KR20180113984A - 다공질 부재의 제조 방법 - Google Patents

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KR20180113984A
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metal body
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타케시 와다
히데미 카토
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가부시키가이샤 토호쿠 테크노 아치
가부시키가이샤 토호쿠 테크노 아치
티피알 고교 가부시키가이샤
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Abstract

<과제>
보다 작은 크기의 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수가 있고, 또 극표면만을 다공질화할 수가 있고, 다공질층 미형성 부분의 특성을 유지하면서 표면에 다공질층을 형성할 수가 있는 다공질 부재의 제조 방법을 제공한다.
<해결 수단>
제1의 성분으로 이루어지는 고체의 금속체(11)와, 제1의 성분에 대해 각각 양 및 음의 혼합열을 가지는 제2의 성분 및 제3의 성분을 동시에 함유하는 화합물, 합금 또는 비평형 합금으로 이루어지는 고체의 금속 재료(12)를 접촉시켜, 소정의 온도에서 소정 시간 열처리를 행한다. 열처리에 의해 제1의 성분을 금속 재료(12)측으로, 제3의 성분을 금속체(11)측으로 확산시킨 후, 제1의 성분 및/또는 제3의 성분이 확산한 부분으로부터 제2의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거하여 미소 간극을 가지는 부재를 얻는다.

Description

다공질 부재의 제조 방법
본 발명은 다공질(porous) 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 다공질 금속 부재의 제조 방법으로서 본 발명자에 의해 이른바 금속 용탕 탈성분법이 개발되어 있다. 이 방법은 제1의 성분에 대해 각각 양 및 음의 혼합열을 가지는 제2의 성분 및 제3의 성분을 동시에 함유하고, 또한 제1의 성분으로 이루어지는 금속욕의 응고점보다 높은 융점을 가지는 화합물, 합금 또는 비평형 합금으로 이루어지는 금속 재료를, 이 금속 재료로부터 제3의 성분이 감소하여, 제2의 성분에 이를 때까지의 조성 변동 범위 내에 있어서의 액상선 온도의 최소치보다 낮은 온도로 제어된 금속욕에 침지함으로써, 제3의 성분을 선택적으로 금속욕 내로 용출시켜, 미소 간극을 가지는 금속 부재를 얻는 것이다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이 금속 용탕 탈성분법에 의하면, 나노미터 치수의 미소 간극을 가지는 금속 재료의 다공질체를 용이하게 제조할 수가 있다.
또한, 다른 고체 금속간의 계면 반응(interfacial reaction)으로서, 고체의 Ni와 고체의 Mg를 접촉시켜 열처리를 행함으로써, Ni와 Mg가 상호 확산하여, 그 경계 부분에 Mg2Ni로 이루어지는 화합물이 형성되는 것이 보고되어 있다(예를 들면 비특허문헌 1 참조).
국제공개 WO2011/092909호
M. Y. Tsai, M. H. Chou and C. R. Kao, "Interfacial reaction and the dominant diffusing species in Mg-Ni system", Journal of Alloys and Compounds, 5 March 2009, 471, p. 90-92
특허문헌 1에 기재된 금속 용탕 탈성분법은 금속 재료를 금속욕에 침지하여 제3의 성분을 선택적으로 용출시키는 것이고, 용출의 반응이 빠르다고 하는 특징을 가지고 있다. 그러나, 용출의 반응이 빠르기 때문에, 형성된 미소 간극의 형상이 거칠어져, 미소 간극 크기가 약간 커져 버린다고 하는 과제가 있었다. 또, 부재의 표면만을 다공질화하고 싶은 경우에도 다공질층이 심부까지 형성되어 버린다고 하는 과제도 있었다. 또한, 금속욕의 온도에 있어서 상변태나 결정립 조대화가 생겨 버리는 재료의 표면에 다공질층을 형성시키려고 하면, 다공질층 미형성 부분의 특성이 열화해 버린다고 하는 과제도 있었다.
