지금까지 준주기적 결정구조를 갖는 icosahedral ph ase(I-phase)가 많은 합금계에서 보고되고 있고, I-phase는 독특한 원자구조로 인해 높은 고온강도와 낮은 마찰계수 등의 독특한 기계적/물리적 특성을 갖는다. 그러나, 단일상의 I-phase는 낮은 연성으로 인해 그 자체로는 구조적 응용에 많은 제약을 받는다. 이러한 단점을 극복하는 방법 중 하나는 I-phase와 좋은 연성을 갖는 재료로 이루어진 복합재료를 제조하는 것이다. 대부분의 준결정상은 열역학적으로 불안정하지만 Al-Cu-Fe 합금계에서 처음 열역학적으로 안정한 준결정상이 발견된 이래, 여러 합금계에서 이와 같은 상이 보고되어지고 있어서 이러한 복합재료의 제조에 대한 가능성을 높여주고 있다. 특히, Mg-Zn-Y계 합금의 경우 대략 Mg_(42)Zn_(50)Y_8 조성의 안정한 준결정상의 존재가 보고되어졌다.
본 연구에서는 Mg 합금설계에 준결정상의 활용가능성을 살펴보기 위해 α-Mg과 안정한 준결정상의 2상 영역의 존재 가능성이 있는 합금을 설계하여 응고거동 및 미세구조를 분석, 고찰하였다. 고순도 Mg, Zn 및 Mg-Y 모합금을 사용하여 ...
지금까지 준주기적 결정구조를 갖는 icosahedral ph ase(I-phase)가 많은 합금계에서 보고되고 있고, I-phase는 독특한 원자구조로 인해 높은 고온강도와 낮은 마찰계수 등의 독특한 기계적/물리적 특성을 갖는다. 그러나, 단일상의 I-phase는 낮은 연성으로 인해 그 자체로는 구조적 응용에 많은 제약을 받는다. 이러한 단점을 극복하는 방법 중 하나는 I-phase와 좋은 연성을 갖는 재료로 이루어진 복합재료를 제조하는 것이다. 대부분의 준결정상은 열역학적으로 불안정하지만 Al-Cu-Fe 합금계에서 처음 열역학적으로 안정한 준결정상이 발견된 이래, 여러 합금계에서 이와 같은 상이 보고되어지고 있어서 이러한 복합재료의 제조에 대한 가능성을 높여주고 있다. 특히, Mg-Zn-Y계 합금의 경우 대략 Mg_(42)Zn_(50)Y_8 조성의 안정한 준결정상의 존재가 보고되어졌다.
본 연구에서는 Mg 합금설계에 준결정상의 활용가능성을 살펴보기 위해 α-Mg과 안정한 준결정상의 2상 영역의 존재 가능성이 있는 합금을 설계하여 응고거동 및 미세구조를 분석, 고찰하였다. 고순도 Mg, Zn 및 Mg-Y 모합금을 사용하여 아르곤 분위기 하에서 고주파 용해법에 의해 용해 후, Cu 몰드에 주조하여 ingot을 제조하였다. 제조된 모합금의 일부를 적당한 크기로 분쇄한 것을 단롤형 melt-spinning법을 사용하여 석영관에서 재용해 후 50KPa의 압력으로 분사하여 두께가 약 45㎛, 폭이 2mm인 리본을 제조하였다. 제조된 시료는 광학현미경, 투과전자현미경, X-선 회절법에 의해 분석하였다. 주조시편 분석을 통해 Mg-rich
조성에서 (I-phase + α-Mg) 2상 공정조직을 처음으로 확인하였으며, 열처리 조건을 통해 (I-phase + α-Mg) 2상 공정조직이 다른 형태의 미세구조를 갖는 것을 확인하였다. 그러나, 준결정상은 완전한 icosahedral symmetry를 나타내지 않았으며, phason strain에 의해 준결정 관련 결정구조(quasicrystal related crystalline structure)를 가지고 있었다. 이와 같은 구조는 6 dimensional projection scheme에 의해서 1/1 rhombohedral approximant 구조로 묘사될 수 있음이 본 연구에서 처음으로 밝혀졌다. Mg-Zn-Y 3원계의 Mg-rich 영역의 합금인 경우에는 조성에 따라 1/1 rhombohedral approximant, decagonal phase 등 여러 종류의 준결정상이 α-Mg과 공존함이 관찰되었다. 그리고, Mg 합금설계시 준결정상의 활용가능성을 알아보기 위해 압축시험을 행한 결과, (I-phase + α-Mg) 2상 미세조직을 갖는 합금 중 적은 분율의 α-Mg 초정 또는 icosahedral 초정을 가지는 경우는 높은 강도와 낮은 연성으로 취성파괴를 일으키며, α-Mg 초정분율이 높은 경우에는 다소 낮은 강도와 높은 연성으로 인해 shear band에 의해 파괴가 일어나는 것으로 나타났다.
