KR20190109004A - Complex concentrated refractory metal-silicide composite with high strength and ductility and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a complex solid-solution alloy design-based metal-silicide composite with high strength is represented by the empirical formula of (Ti_20Hf_20Nb_60-xMo_x)_100-ySi_y (10<=x<=30, 4<=y<=20 at.%), and the metal base of the complex solid-solution alloy of which the fraction of Ti, Hf, Nb, and Mo constituting the metal base of the above-mentioned composition is 10 at.% or greater constitutes a body-centered cubic crystal structure. A high-concentration refractory metal base is formed having 5 or less of a valence electron density value, which is a ductility control factor and 3.9% or more of an atomic size mismatch parameter, which is a strength control factor, of the complex solid-solution alloy, thereby granting ductility to the metal base of the high-concentration refractory metal-silicide composite and further increasing the strength thereof. Further, the high temperature thermal stability can be improved by a slow diffusion effect of the complex solid-solution alloy. Due to the characteristics, the complex refractory metal-silicide composite with high strength and ductility of the present invention can be used as an essential material for the construction of an energy-efficient future power plant by being able to cope with complex extreme environments of a relatively high operating temperature range, a low temperature-high temperature cycle, and high pressure such as those of the future gas turbine blade under development.

Description

고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재 및 그 제조 방법 {COMPLEX CONCENTRATED REFRACTORY METAL-SILICIDE COMPOSITE WITH HIGH STRENGTH AND DUCTILITY AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME} High-strength high-strength complex refractory metal-silicon compound composites and method for manufacturing the same {COMPLEX CONCENTRATED REFRACTORY METAL-SILICIDE COMPOSITE WITH HIGH STRENGTH AND DUCTILITY AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 컴플렉스 고용합금 설계를 기반으로 한 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재 조성 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a complex refractory metal-silicon compound composite, and more particularly, to a composition of a high strength, high-strength complex refractory metal-silicon compound composite based on a complex solid alloy design and a method of manufacturing the same.

일반적으로 가스 터빈 블레이드와 같이 저온-고온 사이클 및 고압력의 복합 극한환경에서 사용되는 재료는 고온에서 우수한 기계적 특성을 요한다. 이러한 극한환경 소재로써 대표적으로 Ni기 초합금이 고온에서의 항복강도가 뛰어난 특성으로 인하여 주로 사용되나, Ni기 합금의 상대적으로 낮은 녹는점으로 인하여 800℃ 이상의 온도에서 연화가 일어나는 바, 1000℃ 이상의 고온에서도 안정적으로 활용 가능한 고온 구조재료 개발이 필요한 실정이다. 특히, 초합금을 구성하기 위한 첨가 원소 중 Al과 같은 저융점 원소는 초합금의 녹는점을 순수한 Ni (1455℃)대비 300 ℃ 가량 감소시켜 1000℃ 이상의 초고온 환경에서의 사용이 제한되고 있다.In general, materials used in low temperature-high temperature cycles and high pressure complex extreme environments, such as gas turbine blades, require good mechanical properties at high temperatures. As such extreme environmental materials, Ni-based superalloys are mainly used because of their excellent yield strength at high temperatures, but softening occurs at temperatures above 800 ℃ due to the relatively low melting point of Ni-based alloys. It is necessary to develop high temperature structural materials that can be used stably. In particular, low melting point elements, such as Al, among the additional elements constituting the superalloy reduce the melting point of the superalloy by about 300 ℃ compared to pure Ni (1455 ℃) is limited to use in ultra-high temperature environment of more than 1000 ℃.

이런 문제에 대한 대안으로 Nb (2477℃), Mo (2623℃) 등의 고융점 내화금속 (refractory metal) 원소을 주원소로 하는 합금이 개발되어 왔다. 이러한 내화금속 원소를 주원소로 합금을 구성할 경우 녹는점이 매우 높다는 장점이 있으나, 내화금속 자체가 내산화성이 매우 취약할 뿐만 아니라 기계적 특성이 우수하지 않기 때문에, 실질적으로 고온 구조재료로의 사용이 어렵다. As an alternative to this problem, alloys based on high melting point refractory metal elements such as Nb (2477 ° C) and Mo (2623 ° C) have been developed. When the alloy is composed of such refractory metal elements as an element, the melting point is very high. However, since the refractory metal itself is not only very vulnerable to oxidation resistance and is not excellent in mechanical properties, it is practically used as a high temperature structural material. It is difficult.

이러한 문제로 인하여 내화금속 원소를 주원소로 하는 원소는 Si를 첨가원소로 사용함으로써 산화 저항성을 증가시키기는 방향으로 소재 개발이 진행되어 왔으며, 이 경우 일정량의 내화 금속 원소들이 Si와 결합해 규소화합물을 형성하여 금속-규소화합물 복합재를 형성한다. Si 첨가를 통한 규소화합물의 형성은 고온에서의 산화저항성을 향상시킴과 동시에 크리프, 항복 강도와 같은 기계적 특성을 향상시키는 긍정적인 효과가 있지만, 규소화합물은 취성을 강하게 나타내기 때문에 다량의 규소화합물을 포함하는 경우 저온에서의 연성이 낮아 가공 및 취급이 어려운 단점이 있다. 이러한 이유로 고융점 내화금속 원소를 주원소로 하는 금속-규소화합물 복합재는 가스 터빈 블레이드와 같은 저온-고온 사이클 및 고압력의 복합 극한환경에서 사용되는 고온 구조재료의 사용이 어려운 실정이다.Due to these problems, materials have been developed in the direction of increasing the oxidation resistance by using Si as an additive element. In this case, a certain amount of refractory metal elements are combined with Si to form a silicon compound. To form a metal-silicon compound composite. The formation of silicon compound through Si addition has the positive effect of improving the oxidation resistance at high temperature and improving the mechanical properties such as creep and yield strength. When included, there is a disadvantage in that the ductility at low temperatures is difficult to process and handle. For this reason, metal-silicon compound composites mainly composed of high melting point refractory metal elements are difficult to use high temperature structural materials used in low temperature and high temperature cycles and high pressure complex extreme environments such as gas turbine blades.

