나노결정질 합금은 우수한 새로운 연자성 재료로 주목받고 있다. 다양한 나노결정질 합금의 개발이 계속되고 있으며, 최근 NANOMET이라 불리는 Fe-Si-B-P-Cu의 합금을 기반으로 연구되고 있다.
본 연구에서는 Fe-Si-B-P-Cu의 합금의 낮은 비정질 형성능을 개선하고자 Nb을 추가하고자 한다. Nb의 영향을 확인하고자 Nb의 함유량을 조절하여 실험하였다. Fe85-xSi2B8P4Cu1Nbx (x = 0, 1, 2, 3, 4) 합금 리본의 구조적, 열적 그리고 자기적 특성을 조사하였다. Nb의 추가는 우수한 비정질 형성능과 열적 특성을 보였다. 이러한 특성은 나노결정질 제작에 있어 우수한 특성의 합금을 만들기에 유리하다. 열적 특성의 결과를 기반으로 나노결정질 합금으로의 제작을 위한 열처리를 진행하였다. 더욱 미세한 Nb의 첨가에 대한 연구를 위해 Fe85-xSi2B8P4Cu1Nbx (x = 0, 0.5, 1.0, 1.5)에 대한 실험을 진행하였다. 비정질 제작 과정인 멜트 스피닝의 세부적인 조전을 설정하여 균질한 비정질을 가지는 비정질 리본을 제작하였다. 리본의 구조적, 열적 그리고 자기적 특성을 조사한 후, 열처리 과정을 통해 나노결정질 리본을 제작하였다. 다양한 분석 기기를 통해 구조적, 자기적 특성을 확인하였다.
실험 결과, Nb 함량의 증가는 첫 번째 결정화 온도를 646 K에서 701 K로 상승시켜 열적 안정성이 향상되었다. As-spun 리본에 대한 XRD 결과도 Nb 첨가로 모든 합금에서 완전 비정질 패턴을 보여줌으로써 Nb의 열적 안정성과 비정질 형성 능력을 증가시키는 역할을 시사하였다. 특성 최적화를 위해 Fe84Si2B8P4Cu1Nb1을 793 K에서 10분간 열처리를 수행하였다. 투과전자현미경을 통해 열처리된 리본에서 나노결정 α-Fe 상의 형성을 확인하였고, 2.03 T의 높은 포화자속밀도를 갖는 나노결정 미세 구조를 도출하였다.