지금까지 준주기적 결정구조를 갖는 icosahedral ph ase(I-phase)가 많은 합금계에서 보고되고 있고, I-phase는 독특한 원자구조로 인해 높은 고온강도와 낮은 마찰계수 등의 독특한 기계적/물리적 특성을 갖는다. 그러나, 단일상의 I-phase는 낮은 연성으로 인해 그 자체로는 구조적 응용에 많은 제약을 받는다. 이러한 단점을 극복하는 방법 중 하나는 I-phase와 좋은 연성을 갖는 재료로 이루어진 복합재료를 제조하는 것이다. 대부분의 준결정상은 열역학적으로 불안정하지만 Al-Cu-Fe 합금계에서 처음 열역학적으로 안정한 준결정상이 발견된 이래, 여러 합금계에서 이와 같은 상이 보고되어지고 있어서 이러한 복합재료의 제조에 대한 가능성을 높여주고 있다. 특히, Mg-Zn-Y계 합금의 경우 대략 Mg_(42)Zn_(50)Y_8 조성의 안정한 준결정상의 존재가 보고되어졌다.
본 연구에서는 Mg 합금설계에 준결정상의 활용가능성을 살펴보기 위해 α-Mg과 안정한 준결정상의 2상 영역의 존재 가능성이 있는 합금을 설계하여 응고거동 및 미세구조를 분석, 고찰하였다. 고순도 Mg, Zn 및 Mg-Y 모합금을 사용하여 아르곤 분위기 하에서 고주파 용해법에 의해 용해 후, Cu 몰드에 주조하여 ingot을 제조하였다. 제조된 모합금의 일부를 적당한 크기로 분쇄한 것을 단롤형 melt-spinning법을 사용하여 석영관에서 재용해 후 50KPa의 압력으로 분사하여 두께가 약 45㎛, 폭이 2mm인 리본을 제조하였다. 제조된 시료는 광학현미경, 투과전자현미경, X-선 회절법에 의해 분석하였다. 주조시편 분석을 통해 Mg-rich
조성에서 (I-phase + α-Mg) 2상 공정조직을 처음으로 확인하였으며, 열처리 조건을 통해 (I-phase + α-Mg) 2상 공정조직이 다른 형태의 미세구조를 갖는 것을 확인하였다. 그러나, 준결정상은 완전한 icosahedral symmetry를 나타내지 않았으며, phason strain에 의해 준결정 관련 결정구조(quasicrystal related crystalline structure)를 가지고 있었다. 이와 같은 구조는 6 dimensional projection scheme에 의해서 1/1 rhombohedral approximant 구조로 묘사될 수 있음이 본 연구에서 처음으로 밝혀졌다. Mg-Zn-Y 3원계의 Mg-rich 영역의 합금인 경우에는 조성에 따라 1/1 rhombohedral approximant, decagonal phase 등 여러 종류의 준결정상이 α-Mg과 공존함이 관찰되었다. 그리고, Mg 합금설계시 준결정상의 활용가능성을 알아보기 위해 압축시험을 행한 결과, (I-phase + α-Mg) 2상 미세조직을 갖는 합금 중 적은 분율의 α-Mg 초정 또는 icosahedral 초정을 가지는 경우는 높은 강도와 낮은 연성으로 취성파괴를 일으키며, α-Mg 초정분율이 높은 경우에는 다소 낮은 강도와 높은 연성으로 인해 shear band에 의해 파괴가 일어나는 것으로 나타났다.
Icosahedral phases (I-phases) that have quasiperiodic atomic structure have been reported in many alloy systems. I-phases have attractive mechanical/ physical properties attributed to their unique atomic structure. For instances, high strength at elevated temperatures and low friction coefficients o...
Icosahedral phases (I-phases) that have quasiperiodic atomic structure have been reported in many alloy systems. I-phases have attractive mechanical/ physical properties attributed to their unique atomic structure. For instances, high strength at elevated temperatures and low friction coefficients of the I-phase have been reported in the alloy system Al-Fe-Cu. However, monolithic I-phase materials have poor ductility inhibiting structural applications. One reasonable solution for the structural applications is fabricating composite materials comprising an I-phase and a ductile phase. For these composite materials design, thermally stable I-phase equilibrating with a metallic solid solution is needed. Although most of the I-phases are thermally unstable phases that transform to equilibrium crystalline phases during heat treatments, stable I-phases have been found in some alloy systems.
