(Bulk Amorphous Alloy) 벌크 비정질 합금 (Bulk Amorphous Alloy) 2004. 6. 15 포항산업과학연구원 신금속연구팀 최승덕*, 이기안, 김문철 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 비정질 합금(Amorphous alloy)  통상적인 합금과는 달리 원자들이 불규칙하게 배열함으로써 결정구조가 없는 액상과 유사한 미세구조 일반합금구조 비정질 합금구조 비정질 합금특성 비정질 합금형성 Mechanism 일반 결정구조 합금에서 나타나는 이방성, 입계, 면결함, 편석 등이 없는 균질한 등방성 성질 - 결정학적 이방성이 없어 기계적 강도 우수 - 구조와 조성이 균일하여 뛰어난 내식성 을 나타냄 - 우수한 연자기 특성 주조시 응고수축이 적어 Strip casting과 같은 Net shape 제조공정 가능 합금 조성에 따른 열역학적 특성으로 인해 응고과정에서 상변태와 결정화 현상 부재 - 응고 과정중 결정의 생성과 성장을 억제함 - 용융점 대비 낮은 비정질 전이 온도 특성 - 용융점 근처에서 용탕의 높은 점도 특성 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 비정질 합금의 제조방법 급속응고 (냉각속도 106 k/s) Amorphous Strip (폭: 20-210mm) New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 비정질 합금의 종류  분류 합금 제품명 특성 Fe-based FeNi-based Ni-based Co-based VITROVAC7505, 2605s-2 VITROVAC4040, 2826MB VITROVAC6025 VITROVAC0080, 2705MN, 2714A 강인성, 연자성 내식성, 접합성 연자성, 내식성  변압기 철심 합 금 전력손실( No load loss, W) 20kw 50kw 75kw 100kw Amorphous 17 29 37 49 전기강판 100.6 199.7 271.8 318.5 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질 합금 개발 역사 ’50년대 최초 비정질 합금 개발 성공하였지만 급속한 냉각 속도로 인한 두께의 제한으로 상용화 지연 ’93년 Liquid metal Tech. (LMT) 社가 냉각 속도 및 두께의 한계를 극복한 Zr계 비정질 합금 상업화 저가의 범용 금속소재를 이용한 비정질 합금 개발이 상업적 응용의 관건: 최근 LMT사가 Fe계 합금 개발 80 ’99년 LMT에서 Zr계 비정질 합금 상업화, Fe계 비정질 합금 개발후 상업화 위한 최적화 진행중 70 60 ’93년 Cal. Tech.(미)의 Johnson등이 1K/S의 냉각속도로 Zr계 비정질 합금제조, 구조재료로 상업화 가능성 제시 50 합금 두께 (mm) 40 30 ’89년 동북대(일) 이노우에 등이 100K/S의 냉각속도로 구조재료용 Bulk 비정질 합금제조 (Mg, La, Zr 계) 20 Commercial Viability 10 1950 1960 1970 1980 1990 2000 ’59년 Duwez등이 Au-Si계 비정질 합금 최초발견(106K/S의 냉각속도 필요: Bulk 합금 제조불가) ’70~80년대 여러가지 합금계가 개발되었으나 두께의 한계로 인해 ribbon 형태의 자성 재료로 응용 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질 합금의 CCT 곡선 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 비정질 형성능(Glass Forming Ability) The glass forming ability increases with increasing difficulties of nucleation and growth during the synthesizing process of glassy metals. Three empirical rules for choosing the alloy composition: (1) The multi-component systems consist of more than three elements.  High solid/liquid interfacial energy leads to the efficient suppression of nucleation of the crystalline phase. (2) The difference in atomic size ratios among the three main constituent elements exceed about 12-15%  Large atomic size ratio results in the increasing difficulty of atomic rearrangement (3) Large negative heats of mixing among the three main constituent elements are needed.  