The present invention relates to a titanium alloy exhibiting nonlinear elastic deformation and having super-high strength, ultra-low elastic modulus, and stable superelasticity, said titanium alloy comprising: niobium (Nb); zirconium (Zr); oxygen (O); the balance being
titanium (Ti); and other inevitable impurities. The present invention relates to a titanium alloy exhibiting nonlinear elastic deformation and having super-high strength, ultra-low elastic modulus, and stable superelasticity, said titanium alloy comprising: 29-33 wt.% of niobium (Nb); 5.7-9.7 wt.% of zirconium (Zr); 0.03-1.0 wt.% of oxygen (O); titanium (Ti) as the remainder; and other inevitable impurities, with respect to the whole weight of the titanium alloy. 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금Titanium alloy with nonlinear elastic deformation and ultra high strength, ultra low modulus, and stable super elastic modulus 본 발명은 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금에
관한 것이다.The present invention relates to a titanium alloy having a nonlinear elastic deformation and simultaneously having ultra high strength, ultra low elastic modulus, and stable super elastic properties. 본 발명은 1000 ㎫ 이상의 강도, 60 ㎬ 이하의 탄성계수를 가지며 동시에 산소농도(wt.%) 증가에 대한 초탄성 연신율(%) 감소의 상관계수가 -0.5 (%/wt.%) 이상인 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금에 관한 것이다.The present invention is nonlinear having a strength of 1000 MPa or more and an elastic
modulus of 60 kPa or less and a correlation coefficient of decrease in superelastic elongation (%) with respect to an increase in oxygen concentration (wt.%) Of -0.5 (% / wt.%) Or more. The present invention relates to a titanium alloy having elastic deformation and simultaneously having ultra high strength, ultra low elastic modulus, and stable super elastic properties. 본 발명은 인체에 대하여 독성이 있는 Al, V, Ni 등의 원소와, 생체 내에서 내식성이 낮은 Sn을 전혀 포함하지 않고, 인체에 무해한 Ti, Nb, Zr, O 만으로
구성되면서 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금에 관한 것이다.The present invention does not contain any elements such as Al, V, Ni, etc., which are toxic to the human body, and Sn, which has low corrosion resistance in the living body, and is composed of only Ti, Nb, Zr, and O, which are harmless to the human body, thereby providing nonlinear elastic deformation. The present invention relates to a titanium alloy having both ultra high strength, ultra low modulus and ultra elastic
properties. 본 발명은 무겁고 고융점을 갖는 Ta(용융점 온도: 3,017℃)을 포함하지 않아 용해 및 응고시 Ta 조성 불균일을 미연에 차단할 수 있으며, 가벼우면서도 대량 생산이 가능한 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금에 관한 것이다.The present invention does not contain heavy and high melting point Ta (melting point temperature: 3,017 ℃) can prevent Ta composition unevenness during melting and solidification, non-linear elastic deformation capable of light and mass production, ultra-high strength, ultra-low The present
invention relates to a titanium alloy having both elastic modulus and superelastic properties. 타이타늄 합금은 대표적인 경량금속으로 다른 소재가 가질 수 없는 특수성을 바탕으로 각 산업 분야에서 큰 부가가치를 창출하는 소재로 잘 알려져 있다. Titanium alloy is a representative lightweight metal and is known as a material that creates great added value in each industry based on the uniqueness that other materials cannot have. 즉, 타이타늄 합금은 높은 비강도 및 우수한 내식성을 가지므로 항공우주용
재료, 화학공업용 재료, 생체용 재료, 전자용품 재료, 스포츠용품 재료 등 다양한 분야에 널리 적용될 수 있다. That is, since the titanium alloy has a high specific strength and excellent corrosion resistance, it can be widely applied to various fields such as aerospace materials, chemical industry materials, biomaterials, electronic materials, sports materials. 생체용 타이타늄으로는 순수 타이타늄, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-Ni 합금 등이 사용되고 있으나 탄성계수가 인체 뼈 보다 과도하게 높아, 상대적으로 탄성계수가 낮은 골조직에는 응력이 적게 가해지는 응력차폐(stress shielding) 현상이
