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Ti-6Al-4V 합금의 내마모성을 향상시키는 새로운 열처리 기술

요약 본 기술은 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는 방법을 제공합니다. 극저온처리 단계에서는 액체질소를 사용하여 합금을 -196 ~ -100의 온도에서 처리하고, 템퍼링처리 단계에서는 가열로에 합금을 넣고 170 ~ 270의 온도에서 처리합니다. 이를 통해 기존의 기계적 물성을 그대로 유지하면서 내마모성을 개선할 수 있습니다. 이 기술은 코팅 기술이 아닌 열처리를 통해 Ti-6Al-4V 합금의 내마모성을 개선하는 새로운 방법을 제공하며, 이를 통해 Ti-6Al-4V 합금의 다양한 분야에서의 활용성을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.

기본 정보

특허명: 극저온 처리를 이용한 Ti-6Al-4V 표면 경화 방법
대표 발명자: 전태성 교수
출원번호: 10-2023-0093042

발명의 배경 및 필요성

기술의 배경

Ti-6Al-4V 합금은 높은 비강도와 우수한 기계적 특성으로 다양한 분야에 적용되어 왔음
이 합금은 상온 ~ 400에서 비강도가 뛰어나면서도 인성과 연신율 등의 기계적 성질이 우수하고, 단조성이 양호하여 항공기용 소재로서 널리 사용됨
그러나 Ti-6Al-4V 합금의 내마모성이 떨어져, 이를 개선하기 위한 연구가 필요함
기존에는 코팅 기술을 통해 내마모성을 개선하려는 시도가 있었으나, 코팅 기술의 시스템 구축 및 비용 등이 문제가 되었음

기술의 필요성

본 발명은 코팅 기술이 아닌 열처리를 통해 Ti-6Al-4V 합금의 내마모성을 개선하는 새로운 방법을 제공함
기존의 기계적 물성을 그대로 유지하면서 내마모성을 개선하는 기술에 대한 필요성이 높음
이를 통해 Ti-6Al-4V 합금의 다양한 분야에서의 활용성을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대됨

구현방법

기술의 원리

본 기술은 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는 방법을 제공
표면의 경도를 향상시키는 방법은 극저온처리 단계, 템퍼링처리 단계, 그리고 공랭 단계를 포함함
특히, 극저온처리 단계에서는 액체질소를 사용하여 Ti-6Al-4V 합금을 -196 ~ -100의 온도에서 처리하고, 템퍼링처리 단계에서는 가열로에 Ti-6Al-4V 합금을 넣고 170 ~ 270의 온도에서 처리함

구체적인 구현 방법

먼저, 극저온처리 단계에서는 액체질소가 담긴 용기에 Ti-6Al-4V 합금을 넣고 침지하며, 침지 시간은 12 ~ 36시간, 극저온처리 온도는 -196 ~ -100임
다음으로, 템퍼링처리 단계에서는 극저온처리 단계 이후 가열로에 Ti-6Al-4V 금속샘플을 넣고 일정 시간 동안 템퍼링 작업을 실시하며, 템퍼링 처리 온도 범위 170 ~ 270, 템퍼링 처리 시간은 4 ~ 24 시간임
마지막으로, 공랭 단계에서는 가열된 금속을 식히는 과정을 거침. 이는 일반적인 기술로, 가열된 금속의 온도를 안전한 수준으로 떨어뜨리는 역할을 함

기술의 장점

본 기술은 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는데 효과적임
극저온처리와 템퍼링처리를 통해, 합금의 표면에 높은 경도를 부여할 수 있음
또한, 이 방법은 합금의 물리적, 화학적 특성에 영향을 미치지 않으며, 합금의 내구성을 향상시킬 수 있음

실험 및 결과

실험의 목적

본 실험의 주요 목적은 극저온처리와 템퍼링처리가 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도에 미치는 영향을 확인하는 것임
또한, 각 처리 단계에서의 온도와 시간이 경도에 어떤 영향을 미치는지 확인하고자 함