본 발명은 이러한 과제에 주목하여 이루어진 것으로, 보다 작은 크기의 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수가 있고, 또 극표면만을 다공질화할 수가 있고, 다공질층 미형성 부분의 특성을 유지하면서 표면에 다공질층을 형성할 수가 있는 다공질 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 제1의 성분으로 이루어지는 고체의 금속체와, 상기 제1의 성분에 대해 각각 양 및 음의 혼합열을 가지는 제2의 성분 및 제3의 성분을 동시에 함유하는 화합물, 합금 또는 비평형 합금으로 이루어지는 고체의 금속 재료를 접촉시켜, 소정의 온도에서 소정 시간 열처리를 행함으로써, 상기 제1의 성분을 상기 금속 재료측으로, 상기 제3의 성분을 상기 금속체측으로 확산시킨 후, 상기 제1의 성분 및/또는 상기 제3의 성분이 확산한 부분으로부터 상기 제2의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거하여(디얼로잉(dealloying)하여), 미소 간극을 가지는 부재를 얻는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 고체의 금속체와, 화합물, 합금 또는 비평형 합금으로 이루어지는 고체의 금속 재료를 접촉시켜 열처리를 행함으로써, 금속체의 제1의 성분과의 혼합열에 의존하여, 금속 재료로부터 제3의 성분이 금속체로, 금속체로부터 제1의 성분이 금속 재료로 상호 확산하는 성질에 주목한 야금학적 수법에 의한 것이다. 상호 확산의 과정에 있어서, 제2의 성분은 제1의 성분과 양의 혼합열을 가지기 때문에 금속체측으로는 확산하지 않는다. 이 때문에 금속 재료 중에, 제1의 성분 및 제3의 성분으로 이루어지는 부분과 제2의 성분을 주체로 하는 부분이 나노미터 오더(order)로 서로 뒤얽힌 공(共)연속 복합체가 얻어진다. 이 상태에서 제2의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거함으로써, 제2의 성분을 주체로 한, 나노미터 치수의 미소 간극을 가지는 다공질 부재를 제조할 수가 있다. 또한, 상기 제2의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거할 때, 상기 제2의 성분을 주체로 하는 부분을 노출시키는 것이 바람직하다.
고체간에서의 상호 확산은 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 금속욕에의 용출과 비교하여 천천히 진행하기 때문에, 본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법에 의하면, 제1의 성분 및 제3의 성분으로 이루어지는 부분과 제2의 성분을 주체로 하는 부분이 서로 보다 미세하게 뒤얽힌 상태로 된다. 또, 본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법에 의하면, 형성되는 미소 간극 크기를 특허문헌 1과 비교하여 보다 작게 할 수가 있다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 열처리의 온도나 시간을 변화시킴으로써, 제조되는 부재의 미소 간극 크기를 변화시킬 수가 있다. 또, 제1의 성분의 확산에 의해 금속 재료의 표면으로부터 반응이 진행하기 때문에, 열처리를 도중에 멈춤으로써 금속 재료의 표면만을 개질할 수가 있어, 표면에만 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수가 있다. 특허문헌 1의 수법에 비해, 개질 영역을 부재의 극표면 부분에 한정할 수가 있다. 또, 특허문헌 1에 비해 열처리 온도를 낮게 할 수 있기 때문에, 다공질 금속 미형성 부분의 상변태나 결정립 성장에 의한 특성의 열화를 방지할 수가 있어, 다공질층 미형성 부분의 특성을 유지하면서 표면에 다공질층을 형성할 수가 있다. 또, 금속 재료를 박막이나 중공 등의 임의의 형상으로 하여, 표면 또는 전체에 미소 간극을 가지는 임의 형상의 부재를 제조할 수도 있다. 금속 재료의 표면에 제1의 성분을 기상 성장시킨 후 열처리를 행함으로써, 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수도 있다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법에서, 제1의 성분, 제2의 성분 및 제3의 성분은 각각 단종 순원소라도 복수종 원소라도 좋다. 또한, 본 발명에서는 금속 성분으로서 탄소, 규소, 붕소, 게르마늄, 안티몬 등의 반금속 원소도 포함하는 것으로 한다. 또, 혼합열이란 2종 이상의 물질을 일정 온도에서 혼합할 때 발생(음의 혼합열) 또는 흡수하는 열량(양의 혼합열)이다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 제1의 성분의 절대온도에서의 융점이 제2의 성분의 절대온도에서의 융점의 반 이상인 경우에는 제1의 성분과 제2의 성분을 역으로 해도 좋다. 이 경우, 금속 재료 중에, 제2의 성분 및 제3의 성분으로 이루어지는 부분과 제1의 성분을 주체로 하는 부분이 나노미터 오더로 서로 뒤얽힌 공연속 복합체가 얻어진다. 이 상태에서 제1의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거함으로써, 제1의 성분을 주체로 한, 나노미터 치수의 미소 간극을 가지는 다공질 부재를 제조할 수가 있다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 상기 금속체와 상기 금속 재료를 접촉시킨 후, 상기 제1의 성분과 상기 제3의 성분이 상호 확산하여 결합하도록 상기 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 또, 상기 열처리를 행한 후, 상기 제1의 성분과 상기 제3의 성분이 결합하여 형성된 화합물, 합금 또는 비평형 합금을 선택적으로 제거하는 것이 바람직하다. 