[논문]Zr-Al-Cu-Ni계 합금의 비정질형성능에 미치는 Pd과 Ag 복합첨가의 영향

김미혜; 이병우; 김성규; 배차헌; 정해용

Zr-Al-Cu-Ni계 합금의 비정질형성능에 미치는 Pd과 Ag 복합첨가의 영향
The Influence of (Pd+Ag) Additions on the Glass Forming Ability of Zr-Al-Cu-Ni based Alloys 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.24 no.1, 2004년, pp.40 - 44

김미혜 (부경대학교 신소재공학부 대학원) , 이병우 (부경대학교 신소재공학부) , 김성규 (부경대학교 신소재공학부) , 배차헌 (부경대학교 신소재공학부) , 정해용 (부경대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The influence of Pd and Ag additions on the thermal stability, the glass forming ability (GFA) and mechanical property of $Zr_{55}Al_{10}Cu_{20}Ni_{10}Pb_{(5-x)}Ag_x$ (x = $0{\sim}5at%$) alloys obtained by melt spun and injection casting method have been investigated by using of X-ray diffraction, thermal analysis (DTA, DSC) and micro-Vickers hardness(Hv) testing. The thermal properties of melt-spun $Zr_{55}Al_{10}Cu_{20}Ni_{10}Pb_{(5-x)}Ag_x$ (x = $0{\sim}5at%$) alloys exhibit a supercooled liquid region(${\Delta}T_x$) exceeding 91 K before crystallization. The largest ${\Delta}T_x$ reaches as large as 126 K for the $Zr_{55}Al_{10}Cu_{20}Ni_{10}Pb_5$ alloy. The reduced glass transition temperature, $T_{rg}$ increased with increasing Ag content. The largest $T_{rg}$ is obtained for the $Zr_{55}Al_{10}Cu_{10}Ni_{10}Ag_5$ alloy. The $Zr_{55}Al_{10}Cu_{10}Ni_{10}Ag_5$ bulk amorphous alloy rod with 3 mm in diameter was fabricated by injection casting. Hv increased with increasing Ag content and the largest value was obtained for the $Zr_{55}Al_{10}Cu_{10}Ni_{10}Ag_5$ bulk amorphous alloy.

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문제 정의

이러한 벌크형 비정질합금계 중에서 비교적 큰 비정질형성능(Glass Forming Ability, GFA)을 가지는 것으로 보고되고 있는 Zr계 합금[9-12] 은 1-1。2幻&의 낮은 임계냉각속도에서 비정질상의 형성이 가능하기 때문에 다양한 응용이 예상된다. 따라서 다양한 다원계 乙계 합금에 대한 벌크형 비정질 상의 형성을 조사하기 위하여 본 연구에서는 4원계 Zr- Al-Cu-Ni 합금에 제5, 6원소로 Pd과 Ag를 복합 첨가하여 비정질 형성능과 그에 따른 기계적 성질(미소 경도)의 변화를 조사하였다.

제안 방법

다성분계인 Zr-Al-Cu-Ni 합금계에 Pd+Ag를 복합 첨가하여 이들 합금의 비정질형성능에 대한 조사를 한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
또한 급속응고법으로 제조된 리본 형태의 비정질화된 시료중 열적 안정성이 뛰어나다고 판단되는 시편조성인 Zr55All0Cu20NiIOAg5 합금용탕을 Cu 제 주형내로 주입주조(Injection casting)하여 봉상시 편을 제조하였다. 이들 시편들의 비정질화 거동을 살펴보기 위하여 X선회절 분석 (CuKa)을 가속전압과 전류는 각각 40 kV, 30 mA의 조건으로 하였다. 합금의 비정질 형성능 평가 인자인 유리천이온도(Tg)와 결정화 온도(L)는 DSC(Perkin Elmer)를 이용하여 523K~823K 의 온도범위에 걸쳐 질소가스 분위기하에서 0.
이들 시편들의 비정질화 거동을 살펴보기 위하여 X선회절 분석 (CuKa)을 가속전압과 전류는 각각 40 kV, 30 mA의 조건으로 하였다. 합금의 비정질 형성능 평가 인자인 유리천이온도(Tg)와 결정화 온도(L)는 DSC(Perkin Elmer)를 이용하여 523K~823K 의 온도범위에 걸쳐 질소가스 분위기하에서 0.67 K/s의 일정한 승온속도로 가열하여 측정하였고, 액상선온도 (T]) 및 고상선온도(乂)의 측정은 673K~1673K의 온도 범위에서 DTA(Perkin Elmer)를 이용하여 질소 분위기하에서 0.17 K/西 승온 속도로 측정하였다. 한편 합금의 경도값은 미소경도기 (Mastsuzawa, MXT07)를 이용하여 1。회 이상 측정하여, 최대 , 최소값을 제외한 산술평균값을 경도값으로 결정하였다.