실험 방법 및 과정

먼저, 극저온처리 단계에서 액체질소에 Ti-6Al-4V 합금을 침지. 침지 시간과 온도를 조절하여 다양한 상황에서의 합금의 반응을 관찰함
템퍼링처리 단계에서는 가열로에 Ti-6Al-4V 합금을 넣고 일정 시간 동안 가열. 이 과정에서도 처리 시간과 온도를 조절하여 합금의 반응을 관찰함
마지막으로, 공랭 단계에서 처리된 합금을 식힘. 이후 경도 측정을 위해 샘플을 준비함

실험 결과

실험 결과, 극저온처리와 템퍼링처리가 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인함
특히, 극저온과 템퍼링 처리의 조건에 따라 경도가 달라지는 것을 발견하였으며, 이를 통해 최적의 처리 조건을 도출할 수 있었음
따라서, 본 기술은 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는데 효과적이라는 것을 확인할 수 있었음

발명의 활용 방안

Ti-6Al-4V의 표면 경화 분야

이 발명은 별도의 표면 코팅 처리 없이 Ti-6Al-4V의 표면 경화를 통해 내마모성을 향상시킴
표면 경화 처리 시에 내마모성은 향상되면서, 나머지 기계적 물성(인장 특성) 및 미세조직 등은 그대로 유지할 수 있어, 물성의 악화 없이 표면 내마모성만을 증가시킬 수 있음
극저온처리는 액체질소를 통해, 템퍼링처리는 가열로를 통해 구현 가능한 비교적 간단한 공정으로 산업 적용 가능성이 높음

기대효과

기술적 혁신

이 발명은 Ti-6Al-4V의 기계적 물성을 유지하면서 열처리를 통한 표면 경화로 내마모성의 향상을 구현해 기술적 혁신을 달성함

사회적 가치

본 발명의 열처리 방법을 통해 내마모성은 증가시키면서 다른 물성은 그대로 유지함으로써 산업상 적용 가능성을 높일 수 있음

장기적인 비전

극저온처리와 템퍼링처리를 통한 표면 경화 기술은 산업적 적용 가능성이 높아 장기적으로는 다양한 분야에서의 활용을 통해 산업 발전에 기여할 것으로 기대됨

기술 SWOT 분석

Strengths

표면 경도 향상

Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는 기술로, 내마모성을 개선합니다.

비교적 간단한 공정

극저온처리는 액체질소를 통해, 템퍼링처리는 가열로를 통해 구현 가능한 비교적 간단한 공정으로 산업 적용 가능성이 높습니다.

기존 물성 유지

표면 경화 처리 시에 내마모성은 향상되면서, 나머지 기계적 물성(인장 특성) 및 미세조직 등은 그대로 유지할 수 있어, 물성의 악화 없이 표면 내마모성만을 증가시킬 수 있습니다.

Weaknesses

처리 시간 소요

극저온처리와 템퍼링처리 과정에는 상당한 시간이 소요됩니다.

처리 온도 조절 필요

극저온처리와 템퍼링처리 과정에서 온도를 정확하게 조절해야 하는 점은 고려해야 할 사항입니다.

Opportunities

다양한 분야 적용 가능

Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는 이 기술은 항공기용 소재부터 다양한 산업 분야에 적용될 수 있습니다.

기술의 확장 가능성

이 기술은 다른 금속 합금에도 적용될 가능성이 있어, 기술의 확장 가능성이 높습니다.

Threats

기존 코팅 기술과의 경쟁

기존에 널리 사용되고 있는 코팅 기술과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.

처리 조건의 정밀성 요구

극저온처리와 템퍼링처리 과정에서의 온도와 시간 조절의 정밀성이 요구되며, 이를 위한 추가적인 기술 개발이 필요할 수 있습니다.

시장 동향

재료 과학 시장 동향

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 고소라 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: ksr@inu.ac.kr
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