• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.416-416
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• 2014

탄소나노튜브(CNTs)의 비강도는 철합금에 비해 30~50배 높으며, 알루미늄 밀도($2.7g/cm^3$)보다 낮은 $1.3{\sim}1.4g/cm^3$의 값을 갖는 고강도 고경량의 탄소소재이다. 이러한 CNT를 금속기지에 복합화 하면 비강도가 매우 우수하고 고경량화 소재의 제조가 가능하다. 하지만, CNT는 반데르발스(Van der waals) 힘에 의해 서로 뭉쳐서 존재하며, 젖음성이 나쁘기 때문에 금속과 부상 분리되는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위하여 무전해 도금법, 전해도금법 등으로 Cu, Ni등을 코팅하여 문제점을 해결하려는 연구가 진행되어 왔지만, 복합소재를 제조하기 위해 필요한 CNT를 대량으로 코팅하기엔 적합하지 않다. 본 연구에서는 CNT표면에 Cu를 대량으로 형성시킬 수 있는 시멘테이션법을 이용하여, 공정조건에 따른 CNT/Cu의 석출되는 형상 및 성분의 변화를 조사하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.26.1-26.1
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• 2018

마그네슘 합금은 구조용 소재로 사용되는 금속 중 가장 가벼운 금속으로서 에너지 효율을 높이기 위해 경량화가 필수적으로 요구되는 자동차, 항공기, 기차 등의 운송용 기계/장비 부품으로 각광을 받고 있다. 또한 마그네슘은 생체 친화적이며 환경적 유해성이 없어서 구조소재뿐만 아니라 생체소재에 이르기까지 다양한 산업에서 유용하게 사용될 수 있는 금속이다. 그러나 현재까지도 마그네슘의 산업적 적용이 크게 증가하지 못하고 있는 이유로는 기존의 철강이나 알루미늄 소재에 비해 상대적으로 낮은 내식성, 내마모성 및 강도 문제와 높은 제품 제조 단가 등의 문제들이 있다. 특히 내식성은 대기 중에 노출되는 거의 모든 제품에서 요구되는 특성으로서 마그네슘 제품의 신뢰성을 확보함에 있어서 매우 중요하다. 현재 마그네슘 합금의 상용화를 막는 가장 큰 이유 중의 하나는 마그네슘 소재의 제조 공정비용의 경쟁력이 확보되어 있지 않기 때문이다. 본 발표에서는 마그네슘 합금의 내식성을 향상시키기 위하여 개발된 다양한 표면처리 기술들의 특성 및 효과, 그리고 공정비용의 장단점을 정리하여 발표하고자 한다.

• 오토저널
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• 제9권4호
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• pp.5-14
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• 1987

세라믹스는 내열성, 고온강도, 내creep성, 내식성, 내마모성이 우수하며 경량이라는 점등, 금속재료 나 유기고분자재료와 비교화여 구조재료로서 이용하기 위한 많은 우수한 성질을 구비하고 있다. 따라서 세라믹스를 고효율 열기관, 정밀기계 가공부품, 생체재료(Bio-ceramics) 등의 신분야 즉, 금속재료나 유기고 분자재료로는 기대할 수 없는 가혹한 사용조건하에서 구조재료로의 이용이 기 대되고 있으며 엔진부품, 치골재료, seal재 등 일부에서는 실용화 되고 있기도 한다. 그러나 세 라맥스재료는, 강도는 실온에서도 금속재료에 필적하는 것이 얻어지고 있으나 인성(toughness)이 낮고 깨지기 쉬우며 안정성 및 신뢰성이 결핍되어 있어 사용상 큰 문제점으로 되어있다. 따라서 세계선진각국에서는 세라믹재료의 신뢰성을 높이기 위해 세라믹스의 고강도, 고인성화에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 필자는 세라미엔진부품에 이용되고 있거나 가까운 장래에 이용이 가능한 각종 부품들에 대해 소개하고 세라믹엔진의 실용화를 위한 최근의 연구동향을 정리하여 소개하고자 한다.

• 기계저널
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• 제34권5호
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• pp.392-398
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• 1994

구조용 고온재료로서 표 2에 나타내듯이 지금까지 니켈과 티타늄 알루미나이드($Ni_3Al$, NiAl, $Ti_3Al$, TiAl에 관하여 집중적인 연구가 진행되어 왔으며 다른 금속간 화합물에 대해서도 광범위한 연구가 진행중이다. 그 예로서 $Co_3Ti$는 800.deg. C에서 최대강도를 보이며 저온에서는 온도가 감소하면서 강도가 다시 증가하면 연성이라는 장점을 지닌 관계로 $MoSi_2$는 높은 융점과 우수한 산화저항력 때문에 $Nb_2Al$은 높은 융점과 경량성 때 문에 복합재료의 matrix로서 최근 주목을 받고 있다. 끝으로 비록 금속간화합물이 취성이라는 단점 때문에 실용화에 많은 문제점이 있으며 본 재료에 관한 연구가 준비 제조공정과정에서 수 소취성화, 고용점온도 취성 등으로 인하여 사용해온 기존의 재료를 보다 좀더 극한 상황에서 가볍고 저렴하게 사용할 수 있는 우주항공 및 지상대체재료로서 개발할 수 있음을 고려할 때 본 재료에 대한 본격적인 연구가 국재 경쟁력강화를 위해 신소재 개발에 부심하는 우리나라에서도 이루어질 필요가 있다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.139-139
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• 2017

