• 한국항공우주학회지
• /
• 제39권1호
• /
• pp.9-15
• /
• 2011

변형률-속도에 따른 형상기억합금의 초탄성 거동 특성 변화를 실험적 그리고 수치적으로 살펴보았다. 변형률-속도를 고려한 형상기억합금의 수학 모델을 유도하였고, 형상기억합금의 실험결과를 바탕으로 변형률 속도에 따른 형상기억합금의 열-기계적 특성변화를 관찰하였다. 변형률-속도의 변화에 따라 형상기억합금 시편의 급격한 온도변화가 일어남을 확인하였고 이런 현상이 초탄성 거동 특성 변화에 큰 영향을 미침을 예측 할 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.48.1-48.1
• /
• 2009

Ti합금은 생체적합성이 우수하여 생체재료로 널리 사용되어 왔으며, 특히 Nitinol로 알려진 Ti-Ni합금은 형상기억특성 및 초탄성특성을 지녀 치열교정용 와이어나 혈관확장용 스텐트 등으로 사용되어 왔다. 최근 Ni과 같은 세포독성 합금원소의 용출가능성이 문제가 되어 Ni을 함유하지 않는 Ti합금이 주목받고 있다. 본 연구에서는 Ti-Nb-Ge 합금의 집합조직과 초탄성 및 기계적 특성의 관계를 고찰함으로써, 사용목적이나 요구특성에 부합되는 가공열처리방법을 도출하고자 하였다. 비소모전극식 진공아크용해장치를 이용하여 Ti-Nb-Ge 합금 버튼을 만들고, 이를 $1000^{\circ}C$에서 30분간 유지 후 얼음물에 급랭처리하였다. 이후 집합조직 제어를 위해 등속압연 및 이속압연의 두가지 방법으로 냉간압연한 후, $850^{\circ}C$에서 30분~2시간까지 열처리하였다. 광학현미경과 투과전자현미경을 이용하여 미세조직을 관찰하고, X-선 회절분석법을 이용하여 집합조직을 분석하였다. 또한 순환식 인장시험을 통해 시편의 초탄성 특성 및 기계적 성질을 평가하였다. 등속압연재는 {001}<110>에서 {111}<110>에 이르는 $\alpha$-fiber가 발달하는 한편, 이속압연재는 {001} 및 {111}가 발달하는 것으로 나타났다. 또한 압연방향으로 <110>이 평행한 집합조직이 발달할수록 초탄성 특성이 높게 나타났다. 이는 응력유기 마르텐사이트 변태 시 $\beta$의 <110>방향이 $\alpha$" <010>방향으로 변할 때 길이가 증가하므로, 시편에 인장방향으로 <110>이 평행한 집합조직이 발달할수록 응력유기 마르텐사이트 변태가 용이해지기 때문인 것으로 사료된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.102.1-102.1
• /
• 2012

Ti 및 Ti 합금은 치과 및 정형외과 등의 분야에서 생체재료로써 다양한 용도로 적용되고 있으며, 보다 안전하고 우수한 특성의 Ti 합금 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 Ti-Nb-Ge 합금의 초탄성 특성에 미치는 집합조직의 영향에 대해 조사하였다. 집합조직 제어를 위해 등속 및 이주속 압연을 적용한 후 $850^{\circ}C$에서 30분~2시간까지 어닐링하였다. 광학현미경과 SEM-EBSD를 이용하여 미세조직 및 집합조직을 분석하고, 순환식 인장시험을 통해 시편의 초탄성 특성을 평가하였다. 등속압연 후 어닐링한 시료의 경우 alpha-fiber 집합조직이 발달하는 한편, 이속압연 후 어닐링한 시료는 {113}// 및 {331}의 집합조직이 발달하는 것으로 나타났다. 마르텐사이트 변태에 의한 변형회복능과 집합조직 성분별 강도의 관계를 비교한 결과, alpha-fiber 집합조직이 발달할수록 변형회복능이 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.7-7
• /
• 2010