Nb-base composites US5833773ANb-base composites US5833773A

Acta Materialia (2017, Vol. 122, pp. 448-511) Acta Materialia (2017, Vol. 122, pp. 448-511)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 컴플렉스 고용합금 설계를 기반으로 고농도 내화금속-규소화합물 복합재를 개발하여 고강도 고연신의 지속 가능성 (sustainability)이 우수한 합금재료를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to develop a high-concentration refractory metal-silicon compound composite based on a complex solid-alloy design to provide an alloy material having excellent sustainability of high strength and high stretching. have.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 컴플렉스 고용합금 설계 기반 고농도 내화금속-규소화합물 복합재는, 금속 기지상이 컴플렉스 고용합금으로 구성되고 Si 첨가를 통해 내화금속원소를 가진 규소화합물을 석출시킨 고농도 내화금속-규소화합물 복합재로, (Ti20Hf20Nb60-xMox)100-ySiy (10≤x≤30, 4≤y≤20 at.%) 조성범위를 만족하는 것을 특징으로 한다.The high concentration refractory metal-silicon compound composite based on the complex solid solution alloy design according to the present invention for achieving the above object is a high concentration refractory metal in which a metal matrix is composed of a complex solid solution alloy and precipitated a silicon compound having a refractory metal element through Si addition. -A silicon compound composite, characterized by satisfying the composition range (Ti 20 Hf 20 Nb 60-x Mo x ) 100-y Si y (10≤x≤30, 4≤y≤20 at.%).

본 발명의 금속-규소화합물 복합재의 금속 기지는, 적어도 4개 이상의 내화 금속 원소를 각 10 at.% 이상 포함하도록 구성하여 체심입방 결정 구조의 컴플렉스 고용 합금을 형성함과 동시에, 5 이하의 낮은 원자가전자밀도 (valence electron concentration)를 가져 높은 연성을 가지도록 구성하고, Mo를 10 at.% 이상 포함하도록 하여 상온 및 고온 강도를 높일 수 있다. 구체적으로는 컴플렉스 고용 합금의 Mo 분율에 따라 원자가전자밀도가 상온 취성을 나타내는 경계인 5 이하인 4.7 ~ 4.9 범위를 가지도록 구성하여 상온에서 연성을 나타내며, 하기의 수식으로 계산되는 원자 크기 부정합 파라미터 (atomic size mismatch parameter, εa)가 3.9 % 이상으로 큰 값을 가지도록 하여 고강도 금속기지를 설계할 수 있다.The metal matrix of the metal-silicon compound composite of the present invention is configured to contain at least four or more refractory metal elements, each 10 at.% Or more, to form a complex solid solution alloy having a body-centered cubic crystal structure and to have a low valency of 5 or less. It has a high electron ductility (valence electron concentration) and can be configured to include Mo 10 10%. Specifically, the atomic valence mismatch parameter (atomic size) calculated at the following temperature is expressed by the following formula by configuring the valence electron density in the range of 4.7 to 4.9, which is 5 or less, which is a boundary indicating room temperature brittleness, depending on the Mo fraction of the complex solid solution alloy. It is possible to design high-strength metal bases so that the mismatch parameter, ε a ) has a large value of 3.9% or more.

Figure pat00001
Figure pat00001

(

Figure pat00002
: 각 용질 원소의 원자반경,
Figure pat00003
: 합금의 평균 원자 반경,
Figure pat00004
: 각 용질의 농도)(
Figure pat00002
: Atomic radius of each solute element,
Figure pat00003
: Average atomic radius of the alloy,
Figure pat00004
: Concentration of each solute)

또한, 상기 조성에서 Si 첨가할 경우 M5Si3 (M = Ti, Hf, Nb, Mo)의 화학식을 가지는 내화금속-규소화합물이 형성되며, BCC 구조의 컴플렉스 고용 합금과 내화금속 규소화합물은 공정계 (eutectic system)를 이룬다. 특히, Si 함량의 증가에 따라 규소화합물의 부피 분율이 증가하며 이로 인해 상온 및 고온 강도는 증가하고 상온 연성은 감소한다. 본 발명에서 제시한 컴플렉스 내화금속 기지 조성에서의 Si 함량은 4 at.% 이상 20 at.% 이하로, Si의 함량이 4 at.% 보다 적은 경우 강도 향상이 미비하고, Si 함량이 20 at.% 초과될 경우 상온 취성파괴거동을 나타내는 문제를 지닌다. In addition, when Si is added in the above composition, a refractory metal-silicon compound having a chemical formula of M 5 Si 3 (M = Ti, Hf, Nb, Mo) is formed, and the complex solid solution alloy of the BCC structure and the refractory metal silicon compound are processed. It forms an eutectic system. In particular, as the Si content increases, the volume fraction of the silicon compound increases, thereby increasing room temperature and high temperature strength and decreasing room temperature ductility. The Si content in the complex refractory metal matrix composition proposed in the present invention is 4 at.% Or more and 20 at.% Or less. When the Si content is less than 4 at.%, The strength improvement is insufficient, and the Si content is 20 at. If exceeded, it has a problem of indicating brittle fracture behavior at room temperature.

이러한 복합재 설계 결과로, 본 발명의 내화금속-규소화합물 복합재는 기지자체의 강도 특성과 Mo 분율과 Si 함량을 제어를 통한 연신 향상을 동시에 구현하여, 상온 연성을 확보함과 동시에 상온 및 고온에서 우수한 강도를 얻을 수 있다.As a result of the design of the composite material, the refractory metal-silicon compound composite of the present invention simultaneously realizes the stretching property by controlling the strength characteristics, the Mo fraction and the Si content of the matrix itself, thereby ensuring room temperature ductility and excellent at room temperature and high temperature. Strength can be obtained.

또한, 컴플렉스 고용합금의 느린 확산 효과 (sluggish diffusion effect)로 확산에 의한 상변화가 억제되며, 이로 인해 고온 환경에서 미세구조 변화에 의해 발생하는 특성 열화에 대한 저항성이 크다는 장점이 있다.In addition, due to the slow diffusion effect (suggest diffusion effect) of the complex solid solution alloy is suppressed the phase change by the diffusion, which has the advantage that the resistance to the deterioration of characteristics caused by the microstructure change in a high temperature environment.

