RDF를 이용한 희토류계 하이엔트로피 비정질 합금의 원자 구조 분석

Abstract

기존 다성분계 합금 시스템은 50% 이상의 하나의 원소와 특성 개선을 위해 소량 첨가되는 다양한 합금 원소들로 구성되는 반면 하이엔트로피 합금은 5개 이상의 합금 원소를 유사한 비율로 합금화하므로 높은 혼합 엔트로피가 구현되며 고온에서 안정한 고용체 상을 형성한다. 본 연구에서는 하이엔트로피 합금의 설계법과 벌크 비정질 합금의 공정법을 이용하여 희토류 원소계 하이엔트로피 벌크 비정질 합금을 개발하였으며 Er-Gd-Y-Al-Co 합금은 5 mm 의 비정질 형성 임계 직경을 갖는 것을 확인하였다. 또한, as-spun 상태의 희토류계 (하이엔트로피) 비정질 합금을 등온 열처리함으로써 준안정 액상에서 고상으로의 결정화 거동을 투과전자현미경으로 관찰하였으며 small angle X-ray scattering (SAXS)을 이용하여 비정질 기지에 있는 결정상 크기 분포를 체계적으로 분석하였다. 등온 열처리 시 결정상의 크기 변화로부터 각 합금의 kinetics를 확인하였다. 투과전자현미경에서 비탄성 산란을 제거함으로써 에너지 필터링된 제한시야회절패턴을 얻으면 zero-loss peak(ZLP)의 intensity를 산란각에 대한 함수로 나타낼 수 있으며 이를 이용하여 기준 원자에 대한 최인접 원자의 확률 분포를 보여주는 radial distribution function(RDF)를 얻을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 희토류계 (하이엔트로피)비정질 합금의 RDF를 분석하고 이를 통해서 원소 간의 cluster 형성 여부를 확인하였으며 이러한 원자 구조가 합금의 확산 거동에 미치는 영향을 고찰해보고자 하였다.