발생하게 되며 이로 인해 인체 시스템은 응력이 적게 가해지는 골 조직을 불필요한 부분으로 인식하여 파골세포를 활성화시켜 용해시키게 되는 문제점을 가지고 있다.Pure titanium, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, and Ti-Ni alloys are used as biotitaniums, but the elastic modulus is excessively higher than that of the human bone. Loss of stress shielding occurs, which causes the human system to recognize osteopores with less stress as unnecessary parts and to activate and dissolve osteoclasts. 또한 알루미늄(Al), 바나듐(V), 니켈(Ni) 등의 원소는 생체조직 내에서 독성이 있으므로 인체에
무해한 타이타늄(Ti), 나이오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 탄탈늄(Ta) 등의 원소로 구성된 생체 친화적인 저탄성계수 타이타늄 합금 개발이 필요하다.In addition, elements such as aluminum (Al), vanadium (V), and nickel (Ni) are toxic in biological tissues, and thus are innocuous to humans, such as titanium (Ti), niobium (Nb), zirconium (Zr), and tantalum (Ta). There is a need to develop a biocompatible low elastic modulus titanium alloy composed of such elements. 그러므로 생체 친화적인 Ti, Nb, Zr, Ta 등의 원소로 구성되면서 탄성계수가 낮은 Ti-13Nb-13Zr,
Ti-35Nb-5Ta-7Zr 등과 같은 합금들이 개발되어져 왔다.Therefore, alloys such as Ti-13Nb-13Zr and Ti-35Nb-5Ta-7Zr, which are composed of elements such as bio-friendly Ti, Nb, Zr, Ta, and have a low elastic modulus, have been developed. 그러나 일반적인 금속의 특성상 탄성계수가 낮아지면 강도 또한 낮아지게 되므로 이들 소재로 만든 부품의 경우 피로 저항성이 현저히 낮아지며, 부품의 소형화에 한계가 있어 환자에게 매우 유리한 최소침습법 시행에 한계가 있다.However, as the elastic modulus is lowered due to the characteristics of general metals, the strength is also lowered,
so that the parts made of these materials have significantly lower fatigue resistance, and there is a limit to the miniaturization of parts, which is very advantageous for patients. 또한 정형외과용 또는 치열교정용 소재의 경우 저탄성계수 및 고강도 특성과 더불어 높은 초탄성 변형율이 동시에 요구되므로 이에 대한 연구가 매우 절실하다.In addition, orthopedic or orthodontic materials require high elastic modulus at the same time as low elastic modulus and high strength characteristics, so the study is very urgent.
한편, 후술할 바와 같이 초고강도, 초저탄성계수, 초탄성 특성이 동시에 발현되는 소재는 미래산업인 플렉서블 디스플레이(flexible display)와 웨어러블 디바이스(wearable device)의 구조체 및 기타 용도로 획기적인 사용이 가능하다.Meanwhile, as will be described later, the material having both the ultra high strength, the ultra low modulus, and the super elastic modulus may be used for the structure of the flexible display, the wearable device, and other uses of the future industry. 플렉서블 디스플레이 및 웨어러블 디바이스에 사용되는 금속은 피부와 알레르기를 유발한다는 논란이 있는 Ni이 함유되지
않으면서 유연성이 극대화되어야 한다. 유연성은 크게 소재 자체의 유연성 및 구조적 유연성으로 분류할 수 있는데, 소재 자체의 유연성 향상을 위해서는 비선형적 탄성변형을 하며 안정적 초탄성 및 초저탄성계수 특성을 가지고 있어야 작은 힘으로도 쉽게 소재를 휠 수 있다. The metals used in flexible displays and wearable devices should be maximized for flexibility without the controversial Ni content that causes skin and allergies. Flexibility can be largely classified into the flexibility of the material itself and the structural flexibility.In order to improve the flexibility of the material itself,
nonlinear elastic deformation and stable super-elasticity and ultra-low elastic modulus can be used to easily bend the material with small force. . 또한 구조적 유연성은 소재의 두께가 얇을수록 향상되는데 강도가 낮을 경우 두께가 얇아지면 소재 자체의 피로 저항성이 현격히 감소하므로 고강도화가 요구된다.In addition, the structural flexibility is improved as the thickness of the material is thinner, but when the thickness is low, the fatigue resistance of the material itself is significantly reduced when the thickness is low.
