In the development of superalloys, the formation of topologically close-packed (TCP) phase is a significant concern as it can negatively affect the microstructural stability and mechanical properties of single-crystal Ni-based superalloys. In order to suppress the formation of TCP phase, the Ru-containing alloys and Re-free alloys have been developed during past three decades. However, the effect of Ru addition on the TCP phase formation is still controversial, and there is a lack of understanding in the role of TCP phases on the deformation behavior. To address these issues, in this dissertation, the influence of Ru addition on the precipitation behavior of TCP phases and its underlying mechanism were investigated through atomic-scale characterizations, including atom probe tomography (APT) and transmission electron microscopy (TEM). Additionally, the role of TCP phases on the mechanical property degradation and the TCP-related deformation mechanism were examined through multi-scale mechanical testing.
니켈계 단결정 합금에서 topologically close-packed (TCP) 상의 형성은 미세조직적 안정도와 기계적 물성의 저하를 야기하기 때문에 이를 억제하는 것이 차세대 합금개발의 이슈 중에 하나로 대두되고 있다. 이에 따라 현재까지 합금설계 방향은 Ru 합금원소를 첨가하거나 Re을 줄이는 방법을 통해 TCP상의 형성을 제어하고자 진행되어 왔다. 하지만 일부 연구에서 Ru의 첨가효과에 대해 상반된 결과가 보고된 바 있어 해당효과에 대한 의문이 남아있으며, TCP상에 의한 기계적 물성 저하원인에 대한 상세한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원자 단층 분석법 및 투과전자현미경을 활용하여 Ru의 첨가가 TCP상의 형성에 미치는 영향과 원인에 대한 고찰을 진행하였다. 또한 거시적, 미시적 기계적 물성실험을 통해 TCP상에 의해 나타나는 기계적 물성의 변화와 변형기구를 규명하고자 하였다.
