기존 합금과 고엔트로피 합금의 차이점은 무엇인가요?

소개

기존 합금과 고엔트로피 합금 (HEA)은 다양한 응용 분야에서 사용되는 두 가지 유형의 소재입니다. 둘 다 금속 원소로 구성되어 있지만, 이 합금에는 몇 가지 주요 차이점이 있습니다. 이 기사에서는 구성, 미세 구조, 특성, 응용 분야 및 생산 방법을 포함하여 기존 합금과 HEA의 차이점을 살펴봅니다.

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그림 1. HEA의 자동 모델

기존 합금과 고엔트로피 합금 소개

전통적인 합금은 한 가지 금속 원소를 다른 금속 또는 비금속 원소와 결합합니다. 이러한 유형의 합금은 원래 모재의 일부 특성은 유지하면서 강도 향상 또는 연성 촉진과 같은 일부 특성을 변경합니다.

기본 금속에 추가할 수 있는 합금 원소는 매우 다양합니다. 크롬은 일반적으로 합금의 내식성을 향상시키기 위해 첨가되며, 텅스텐은 고온에서 내마모성을 향상시키는 데 사용되는 금속 합금 원소이며, 탄소는 강도를 향상시키기 위해 강철 및 주철 합금에 자주 첨가됩니다.

고엔트로피 합금은 5개 이상의 주요 원소를 포함하는 합금을 말하며, 각 원소의 원자 비율이 5%에서 35% 사이입니다. 여러 원소가 포함되면 구조가 복잡해지고 엔트로피 효과가 높아져 기존 합금에 비해 HEA만의 독특한 물리적, 기계적 특성을 갖게 됩니다.

Stanford Advanced Materials (SAM)는 고엔트로피 합금 제품의 제조 및 판매에 대한 풍부한 경험을 보유하고 있습니다. 당사 웹 사이트에는 다양한 고품질 HEA 분말, 구형 분말 및 잉곳이 있습니다. 관심이 있으시면 문의해 주세요.

기존 합금과 고엔트로피 합금 비교

---구성

기존 합금과 고엔트로피 합금은 원소 구성이 다릅니다. 우선, 기존 합금은 일반적으로 두세 가지 금속 원소가 다양한 비율로 구성되어 있습니다. 반면, HEA는 원자 비율이 같거나 거의 동일한 최소 5가지 원소를 포함합니다. 또한 기존 합금에서는 모재가 가장 큰 비중을 차지하는 반면, 고엔트로피 합금에서는 원소들이 동일하거나 거의 동일한 비율을 차지합니다.

--미세 구조

원소 구성이 다르면 구조도 달라집니다. 기존 합금은 일반적으로 공융 또는 수지상 구조와 같이 잘 정의된 미세 구조를 보이는 반면, HEA는 무질서하고 균질한 미세 구조를 보입니다. HEA의 무질서한 특성은 원자의 무작위 분포로 이어져 고온에서도 상 변환의 발생을 줄입니다.

--특성

기존 합금은 구성과 미세 구조에 따라 다양한 특성을 나타냅니다. 예를 들어, 일부 기존 합금은 강하지만 부서지기 쉬운 반면, 다른 합금은 연성이 있지만 강도가 낮을 수 있습니다.

반면, HEA는 무질서한 미세 구조로 인해 고강도, 연성 및 열 안정성을 비롯한 우수한 특성 조합을 보여줍니다. 예를 들어, VNbMoTaW는 1,400°C의 온도에서도 600MPa(87ksi) 이상의 높은 항복 강도를 가진 뛰어난 내화 합금으로, 기존 초합금보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다.

--응용 분야

기존 합금은 자동차, 항공우주, 건설 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 소재입니다.

반면에 HEA는 비교적 새로운 종류의 재료로, 아직 잠재적인 응용 분야에 대한 연구가 진행 중입니다. 고온 열전 응용 분야, 내마모성 코팅, 구조용 소재 등 다양한 응용 분야에서 가능성을 보이고 있습니다.

예를 들어, 자동차 산업에서는 엔진 부품, 구동계 부품 및 기타 구조 장비를 만들기 위해 HEA를 적용합니다. 이 합금은 고온 기계적 특성과 방사선 및 부식 저항성 덕분에 원자력 응용 분야에서도 유망한 재료로 사용됩니다.

--생산

기존 합금의 제조 공정은 비교적 간단한 반면, 고엔트로피 합금을 생산하는 데는 여러 가지 접근 방식이 있습니다.

기존 합금은 일반적으로 주조, 압출, 단조와 같은 전통적인 방법을 사용하여 생산됩니다. 일반적으로 이 공정에는 용융, 혼합, 응고, 냉각 등의 과정이 포함됩니다.

그러나 HEA의 생산에는 복잡한 구성과 미세 구조로 인해 특수한 기술이 필요합니다(그림 2 참조). 대부분 아크 용 융과 유도 용융으로 만들어집니다. 고체 상태 공정은 기계적 합금을 사용합니다. 기체 상태 공정은 스퍼터링 또는 분자 빔 에피택시(MBE)를 활용합니다.

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그림 2. HEA의 제조

결론

한마디로 기존 합금과 고엔트로피 합금은 조성, 미세 구조, 특성, 응용 분야, 생산 방법에서 차이가 있습니다. 기존 합금은 미세 구조와 특성이 잘 정의되어 있는 반면, HEA는 무질서하고 균질한 미세 구조로 인해 독특한 특성 조합을 제공합니다. HEA는 다양한 응용 분야에서 유망한 소재이며, 그 잠재력을 최대한 활용하기 위해 여전히 연구 중입니다. Stanford Advanced Materials (SAM) 는 고엔트로피 합금의 신뢰할 수 있는 공급업체입니다. 자세한 내용은 홈페이지를 참조하세요.

참고자료

[1] 고엔트로피 합금. (2023년 6월 5일). 위키백과에서. https://en.wikipedia.org/wiki/High-entropy_alloy#See_also

[2] 장, 웨이 & 장, 용. (2018). 고 엔트로피 합금의 과학 및 기술. 과학 중국 지구 과학. 2-22.