그러므로 플렉서블 디스플레이 및 웨어러블 디바이스에 사용되는 금속이 가져야할 특성도 생체용 금속과 동일한 것을 알 수 있으며 상기 산업이 최첨단의 고 부가가치 산업임을 감안할 때 생체 친화적이면서, 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 갖는 타이타늄 합금의 개발은 매우 시급한 문제이다.Therefore, it can be seen that the characteristics of metals used in flexible displays and wearable devices are the same as those of biological metals. Considering that the industry is a state-of-the-art high value-added industry, it is bio-friendly, ultra high strength, ultra low elastic modulus, and
stable super elasticity. Development of a titanium alloy having a very urgent problem. 예컨대 미국 등록특허 제7261782호에서는 비선형적 탄성변형을 하며 초탄성 특성을 가지는 타이타늄 합금이 개시되어 있다.For example, US Patent No. 7261782 discloses a titanium alloy having nonlinear elastic deformation and having superelastic properties. 그러나 강도가 높아질수록 탄성계수가 급격하게 증가하는 단점이 있다.However, as the strength increases, the modulus of elasticity rapidly increases.
또한, 인체에 대하여 독성을 가지는 V을 포함하고 있어 생체용 타이타늄으로는 적용이 불가하다.In addition, since it contains V that is toxic to the human body, it is not applicable to biotitanium. 뿐만 아니라, 용융점 온도가 3,017℃로 고융점인 Ta을 포함하고 있으므로, 반복적인 용해가 필요해 제조 비용을 증가시키게 되며, Ta 조성 불균일이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.In addition, since the melting point temperature includes Ta, which has a high melting point of 3,017 ° C., repeated melting is required to increase the manufacturing cost, and there is a problem
in that Ta composition irregularities frequently occur. 한편, 미국 등록특허 제7722805호에는 초저탄성 및 초탄성 특성을 가지는 타이타늄 합금이 개시되어 있다.On the other hand, US Patent No. 7722805 discloses a titanium alloy having ultra-low elasticity and super-elastic properties. 그러나, 강도 상승을 위해 산소를 첨가할 경우 초탄성 연신율이 급격히 하락하는 단점이 있고 주요 원소인 Sn은 생체 내에서 Ti, Nb, Zr과 비교해 내식성이 현저히 낮아 Sn이 이온화될 경우 부식이 발생한다는 단점이 있다.However, when oxygen is added to increase strength, the
superelastic elongation decreases sharply, and Sn, which is a main element, is significantly lower in corrosion resistance compared to Ti, Nb, and Zr in vivo, and thus corrosion occurs when Sn is ionized. There is this. 또한 강도 향상을 위해서는 추가적인 열처리 공정이 요구되므로 복잡한 공정에 의해 제조 비용을 증가시키게 되어 바람직하지 못하다.In addition, since an additional heat treatment process is required to improve the strength, it is not preferable to increase the manufacturing cost by a complicated process. 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인체에 대하여 독성이 있는 Al, V, Ni 등의 원소와, 생체 내에서 내식성이 낮은 Sn을 포함하지 않고, 인체에 무해한 Ti, Nb, Zr, O 만으로 구성되면서 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, Ti, which does not contain elements such as Al, V, Ni, and the like, which are toxic to the human body, and Sn which has low corrosion resistance in vivo, and which is harmless to the human body. It is to provide a titanium alloy composed of only Nb, Zr, O and non-linear elastic deformation and at the same time having ultra high strength, ultra low modulus of elasticity, stable super elastic properties. 본 발명의 다른 목적은, 1000 ㎫ 이상의 강도, 60 ㎬ 이하의 탄성계수를 가지며 동시에 산소농도(wt.%) 증가에 대한 초탄성 연신율(%) 감소의 상관계수가 -0.5 (%/wt.%) 이상인 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to have a strength of 1000 MPa or more, an elastic modulus of 60 kPa or less, and at the same time, a correlation coefficient of decrease of superelastic elongation (%) with respect to increase in oxygen concentration (wt.%) Is -0.5 (% / wt.%). The present invention provides a titanium alloy having a non-linear elastic deformation that is greater than or equal to and has an ultra high strength, an ultra low elastic modulus, and a stable super elastic property. 