또한, 본 발명의 내화금속-규소 화합물 복합재는 첨가원소로서 B, Al, Cr 으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소가 10 at.% 이내로 더 첨가하여 산화저항성을 향상시키도록 구성할 수 있다.In addition, the refractory metal-silicon compound composite of the present invention can be configured to further improve the oxidation resistance by adding at least one element selected from the group consisting of B, Al, Cr as an additional element within 10 at.%.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 금속-규소화합물 복합재의 금속 기지를 컴플렉스 고용 합금으로 구성하여 금속기지 내 Mo 분율이 증가함에 따라 컴플렉스 고용 합금의 고용 강화 효과를 통해 금속 기지의 강도를 향상시켰으며, 나아가 복합재의 Si 함량이 증가함에 따라 규소화합물의 분율이 증가하는 금속-규소화합물 복합재의 특성과 결합하여 우수한 상온 및 고온 강도를 구현하였다. According to the present invention configured as described above, the metal base of the metal-silicon compound composite is composed of the complex solid solution alloy, and as the Mo fraction in the metal base increases, the strength of the metal base is improved through the solid solution strengthening effect of the complex solid solution alloy. In addition, excellent room temperature and high temperature strength were realized by combining with the properties of the metal-silicon compound composites in which the fraction of silicon compound increases as the Si content of the composite material increases.

또한, 기존 고온 소재 개발의 합금 설계와는 다르게 주요 금속구성 원소의 분율을 각각 10 at.% 이상이 되도록 구성하는 컴플렉스 고용 합금을 설계법을 적용하였다. 이를 통해, 본 발명에 의한 복합소재는 컴플렉스 고용 합금의 느린 확산 효과에 의해 확산에 의한 상변화가 억제되는 효과가 있다. 이는 기존의 내열소재인 Ni기 초합금이 장시간의 고온에 노출될 경우에 rafting 현상이 발생하는 양상과 대조적으로, 고온에서 미세구조 변화에 의해 발생하는 특성 열화에 대한 저항성이 크다는 장점이 있다. Unlike the alloy design of the existing high temperature material development, the design method is applied to the complex solid solution alloy which is composed of the fraction of the major metal constituent elements to be 10 at.% Or more. Through this, the composite material according to the present invention has the effect that the phase change by diffusion is suppressed by the slow diffusion effect of the complex solid solution alloy. This is in contrast to the fact that the rafting phenomenon occurs when the Ni-based superalloy, a conventional heat-resistant material, is exposed to high temperature for a long time, has an advantage of high resistance to deterioration of characteristics caused by microstructure change at high temperature.

이와 같은 특성으로 인해 본 발명의 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재는 현재 개발이 한창 진행 중인 미래형 가스터빈 블레이드 등 상대적으로 높은 가동 온도 범위와 저온-고온 사이클 및 고압력의 복합 극한환경에 대응 가능하도록 하여 에너지 효율이 높은 미래형 발전소 건설에 필수 소재로 활용될 수 있다.Due to these characteristics, the high-strength high-stretch complex refractory metal-silicon compound composite of the present invention can cope with a relatively high operating temperature range such as a future gas turbine blade under development, and a complex extreme environment of low temperature, high temperature cycle, and high pressure. It can be used as an essential material for the construction of energy efficient future power plant.

도 1는 본 발명의 금속기지 조성 Ti20Hf20Nb60-xMox (10≤x≤30 at.%)에서 Mo의 분율 (x)에 따른 원자 크기 부정합 파라미터를 나타내는 도식이다.
도 2는 본 발명의 금속기지 조성 Ti20Hf20Nb60-xMox (10≤x≤30 at.%)에서 Mo의 분율 (x)에 따른 원자가전자밀도를 나타내는 도식이다.
도 3은 본 발명의 고농도 내화금속-규소화합물 복합재 중 (a) (Ti20Hf20Nb50Mo10)96Si4, (b) (Ti20Hf20Nb50Mo10)92Si8, (c) (Ti20Hf20Nb50Mo10)88Si12, (d) (Ti20Hf20Nb50Mo10)84Si16, (e) (Ti20Hf20Nb50Mo10)80Si20 합금조성의 미세구조를 나타낸 광학현미경 (OM, 좌) 및 주사전자현미경 (SEM, 우) 이미지 이다.
도 4는 본 발명의 실시예 합금인 (Ti20Hf20Nb50Mo10)100-ySiy (y=0, 4, 8, 12, 16, 20 at%) 고농도 내화금속-규소화합물 복합재의 Si 함량 (y)변화에 따른 경도 측정 결과이다. 1 is a diagram showing atomic size mismatch parameters according to the fraction (x) of Mo in the metal base composition Ti 20 Hf 20 Nb 60-x Mo x (10 ≦ x ≦ 30 at.%) Of the present invention.
2 is a diagram showing valence electron density according to the fraction (x) of Mo in the metal base composition Ti 20 Hf 20 Nb 60-x Mo x (10 ≦ x ≦ 30 at.%) Of the present invention.
3 is (a) (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 96 Si 4 , (b) (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 92 Si 8 , (c) of the high concentration refractory metal-silicon compound composite of the present invention ) (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 88 Si 12 , (d) (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 84 Si 16 , (e) (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 80 Si 20 alloy composition Optical microscopy (OM, left) and scanning electron microscopy (SEM, right) images showing the microstructure of.
4 is a high-concentration refractory metal-silicon compound composite of (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 100-y Si y (y = 0, 4, 8, 12, 16, 20 at%), which is an embodiment alloy of the present invention. It is the hardness measurement result according to the change of Si content (y).

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. The drawings and description are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. In addition, in the case of well-known technology, a detailed description thereof will be omitted.

이때, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In this case, when any part of the specification "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than exclude other components unless otherwise stated.

