고엔트로피 합금은 기존 구조용 금속 대비 어떤 공학적 장점을 가지나요?

Question

안녕하세용!

다원소 조성을 갖는 고엔트로피 합금은 기존 합금과 다른 결정구조를 형성한다고 하는데, 이러한 특성들이 강도와 연성, 내열성 및 피로 수명에 어떤 영향을 주며 실제 산업 구조재로 활용될 가능성은 어느 정도인가요?

Answer 1

안녕하세요.

고엔트로피 합금의 가장 큰 장점은 뭐니뭐니해도 다원소 혼합에서 오는 구조적 안정성이지 않나 생각됩니다.

여러 원소가 비슷한 비율로 섞이면서 단순한 고용체를 이루어 강도와 연성이 동시에 확보되는 경우가 많이 있습니다. 이 때 격자 왜곡과 느린 확산 효과 덕분에 고온 강도와 내열성 등 다양한 특성들이 기존 합금보다 유리할 수 있어요. 그리고 균열 전파를 억제시켜서 피로 수명과 파손 안전성 측면에서도 장점을 가지고 있습니다.

아직은 대량 생산은 어려운 상황으로 알고 있습니다. 조금씩 하나하나 개발되어가지 않을까 기대해봅니다!

감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

고엔트로피 합금은 격자 왜곡과 느린 확산 효과로 고강도와 우수한 내열 내마모성을 부이면서도 조성 설계에 다라 연성을 동시에 확보할 수 있습니다 단일상 FCC/BCC 구조 형성은 피로 균열 전파를 지연시켜 피로 수명 향상에도 기열합니다 다만 원가 대량생산 장기 신뢰성 검증이 과제로 남아 있어 현재는 항공우주 에너지 등 특수 구조재 중심으로 점진적 활용 가능성이 높습니다

Answer 3

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

결과적으로 보면 고엔트로피 합금은 강도와 연성을 동시에 확보하기 어려운 구조재라고 생각할 수 있습니다.

일단 여러 원소가 섞이면서 격자 왜곡이 커지게 될테고, 이로 인해서 전위 이동이 억제돼서 강도가 올라갑니다. 동시에 단순 고용체 구조 덕분에 취성 파괴가 줄어들기 때문에 연성 또한 유지될 수 있습니다.

이 조합은 기존 합금에서는 얻기 어려운 장점이죠.

Answer 4

안녕하세요.

고엔트로피 합금의 경우 다양한 장점을 가질 수 있습니다.

일단 여러 원소가 섞여 격자 왜곡이 커지면서 강도와 경도가 크게 올라갈 수 있어요. 이와 동시에 균열 전파가 억제되어서 의외로 연성이나 충격 저항도 유지가 될 수 있습니다. 고온에서도 결정구조가 안정해 내열성과 크리프 저항에 있어서 뛰어난 특성을 보이는 것으로 알려져 있습니다. 그리고 합금의 문제 중 피로 현상과 관련하여 피로 하중에 의한 미세균열 성장이 느려져서 수명도 늘어날 수 있어요.

비용이나 가공성이 현재 문제이긴한데, 차차 개발이 되지 않을까 싶네요.