본 발명의 또 다른 목적은, 무겁고 고융점을 갖는 Ta(용융점 온도: 3,017℃)을 포함하지 않아 용해 및 응고시 Ta 조성 불균일을 미연에 차단할 수 있으며, 가벼우면서도 대량 생산이 가능한 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금을 제공하는 것에 있다.Still another object of the present invention is not to include heavy and high melting point Ta (melting point temperature: 3,017 ° C) to prevent uneven Ta composition unevenness during dissolution and solidification, and to prevent nonlinear elastic deformation that is light and mass-produced. In addition, the present invention provides a titanium alloy having both ultra high strength, ultra low modulus of elasticity, and stable super elasticity. 상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명은 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금에 있어서, 상기 타이타늄 합금은, 나이오븀(Nb)와, 지르코늄(Zr)과 산소(O)와 잔부(殘部)인 타이타늄(Ti) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The present invention for solving the above object is a titanium alloy having a non-linear elastic deformation and at the same time have a very high strength, ultra-low elastic modulus, stable super-elastic properties, the titanium alloy is, niobium (Nb) and zirconium ( Zr), oxygen (O) and the balance of titanium (Ti) and other unavoidable impurities. 본 발명은 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금에 있어서, 상기 타이타늄 합금은, 전체 질량에 대하여 나이오븀(Nb) 29~33 질량%와, 지르코늄(Zr) 5.7~9.7 질량%와, 산소(O) 0.03~1.0 질량%와, 잔부(殘部)인 타이타늄(Ti) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The present invention is a titanium alloy having a non-linear elastic deformation and at the same time have a very high strength, ultra-low elastic modulus, stable super-elastic properties, the titanium alloy is 29 to 33 mass% of niobium (Nb) relative to the total mass, zirconium (Zr) 5.7 to 9.7% by mass, oxygen (O) 0.03 to 1.0% by mass, balance titanium (Ti) and other inevitable impurities. 상기 기타 불가피한 불순물은, 알루미늄(Al), 바나듐(V), 니켈(Ni), 주석(Sn)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 한다.The other unavoidable impurities are characterized in that they do not contain aluminum (Al), vanadium (V), nickel (Ni), or tin (Sn). 상기 타이타늄 합금은, 냉간가공 후 산소농도(wt.%) 증가에 대한 초탄성 연신율(%) 감소의 상관계수가 -0.5 (%/wt.%) 이상인 것을 특징으로 한다.The titanium alloy is characterized in that the correlation coefficient of the superelastic elongation (%) decrease with respect to the increase in oxygen concentration (wt.%) After cold working is -0.5 (% / wt.%) Or more. 상기 타이타늄 합금은, 냉간 가공 후 2.5% 이상의 초탄성 연신율을 갖는 것을 특징으로 한다.The titanium alloy is characterized by having a superelastic elongation of 2.5% or more after cold working. 상기 타이타늄 합금은, 냉간 가공 후 60㎬ 이하의 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 한다.The titanium alloy is characterized in that it has an elastic modulus of 60 Pa or less after cold working. 상기 타이타늄 합금은, 냉간 가공 후 1000㎫ 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 한다.The titanium alloy has a tensile strength of 1000 MPa or more after cold working. 상기 타이타늄 합금은, 냉간 가공 후 인장강도(MPa)를 평균 탄성계수(GPa)로 나눈 값이 0.020 이상인 것을 특징으로 한다.The titanium alloy is characterized in that the value obtained by dividing the tensile strength (MPa) by the average elastic modulus (GPa) after cold working is 0.020 or more. 상기 타이타늄 합금은, 냉간 가공 후 인장강도(MPa)를 탄성계수(GPa)로 나눈 값이 0.020 이상인 것을 특징으로 한다.The titanium alloy is characterized in that the value obtained by dividing the tensile strength (MPa) by the elastic modulus (GPa) after cold working is 0.020 or more. 본 발명에 의한 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가진 타이타늄 합금은 인체에 대하여 독성이 있는 Al, V, Ni 등의 원소와, 생체 내에서 내식성이 낮은 Sn을 전혀 포함하지 않고, 인체에 무해한 Ti, Nb, Zr, O 만으로 구성되어 있으면서도 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 이점이 있다.Titanium alloy having non-linear elastic deformation according to the present invention and having ultra high strength, ultra low modulus of elasticity, and stable super elasticity at the same time has elements such as Al, V, and Ni, which are toxic to the human body, and Sn having low corrosion resistance in vivo. It does not contain at all, and is composed of only Ti, Nb, Zr, O harmless to the human body, but also has a non-linear elastic deformation and has the advantage of having ultra-high strength, ultra-low elastic modulus, stable super-elastic properties at the same time. 