| 중국과학자, 금속에서 초경도 초고안정성 나노층상 구조 발견 | ||
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 중국과학원 금속연구소 심양재료과학 국가(연합)실험실 루커(卢柯) 연구진이 금속에서 초경도 초고안정성 금속나노층 구조를 발견하였다. 연구진은 자체 개발한 소성변형 신기술을 이용해 금속 니켈표층에서 결정입자 사이즈의 한계를 극복하고 나노두께의 작은 각도 결정입계 구조를 획득하였으며, 나노층 구조의 초고경도와 열안정성을 발견하였다. 이러한 나노구조는 전통 금속재료의 강도-안정성이 반비례하는 일반적인 차원에서 벗어난 것으로, 차세대 종합성능의 나노금속재료를 개발하기 위한 새로운 경로를 개척하였다. 관련 연구성과는 2013년 10월 18일에 출판된 「사이언스」지에 발표되었다. 금속재료 소성변형이 강하게 진행되면 미세조직 미세화가 뚜렷해지며, 결정입자가 서브미크론(0.1~1) 사이즈로 미세해지기 때문에 강도가 크게 높아진다. 하지만 소성변형을 계속해서 진행한다해도 입자가 더 이상 미세해지지 않고 재료 미세구조가 안정상태에 도달하기 때문에, 극한 결정입자 사이즈에 도달하면서 3차원 등축모양의 초미세구조를 형성하며 절대다수의 결정입계가 큰 각 결정입계가 된다. 어떻게 하면 이러한 결정입자 사이즈의 한계를 극복하고 미세조직을 한층 더 미세화시켜 금속재료의 강도를 지속적으로 높이는 동시에 그 구조의 안정성을 높이는가는 현재 나노금속재료연구에 당면한 중요한 과학난제이다. 연구결과, 소성변형과정에서 변형속도와 변형기울기를 높이면 전위 증가(dislocation multiplication)와 스토리지 전위밀도를 효과적으로 높일 수 있기 때문에 입자의 미세화 과정을 촉진한다. 따라서 루커 연구팀은 표면기계적 연마처리를 통해 순금속니켈 봉 표층에서 고속 전단 소성변형을 실현하였는데, 이러한 소성변형은 재료의 제일 바깥표층에서 동시에 큰 변형량, 높은 변형률 속도와 높은 변형 기울기를 획득할 수 있다. 표면에서 심도가 증가함에 따라 변형량, 변형률 속도와 변형 기울기가 줄어들면서 경사지게 분포된 미세구조를 형성한다. 나노사이즈의 층상두께는 초고밀도의 본질적인 원인이며 고열안정성은 그중의 평평한 작은 각 결정입계와 강한 변형조직구조에서 기인한다. 이러한 새로운 초경도 초고안정성 금속나노구조가 공정재료에서 응용되면 그 내마모성과 피로성능을 높이는데 크게 기여할 것으로 전망된다. 정보출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201310/t20131018_3959262.shtml |
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