Ti-Ni-Co 합금의 R상 변태온도에 미치는 인자

국문 초록 (Abstract)

Ti-Ni 2원계 합금에서는 Ni 조성 제어, 열기계적 처리 및 제 3원소 첨가 시 B2⟷R상 변태가 발현되어 B2⟷R⟷B19’의 2단계 변태가 발생한다. R상 변태는 작은 격자 변형을 동반하기 때문에 B19’상 보다 작은 변태 변형률과 변태 히스테리시스를 가진다. 이러한 높은 열 응답성은 actuator 적용에 유리하다. 따라서 R상 변태의 상업적인 응용을 위해서는 정밀한 R상 변태온도 제어가 필요하다. 현재 Ti-Ni 2원계 합금에서 제 3원소로 Fe와 Co를 첨가한 Ti-Ni-X 합금에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 R상 변태온도 변화에 미치는 인자에 대한 연구는 체계적으로 수행되지 않았다. 선행된 연구에 따르면 R상 변태는 (1)전위, (2)제 3원소의 첨가, (3)석출물로 인해 나타난다고 보고되었다. 또한 제 3원소 첨가 및 시효처리가 TiNi 합금의 형상기억특성 개선 및 변태온도 조절에 효과적이라고 보고된 바 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Equi-atomic Ti-(50-X)Ni-XCo (X=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)합금과 Ni-rich Ti-YNi-2Co (Y=48.1, 48.2, 48.3, 48.5, 48.7)합금을 설계하고 R상 변태거동 및 전위와 Ti3Ni4 석출물이 미치는 영향에 대해 조사 하였다.

본 합금을 조사하기 위해 DSC, Thermal Cycling Test, TEM 분석을 진행하였다. DSC 결과, Equi-atomic Ti-(50-X)Ni-XCo (X=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)합금의 경우 Co 함량이 1at%Co 증가할수록 T B2→R과 T R→B19'은 각각 13.87K, 23.77K 감소하였다. 또한 Annealing 온도가 증가함에 따라T B2→R는 비교적 일정하나 T R→B19'는 점차 증가하였다. Equi-atomic Ti-(50-X)Ni-XCo (X=1, 2, 3)합금의 Thermal cycling test 결과, cycle 횟수가 증가할수록 T B2→R 는 비교적 일정하고 T R→B19' 는 점차 감소하다 포화되었다. Equi-atomic Ti-48Ni-2Co 합금의 Thermal cycling test 결과, cycle 횟수가 증가할수록 T B2→R는 비교적 일정하고 T R→B19' 는 Annealing 온도에 따라 다른 변태거동을 보였다. Ni-rich Ti-YNi-2Co (Y=48.1, 48.2, 48.3, 48.5, 48.7)합금
의 경우 Ni 함량이 0.1at% 증가할 때마다 T B2→R 과 T R→B19' 은 각각 11.5K, 11.2K 감소하였다. 또한 Ni 조성 별로 573K, 673K, 773K, 873K에서 여러 시간 시효한 결과, 시효온도 별로 Ni 조성이 증가함에 따라 다른 변태온도 거동을 보였다. Ni-rich Ti-48.5Ni-2Co 합금을 573K, 673K, 773K온도에서 10시간 시효한 합금의 hermal cycling test 결과, cycle 횟수가 증가할수록 T B2→R 는 비교적 일정하고 T R→B19' 는 점차 감소하였다. 이러한 결과를 통해 R상 변태온도를 더 정밀하게 제어하고 안정화 시킬 수 있음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• I . 서 론 1
• II . 실 험 방 법 3
• 1. Equi-atomic Ti-(50-X)Ni-XCo 합금 및 시편 제작 3
• 2. Ni-rich Ti-YNi-2Co 합금 및 시편 제작 4
• 3. 시차 주사 열분석(DSC) 시험 7
• 4. Thermal Cylce 시험 7
• 5. TEM 분석 8
• III . 실 험 결 과 및 고 찰 10
• 1. Equi-atomic Ti-Ni-Co 합금의 상변태 거동 10
• 1.1 Co 조성이 변태온도에 미치는 영향 10
• 1.2 Annealing temperature가 변태온도에 미치는 영향 13
• 1.3 Thermal Cycling이 변태온도에 미치는 영향 17
• 1.3.1 Solution Treatment 17
• 1.3.2 Heat Treatment 23
• 2. Ni-rich Ti-Ni-Co 합금의 상변태 거동 28
• 2.1 Ni 조성이 변태온도에 미치는 영향 28
• 2.2 Aging으로 인한 석출물이 변태거동에 미치는 영향 32
• 2.3 Aging 후 Thermal Cycling이 변태온도에 미치는 영향 42
• IV . 결 론 45
• 참 고 문 헌 46
• Abstract 49