본 발명은 금속 기지상이 내화금속기반 컴플렉스 고용합금으로 구성되고 Si 첨가를 통해 규소화합물을 석출시킨 고농도 내화금속-규소화합물 복합재 및 그 제조방법에 대한 것으로, 다음과 같은 화학식 1로 표현될 수 있다. The present invention relates to a high concentration refractory metal-silicon compound composite and a method for preparing the same, wherein the metal matrix is composed of a refractory metal-based complex solid-solution alloy and precipitated a silicon compound through Si addition, and can be represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

(Ti20Hf20Nb60-xMox)100-ySiy (Ti 20 Hf 20 Nb 60-x Mo x ) 100-y Si y

(단, 10≤x≤30, 4≤y≤20 at.%)(10≤x≤30, 4≤y≤20 at.%)

부연하면, 상기 조성으로 표현되는 합금 중, 내화 금속기반의 체심입방 결정 구조의 컴플렉스 고용 합금과 내화금속 규소화합물이 복합재를 이루는 고온 내화재료에 관한 것이다. 아래에서는 해당 합금의 제조 방법 및 특성에 대해 상술한다.In other words, the present invention relates to a high temperature refractory material in which a composite solid solution alloy having a refractory metal-based body-centered cubic crystal structure and a refractory metal silicon compound form a composite material. Below, the manufacturing method and characteristic of the said alloy are explained in full detail.

고온 내화재료의 기능을 가지는 금속-규소화합물 복합재는 내화금속이 주원소로 구성된 합금에 Si을 첨가하여 구성할 수 있으며, 이 경우 일정량의 내화금속 원소들이 Si와 결합해 규소화합물을 형성하여 금속-규소화합물 복합재를 형성한다. 이러한 규소화합물은 체심입방 결정 구조와 공정계 (eutectic system)를 형성하며, 공정점 (eutectic point) 및 과공정 (hypereutectic) 영역의 조성에서는 높은 규소화합물 함량으로 인해 크리프, 항복 강도 등의 기계적 특성이 우수하다는 장점이 있다. 하지만, 위 조성의 복합재는 규소화합물이 취성을 강하게 나타내기 때문에 저온에서의 연성이 낮아 구조재료로써의 가공 및 취급이 어렵다. 이러한 이유로 Si 함량을 줄여 공정점에서 상반된 방향으로 벗어나게 한 아공정 (hypoeutectic) 영역의 복합재는 충분한 연성을 가질 수 있으나 상온 및 고온 강도가 낮다는 한계를 가진다.The metal-silicon compound composite having the function of high temperature refractory material can be formed by adding Si to an alloy composed of refractory metals, in which case a certain amount of refractory metal elements combine with Si to form a silicon compound. To form a silicon compound composite. These silicon compounds form body-centered cubic crystal structures and eutectic systems, and due to the high content of silicon compounds in the eutectic point and hypereutectic zones, the mechanical properties such as creep and yield strength are poor. It has the advantage of being excellent. However, the composite of the above composition is difficult to be processed and handled as a structural material due to low ductility at low temperatures because the silicon compound exhibits brittleness. For this reason, the composite of the hypoeutectic region, which reduces the Si content and moves away from the process point in the opposite direction, may have sufficient ductility, but has a limit of low temperature and high temperature strength.

이러한 문제를 해결하고자 본 발명에서는 금속-규소화합물 복합재의 금속 기지를 컴플렉스 고용 합금으로 설계하여 금속 부분의 기계적 성질을 향상시켰다. 컴플렉스 고용 합금 (complex concentrated alloy)이란, 3가지 이상의 원소를 포함하면서도 단일 결정구조를 나타내는 것으로써, 각 합금 원소를 10 at.% 이상 포함하도록 구성하여 구성엔트로피가 큰 과고용된 구조를 가지는 합금을 말한다. 이때, 과고용된 서로 다른 금속 원소 간의 조합에 의한 독특한 특성 변화를 유발하여 다양한 분야에 활용될 수 있다.In order to solve this problem, in the present invention, the metal base of the metal-silicon compound composite is designed as a complex solid solution alloy to improve the mechanical properties of the metal part. Complex concentrated alloys represent a single crystal structure containing three or more elements, and each alloy element is composed of 10 at.% Or more to form an alloy having an over-used structure having a large constituent entropy. Say. At this time, it can be used in various fields by causing a unique characteristic change by the combination between the different metal elements over-employed.

일반적으로 기존의 고온 내화재료의 기능을 가지는 금속-규소화합물 복합재는 높은 녹는점 (2477℃)과 상대적으로 낮은 밀도 (8.57g/cm)를 가지는 Nb를 주원소로 한 기지 합금에 Si을 첨가하여 금속-규소화합물 복합재를 구성한다. 이러한 복합재의 구성에서 Si를 제외한 기지는 30 at.% 이하의 Ti를 포함하는 Nb 계 합금이며, 첨가원소로써 내화금속인 Hf이 10 at.% 이하로 구성되는 것이 일반적이다.In general, metal-silicon compound composites having the function of a high temperature refractory material have Si added to a Nb-based alloy having a high melting point (2477 ° C) and a relatively low density (8.57 g / cm). Construct a metal-silicon compound composite. In the composition of the composite, the base except for Si is an Nb-based alloy containing 30 at.% Or less of Ti, and it is common that Hf, a refractory metal, is composed of 10 at.% Or less as an additive element.

한편, 본 발명에서는 고농도 내화금속-규소화합물 복합재 구성을 위해 금속 기지를 Ti, Hf, Nb 및 Mo을 포함하는 내화 금속 원소로 구성하되 각 원소의 함량을 10 at.% 이상으로 하는 컴플렉스 고용 합금을 설계하였다. 이때, 합금의 연성은 금속성을 결정짓는 요인 중 하나인 원자가 전자 밀도에 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 본 발명에서는 낮은 강도를 가지는 비교예 1의 Nb을 기준으로 하여, 원자가전자밀도를 상온취성 거동의 기준인 5 이하로 제어해 합금의 연성을 일정 수준으로 유지하였다. 추가적으로, 고용 강화 효과와 직접적으로 관련 있는 것으로 알려진 원자 크기 부정합 파라미터를 본 발명의 실시예 1을 기준으로 하여, 3.9 % 이상으로 조절해 컴플렉스 고용 합금의 강도를 향상시킬 수 있도록 구성하였다.On the other hand, in the present invention, to form a high concentration of refractory metal-silicon compound composite complex metal alloy composed of a refractory metal element including Ti, Hf, Nb and Mo, but each element content of 10 at.% Or more Designed. At this time, the ductility of the alloy is known to be greatly affected by the valence electron density, which is one of the factors that determine the metallicity, in the present invention, the valence electron density based on the Nb of Comparative Example 1 having a low strength, the room temperature brittle behavior The ductility of the alloy was maintained at a constant level by controlling to 5 or less. In addition, the atomic size mismatch parameter, which is known to be directly related to the solid solution strengthening effect, was adjusted to 3.9% or more based on Example 1 of the present invention so as to improve the strength of the complex solid solution alloy.

