초록 ▼

1. 최종목표
본 기술개발은 직경 0.4mm 이하 초탄성 Ti-Ni 형상기억합금 선재 제조 냉간가공기술 개발로 최적 냉간 가공량 조건 확립, 최적 열처리 조건 확립 및 초탄성 회복율 5% 이상의 Ti-Ni 초탄성 합금의 선재 제조 조건 확립이다.
이의 목표 달성을 위해 주관기관은 냉간가공 및 열처리(어닐링)조건 최척화를 정립하고 위탁기관은 합금제조 및 변태온도, 초탄성 특성 시험 및 결과를 제조 조건에 결합하여 우수한 초탄성 Ti-Ni 형상기억합금 선재를 제조할 수 있는 기반 마련함이다.
2. 개발내용 및 결과

1. 최종목표
본 기술개발은 직경 0.4mm 이하 초탄성 Ti-Ni 형상기억합금 선재 제조 냉간가공기술 개발로 최적 냉간 가공량 조건 확립, 최적 열처리 조건 확립 및 초탄성 회복율 5% 이상의 Ti-Ni 초탄성 합금의 선재 제조 조건 확립이다.
이의 목표 달성을 위해 주관기관은 냉간가공 및 열처리(어닐링)조건 최척화를 정립하고 위탁기관은 합금제조 및 변태온도, 초탄성 특성 시험 및 결과를 제조 조건에 결합하여 우수한 초탄성 Ti-Ni 형상기억합금 선재를 제조할 수 있는 기반 마련함이다.
2. 개발내용 및 결과
풍성정밀관과 경상대학교는 다음의 순으로 기술개발을 진행하고 결과를 취득하였다.
<합금의 제조> - 경상대학교, 풍성정밀관
- 진공고주파 유도용해로를 이용(경상대 보유)하여 초탄성 효과에 가장 적합한 것으로 알려진 Ti-49.8Ni(at%) 합금 Ingot 제조 실시
- 용해는 스폰지 Ti과 전해니켈을 원료로 사용하고, 흑연도가니를 이용하여 실시
- 용해 후 금속주형에 주입하여 직경 20mm 봉 형태의 Ingot 제조 실시
<열간 압연> - 경상대학교, 풍성정밀관
- 직경 20mm의 Ingot를 850℃ 로 가열한 후 보유의 압연기를 이용하여 열간압연 실시
- 압연은 대기 중에서 실시하고, pass당 압하율은 5% 이내
- 열간압연은 직경 2mm까지 실시
- 열간압연 된 직경 2mm 선재의 표면산화물을 제거한 후 850℃에서 용체화 처리하여 변태온도 측정
<냉간 인발> - 풍성정밀관, 경상대학교
- 열간압연 된 직경 2mm의 선재를 이용하여 보유의 인발기를 이용하여 냉간인발 실시
- 최종 냉간가공량이 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% 이 되도록 냉간 가공량을 조절 하면서 실시
- pass당 냉간 가공량은 3% 이내로 조정
- 냉간 인발한 선재의 변태온도 평가 실시
<열처리> - 풍성정밀관, 경상대학교
- 냉간 인발 된 선재에 대해 보유의 열처리 설비를 이용하여 어닐링 열처리 실시
- 어닐링은 250℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 6OO℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃의 온도에서 각 10분 - 60분간 실시
- 어닐링 후 변태온도 측정 실시
- 어닐링 후 초탄성 특성 조사 실시
- 어닐링 후 형상 회복을 측정 실시
<변태 온도 측정> 풍성정밀관, 경상대학교
- 시차주사열분석기를 이용하여 용제화처리재, 냉간인발재 및 어닐링한 선재의 마르텐사이트 변태온도 측정 실시
- -15O℃~150℃의 온도범위에서 10℃/min의 속도로 측정
- 시차주사열분석 곡선올 이용하여 마르텐사이변태에 수반되는 변태열과 변태온도 및 변태거동 조사
- 측정된 변태온도는 추후 초탄성 시험 시 측정온도 결정에 활용
<X선회절 시험> 풍성정밀관, 경상대학교
- X선회절시험기를 이용하여 용체화처리재, 냉간인발재 및 어닐링한 선재의 결정구조 조사
- 시차주사열분석 결과로부터 측정된 변태온도를 기반으로하여 -15O℃~150℃의 온도 범위에서 l˚/min의 속도로 측정
- 마르텐사이트의 격자상수를 구하여 가공열처리 조건에 따른 격자상수의 변화를 측정
- 초탄성회복은 마르텐사이트변태에 수반되는 격자변형량에 의존하고, 격자변형량은 경자상수에 의해 결정
- 따라서 격자상수 측정은 초탄성회복율 예측에 활용됨
<초탄성회복율 측정> 풍성정밀관, 경상대학교
- 초탄성합금 시뮬레이터를 이용하여 어닐링한 선재의 초탄성 회복율 측정
- 시험온도는 시차주사열분석으로부터 측정한 변태온도를 기반으로하여 역변태 종료온도 이상에서 실시
- 1%~5%까지 변형율을 증가시키면서 초탄성회복율 측정
- 초탄성회복율 측정 결과로부터 최적의 가공열처리조건(냉간가공량, 어닐링온도, 어닐링시간) 도출
<형상기억희복율 측정> - 풍성정밀관, 경상대학교
- 정하중 열 싸이클 시험장치를 이용하여 어닐링한 선재의 형상 기억 회복율 측정
- 시험온도는 시차주사열분석으로부터 측정한 변태온도를 기반으로 하여 설정
- 20 MPa -200 MPa로 하중을 증가시키면서 형상 기억 회복율 측정
- 형상 기억 회복율 측정 결과로부터 최적의 가공열처리조건(냉간가공량, 어닐링온도, 어닐링시간) 도출
<선재 생산> - 풍성정밀관
- 직경 O.4mm 이하 초탄성 Ti-Ni 형상기억합금 선재 제조
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
<기술적 측면>
- 고품질의 안정한 제조기반 확립 : Ti-Ni 초탄성합금 제조시 반드시 필요한 냉간가공 기술을 현장여건을 감안한 기술형태로 개발함으로써 생산에 직접 활용 가능
- 생산기반 구축 : Ti-Ni 초탄성합금올 활용한 다양한 응용분야에 대해 기업의 고유기술로 대응이 가능하도록 데이터베이스를 구축함으로써 생산기반 구축 효과 도출
- 소재 강국 실현 : 세계 세 번째 Ti-Ni 합금 연구개발 및 제조 국가 달성
<경제적 측면>
- 수입대체효과 : 현재 (주)에스엠에이가 제조하고 판매하는 일부를 제외하고는 Ti-Ni 초탄성합금은 전량 수입에 의존하고 있기 때문에 민수 및 군수분야 소재부품의 완전 국산화로 기술보호 및 국가기술경쟁력 강화에 기여
- 수출기대효과 : 세계 세 번째의 Ti-Ni 초탄성합금 연구개발 및 제조 국가로 다량의 다양한 제풍을 출시하여 2015년 세계시장 정유율 5%를 목표로 수출 기대
- 시장창출효과 : 다양한 변태온도의 Ti-Ni 초탄성합금이 제조 가능하여 틈새시장의 공략이 가능할 뿐만 아니라, 그동안 소량의 샘플 구매 및 즉시 공급의 불가능 등으로 이루어지지 못했던 각종 분야에서의 연구개발 및 적용 등의 활성화에 기여. 특히 민수 및 군수분야 외에도 항공우주분야에의 적용 가능성 증대
- 비용절감효과 : 기업 고유의 데이터베이스 구축으로 생산성 증대 및 불량률의 감소로 Ti-Ni 초탄성합금의 생산단가를 낮출 수 있으므로, 높은 가격으로 구성되어 있던 Ti-Ni 초탄성합금의 가격을 낮추어 활성화에 기여. 저비용 및 소형화에 따른 기존 소재 산업의 고부가가치화
- 고용창출효과 : 새로운 분야의 생성 및 활성화로 어려운 경제여건 속에서도 새로운 고용을 창출함으로써 지역 및 국가발전에 기여
4. 적용분야
(민수분야)
- 전기전자 : 휴대폰 및 DMB폰 안테나, Sliding폰의 Sliding Actuator, 헤드셋, 인공위성 안테나, 각종 Connector 외
- 기계금속 : 온수조절밸브, 방화문, 화상방지용 캔티레벨 밸브, 화상방지용 샤워기 밸브, 화재경보 밸브, Fire Damper, 고압유관 Sealing 기구, Washer, 안경테, 브래지어 와이어 외
- 의료기기 : 정형외과용 골고정기구, 신경외과용 척추고정기구, 일반외과용 스텐트, 가이드와이어, 치과용 치열교정와이어 외
- 기타 : 로봇 Actuator(소형펌프, 관절구동용), Muscle wire
(군수분야)
- 전기전자 : 무전기 안테나, 미사일 항법장치의 Electric Connectof, 인공위성 안테나, 각종 전선 Couple Ring 외
- 기계금속 : 고압유관 Sealing 기구, Washer 외
- 항공우주 : 전투기 및 항공모함의 유관 이음매, Helicopter Blade Tab 컨트를을 위한 Acluator System 외
- 기타 : 전투로봇 Actuator(소형펌프, 관절구동용), Muscle wire 외