또, 상호 확산 영역이 금속체 및 금속 재료의 전역에 이르고 있지 않는 경우에는 그 미반응 부분은 제거해도 제거하지 않아도 좋다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 열처리를 행한 후, 어떠한 방법으로 상호 확산 영역으로부터 제2의 성분을 주체로 하는 부분을 노출시켜도 좋고, 예를 들면, 부식액이나 질산 수용액 등을 사용한 에칭에 의해, 제1의 성분 및 제3의 성분을 함유하는 부분을 선택적으로 용출하여 제거해도 좋다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법에서, 상기 열처리는 상기 금속체의 절대온도에서의 융점의 50% 이상의 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 이 경우, 보다 작은 크기의 미소 간극을 가지는 부재를 용이하게 또한 확실히 제조할 수가 있다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 상호 확산을 촉진시키도록, 열처리 동안 고체의 금속체 및 고체의 금속 재료를, 서로 연마한 면에서 꽉 접촉시켜 두는 것이 바람직하다. 특히, 상기 금속체의 상기 금속 재료와의 접촉면, 및 상기 금속 재료의 상기 금속체와의 접촉면을 미리 경면 마무리해 두고, 상기 열처리 동안 상기 금속체의 접촉면과 상기 금속 재료의 접촉면을 꽉 접촉시켜 두는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법에서, 상기 제1의 성분은 Li, Mg, Ca, Cu, Zn, Ag, Pb, Bi, 희토류 금속 원소, 혹은 이들의 어느 하나를 주성분으로 하는 합금 또는 화합물인 혼화체로 이루어지고, 상기 제2의 성분은 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, V, Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, C, Si, Ge, Sn, Al의 어느 하나, 혹은 그 복수를 포함하는 합금 또는 화합물인 혼화체로 이루어지고, 상기 제3의 성분은 Li, Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo, W의 어느 하나, 혹은 그 복수를 포함하는 혼화체로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 다공질 부재의 제조 방법은, 상기 제1의 성분이 Mg로 이루어지고, 상기 제3의 성분이 Ni로 이루어지고, 상기 금속 재료가 Ni 함유 합금으로 이루어져 있어도 좋다. 이 경우 니켈 프리(free)의 미소 간극을 가지는 부재를 용이하게 제조할 수가 있다. 여기서, 니켈 프리란 재료 중의 니켈 원자% 농도가 1.0% 이하인 것을 말한다.
본 발명에 의하면, 보다 작은 크기의 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수가 있고, 또 극표면만을 다공질화할 수가 있고, 다공질층 미형성 부분의 특성을 유지하면서 표면에 다공질층을 형성할 수가 있는 다공질 부재의 제조 방법을 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법을 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법의, 460℃에서 12시간의 열처리를 행했을 때의, 열처리 후의 금속체 및 금속 재료의 주사형 현미경 사진, 및 직사각형으로 둘러싼 영역의 EDX에 의한 각 원소(Ni, Fe, Cr, Mg)의 분석 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법의, 460℃에서 12시간의 열처리를 행했을 때의, (a) 열처리 후의 금속체 및 금속 재료의 주사형 현미경 사진, (b) (a)의 위치 A의 확대 사진, (c) (a)의 위치 B의 확대 사진, (d) (a)의 위치 C의 확대 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법의, (a) 480℃에서 열처리를 행했을 때의, 각 열처리 시간(6시간, 12시간, 24시간, 48시간, 72시간)에서의 금속체 및 금속 재료의 주사형 현미경 사진, (b) 440℃, 460℃, 480℃에서 열처리를 행했을 때의, 열처리 시간과 반응 영역의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 4 (b)에서 구해진 각 열처리 온도의 속도 정수 k의 아레니우스 플롯이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법의, 460℃에서 12시간의 열처리를 행한 후, 에칭을 행하여 제조된 부재의 (a) 반응 영역의 선단 부근의 주사형 현미경 사진, (b) 반응 영역의 중앙부의 주사형 현미경 사진, (c) (b)의 일부의 확대 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법의, 480℃에서 72시간의 열처리를 행한 후 에칭을 행하여 제조된 부재의 (a) 주사형 현미경 사진, (b) 반응 영역의 선단으로부터의 거리 x와, 실모양 구조 또는 띠모양 구조의 폭의 평균치 w의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법에서 사용한 금속 재료의 (a) 하스텔로이C－276제의 코일 스프링의 주사형 현미경 사진, (b) 그 코일 스프링의 표면의 확대 사진, (c) (b)의 일부의 확대 사진이다.
도 9는 도 8에 나타내는 금속 재료의 코일의 스프링 표면의 (a) 주사형 현미경 사진, (b) (a)의 영역의 EDX에 의한 각 원소(Ni, Mo, Cr, Fe, W)의 분석 결과이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법의, 도 8에 나타내는 금속 재료의 코일 스프링의 표면에 Mg를 진공 증착한 후, 460℃에서 12시간의 열처리를 행했을 때의 코일 스프링의 단면의 주사형 현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법의, 도 10에 나타내는 열처리 후의 코일 스프링에 대해, 더 에칭을 행했을 때의 코일 스프링의 최표면의 주사형 현미경 사진, (b) (a)의 일부의 확대 사진이다.
이하, 도면에 기초하여 실시예를 들면서 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명한다.
