초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
비 Cantor 6원소계 고비강도 경량 고엔트로피 합금(high entropy alloy, HEA) 제조를 위한 단순 고용체(BCC, FCC 등)를 가지는 조성 설계 및 금속간화합물(intermetallic compound, IMC), 오염(contamination)을 회피할 수 있는 공정 조건 개발

○ 전체 내용
1. 비 Cantor 원소계 경량 HEA 구현을 위한 설계 이론 정립
- 경량 HEA의 단순 고용체 구현을 위한 Co, Cr, Ni free 합금

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
비 Cantor 6원소계 고비강도 경량 고엔트로피 합금(high entropy alloy, HEA) 제조를 위한 단순 고용체(BCC, FCC 등)를 가지는 조성 설계 및 금속간화합물(intermetallic compound, IMC), 오염(contamination)을 회피할 수 있는 공정 조건 개발

○ 전체 내용
1. 비 Cantor 원소계 경량 HEA 구현을 위한 설계 이론 정립
- 경량 HEA의 단순 고용체 구현을 위한 Co, Cr, Ni free 합금 설계
- 열역학적 파라미터를 기반으로 설계한 HEA의 상변태 거동 규명
- 6원소계 HEA의 첨가원소에 따른 미세조직 변화 연구
2. IMC 제어 고비강도 경량 HEA의 합금화 거동 연구
- ΔS_mix 및 ΔH_mix 설계를 통한 6원소계 경량 HEA 최적 조성 선정
- 고확산 경량원소로 발생하는 IMC 억제를 위한 기계적 합금화 연구
- 경량 HEA의 상변화 규명 및 단순 고용체 구현을 위한 공정 연구
3. 고비강도 경량 HEA의 오염 최소화 solid state 제조 공정 조건 확립
- Solid state 공정에 따른 경량원소 거동과 HEA의 상관관계 규명
- HEA의 기계적 합금화 공정 제어에 따른 상변태 거동 분석
- 고비강도 경량 HEA 제조를 위한 solid state 최적 공정 조건 확립

□ 연구개발성과
Al, Mg, Ti를 기반으로 새로운 조성의 HEA를 설계하였고, 이들은 밀도 3.6 - 5.0 g/cm³로 경량재료로 사용되는 Ti와 비슷한 밀도를 가진다. 동시에 Ti의 약 2.5배 경도를 가짐으로써, 고비강도 경량재료로의 사용이 가능함을 확인하였다.
다양한 조성의 경량 HEA를 제조함으로써, 열역학적 파라미터를 기반으로 한 HEA의 four core effect에 따라 경량 HEA를 제조할 수 있음을 확인하였으며, 상분리 억제를 위한 혼합 엔트로피 연구로 HEA의 상변태 거동을 규명함으로써, 상안정화된 경량 HEA의 제조를 달성하였다.
경량원소가 가지는 낮은 VEC로 인한 BCC단일상 형성 메커니즘을 규명하였고, 기계적 합금화 공정을 연구함으로써 경량 HEA의 단순 고용체 구현을 달성하였다. 또한, 오염을 최소화한 solid state 제조 공정 조건을 연구함으로써, 분말로 제조되는 HEA의 고질적 문제인 오염을 해결함과 동시에 IMC가 제어된 HEA 분말을 제조할 수 있는 공정을 개발하였다.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
본 연구에서 개발한 경량원소 기반 HEA는 기존에 연구되지 않은 고비강도 경량 재료로, 이는 HEA 원소 설계의 새로운 패러다임을 제시하였을 뿐만 아니라, 새로운 HCP구조의 HEA 제조 가능성을 제시하였다. 관련 연구성과를 학회 및 학술지에 발표 또는 개제함으로써, 경량 HEA 연구에 database로 사용할 수 있는 성과를 달성하였다. 이는 이전에 시도되지 못했던 금속 재료의 lattice constant 를 설계할 가능성을 보여주는 뿌리 연구결과로의 중요성이 가장 두드러진다.
경량 HEA의 제조를 위한 조성 및 공정 설계 연구는 결과적으로 분말 제조 HEA의 고질적 문제인 IMC 및 오염을 최소화 할 수 있는 solid state 공정을 제안하였다 볼 수 있다. 고비강도 경량 HEA의 요소 기술과 다양한 이론적 결과를 축적하였으며, 이는 관련 분야의 뿌리 연구결과로 활용될 것으로 판단된다.
저가의 원재료로 고비강도 경량 HEA를 제조함으로써, 다양한 산업 분야의 요구를 충족시킬 수 있을 것으로 판단되며, 구조재료의 극한 물성 달성과 경량화라는 두 과제를 동시에 달성함으로써, 새로운 산업 분야로의 적용이 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구목표 ... 4
• 나. 연구의 필요성 ... 5
• 다. 최종 목표 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 가. 1차년도 ... 7
• 나. 2차년도 ... 11
• 다. 3차년도 ... 15
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 20
• 가. 연구수행 결과 ... 20
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 31
• 가. 3주기 경량원소 기반 비 Cantor 원소계 고엔트로피 합금의 첨가원소에 따른 상변태 거동 연구 ... 31
• 나. 균질 조성의 준안정상이 구현된 6원계 경량 고엔트로피 합금 구현 연구 ... 31
• 다. 기계적 합금화 공정 제어를 통한 경량 고엔트로피 합금 solid state 제조 연구 ... 32
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 33
• 가. 학술적 중요성 및 파급효과 ... 33
• 나. 산업적 중요성 및 파급효과 ... 33
• 6. 참고문헌 ... 33
• 끝페이지 ... 33