Large negative heat of mixing leads to the suppression of crystalline phase growth New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질합금의 최대두께 (tmax) 및 임계냉각속도(Rc) New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질 제조기술 합체법 (Consolidation) * 충격합체 (Shock Consolidation) : 분말합금에 충격파를 가하여 파동이 입자경계를 통하여 전달, 입자계면에서 에너지 흡수가 일어나 입자표면에 미세한 용융층을 형성, 벌크 비정질 제조 * 폭발성형 (Explosive Forming) * 분말소결 (Sintering) * 열간압출 및 압연 (Hot Extrusion/Rolling) 응고법 (Solidification) * 동합금 몰드주조법 (Copper Mold Casting) * 고압 다이캐스팅 (High Pressure Die Casting) * 아크 용해 (Arc Melting) * 일방향 용해 (Unidirectional melting) * 스퀴즈 캐스팅 (Squeez Casting) New Materials & Components Research Center

벌크 비정질 합금의 주요특성 가. 기계적 특성 강도 대 무게 비율 강도 탄성 경도 인장강도 (Kg) 비강도 (MPa) 200 30 25 150 20 100 15 50 10 5 알루미늄 (7075-T6) 티타늄 (Ti6A14V) STS (PH 17-4) Zr계 비정질 Fe계 비정질 알루미늄 (7075-T6) 티타늄 (Ti6A14V) STS (PH 17-4) Zr계 비정질 Fe계 비정질 탄성 경도 탄성변형율 (as % of original shape) Hardness (Vickers) 2.5 1400 1200 2 1000 1.5 800 1 600 400 0.5 200 알루미늄 (7075-T6) 티타늄 (Ti6A14V) STS (PH 17-4) Zr계 비정질 Fe계 비정질 알루미늄 (7075-T6) 티타늄 (Ti6A14V) STS (PH 17-4) Zr계 비정질 Fe계 비정질 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 나. 초소성 가공 (Superplastic forming) 특성 500ºC 부근에서 점도 저하로 가공성 용이 Net shape 성형에 유리한 특성 냉각시 수축 현상이 거의 없음 복잡한 형상을 단시간에 구현할 수 있는 특성 고강도 특성상 두께를 작게 함으로써 가공성 용이 ※ 초소성 가공공정 도입을 통한 가공 단순화 필요성 한개의 body 부품 성형을 위해 3~4차례 프레싱 과정이 필요함에 따라 3~4개의 프레스 금형 필요 (GM 총 금형 비용 $7B/yr) Model 변경에 따른 금형 보존 공간 필요 금형 개발에 따른 신형 자동차개발 시간소요 ※ 초소성 가공 모식도 GM과 미국 DOE가 공동 연구하여 현재 aluminum car에 적용되고 있음 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 다. 내부식성 특성  Pitting Potential: + 0.5 V ( Higher is the better ) Passivating current: ~ 8 * 10-7 A/cm2 ( lower is the better ) Stainless 304 Pitting Potential: + 0.35 V Stainless 316 Pitting Potential: + 0.56 V Passive Zone: ~0.8 V ( higher is the better ) 라. 열처리 및 표면처리 비용 절감 기계적 성질 개선을 위한 열처리 불필요 : 합금 설계단계에서 ‘맞춤’ 설계에 의해 목표 spec. 달성 표면 평탄도 및 내부식성이 우수하여 표면처리 비용 절감 가능 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 마. 