산업기술 통합검색
- D printing 기술은 복잡한 형상의 금형 제작 혹은 부위별로 상이한 기능성을 갖는 소재의 부품제조 등을 용이하게 할 수 있는 장치이다. 장치의 기본 개념은 ink jet printing과 유사하다. 3-D printer는 상하(z방향)로 이동시킬 수 있는 분말도포용 bed와 평면(x-y방향)으로 이동하는 응집제 분사용 노즐로 구성된 장치를 컴퓨터로 제어하는 시스템으로 구성되어 있다. 이와 같은 시스템을 이용하여 얇은 분말층을 bed에 도포한 후 원하는 형상에 따라 응집제를 분사시키는 공정을 반복하여 최종의 성형체를 제조할 수 있다. 3-D printing 기술은 분말 형태의 재료라면 금속, 세라믹, 고분자재료 등에 관계없이 복잡한 형상의 성형체를 용이하게 제조할 수 있다. 따라서 분말야금을 이용하는 다품종 소량생산에 매우 적합한 급속조형 기술이라 하겠다.
1) 연구배경 쾌적한 환경을 요구하는 최근에는 소음·진동의 저감, 대기환경의 정화 및 전자파 차폐 등이 크게 요구되고 있다.일반적으로 사용되는 흡음재는 석면, glass wool 등 무기섬유와 발포우레탄, 발포스티로플 등 유기 고분자계, 발포 glas, 발포 콘크리트 등이 있는데, 내구성이 떨어지고, 화재시 유독가스 발생하거나, 분진등에 의한 환경공해등을 일으키거나,방음특성이 떨어지는 문제점이 있어, 최근 내구성과 방음성이 우수하면서 불연재인 소재가 요구되고 있다.Al발포재는 종래의 종이, polyester에 비해 강도, 내식, 내열성 우수하고,특히 전자파차폐,폐기물 재활용이 가능하여 환경보호 적인 점에서 큰 장점이 있다. 주조용 발포 알루미늄재 의제조는 수소화물로 열분해과정에서 발생된 기포를 이용하여 다공질 금속을 발포후,주조하여 생산공정 이 간편하고 가격이 저렴한 흡음재를 제조한다. 2) 연구내용 및 방법 알루미늄 합금을 용해한 후 용탕 증점재를 혼합하여 교반시켜 용탕에 적당한 점성을 부여하고, 발포제를 투입하여 발포시켜 응고, 냉각시킨후, 절단,가공,접합,조립한다. 3) 결과 및 응용 특징. 1. 초경량 : 비중이 0.2∼0.3 철의 1/3. 2. 흡음성 : 다공성 구조체로 광범위한 주파수에서 흡음 특성 3. 방음(차음)성 : 방음성 우수, 차음효과 증대가능. 4. 전자파차폐 : 10mm으로 100dB이상의 전자파차폐. 5. 가공성 : 절단, 절곡, 접착등이 가능. 6. 불연성 : 900℃이상의 순간고온에서도 형태 유지. 7. 재활용성 : 폐자재를 100% 재활용할 수 있다. 8. 열전도성 : 다공체로 방열 효과 우수.
-수평연속 주조공정은 대단면적의 주철이나 상용 Al합금 및 일부 Cu계 합금의 제조에 제한적으로 적용되고 있슴.-특히 소단면적 선재나 판재를 연속주조함으로써 높은 냉각속도에 의해 미세조직의 제어가 용이한 것으로 알려진 Al-Si합금의 주조법은 수평연속주조공정을 개발한 Shotic사에서 관련기술의 판매나 공개를 제한하는 기술이기 때문에 Al-Si합금 수평연속주조기술은 전혀 파급되지 않고 있슴.공정조성이 12.5% Si인 Al-Si합금은 과공정조성의 경우 조직내에 분포하는 경질의 초정Si 입자로 인해 우수한 내마멸성과 높은 비강도를 나타낼 뿐 아니라 Si함량의 증가에 따라 열팽창계수가 감소하는 주철의 열팽창계수에 접근하기 때문에 철계재료를 대체하여 자동차를 경량화시킬 수 있는 가장 유망한 재료임.