부연하면, 내화 금속 원소로 이루어진 체심입방 결정 구조의 컴플렉스 고용 합금의 경우 연성은 하기의 수식으로 계산되는 원자가전자밀도와 반비례 관계를 가지며, 5 보다 큰 값을 가질 때 압축 상태에서 취성 파괴 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. (S. Sheikh, et al. JAP 120.16 (2016): 164902.) 즉, 이러한 사실에 기초하여 상온 취성 특성의 억제를 위해 본 발명의 금속-규소화합물 복합재의 금속 기지는 원자가전자밀도가 5 이하가 되도록 하는 것이 타당하다.In other words, in the case of a complex solid alloy of a body-centered cubic crystal structure composed of a refractory metal element, the ductility is inversely related to the valence electron density calculated by the following formula, and when the value is greater than 5, it has brittle fracture characteristics in the compressed state. It is known. (S. Sheikh, et al. JAP 120.16 (2016): 164902.) That is, based on this fact, the metal matrix of the metal-silicon compound composite of the present invention has a valence electron density of 5 or less for suppressing room temperature brittleness. It is reasonable to make one.

Figure pat00005
Figure pat00005

(

Figure pat00006
: 각 용질 원소의 원자가전자,
Figure pat00007
: 각 용질 원소의 농도)(
Figure pat00006
: Valence electron of each solute element,
Figure pat00007
: Concentration of each solute element)

이때, 내화 금속 원소 중 연한 합금 원소로 구분되는 Ti, Hf의 원자가전자는 4이고, Nb는 5 이며, 경한 합금화 원소인 Mo는 6의 값을 가지며, 그 특성은 아래의 표 1에 상술하였다.At this time, the valence electrons of Ti and Hf, which are classified as light alloy elements among the refractory metal elements, are 4, Nb is 5, and Mo, a light alloying element, has a value of 6, the characteristics of which are described in Table 1 below.

또한, 내화 금속 원소로 이루어진 컴플렉스 고용 합금의 경우 합금의 강도는 하기의 수식으로 계산되는 원자 크기 부정합 파라미터 (atomic size mismatch parameter, εa)와 비례관계를 가지며, 고강도를 유지할 수 있는 조건인 원자 크기 부정합 파라미터가 3.9 % 이상이 되도록 합금을 설계 하였다. 내화 금속 원소 중 Ti는 147 pm의 원자 반경을 가지고 Hf는 159 pm, Nb는 146 pm, Mo는 139 pm의 값을 가지는 것으로 알려져 있으며 이를 토대로 아래 식을 적용하였다.In addition, in the case of a complex solid solution alloy composed of a refractory metal element, the strength of the alloy is proportional to the atomic size mismatch parameter (ε a ) calculated by the following equation, and the atomic size is a condition for maintaining high strength. The alloy was designed so that the mismatch parameter was greater than 3.9%. Among the refractory metal elements, Ti has an atomic radius of 147 pm, Hf has a value of 159 pm, Nb has a value of 146 pm, and Mo has a value of 139 pm.

Figure pat00008
Figure pat00008

(

Figure pat00009
: 각 용질 원소의 원자반경,
Figure pat00010
: 합금의 평균 원자 반경,
Figure pat00011
: 각 용질의 농도)(
Figure pat00009
: Atomic radius of each solute element,
Figure pat00010
: Average atomic radius of the alloy,
Figure pat00011
: Concentration of each solute)

본 발명의 다양한 실시예들과 비교예의 원자가전자밀도 (VEC)와 원자 크기 부정합 파라미터 (εa)를 다음의 표1에 나타내었다. The valence electron density (VEC) and atomic size mismatch parameter (ε a ) of various examples and comparative examples of the present invention are shown in Table 1 below.

구분division 금속 기지의 구성Composition of metal base VECVEC εa (%)ε a (%) 비교예1Comparative Example 1 NbNb 5.05.0 00 비교예2Comparative Example 2 TiTi 4.04.0 00 비교예3Comparative Example 3 HfHf 4.04.0 00 비교예4Comparative Example 4 MoMo 6.06.0 00 비교예5Comparative Example 5 Nb80Mo20Nb80Mo20 5.25.2 1.941.94 비교예6Comparative Example 6 Nb60Mo40Nb60Mo40 5.45.4 2.392.39 비교예7Comparative Example 7 Ti20Nb80Ti20Nb80 4.84.8 0.270.27 비교예8Comparative Example 8 Ti40Nb60Ti40Nb60 4.64.6 0.330.33 비교예9Comparative Example 9 Ti40Nb30Mo30Ti40Nb30Mo30 4.94.9 2.422.42 비교예10Comparative Example 10 Ti30Hf10Nb60Ti30Hf10Nb60 4.64.6 2.592.59 실시예1Example 1 Ti20Hf20Nb50Mo10Ti20Hf20Nb50Mo10 4.74.7 3.973.97 실시예2Example 2 Ti20Hf20Nb40Mo20Ti20Hf20Nb40Mo20 4.84.8 4.394.39 실시예3Example 3 Ti20Hf20Nb30Mo30Ti20Hf20Nb30Mo30 4.94.9 4.734.73

표 1의 비교예 5, 6에서 알 수 있는 바와 같이 금속 기지를 Nb계 2원계 합금으로 구성할 경우, Mo를 용질 원소로 구성할 때 3 % 이하의 원자 크기 부정합 파라미터를 가져 일부 강도 상승의 효과가 있으나 원자가전자밀도가 증가해 취성을 나타내게 되고, 비교예 7,8에서와 같이 Ti를 용질 원소로 구성할 경우 원자가전자밀도가 감소해 연성이 증가하나 원자 크기 부정합 파라미터가 0.5 % 이하의 값을 가져 낮은 강도를 가지게 됨을 알 수 있다. 또한, 비교예 9, 10과 같이 다성분계화 하여 3원계 합금으로 구성할 경우 5.0 이하의 원자가전자밀도를 가지나 3 % 이하의 원자 크기 부정합 파라미터를 가져 낮은 강도를 가진다. As can be seen from Comparative Examples 5 and 6 of Table 1, when the metal matrix is composed of an Nb-based binary alloy, when the Mo is composed of a solute element, the effect of partial strength is increased by having an atomic size mismatch parameter of 3% or less. However, the valence electron density is increased to show brittleness, and when Ti is composed of solute elements as in Comparative Example 7, 8, the valence electron density is decreased to increase the ductility, but the atomic size mismatch parameter is 0.5% or less. It can be seen that it has a low strength. In addition, when composed of a ternary alloy by forming a multicomponent system as in Comparative Examples 9 and 10, it has a valence electron density of 5.0 or less, but has a low strength with an atomic size mismatch parameter of 3% or less.