성형성 특성 벌크 비정질 금속은 △T(Tg-Tx) 구간에서는 플라스틱과 같은 우수한 성형성을 나타냄 상온에서의 toughness와 ductility의 향상을 위하여 일부의 조성은 -phase dendrite 결정질을 형성 시킨 Hybrid bulk 비정질 금속을 형성시킨 composite을 개발하여 가공성 향상 도모 -phase dendrite + bulk 비정질 Bulk 비정질 고유의 고강도 유지 Zr base bulk: 1.9 GPA Zr base composite: 1.5 GPA Bulk 비정질 대비 toughness 3배 증가 Bulk 비정질 금속 고유의 Elastic limit 2% 유지 Plastic deformation 성질 증가로 인장강도가 약 6% 까지 향상 합금 조성 설계에 의하여 용탕이 응고 되는 과정중 ductile한 -phase dendrite가 형성되고 남아있는 용탕은 bulk 비정질이 되는 composite 형성 10㎛ bulk 비정질 -phase dendrite New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 바. 자기적 특성 결정질 금속에 비하여 전기저항이 높고 철손이 낮아 고효율 모터 (전기자동차), 변압기, 전자부품 등 활용분야가 광범위 함 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질 합금의 활용가능 분야 가. 군수산업용 Northrop : 전투함 (항공모함, 잠수함)에 적용할 경우, 경량화 및 내부식성 향상 등의 효과 기뢰 및 radar 추적을 피하기 위한 경량의 비자성체 구조 전투함 필요성 내부식성 외판재 필요 : 부식피해 연 $2B 추산 Light armor 채용으로 전쟁 수행능력 향상 - Abraham Tank 무게 75ton → 20 ton 목표 - 전쟁시 전장 수송비용 감소 - 사막, 늪지대에서 전쟁 수행 시 무게 감소로 인한 기동능력 향상 - 연비에 따른 기동성 및 보급로 확보문제 해결 (현 연비 230m/liter) 탱크, 장갑차의 방탄능력 및 관통능력 강화 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 나. 스포츠 용품/의료기기/가전용품 스포츠 용품 소재 : - 초금속보다 10배나 우수한 탄성 - 초합금보다 3배 이상인 비강도 활용 - 골프 클럽 헤드, 스키날, 배트 등 의료기기, 생체재료 : - 우수한 edge retention, wear resistance - 복잡한 형상의 net shape cast 가능 - 인공 관절 외 가전용품 소재로서의 가능성 : - Non corrosive - Strain & rust 감소 - Ti, 스테인레스강보다 두 배이상 높은 표면 경도 - 노트북, 핸드폰, PDA 케이스 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 다. 자동차 및 운송장비 부품  자동차 부위별 고장력강판 적용 현황 및 신강종 개발 방향 구 분 현 재 개 발 목 표 보강재용 60kg급 이상 Bumper 보강재 : 향후 80~120kg급 TRIP강, Press경화강 개발 Door 보강재 : 120~160kg급까지 초고강도화 진행 중 구조부재용 35~45kg급 경량화와 충돌안전성 향상 요구 60~80kg급 TRIP강, DP강 개발, 장기적으로 100kg급 이상 채용 강도 150~200kg급, 연신률 10% 이상의 Fe계 비정질합금 개발로 보강재, 구조부재용 고장력강판 대응가능(GM 연구소에서 개발 검토중) Bumper 보강재 Door impact bar Pillar Member류 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질 합금의 개발동향 가. 일본 구조재료용 비정질 합금 개발 및 조기 상용화를 위해 국가주도의 체계적, 집중적 연구지원 진행 기초연구 중심에서 산업화 목표로 응용연구 및 부품화 연구로의 전환 추진 과제명 연구목표 지원기관 연구내용 이노우에 프로젝트 신 재료과학의 창출과 새로운 기능을 갖는 금속재료의 개발 과학기술성 ’97. 10 ~ ’02. 9 비정질 금속의 구조, 물성, 생성조건 연구 비정질 금속의 응고거동 등의 연구를 통한 원리 연구 수퍼메탈 프로젝트 기존소재의 특성을 비약적으로 향상시킨 비정질 합금 개발 경제산업성 ’02. 1 ~ 12 비정질 구조 제어에 의한 재료 제조기술 나노결정 조직에 의한 재료제작 기술 비정질 합금의 성형, 가공 기술 개발 비정질 합금의 기능을 최대한 발휘하고 생산 을 가능케 하는 성형, 가공 기술의 개발 ’02 ~ ’06 초정밀 부품소재 조직제어 기술 수송기기 부품소재 성형, 가공 기술 나. 유럽 체계적인 국가적 지원은 미미한 실정이지만 미국, 일본과 컨소시엄을 통한 비정질 합금 연구 과제명 연구목표 지원기관 연구내용 International Joint Project on Nanocrystalline and Supercooled Liquid States of Alloys 물성 및 자기적 특성이 뛰어난 비정질 합금 개발 미, 일, 유럽 컨소시엄 낮은 냉각속도에서 제조 가능한 새로운 Fe, Ni계 비정질 합금개발 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 다. 