그리고 본 발명은 무겁고 고융점을 갖는 Ta(용융점 온도: 3,017℃)을 포함하지 않아 가볍고, Ta 미포함으로 인해 용해 및 응고 시 Ta 조성 불균일을 미연에 차단할 수 있으며 대량 생산이 가능한 이점이 있다.In addition, the present invention is light and does not include a heavy and high melting point Ta (melting point temperature: 3,017 ℃), due to the absence of Ta can block the Ta composition unevenness during dissolution and solidification in advance, there is an advantage that can be mass-produced. 따라서 생체의료용, 플렉서블 디스블레이, 웨어러블 디바이스 이외에 항공우주, 발전 및 산업분야, 생활용품분야 등 다양한 분야에 응용이 가능한 효과를 가진다.Therefore, in addition to biomedical, flexible display, wearable device has an effect that can be applied to various fields such as aerospace, power generation and industrial fields, household goods. 그리고 본 발명은 타이타늄 합금의 전체 질량에 대하여 나이오븀(Nb) 29~33 질량%, 지르코늄(Zr) 5.7~9.7 질량%, 산소(O) 0.03~1.0 질량%, 잔부인 타이타늄(Ti) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하도록 구성함으로써 1000 ㎫ 이상의 인장강도, 60 ㎬ 이하의 탄성계수를 가지며, 냉간가공 후 산소농도(wt.%) 증가에 대한 초탄성 연신율(%) 감소의 상관계수가 -0.5 (%/wt.%) 이상인 이점이 있다.And the present invention is 29 to 33% by mass of niobium (Nb), 5.7 to 9.7% by mass of zirconium (Zr), 0.03 to 1.0% by mass of oxygen (O), the balance of titanium (Ti) and the like with respect to the total mass of the titanium alloy It has a tensile strength of 1000 MPa or more and an elastic modulus of 60 ㎬ or less by configuring it to contain unavoidable impurities, and a correlation coefficient of decrease of superelastic elongation (%) with respect to increase of oxygen concentration (wt.%) After cold working is -0.5 (% /wt.%) or more. 또한 본 발명은 저렴한 산소를 첨가하고 성형성을 향상시켜 종래의 고가 원소 첨가 및 난성형성으로 인한 가격 상승 문제를 해결할 수 있으며, 90%이상의 냉간 성형이 가능하다. In addition, the present invention can solve the price increase problem due to the addition of inexpensive oxygen and improve the moldability of the conventional high-priced elements and the difficulty of forming, it is possible to cold forming more than 90%. 도 1 은 본 발명에 의한 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금의 바람직한 실시예의 조성 및 특성을 나타낸 표.1 is a table showing the composition and characteristics of a preferred embodiment of a titanium alloy having a non-linear elastic deformation according to the present invention and having ultra high strength, ultra low modulus of elasticity, stable super elastic properties at the same time. 도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예에 대하여 인장강도를 탄성계수로 나눈 값을 비교한 그래프.Figure 2 is a graph comparing the value obtained by dividing the tensile strength by the elastic modulus for the preferred embodiment and the comparative example of the present invention. 도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예와 미국 등록특허 제7261782호(비교예 5)에 개시된 합금의 인장강도를 평균 탄성계수(탄성한계 강도의 1/2강도를 가지는 연신율에서 측정한 탄성계수)로 나눈 값을 비교한 그래프.3 is a tensile strength of the alloy disclosed in the preferred embodiment of the present invention and US Patent No. 7261782 (Comparative Example 5) as the average modulus of elasticity (elastic modulus measured at the elongation having 1/2 strength of the elastic limit strength) Graph comparing divided values. 도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예와 미국 등록특허 제7722805호(비교예 6)에 개시된 합금의 인장강도를 탄성계수로 나눈 값을 비교한 그래프.Figure 4 is a graph comparing the value obtained by dividing the tensile strength of the alloy disclosed in the preferred embodiment of the present invention and US Patent No. 7722805 (Comparative Example 6) by the elastic modulus. 