고엔트로피 합금은 기존의 합금과는 달리, 다종의 구성 원소가 같거나 유사한 원자비로 구성되어 있는 단상의 고용체로 정의되는 새로운 개념의 합금이다. 고엔트로피 합금의 우수한 기계적 물성은 결정 격자 내에 다종의 원소가 혼재함으로써 각 원소 간 원자 크기 차이로 인해 발생하는 심한 격자 왜곡에 기반하는 것으로 알려져 있다. 하지만 고엔트로피 합금 구조의 복잡성으로 인해 기존 합금에 비해, 강화기구를 정량적으로 분석함에 어려움이 있다. 특히 단상 BCC 구조의 TiNbZrHfTa 고엔트로피 합금은 상온과 고온에서 우수한 기계적 물성을 나타내는 것으로 알려져 있는데, 미세구조와 기계적 물성 간의 상관관계는 정성적으로만 연구되고 있다.
이에 본 연구에서는 구성 원자간 크기 불균일도(Atomic size misfit, δ)를 변수로 단상 BCC 구조 TiNbZrHfTa계 합금과 동일 합금 계 내 하위 3, 4원계 합금을 설계하여, δ 값과 격자 변형률 그리고 기계적 물성 간의 상관관계를 규명하고자 하였다.
설계된 BCC계 합금은 Arc Casting법을 이용하여 용해/주조하였고, 균질화 열처리 후 제조된 합금의 미세조직을 분석하였으며, X선 회절 분석을 통해 단상의 형성을 확인하였으며 Microhardness 분석을 통한 기계적 물성을 측정하였다.
냉간 가공 후 재결정화 하여 결정립이 미세화 된 합금의 X선 회절 패턴을 활용, 본 연구에서 설계된 BCC 합금의 장주기 격자 변형률과 단주기에서의 격자 변형률을 분석하였다.
본 연구를 통해 고엔트로피 합금의 고유한 미세구조에 대한 정량적인 분석과 기계적 물성 간의 상관관계를 규명하였으며, 합금의 강화기구에 미치는 지배적인 요인은 구성 원소의 원자 크기 차이에 의한 격자 변형률의 정도인 것을 확인할 수 있었다.