이에 반해 실시예와 같이 금속 기지를 Ti와 Hf 분율을 20 at.%으로 하고, Mo 분율 10 내지 30 at.%으로 하여 Nb와 함께 4원계의 컴플렉스 고용 합금으로 구성할 경우, 5 이하의 원자가전자밀도를 가져 금속 기지가 연성을 보이며, 도 1과 같이 3.9 % 이상의 높은 원자 크기 부정합 파라미터를 가져 높은 강도를 나타내는 파괴저항성이 큰 컴플렉스 기지 금속을 설계할 수 있다. On the contrary, when the metal base is composed of Ti and Hf fractions of 20 at.% And Mo fractions of 10 to 30 at.%, And composed of a tetravalent complex solid solution alloy with Nb, the valence electrons of 5 or less as in Example It is possible to design a complex matrix metal having a high fracture resistance, having a high density and having a high atomic size mismatch parameter of 3.9% as shown in FIG.

도 2는 본 발명의 금속기지 조성 Ti20Hf20Nb60-xMox (10≤x≤30 at.%)에서 Mo의 분율 (x)에 따른 원자가전자밀도를 나타내는 도식이다. 가장 높은 원자가전자 값을 가지는 Mo의 함량에 따라 원자가전자밀도는 증가하며, 이로 인해 금속 기지의 연성은 감소하나 상기에서 설명한 바와 같이 금속 기지의 원자가전자 밀도를 5 이하로 구성함으로써 합금의 연성을 제어할 수 있다.2 is a diagram showing valence electron density according to the fraction (x) of Mo in the metal base composition Ti 20 Hf 20 Nb 60-x Mo x (10 ≦ x ≦ 30 at.%) Of the present invention. The valence electron density increases with the Mo content having the highest valence electron value, which reduces the ductility of the metal matrix, but controls the ductility of the alloy by configuring the metal valence electron density to 5 or less as described above. can do.

또한, 컴플렉스 고용 합금을 구성함으로써 유발되는 느린 확산 효과에 의해 고온에서의 원자 확산이 느려지며, 이는 소재의 높은 녹는점 특성과 함께 소재의 열 안정성 (thermal stability)을 증가시켜 고온 환경에서 미세구조 변화에 대한 저항성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the diffusion of atoms at high temperatures is slowed down by the slow diffusion effect caused by the formation of the complex solid solution alloy, which increases the thermal stability of the material along with the high melting point properties of the material, resulting in microstructural changes in high temperature environments. There is an effect of improving the resistance to.

본 발명에서 상기와 같이 제어된 콤플렉스 내화금속 기지 조성에 Si을 첨가하는 경우 규소화합물이 형성되어, Si 첨가에 따라 강도가 증가하고 연신이 감소하는 특징을 나타남을 확인하였다. 따라서 Si 함량이 4 at.% 미만으로 포함되는 경우 강도 향상이 미비하고, Si 함량을 20 at.% 초과하여 포함하는 경우 상온 취성파괴거동을 나타 날 수 있기 때문에, 이를 토대로 Si 함량을 제어하였다. In the present invention, when adding Si to the controlled complex refractory metal matrix composition as described above, a silicon compound is formed, and it is confirmed that the strength increases and the elongation decreases with addition of Si. Therefore, when the Si content is included at less than 4 at.%, The strength improvement is insignificant, and when the Si content is included at more than 20 at.%, The room temperature brittle fracture behavior may be exhibited, so the Si content is controlled based on this.

도 3은 본 발명 중 금속 기지의 Mo 분율이 10 at.%인 (Ti20Hf20Nb50Mo10)100-ySiy (y = 4, 8, 12, 16, 20 at.%) 금속-규소화합물 복합재의 미세구조를 보여주는 OM 및 SEM 이미지이다. 도면 3(a)-(c)를 통해 Si 조성이 12 at.% 이하일 때 고농도 내화금속과 규소화합물이 서로 연결된 수지상 가지 형태의 아공정(hypoeutectic) 미세구조를 가지고, (d) Si 조성이 16 at.%일 때 공정(eutectic) 미세구조를 가지고, (e) Si 조성이 20 at.% 일 때 과공정 미세구조를 가짐을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명과 같이 컴플렉스 고용 합금으로 구성하여도, 체심입방 결정 구조의 고농도 내화금속과 내화금속 규소화합물이 의사 2원 공정계 (pseudo binary eutectic system)을 이루고 있어 기지 금속을 컴플렉스 고용 합금을 구성하더라도 Si함량에 따라 미세구조를 제어할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 일반적인 금속-규소화합물 복합재의 공정과 과공정 조성에서 나타나던 낮은 연신 특성과 아공정 조성에서 나타나던 낮은 강도 특성이 동시에 개선된 고강도 고연신 특성을 나타냄을 확인할 수 있다. 이와 같이 제조된 실시예는 아래의 표에 상술하였다.Figure 3 (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 100-y Si y (y = 4, 8, 12, 16, 20 at.%) Metal having a Mo fraction of the metal matrix in the present invention 10 at.% OM and SEM images showing the microstructure of silicon compound composites. 3 (a)-(c), when the Si composition is 12 at.% Or less, it has a hypoeutectic microstructure in the form of dendritic branches in which high concentration refractory metals and silicon compounds are connected to each other. It can be seen that it has an eutectic microstructure at at.% and (e) an overprocess microstructure at 20 at.%. Through this, even when composed of a complex solid solution alloy as in the present invention, a high concentration of refractory metals and refractory metal silicon compounds having a body centered cubic crystal structure forms a pseudo binary eutectic system, and thus, a base metal forms a complex solid solution alloy. Even if it can be seen that the microstructure can be controlled according to the Si content. In addition, it can be seen that the low-strength characteristics shown in the process and over-process composition of the general metal-silicon compound composite and the low-strength characteristics shown in the sub-process composition simultaneously show improved high strength and high stretch characteristics. Examples thus prepared are detailed in the table below.

