• 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.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.106.2-106.2
• /
• 2012

Ti-Ni합금은 CsCl구조의 B2상, monoclinic 구조의 B19'(M)상과 rhombohedral 구조의 R상(R)이 나타난다고 알려져 있고, 이들 상의 변태에 의해 열탄성 마르텐사이트와 응력유기 마르텐사이트에 의한 형상기억효과와 초탄성 효과를 가지고 있다. 또한 Ti-Ni 합금은 우수한 형상기억특성을 가질 뿐만 아니라 생체적합성, 가공성 및 내식성 등이 뛰어나 공업분야 및 생체분야에서 폭 넓게 활용되고 있다. Ti-Ni합금의 형상기억특성은 냉간가공 후 어닐링 처리의 온도와 시간에 따른 matrix 내 Ni의 농도, 석출물의 밀도와 크기, 전위밀도와 전위주위의 응력장에 의해 영향을 받는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 Ti-Ni합금의 형상기억 특성 및 변태온도에 미치는 영향을 조사하기 위해 다양한 냉간가공률의 시료를 제작하여 다양한 온도에서 Annealing 처리를 하여 냉간가공률 및 Annealing 온도가 형상기억특성에 미치는 영향을 조사하였다. Ti-50.4 at.% Ni 합금은 진공 아크 용해로에서 용해 하였으며, 용해된 Ingot는 열간단조 및 열간 압출한 후 냉간 인발과 중간온도에서 어닐링을 반복하면서 직경 0.5mm의 선재로 만들었다. 최종적으로 제작한 선재의 냉간가공률은 9.5%, 18.2%, 34.5%, 45% 이었다. 각 시편은 5X10-5torr의 진공으로 석영관에 진공 봉입하여 각각 673K, 723K, 783K에서 1hr 열처리 하였다. 합금의 형상기억특성과 변태온도는 DSC에 의해 조사되었다. DSC 측정 결과, 냉간가공률이 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 감소하였고, 어닐링 온도가 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 증가하였다. 또한 가공률이 증가하여도 R상 변태온도는 큰 변화가 없었고, Annealing온도가 증가함에 따라 R상 변태온도는 감소하였다. 또한, 형상기억특성은 인장시험기를 이용한 정하중 열싸이클 테스트를 이용하여 평가 하였다. 냉간 가공률이 증가함에 따라 안정한 형상기억특성을 나타내었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
• /
• pp.143-143
• /
• 2003

현대 산업이 발전함에 따라 다양한 기기들의 초소형화가 급속히 진행되고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위하여 미세구동소자(Microelectromechanical system)의 개발이 많은 연구 그룹들에 의해서 이루어지고 있다. 미세구동소자에 응용을 하기 위해 개발되어지고 있는 여러 가지 소재들 중 $\ulcorner$형상기억합금 $\lrcorner$은 기존의 바이메탈이나 피에조 소자에 비하여 작동거리가 우수하기 때문에 그 가능성을 인정받고 있지만, 벌크재료는 느린 냉각속도 때문에 반응속도가 느린 단점이 있기 때문에 박막화 할 필요성이 있다. 이러한 이유로 여러 그룹들에 의해 형상기억합금의 박막화가 시도되고 있으나, 조성에 의해 특성의 변화가 심한 형상기억합금의 정밀한 조성제어가 힘들다고 알려져 있다. 몇몇 연구 그룹에서 RF magnetron sputtering법을 이용하여 Ti-Ni합금 박막을 성공적으로 제조하였다는 보고가 있지만, 타겟 조성 및 형태 등의 정밀한 제어가 필요하므로 3원 합금 박막 등을 제조할 경우에는 또 다시 타겟의 조건을 정밀하게 제어해야 할 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 산화물 박막등의 제조에 있어서 타겟 조성과 제조된 박막 조성이 잘 일치하여 조성제어가 쉽게 이루어진다고 알려져 있는 PLD법을 도입하여 형상기억합금 박막제조에 적용가능한지를 검토하는 것을 목적으로 하였다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제24권10호
• /
• pp.2461-2468
• /
• 2000

