산화분산강화합금

Oxide dispersion-strengthened alloy

산화물 분산 강화 합금(ODS)은 작은 산화물 입자가 그 안에 분산된 금속 매트릭스로 구성된다.그것들은 고온 터빈 날개와 열교환기 튜브에 사용된다.[1]니켈 합금이 가장 흔하지만 철 알루미늄 합금으로 작업이 이뤄지고 있다.[2]ODS 강철은 핵 애플리케이션에서 사용된다.[3]null

ODS 재료는 특히 대기권 재진입 시 차량을 보호하기 위해 설계된 레이어로서 우주공예에 사용된다.또한 고귀한 금속 합금 ODS 재료(예: 백금 기반 합금)가 유리 생산에 사용된다.null

극초음속 재진입에 있어서는 기체의 성질이 극적으로 변화한다.어떤 구조물에도 심각한 피해를 줄 수 있는 충격파가 만들어진다.또한 이러한 속도와 온도에서 산소는 매우 공격적이 된다.null

메커니즘

산화분산 강화는 물질의 격자 내 산화 입자의 부조화에 기초한다.산화물 입자는 물질 내부의 탈구 움직임을 감소시키고 다시 크리프를 방지한다.산화물 입자는 앞뒤가 맞지 않기 때문에 탈구는 상승에 의해서만 입자를 극복할 수 있다.반면, 입자가 격자와 반일률적이거나 일관성이 있다면, 탈구는 입자를 단순히 전단할 수 있다.등반은 단순 피복보다 정력적으로 선호하지 않기 때문에 탈구 운동을 더 효과적으로 중지한다.상승은 입자-분해 인터페이스(로컬 상승)에서 발생하거나 한 번에 여러 입자를 극복(일반 상승)하여 발생할 수 있다.일반적인 등반은 에너지를 덜 필요로 하기 때문에 일반적인 등반 메커니즘이다.등산을 통해 산소를 지나 이동하려면 탈구에 추가적인 스트레스가 가해져야 하기 때문에 일관성 없는 입자의 존재는 임계 응력(σ力t)을 도입한다.또한 입자를 상승에 의해 극복한 후에도 탈구는 여전히 입자 매트릭스[4][5] 인터페이스에 고정되어 있을 수 있으며, 이는 이 핀에서 탈구를 분리하기 위해 추가적인 임계 응력이 필요하며, 이는 플라스틱 변형이 일어나기 위해 극복되어야 한다.[6]다음 방정식은 재료에 산화물 유입에 따른 변형률과 응력을 나타낸다.null

변형률:

임계값 전단 응력:

합성

ODS강의 크리프 특성은 금속 매트릭스에 존재하는 나노산화물 입자의 특성, 특히 이러한 입자의 탈구운동을 방지할 수 있는 능력, 입자의 크기와 분포에 크게 의존한다.Hoelzer와 동료들은 1-5nm227 YTiO 나노클러스터의 균일한 분산을 포함하는 합금은 동일한 구성의 5-20nm 나노클러스터의 이질적인 분산을 가진 합금에 비해 우수한 크리프 특성을 가지고 있다는 것을 보여주었다.[7]새로운 ODS강을 추구하기 위해서는 소형 나노클러스터의 고밀도 균질 분산을 가능하게 하는 공정에 초점을 맞추는 것이 중요하다.null

기존의 ODS강(a) 공정의 단순화 방식과 나노산화물 형성을 촉진하는 변형 공정

ODS 강철은 일반적으로 미리 알로이드가 된 금속 가루로 관심 산화물(예: YO23, AlO23)을 볼밀링한 후 재료의 압축 및 소결 작업을 통해 생산된다.나노산화물은 볼밀링 시 금속으로 고체 용액에 들어가고 그 후 열처리 과정에서 침전되어 ODS강철이 나오는 것으로 생각된다.이 과정은 간단해 보이지만 잘 만들어진 합금을 생산하기 위해서는 많은 매개변수를 세심하게 제어해야 한다.Leseigneur와 동료들의 작업은 ODS 강철에서 더 일관되고 더 나은 마이크로 구조를 얻기 위해 이러한 매개변수들 중 일부를 주의 깊게 제어하기 위해 수행되었다.[8]이 두 단계 방법에서 산화물은 금속 매트릭스에서 산화물의 균일한 고체 용액을 보장하기 위해 장기간 볼밀링된다.그런 다음 분말을 높은 온도에서 분쇄하여 나노산화 성단의 통제된 핵분열을 시작한다.마침내 분말은 다시 압축되고 소결되어 최종 물질을 산출한다.null

장단점[citation needed]

장점:

  • 가용 공정을 사용하여 가공, 브레이징, 성형, 절단 가능
  • 자가 치유되는 보호 산화층을 개발한다.
  • 이 산화층은 안정적이고 방출계수가 높다.
  • 박벽 구조(샌드위치)의 설계가 가능하다.
  • 대류권의 혹독한 기후 조건에 내성이 있음.
  • 유지 보수 비용 절감.
  • 낮은 재료 비용.

단점:

  • 다른 소재에 비해 팽창계수가 높아 열응력이 높다.
  • 더 높은 밀도.
  • 최대 허용 온도 낮음.

참고 항목

참조

  1. ^ ODS 니켈 합금의 TLP 확산 본딩
  2. ^ ODS-Feal3 튜브의 고온 후프 크리프 반응 최적화
  3. ^ Klueh, R. L.; Shingledecker, J. P.; Swindeman, R. W.; Hoelzer, D. T. (2005). "Oxide dispersion-strengthened steels: A comparison of some commercial and experimental alloys". Journal of Nuclear Materials. 341 (2–3): 103. doi:10.1016/j.jnucmat.2005.01.017.
  4. ^ Arzt, E.; Wilkinson, D.S. (1986). "Threshold stresses for dislocation climb over hard particles: The effect of an attractive interaction" (PDF). Acta Metallurgica. 34 (10): 1893–1898. doi:10.1016/0001-6160(86)90247-6.
  5. ^ Reppich, B. (1998-12-19). "On the attractive particle–dislocation interaction in dispersion-strengthened material". Acta Materialia. 46 (1): 61–67. doi:10.1016/S1359-6454(97)00234-6.
  6. ^ Chauhan, Ankur; Litvinov, Dimitri; de Carlan, Yann; Aktaa, Jarir (2016-03-21). "Study of the deformation and damage mechanisms of a 9Cr-ODS steel: Microstructure evolution and fracture characteristics". Materials Science and Engineering: A. 658: 123–134. doi:10.1016/j.msea.2016.01.109.
  7. ^ Hoelzer DT, Bentley J, Sokolov MA, Miller MK, Odette GR, Alinger MJ. J Nuclemater 2007;367:166.
  8. ^ 로랑-브록, M 등"산화물 분산에서 나노클러스터 특성에 대한 볼밀링 및 어닐링 조건의 팽창은 강철을 강화했다."Acta Materialia 60.20(2012): 7150-7159.