구분division 합금 조성Alloy composition 미세구조Microstructure 경도 (HV)Hardness (HV) 비교예 11Comparative Example 11 Ti20Hf20Nb50Mo10Ti20Hf20Nb50Mo10 -- 317.5317.5 실시예 4Example 4 (Ti20Hf20Nb50Mo10)96Si4(Ti20Hf20Nb50Mo10) 96Si4 아공정Subprocess 447.1447.1 실시예 5Example 5 (Ti20Hf20Nb50Mo10)92Si8(Ti20Hf20Nb50Mo10) 92Si8 아공정Subprocess 509.5509.5 실시예 6Example 6 (Ti20Hf20Nb50Mo10)88Si12(Ti20Hf20Nb50Mo10) 88Si12 아공정Subprocess 547.0547.0 실시예 7Example 7 (Ti20Hf20Nb50Mo10)84Si16(Ti20Hf20Nb50Mo10) 84Si16 공정fair 571.3571.3 실시예 8Example 8 (Ti20Hf20Nb50Mo10)80Si20(Ti20Hf20Nb50Mo10) 80Si20 과공정Overprocess 612.2612.2

도 4는 본 발명 중 금속 기지의 Mo 분율이 10 at.%인 (Ti20Hf20Nb50Mo10)100-ySiy (y = 4, 8, 12, 16, 20) 금속-규소화합물 복합재의 경도를 Ti20Hf20Nb50Mo10와 비교하여 보여준다. 도 4를 통해 본 발명의 Si 함량이 증가함에 따라 규소화합물 분율 증가로 경도가 증가함을 알 수 있으며, 일반적으로 강도 (strength)는 경도와 비례하는 것으로 알려진 바, 경도 역시 증가하는 경향을 보일 수 있음을 예상할 수 있다. 도 4에 도시한 복합재 조성은 본 발명에서 제시한 임계값 이상의 원자 크기 부정합 파라미터를 가지는 금속 구성을 기지로 하는 복합재이며, Mo 분율을 증가시킬 경우 원자 크기 부정합 파라미터 값이 더 증가하기 때문에 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.4 is a (Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 ) 100-y Si y (y = 4, 8, 12, 16, 20) metal-silicon compound composite having a Mo fraction of the metal matrix in the present invention 10 at.% The hardness of is shown in comparison with Ti 20 Hf 20 Nb 50 Mo 10 . It can be seen from FIG. 4 that the hardness increases as the silicon compound fraction increases as the Si content of the present invention increases, and in general, the strength is known to be proportional to the hardness, and the hardness may also increase. It can be expected. The composite composition shown in FIG. 4 is a composite based on a metal composition having an atomic size mismatch parameter greater than or equal to the threshold set forth in the present invention, and when the Mo fraction is increased, the atomic size mismatch parameter value increases further. Can be improved.

또한, 본 발명의 조성에 기지 합금과 쉽게 합금화 되는 것으로 알려진 Al, Cr, B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소가 전체 합금화 원소 대비 10 at.% 이하로 첨가되는 경우, 고온 산화 환경에서 표면에 각 Al2O3,Cr2O3, B2O3 산화층이 형성되며, 이를 통해 외부 산소의 내부 확산을 억제되어 내산화성이 향상된다. 반면 첨가량이 10 at.% 보다 많아지는 경우, 융점 감소 혹은 취화 촉진을 유발하는 제 2상의 석출 등으로 인해 복합재의 특성이 급격히 저하되어 바람직하지 않다. 이때의 실시예는 아래의 표 3에 상술하였다.In addition, when one or more elements selected from the group consisting of Al, Cr, and B, which are known to be easily alloyed with a known alloy, are added in the composition of the present invention to 10 at.% Or less of the total alloying elements, An oxide layer of Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , and B 2 O 3 is formed, thereby suppressing internal diffusion of external oxygen, thereby improving oxidation resistance. On the other hand, when the added amount is more than 10 at.%, The characteristics of the composite material are drastically deteriorated due to precipitation of the second phase which causes a decrease in melting point or promotion of embrittlement, which is not preferable. Examples at this time were described in Table 3 below.

구분division 금속 기지의 구성Composition of metal base 미세구조Microstructure 비교예 12Comparative Example 12 (Ti20Hf20Nb50Mo10)68Si17Al15(Ti20Hf20Nb50Mo10) 68Si17Al15 BCC 금속 + 규소화합물 + 알루미늄 화합물BCC Metal + Silicon Compound + Aluminum Compound 비교예 13Comparative Example 13 (Ti20Hf20Nb50Mo10)68Si17Cr15(Ti20Hf20Nb50Mo10) 68Si17Cr15 BCC 금속 + 규소화합물 + Laves 상BCC Metal + Silicon Compound + Laves Phase 비교예 14Comparative Example 14 (Ti20Hf20Nb50Mo10)68Si17B15(Ti20Hf20Nb50Mo10) 68Si17B15 BCC 금속 + 규소화합물 + 붕소화합물BCC Metal + Silicon Compound + Boron Compound 실시예 9Example 9 (Ti20Hf20Nb50Mo10)94Si4Al2(Ti20Hf20Nb50Mo10) 94Si4Al2 BCC 금속 + 규소화합물 BCC Metal + Silicon Compound 실시예 10Example 10 (Ti20Hf20Nb50Mo10)94Si4Cr2(Ti20Hf20Nb50Mo10) 94Si4Cr2 BCC 금속 + 규소화합물 BCC Metal + Silicon Compound 실시예 11Example 11 (Ti20Hf20Nb50Mo10)94Si4B2(Ti20Hf20Nb50Mo10) 94Si4B2 BCC 금속 + 규소화합물 BCC Metal + Silicon Compound 실시예 12Example 12 (Ti20Hf20Nb50Mo10)79Si19Al2(Ti20Hf20Nb50Mo10) 79Si19Al2 BCC 금속 + 규소화합물 BCC Metal + Silicon Compound 실시예 13Example 13 (Ti20Hf20Nb50Mo10)79Si19Cr2(Ti20Hf20Nb50Mo10) 79Si19Cr2 BCC 금속 + 규소화합물 BCC Metal + Silicon Compound 실시예 14Example 14 (Ti20Hf20Nb50Mo10)79Si19B2(Ti20Hf20Nb50Mo10) 79Si19B2 BCC 금속 + 규소화합물 BCC Metal + Silicon Compound

