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
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특허명: 극저온 처리를 이용한 Ti-6Al-4V 표면 경화 방법
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대표 발명자: 전태성 교수
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출원번호: 10-2023-0093042
발명의 배경 및 필요성
기술의 배경
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Ti-6Al-4V 합금은 높은 비강도와 우수한 기계적 특성으로 다양한 분야에 적용되어 왔음
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이 합금은 상온 ~ 400에서 비강도가 뛰어나면서도 인성과 연신율 등의 기계적 성질이 우수하고, 단조성이 양호하여 항공기용 소재로서 널리 사용됨
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그러나 Ti-6Al-4V 합금의 내마모성이 떨어져, 이를 개선하기 위한 연구가 필요함
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기존에는 코팅 기술을 통해 내마모성을 개선하려는 시도가 있었으나, 코팅 기술의 시스템 구축 및 비용 등이 문제가 되었음
기술의 필요성
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본 발명은 코팅 기술이 아닌 열처리를 통해 Ti-6Al-4V 합금의 내마모성을 개선하는 새로운 방법을 제공함
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기존의 기계적 물성을 그대로 유지하면서 내마모성을 개선하는 기술에 대한 필요성이 높음
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이를 통해 Ti-6Al-4V 합금의 다양한 분야에서의 활용성을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대됨
구현방법
기술의 원리
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본 기술은 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는 방법을 제공
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표면의 경도를 향상시키는 방법은 극저온처리 단계, 템퍼링처리 단계, 그리고 공랭 단계를 포함함
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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
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먼저, 극저온처리 단계에서는 액체질소가 담긴 용기에 Ti-6Al-4V 합금을 넣고 침지하며, 침지 시간은 12 ~ 36시간, 극저온처리 온도는 -196 ~ -100임
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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
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마지막으로, 공랭 단계에서는 가열된 금속을 식히는 과정을 거침. 이는 일반적인 기술로, 가열된 금속의 온도를 안전한 수준으로 떨어뜨리는 역할을 함
기술의 장점
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본 기술은 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는데 효과적임
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극저온처리와 템퍼링처리를 통해, 합금의 표면에 높은 경도를 부여할 수 있음
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또한, 이 방법은 합금의 물리적, 화학적 특성에 영향을 미치지 않으며, 합금의 내구성을 향상시킬 수 있음
실험 및 결과
실험의 목적
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본 실험의 주요 목적은 극저온처리와 템퍼링처리가 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도에 미치는 영향을 확인하는 것임
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또한, 각 처리 단계에서의 온도와 시간이 경도에 어떤 영향을 미치는지 확인하고자 함
실험 방법 및 과정
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먼저, 극저온처리 단계에서 액체질소에 Ti-6Al-4V 합금을 침지. 침지 시간과 온도를 조절하여 다양한 상황에서의 합금의 반응을 관찰함
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템퍼링처리 단계에서는 가열로에 Ti-6Al-4V 합금을 넣고 일정 시간 동안 가열. 이 과정에서도 처리 시간과 온도를 조절하여 합금의 반응을 관찰함
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마지막으로, 공랭 단계에서 처리된 합금을 식힘. 이후 경도 측정을 위해 샘플을 준비함
실험 결과
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실험 결과, 극저온처리와 템퍼링처리가 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인함
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특히, 극저온과 템퍼링 처리의 조건에 따라 경도가 달라지는 것을 발견하였으며, 이를 통해 최적의 처리 조건을 도출할 수 있었음
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따라서, 본 기술은 Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는데 효과적이라는 것을 확인할 수 있었음
발명의 활용 방안
Ti-6Al-4V의 표면 경화 분야
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이 발명은 별도의 표면 코팅 처리 없이 Ti-6Al-4V의 표면 경화를 통해 내마모성을 향상시킴
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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
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극저온처리는 액체질소를 통해, 템퍼링처리는 가열로를 통해 구현 가능한 비교적 간단한 공정으로 산업 적용 가능성이 높음
기대효과
기술적 혁신
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이 발명은 Ti-6Al-4V의 기계적 물성을 유지하면서 열처리를 통한 표면 경화로 내마모성의 향상을 구현해 기술적 혁신을 달성함
사회적 가치
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본 발명의 열처리 방법을 통해 내마모성은 증가시키면서 다른 물성은 그대로 유지함으로써 산업상 적용 가능성을 높일 수 있음
장기적인 비전
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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
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Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는 기술로, 내마모성을 개선합니다.
비교적 간단한 공정
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극저온처리는 액체질소를 통해, 템퍼링처리는 가열로를 통해 구현 가능한 비교적 간단한 공정으로 산업 적용 가능성이 높습니다.
기존 물성 유지
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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
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극저온처리와 템퍼링처리 과정에는 상당한 시간이 소요됩니다.
처리 온도 조절 필요
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극저온처리와 템퍼링처리 과정에서 온도를 정확하게 조절해야 하는 점은 고려해야 할 사항입니다.
Opportunities
다양한 분야 적용 가능
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Ti-6Al-4V 합금의 표면 경도를 향상시키는 이 기술은 항공기용 소재부터 다양한 산업 분야에 적용될 수 있습니다.
기술의 확장 가능성
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이 기술은 다른 금속 합금에도 적용될 가능성이 있어, 기술의 확장 가능성이 높습니다.
Threats
기존 코팅 기술과의 경쟁
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기존에 널리 사용되고 있는 코팅 기술과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
처리 조건의 정밀성 요구
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극저온처리와 템퍼링처리 과정에서의 온도와 시간 조절의 정밀성이 요구되며, 이를 위한 추가적인 기술 개발이 필요할 수 있습니다.
시장 동향
재료 과학 시장 동향
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