Ti-Nb-Sn 합금의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 냉간압연 및 열처리의 영향

초록

Ti 합금은 기계적 성질과 생체적합성이 우수하여 치과 및 정형외과 등의 분야에서 생체재료로 다양하게 사용되고 있으며, 그 적용범위가 점차 확대되어 가고 있다. 그러나 생체재료의 생체적합성 및 생체 역학적 요구기준이 높아짐에 따라 기존의 재료보다 안전하고 우수한 특성을 갖는 Ti 합금 개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 Ti-Nb계 β-Ti 합금은 합금원소의 세포독성이 작고 탄성계수가 낮아, 많은 연구자들에 의해 주목받고 있다. 본 연구에서는 Ti-xNb-10Sn(x=25,35,45wt.%)합금의 냉간압연 및 재결정열처리 과정에 따른 미세조직, 탄성계수, 기계적 성질 변화를 조사하여, 생체재료로서 Ti-Nb-Sn계 합금의 적용가능성을 고찰하여 보았다. 플라즈마 아크 진공 용해장치(PAR)로 sponge Ti과 고순도 Nb, Sn을 용해하여 버튼형상의 합금시편을 만들어, 이를 1000℃에서 30분간 용체화처리 후 얼음물에 급냉처리한 다음, 두께감소율 85%로 냉간압연 및 850℃에서 재결정열처리하여 시편을 준비하였다. 광학현미경과 주사전자현미경(SEM)으로 미세조직을 관찰하고, X-선 회절분석기로 상분석을 실시하였다. 탄성계수는 충격시의 진동수를 측정하는 공명진동법을 사용하여 측정하였고, 인장시험을 통해 기계적 성질을 평가하였다. Nb 함량이 증가함에 따라 b상으로의 변태가 가속화됨을 확인하였으며 이와 함께 경도와 탄성계수, 인장강도 값이 증가함을 확인하였다. 이는 b상으로의 변태에 따른 a" 준안정상의 감소로 인한 것으로 확인되었으며 b상 분율이 증가할수록 취성파괴가 촉진되는 것으로 판단된다.