본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법은, 우선, 도 1 (a)에 나타내듯이, 제1의 성분으로 이루어지는 고체의 금속체(11)와, 제1의 성분에 대해 각각 양 및 음의 혼합열을 가지는 제2의 성분 및 제3의 성분을 동시에 함유하는 화합물, 합금 또는 비평형 합금으로 이루어지는 고체의 금속 재료(12)를 이용하여 서로 접촉시킨다.
도 1에 나타내는 구체적인 일례에서는 금속체(11)로서 순수한 마그네슘(pure Mg)을 이용하고, 금속 재료(12)로서 (Fe0 . 8Cr0 . 2)50Ni50 합금을 이용하고 있다. 이때 제1의 성분이 Mg, 제2의 성분이 Fe0 . 8Cr0 .2, 제3의 성분이 Ni이다. 또, 금속체(11) 및 금속 재료(12)는 각각의 접촉면을 미리 평탄하게 연마하여(polishing) 경면 마무리해 두고, 그 각 접촉면에서 서로 꽉 접촉시킨다. 경면 마무리에는 이온 필링(ion peeling) 가공 등을 이용할 수가 있다.
［열처리］
다음에, 도 1 (b)에 나타내듯이, 처리 중에 떨어지지 않도록 금속체(11)와 금속 재료(12)간에 하중을 걸고(loading), 열처리로서 어닐 처리(annealing)를 행한다. 열처리는 금속체(11)의 절대온도에서의 융점의 75~85%의 온도에서 5시간 이상 80시간 이하 유지함으로써 행한다. 이에 의해 금속체(11)인 제1의 성분과의 혼합열에 의존하여, 금속 재료(12)로부터 제3의 성분이 금속체(11)로, 금속체(11)로부터 제1의 성분이 금속 재료(12)로 상호 확산한다. 금속 재료(12)의 제2의 성분은 제1의 성분과 양의 혼합열을 가지기 때문에 금속체(11)측으로는 확산하지 않는다. 이에 의해, 도 1 (c)에 나타내듯이, 금속 재료(12) 중에, 반응 영역(reaction layer)(13)으로서, 제1의 성분 및 제3의 성분으로 이루어지는 부분과 제2의 성분으로 이루어지는 부분이 나노미터 오더로 서로 혼합된 상태의 영역이 얻어진다. 이때 고체간에서의 상호 확산은 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 금속욕에의 용출과 비교하여 천천히 진행하기 때문에, 제1의 성분 및 제3의 성분으로 이루어지는 부분과 제2의 성분으로 이루어지는 부분이 서로 보다 미세하게 혼합된 상태로 된다.
도 1에 나타내는 구체적인 일례에서는, 금속체(11)의 Mg의 융점이 650℃(923K)이기 때문에 약 420℃~510℃에서 열처리를 행함으로써, 금속 재료(12)로부터 Ni가 금속체(11)로, 금속체(11)의 Mg가 금속 재료(12)로 상호 확산한다. 금속 재료(12)의 Fe0 . 8Cr0 .2는 금속체(11)측으로는 확산하지 않는다. 이에 의해 금속 재료(12) 중에, Mg 및 Ni로 이루어지는 Mg2Ni와, Fe0 . 8Cr0 .2로 이루어지는 부분이 나노미터 오더로 서로 혼합된 상태의 반응 영역(13)이 얻어진다.
실제로, 460℃에서 12시간의 열처리를 행했을 때의 주사형 현미경(SEM) 사진, 및 EDX(에너지 분산형 X선 분석)에 의한 각 원소(Ni, Fe, Cr, Mg)의 분석 결과를 도 2에 나타낸다. 또, 투과형 전자현미경(TEM)에 의한 도 2 중의 위치 A~D에서의 조성 분석의 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1의 우단에는 조성 분석으로부터 추정되는 물질의 화학 조성을 나타내고 있다. 도 2 중의 위치 A 및 B는 열처리 전의 금속체(11)의 영역 내, 위치 C 및 D는 열처리 전의 금속 재료(12)의 영역 내의 위치이다.
Figure pct00001
도 2 및 표 1에 나타내듯이, 금속 재료(12)와의 접촉면으로부터 떨어진 금속체(11) 중의 위치 A에는 Mg만이 존재하고 있어, 열처리에 의해 조성은 변화하고 있지 않는 것이 확인되었다. 또, 금속 재료(12)와의 접촉면에 가까운 금속체(11) 중의 위치 B에는 Mg2Ni가 존재하고 있어, 열처리에 의해 금속 재료(12)로부터 금속체(11) 중으로 Ni가 확산하여 Mg와 결합한 것이 확인되었다. 또, 금속체(11)와의 접촉면에 가까운 금속 재료(12) 중의 위치 C에는 Fe0 . 8Cr0 .2와 Mg2Ni가 존재하고 있어, 열처리에 의해 금속체(11)로부터 금속 재료(12) 중으로 Mg가 확산하여 Ni와 결합한 것이 확인되었다. 또, 금속체(11)와의 접촉면으로부터 떨어진 금속 재료(12) 중의 위치 D에서는 Mg는 검출되지 않고, (Fe0 . 8Cr0 . 2)50Ni50이 존재하고 있어, 열처리에 의해 조성은 변화하고 있지 않는 것이 확인되었다. 이와 같이 열처리에 의해 금속 재료(12)로부터 Ni가 금속체(11)로, 금속체(11)의 Mg가 금속 재료(12)로 상호 확산하고, 확산한 영역에서 Mg와 Ni가 결합하여 Mg2Ni로 되어 있는 것이 확인되었다.