In the Mg-Zn-Y system, thermodynamically stable I-phase exists haying the stoichiometry of about Mg_(42)Zn_(50)Y_8. In the Zn-rich ternary alloys with the Y content higher than 4 at%, the I-phase is formed through a peritectic reaction and coexists with brittle intermetallic compounds
In this study, we Investigate the phases equilibrating with the I-phase in the Mg-rich corner of the Mg-Zn-Y system. The microstructures including the I-phase and a ductile phase, α-Mg solid solution, are explored for the development of in-situ composites, The existence of the (I-phase+α-Mg) two phase field in the alloy system Mg-Zn-Y provides an opportunity to develop structural composite materials.
In the Mg-rich corner of the alloy system Mg-Zn-Y, a small amount addition of Y to the binary alloy Mg_(74)Zn_(26) changes the primary phase from the α-Mg to the I-phase, The composition of the primary I-phase obtained from standardless EDS in SEM is about Mg_(48)Zn_(43)Y_9. The liquidus surface boundary of the α-Mg/ I-phase locates between Mg_(75)Zn_(23)Y_2 and (Mg_(74)Zn_(26))_(100-x) (X=1-4).
A eutectic microstructure Involving the α-Mg solid solution and the I-phase is developed between the α-Mg or the I-phase primary dendrites implying the existence of the (I-phase+α-Mg) two phase field in the Mg-Zn-Y ternary system Through rapid quenching from liquid and subsequent heat treatment, an (I-phase+α-Mg) two phase structure that has euqiaxed α-Mg grains enveloped in fine I-phase grains can be produced. Development of these two distinctive (I-phase+α-Mg) microstructures expands the microstructural options available for structural composite materials.
According to quasi-static uniaxial compression test, (I-phase+α-Mg) two phase alloys with both the small volume fraction of primary α-Mg phase and primary icosahedral phase exhibit the high strength and the low ductility, leading to the brittle fracture. Whereas, (I-phase+α-Mg) two phase alloys with the large volume fraction of primary α-Mg phase have the relitively lower strength and the high ductility.
Icosahedral phases (I-phases) that have quasiperiodic atomic structure have been reported in many alloy systems. I-phases have attractive mechanical/ physical properties attributed to their unique atomic structure. For instances, high strength at elevated temperatures and low friction coefficients of the I-phase have been reported in the alloy system Al-Fe-Cu. However, monolithic I-phase materials have poor ductility inhibiting structural applications. One reasonable solution for the structural applications is fabricating composite materials comprising an I-phase and a ductile phase. For these composite materials design, thermally stable I-phase equilibrating with a metallic solid solution is needed. Although most of the I-phases are thermally unstable phases that transform to equilibrium crystalline phases during heat treatments, stable I-phases have been found in some alloy systems.
In the Mg-Zn-Y system, thermodynamically stable I-phase exists haying the stoichiometry of about Mg_(42)Zn_(50)Y_8. In the Zn-rich ternary alloys with the Y content higher than 4 at%, the I-phase is formed through a peritectic reaction and coexists with brittle intermetallic compounds
In this study, we Investigate the phases equilibrating with the I-phase in the Mg-rich corner of the Mg-Zn-Y system. The microstructures including the I-phase and a ductile phase, α-Mg solid solution, are explored for the development of in-situ composites, The existence of the (I-phase+α-Mg) two phase field in the alloy system Mg-Zn-Y provides an opportunity to develop structural composite materials.
In the Mg-rich corner of the alloy system Mg-Zn-Y, a small amount addition of Y to the binary alloy Mg_(74)Zn_(26) changes the primary phase from the α-Mg to the I-phase, The composition of the primary I-phase obtained from standardless EDS in SEM is about Mg_(48)Zn_(43)Y_9. The liquidus surface boundary of the α-Mg/ I-phase locates between Mg_(75)Zn_(23)Y_2 and (Mg_(74)Zn_(26))_(100-x) (X=1-4).
A eutectic microstructure Involving the α-Mg solid solution and the I-phase is developed between the α-Mg or the I-phase primary dendrites implying the existence of the (I-phase+α-Mg) two phase field in the Mg-Zn-Y ternary system Through rapid quenching from liquid and subsequent heat treatment, an (I-phase+α-Mg) two phase structure that has euqiaxed α-Mg grains enveloped in fine I-phase grains can be produced. Development of these two distinctive (I-phase+α-Mg) microstructures expands the microstructural options available for structural composite materials.
According to quasi-static uniaxial compression test, (I-phase+α-Mg) two phase alloys with both the small volume fraction of primary α-Mg phase and primary icosahedral phase exhibit the high strength and the low ductility, leading to the brittle fracture. Whereas, (I-phase+α-Mg) two phase alloys with the large volume fraction of primary α-Mg phase have the relitively lower strength and the high ductility.
주제어
#2상 영역
#복합재료
#합금
#압축시험
#I-phase
#Mg-Zn-Y
#two phase region
#composite
#thermal stability
#melt-spinning
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