Al-Fe계 고온용 Al 자체 개발합금인 Al-Fe-V-Si-Ti, Al-Fe-V-Si-Ti-W, Al-Fe- V-Si-W 세 합금 모두 기존 고온 Al 합금중 가장 물성이 우수한 Al8009 합금보다 상온 및 고온 기계적 성질이 우수하다. 특히 세 합금중 Al-Fe-V-Si-Ti-W 합금이 가장 우수한 상온 및 고온 기계적 성질을 보였으며, Al8009 합금보다는 약 100MPa 정도가 향상된 상온 인장강도를 나타내었다. 개발 합금의 미세조직을 관찰한 결과 미세한 Al12(Fe,V)3Si 분상상이 조직내에 균일하게 분포하여 강화상으로 작용하였으며, Al-Fe-V-Si-Ti-W 합금의 경우 분산상의 크기가 세 합금 중 가장 미세하여 우수한 기계적 성질을 보였다. 또한 고온 노출후 Al-Fe-V-Si-Ti-W 합금의 분산상의 조대화 정도가 가장 낮아 이 합금의 고온 물성이 가장 뛰어났다. 따라서 합금원소 Ti 첨가로 인한 분산상의 미세화와 W에 의한 분산상의 열적 안정성의 향상으로 인하여 Al-Fe-V-Si-Ti-W 합금의 상온 및 고온 물성이 뛰어난 것으로 분석되었다. 아울러 기존의 고온용 알루미늄 합금의 제조시 급냉응고를 이용한 경우 as-cast 미세조직 중에서 미세한 Zone A의 미세조직을 갖는 재료를 압출 등의 2차 성형공정을 거치는 것이 우수한 물성을 얻기 위한 방법으로 제시되었으나, 본 연구결과 오히려 zone A 미세조직의 재료보다는 zone A + zone B 미세조직을 갖는 재료를 이용하여 2차 성형하였을 경우 보다 우수한 물성을 보이고 있어, 고온용 알루미늄 합금계에서는 가장 우수한 물성을 보이는 특정한 분말 크기 혹은 리본의 두께가 있음을 알 수 있었다. 또한, 본연구에서 개발된 Al-Si계 합금인 Al-Si-Fe-Ti와 Al-Si-Fe-V 합금은 미세한 Si입자와 δ상(AlFeSi 화합물)이 미세조직내에 균일하게 분포하여 내마모성을 향상시켰으며 Ti이 첨가된 합금의 경우는 ceramic이 첨가된 Showa 제품과 같은 정도의 우수한 내마모성을 보였다.
무전해 도금은 전기를 이용하지 않고 용액 중에서 환원제에 의한 금속의 환원을 도금을 하려고 하는 기지 상에서 일어나게 함으로써 도금을 하는 기술이다. 무전해도금은 전기가 필요 없으며, 부도체 위에 도금이 가능하고, 전류밀도의 영향이 없으므로 균일한 두께의 도금 층을 얻을 수 있으며 복잡한 형상의 도금이 가능한 장점이 있다. 은은 가장 전도도가 높은 금속이므로 은을 저렴한 기지 상에 도금시 높은 전도도의 재료를 경제적으로 얻을 수 있다. 본 연구에서는 전기적 접촉이 어려운 텅스텐 분말상에 무전해 은도금을 실시하였다. 무전해 도금 방법은 텅스텐 분말 기지 상에 환원제를 흡착시킨 후 억제제가 첨가된 은도금액을 서서히 접촉시키어 표면에 고른 은도금 층을 얻었다. 조직사진 관찰과 중량분석법을 통하여 용액중의 모든 은이 텅스텐 표면에 도금되었음을 알 수 있었다.
급냉응고 7××× Al 합금 개발 천이금속을 첨가한 7090 알루미늄 합금을 atomize 법과 single roll 법을 조합한 급냉응고법에 의해 splat flake 를 제조하였다. 그리고 이들 flake를 냉간 압축 → 탈가스 → 열간압율(수축율 25:1) 를 통해 P/M)Powder Metallurgy) 재로 만들었다. 급냉된 splat flake 은 초정과 공정화합물의 셀상조직(cellularstructure)들이었다. 이들 공정화합들이 flake 와 P/M 재 에 미세하게 분포되어 있어 경도를 증가시켰다. 이 합금에서 Mn 은 천이 금속을 첨가한 7090 Al 합금에서 가장 고 강도화에 효율적으로 나타났다. 6 wt% Mn 을 첨가한 P/M 재는 우수한 재료특성을 나타내어 비탄성율, 비강도가 실온부근에서는 Ti 합금보다 높게 나타났다. Ti-Ni/Al 복합재료 개발 본 실험에 사용한 시험편은 직경이 0.3, 0.5. 0.7 mm 인 Ti-50.2at.% Ni을 체적비를 5, 10 및 15Vi 으로하여 80MPa 의 응력하에서 473K 의 온도로 가압 주조하여 제조하였다. 광학현미경으로 미세조직을 관찰하였으며, 계면반응을 SEM-EDS 로 분석하였다. 주방조직보다 형상기억 열처리한 시험편의 grain size 가 작았으며 Vf 이 증가할수록 크기가 감소하였다. 본 실험에 있어서는 형상기억 열처리를 한 경우 Al 이 Al-Ni wire 로으 확산이 있었다. 353K 에서 인장으로 행한 결과 형상기억합금의 회복력에 의한 압축응력이 발생하였으며, Ti-Ni wire 의 직경이 증가할수록 복합재료의 강도 및 연신율이 증가하였다.