마찬가지로, 460℃에서 12시간의 열처리를 행했을 때의 주사형 현미경 사진을 도 3 (a)에 나타낸다. 또, 도 3 (a) 중의 각 위치(A~C)에서의 확대 사진을 도 3 (b)~ (d)에 나타낸다. 위치 A~C는 열처리 전의 금속 재료(12)의 영역 중, 제1의 성분의 Mg가 확산되어 있는 반응 영역(13)(도 3 (a)의 좌측 가장자리의 1쌍의 화살표 사이의 영역) 내의 위치이다. 위치 B는 반응 영역(13)의 중심 부근의 위치이다. 위치 A는 위치 B보다 금속체(11)와의 접촉면에 가까운 위치이다. 위치 C는 Mg가 확산하는 선단 부근, 즉 반응 영역(13)과 금속 재료(12)가 변화하고 있지 않는 영역의 경계 부근의 위치이다.
도 3 (b)~(d)에 나타내듯이, 반응 영역(13) 내에서는 Mg2Ni(도 중의 밝은 부분)와 Fe0 . 8Cr0 .2(도 중의 어두운 부분)가 수백nm 이하의 나노미터 오더로 서로 혼합된 상태로 되어 있는 것이 확인되었다. 특히, 제1의 성분의 Mg가 확산하는 선단 부근에서는, 도 3 (d)에 나타내듯이, 100nm 이하의 나노미터 오더로 서로 실모양으로 혼합된 상태로 되어 있는 것이 확인되었다.
440℃, 460℃, 480℃에서 열처리를 행했을 때의, 열처리 시간과 반응 영역(13)의 두께의 관계를 조사하여 도 4에 나타낸다. 도 4 (a)에 나타내듯이, 열처리 시간의 경과와 함께 반응 영역(13)이 확대해 가는 모습을 확인할 수 있다. 또, 도 4 (b)에 나타내듯이, 반응 영역(13)의 두께 x와 열처리 시간 t 사이에 x2=k·(t－t0)의 관계가 있는 것이 확인되었다. 여기서, k는 속도 정수, t0는 반응이 시작될 때까지의 잠복 시간이다. 또, 열처리 온도가 높아짐에 따라 반응 영역(13)의 확대 속도가 빨라지는 것이 확인되었다.
도 4 (b)에서 구해진 각 열처리 온도의 속도 정수 k의 아레니우스 플롯(Arrhenius plot)을 도 5에 나타낸다. 도 5로부터 구한, 열처리에 의한 상호 확산의 활성화 에너지(activation energy) E는 280kJ/mol이다.
［에칭 처리］
다음에, 열처리 후 에칭에 의해, 반응 영역(13)으로부터 제2의 성분을 주체로 하는 부분 이외, 즉 제1의 성분 및 제3의 성분을 선택적으로 용출하여 제거하고, 제2의 성분을 주체로 하는 부분을 노출시킨다. 제1의 성분과 제3의 성분이 결합하여 화합물, 합금 또는 비평형 합금이 형성되어 있는 경우에는 이들을 선택적으로 제거한다. 이에 의해 제2의 성분을 주체로 한, 나노미터 치수의 미소 간극을 가지는 다공질 부재를 제조할 수가 있다. 이때 고체간에서의 상호 확산에 의해, 제1의 성분 및 제3의 성분으로 이루어지는 부분과 제2의 성분으로 이루어지는 부분이 서로 보다 미세하게 혼합된 상태로 되어 있기 때문에, 형성되는 미소 간극 크기를 특허문헌 1과 비교하여 보다 작게 할 수가 있다.
도 1에 나타내는 구체적인 일례에서는, 열처리 후의 금속 재료를 질산 수용액 중에 침지함으로써, 반응 영역(13) 중의 Mg2Ni를 제거한다. 이에 의해 Fe0 . 8Cr0 .2를 주체로 한 나노미터 치수의 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수가 있다. 또, 니켈 프리의 미소 간극을 가지는 부재를 용이하게 제조할 수가 있다.