형상기억합금은 합금이 갖는 형상기억효과 및 초탄성효과 때문에 학문적으로 공업적으로 큰 흥미를 끌어왔다. 형상 기억효과는 Au-Cd 합금과 Cu-Zn 합금에서 최초로 발견되었지만 당시에는 크게 주목을 받지 못하였다. 그 후 1962년 Ti-Ni 합금에서 형상기억효과가 발견된 이래로 크게 주목을 받게 되었고, 곧바로 상용화를 위한 노력이 이어져 리벳, 열엔진, 커플링, 회로차단기 등에 적용이 시도되었다. 현재까지 약 300여종에 이르는 형상기억합금이 개발되어 있지만 형상기억효과의 안정성, 우수성, 내식성, 가공성, 내피로성, 내마모성이 우수한 Ti-Ni 합금이 가장 실용화에 적합한 합금으로 인식되고 있다. Ti-Ni합금은 1960년대에 개발되었지만 의료분야에 적용되기 시작한 것은 1980년대이고, 그 후 미국의 FDA가 Ti-Ni 합금으로 제조된 몇몇 3급(Class III) 임플란트를 인증하면서 시장규모도 폭발적으로 증가하고 있다. 일본의 경우 1980년대 초부터 Ti-Ni 합금을 치과용 임플란트로써 사용하여 왔, 독일, 중국, 러시아도 1980년대부터 임상에 적용해 왔다. 우리나라는 2004년 식약청(식품의약안정청)으로부터 제조 및 판매가 허가되어 현재 실제 임상에 적용되고 있다. 이와 같이 Ti-Ni 합금이 의료용 금속재료로서 널리 쓰이게 된 가장 근본적인 이유는 말할 나위 없이 합금이 갖는 형상기억효과 및 초탄성효과 때문이다. 본 강연에서는 Ti-Ni 합금을 의료용 금속재료의 입장에서 재조명해보고, 본 합금이 의료용 금속재료로서 어떠한 장점이 있으며, 그러한 장점을 의료분야에서 어떻게 응용하고 있는가에 대해 소개하고자 한다. 또한 의료용 Ti-Ni 합금에서 향후 개선되어야 할 요소에 대해서도 논의하고자 한다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제33권3호
• /
• pp.875-888
• /
• 2013

최근에는 초탄성 형상기억합금을 구조물 일부에 설치하여 지진과 같은 외부 충격하중으로 인해 발생되는 영구적인 소성 변형을 줄이고 자동치유가 가능한 변위제어 시스템을 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 초탄성 형상 기억합금은 상당량의 변위를 가하더라도 별도의 열처리 없이도 상온에서 단지 하중만을 제거하여도 원형으로 복원이 가능한 독특한 합성 금속재료이다. 뼈대 구조물에서 변형이 집중이 되는 부위에 기존에 사용된 강재를 대신하여 초탄성 형상기억합금을 사용한다면 시스템의 복원 효과를 극대화 시킬 수 있다. 따라서 본 연구는 내진성능이 우수한 좌굴방지 가새프레임에 초탄성 형상기억합금 소재를 접목시킨 새로운 구조 시스템을 제안하고 자 한다. 본 연구에서 제안된 구조시스템의 성능을 검증하기 위하여 현재 사용되는 설계코드를 참고하여 6층의 가새프레임 빌딩을 설계를 하고 2차원적인 유한요소 프레임 모델에 각각의 지진 위험도 레벨의 가속도 데이터를 사용하여 비선형 동적 해석을 실시하였다. 해석결과를 바탕으로 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 사용한 프레임 구조물과 기존의 가새시스템을 성능적인 측면에서 서로 비교하였다. 해석결과는 지진하중 이후에 초탄성 형상기억합금 가새시스템은 구조물에 잔류 처짐을 감소하는데 매우 효율적임을 보여주고 있다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제40권4호
• /
• pp.353-362
• /
• 2020

우리나라는 비교적 지진에 대해 안전한 지역으로 인식되고 있었다. 그러나 최근 경주와 포항에서 발생한 지진으로 인한 시설물에 상당한 피해가 발생함에 따라 이미 건축된 구조물의 유지, 보수에 관한 관심이 높아지고 있다. 따라서 기존 구조물에 적용 가능한 제진기술에 대한 관심 또한 높아지고 있다. 그러나 제진기술은 강한 지반 운동으로 인한 장치의 손상으로 인하여 성능 저하의 문제점이 있다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위해, 가새 부재에 응력을 제거함으로써 자동복원이 가능한 초탄성 형상기억합금을 적용하는 연구가 이뤄지고 있다. 따라서 본 연구에서는 초탄성 형상기억합금을 적용한 비좌굴 가새 부재를 활용하여 자동복원 프레임 구조물을 구성하고 비선형 동적 해석을 통하여 초탄성 형상기억합금의 재료적 우수성과 구조물의 내진성능을 평가 및 검증하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제43권4호
• /
• pp.413-420
• /
• 2023

