초록 ▼

□ 연구개요
내열합금에서 결정립계 손상의 저항성을 향상시키는 것은 소재 개발자 뿐만 아니라 시스템 운용관리자에게도 중요한 과제의 하나이다. 최근 본 연구책임자는 결정립계가 파형화(serration)된다면, 고온 기계적 특성이 약 40~280%까지 크게 향상됨을 확인하였다. 본 연구 책임자는 결정립계 serration 현상에 대해 선행연구를 통해 입계가 자발적으로 움직여 파형화 되는 현상을 처음으로 발견하였고, 이 현상은 기존 모델로는 설명할 수 없다. 지난 3년 동안 신진연구과제를 통해, serration 생성의 구동력이 계면

□ 연구개요
내열합금에서 결정립계 손상의 저항성을 향상시키는 것은 소재 개발자 뿐만 아니라 시스템 운용관리자에게도 중요한 과제의 하나이다. 최근 본 연구책임자는 결정립계가 파형화(serration)된다면, 고온 기계적 특성이 약 40~280%까지 크게 향상됨을 확인하였다. 본 연구 책임자는 결정립계 serration 현상에 대해 선행연구를 통해 입계가 자발적으로 움직여 파형화 되는 현상을 처음으로 발견하였고, 이 현상은 기존 모델로는 설명할 수 없다. 지난 3년 동안 신진연구과제를 통해, serration 생성의 구동력이 계면 에너지 감소와 연관됨을 제시하였으나, 정량적 해석의 부재로 후속연구를 제안하였다. 본 후속연구에서는 원자단위 및 다차원 분석과 제일원리 계산을 접목하여 serration 현상에 대한 정량적 해석을 추가하여 독자적 모델을 완성하고자 한다. 아울러, 최근 유망 기술로 부각되며, 항공/우주 분야에 적용이 시작되는 3D 프린팅 내열합금에 상기의 serration 열처리 적용 가능성을 타진하고, 특성의 개선 가능성을 고찰하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 후속연구에서는 정량화된 serration 독자 모델을 완성하고, 3D 프린팅 내열합금에 serration 열처리 적용 가능성을 타진하고, 특성의 개선 가능성을 고찰하는 것이 연구목표이였으며, 목표대비 100% 달성되었고, 아래와 같이 주요 연구결과를 정리 할 수 있음:
1. 원자단위 분석을 통한 파형 결정립계 미소 편석원자 정량화
3차원 APT 분석을 통해, Cr의 입계로의 확산과 이들의 편석(87at%)으로 인한 strain이 serration의 주요 촉진역할을 함을 처음으로 확인함. 제일원리 계산을 통해 0.97kJ/mol의 임계 변형량이 serration에 필요함을 제안함.
2. 3D 프린팅 내열합금의 파형 결정립계 열처리 설계
3차원 레이저 선택적 용융법으로 적층제조된 Inconel 625에 대해 serration 열처리 설계유도 성공(특허출원:　10-2018-0112131, 2018. 09.19). 이를 통해 기존 단련공정과 마찬가지로 적층제조 조형물도 serration 생성 구동력이 입계 계면에너지 최소화에 있음을 검증함.
3. 파형 결정립계 생성의 정량화된 고유모델 정립
적층제조 합금의 경우 적층직후 방향성 주상정 응고조직의 재결정을 유도해야 하므로, 적층시 열응력에 의해 충분히 내부에너지가 축적되어야 함. 아울러, 입계 micro편석과 입내 나노크기 석출물들이 입계 파형화를 방해하므로 충분한 용체화 처리온도가 필요함을 제안함.

□ 연구개발결과의 중요성
1. 본 연구를 통해, 파형화 기구에 대한 선도적 initiative 마련함. 이로부터 향후 파형 결정립계형 새로운 내열합금 개발에 토대로 활용될 것이므로 학문적으로나 공학적 응용 측면에서 중요한 계기를 마련함.
2. 본 연구에서 원자단위의 serration 미소편석 정량화와 제일원리 계산 등을 통해 최고 수준의 결정립계 정밀 분석/계산기법 토대 마련하고, 이 분야에 관련 기술 수준의 향상에 크게 기여함.
3. 결정립계 serration 기술을 3D 프린팅 내열합금에 적용은 최초이며, 그 파급효과는 클 것으로 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2-1. 1차년도 연구개발 목표 및 주요 연구결과 ... 6
• 2-2. 2차년도 연구개발 목표 및 주요 연구결과 ... 9
• 2-3. 3차년도 연구개발 목표 및 주요 연구결과 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 3-1. 목표달성도 및 주요 연구결과 요약 ... 16
• 3-2. 연구개발 결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 29
• 끝페이지 ... 39