실제로, 460℃에서 12시간의 열처리를 행한 후, 질산 수용액 중에 침지하여 에칭을 행한 것을 도 6에 나타낸다. 도 6 (a)에 나타내듯이, 반응 영역(13)의 선단 부근에서는 100nm 이하의 나노미터 오더의 실모양의 구조(filamentary structure)가 확인되었다. 또, 도 6 (b) 및 (c)에 나타내듯이, 반응 영역(13)의 중앙부에서는 폭이 200nm 이하인 띠모양 구조로 이루어지고, 나노미터 오더의 간극을 가지는 불규칙한 다공질 구조(disordered nanoporous structure)가 확인되었다. TEM에 의한 조성 분석을 행한 바, 이 구조는 에칭에 의해 Ni 및 Mg가 거의 제거된, Fe0 . 8Cr0 .2를 주체로 하는 구조인 것이 확인되었다. 간극의 크기는 특허문헌 1의 금속 부재와 비교하여 대략 1/10 정도로 되어 있다.
480℃에서 72시간의 열처리를 행한 후 에칭을 행하여 얻어진 부재에 대해, 반응 영역(13)의 선단(dealloying front)으로부터의 거리(Depth from dealloying front) x와 미소 간극을 가지는 Fe0 . 8Cr0 .2를 주체로 한 실모양 구조 또는 띠모양 구조의 폭의 평균치(Average ligament width) w의 관계를 조사하여 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타내듯이, w는 반응 영역(13)의 선단을 향해 작아지고 있고, x의 1/2승(열처리 시간의 1/4승)에 거의 비례하는 것이 확인되었다. 이것으로부터, 확산의 영향을 받는 시간이 길어질수록 구조가 커져 간극도 커진다고 할 수 있다.
［다른 실시예］
두께 30미크론의 Ti50Cu50 원자% 아모퍼스 리본(금속 재료(12))을, 경면 연마한 Mg판(금속체(11))에 20MPa로 꽉 누르고, Mg의 융점의 50% 이상의 온도인 480℃로 가열하여 유지하였다. 이에 의해, 양자의 접촉계면에, Cu(제3의 성분) 및 Mg(제1의 성분)를 주성분으로 하는 부분과, Ti(제2의 성분)를 주성분으로 하는 부분으로 이루어지는 공연속 구조 나노복합 조직이 형성되었다. 이것을 질산에 침지하여, Ti를 주성분으로 하는 부분 이외를 제거하여, 100nm 이하의 간극을 가지는 다공질 금속 부재가 얻어졌다.
또, 두께 30미크론의 Ag박(금속체(11)) 상에, 마그네트론 스퍼터법에 의해 Mn85C15 원자%의 합금 박막(금속 재료(12))을 1미크론 퇴적시켰다. 이것을 아르곤 분위기 중에 있어서 800℃에서 열처리함으로써, 합금 박막으로부터 Mn이 Ag박측으로 확산하여, 계면 부분에 Ag(제1의 성분) 및 Mn(제3의 성분)을 주성분으로 하는 부분과, C(제2의 성분)를 주성분으로 하는 부분으로 이루어지는 공연속 구조 나노복합 조직이 형성되었다. 이것을 질산에 침지하여, C를 주성분으로 하는 부분 이외를 제거하여, 100nm 이하의 간극을 가지는 다공질 탄소 부재가 얻어졌다.
또, 두께 30미크론의 Cu박(금속체(11)) 상에, 마그네트론 스퍼터법에 따라 Mn85C15 원자%의 합금 박막(금속 재료(12))을 1미크론 퇴적시켰다. 이것을 아르곤 분위기 중에 있어서 800℃에서 열처리함으로써, 합금 박막으로부터 Mn이 Cu박측으로 확산하여, 계면 부분에 Cu(제1의 성분) 및 Mn(제3의 성분)을 주성분으로 하는 부분과, C(제2의 성분)를 주성분으로 하는 부분으로 이루어지는 공연속 구조 나노복합 조직이 형성되었다. 이것을 질산에 침지하여, C를 주성분으로 하는 부분 이외를 제거하여, 100nm 이하의 간극을 가지는 다공질 탄소 부재가 얻어졌다.
두께 30미크론의 Mg86Ni9Ca5 원자%의 금속유리 리본(금속체(11))에 (Fe0.8Cr0.2)50Ni50 합금(금속 재료(12))을 20MPa로 꽉 누르고, 금속유리 리본의 유리전이온도인 140℃ 이상으로 온도를 올렸다. 이에 의해 금속유리 리본이 과냉각 액체로 되어, 점성 유동 현상에 의해 양자는 표면 마무리 상태에 의하지 않고 간극 없이 접촉하였다. 다음에, 이것을 Mg86Ni9Ca5 합금의 융점의 50% 이상의 온도인 450℃로 가열하여 유지하였다. 이에 의해 양자의 접촉계면에, Mg(제1의 성분) 및 Ni(제3의 성분)를 주성분으로 하는 부분과, Fe 및 Cr(제2의 성분)을 주성분으로 하는 부분으로 이루어지는 공연속 구조 나노복합 조직이 형성되었다. 이것을 질산에 침지하여, Fe 및 Cr을 주성분으로 하는 부분 이외를 제거하여, 100nm 이하의 간극을 가지는 다공질 금속 부재가 얻어졌다.