In this paper, single fiber pull-out test is used to measure the interfacial bonding shear strength of $Ti_{50}-Ni_{50}$ shape memory alloy composite with temperature. Fiber and matrix of $Ti_{50}-Ni_{50}$ shape memory alloy composite are respectively $Ti_{50}-Ni_{50}$ shape memory alloy and epoxy resin. To strengthen the interfacial bonding shear stress, various surface treatments are used. They are the hand-sanded surface treatment, the acid etched surface treatment and the silane coupled surface treatment etc.. The interfacial bonding shear strength of surface treated shape memory alloy fiber is greater than that of surface untreated shape memory alloy fiber by from 10% to 16%. It is assured that the hand-sanded surface treatment and the acid etched surface treatment are the best way to strengthen the interfacial bonding shear strength of $Ti_{50}-Ni_{50}$ shape memory composite. The best treatment condition of surface is 10% HNO$_3$ solution in the etching method to strengthen the interfacial bonding shear strength of $Ti_{50}-Ni_{50}$ shape memory alloy composite.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
• /
• 한국정밀공학회 2001년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.1097-1100
• /
• 2001

In this paper, the electro-chemical-machining characteristics of Ni-Ti Shape Memory Alloy(SMA) was investigated. From the experimental results, the optimal electro chemical machining conditions for satisfying the machining quality(fine surface & high recovery stress) might be confirmed. And it was concluded that optical electro chemical condition for Ni-Ti SMA could be obtained at approximately 100% current efficiency and high frequency pulse current.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
• /
• 한국정밀공학회 2000년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.955-958
• /
• 2000

In this paper, the electro-chemical-machining characteristics of Ni-Ti Shape Memory Alloy(SMA) was investigated. From the experimental results, the optimal electro chemical machining conditions for satisfying the machining quality(fine surface & high recovery stress)might be confirmed. And it was concluded that optical electro chemical condition for Ni-Ti SMA could be obtained at approximately 100% current efficiency and high frequency pulse current.

• 센서학회지
• /
• 제7권4호
• /
• pp.285-292
• /
• 1998

형상기억합금은 액츄에이터로서의 우수한 특성으로 인해 공학의 많은 분야에서 사용되고 있다. 그 중의 한 예로서 복합재료 구조물에 삽입되어 지능형 복합재료 구조물의 작동소재로서 유용하게 사용될 수 있다. 형상기억합금 선의 전기저항은 변형률에 대하여 큰 영향을 받는데, 이를 이용하여 형상기억합금 선을 이들 물리량에 대한 센서로 활용할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 복합재료 보에 삽입된 형상기억합금 액츄에이터의 센서로서의 활용 가능성을 연구 조사하여 이를 변위센서로 활용할 수 있음을 밝혔다.

• 한국공작기계학회:학술대회논문집
• /
• 한국공작기계학회 2001년도 추계학술대회(한국공작기계학회)
• /
• pp.75-79
• /
• 2001

In the recent years, as the research and the development of micro and precision machinery become active, the interest of micro actuators using SMA(Shape Memory Alloy) has been increased. The dynamic characteristic analysis of SMA is necessary for actuator application and many common researches report the material characteristics of SMA sufficiently. However, the research on dynamic characteristics is very deficient. In this paper, the helical spring are fabricated with NiTi SMA wire of high resistivity, The force, response speed, temperature, and displacement are measured by digital force gauge, infrared thermometer, and laser displacement sensor so that the dynamic characteristics of this SMA is analyzed. Also, bidirectional actuator was fabricated and experimented for its performance.

• 비파괴검사학회지
• /
• 제22권1호
• /
• pp.45-52
• /
• 2002

금속복합재료 (MMC) 내부에서의 강화재와 기지재사이의 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 인장잔류응력은 복합재료의 인장강도를 저하시키는 심각한 문제중의 하나이다. 따라서 본 연구에서는 TiNi/A16061 형상기억복합재료내부의 인장잔류응력의 문제를 해결하기 위하여 강화재로써 TiNi 합금을 사용하였다. TiNi 합금은 형상기억효과를 이용하여 복합재료내부에 압축잔류응력을 발생시킴으로써 인장강도를 증가시키는 역할을 한다. 복합재료내부에 압축잔류응력을 발생시키기 위하여 예변형(pre-strain)을 가하였다. 본 연구에서는 예변형의 변화에 따른 압축잔류응력의 영향을 평가하였으며 AE 기법을 이용하여 고온에서의 복합재료의 미시적 손상거동과 예변형의 영향을 평가하였다.

• 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)