지진피해 감소를 위한 내진 구조 중에서 제진 구조는 댐퍼의 간단한 적용으로 효율적으로 내진 성능을 향상시키고 경제성을 확보할 수 있는 기술이다. 그러나 기존의 댐퍼는 요구 내진 성능과 재료 소성으로 인한 내구성에 대하여 한계를 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 기본적으로 탄성 특성을 나타내는 폴리우레탄에 선행 압축을 가하고 초탄성 형상기억합금을 적용하여 복원 특성을 증진시킨 폴리우레탄 댐퍼를 제안하였다. 폴리우레탄 댐퍼의 특성을 검증하기 위하여 우선 개념을 정립하고 초탄성 형상기억합금과 강재 적용, 선행압축 크기를 설계 변수로 선정하여 설계 상세를 완성하였다. 또한, 구조 실험을 수행하여 응답 거동을 도출하여 하중 저항 성능, 잔류 변위, 회복률, 에너지 소산 능력을 분석하였다. 분석한 결과 폴리우레탄 댐퍼는 초탄성 형상기억합금 와이어를 적용하고 선행 압축이 증가하면 다양한 성능이 향상되는 결과를 나타냈다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제27권6호
• /
• pp.493-501
• /
• 2015

초탄성 형상기억합금은 상온에서 소성 범위를 초월하여 상당량의 변위를 가하더라도 하중을 제거 후에 별도의 열처리를 가하지 않더라도 원상태로 복원이 가능한 특수한 금속이다. 자동치유가 가능한 형상기억합금의 특유한 재료적인 성질로 인하여 구조물에서 변위가 집중되는 부분에 기존에 주로 사용되는 강재를 대체하여 이러한 특수 합금 재료가 널리 활용되기 시작하였다. 하지만 형상기억합금을 활용한 구조물의 기본적인 설계와 성능 검증을 하기 위해 고등적인 구조해석에 필요한 재료적인 모델의 개발과 연구의 노력이 부족하기 때문에 본 재료를 현장에서 적용하기에는 여전히 많은 제약을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 초탄성 형상기억합금의 거동을 수치해석적인 방법으로 재현이 가능한 구성적인 재료 모델의 소개와 프로그램 코딩에 대하여 다루고자 한다. 또한 본 연구에서 제시된 재료 모델의 타당성을 입증하기 위하여 수치해석적으로 재현된 물리적인 거동을 실험에서 얻어진 데이터에 비교 및 보정 작업도 수행하였다. 아울러 이러한 재료 모델로 구현된 초탄성 형상기억합금의 물리적인 물성치를 구조 해석에 적용하고 정확성을 검증하여 현장 적용의 타당성을 입증하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제49권8호
• /
• pp.661-669
• /
• 2021

종래 우주용 전장품 개발과정에서는 발사진동환경에 대한 탑재 전자소자 솔더 접합부의 피로수명 보장을 위해 기판 상에 보강재를 적용하여 강성을 증가시킴으로써 기판의 동적거동을 최소화하였다. 그러나 종래의 설계는 전장품의 부피 및 무게의 증가를 야기하여 소형/경량화 설계에 한계를 갖는다. 선행 연구에서 제안된 점탄성 테이프 기반 고댐핑 적층형 전자기판은 굽힘변위 저감을 통한 소자의 피로수명 연장에 효과적임을 입증하였으나 고댐핑 부여를 위한 적층구조가 기판에 직접 장착되는 관계로 소자 실장 공간의 효율이 저하되는 한계를 지닌다. 본 연구에서는 전장품 소형/경량/고집적화 설계 구현을 위해 일반 금속 대비 높은 댐핑과 복원 특성을 갖는 초탄성 형상기억합금에 점탄성 테이프를 적용한 적층구조의 초탄성 형상기억합금 보강재 기반 고댐핑 전자기판을 제안하였다. 제안 기판의 기본특성 파악을 위해 정하중시험 및 자유진동시험을 수행하였으며, 랜덤진동시험을 통해 진동환경 하 고댐핑 특성 및 설계 유효성을 입증하였다.

• 기계저널
• /
• 제44권6호
• /
• pp.34-39
• /
• 2004

형상기억합금(SMA : Shape Memory Alloy)은 일반적인 금속이나 합금에서는 찾아볼 수 없는 형상기억효과(shape memory effect)와 초탄성 (superelasticity) 거동을 보이고 있다. 이러한 특성은 1951년에 금-카드뮴(Au-Cd) 합금에서 처음으로 발견되었으며, 1963년에 미국 해군병기연구소(Naval Ordnance Laboratory)에서 니켈-티타늄 (Ni-Ti) 합금에서 형상기억효과를 발견한 후로 널리 상용화되었다. 니티놀(nitinol)이라고 불려지는 니켈-티타늄 계열의 형상기억합금은 단위 부피당 많은 에너지를 낼 수 있고, 내 부식성(corrosion resistance)과 생화학적 적합성(bio-compatibility)이 뛰어나다. 또한 100,000사이클 이상의 긴 사용수명을 갖기 때문에 작동기(actuator)로서 우수한 특징을 갖는다. (중략)