비표면적이 100m2/g인 다공질 Cu를 기재로 하여(금속체(11)), CVD법에 의해 Mn85C15 원자%의 합금 박막(금속 재료(12))을 나노다공질 Cu 표면에 균일하게 퇴적시켰다. 이것을 아르곤 분위기 중에 있어서 800℃에서 열처리함으로써, 합금 박막으로부터 Mn이 나노다공질 Cu측으로 확산하여, 계면 부분에 Cu(제1의 성분) 및 Mn(제3의 성분)을 주성분으로 하는 부분과, C(제2의 성분)를 주성분으로 하는 부분으로 이루어지는 공연속 구조 나노복합 조직이 형성되었다. 이것을 질산에 침지하여, C를 주성분으로 하는 부분 이외를 제거함으로써, 기재로서 이용한 다공질 Cu의 골격 형상을 매크로 구조로 하고, 나노다공질 탄소를 미크로 구조로 하는 바이모달(bimodal) 다공질체를 얻었다. 이에 의해 Cu　1그램에 생성하는 C의 표면적을 약 10배로 증대시킬 수가 있었다.
또한, 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법에 의하면, 제1의 성분의 확산에 의해 금속 재료(12)의 표면으로부터 반응이 진행하기 때문에, 열처리를 도중에 멈춤으로써, 금속 재료(12)의 표면만을 개질할 수가 있어, 표면에만 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수가 있다. 또, 금속 재료(12)를 박막이나 중공 등의 임의의 형상으로 하여, 표면 또는 전체에 미소 간극을 가지는 임의 형상의 부재를 제조할 수도 있다.
하스텔로이C－276(Ni57Cr16Mo16W4Fe5 (wt%) 합금)으로 이루어지는 코일 스프링(금속 재료(12))의 표면에, Mg(금속체(11)； 제1의 성분)를 진공 증착한 후, Ar 가스 분위기 중에 있어서, 코일 스프링 중의 모든 화합물 및 Mg가 고상을 유지하는 온도인 460℃에서 12시간의 열처리를 행하였다. 진공 증착 전의 하스텔로이C－276제의 코일 스프링의 주사형 현미경(SEM) 사진, 및 EDX(에너지 분산형 X선 분석)에 의한 각 원소(Ni, Mo, Cr, Fe, W)의 분석 결과를 각각 도 8 및 도 9에 나타낸다. 또, 열처리 후의 코일 스프링의 단면의 주사형 현미경 사진을 도 10에 나타낸다.
도 8 및 도 9에 나타내듯이, 하스텔로이C－276제의 코일 스프링은 Mo(제2의 성분)가 농화한 p상 및 μ상과, Ni(제3의 성분)가 농화한 γ상을 포함하는 다상 합금인 것이 확인되었다. 또, 도 10에 나타내듯이, 열처리에 의해 증착 Mg층과 코일 스프링의 접촉계면에 반응 영역(13)이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 그 반응 영역(13) 내에서는 γ상으로부터 Ni 성분이 Mg 중으로 선택적으로 확산되어 있고(디얼로잉되어 있고), Ni(제3의 성분)와 Mg(제1의 성분)를 주성분으로 하는 부분(도 중의 어두운 부분)과, γ상으로부터 Ni가 고갈됨으로써 Mo(제2의 성분)가 농화한 부분(도 중의 밝은 부분)이, 나노미터 오더로 서로 혼합된 공연속 구조 나노복합 조직이 형성되어 있는 것이 확인되었다.
열처리 후 질산에 침지함으로써, Mo를 주성분으로 하는 부분 이외를 제거하는 에칭을 행하였다. 이때의 코일 스프링의 최표면의 주사형 현미경 사진을 도 11에 나타낸다. 도 8에 나타내는 열처리 전에는 최표면에 있어서 p상 및 μ상 영역이 치밀립으로서 잔류하고 있었지만, 도 11에 나타내듯이, 열처리 및 에칭 후에는 원래의 γ상 영역에 생긴 공연속 나노복합 조직으로부터 Ni와 Mg를 주성분으로 하는 부분만이 제거되어 있어, 10nm 오더의 간극을 가지는 다공질 금속 부재가 얻어져 있는 것이 확인되었다.
이와 같이 본 발명의 실시의 형태의 다공질 부재의 제조 방법에 의하면, 금속 재료(12)의 표면에 제1의 성분의 스팀(steam)을 분사하여 응착시킨 후 열처리를 행함으로써, 미소 간극을 가지는 부재를 제조할 수도 있다. 이 경우 복잡한 형상을 가지는 금속 재료(12)라도 비교적 용이하게 다공질 부재를 제조할 수가 있다. 이에 의해, 예를 들면, 표면에만 미소 간극을 형성하는 스텐트(stent) 등을 제조할 수가 있다.