미국 LMT사 주도로 Fe계 비정질 합금의 개발 및 적용 범위 확대를 위한 특성 평가 진행중 정부 주도하에 연구개발 지원을 통하여 군수분야를 중심으로 한 비정질 합금의 조기 실용화를 위한 시도가 활발히 진행중 과제명 연구목표 지원기관 연구내용 Structural Amorphous Metals (SAM) 새로운 방법에 의한 낮은 냉각속도의 비정질 합금 개발 미국방연구소 (DARPA) ’00~’02 Al, Ti, Fe 계 비정질 합금개발 장갑침투 포탄소재용 비정질 합금개발 비정질 합금 주조방법 연구 라. 국내 연세대 준결정재료 연구단, 포항공대 김낙준 교수 등이 일부 제한적인 연구사업지원 프로그램을 수행하고 있음 ’03년 4월부터 산자부 주관으로 ‘초고강도ㆍ고기능 구조용 합금 및 가공기술 개발’ 프로그램 시작 과제명 연구목표 지원기관 연구내용 준결정재료 연구 최적의 맞춤재료 설계 과기부 ’98 ~ ’07 벌크 비정질 합금 기초연구 결정구조제어를 통한 소재개발 초고강도ㆍ고기능 구조용 합금 및 가공기술 개발 강도 및 기능이 2배 이상 향상된 기능 복합형 금속소재 개발 산자부 ’03 ~ 비정질 합금 설계, 가공기술 및 부품화 요소기술 개발 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 예상 수요시장 규모 가. 군수분야 (단위: 백만불) 년 도 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Armored Vehicles 1,641 1,983 2,269 2,936 3,906 3,083 Warship 11,439 11,062 10,328 14,176 13,436 15,531 합 계 13,080 13,045 12,597 17,112 17,342 18,614 (출처: 미국방부 FY04 예산 자료) 2) 자동차 분야 (단위:천톤) 2005 2006 2007 2008 2009 2010 열연 Door impact bar 68 1,200 94 1,212 119 1,224 137 1,236 149 1,249 156 1,261 냉연 Member 및 Pillar류 1,800 123 1,818 147 1,836 166 1,855 178 1,873 185 1,892 범퍼 보강재 7 140 10 141 12 143 14 144 15 145 16 합 계 169 3,140 227 3,171 278 3,203 317 3,236 34 3,268 357 3,301 국내 세계 국내 세계 국내 세계 국내 세계 (출처: 포스리 신제품 중장기 수요예측 보고서, 2000.10) 일본 산업진흥협회 보고서에 의하면 비정질 합금의 예상수요는 30조원/년을 상회한다고 보고됨 국내의 경우 공식적인 자료는 없지만 산업분야의 예상수요는 10조원/년 정도로 추산함 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질 합금 특허동향 [미국특허] 합금조성 제조공정 특허번호 Title 출원일 Claims 출원인 5735975 Quinary metallic glass alloys ’98.7 (Zr,Hf)a(Al,Zn)b(Ti,Nb)c(CuxFey(Ni,Co)z)d 조성을 갖는 비정질 합금. LMT 5797443 Method of casting articles of a bulk-solidifying amorphous alloy ’98.8 Bulk 비정질 합금 ingot을 제조하는데 필요한 온도와 압력 등 공정조건에 대한 특허. 5866254 Amorphous metal/reinforcement composite material ’99.2 Zr계 비정질 합금에 강화재를 분산시킨 복합재료 제조법. 강화재: stable oxide, carbide, nitride 5896642 Die-formed amorphous metallic articles and their fabrication ’99.4 D/C로 비정질 합금을 제조하는데 필요한 온도와 압력 등 공정조건에 대한 특허. 5950704 Replication of surface features from a master model to an amorphous metallic article ’99.9 비정질 합금의 replication을 제조, 분석하는 characterization 특허 6010580 Composite penetrator ’00.4 비정질 합금계 복합재료로 제작한 penetrator 개념특허 6325868 Nickel based amorphous alloy composition ’01.12 Nia(Zr1-xTix)bSic 조성을 갖는 비정질 합금. a:46~63%, b:32~48, c:1~11, x:40~60 김도향등(연세대) 6453977 Molded product of amorphous metal and manufacturing method for the same ’02.9 Mold를 사용한 주조법으로 비정질 합금을 제조하는 법. Inoue등 (동북대) New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center [일본특허] 합금조성 제조공정 특허번호 Title 출원일 Claims 출원인 10-102223 Fe amorphous alloy ’98.4 Fe1-xAlaGabPcCdBeSifM 조성을 갖는 비정질 합금. a:4~6%, b:1~3, c:9~12, d:5~7, e:3~5, f:0.5~4 g:0.25~5, x:a+b+c+d+e+f+g, M:Cr,Nb,Mo,Co Inoue등 (동북대) 11-269620 Al base amorphous alloy filament ’99.5 AlaXbYc 조성을 갖는 비정질 합금. X:Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu Y:La,Ce,Sm,Nd b:4~12%, c:0~8, a:1-(a+b) 11-189855 Zirconium based amorphous alloy ’99.7 Zr1-xTiaAlbCucNid 조성을 갖는 비정질 합금. a:0~10%, b:5~100, c:15~25, d:5~15 11-256277 Fe-C series or Fe-Si-C series alloy capable of making the same amorphous alloy ’99.9 Fe, C(2~7%), B(0.2~3%), Si(1~2.5%) 조성의 비정질 합금. 2001-259821 Apparatus for producing amorphous alloy formed product and metallic mold for production and producing method ’01.9 미국 특허 6453977과 동일한 내용. 2002-080949 Amorphous iron-group alloy ’02.03 Fe(49.5%이상), Ni(4~45%), Co(2~45%),Mo(0.5~4.5%), Si(4.5~11.5), B(10~23%)을 주 합금원소로 비정질 합금. New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center [한국특허] 합금조성 제조공정 특허번호 Title 출원일 Claims 출원인 2003-0007507  벌크 비정질 금속 자기 컴포넌트 ’03.1 벌크 비정질 금속 자기 컨포넌트는 다면체 형상을 갖는 일반적으로 3차원 부분을 형성하도록 함께 라미네이팅된 강자성체 비정질 금속 스트립의 복수의 층을 구비한 장치 허니웰 (미국) 2002-0087811 Ｂｅ을 포함하는 Ａｌ - Ｃｕ - Ｆｅ계 준결정 합금 조성물 ’01.5 Be이 첨가된 Al-Cu-Fe 준결정 합금조성물. 김도향 (연세대) 2001-0073728  벌크 비정질 마그네슘 합금 제조를 위한 성형 장치 ’01.8 구리, 이트륨을 함유하면서 그 성분조성에 적량의 은, 니켈, 아연 등의 제 4 원소가 함유되어 있는 것을 기본으로 하는 비정질 마그네슘 합금을 제조하는 장치 2001-0109364 니켈기 비정질 합금 조성물 ’01.12 일반식 Nia(Zrl-xTix)bPc (여기서, a, b, c 는 각각 니켈, 질코늄+티타늄, 인의 원자%를 의미하며, 50 원자%≤a≤62 원자%, 33 원자%≤b≤46 원자%, 3원자%≤c≤8 원자%이며, x는 0.4≤x≤0.6의 값을 갖는다)로 나타낼 수 있는 니켈기 비정질 합금조성물 2004-0037248  벌크 응고형 비정질 합금 조성물의 개선 방법 및 그 조성물로 이루어진 주조 제품 04.5 각각 개별적인 산소 형성열을 가지는 복수 종의 금속 성분을 포함하는 벌크 응고형 비정질 합금 및 상기 금속 성분들 중 최대 산소 형성열을 가진 금속 성분의 산소 형성열보다 큰 산소 형성열을 가지는 부가적인 합금용 금속을 포함하는 벌크 응고형 비정질 합금 LMT 2004-0027464 비정질 합금 판재 제조 방법 및 그 장치 ’04.4 합금을 구성하는 성분을 함유하는 용탕을 준비하는 단계; 서로 반대 방향으로 회전하며 열교환 수단을 구비하고 있는 두 개의 롤 사이로, 상기 용탕을 공급하는 단계; 및 상기 롤 사이로 상기 용탕을 통과시키면서, 상기 용탕이 비정질 고체상태로 변화될 수 있는 한계냉각속도보다 더 빠른 속도로, 상기 용탕을 냉각시키는 단계를 포함하는, 비정질 합금 판재 제조 방법 김낙준 (포항 공대) New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center RIST 벌크 비정질 합금 연구 Objectives To enhance of GFA(Glass-Forming Ability) in Fe-based alloy system To investigate the effect of Nd, W & Sn elements on the GFA of Fe-Ni-Zr glassy alloys To examine the mechanical property of Fe-Ni-Zr glassy alloys New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center Fe-Ni-Zr-B Glassy Alloys Alloy Design Melting (Arc, VIM) Melt Spinning Injection Casting 1 Injection Casting 2 Ribbon Bulk (Pin) Simulation Bulk (Cone) DSC, DTA & X-ray Mechanical Test (Hardness, Tensile, Compression) Optical, TEM New Materials & Components Research Center

Alloy Design Fe-Si-B-Ni-Zr-Cr Alloy system : Fe66Si3B10Ni7Zr6Cr8 (Base) Objective Alloy Composition (at. %) Nd, W, Pt addition in Fe-Si-B-Ni-Zr-Cr system Fe66Si3B10Ni7Zr6Cr8 (Base) Fe63Si3B10Ni7Zr6Cr8Nd3 Fe63Si3B10Ni7Zr6Cr8W3 Fe63Si3B10Ni7Zr6Cr8Pt3 Effect of Sn addition on Fe-Si-B-Ni-Zr-Cr system Fe61Si3B10Ni3Zr6Sn15 Effect of B, C addition on Fe-Si-B-Ni-Zr-Cr-Nd system Fe58Si3B15Ni7Zr6Cr8Nd3 Fe53Si3B20Ni7Zr6Cr8Nd3 Fe63Si3B7Ni7Zr6Cr8Nd3C3 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center Preparation of Ribbon Samples  Ingot Melting : 1. Vacuum Arc Melting 2. Vacuum Induction Melting  Ribbon Producing - Melt Spinning equipment - Roll Speed : 30~33 m/sec. Vacuum melt spinning & injection casting equipment Examples of amorphous strips used in this study New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center Thermal Stability of Supercooled Liquid  The effect of Nd, W, Pt addition on the Glass Forming Ability of Fe-Si-B-Ni-Zr-Cr alloy system Alloy Composition Tx (oC) Tg (oC) Tl (oC) Tx (Tx-Tg) Trg (Tg/Tl) Fe66Si3B10Ni7Zr6Cr8 (Base) 502 443 1223 59 0.48 Fe63Si3B10Ni7Zr6Cr8Nd3 597 534 1218 63 0.54 Fe63Si3B10Ni7Zr6Cr8W3 520 457 1220 0.50 Fe63Si3B10Ni7Zr6Cr8Pt3 542 482 1221 60 0.51 * Tx, Tg increases, Tl slightly decreases with addition of heavy elements *  Tx & Trg also increases *  Tx (max) = 63 K, Trg (max) = 0.54 (Nd, W : more effective) New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center Mold Casting of Cone-type Specimen The casting copper mold for cone-type specimen The amorphous con-type specimen New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center Preparation of Bulk Samples Copper mold for bulk sample =2 mm bulk amorphous specimen =3 mm bulk amorphous specimen New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center Mechanical Properties Compressive stress-strain curve of Fe-Ni-Zr-B bulk glassy alloys (=2 mm bulk