미국 퍼듀 대학(Purdue University)과 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 연구진은 스테인리스강에 비견될 수 있는 강도를 가진 알루미늄 합금을 개발했다.

이 새로운 연구는 더 큰 강도와 연성을 부여하기 위해서 알루미늄의 미세 구조를 변화시켰다. 이 새로운 고강도 알루미늄은 적층 결함을 결정 구조 속에 도입함으로써 만들어졌다. 구리와 은과 같은 금속에서는 적층 결함을 쉽게 생성시킬 수 있었지만, 알루미늄에서는 생성이 어려운 것으로 알려져 왔었다.

경량 알루미늄 합금은 널리 적용되고 있다. 그러나 대부분의 알루미늄 합금은 기계적 강도가 낮다. 나노쌍정(nanotwin)은 금속 재료에서 높은 강도와 연상을 유도할 수 있다. 그러나 알루미늄에 고밀도 나노쌍정을 도입하는 것은 매우 높은 적층-결함 에너지(stacking-fault energy) 때문에 어렵다.

이번 연구진은 알루미늄에 몇 원자 퍼센트의 Fe를 혼입시켰다. 그래서 Al(Fe) 고용체에 고밀도 9R 상을 가진 나노쌍정 입자를 형성시킬 수 있었다. Al-Fe 합금은 Al 합금 중에서 가장 높은 약 5.5 GPa의 최대 경도를 가졌다. 분자 동역학 시뮬레이션을 통해서 Al-Fe 합금의 고강도 및 고경도를 확인할 수 있었고, 이것은 고밀도 9R 상과 나노크기의 입자 때문에 주로 발생한다는 것을 확인할 수 있었다.

마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)이라고 불리는 방법에 의해서 알루미늄 결정 구조 속에 철 원자들을 주입함으로써 알루미늄 속에 9R 상을 유도할 수 있었다.

이 연구는 전자 및 자동차 산업에 적용할 수 있는 내마모성 및 부식 방지 알루미늄 합금 코팅 기술을 개발하는데 적용될 수 있을 것이다. 강도가 높고 가벼운 알루미늄 합금은 자동차 및 우주 산업에 새로운 혁신을 불러올 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Advanced Materials에 “High-Strength Nanotwinned Al Alloys with 9R Phase” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/adma.201704629).

 

출처

https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=49231.php