11　금속체 12　금속 재료
13　반응 영역

Claims (10)

  1. 제1의 성분으로 이루어지는 고체의 금속체와, 상기 제1의 성분에 대해 각각 양 및 음의 혼합열을 가지는 제2의 성분 및 제3의 성분을 동시에 함유하는 화합물, 합금 또는 비평형 합금으로 이루어지는 고체의 금속 재료를 접촉시켜, 소정의 온도에서 소정 시간 열처리를 행함으로써, 상기 제1의 성분을 상기 금속 재료측으로, 상기 제3의 성분을 상기 금속체측으로 확산시킨 후, 상기 제1의 성분 및/또는 상기 제3의 성분이 확산한 부분으로부터 상기 제2의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거하여, 미소 간극을 가지는 부재를 얻는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,　
    상기 제2의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거할 때, 상기 제2의 성분을 주체로 하는 부분을 노출시키는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속체와 상기 금속 재료를 접촉시킨 후, 상기 제1의 성분과 상기 제3의 성분이 상호 확산하여 결합하도록 상기 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열처리를 행한 후, 상기 제1의 성분과 상기 제3의 성분이 결합하여 형성된 화합물, 합금 또는 비평형 합금을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리를 행한 후, 에칭에 의해 상기 제1의 성분 및 상기 제3의 성분을 선택적으로 용출하여 제거하는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리는 상기 금속체의 절대온도에서의 융점의 50% 이상의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속체의 상기 금속 재료와의 접촉면, 및 상기 금속 재료의 상기 금속체와의 접촉면을 미리 경면 마무리해 두고,
    상기 열처리 동안 상기 금속체의 접촉면과 상기 금속 재료의 접촉면을 꽉 접촉시켜 두는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 성분은 Li, Mg, Ca, Cu, Zn, Ag, Pb, Bi, 희토류 금속 원소, 혹은 이들의 어느 하나를 주성분으로 하는 합금 또는 화합물인 혼화체로 이루어지고,
    상기 제2의 성분은 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, V, Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, C, Si, Ge, Sn, Al의 어느 하나, 혹은 그 복수를 포함하는 합금 또는 화합물인 혼화체로 이루어지고,
    상기 제3의 성분은 Li, Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo, W의 어느 하나, 혹은 그 복수를 포함하는 혼화체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 성분이 Mg로 이루어지고,
    상기 제3의 성분이 Ni로 이루어지고, 상기 금속 재료가 Ni 함유 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공질 부재의 제조 방법.
  10. 제2의 성분으로 이루어지는 고체의 금속체와, 제1의 성분 및 제3의 성분을 동시에 함유하는 화합물, 합금 또는 비평형 합금으로 이루어지는 고체의 금속 재료를 접촉시켜, 소정의 온도에서 소정 시간 열처리를 행함으로써, 상기 제2의 성분을 상기 금속 재료측으로, 상기 제3의 성분을 상기 금속체측으로 확산시킨 후, 상기 제2의 성분 및/또는 상기 제3의 성분이 확산한 부분으로부터 상기 제1의 성분을 주체로 하는 부분 이외를 선택적으로 제거하여, 미소 간극을 가지는 부재를 얻는 것을 특징으로 하고,
    상기 제2의 성분 및 상기 제3의 성분이 상기 제1의 성분에 대해 각각 양 및 음의 혼합열을 가지고, 상기 제1의 성분의 절대온도에서의 융점이 상기 제2의 성분의 절대온도에서의 융점의 반 이상인 다공질 부재의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3408230A (en) * 1964-12-21 1968-10-29 Gen Telephone & Elect Method of making flexible electrodes
JPS5314114A (en) * 1976-07-26 1978-02-08 Hitachi Ltd Porous material
US4518457A (en) * 1980-08-18 1985-05-21 Olin Corporation Raney alloy coated cathode for chlor-alkali cells
JP5034047B2 (ja) * 2007-01-31 2012-09-26 国立大学法人東北大学 ナノ多孔質金属及びその製造方法
JP5165339B2 (ja) * 2007-10-27 2013-03-21 独立行政法人国立高等専門学校機構 異種金属接合体及びその製造方法
WO2011092909A1 (ja) * 2010-01-28 2011-08-04 国立大学法人東北大学 金属部材の製造方法および金属部材
CN103406128A (zh) * 2013-08-13 2013-11-27 山东大学 一种具有纳米多孔结构的纳米颗粒的制备方法
JP6543439B2 (ja) 2014-04-01 2019-07-10 東洋鋼鈑株式会社 金属積層材の製造方法
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CN104946921B (zh) * 2015-05-14 2017-01-04 大连理工大学 一种强永磁性纳米多孔Fe-Pt合金及其制备方法

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