Cu-Ti합금의 Ni첨가에 따른 석출거동 및 특성 연구

Abstract

본 연구에서는 Cu-4Ti 합금을 대상으로 0.4 wt% Ni, 0.8 wt% Ni를 첨가함에 따른 석출 거동 변화와 이에 따른 기계적 특성과 전기적 특성 변화에 대하여 연구를 진행하였다. Thermal Cal.를 계산 결과를 바탕으로 Cu-4Ti, Cu-4Ti-0.4Ni, Cu-4Ti-0.8N 합금을 850 ℃에서 45 S 동안 용체화 처리를 진행하였다. Cu-4Ti, Cu-4Ti-0.4Ni, Cu-4Ti-0.8Ni 합금의 용체화 처리 후 경도는 각각 137 Hv, 157 Hv, 164 Hv 이며 E.C는 각각 3.8 %IACS, 3.7 %IACS. 6.3 %IACS 이다. 입자 크기는 Ni첨가에 따라 37 μm, 17 μm, 7μm로 미세화 되었다. 용체화 처리 중 Cu 모재 안으로 Ti, Ni이 고용이 일어나며 과포화 고용체가 형성되며, 경도와 전기전도도는 떨어지며 Ni 원소 첨가에 따라 용체화 처리 후에 입자 성장을 억제하였다. 미세조직 확인 결과 Cu-4Ti, Cu-4Ti-0.4Ni 합금은 850 ℃에 45 s 동안 과포화 고용체를 형성했지만 Cu-4Ti-0.8Ni 합금은 용체화 처리 전 주조와 열간압연에서 형성된 정출물이 용체화 처리 과정에서 재고용이 일어나지 못하고 정출물이 잔존하였다. 과포화 고용체를 형성한 후 최종 33 % 압하율로 최종 압연을 실시하였다. 압연 후 Cu-4Ti, Cu-4Ti-0.4Ni, Cu-4Ti-0.8Ni 합금의 경도는 225 Hv, 238 Hv, 245 Hv로 증가하였으며 전기전도도 4.5 %IACS, 4.6 %IACS, 6.5 %IACS로 미량 증가하였다. 최종 압연 후 석출 처리는 300 ℃ 에서 3 hr, 24 hr, 400 ℃에서 3 hr, 24 hr 실시하였다. 석출 처리 결과 Cu-4Ti 합금의 Ni 첨가로 경도와 전기전도도가 증가하였다. 또한 300 ℃에서 석출처리 보다 400 ℃에서 석출 처리할 경우 경도와 전기전도도가 증가하였다. SEM 확인결과 Cu-4Ti 대비 Cu-4Ti-0.4Ni, Cu-4Ti-0.8Ni에서 석출물의 분포도 높았으며 특히 Cu-4Ti-0.8Ni 합금에서 판상 형상의 정출물이 형성하였다. 400 ℃에서 24 hr 석출 처리 후에 연속 석출물이 입자로 형성되는 것을 관찰하였다. Cu-4Ti-0.8Ni 합금의 경우에는 판상 형태의 정출물 형성으로 인한 굽힘 가공 시 균열이 발생하였다. Cu-4Ti 합금과 Cu-4Ti-0.4Ni 합금의 최대 물성 구간에서 석출물 형상, 석출물 구조, 석출물 밀도를 분석하기 위하여 TEM 분석을 실시하였다. TEM 분석을 실시한 결과 Cu-4Ti 합금의 석출물 크기는 87 nm, 석출물 밀도는 1.6 x 10 8 개/cm2, β-Cu4Ti 결정구조를 가지고 있으며, Cu-4Ti-0.4Ni 합금의 석출물 크기는 130nm, 3.8 x 10 8개/cm2, β-(Cu,Ni)4Ti 결정 구조를 가지고 있다. Cu-4Ti-0.4Ni 합금은 400 ℃에 5 hr에서 경도는 330 Hv, 전기전도도는 11.2 %IACS의 특성을 나타내었다. 이는 Cu-Ti 합금에 Ni 첨가에 따른 용체화 처리 시 입자 미세화 및 석출물 구동력을 증대시켜 경도와 전기전도도를 동시에 증가시키는 효과가 발생한 것으로 판단한다.