비정질 금속재료는 불규칙한 원자구조에 기인하여 높은 비강도, 탄성한계 및 내부식성, 내마모성 등 우수한 물성을 가지므로 이를 활용한 새로운 구조 소재 개발 연구가 지속적으로 이루어 지고 있다. 하지만, 비정질 합금은 항복응력 이상에서 국부적으로 형성되는 shear band 들의 급속한 전파로 인해 소성변형 거동이 거의 없이 취성 파괴가 일어난다는 단점이 있다. 이를 극복하고 연성을 향상시키기 위한 방안으로, 연질 혹은 경질의 결정성 제 2상을 비정질 기지 내에 포함시켜 이에 의해 재료 전체에 shear band 를 균일하게 형성하고 급격한 shear band 전파를 억제할 수 있는 비정질 합금 기지 복합재를 제조하는 방법이 제시되었다. 다양한 비정질 복합재 중에서 Al-Cu-TM(전이금속) 삼원계 비정질 합금은 첨가 TM 원소 종류 및 Al/Cu 분율 조절을 통해 비정질 형성능의 조절이 가능하며 FCC-Al 나노결정상 또는 준결정 I-phase를 선택적으로 석출 시킬 수 있다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 Al-Cu-TM계 비정질 합금을 설계하고 합금의 결정화 거동의 제어를 통해, 기계적 특성이 최적화된 비정질 복합재를 개발하고자 하였다. 부연하면 Al-Cu-TM 3원계 시스템은 첨가 Al/Cu 원소비를 조절해서 높은 밀도의 icosahderal short range ordering 또는 Alcluster가 분포하도록 제어가 가능하다고 알려져 있으며, 특히 SRO의 상태에 따라 열처리 시 나노스케일의 FCC-Al가 부분 석출되거나 비정질 기지가 quasicrystal로 전이되기도 한다. 따라서 조성 제어 및 열처리를 통해 합금의 원자구조를 제어하여 최종적으로 석출되는 결정상 혹은 준결정상의 분율을 조절하고, 이로 인한 복합재의 기계적 특성 변화를 규명하였다. 구체적으로, 나노압입시험을 이용한 shear band burst size 의 통계적 분석을 통해 disloation glide로 대변되는 FCC-Al 상 또는 준결정상의 소성변형 경향을 비정질 기지의 shear banding 거동과 비교함으로써 복합재의 미세구조가 합금의 intermittent deformation에 미치는 영향에 대해 체계적으로 고찰하였다. 이러한 연구를 통하여 차세대 경량구조재료로 활용가능한 Al계 비정질 합금 기지 복합재 개발을 위한 맞춤형 공정제어 가이드라인을 제시하고자 한다.