목차 Contents

• 최종보고서 ... 1
• 제출문 ... 3
• 최종보고서 초록 ... 5
• 목차 ... 15
• 제1장 서 론 ... 17
• 제1절 기술개발의 개요 ... 17
• 1. 초탄성 효과의 개념 ... 17
• 2. 초탄성 합금 개발의 필요성 ... 19
• 3. 초탄성 합금 냉간가공 기술개발의 필요성 ... 21
• 4. 기술개발의 기대효과 ... 24
• 5. 기술개발의 결과의 활용 ... 26
• 제2절 기술개발의 목표 ... 27
• 1. 기술개발 목표 ... 27
• 2. 기술개발의 범위 ... 28
• 3. 기술개발의 진행 추진 및 구성 현황 ... 30
• 제3절 기술개발 내용 및 방법 ... 32
• 1. 기술개발 목표 ... 32
• 2. 기술개발 내용 및 목표 ... 33
• 제2장 기술개발 내용 및 방법 ... 34
• 제1절 항목별 기술개발 추진 내용 및 방법 ... 34
• 1. 합금의 제조 ... 34
• 2. 열간 압연 ... 36
• 3. 냉간 인발 ... 37
• 4. 열처리(Annealing) ... 42
• 5. 변태온도 측정 ... 57
• 6. X선철회 시험 ... 60
• 7. 초탄성 회복율 측정 ... 62
• 8. 형상기억 회복률 측정 ... 63
• 9. 제품 생산 ... 68
• 제3장 기술개발 추진 결과 ... 74
• 제1절 기술개발 추진 일정 계획 대비 목표 달성 현황 ... 74
• 제2절 평가항목에 의한 목표 달성 ... 76
• 제3절 연구결과의 활용 ... 83
• 끝페이지 ... 87