최근 환경오염 문제로 인한 연비 규제 강화 속도가 빨라지고 있으며 이에 따른 연비 향상 기술이 크게 대두 되고 있다. 연비 향상 기술 중 경량화 방안소재로 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등의 비철금속을 주로 사용하고 있으며, 이중 알루미늄은 다른 경량화 금속소재보다 우수한 경쟁력을 가지고 있다. 하지만 경제적인 측면에서 철 대비 비용적인 어려움을 가지고 있고 용접성이 떨어지기 때문에, 자동차 부품의 일부만 알루미늄 소재를 선택하여 사용하고 있는 실정이며 알루미늄의 높은 이온화 경향으로 인해 기존 자동차 철강 소재와 접촉 시 쉽게 부식되는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 알루미늄의 금속원소를 첨가하는 연구가 지속적으로 개발 되고 있다. 알루미늄 합금에서 마그네슘의 첨가는 좋은 용접성과 내식성, 강도를 향상시킨다. 하지만 3%이상의 마그네슘 첨가는 입계에 ${\beta}(Al_xMg_y)$석출상이 석출되게 되며, 입계에 연속적으로 형성된 ${\beta}(Al_xMg_y)$석출상은 응력 부식 균열 (Stress corrsion cracking)과 입계 부식(Intergranular corrosion)을 야기하는 결과를 가져온다고 알려져 있다. 이 문제를 해결하기 위해 Al 5000계열 합금의 Zn의 첨가를 통해 ${\tau}(Al_xMg_yZn_z)$을 입계에 석출시켜서 입계에 ${\beta}(Al_xMg_y)$상의 석출을 방지함으로써 내식성을 향상시키거나 Al 5000계열 합금의 열처리를 통해 ${\beta}(Al_xMg_y)$석출상을 고용시킴으로써 응력부식균열의 발생을 억제하는 연구도 있다. 하지만 열처리 후 Polarization test를 이용한 내식성 연구는 잘 안 알려져 있다. 따라서 이번 연구에서는 Al5000계열의 주조한 합금을 DSC분석을 통하여 ${\beta}(Al_xMg_y)$석출상의 고용 온도가 약 $470^{\circ}C$라는 것을 확인한 후, 실온에서 $100^{\circ}C/hr$으로 가열하고 조건에 따라 $450^{\circ}C$에서 3시간, 6시간, 12시간, 24시간, 30시간 항온 유지시킨 후 공냉을 진행하였다. 열처리를 마친 시편은 에폭시를 이용하여 마운팅 하였으며, 시편표면을 2000#까지 연마 후 증류수로 세척한 다음 질소를 이용하여 건조 후 분극 시험을 진행하였다. 3.5wt% NaCl 용액에서 분극 곡선을 통해 부식거동을 확인한 결과 24시간까지 시간이 증가 할수록 내식성이 우수해지는 것을 확인하였으며, 추가적으로 조직사진, SEM & EDS 분석과 XRD, TEM 분석을 통해 내식성은 입계에 존재하는 Mg의 조성이 감소하게 되면 내식성이 향상되는 것을 관찰하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.64-64
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• 2010

최근 그린 친환경, 지구온난화방지와 환경 부하물질저감, 기기 고효율화, 연비향상 등의 관점에서 항공기, 자동차 등 운송기계와 휴대용 전자제품 등 경량화가 요구되는 분야에서 경량합금의 사용이 급증하고 있다. 특히, 경량합금 중 가장 가벼운 마그네슘 합금은 최근 주목을 받고 있는 금속재료이다. 그러나 마그네슘합금은 알루미늄합금과는 달리 상온 성형성 및 접합성이 양호하지 않은 관계로 판재를 이용한 구조부품의 제작을 위해서는 많은 연구가 필요하다. 이러한 관점에서 본 연구는 마그네슘합금 판재의 마찰 교반 점용접을 시도하였다. CNC 밀링머신을 사용하여 프로브의 회전 및 삽입 속도에 변화를 주어 접합 특성을 평가하였고, 각 변수의 영향을 조사하였다. 적외선 열화상기와 로드셀을 사용하여 마찰 교반 점용접 중에 발생하는 교반부 온도와 접합부에 가해지는 수직부가하중의 거동을 측정하였다. 마찰 교반 점용접 후, 시험편의 접합 상태와 접합부 단면 관찰을 통해 접합 상태를 조사하였다. 그리고 인장전단 실험을 실시하여 마찰 교반 점용접된 시혐편의 접합강도를 평가하였고, 파단된 시험편의 파면을 관찰하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.139-139
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• 2018

