도호쿠 대학 대학원 공학 연구과의 오모리 슌요 준 교수, Ji Xia 대학원생의 연구 그룹은, 강도의 온도 의존성이 거의 없는 철계 초탄성 합금의 개발에 세계에서 처음으로 성공했다.극저온에서 200℃까지 강도(응력)가 거의 변화하지 않고, 온도 변화의 영향을 거의 받지 않고 이용할 수 있다.

 초탄성 합금은 큰 변형을 주어도 힘을 제외하면 원래의 형상으로 되돌아 간다.현재, 주로 니켈-티타늄 합금이 의료 디바이스 등에서 이용되고 있다.단점은, 온도가 높아지면 변형 강도가 높아지고, 역학 특성이 안정되지 않기 때문에, 초탄성이 발현하는 온도 범위가 좁기 때문이다.니켈-티타늄 합금에서는 온도가 1℃ 높아지면 응력이 약 6메가파스칼(MPa) 높아지고, 재료 조성을 변화시켜도 실용적으로 초탄성을 이용할 수 있는 온도 범위는 대략 -20℃~100℃로 제한된다.

 이번에 새로 발견한 철계 초탄성 합금은 철을 주성분으로 하여 망간, 알루미늄, 니켈, 크롬을 포함한 합금.온도가 변화해도 강도(응력)가 거의 변화하지 않는 특징을 가진다.응력 변동이 50메가파스칼 이하에 들어가는 온도 범위는 니켈-티타늄 실용 합금에서는 실온 근방의 약 8℃의 범위에 한정되지만, 이 철계 초탄성 합금에서는 극저온에서 백수십℃까지의 약 400 ℃에 걸쳐.이것은 지구상의 온도 범위는 물론, 달과 화성에서의 온도 범위도 커버한다.또한, 조성의 조정에 의해, 통상의 초탄성 합금과는 다른 경향인, 고온일수록 강도가 저하되는 성질을 얻을 수도 있다.

 강도의 온도 의존성이 매우 작은 특성은 많은 온도 변화에 노출되는 환경에서 초탄성 합금의 이용에 큰 이점을 갖는다.온도 변화가 심한 지구외 환경에서의 이용이나, 건축·토목 제진 구조 시스템의 개발 등 폭넓은 범위에서의 응용이 기대된다.

논문 정보:【Science】Iron-based superelastic alloys with near-constant critical stress temperature dependence

대학 저널 온라인 편집부

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