Fe-Mo-B-C-P-Si 비정질 합금의 결정화 거동과 연자성 특성에 미치는 메탈로이드 합금원소들의 영향에 관한 연구

Abstract

연자성 비정질 합금은 낮은 보자력과 높은 투자율을 갖는 특성 때문에 고주파용 인덕터 코어, 변압기 코어, 센서, 전자파 차폐재료 등에 다양하게 이용되고 있다. 특히 Fe는 비교적 저렴한 가격을 형성하고 있어 Fe계 연자성 비정질 합금에 대한 연구는 더욱 활발히 진행되고 있다. Fe계 연자성 비정질 합금은 일반적으로 Fe 원소에 원자 반경이 작은 새 메탈로이드 원소를 첨가하여 비정질 구조를 형성하도록 하는데, 첨가된 메탈로이드 원소의 함량만큼 감소한 Fe의 함량 때문에 연자성 특성이 저해되어 낮은 포화자속밀도 값을 나타낸다. 이러한 문제를 해결하기 위해 결정립의 미세화를 일으키는 Nb, Mo 등의 원소를 첨가한 나노결정질 합금에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 논문에서는 메탈로이드 함량이 결정화 거동 및 자성특성에 미치는 영향에 대해 조사하기 위해 B, C, P, Si 원소의 함량을 변수로 한 Febal.Mo3.5BXCYPZSiW 조성의 합금 설계를 진행하였다. 합금은 급속 응고 공정인 Melt Spinning을 통해 비정질 리본으로 제조되었다. 비정질 리본의 열분석은 DSC를 이용하여 실시되었고, 메탈로이드의 함량의 증가는 결정화 온도를 상승시키는 요인으로 작용하였음을 확인하였다. 리본의 결정화 거동에 대한 속도론적 분석은 비정질 형성능이 가장 높았던 Fe79Mo3.5B4C1P10Si2.5 조성을 선정하여 실시하였다. 등시어닐링 분석은 Kissinger, Flynn-Wall-Ozawa, Augis-Bennett 방법을 이용하여 해석되었고, 활성화 에너지는 평균 285.4 kJ/mol로 계산되었다. 등온어닐링의 결과는 Johnson-Mehl-Avrami Equation을 통해 계산되었으며 Avrami exponent는 2.19 ~ 2.90으로 나타났다. 합금의 나노결정화는 결정화 온도 이하에서 10 ~ 60 분간 진행하였고, 각각의 결정화 분율에 대한 자성특성의 변화는 VSM을 통해 측정되었다. 분석 결과 메탈로이드 원소의 함량은 자성특성에는 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 TEM 분석을 통한 나노결정상의 미세구조와 함께 비교하였을 때, 나노결정상 크기의 증가는 보자력의 증가를 수반하는 것을 알 수 있었다.