'비밀 소스'로 구성 등급 합금을 제조하는 새로운 방법 가능

2023년 7월 21일

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작성자: Emily R Tomlin, Oak Ridge National Laboratory

항공, 우주 및 에너지 산업 전반에 걸쳐 극한 환경에서 작동하는 광범위한 응용 분야에 맞게 복합 금속 부품을 제조하는 새롭고 독특한 기술에 대한 연구가 적층 제조에 대한 가능성을 보여주고 있습니다.

에너지부 오크리지 국립 연구소(Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory)의 과학자들이 개발한 이 기술을 사용하면 구성에 따라 등급이 매겨진 복합 부품을 설계할 수 있습니다. 이러한 부품은 고강도 초합금에서 극도로 높은 온도를 견딜 수 있는 내화 합금으로 전환되므로 용접이 필요하지 않습니다.

초합금과 내화합금은 일반적으로 서로 용접하거나 접합할 수 없지만, 많은 응용 분야에서는 현장별 고온 및 고강도 특성을 지닌 재료가 필요합니다.

연구를 주도하고 있는 ORNL 재료 과학자 Soumya Nag는 "우리는 한 합금에서 다른 합금으로 원활하게 전환하는 구성을 가능하게 할 수 있습니다."라고 말했습니다. "우리는 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 등급을 매길 수 있고 각 면에서 고강도 및 고온 기능을 가질 수 있도록 복합 부품을 조정할 수 있습니다."

그 비결은 '소스'에 있다.

"그것은 요리와 같습니다. 기본적으로 재료가 다릅니다. 그러면 한쪽에는 파스타가 많고 다른쪽에는 리조또가 더 있다면 어떻게 파스타에서 리조또로 계속해서 바뀔 수 있습니까? 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지, 그것이 바로 우리가 하는 일입니다.”라고 Nag는 말했습니다.

이 경우 소스는 경량 또는 고온 특성을 지닌 3차 전이합금으로 구성된 분말이다. Nag와 팀원들은 방향성 에너지 증착이라는 적층 제조 방식을 사용하여 불활성 아르곤 환경에서 다양한 분말 구성을 증착하고 증착 속도를 변경했습니다.

Nag는 대부분의 구조적 응용 분야에서 단일 합금 구성이 부식성, 고온 또는 복사성 환경용 부품을 제조하는 데 종종 사용되지만 이 공정은 비용이 많이 들고 성능이 저하된다고 말했습니다. 매우 다양한 특성을 요구하는 부품의 경우, 서로 다른 재료로 만든 용접 부품이 제작되는 경우가 많아 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있는 갑작스러운 인터페이스가 발생합니다.

최근 연구에서 과학자들은 니켈 기반 합금인 인코넬 718과 니오븀 기반 합금인 C103의 분말을 사용했습니다. 고강도 합금과 고온 저항성 합금으로 구성된 이러한 합금은 결합을 원하지 않으며 결합 시 균열이 발생하는 경향이 있습니다. 그러나 분말 지향 에너지 증착 빔 기계를 사용하고 분말이 흐르는 속도를 변경함으로써 과학자들은 결합된 금속의 구성을 변경하여 두 가지 모두의 유익한 특성을 가질 수 있습니다.