specimens) New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 벌크 비정질 판재 제조 실험 시도 (Fe78-Si9-B13 광폭 스트립) (Co70.3-Fe4.7-Si15-B10) Fe73.5-Si13.5-B9-Nb3-Cu1) * Single roll 주조법 사용 (용탕 인출법) * 제조 판재 두께 : 420~600 m * 특성 평가 중 제조된 벌크 비정질 판재 sample 예 (Fe-Si3B10Ni7Zr8Cr8Nd3 합금) New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center RIST 부품  신소재연구센터 1987~2003 2003~ 철강 관련 소재 및 공정 연구개발 세계 수준의 부품•소재 연구센터로 도약 연구 설비/인력 핵심역량 보강 Spray forming Powder injection molding Bulk amorphous materials High strength stainless steels Smart materials 3대 특성화 분야 핵심 비철금속 부품•소재 Permalloy sheets Nano-crystalline magnetic materials Thermal spray coatings Plasma surface engineering 첨단 기능성 부품•소재 High intercalative and adsorptive carbon Isotropic graphite Fuel cell separators Energy-saving materials 환경/에너지 부품•소재 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center RIST 부품  신소재연구센터 핵심 비철금속 부품•소재 기술 비철금속 판재/선재 직접 제조기술: Al, Mg 등 Ni계 초합금 제조 및 응용기술 Bulk amorphous material 제조기술 부품소재 관련 신 제조기술 개발: spray forming, advanced PIM 등 첨단 기능성 부품•소재 기술 Nano-scale 금속 및 세라믹 분말 제조 및 응용 기술 Nano 자성체 제조 및 응용 기술 첨단 용사공정 개발 및 응용 기술 복합기능 소재 제조 및 응용 기술 상압 및 진공 플라즈마 표면개질 기술 환경/에너지 부품•소재 기술 고온형 연료전지 스택 제조기술: MCFC, SOFC 고효율 에너지 변환 및 저장 소재 제조 기술 친환경 부품소재 제조 기술 고기능 내화소재 제조 기술 고흡장, 고흡착 탄소소재 제조 및 응용 기술 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center Liquidmetal Tech. (LMT) 社 개요 가. 회사현황 ’87년 Caltech의 William Johnson 교수가 LM 기술을 바탕으로 ATI 설립 ’94년 재미교포 Kang 형제가 Johnson 교수가 설립한 회사 인수, Zr계 비정질 합금을 Liquid Metal이라는 상품명으로 세계 최초로 실용화 성공 ’02년 6월 LMT를 NASDAQ에 상장하여 $75백만 (970억원) 조달 ’02년 10월 평택에 die casting 공장준공: $30백만 투자하여 월 400만개 (휴대폰 case기준) 생산능력 확보 주요사업 현재 매출의 대부분은 Zr계 합금을 die casting한 휴대폰 case 판매 및 공동개발 partner들로부터 유입되는 개발비로 이루어지고 있음 향후 노트북 case, 인공관절, 장갑재료 등으로 사업영역 확대 계획 나. 기술개발 현황 및 제품 개발전략 Zr, Ti, Mg, Fe 계 비정질 합금 조성 및 제조에 관한 12개 미국특허 보유 Caltech, Virginia 대학, 미국방연구소 등 미국내 비정질 합금분야 전문기관들과의 공동연구 응용분야별 산업계 leader들과의 공동개발 전략: Johnson & Johnson, Lockheed martin Fe계 비정질 합금을 판재로 개발하여 자동차, 군수용 판재 등으로 응용하기 위한 전략수립 New Materials & Components Research Center

New Materials & Components Research Center 기본개념 LMT 가 보유한 Fe계 비정질 합금 기술과 POSCO가 보유한 Strip casting을 통한 판재 생산 기술의 결합으로 비정질 합금 판재 생산 GM, Lockheed Martin, Northrop 등 주요 수요업체의 Fe계 비정질 합금에 대한 관심 및 생산에 관련된 판재 가공기술 Know-how의 결합으로 고강도 고기능 판재 사업 진출 Strip casting 이용 Fe계 비정질 판재 공동개발 LMT 비정질 합금기술 POSCO 판재 생산기술 고강도ㆍ고기능 판재사업 New Materials & Components Research Center