-Al 합금 재료는 일반적으로 가볍고, 연질이며, 우수한 가공성 등의 특징이 있어서 넓은 영역에 걸쳐 광범위하게 이용되고 있으며 향후 고도화 시회로의 이행에 의해 각종 민생용 기기나 산업용 기기에 대해 경량재료의 요구가 더욱 높아질 것으로 예상됨에 따라 그 이용의 다변화가 기대된다. 그러나 Al 합금재료는 부품으로 사용되는 경우 강도 및 내마모성이 나빠서 표면이 손상되기 쉬운 단점이 있다. 그래서 이를 보완하기 위해 종래에는 각종 도금법, 경질 Alumite처리, 이온 주입법, 확산침투법 등의 방법을 이용한 표면경화기술이 이용되어 왔다. 그러나 이러한 방법에 의해 형성된 경화층의 경우 두께가 수십㎛ - 수백㎛ 정도의 박막 경화층밖에 형성할 수 없었다. 따라서 고온, 대하중 및 면압하중을 받는 상태에서는 이러한 박막경하층의 경우 강도 및 내마모성이 충분하지 못하므로 경화층이 변형되거나 박리 및 파괴가 일어나는 등의 문제점이 발생한다. 따라서 변형 및 박리 되지 않는 수 mm 두께의 후막경화층의 형성이 요구되고 있으며, 이와 같은 후막 표면경화층을 형성시키기 위한 기술로서 Electron Beam, Laser Beam, Plasma Arc 등의 열원을 이용한 표면용융 복합합금화법의 개발이 절실히 요구되고 있다. 만약 이러한 후막 경화층 형성기술을 이용하여 Al 합금 표면에 강도 및 내마모성, 내열성 등이 우수한 후막 표면경화층을 형성할 수 있다면 Al 합금의 활용 범위는 크게 넓어질 것이다. 따라서 본 연구에서는 plasma transferred arc(PTA) 분체 육성법을 이용하여 Al 합금 재료에 금속 분말 또는 세라믹스 분말을 첨가하여 강도 및 내마모성이 우수한 후막 표면경화층을 형성하였으며, 이러한 후막경화층의 공업적 적용 가능성을 알아보고자 현재 실제 상용 자동차에 쓰이고 있는 자동차 piston top ring groove에 응용하였다. 이러한 후막 표면 경화기술의 개발은 앞으로 신제품의 수명연장, 강도 및 내마모성 향상, 가격절감, 수입대체효과 및 수출향상 등의 측면에서 향후 그 전망이 기대된다.
최근 반도체 산업의 급속한 발달로 인하여 단위 면적당 집적되는 트랜지스터의 수가 기하급수적으로 증가됨에 따라 동작중 발생 열에 의한 오동작과 장시간 사용에 의한 신뢰성 저하에 대한 대책이 시급한 상황이다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 금속이 텅스텐-구리 합금으로써 이 합금은 세라믹 재질과 열팽창 계수가 비슷하고 방열 능력이 뛰어나 반도체 소자의 열흡수재로서 최적의 금속으로 알려져있다. 또한 텅스텐-구리 합금은 높은 강도를 갖는 텅스텐, 우수한 열 및 전기전도도를 보이는 구리의 특성을 모두 유지하는 최첨단 합금으로써 반도체 방열 재료 이외에도 전기 접점 재료나 고강도 부품, 내부식 재료, 그리고 고압 금속 필터 등에도 응용이 가능한 각광 받는 재료이다. 그러나 텅스텐은 융점이 매우 높고 강도가 높은 반면 구리는 융점이 낮고 강도가 낮아 두 금속을 합성하는 기술은 매우 어려운 기술로 알려져 있다. 본 연구에서는 수소와 아르곤 기체를 이용하는 유동층 환원 장치를 이용하여 머리카락 두께의 백분의 일정도의 미세한 텅스텐 분말에 구리를 균일하게 코팅시키는 유동층 분말 코팅법을 개발하였다. 