20 at.% 수준의 니켈이 저감된 합금에 구리와 탄소를 첨가하여 FCC의 상안정도를 증대시키는 동시에, 구리 및 탄화물 등 석출물을 활용한 L12의 불균일 핵생성 증대로 고밀도의 L12 석출을 유도함. 또한 불균일 결정립도를 유도하여 불균일 미세조직과 석출강화가 상온 및 저온 기계적 물성에 미치는 영향을 탐구함. 이를 종합하여 불균일 미세조직 및 복합 석...

고엔트로피 합금의 산업적 적용을 위해 코발트와 같은 비싼 원소를 제외한 철계 고엔트로피 합금의 개발이 필요하나, 기존에 제시된 대부분의 합금은 코발트 등의 비싼 원소들을 다량 사용하여 산업적 적용이 어려운 실정이다. 본 연구는 스테인리스강의 주요 원소인 철, 니켈, 크롬에 높은 밀도의 금속간화합물을 형성할 수 있는 원소들(알루미늄, 타이타늄)을 소량 첨가해서 가격경쟁력이 우수하고 기계적 물성이 탁월한 고엔트로피 합금을 개발하고자 한다. 본 과제의 3차년도(2023년) 연구내용은 최적화된 재료에서 불균일 석출강화 및 석출상 적합도/크기 최적화를 통해 석출강화 효과를 극대화 시켰으며, 이때 투과전자현미경을 통해 L12 석출상 특징에 따른 석출상과 전위의 상호작용 효과 및 L12 석출상이 석출된 미세조직에서 변형에 따른 전위거동을 집중 분석하였다. 이를 통해, 최적화된 미세조직에서의 석출강화 및 변형 기구를 규명하였다.

고엔트로피 합금의 산업적 적용을 위해 코발트와 같은 비싼 원소를 제외한 철계 고엔트로피 합금의 개발이 필요하나, 기존에 제시된 대부분의 합금은 코발트 등의 비싼 원소들을 다량 사용하여 산업적 적용이 어려운 실정이다. 본 연구는 스테인리스강의 주요 원소인 철, 니켈, 크롬에 높은 밀도의 금속간화합물을 형성할 수 있는 원소들(알루미늄, 타이타늄, 구리)을 소량 첨가해서 가격경쟁력이 우수하고 상온 및 저온에서 항복 강도를 비롯한 기계적 물성이 탁월한 고엔트로피 합금을 개발하고자 한다. 상온에서 FCC 구조를 가진다고 보고된 equiatomic FeCrNi 합금을 기반으로 가격경쟁력 향상을 위해 철을 50 at.% 이상 첨가하고 L12의 분율 확보를 위해 니켈(Ni)을 25-30 at.% 첨가한다. 또한 과도한 크롬(Cr)의 첨가는 취성을 일으킬 수 있는 σ 상을 생성할 수 있으므로 크롬을 10 at.%로 고정하여 부식저항성을 확보한다. 알루미늄/타이타늄을 10 at.% 이내, 구리를 5 at.% 이내에서 단독 첨가 또는 함께 첨가하여 FCC + L12, FCC + Cu-rich FCC, FCC + L12 + Cu-rich FCC 등의 coherent 계면 특성을 가지는 이상/다상 미세조직을 얻을 수 있는 조성을 설계한다. 합금 내 철 함량의 증가는 L12의 분율을 감소시킬 수 있으므로 본 연구는 불균일 핵생성 증대를 통해 L12의 분율을 확보하고자 한다. 구리 클러스터 형성과 냉간 압연 시 전위 밀도의 증가가 L12의 불균일 핵생성 자리로 작용할 수 있는지 규명하고 L12 형성을 최적화할 수 있는 공정 및 조성 조건을 탐색한다. 합금 설계 조성 범위에서 다양한 조성을 아크용해로 소량의 재료를 제조하고 상 분율 및 미세조직 분석, 나노압입시험의 기계적 물성 데이터베이스를 바탕으로 목표하는 미세조직과 기계적 성질을 만족할 것으로 예측되는 조성 후보군을 결정한다. 선정한 후보군의 lab scale 재료를 제조하고 냉간 압연 후 다양한 어닐링 및 시효 열처리(aging) 조건에 따른 상 분석과 미세 조직 분석을 수행하여 미세조직과 기계적 물성의 상관관계를 통해 최적의 열처리/미세조직 조건을 탐색한다. 최적화한 미세조직을 가진 재료의 변형 기구 규명을 위해 상온 및 저온에서 재료의 변형 조직을 정밀 분석하며 변형 기구 규명을 바탕으로 기계적 물성 향상을 위한 합금 설계/공정의 최적화 전략을 제시한다.

본 과제는 고품위 고상 스크랩을 선택적 산화·환원·침출·정련 공정으로 고도화해 희토류 등 전략소재를 제조하는 기술을 개발하는 연구임. 연구 목표는 다원계 성분 상 제어를 위한 선택적 산화 공정 최적화 및 150kg/일 생산 Plasma+EMCC 시스템 구축을 포함하여, 기계적밀링 머신러닝 예측모델, 고속와류 고주파 압력변동 자기파쇄 데이터·모델, 산화물 유동 반응 균일 산화, SMP 침출 최적화, Ti 용탕 산소 정련 Ca 투입 영향, Nd-Fe-B에서 Fe 전해정련 분리로 Nd2O3 함량 고도화 기술을 확립하는 데 있음. 기대 효과는 고품위 순환자원 기반 고부가 신규시장 창출 및 전략소재 자립화, 수입 대체와 산업 파급효과로 이어짐.