Ni based superalloy 개념

금속 합금은 일반적으로 고온에서 강도가 급격히 떨어진다. 이러한 현상을 Creep이라 한다.

이런 현상은 기본적으로 고온에서 diffusion이 커지기 때문인데, 결국 element와 dislocation의 diffusion을 늦추는 것이 중요하다. Ni이 기본적으로 세가지 주요 superalloy 원소 중에서 가장 고온에서 안정한 이유는 고온까지 FCC로 상변태가 없다. 반면, Fe과 Co의경우 결정구조의 변화, 즉 상변태가 일어난다.

Ni에 합금을 완성하기 위해 Al을 첨가하게 되면, 우선 gamma phase가 형성되는데, gamma는 Ni 내에 Al이 불규칙적으로 치환된 상태이고, 여기에 Al첨가량이 증가하게 되면 gamma prime을 형성하게 되는데, gamma prime의 경우 ordered structure를 가지는 intermetallic compound이다. 이때 intermetallic compound 금속간 화합물의 경우 기계적 특성이 크게 달라지게 된다. 예를 들어, 각각의 결정구조 내에 vacancy가 존재하게 되면 gamma phase의 경우 결정 내 원자의 이동이 쉽게 일어나게 되고, 전위도 동일한 개념으로 이동이 쉽게 일어나게 된다. 하지만, gamma prime phase의 경우 가장 가까운 원자의 종류가 다르고, 안정한 상태라 각각의 원자의 이동이 쉽지 않다. 따라서, 전위의 이동 역시 어렵게 된다. Gamma prime phase가 기계적으로 강하지만, 금속간 화합물 자체는 너무 단단하여, 깨지기 쉬운 특성을 가지기 때문에, 부족한 연성을 증가 시키기 위해 solid solution 내에 intermetallic compound가 일정한 간격으로 분산된 상태로 존재하도록 설계한다.