구리가 균일하게 코팅된 텅스텐 분말을 이용하면 기존의 공정 시간인 수시간에서 1시간 이내로 소결 시간을 대폭 단축함은 물론 소결온도 또한 1300℃ 이상에서 1200℃ 이하로 감소시켜 경제성을 월등히 향상시켰다. 이러한 기술로 얻어진 텅스텐-구리 합금은 그 특성 또한 기존의 방법으로 형성된 합금에 비해 월등히 우수했는데, 전자 주사 현미경을 이용하여 내부조직을 관찰해보면 미세한 텅스텐 분말 사이사이에 구리가 균일하게 침투되어 있고 1200℃에서 10분 이내의 액상 소결만으로도 이론 밀도에 가까운 충진율을 얻을 수 있었으며 높은 충진율로 인해 강도가 높은 우수한 특성을 보이고 있다. (특허등록번호:93-21688)
여러 가지의 다양한 공구소재 중 현재 범용으로 가장 널리 사용되고 있는 고속도공구강은 국내제조기술이 선진국 수준에 훨씬 못미처 생산이 제대로 이루어지지 않고, 특히 고급고속도공구강은 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 본 연구원에서는 지난 2년간의 분말고속도공구강의 연구개발결과를 바탕으로 앞으로의 지속적인 연구개발을 통해 경제규모의 양산기술을 확립하여 지금가지 수입에 의존해 오던 각종 분말고속도공구강제품 및 소재의 수입대체를 목적으로 본 연구를 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다. 분말제조에 있어서는 서로 다른 4종류의 가스분사다이를 자체 설계 및 제작하여 시제품분말제조에 의해 그 특성을 평가한 결과 제조된 분말은 적절한 분말제조조건하에서는 기존 수입분말과 동등 혹은 우수한 특성을 가졌다. Hip에 의한 Billet제조분야에 있어서는 Anval 30고속도공구강분말을 이용한 100kg급 중형 빌렛제조공정을 확립하였다. 제조된 HIP빌렛의 열간압연은 가열온도 1100-1150℃ 범위가 적절하였으며 열간압연 및 Swaging에 의해 Endmill용 소재로 최종 φ16.7mm의 봉재를 성공적으로 제조하였다. 봉재의 총격치 및 경도는 ASP30소재와 비슷한 수준을 나타냈으며 시제품봉재로 제작된 Endmill의 절삭내마모성은 ASP30 수입소재로 제작된 Endmill보다 실험실용 빌렛인 경우 우수하였지만 소형빌렛인 경우 다소 열세로 나타났다.
-보다 우수한 나노조직의 재료의 개발에 대해서 국내에서도 그 필요성이 인식되어 많은 대학과 연구소 및 기업체들이 활발히 연구를 전개하고 있다. 이에 맞추어서 본 연구에서는 세계적으로 이 분야에서 새롭게 시도되는 재료 합성 프로세스 기술 이라고 할 수 있는 초음속 플라즈마 입자퇴적 에의한 나노조직의 재료합성 프로세스를 세라믹스의 막합성 에 적용하는 프로세스 이다. 노즐팽창을 이용한 나노미립자의 플라즈마합성, 합성된 미립자의 초음속 충격퇴적 이 핵심이 되는 본 프로세스에의해 나노입자생성그대로를 나노 조직의 재료합성으로 가능케하여 실험실단계에서 산업적인 단계로 끌어올릴 수 있는 차세대 방법으로서 기대할 수 있다. 이 방식이 기계적 재료에 적용될 때 한층 진일보된 고강도,고경도,고인성 등 우수한 물성을 갖는 재료를 개발할 수 있을 것으로 기대되며, 기능 재료 (또는 경사 기능재료)에 적용될때 전자적 특성, 자기적특성 및 광학적 특성을 포함한 모든분야에 있어서 기존재료보다 우수한 물성치를 갖는 재료를 개발하는 데에 지대한 도움이 될 것으로 기대된다.