도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예와 미국 등록특허 제7722805호(비교예 6)에 개시된 합금에 대하여 산소의 함량 변화에 따른 초탄성 연신율의 변화를 비교한 그래프.Figure 5 is a graph comparing the change of superelastic elongation with the change of the oxygen content for the alloy disclosed in the preferred embodiment of the present invention and US Patent No. 7722805 (Comparative Example 6). 이하 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금(이하 '타이타늄 합금'이라 칭함)에 대하여 설명한다.Hereinafter, a titanium alloy (hereinafter, referred to as a “titanium alloy”) having nonlinear elastic deformation according to the present invention and simultaneously having ultra high strength, ultra low modulus of elasticity, and stable super elastic characteristics will be described. 도 1은 본 발명에 의한 비선형적 탄성변형을 하며 초고강도, 초저탄성계수, 안정적 초탄성 특성을 동시에 가지는 타이타늄 합금의 바람직한 실시예의 조성 및 특성을 나타낸 표이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예에 대하여 인장강도를 탄성계수로 나눈 값을 비교한 그래프이다.1 is a table showing the composition and characteristics of a preferred embodiment of a titanium alloy having a non-linear elastic deformation according to the present invention and having ultra-high strength, ultra-low modulus of elasticity, stable super-elastic properties at the same time, Figure 2 is a preferred embodiment of the present invention Is a graph comparing the value obtained by dividing the tensile strength by the modulus of elasticity for 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be interpreted in the ordinary and dictionary sense, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only exemplary embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be water and variations. 도 1에 표시된 바와 같이 본 발명에 따른 타이타늄 합금의 실시예 1 내지 실시예 4는 단면감소율 90%로 냉간 가공한 것으로서, 나이오븀(Nb)과, 지르코늄(Zr)과, 산소(O) 와 잔부(殘部)인 타이타늄(Ti) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성되고, 타이타늄 합금의 전체 질량에 대하여 산소의 함량을 0.03 내지 1.0질량%의 범위 내에서 변화시킨 것이다.As shown in FIG. 1, Examples 1 to 4 of the titanium alloy according to the present invention are cold worked with a 90% cross-sectional reduction rate, and include niobium (Nb), zirconium (Zr), oxygen (O), and balance. It consists of titanium (Ti) and other unavoidable impurities, and changes the oxygen content in the range of 0.03-1.0 mass% with respect to the total mass of a titanium alloy. 그리고, 상기 타이타늄 합금에는 알루미늄(Al)과, 바나듐(V), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)이 포함되지 않도록 제한하였다.In addition, the titanium alloy was limited not to include aluminum (Al), vanadium (V), nickel (Ni), and tin (Sn). 따라서, 실시예1(Ti-31Nb-7.7Zr-0.05O합금)의 경우 1044㎫의 인장강도와, 40㎬의 탄성계수와, 30㎬의 평균탄성계수 및 3.0%의 초탄성 연신율을 갖게 된다.Therefore, Example 1 (Ti-31Nb-7.7Zr-0.05O alloy) has a tensile strength of 1044 MPa, an elastic modulus of 40 GPa, an average elastic modulus of 30 GPa, and a superelastic elongation of 3.0%. 따라서 인체 뼈와 유사한 초저탄성계수, 초고강도, 초탄성 특성이 동시에 발현됨을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the ultra-low modulus, ultra-high strength, and ultra-elastic properties similar to human bones are simultaneously expressed. 그리고, 저렴한 비용으로 얻을 수 있는 산소(O)의 함량을 증가시킴에 따라 실시예 4(Ti-31Nb-7.7Zr-0.9O 합금)의 경우 인장강도가 1307㎫ 까지 증가하였으며, 반면, 탄성계수(57GPa) 및 평균탄성계수(45GPa)는 여전히 낮은 수치를 유지하고 있음을 확인하였다.In addition, the tensile strength of Example 4 (Ti-31Nb-7.7Zr-0.9O alloy) was increased to 1307 MPa as the content of oxygen (O) that can be obtained at low cost was increased. 57 GPa) and the average modulus of elasticity (45 GPa) were still maintained low. 또한, 초탄성 연신율은 2.6%를 유지하여 산소(O) 함량을 증가시키더라도 초탄성 연신율의 저하율이 크지 않음을 확인하였다.In addition, the superelastic elongation was maintained at 2.6%, even if the oxygen (O) content is increased, it was confirmed that the decrease rate of the superelastic elongation is not large. 