대상 데이터

9%) 등의 원소들은 가스와 불순물 그리고 편석의 영향을 최대한 줄이기 위해 고순도 아르곤가스 분위기하에서 여러 차례 아크 용해하였다. Zr55Al, 0Cu20Ni ;0Pd(3_x)Agx (乂 = 0~5 出 %>의 화학조성으로 준비된 모합금을 단롤 멜트스피닝법을 이용하여 두께가 약 68-80 gm, 폭이 약 2.6 mm인 리본을 제조하였다. 또한 급속응고법으로 제조된 리본 형태의 비정질화된 시료중 열적 안정성이 뛰어나다고 판단되는 시편조성인 Zr55All0Cu20NiIOAg5 합금용탕을 Cu 제 주형내로 주입주조(Injection casting)하여 봉상시 편을 제조하였다.
6 mm인 리본을 제조하였다. 또한 급속응고법으로 제조된 리본 형태의 비정질화된 시료중 열적 안정성이 뛰어나다고 판단되는 시편조성인 Zr55All0Cu20NiIOAg5 합금용탕을 Cu 제 주형내로 주입주조(Injection casting)하여 봉상시 편을 제조하였다. 이들 시편들의 비정질화 거동을 살펴보기 위하여 X선회절 분석 (CuKa)을 가속전압과 전류는 각각 40 kV, 30 mA의 조건으로 하였다.
본 실험에 사용한 Zr(99.8%), AK99.99%), Cu(99.9%), Ni(99.9%), Pd(99.9%) 및 Ag(99.9%) 등의 원소들은 가스와 불순물 그리고 편석의 영향을 최대한 줄이기 위해 고순도 아르곤가스 분위기하에서 여러 차례 아크 용해하였다. Zr55Al, 0Cu20Ni ;0Pd(3_x)Agx (乂 = 0~5 出 %>의 화학조성으로 준비된 모합금을 단롤 멜트스피닝법을 이용하여 두께가 약 68-80 gm, 폭이 약 2.

성능/효과

1) 멜트스피닝에 의해 급냉응고된 Zr55Al|{)Cu2oNil0 Pd{5-x)Agx(x = O~5at%)계 합금은 91 K 이상의 과냉각액체영역(四)를 나타냈고, 그 중 Ag가 첨가되지 않은 Zr55AlI0Cu2oNiloPd5 합금에서 가장 넓은 &L를 나타냈다.
2) Ag를 첨가했을 때 융점이 낮아지는 경향을 나타냈으며, Ag로 P&을 치환한 Zr55Al10Cu20Ni10Ag5 합금에서 가장 큰 Trg 값을 나타냈다. 이때 Trg 값은 Ag 첨가되지 않은 합금의 경우 0.
3) 가장 큰 Trg 값을 갖는 Zr55AlI0Cu20Ni10Ag5 합금을 주입주조한 결과 직경 3 mm, 길이 50 mm인 벌크 비정질합금을 제조할 수 있었다. 이 합금의 경도값은 약 Hv = 590 정도를 나타냈다.
따라서 주입주조법에 의해 제조된 직경 3 mm, 길이 50 mm 봉상의 Zr55Ali0Cu20Ni10Ag5 합금이 균일하게 비정질 상이 얻어졌음을 알 수 있다.
여기서 멜트스피닝한 리본의 미소경도는 Ag 양이 증가할수록 소폭으로 증가(乩=565~580)£로 하였고, 주입 주조된 Zr55AII0Cu20Ni[0Ag5 조성의 벌크 비정질 합금의 氏 = 590을 나타냈다. 이들 H, .
위의 결과를 통해 Ag의 함유량이 5at%일 때 Trg = 0.62로 가장 큰 값을 나타내므로 Zr55All0Cu20Ni10Ag5 합금이 Zr₅₅Al_l0Cu₂₀Ni₁₀Pd_(5-x)Ag_x (乂 = 0~5龍构계 합금 중에서 비정질형성능이 제일 우수한 것을 알 수 있다.
4에 나타낸 바와 같이 Ag의 첨가량이 증가할수록 T] 이 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보이나 Ag가 3at%일 때 가장 낮은 L값을 나타냈다. 통상의 비정질형성능 평가요소인 Trg 값, 즉 T/T] 값은 Ag를 첨가할수록 증가하는 경향을 나타냈다. (Fig.

참고문헌 (12)

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L. A. Davis: Metallic glass, Papers Presented at a Seminar of the Materials Science Division of the ASM in 1976(American Society for Metals, Ohio, 1978)
Atakan Peker : Dissertation, 'Formation and characterization of bulk metallic glasses' California Institute of Technology, Pasadena, California (1984)
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