가스터빈용 핵심 부품의 주종을 이루고 있는 초내열 합금 부품에 대한 제조기술 확립과 부품의 응용 개발을 통해 현재 낙후된 국내 초내열 합금 관련 기술을 발전시키고 국내 초내열 합금 관련 소재 산업을 활성화 시키기 위해 가스터빈의 효율에 가장 중요한 터빈 블레이드 제조기술 개발과 새로운 초내열 합금의 설계 및 개발을 수행했으며 가스 터빈 부품의 수명 향상 등에 필수적인 코팅기술 등의 개발을 수행했다. 더불어 이러한 합금의 고온 강도를 더욱 늘리기 위해 ODS MA합금 개발 및 이의 응용기술을 개발하기 위한 연구를 수행했으며, 선박 엔진용 초내열 합금의 단조기술 개발 및 용접 특성 연구를 통해 선박 엔진용 밸브 개발을 위한 연구도 병행하여 수행하였다.1. 가스 터빈용 터빈 블레이드 제조기술 개발 1, 2차년도에서 연구한 결과를 분석, 문제점을 보완하고 세라믹 코어 개발, 시제품 제작 및 특성 분석을 통해 중공형 다결정 터빈 블레이드 제조의 최적 공정조건 선정, 2단계 대비 연구 수행2. 초내열 합금 설계 및 개발 새로운 후보합금 설계 및 미량원소 조절법과 각 원소별 회수율 등을 확립하였고 후보 합금들의 고온 기계적 특성조사와 주조성 시험을 수행하였다.3. 가스 터빈용 터빈 부품제조에 필수적인 초청정 내열합금 제조 및 코팅기술개발 코팅의 기구 규명 및 구체적인 작업조건의 확립을 위한 코팅층 분석과 3차원 형태의 시편에 대한 코팅을 위한 자동화 공정 연구 개발 및 이를 이용한 실부품에 대한 코팅 작업 수행4. 초내역 ODS MA 합금 설계 및 응용 INCO사의 Alloy 92에 대한 연구를 통하여 새로운 합금을 개발하였으며 이들 합금에 대한 최적 열처리 공정 연구 및 결정립계 형상비와 초기 압출재의 미세 조직 사이의 관계 연구를 통한 합금 특성 개선5. 초내열 합금 단조품 개발 초내열 합금 및 내열강의 마찰 압접 및 압접부의 기계적 특성 조사와 압접부의 후열처리를 통한 특성 향상 방법 모색
최근에 개발된 고성능 가스터빈 및 제트엔진의 터빈 블레이드로 사용되는 중공형 터빈블레이드의 국산화 개발을 위한 제조공정과 소재특성연구를 수행하였으며 그 내용은 다음과 같다.가스터빈의 핵심부품인 터빈블레이드 제조기술 개발에 필요한 요소기술의 국내개발 - Ceramic Core 사출, 성형, 소성 기술 개발 - Ceramic Core 함유 왁스모형 사출, 주조방안, 주형기술 - 진공정밀주조기술개발 및 Ceramic Core 제거, 후처리 기술 개발 초내열합금 특성 연구 - 열처리에 따른 초내열합금 특성개선 - 단결정응고 및 단결정 초내열합금 특성연구 터빈 블레이드 주조시 컴퓨터를 통한 응고 해석 단결정 주조용 Ceramic Mold 개발러시아 초내열합금 기술의 국내 산업에 활용
최근들어 환경문제에 대한 인식이 증대하고, 1992년 CAFE 법안, 1994년 기후변화협약 등의 법적인 제제조치 등에 따라 화석연료 사용 저감이 수송기기 산업의 주요 당면과제로 대두되고 있으며, 이에 따라 자동차 업계에서는 현재 사용되고 있는 화석연료의 연비향상 혹은 대체 에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 연비향상을 위해서는 경량화가 가장 중요한 잇슈로 인식되고 있으며, 차세대 대체에너지로 인식되고 있는 전기에너지를 사용할 경우 자체의 경량화가 필수적인 것으로 인식되고 있다. 또한 사용자는 고효율 (높은 연비)와 안정성을 요구하고 있다. 현재 각 자동차업체에서는 안정성의 향상을 위해 더 많은 부품을 요구하고 있어 오히려 연비를 저하시키고 있으나, 경량소재를 사용할 경우 안정성과 동시에 고효율이라는 요구조건을 만족시킬 수 있어, 경량 신소재 개발은 필수적이라 할 수 있다. 현재까지 개발된 경량소재의 경우, 알루미늄 합금의 경우 사용온도가 150℃ 이하로 제한되어 있으며, Ti 합금의 경우 높은 가격과 높은 비중으로 인해 그 사용이 제한되고 있다. 