보고서 정보
주관연구기관 |
숙명여자대학교 |
연구책임자 |
임혜인
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2012-10 |
과제시작연도 |
2011 |
주관부처 |
교육과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국연구재단 |
등록번호 |
TRKO201300023516 |
과제고유번호 |
1345152481 |
사업명 |
기본연구지원사업(협동) |
DB 구축일자 |
2013-08-26
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초록
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1. CoFeSiB(Cr/Nb/Mo/Ta), CoFeBSiNb, FeZrSi, CoZrSi, CoFeZrB, CoFeTaB 비정질 합금의 특성연구
강자성 금속유리합금 Co-Fe-B-Si-M (M=Cr,Nb,Mo,Ta), Fe-Zr-Si, Co-Zr-Si, Co-Fe-Zr-B, Co-Fe-Ta-B을 제조하고, 구조적, 열적, 자기적 특성을 연구해 보았다. 인젝션 캐스팅방법으로 두께 1-3mm인 합금스트립을 제작하고, 멜트스피닝방법으로 두께 25-30μm인 합금리본으로 제작하였다. Fe80Zr10
1. CoFeSiB(Cr/Nb/Mo/Ta), CoFeBSiNb, FeZrSi, CoZrSi, CoFeZrB, CoFeTaB 비정질 합금의 특성연구
강자성 금속유리합금 Co-Fe-B-Si-M (M=Cr,Nb,Mo,Ta), Fe-Zr-Si, Co-Zr-Si, Co-Fe-Zr-B, Co-Fe-Ta-B을 제조하고, 구조적, 열적, 자기적 특성을 연구해 보았다. 인젝션 캐스팅방법으로 두께 1-3mm인 합금스트립을 제작하고, 멜트스피닝방법으로 두께 25-30μm인 합금리본으로 제작하였다. Fe80Zr10Si10, Co84.55Fe4.45Zr7B4, Co85Fe4Zr7B4, Co43Fe20Ta5.5B31.5, Co43Fe20Ta7B30 비정질리본은 낮은 보자력(Hc)을 가지고 높은 포화자화도(Ms)를 갖는 우수한 연자성 특성을 보여주었다. 반면 [(CoxFe1-x)0.75B0.2Si0.05]96M4 (x=0.3-0.6, M=Cr,Mo,Nb,Ta) 스트립과 [(CoxFe1-x)0.75B0.2Si0.05]96M4 (x= 0-1.0, M=Mo, Nb) 비정질리본의 경우는 연자성보다는 비교적 높은 12.5-125 Oe 사이의 보자력을 띠고, 자기이방성도 가지는 반-경자성을 나타내었다. 결정화된 Co80Zr10Si10합금은 경자성을 나타내었다. 이처럼 같은 리본형태의 시편일지라도 조성에 따라 서로 다른 자성특성을 가질 수 있으며, 이러한 비정질합금들에 대해서 미세구조와 자기적특성 사이의 상관관계를 고찰해 보았다.
2. Co-(Nd, Gd)-Zr-Al 비정질 합금의 특성연구
비정질합금의 제한된 소성능을 극복하기 위한 한 방안으로, 비정질기지 내에 제 2 상을 Ex-situ 혹은 In-situ로 형성시켜 집중된 응력을 분산시키거나 전단띠의 전파를 방해하도록 하는 복합재에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 연구에서는 이러한 제 2 비정질 석출상이 비정질 기지 내에서 비정질합금의 특성, 특히 자기적특성 변화에 어떠한 영향을 미치는지에 관하여 체계적으로 고찰하고자 하였다. 먼저, 구성 원소 간의 양의 혼합열 관계를 갖는 원소의 첨가를 통하여 이상분리를 유도하여 비정질기지에 제 2 비정질 상의 크기를 나노스케일에서 원자 스케일까지 조절하면서 기계적 특성 변화를 보았고, 관련하여 불균일성의 크기에 따른 복합재의 자기적특성 변화와의 상관관계를 고찰하였다. 이 결과는 기계적성질에 집중되어 있던 비정질합금 복합재의 연구를 확장하여, 상분리가 일어난 비정질합금 복합구조와 특성 간의 상관관계에 대한 종합적인 연구로, 벌크 비정질합금의 응용분야를 더욱 확장하는데 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
