연구원들은 높은

2023년 8월 8일

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캑터스 커뮤니케이션즈(Cactus Communications)

우주 공간으로의 진출을 위한 우리의 지속적인 노력은 재료 과학을 포함한 다양한 분야에 걸쳐 상당한 기술적 진보를 요구합니다. 항공우주 산업에 사용되는 재료는 가벼우면서도 기계적 저항성이 있어야 하며 이는 달성하기 어려운 조합입니다. 다행스럽게도 금속 매트릭스 복합재는 20세기에 처음 등장한 이후 많은 발전을 이루었으며 많은 전문가들은 이것이 가까운 미래 우주 응용 분야의 핵심이 될 것이라고 믿습니다.

가장 유망한 유형의 금속 매트릭스 복합재 중 하나는 고엔트로피 합금 입자(HEAps)로 강화된 알루미늄 매트릭스 복합재(AMC)로, AMC에 고강도, 내구성 및 가소성을 포함한 우수한 기계적 특성을 부여할 수 있습니다. 그러나 HEAps는 또한 문제가 될 수 있는 미세 균열 및 미세 공극과 같은 구조적 결함을 생성합니다.

이러한 배경에서 중국 중남대학 위하이량(Hai-liang Yu) 교수 연구팀은 고성능 HEAp/AMC 평판 시트를 제조하는 새로운 방법을 연구하고 있다.

중국 비철 금속 협회 거래(Transactions of Nonferrous Metals Society of China)에 발표된 최신 연구에서 팀은 극저온 압연과 비대칭 압연(AR)의 장점을 결합한 비대칭 저온 압연(ACR)이라는 유망 기술을 탐구했습니다.

AR은 금속판을 압연기에 통과시키는 과정을 포함하는 철강 제조 분야에서 잘 확립된 기술입니다. 이 공정은 판의 두께 전체에 걸쳐 큰 전단 변형률을 균일하게 적용하므로 결함 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. AR과 ACR의 유일한 실질적인 차이점은 작동 온도입니다. AR은 실온에서 수행되는 반면 ACR은 액체 질소를 사용하여 극저온에서 수행됩니다.

일부 이전 연구에서는 ACR이 HEAP/AMC 시트의 기계적 특성을 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 ACR 동안 해당 강화 메커니즘과 AMC의 기계적 특성과 미세 구조 사이의 연관성은 불분명합니다. 이러한 지식 격차를 해결하기 위해 연구원들은 298K에서 AR과 77K에서 ACR을 사용하여 HEAp/AMC 시트를 준비하고 인장 및 경도 테스트와 함께 주사 및 투과 전자 현미경 기술을 사용하여 분석했습니다.

그들은 AR과 ACR을 통해 준비된 시트 사이의 중요한 미세구조적 차이를 발견했습니다. 극저온 가공을 통해 미세 공극이 적고 입자 크기가 더 미세하며 전위 밀도가 높은 시트가 생산되었습니다. 더욱이, 기계적 테스트에서는 ACR 시트가 AR 시트보다 훨씬 더 연성이 있고 더 강한 것으로 나타났습니다. "ACR을 통해 제조된 3wt% HEAp/AMC의 최대 인장 강도는 AR을 통해 제조된 시트보다 13.5% 더 높은 253MPa에 도달했습니다"라고 Yu 교수는 강조합니다.

연구자들은 ACR과 AR 사이에 관찰된 차이가 주로 HEAP/AMC의 부피 수축 효과 때문이라고 결론지었습니다.

"알루미늄 합금의 부피 수축 효과가 클수록 알루미늄은 강화 HEAP 주위를 더욱 단단히 감싸게 됩니다. 이는 매트릭스와 입자 사이의 결합을 강화합니다"라고 Yu 교수는 설명합니다. "극저온 환경에서는 부피 수축 효과가 더 크기 때문에 ACR은 HEAp/AMC 시트의 큰 소성 변형으로 인한 결함을 예방하는 데 중요한 역할을 합니다."

전반적으로, 이러한 발견은 ACR이 항공우주 및 자동차 산업을 위한 새로운 합금 개발에 핵심적인 역할을 할 수 있으며 미래에는 고성능 소재를 위한 기술이 될 수도 있음을 시사합니다.