세계에서 내마모성이 가장 높은 금속 합금 VIDEO: Engineers develop world's most wear-resistant metal alloy
세계에서 내마모성이 가장 높은 금속 합금
Engineers develop world's most wear-resistant metal alloy
새로운 백금-금 합금
고강도 강철보다 100배
다이아몬드, 사파이어와 동일한 등급 내마모성 보유
미국 샌디아 국립연구소(Sandia National Laboratories)의 연구진은 세계에서 가장 강한 내마모성을 가진 새로운 백금-금 합금을 개발했다. 이것은 고강도 강철보다 100배나 더 강해서 다이아몬드와 사파이어와 동일한 등급의 내마모성을 가진다. 이 연구는 금속 성능 향상에 근본적인 변화를 줄 수 있을 것이다.
Sandia National Laboratories researchers Michael Chandross, left, and Nic Argibay show a computer simulation used to predict the unprecedented wear resistance of their platinum-gold alloy, and an environmental tribometer used to demonstrate it. Photo by Randy Montoya, Sandia National Laboratories.
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https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=50898.php
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금속이 일반적으로 강하다고 생각되지만, 엔진과 같이 다른 금속을 반복적으로 문지르고 오일과 같은 보호 장벽이 없다면 마모되어 변형되어서 결국 부식된다. 그래서 금이나 기타 귀금속 합금을 코팅하지만, 비용이 많이 든다. 코팅을 한다고 해도 반복적으로 마찰할 경우에 마모가 된다.
사실 90% 백금과 10% 금 조합은 전혀 새로운 것이 아니다. 그러나 이번 연구진은 새로운 21세기 지식을 적용했다. 기존의 경우에는 마찰을 견딜 수 있도록 금속을 딱딱하게 해야 한다고 생각했다. 그러나 이번 연구에서는 금속이 열과 반응하는 방식이 마모와 관련이 있다는 새로운 이론을 적용했다.
기존의 연구는 입자 크기를 줄임으로써 재료의 강도를 높였다. 이번 연구진은 기계적 및 열적 안정성이 우수한 나노결정성을 가진 백금-금 합금을 만들었고, 이것은 장기간의 응력 하에서도 미세 구조가 크게 변하지 않았다. 이 백금-금 합금은 다른 백금-금 합금보다 뛰어난 열 저항성을 가지고 있고 내마모성도 백 배 더 우수했다.
백금-금 합금의 마모를 측정하는 동안에, 흑색 박막이 표면에 형성되는 것을 확인했다. 이런 박막은 윤활유와 같은 역할을 했고, 이로 인해서 내마모성이 증가했다. 다이아몬드와 같은 탄소를 제조하기 위해서는 특별한 조건이 필요하지만, 합금은 자발적으로 합성되어진다.
이번에 개발된 백금-금 합금 코팅을 타이어에 적용한다면 1 마일을 미끄러진 후에도 다 하나의 원자층만이 마모될 것이다. 따라서 이런 코팅은 항공 산업과 풍력 터빈에서부터 마이크로일렉트로닉스까지 다양한 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 그래서 적용된 부품이 더 오랫동안 사용할 수 있게 되고 더 높은 신뢰성을 가지게 될 것이다.
이 연구결과는 저널 Advanced Materials에 “Achieving Ultralow Wear with Stable Nanocrystalline Metals” 라는 제목으로 게재되었다(|https://doi.org/10.1002/adma.201802026).
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