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described through the preferred embodiments, the above-described embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes may be made without departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted not by the specific embodiments, but by the matters described in the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (8)

(Ti20Hf20Nb60-xMox)100-ySiy
(단, 10≤x≤30, 4≤y≤20 at.%)의 조성분율로 표현되는 것을 특징으로 하는 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재.
(Ti 20 Hf 20 Nb 60-x Mo x ) 100-y Si y
(However, 10≤x≤30, 4≤y≤20 at.%) Represented by the composition fraction of high strength high-strength complex refractory metal-silicon compound composite.
청구항 1에 있어서,
기지 합금인 TiHfNbMo의 4원계 합금과 Si이 의사 공정 반응을 가져, 아공정, 공정 및 과공정을 포함하여 규소화합물이 포함된 응고 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재.
The method according to claim 1,
High-strength, high-stretch complex refractory metal-silicon compound composite characterized in that the quaternary alloy of TiHfNbMo, which is a base alloy, and Si have a pseudo-process reaction and have a solidification structure containing silicon compounds including subprocesses, processes, and overprocesses .
청구항 1에 있어서,
Al, Cr 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소가 전체 합금화 원소 대비 10 at.% 이하로 합금화 되어 산화 저항성이 향상된 것을 특징으로 하는 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재.
The method according to claim 1,
A high strength, high-strength complex refractory metal-silicon compound composite, characterized in that the oxidation resistance is improved by alloying one or more elements selected from the group consisting of Al, Cr, and B to 10 at.% Or less of the total alloying elements.
청구항 1에 있어서,
Figure pat00012
와 같이 계산할 수 있는 원자가전자밀도(
Figure pat00013
: 각 용질 원소의 원자가전자,
Figure pat00014
: 각 용질 원소의 농도) 값이 5.0 이하의 값을 가져 상온 연성이 우수한 것을 특징으로 하는 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재.
The method according to claim 1,
Figure pat00012
The valence electron density, which can be calculated as
Figure pat00013
: Valence electron of each solute element,
Figure pat00014
: A high-strength high-stretch complex refractory metal-silicon compound composite characterized by having a value of 5.0 or less (concentration of each solute element) and having excellent room temperature ductility.
청구항 1에 있어서,
Figure pat00015
와 같이 계산할 수 있는 부정합 파라미터(
Figure pat00016
: 각 용질 원소의 원자반경,
Figure pat00017
: 합금의 평균 원자 반경,
Figure pat00018
: 각 용질의 농도) 값이 3.9 이상을 가져 높은 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재.
The method according to claim 1,
Figure pat00015
A mismatch parameter that can be calculated as
Figure pat00016
: Atomic radius of each solute element,
Figure pat00017
: Average atomic radius of the alloy,
Figure pat00018
: A high-strength high-stretch complex refractory metal-silicon compound composite characterized by having a high strength having a concentration of each solute) of 3.9 or more.
(Ti20Hf20Nb60-xMox)100-ySiy
(단, 10≤x≤30, 4≤y≤20 at.%)의 조성 분율로 원료 물질을 준비하는 단계;
준비된 원료 물질을 균질하게 용해하는 단계;
의사 공정 반응을 가지는 TiHfNbMo의 4원계 합금과 Si이 냉각 공정 중, 합금 기지 내에 규소화합물을 석출시키는 단계로 구성하되,
Figure pat00019
와 같이 계산할 수 있는 원자가전자밀도(
Figure pat00020
: 각 용질 원소의 원자가전자,
Figure pat00021
: 각 용질 원소의 농도) 값이 5.0 이하의 값을 가져 연성이 우수하며,
Figure pat00022
와 같이 계산할 수 있는 부정합 파라미터(
Figure pat00023
: 각 용질 원소의 원자반경,
Figure pat00024
: 합금의 평균 원자 반경,
Figure pat00025
: 각 용질의 농도) 값이 3.9 이상을 가져 높은 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재의 제조 방법.
(Ti 20 Hf 20 Nb 60-x Mo x ) 100-y Si y
Preparing a raw material at a composition fraction of 10 ≦ x ≦ 30 and 4 ≦ y ≦ 20 at.%;
Homogeneously dissolving the prepared raw material;
The quaternary alloy of TiHfNbMo and Si having a pseudo process reaction consist of depositing a silicon compound in the alloy matrix during the cooling process,
Figure pat00019
The valence electron density, which can be calculated as
Figure pat00020
: Valence electron of each solute element,
Figure pat00021
: Concentration of each solute element) value is 5.0 or less, excellent ductility,
Figure pat00022
A mismatch parameter that can be calculated as
Figure pat00023
: Atomic radius of each solute element,
Figure pat00024
: Average atomic radius of the alloy,
Figure pat00025
: A method for producing a high strength, high-stretch complex refractory metal-silicon compound composite, characterized in that the concentration of each solute) has a value of 3.9 or more and has high strength.
청구항 6에 있어서,
Al, Cr 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소가 전체 합금화 원소 대비 10 at.% 이하로 합금화 되어 산화 저항성이 향상된 것을 특징으로 하는 고강도 고연신 컴플렉스 내화금속-규소화합물 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 6,
A method for producing a high strength, high-strength complex refractory metal-silicon compound composite, characterized in that the oxidation resistance is improved by alloying at least one element selected from the group consisting of Al, Cr, and B to 10 at.% Or less of the total alloying elements.
청구항 1의 소재를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드. A turbine blade comprising the material of claim 1.
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