본 연구에서는 급냉응고/분말야금법을 이용하고, 합금설계를 통하여, 최고 사용온도 400℃의 고온용 알루미늄 합금 개발을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 현재까지 각국의 고온용 알루미늄 합금 개발 결과를 토대로 가장 우수한 성질의 Al8009 (FVS0812; Al-Fe-V-Si 계 합금)을 토대로 Ti, W 등의 합금원소를 첨가하여 분산상의 고온 안정성을 꾀하고, 제조공정을 개발함으로써 결정립 미세화를 통하여, Ti 합금에 비해 비강도 (강도/밀도), 비강성 (강성/밀도)이 높은 합금을 개발하였다.개발된 합금으로 자동차 엔진 경량화를 위해 흡기밸브 (intake valve), spring retainer 등에 적용하여 실차시험을 수행하였으며, 기존 steel 소재 대비 24.8%의 경량화화 함께 jump bounce 발생 RPM이 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 아울러, 경량소재를 채택함으로써 구동 torque의 감소에 따라 연비의 향상이 기대되고 있어, 향후 더 많은 부품에의 적용이 가능할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 니켈기 보통 주조 초내열합금에 대하여 대상 합금계를 선정하고, 원료금속을 이용하여 진공 용해한 후 정밀주조를 거쳐 부품제조까지 모든 제조겅정을 순수한 국내의 기술로 진행시킴으로써 블레이드 제조과정에서 발생하는 각종 노우하우에 대한 보다 구체적인 데이터를 축적하고, 선진국으로부터 보다 효율적인 기술 도입 뿐만 아니라, 궁극적으로 순수한 국내기술로서 가스터빈 블레이드를 제조할 수 있는 기반을 확립하는데 그 의의가 있다. 후보합금으로 선정한 6개의 합금 중에서 합금 C의 크립파단 수명이 세계 최강의 특성을 가지고 있는 것으로 판명되어 외국특허를 출원할 준비를 하고 있으며, 고온 인장시험, 열처리에 의한 미세조직 변화와 분석, 반복산화시험, 고온 압축시험 등을 통하여 합금 C의 우수성을 확인할 수 있었다. 이 합금은 연신율이 기존의 주조합금과 비슷한 수준이며, 각종 고온 특성이 여타 합금에 비하여 월등하므로 블레이드 재료뿐만 아니라, 극심한 산화분위기 혹은 고온에서 사용하는 각종 밸브재료로서 사용이 가능할 것으로 판단된다.
열간압연용롤 재료로 고속도강이 개발되어 실제 조업에 이용되고 있다. 실제 열간 압연 조업에 있어서 롤의 표면 온도는 약 600℃까지 상승하고, 압연공정시 냉각수를 사용하므로 롤의 표면에서는 수증기 분위기하에서의 산화가 일어나게 된다. 본 연구에서는 실제 조업온도인 600℃에서 산소 1기압, 그리고 실제 조업조건과 유사한 수증기 분위기하에서의 고속도강의 표면 산화실험을 행하였다. 산소분위기에서는 고속도강은 기지인 Fe뿐만 아니라 탄화물도 산화가 일어나며 탄화물의 산화가 기지의 산화보다 활발하게 이루어진다. 따라서 탄화물의 산화물과 기지사이가 취약해질것으로 예상된다. 그러나 수증기분위기 하에서는 고속도강은 표면 전체에서 균일하게 산화가 일어나지 않는다. 탄화물은 산화되지 않고 기지만 산화되며, 산화시간이 증가함에 따라 기지의 산화물이 탄화물을 덮어가는 양상을 보인다. 산화막은 Fe3O4와 Fe2O3였으며 접착력이 약한 성긴부분과 치밀한 부분의 두층을 이루고 있다. 성긴 부분에서는 XRD결과 Fe3O4와 Fe2O3가 함께 관찰되나 치밀한 부분에서는 Fe3O4만 관찰되었다.
알루미늄 튜브 내벽의 코팅 - 사용온도범위 : -10 ∼ 50℃ , Withstand pH 8 ∼ pH 11tube의 수명 연장, 내부식성 코팅에 의한 제품의 품질보호 향상, 휘발성분의 휘발 방지 및 변질 방지, 중금속 오염 방지 기능 (의약품의 경우), 제조공정이 복잡함.
