형상기억합금

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형상기억합금

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주, 항공 분야에서의 응용은 괄목할 만하게 증가 하고 있으며, 우수한 내식성이 요구되는 화학 공업 및 식품, 의료 공업에서의 응용이 기대되는 합금이며, 새로운 적용 분야가 계속 개발되고 있는 합금이다
Ti 스폰지의 추출
Ti금속은 Ti02의 함유율을 약 92~970%로 높이는 전처리를 행한 합성 루틸(rutile)로부터 얻는다. 제조법은 우선 합성 루틸과 코크스 분말을 염화로에 넣고, 노 바닥에서 염소가스를 불어 넣어 950℃에서 반응시켜 중간 원료인 TiC14를 만든 후, 증류법으로 정련하여 화학적으로 순수한 TiC14를 만든다. 이 순수한 TiC14가스를 이용하여 금속 Ti을 만드는 방법은 Kroll법과 Hunter법이 있다.
Kroll법은 밀폐된 스테인리스강 용기 내에서 용융 Mg와 TiC14를 약 773~873℃에서 반응시켜 스폰지상의 금속 Ti을 얻는다, 이 고온 반응의 최종 산물은 Ti스폰지, MgC12및 약간의 잔류 Mg이며, 이때의 화학 반응식은 다음과 같다.
TiC14 + 2Mg → Ti + 2 MgC12
Hunter법은 TiC14를 Mg대신 Na도 환원시키는 방법이다. 이 방법의 이점은 TiC14 의 환원을 2단계로 나누어 실시하며, 첫번째 단계의 반응은 232℃의 저온에서 실시되므로 조업이 용이하다는 것이다. 첫 단계는 TiC14를 연속 환원기에 넣고 Na로 환원시켜 TiCl2와 NaCI로 만드는 것으로, 이때의 화학 반응식은 다음과 같다.
TiC14 +2Na → TiC12 + 2 NaCI
이때 반응 용기에는 교반기가 설치되어 있으며, 반응 온도(232℃)에서 아르곤가스를 이용 하여 상압보다 높게 유지시켜 준다.
두 번째 단계는 TiC12와 NaCI을 함유하는 용액을 아르곤 가스로 상압보다 높게 유지시키고 있는 소결 용기(sintering pot)속에서 추가로 투입한 Na과 1037℃이하의 온도에서 반응시키는 것으로, 이때의 화학 반응식은 다음과 같다,
TiC14 + 2Na → Ti + 2NaCI
Hunter법은 첫째 단계에서 다량의 열이 방출되므로, 둘째 단계에서는 온도를 정밀하게 제어하여야 한다. 이와 같이 정밀한 온도 제어를 하면 150mm까지의 커다란 Ti결정을 얻 을 수 있다.
한편 Til4의 열분해를 이용하여 고순도의 Ti을 얻는 방법도 있다. 이는 TiC14에 요오드를 반응시켜 Til4를 만들고, 이를 밀폐 용기 내에 넣고 통전 가열되고 있는 텅스텐이나 티타늄 필라멘트 위에 열분해에 의해 생성되는 금속 Ti이 석출되도록 하는 방법으로 순도99.99% 이상의 고순도 Ti을 얻을 수 있다. 그러나 이 방법은 대량 생산을 하는 공업적인 방법으로 적용하기에는 적합하지 않다,
Ti주괴의 제조
용융 Ti는 공기 중에서 산소 및 질소와의 반응성이 크므로, Ti스폰지에서 Ti주괴를 얻는 데에는 현재 소모 전극식 진공 아크 용해법이 널리 이용되고 있다, 이 방법은 그림 1.1에 나타낸 바와 같이 Ti스폰지를 다져서 소모용 전극(양극)으로 만든다음, 수냉되고 있는 구리 도가니(음극)사이에서 아크를 발생시켜, 전극이 용해되어 도가니에 모이므로 용탕 풀을 형성하고, 이 용탕풀은 아래 방향으로부터 응고가 진행되도록 한 것이다.
. Ti합금계와 용도
순 티탄늄에 합금원소를 첨가하려 강도 등을 향상시킨 티탄늄 합금은 세계적으로 많이 알려져 있는데 그 중에서 가장 널리 사용되고 있는 합금이 6%의 알루미늄과 4%의 바나듐을 첨가한 합금이다. JIS에서는 현재 합금과 불순물 성분을 낮게 억제한 ELI를 규정하고 있다.
강도, 내식성이 크고 가벼우므로 항공기, 선박을 비롯하여 많은 구조용 재료로 사용되고, 화학공업에서 내식성 용기 재료로도 사용된다.

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