융합로 응용 분야에 적합한, 강도와 열 성능이 균형 잡힌 ODS-Cu 복합재를 제조하는 효과적인 방법을 제시한다.