급증하는 에너지 소비에 따른 전력 및 석유화학산업의 대규모 설비확장과 도시 쓰레기의 증가에 따른 쓰레기 소각로 등의 건설 등에 따라, 이들 설비의 극심한 부식환경에서 견딜 수 있는 초내식성 스테인리스강의 수요가 날로 증가하고 있으며, 이들 초내식성 강 중 특히 이상(α+γ) 스테인리스강은 우수한 가공성 및 인성을 가지는 오스테나이트(γ)와 우수한 내식성 및 강도를 제공하는 페라이트(α)상이 약 50:50 정도로 구성되어 있어, 강도가 기존의 오스테나이트 스테인리스강에 비해 2배 정도 높고 국부부식 및 응력부식에 대한 저항성이 우수하여 최근 매우 각광받고 있는 내식재료이다. 현재 상용화 되어있는 이상 스테인리스강은 초내식성 이상 스테인리스강(2507)은 25Cr, 7Ni, 2-4Mo, 0.2-0.3N을 기본 조성으로 하고 있다. 이중 특히 Mo은 이 합금계의 국부부식 및 응력부식에 대한 저항성을 향상 시키는 원소로 첨가되고 있으나, 600 - 1000 ℃의 고온에서 노출시 시그마(σ)상을 형성시켜 재료를 취화시키는 단점을 가지고 있다. 이러한 취약한 상의 형성을 막기 위하여, 이상 스테인리스강의 제조 시에는 급속냉각 방식을 택하고 있으나, 이러한 급속냉각의 효과가 내부까지 미치지 못하는 대형 주조품, 단조품, 봉재등의 생산이 곤란하다. 따라서, 최근에는 이러한 Mo를 일부 다른 원소(특히, W)로 대체하고자 하는 연구가 몇몇 국가에서 진행되고 있다. 이번에 한국과학기술원의 부식 및 표면처리 실험실에서는 고 크롬 이상 스테인리스강에서 Mo를 일부 W으로 대체하여 시그마상의 형성으로 인한 내취화성을 대폭 향상시키고 국부부식 저항성을 높인 새로운 조성의 이상 스테인리스강을 개발하였다. W 함유 이상 스테인리스강의 우수한 부식 특성 및 내취화성 이번에 개발된 강은 Fe를 기지로 하여 25Cr, 7Ni, 3W, 1.5Mo, 0.25N의 조성을 갖는 이상 스테인리스강으로서 850 ℃의 고온에서의 시그마상의 형성속도가 기존의 Mo함유 스테인리스강에 비해 현저히 낮았다. 또한, 80 ℃, 4M NaCl 용액에서 핏팅전위값이 758 mV(SCE)로서 기존의 2507에 비해 200 mV이상 높아 매우 높은 국부부식 저항성을 나타내었다. 한편, 35 %, 비등 MgCl2 용액(127 ℃)에서도 응력부식이 일어나지 않음으로써, 매우 높은 응력부식 저항성을 보여 주었다. 한편 850 ℃에서의 시효처리시의 시그마상의 형성속도에 있어서도, 2507 강에서는 시그마상의 형성으로 인한 기계적 성질의 감소현상이 매우 빠르게 일어나는 반면에, 2507W강의 경우 시그마상의 형성속도가 상대적으로 매우 느리므로, 기계적 성질의 퇴화도 느리게 일어나는 것으로 나타났다. W 함유 스테인리스강의 우수한 용접성 W이 첨가된 2507 W 합금의 경우 오스테나이트 분율의 증가, 그에 따른 입내 석출상 감소, 페라이트 결정립 미세화 효과에 의해 용접 모사 후의 용접열영향부에서 2507 강에 비해 높은 충격 인성치를 나타내었다. 앞으로의 전망 따라서, 이번에 개발된 초내식성 고강도의 이상 스테인리스강은 고온에서의 취화를 현상을 현저히 낮추어, 대형 주조물이나 봉재등의 생산이 가능하고, 또한 국부부식 저항성도 기존의 이상 스테인리스강에 비해 뛰어나며, 용접성도 상대적으로 우수한 것으로 나타나 현재 국내의 전력 및 석유화학산업의 구조용 재료로 사용되고 있는 오스테나이트 강을 대체하고 또한, 앞으로 건설될 도시 쓰레기 소각로 탈황설비 등의 구조 재료로 널리 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
새로운 산화 화합물 Ln3Ba5Co4O15 (Ln= Nd, Pr, Sm)을 고상 합성법에 의하여 1250℃에서 합성하고 분말 X-선 회절법에 의하여 얻은 테이터를 이용하여 Rietveld Method로 그 결정구조를 분석하였다. 출발 모델은 Nd3.4Ba4.4Co2.2Al1.8O15 구조 였으며 결정 시스템은 hexagonal, P63mc, a=11.632(1), c=6.849(1), V=802.5(1)Å 로 나타났다.결정구조의 특징은 단위포 내에 CoVICoIV3O15 cluster 가 Ln 과 Ba를 사이에 두고 연결되어 있으며 이 cluster에서 CoVI octahedron 은 3개의 CoVI tetrahedron과 corner sharing을 한다. Ln과 Ba site 사이에 solid solution range가 존재하며 Fe 이나 Mn도 Co 부분적으로 치환될 수 있다. 현재 Fe 치환 실험이 진행중이며 이 경우 자성재료로 응용이 가능 할 것으로 기대된다.
