열 산화 매개변수가 마이크로에 미치는 영향

Nov 25, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11249(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

등축 미세 구조를 갖는 Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1.5Cr(TC21) 합금의 보호 산화물 층은 미세 경도와 열간 부식 저항성에 상당한 영향을 미칩니다. 본 연구의 TC21 합금 열산화는 600, 700, 800℃에서 5, 20, 50시간 동안 수행되었다. NaCl 및 NaCl + Na2SO4 염 매체의 고온 부식 방법을 원시(비산화) 샘플과 산화된 샘플에 600 및 800°C에서 50시간 동안 적용했습니다. 열간 부식은 10시간 간격으로 5주기 동안 600°C에서 수행되었습니다. 가장 좋은 산화물 층 두께는 800°C에서 관찰되었으며, 이는 산화 시간과 온도가 증가함에 따라 증가했습니다. TiO2 및 Al2O3 상 형성으로 인해 800 °C에서 산화물 층의 표면 경도는 900 ± 60 HV0.05였습니다. 원료 경도는 342±20HV0.05로 열산화로 인해 3배 증가하였다. NaCl의 경우 800°C에서 5시간 동안을 제외하고 모든 샘플에서 중량 감소가 지배적이었습니다. NaCl + Na2SO4의 경우 600°C와 800°C에서 5시간 동안 중량 증가가 발생했습니다. 원시 샘플과 800°C에서 20시간 및 50시간 동안 처리된 샘플에서는 중량 손실이 발생했으며, 여기서 산화물 층이 박리되었습니다. TiO2 및 Na4Ti5O12와 같은 취성상의 형성으로 인해 열간 부식 테스트 시 표면 경도가 증가했습니다. 800°C에서 5시간 동안 산화된 샘플은 가장 높은 경도와 내식성을 나타냈습니다.

티타늄은 뛰어난 열 전도성 특성을 지닌 저밀도(스테인리스강 밀도의 ​​60%) 비자성 합금입니다. 티타늄 합금은 항공, 화학 산업1,2,3, 석유 화학4, 제약5,6, 생물 의학 산업, 광업7,8, 원자력 및 에너지 발전, 지열, 담수화, 열 교환기9 등과 같은 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 티타늄의 특성 합금은 합금 및 미세 구조를 포함한 다양한 요인의 영향을 받습니다. 이 합금은 강도, 인성, 피로, 부식 및 열 안정성과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 그러나 기계적 특성에 영향을 미치는 주요 요인은 미세구조입니다. 티타늄 합금의 중요한 상은 α상인 육각밀집구조(HCP)와 β상인 체심입방구조(BCC)입니다. α-β 합금은 가장 광범위하게 사용되는 티타늄 합금입니다. 티타늄 합금의 많은 미세구조는 라멜라형, 등축형 및 이중형과 같은 형태로 형성됩니다. 미세구조는 다양한 열처리 방식과 냉각 매체를 사용하여 변경할 수 있습니다. 미세 구조 매개 변수에는 형태, 입자 크기, 부피 분율 및 위상 분포가 포함됩니다.

일반적으로 등축 미세 구조는 우수한 강도, 높은 연성 및 높은 피로 저항을 제공합니다. 기계적 특성은 가스 터빈의 이동식 및 고정 블레이드와 같은 티타늄 응용 분야에서 가장 중요한 성능 요소입니다. 생체적합성은 치과용 임플란트, 뼈 지지체 등 의학에서 가장 중요한 요소입니다. 부식은 유체 전달 튜브와 같은 석유 부문에서 가장 중요한 특성입니다. 따라서 산업 부문에서 가장 중요한 요구 사항은 내식성입니다. 티타늄 합금은 부식에 노출되기 때문에 산소가 금속 기판을 통해 깊숙이 침투하여 산소 용해 영역을 생성할 수 있으며, 이로 인해 해당 영역이 더욱 부서지기 쉽습니다18,19,20. 티타늄 합금은 해양 환경에서 뜨거운 부식을 경험하고 산소 함유 환경에서 400°C 이상의 급속한 산화를 경험합니다21. 산화성 산성 환경과 중성 염화물에서 티타늄 합금은 스테인리스강보다 부식에 더 강한 저항성을 나타냅니다. 환경 변수에 의해 특성이 크게 영향을 받는 내구성 있고 보호적인 산화막으로 인해; 티타늄은 부식에 강합니다. 티타늄이 수성 환경에 노출되면 보호 산화물이 표면에 즉시 발생합니다1,22,23,24. 티타늄 합금의 표면에 형성되는 산화물 층은 환원 매체에 노출되는 동안 철 및 알루미늄 합금과 같은 부식 억제제가 필요하지 않은 대부분의 산화 및 중성 환경에서 일반 및 국부 부식에 대한 저항성을 계속 유지합니다. 26.