결과로, Co-(Nd, Gd)-Zr-Al 합금 조성은 (Nd, Gd)-Zr 간 양의 혼합열 관계로 인하여 준안정한 액상을 가지며, Co-(Nd, Gd)-rich 비정질 상과 Co-Zr-rich 비정질 상의 두 상으로 상분리를 일으킨다. 상분리 비정질 합금은 구성원소의 분율 조절을 통하여 droplet structure 또는 interconnected structure를 이루게 할 수 있으며, 구조의 변화는 결국 자화도의 정도를 변화시킨다. 또한 제 2 상을 갖는 상분리 비정질은 in-plane과 out-of-plane의 방향에 따라서 자화도의 차이가 생김을 확인할 수 있었다. 또한, 비정질 기지에 변형 동안 형성되는 제 2 비정질 석출상인 전단면의 밀도를 증가시키는 방법인 shot-peening 및 압연 등의 후가공을 통하여 재료의 소성능이 향상된 기존 연구결과를 바탕으로, 이에 근거하여 소성변형동안 형성되는 제 2 비정질 석출상 정도에 따른 재료의 특성 변화를 관찰하고자 하였다. 특히 본 연구에서는 Fe-based 4원계 비정질 시편에 밀도가 다른 전단면 영역을 보다 쉽게 형성시킬 수 있는 굽힘 실험을 통한 리본 시편에 전단면을 형성시켜 그에 따른 자기적 구조 변화를 측정하였다. 결과적으로 전단면의 밀도가 증가함에 따라 최대 자화도는 감소함이 관찰되었고, AFM 및 MFM을 통한 분석을 통하여 전단띠가 형성됨에 따른 magnetic domain의 변화를 알아보았다. 리본 시편에 대한 굽힘 시험을 통하여 형성된 전단띠의 위치 및 형상에 따른 리본 시편의 stress level이 달라지며, 이러한 구조적 변화는 magnetic domain의 형상에 직접적인 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.
3. FeCoBSiNbCr 비정질 합금의 특성연구
Fe-Co-B-Si-Nb을 선택하여 Co와 Cr을 치환/첨가하여 비정질 형성 및 미세구조에 미치는 영향을 분석하는 연구를 진행하였다. Fe52Co20B20Si4Nb4 합금을 선택하여 첨가 원소의 양에 따라 함금의 미세조직, 열적특성 및 자기적특성에 어떠한 변화를 유도하는지 분석하였고, 이 합금에 Co와 Cr을 각각 0, 1 3 5 at.% 치환하여 연구를 진행하였다. 모든 시편은 직경 2mm의 봉상시편으로 제작하였으며, 수냉식의 Cu몰드를 이용한 흡입주조법으로 시편을 제작하였다.
Cr이 0~3 at.% 까지 첨가 된 경우에는 비정질상태를 유지하며, Cr이 5 at.% 첨가된 경우에는 비정질 상이 없는 완전한 결정질을 형성하였다. 또한, 여기서 개발된 비정질합금들의 열적 특성(유리천이온도, 결정화개시온도, 과냉각 액상영역)의 큰 차이는 발견 되지 않았다. 여기서 개발된 Cr = 0, 1, 3 at.% 합금들의 나노 압입시험(nano-indentation) 결과 Cr 3 at.% 인 경우에 다른 비정질합금과 달리 다른 압입거동을 보였으며, 이로 인해 얻어지는 경도, 탄성계수, vickers 경도 등의 결과 값들도 차이가 보였다. 비정질 합금들의 자기적인 특성을 측정하기위해 진동형 시효 자력계(VSM)을 이용하여 얻어진 자기이력곡선으로부터 모든 벌크 비정질합금이 보자력값이 매우 작은 연자성 특성을 나타냈지만, Cr = 3 at.%에서만 다른 loop를 그리는 것을 관찰되었고, Cr 0, 1 at.%의 포화자화값은 비슷한 값을 갖지만, Cr 3 at. %인 비정질 합금에서는 포화자화값이 급격히 감소하는 모습을 보였다.
여기서 개발된 비정질합금의 압입특성과 자기적특성의 차이는 자유부피(free volume)모델을 통해서 설명할 수 있다. 이러한 결과들로부터 Cr의 첨가는 재료의 자유부피의 증가를 이끌고, 그로 인하여 압입특성 및 자기적특성의 변화를 유도하며, 이는 자유부피에 의한 것이다. 다시 말해, 비정질 재료의 자유부피를 제어할 수 있다면, 자유부피의 제어를 통하여 재료의 압입특성 및 자기적특성을 제어 할 수 있는 가능성을 제시 하였다.
목차 Contents
- 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
- 목차 ... 3
- I. 연구결과 요약문 ... 4
- II. 연구내용 및 결과 ... 5
- 1. 연구과제의 개요 ... 5
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 17
- 5. 연구결과의 활용 계획 ... 18
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 19
- III. 연구성과 ... 20
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