재료에 전류를 가함으로써 냉각이 가능한 Peltier 효과를 나타내는 열전재료는 전자냉각 분야에 응용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 전자냉각소자는 열응답 감도가 높고 선택적 냉각이 가능하며 작동부분이 없어 구조가 간단하기 때문에, CCD 촬상소자, IR 센서, 고출력 power transistor, 광통신용 LD 모듈과 같은 전자부품의 냉각에 사용되고 있다. 또한 전자냉각소자는 자동차용 냉장박스, 냉정수기, 김치 저장고 등에 실용화되고 있으며, DNA 배양기, 혈액 보관조, 항온조와 같은 과학장비나 반도체 에칭용액 chiller 등과 같은 산업용 장비에 응용되고 있다. 전자냉각 모듈의 성능은 모듈을 구성하고 있는 p형 및 n형 열전재료의 Seebeck 계수 , 전기비저항 및 열전도도 로 표시되는 성능지수 (Z = 2/)에 의존하며, 열전재료의 성능지수가 증가할수록 전자냉각 모듈의 에너지 변환효율이 증가한다. 현재 전자냉각소자의 제조에는 일방향 응고법으로 성장시킨 Bi2Te3계 단결정 열전재료가 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 Bi2Te3계 단결정 열전재료는 성능지수는 우수하나 기계적으로 취약하여 소자가공시 수율 저하가 문제가 되고 있어, 최근 기계적 강도가 향상된 다결정 열전재료의 제조공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구실에서는 기계적 합금화 공정을 이용하여 Bi2Te3계 다결정 열전재료의 제조공정 개발에 관한 연구를 진행중에 있다. 기계적 합금화 공정은 상온공정이기 때문에 기존의 다결정 열전재료 제조공정인 "용해/분쇄"법과 비교하여 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 기존의 "용해/분쇄"법으로 제조한 p형 Bi2Te3계 다결정 열전재료의 성능지수가 ∼2.8 × 10-3/K 인데 반해, 본 연구실에서는 성능지수가 3.3 × 10-3/K로 매우 우수한 p형 (Bi0.2Sb0.8)2Te3 열전재료를 개발하였다. n형 열전재료로는 성능지수가 2.1 × 10-3/K로 기존의 "용해/분쇄"법으로 제조한 열전재료의 값과 동등한 다결정 Bi2(Te0.9Se0.1)3 열전재료를 개발하였다.
Flux를 이용한 Mg합금스크랩(AZ91) 재용해/정련시험 연구결과를 요약하면 다음과 같다. (ⅰ) 요소설비기술의 안정성 확보 : aluminized 도가니 제조법 확립 및 그 도가니의 실용성 입증, 그리고 공압 motor에 의한 기계적 교반법의 안전성을 실증하였다. (ⅱ) 용해, 정련 및 주조등의 기반기술 습득 : Flux 무산화 용해기술, 안전한 용탕 교반기술, sludge 및 dross 제거기술, 그리고 산화막의 혼입이 없도록 하는 출탕기술을 습득하였다. (ⅲ) Fe 함량 조절 가능성 확인 및 Fe 제거기구 구명 : 용해도 이상의 Fe는 AlMnFe 삼원계 화합물 로 석출 침전하므로 용탕의 온도를 650-670oC로 유지하면 ASTM Fe 규제치에 합치하는 재용해 지금 을 제조할 수 있었다. (ⅳ) 수소제거 및 분석 : 재용해지금내 수소함량은 진공고온추출법으로 분석할 수 있었고 교반과 Ar 가스 취입을 병행하여 정련하면 수소함량이 4.6-4.7 ppm인 재용해 지금을 제조할 수 있었다. 이 값은 일차지금의 수소함량(5-10 ppm)과 유사하므로 교반 및 Ar 가스 취입공정은 수소제거에 효과적임을 확인할 수 있었다. (ⅴ) 감압응고시험으로 수소에 기인한 기공을 확대하여 관측할 수 있었고 기공발생량은 수소의 양에 비례하므로 현장용 수소분석법 개발이 가능함을 확인하였다. (ⅵ) 제조된 재용해지금의 표면 및 단면은 깨끗하였고 인장강도는 200.3±9.8MPa, 연신율은 7.7± 2.8%로 측정되었으며 이 값은 일차지금의 인장강도(187.3MPa), 연신율(2.2%)과 비슷하였다. 상기의 내용을 종합하면 1차년도 연구로부터 얻어진 주된 결과는 Mg합금스크랩(AZ91)으로부터 사용자의 요구에 부응하는 다이캐스팅용 재용해 지금을 제조할 수 있는 기반기술을 확보하였다는 점이라 하겠다.