초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 준안정 2상 조직을 갖는 미래 금속생체재료 Co-rich 고엔트로피 합금(High-entropy alloy: HEA) 합금을 개발하는 것을 목표로 한다. 이에 따라 4가지 조성의 5원계 Co_x(CrNiFeMo)_100-x (x=50,40,30,20) HEA를 설계하였다. 준안정한 미세조직을 기반으로 소성변형 중 변태유기소성 거동을 유도하여 800 MPa 이상의 인장강도 및 60% 이상의 연신율의 고강도-고인성의 기계적 특성을 갖는 것을 목표로 하며, 추가적으로 인체

□ 연구개요
본 연구는 준안정 2상 조직을 갖는 미래 금속생체재료 Co-rich 고엔트로피 합금(High-entropy alloy: HEA) 합금을 개발하는 것을 목표로 한다. 이에 따라 4가지 조성의 5원계 Co_x(CrNiFeMo)_100-x (x=50,40,30,20) HEA를 설계하였다. 준안정한 미세조직을 기반으로 소성변형 중 변태유기소성 거동을 유도하여 800 MPa 이상의 인장강도 및 60% 이상의 연신율의 고강도-고인성의 기계적 특성을 갖는 것을 목표로 하며, 추가적으로 인체 내에서 뛰어난 내식성 및 생체적합성을 규명하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 미세조직
열역학적 소프트웨어를 이용한 평형상 예측에서 최종열처리 온도인 1250도에서 Co₂₀Cr₂₀Ni₂₀Fe₂₀Mo₁₀을 제외한 나머지 합금에서 모두 FCC 단상으로 예측되었으며, XRD 패턴상에서 그에 상응하는 pattern 결과를 보였다. Co₂₀Cr₂₀Ni₂₀Fe₂₀Mo₁₀은 FCC+HCP의 이중 상을 나타내었으며, EDS-mapping 분석을 통해 Mo의 높은 융점으로 인해 형성된 dendrite 미세구조를 확인하였다.
2) 기계적 성질
Co₂₀Cr₂₀Ni₂₀Fe₂₀Mo₁₀을 제외한 나머지 세 조성의 HEA에서 약 40% 이상의 연신율과 500MPa 이상의 인장강도를 나타내었다. 특히 Co₅₀Cr₂₀Ni₁₀Fe₁₀Mo₁₀의 경우 83.3%의 높은 연신율 및 686.7MPa의 최대 인장강도를 나타내었으며, 인장시험 후 진행한 XRD 및 EBSD 분석 결과, 소성변형 중 FCC 모상이 HCP 상을 갖는 변형유도 마르텐사이트로 변태되면서 인장강도 및 연신율 증가에 큰 향상을 야기시켰음을 확인하였다. 이는 높은 Co 함량으로 인한 FCC 모상의 안정성 감소 및 적층결함에너지 감소에 기인한 결과로 해석할 수 있다.
3) 내식성 및 생체적합성
인체 체액과 유사한 pH 값을 갖는 Ringer’s solution에서 부식 실험을 진행하였으며, Co₃₀Cr₂₀Ni₂₀Fe₂₀Mo₁₀에서 가장 낮은 i_corr, 가장 높은 E_corr, E_pit를 나타내며 316L 및 L605에 비해 더 우수한 내식성이 확인되었다. 내식성은 Co 함량이 증가함에 따라 감소하는 특징을 보였고, XPS 및 AES 분석상 표면 위에 형성된 passive film 내의 Cr 산화물 및 수산화물 함량이 Co₃₀Cr₂₀Ni₂₀Fe₂₀Mo₁₀에서 가장 높은 값을 나타내었으며, 피막 두께 또한 가장 다른 두 HEA에 비해 2배 이상 높은 값을 보였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 경제적 파급 효과
■ 2026년 해외 관상동맥 스텐트 시장은 약 113억 달러 규모로 성장이 예상된다. 스텐트 부품은 국내에서 수입하고 있는 의료기기 단일 품목 중 가장 많은 비중을 차지하고 있으며, 국내 기술은 실용화에 미치지 못하고 있다. 따라서 고강도/고인성 Co-rich HEA 합금의 연구성과는 국내 스텐트 산업의 기술력 확보와 국산화에 파급 효과가 클 것으로 생각된다.
- 사회적 파급 효과
■ 현재 한국은 프랑스 Minitube 사에서 수입된 MP35N 튜브를 레이저 가공하여 사용하고 있으나, 스텐트 합금의 설계나 제조에 대한 소재 원천 기술 확보 및 창의적인 제품 개발이 이루어지지 않고 있다. 본 제안 연구가 성공적으로 수행되었을 경우에는 스텐트 국산화에 대한 토대를 이루고, 저렴한 의료 서비스 등 건강 복지 향상에 대한 사회적 파급 효과가 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구목적 ... 4
• (2) 연구의 필요성 ... 4
• (3) 연구 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 주요 연구 변경사항 ... 4
• 2) 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 21