이하 도 2를 참조하여 바람직한 실시예의 타이타늄 합금과 비교예를 비교해본다.Hereinafter, a titanium alloy of the preferred embodiment is compared with a comparative example with reference to FIG. 2. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예에 대하여 인장강도를 탄성계수로 나눈 값을 비교한 그래프이다.Figure 2 is a graph comparing the value obtained by dividing the tensile strength by the elastic modulus for the preferred embodiment and the comparative example of the present invention. 생체용 타이타늄의 기계적 특성 적합성은 인장강도를 탄성계수로 나눈 값이 높을수록 향상되는 것으로 알려져 있으며, 비교예의 경우 냉간 가공된 실시예와 대비할 때 2배까지 차이 나는 것을 확인하였다.It is known that the suitability of the mechanical properties of the titanium for biological use is improved as the value obtained by dividing the tensile strength by the modulus of elasticity is higher. The comparative example was confirmed to be up to 2 times different from that of the cold worked example. 보다 상세하게는 비교예1(순수 Ti), 비교예2(Ti-6Al-4V), 비교예3(Ti-6Al-7Nb), 비교예4(Ti-13Nb-13Zr) 중 비교예 4가 가장 높은 0.0130을 나타내었으나, 실시예의 경우 가장 하한치를 나타낸 실시예3은 0.0215를 나타내었고, 가장 상한치를 나타낸 실시예1의 경우 0.0261를 나타내어 실시예가 비교예보다 1.6 내지 2.0배 높은 것을 확인할 수 있었다.More specifically, Comparative Example 4 of Comparative Example 1 (pure Ti), Comparative Example 2 (Ti-6Al-4V), Comparative Example 3 (Ti-6Al-7Nb), and Comparative Example 4 (Ti-13Nb-13Zr) was the most. Although it showed a high 0.0130, Example 3 showing the lowest limit in the case of the Example showed 0.0215, 0.0261 in the case of Example 1 showing the highest limit was confirmed that the Example is 1.6 to 2.0 times higher than the comparative example. 이하 첨부된 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예5(미국 등록특허 제7261782호에 개시된 조성물에 대한 실험 결과)의 비교 결과를 설명한다.Hereinafter, a comparison result between a preferred embodiment of the present invention and Comparative Example 5 (experimental results of the composition disclosed in US Pat. No. 7261782) will be described with reference to the accompanying FIG. 3. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예와 미국 등록특허 제7261782호(비교예 5)에 개시된 합금의 인장강도를 평균 탄성계수로 나눈 값을 비교한 그래프로서, 평균 탄성계수는 탄성한계 강도의 1/2 강도를 가지는 연신율에서 측정한 탄성계수를 말한다.FIG. 3 is a graph comparing the tensile strength of the alloy disclosed in U.S. Patent No. 77261782 (Comparative Example 5) divided by the average modulus of elasticity, and the average modulus of elasticity is 1 / 2 refers to the elastic modulus measured at an elongation with strength. 생체용 타이타늄의 기계적 특성 적합성은 인장강도를 평균 탄성계수로 나눈 값으로 판단할 수 있는데 이러한 값 역시 높을수록 향상된 것으로 볼 수 있다.The suitability of the mechanical properties of titanium for biological use can be determined by dividing the tensile strength by the average modulus of elasticity. 비교예 5에 기재된 다양한 조성에 대하여 모두 측정해본 결과, 가장 높은 값은 0.0212를 나타낸 반면, 냉간 가공된 실시예의 경우 0.0290~0.0348를 나타내어 비교예 5와 대비할 때 1.4배에서 1.6배까지 향상된 기계적 특성 적합성을 갖는 것을 알 수 있다.As a result of measuring all of the various compositions described in Comparative Example 5, the highest value was 0.0212, while the cold-processed Example showed 0.0290 to 0.0348, and improved mechanical property suitability from 1.4 to 1.6 times compared to Comparative Example 5 It can be seen that having. 이하 첨부된 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예6(미국 등록특허 제7722805호에 개시된 조성물에 대한 실험 결과)의 비교 결과를 설명한다.Hereinafter, a comparison result between a preferred embodiment of the present invention and Comparative Example 6 (experimental results for the composition disclosed in US Pat. No. 7722805) will be described with reference to the accompanying FIG. 4. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예와 미국 등록특허 제7722805호(비교예 6)에 개시된 합금의 인장강도(㎫)를 탄성계수(㎬)로 나눈 값을 비교한 그래프이다.4 is a graph comparing a value obtained by dividing a tensile strength (MPa) of an alloy disclosed in US Pat. No. 7722805 (Comparative Example 6) by a modulus of elasticity. 생체용 타이타늄의 기계적 특성 적합성은 인장강도를 탄성계수로 나눈 값으로 판단할 수 있으며, 이러한 값 역시 높을수록 바람직하다.The suitability of the mechanical properties of titanium for biological use can be determined by the value obtained by dividing the tensile strength by the modulus of elasticity. 비교예 6에 기재된 두 가지 조성에 대하여 모두 측정해본 결과, 가장 높은 값은 0.0202를 나타낸 반면, 냉간 가공된 실시예의 경우 0.0215 내지 0.0261을 나타내어 비교예 6보다 높은 값을 가지는 것을 알 수 있었다.As a result of measuring both compositions described in Comparative Example 6, the highest value was 0.0202, while in the cold worked example, 0.0215 to 0.0261 was found to have a higher value than Comparative Example 6. 도 5는 실시예와 비교예6에 대하여 산소함량에 따른 초탄성 연신율의 변화를 나타낸 그래프로서, 비교예 6은 산소를 첨가할수록 초탄성 연신율이 급격히 하락하여 산소농도(wt. %) 증가에 대한 초탄성 연신율(%) 감소의 상관계수가 -2.59 (%/wt. %)를 나타내었다.5 is a graph showing the change of superelastic elongation according to the oxygen content with respect to Example 6 and Comparative Example 6, Comparative Example 6 is a superelastic elongation is sharply reduced with the addition of oxygen to increase the oxygen concentration (wt.%) The correlation coefficient of hyperelastic elongation (%) reduction was -2.59 (% / wt.%). 반면 냉간 가공된 실시예의 경우 산소농도(wt. %) 증가에 대한 초탄성 연신율(%) 감소의 상관계수가 -0.45 (%/wt. %)를 나타내어 산소농도가 증가하더라도 초탄성 연신율의 감소는 거의 발생하지 않은 것을 확인하였다.On the other hand, in the cold-processed example, the correlation coefficient of the decrease of the superelastic elongation (%) with respect to the increase of the oxygen concentration (wt.%) Shows -0.45 (% / wt.%). It was confirmed that it hardly occurred. 따라서, 실시예는 저렴한 산소를 합금화하여 초저탄성계수 및 초탄성을 유지할 수 있음을 확인시켜주었으며, 비용 상승을 유발하는 추가적인 열처리를 실시하지 않더라도 초고강도화가 가능하다는 것을 알 수 있다.Therefore, the embodiment confirmed that it is possible to maintain the ultra-low modulus and super-elasticity by alloying inexpensive oxygen, it can be seen that the ultra-high strength is possible even without performing an additional heat treatment that causes an increase in cost. 결론적으로, 본 발명의 실시예에 따른 타이타늄 합금(Ti-31Nb-7.7Zr-O)은 항공우주용 재료, 화학공업용 재료, 생체용 재료, 전자용품 재료, 스포츠용품 재료 등 다양한 산업분야에서 적용 가능함을 확인하였다.In conclusion, the titanium alloy (Ti-31Nb-7.7Zr-O) according to the embodiment of the present invention can be applied to various industrial fields such as aerospace materials, chemical industry materials, biomaterials, electronic materials, and sports materials. It was confirmed. 이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and many other modifications based on the present invention may be made by those skilled in the art within the above technical scope. 본 발명은 인체에 대하여 독성이 있는 Al, V, Ni 등의 원소와, 생체 내에서 내식성이 낮은 Sn을 전혀 포함하지 않고, 인체에 무해한 Ti, Nb, Zr, O 만으로 구성되며, 1000 ㎫ 이상의 강도, 60 ㎬ 이하의 탄성계수를 가진다.The present invention comprises only Ti, Nb, Zr, O, which are harmless to the human body, containing no elements such as Al, V, and Ni, which are toxic to the human body, and Sn which has low corrosion resistance in vivo, and has an intensity of 1000 MPa or more. It has an elastic modulus of 60 60 or less. 따라서 플렉서블 디스플레이 및 웨어러블 디바이스에 사용될 수 있으며, 생체용 타이타늄으로도 적용 가능하다.Therefore, it can be used in flexible displays and wearable devices, and can also be applied to biotitanium. 또한 본 발명은 무겁고 고융점을 갖는 Ta(용융점 온도: 3,017℃)을 포함하지 않아 용해 및 응고시 Ta 조성 불균일을 미연에 차단할 수 있으며, 가벼우면서도 대량 생산이 가능하다.In addition, the present invention does not include a heavy and high melting point Ta (melting point temperature: 3,017 ℃) can prevent Ta composition unevenness during dissolution and coagulation, light and mass production is possible. Claims (9)
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