최근 자동차 산업을 중심으로 한 수송용 기기의 경량화 추세에 따라 대표적인 경량금속 소재인 알루미늄 합금에 대한 수요가 증가하고 있으며 이에 따라 알루미늄 합금 표면에 다양한 특성을 부여할 수 있는 표면개질 기술에 대한 필요성이 부각되고 있다. 알루미늄 합금의 대표적인 표면처리기술인 아노다이징과 유사한 원리로 표면에 세라믹 코팅층을 형성할 수 있는 기술인 플라즈마 전해 산화(Plasma electrolytic oxidation, PEO)가 주목을 받고 있다. PEO 코팅법은 전해액 내에 소재를 침지시키고 400 ~ 600V에 이르는 고전압을 인가시켜 마이크로 방전을 유도하여 표면에 치밀한 세라믹 층을 형성시키는 기술이다. 본 연구에서는 PEO법으로 표면 개질된 Al 합금 표면의 표면 조직 특성과 전기화학 특성을 평가하고, 코팅층 특성에 미치는 공정 변수의 영향을 분석하고자 하였다. PEO 처리를 위해 사용된 소재는 상용 Al 합금 판재(Al 5083-O)로서 $2cm{\times}2cm$로 절단하여, 에머리페이퍼로 1000번까지 연마하여 사용하였다. 시험을 위한 PEO 처리 시스템은 전해액 수조, 일정 온도 유지를 위한 열교환기와 칠러, 전원 발생을 위한 전원공급기(power supply)로 구성되었다. 전해액은 약 알칼리 수용액을 이용하였으며, 전원 공급기를 통해 시험편에 펄스 전류를 인가하였다. PEO 처리 후 시편에 대하여 SEM, EDS, XRD 등을 이용한 표면 특성 평가를 실시하였다. 또한 코팅층의 전기화학적 부식 특성 평가를 위해 해수용액에서 동전위분극실험을 실시하였다. 시험 결과, Al 합금의 PEO 처리 시 내식성은 개선되는 것으로 확인되었으며, 공정변수는 표면의 미세조직 및 전기화학적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.135-138
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• 2000

본 논문에서는 열팽창계수(CTE)가 거의 없는 카본게폭시, PZT 세라믹 박판, 그리고 열팽창계수가 큰 글래스/에폭시 층으로 이루어진 곡면형 복합재료 작동기(LIPCA)의 설계, 제작 및 성능실험에 대한 연구성과를 제시하고 있다. LIPCA의 른 요점은 기존 THUNDER의 성능을 유지하면서 이를 경량화 하기 위하여 THUNDER의 금속 층을 상대적으로 가벼운 섬유 강화 복합재료로 대체하는 것이다. 이러한 경량화 작업으로 LIPCA는 기존 THUNDER 보다 약 30~40% 정도의 무게를 감소시킬 수 있으며, 복합재료의 특성에 따라 설계의 유연성을 가질 수 있는 장점이 있다. 또한, 에폭시 수지를 사용함으로써 접착제 없이 평판 몰드에서 오토클레이브에서 177$^{\circ}C$로 경화되어, 탈형된 후 충분한 곡률을 형성하였다. 작동 성능 실험에서, LIPCA는 기존 THUNDER보다 작동변위가 향상됨을 보였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.40.1-40.1
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• 2009

최근 세계적으로 환경 규제가 강화되면서 수송기계 산업 등의 경량화 소재 개발이 관심을 모으고 있다. 특히 금속재료 중 밀도가 낮고, 비강도 기계적 가공성이 우수한 마그네슘은 경량소재로써 많은 각광을 받고 있다. 그러나 상업적으로 널리 사용되는 Mg-Al계 합금은 $Mg_{17}Al_{12}$상이 형성되어 고온 기계적 특성이 저하된다. 따라서 본 연구에서는 마그네슘의 강도 개선을 위한 원소로써 고용강화 원소로 많이 쓰이는 Zn와 고온에서 안정한 $Mg_2Sn$이 형성되는 Sn을 첨가한 Mg-Zn-Sn합금을 선택하여 시효온도에 따른 기계적 특성과 석출물을 관찰하였다. 실험 이전에 열역학적 분석을 바탕으로 Mg-Zn-Sn합금의 Zn함량 변화에 따른 상태도 계산 및 석출량 변화와 석출온도를 도출하였다. 도출된 석출온도를 바탕으로 Mg-Zn-Sn합금을 용체화 처리하고 시효시간에 따른 경도 변화와 미세구조를 관찰하였다. 또한 기계적 특성을 평가하기 위해 인장시험을 실시하였고 XRD, 주사전자현미경을 이용하여 석출상을 확인하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제22권5호
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• pp.152-158
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• 2005

Inner structured and bonded panel, or ISB Panel, as a kind of sandwich type panel, has metallic inner structures which have low relative density, due to their dimensional shape of metal between a pair of metal skin sheets or face sheets. Previous works showed that ISB panels containing inner structures formed as repeated pyramidal shapes saved weight up to $60\%$ in condition of same stiffness comparing with solid sheet. In this work, woven metal is adapted to inner structures replacing pyramidal structures. The test specimens of ISB panel containing woven metal made by multi-point electric resistance welding and 3-point bending test have been carried out. The results of experiments and comparisons of process parameters, stiffness and failure mode are discussed.