기계/재료

괴성 비정질상태 재료에서의 가공경화 최초 구현

발행일 : 2020 / 03 / 02

중국과학원 금속연구소 선양재료과학국가연구센터는 영국 케임브리지대학교 재료학부 연구팀과 공동으로 최초로 괴성 비정질상태(amorphous state) 재료에서의 가공경화(work hardening)를 구현하였다. 해당 성과는 “Nature”에 게재되었다.

소성변형(plastic deformation)에 따른 금속재료의 강도(intensity) 상승 거동을 일컫는 가공경화 또는 변형경화(Strain hardening)는 재료가 균일 소성변형 상황에서 추가 변형에 저항하는 능력을 반영한다. 가공경화는 공학재료 역학적 거동 중 가장 주요한 현상이며 또한 구조재로서의 금속이 광범위하게 응용될 수 있는 중요한 근거이다.

비정질합금(일명 금속유리)은 다수 우수한 기계적 성능(높은 항복응력/인성 및 기록적인 “손상허용도”)을 보유하는 외에 변형연화(strain softening)란 치명적 약점도 보유한다. 비정질합금의 변형은 기존의 결정질 재료와 달리 고도로 국지화된 변형으로서 전단대(shear zone) 주도의 비균일 변형으로 표현된다. 이는 실온취성(room temperature brittleness)을 직접적으로 초래하는데 이 또한 비정질합금의 병목문제이다. 괴성 비정질합금에서의 가공경화 거동 구현은 비정질합금 나아가 모든 무정형 재료 분야의 핵심 과학문제이다.

연구팀은 괴성 비정질합금의 가공경화가 재료 결함의 소멸·감소, 다시 말해 고에너지 상태에서 저에너지 상태로 전환되는 과정을 동반함을 발견하였다. 이는 결정질 재료에서 나타나는 기존 가공경화 과정과 완전히 상반되는 것으로 비정질합금이 완전 다른 가공경화 메커니즘을 보유함을 설명한다.

해당 연구는 비정질상태 재료의 변형연화 거동에 대한 기존의 인식을 바꿈으로써 균일 소성변형력을 보유한 비정질합금 개발 및 공업응용을 위해 새로운 길을 개척하였다.

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