초록 ▼

□ 연구개요
철강재료은 현대 사회에 가장 널리 쓰이는 금속재료로서 고강도/고연성의 성질을 얻기 위해 고합금화의 방향으로 연구가 진행되고 있다. 한편, 고-엔트로피 합금은 여러 가지 원소를 동시에 다량으로 포함하는 다원계 합금재료이며 기존의 금속재료와 차별되는 고기능성을 추구하고 있다. 여기서 볼 수 있는 현대 금속재료 연구의 새로운 방향은 합금원소를 고함량에 이르도록 적극적으로 사용한다는 것이다. 본 연구에서는 철강재료와 고-엔트로피 합금 등 첨단금속재료의 고강도 물성에 대해 원자단위에서 근원적 이해를 얻고 합금설계에 활용방안

□ 연구개요
철강재료은 현대 사회에 가장 널리 쓰이는 금속재료로서 고강도/고연성의 성질을 얻기 위해 고합금화의 방향으로 연구가 진행되고 있다. 한편, 고-엔트로피 합금은 여러 가지 원소를 동시에 다량으로 포함하는 다원계 합금재료이며 기존의 금속재료와 차별되는 고기능성을 추구하고 있다. 여기서 볼 수 있는 현대 금속재료 연구의 새로운 방향은 합금원소를 고함량에 이르도록 적극적으로 사용한다는 것이다. 본 연구에서는 철강재료와 고-엔트로피 합금 등 첨단금속재료의 고강도 물성에 대해 원자단위에서 근원적 이해를 얻고 합금설계에 활용방안을 제시하였다. 이를 위해, 원자단위 수준에서 소성변형기구의 수학적 모형을 개발하고, 최신의 제일원리방법을 활용하여 다차원 합금계에 대한 전산모사계산을 통한 연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
제일원리계산은 원리적으로 물질재료가 가질 수 있는 다양한 구조와 원자배열, 함금조성에 따른 물성변화를 자유롭게 연구, 조사할 수 있는 장점을 갖고 있다. 이는 제한조건에서 실험을 수행하여 물성정보를 얻는 전통적인 재료연구와 비교하여 크게 발전된 방법이다. 사실상 제일원리방법에 바탕을 둔 원자단위에서의 재료연구는 현재 첨단합금재료에서 보고되고 있는 물리적 성질의 근원을 추적할 수 있는 거의 유일한 방법이라고도 할 수 있다.
우리는 고기능성 합금재료와 연관하여 크게 세 가지의 세부주제를 가지고 연구를 수행하였다. 면심입방구조를 갖는 고-엔트로피 합금에서 관찰된 고강도/고연성 특성이 물질의 격자구조의 준안정상태로부터 비롯된 소성변형기구의 쌍정변형 활성화에 따라 얻어진다는 것을 확인하였다. 오스테나이트계 Fe-Mn-Al (Si)-C 철강합금에서는 상자성 상태의 자기자유도를 적절히 기술하는 계산기법을 도입하여, 합금화에 따라 Al이 면결함 에너지를 증가시키는 반면 Si은 감소시키는 것을 밝혀내었다. 따라서 고-망간강에서의 Al합금화는 TWIP현상의 최적화에 활용할 수 있으며 Si은 TRIP강의 특성개선에 적용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 여기서 연구한 다원계 고합금재료들의 기계적 물성은 소성변형기구와 밀접한 관련을 갖고 있다. 본 연구에서는 원자단위 미시수준에서의 수학적 이론모형을 개발하여 이들 재료에서 소성변형기구가 기존의 합금재료에서 볼 수 없는 수준의 다량의 쌍정변형현상을 유도해 낸다는 것을 검증하였으며, 또한 자기자유도가 소성변형의 특성을 완전히 다르게 변화시킬 수 있다는 것을 보였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에 적용된 방법은 다차원 고합금계에 대한 신뢰성 있는 연구기법의 이론적 기반을 제공하며, 원자단위 전산모사를 통하여 새로운 합금재료를 설계하는 데 활용될 수 있다. 전반적인 연구결과는 산업적인 필요에 따라 개발되고 있는 금속재료들에도 적용될 수 있다. 특별히, 고-엔트로피 합금은 고온, 고압, 극저온의 극한 물성이 필요한 분야에 유망한 재료로 발전될 것으로 기대되는데, 우리의 연구결과는 여기서 기초적인 이해를 제공하고 있다. 앞으로 연구결과를 확장하여 합금화에 따른 금속재료에서의 규칙상 형성, 연성-취성 전이, 파괴 등을 포함하는 근본 물성에 대한 새로운 이해에 도달할 수 있기를 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• COVER ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 20
• End of Page ... 35