초내열합금이란 초고온에서 사용될 수 있도록 설계된 합금으로 훌륭한 강도와 크리프 저항성, 내산화성 및 내부식성 을 가지고 있다. 특히, 제트엔진과 같이 초고온에서 장시간 사용되는 부품을 위한 소재로 초내열합금을 사용하며, 이러한 초내열합금의 수명을 늘리기 위해서 합금의 크리프 저항성 향상에 초점을 맞추어 다양한 연구가 수행되고 있다. 기존 초내열합금의 경우 니켈 기반 혹은 코발트 기반 합금이 주류를 이루고 있으며, 주로 감마프라임이나 카바이드 등의 석출물을 통한 석출 경화가 강화기구로 사용된다. 하지만 기존의 특성 고도화를 통해 얻을 수 있는 물성 향상에는 한계가 있기 때문에 극한 조건에서 사용하기 위해서는 새로운 소재개발 패러다임이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 소재의 사용한경에서 스스로 결함을 차폐하고 회복할 수 있는 자가치유 초내열합금을 제작 및 평가했다.
이와 같은 자가치유 초내열합금의 설계로는 강도와 내산화성·내부식성을 고려하여 Co-Cr-Ti-Mo 시스템을 선택했으며 입계편석 경향 및 입계파괴 경향을 분석하여 Boron을 자가치유 원소로 선정했다. 시편은 arc melting과 drop casting을 통해 제작하였으며 석출시효 처리를 통해 합금 내부에 석출물을 생성했다. 이후 사용환경 모사 healing 열처리 특성을 확인하기 위해 EDM(Electrical discharge machining)장비를 이용하여 dogbone 시편을 만들어 tensile test와 열처리를 반복하여 물성을 측정했다.
제작한 다섯 가지 조성의 합금 시스템에 대하여 SEM image를 통해 미세구조를 확인하였으며 결과적으로 감마프라임 상분율이 4%에서 29%까지 넓은 범위로 나타나는 것을 확인했다. 각 합금 시스템에 대하여 자가치유정도를 측정해본 결과 모든 합금에서 연신율이 원소재에 비해 200% 이상으로 크게 증가했으며 특히 감마프라임 상분율이 높은 합금조성에서 원소재와 상대적으로 비교한 연신율이 두드러지게 증가한 것을 확인할 수 있었다.