• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.269-269
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• 2011

티타늄-알루미늄(Titanium-Aluminum) 질화물(Nitride)은 고경도 난삭재의 고능률 절삭 분야에 사용되는 공구의 수명 향상을 위한 표면처리 소재로 각광을 받고 있다. 건식고속가공을 효과적으로 수행하기 위해서는 코팅막 재료가 가공 중 발생하는 고온에서도 견디는 우수한 내산화성을 지니면서 내마모, 내충격 특성등의 기계적 성질이 우수한 코팅을 필요로 하며 이러한 분야에 TiAlN을 적용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 아크(Cathodic Arc) 코팅을 시스템을 이용하여 N2 유량변화에 따라 TiAlN 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다. 아크 소스에 장착된 타겟은 120 $mm{\Phi}$, Ti : Al=50 : 50 at% 의 TiAl 타겟을 사용 하였고, 시편과 타겟 간의 거리는 약 30 cm이며, 시편은 SUS를 사용하였다. 시편을 진공용기에 장착하고 ~10-6 Torr까지 진공배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 ~10-4 Torr에서 시편에 bias (Pulse : 400V)를 인가한 후 아크를 발생시켜 약 5분간 청정을 실시하였다. 플라즈마 청정이 끝나면 시편에 인가된 bias를 차단하고 N2 유량을 변화시키며 코팅을 실시하였다. 질소 유량이 증가함에 따라 색상은 회색에서 어두운 보라색으로 변화하였고 SEM 사진을 통해 Micro paticle 이 감소하는 것을 확인 할 수 있었으며 이는 질소유량이 증가 할수록 표면조도 또한 감소하는 분석결과와도 일치하였다. XRD 분석을 통해 질소 유량이 160 sccm 이상에서 TiAlN이 합성되는 것을 볼 수 있었고 질소 유량이 240 sccm일 때 가장 높은 경도를 보였다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 더욱 다양한 조건에서 TiAlN 코팅에 응용한다면 다양한 색상 구현과 내마모성 등에서 많은 장점을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.125.1-125.1
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• 2015

산업 자동화기술이 발달함에 따라 다양한 용도의 부품개발과 산업 장비들의 부품에 대한 수요가 날로 증가하게 되어 산업이 발달하게 된 반면, 장비의 성능을 저하시키는 마모에 대한 문제점이 제기되고 있다. 이에 대한 해결책으로 내열성 및 내마모성을 가지는 박막코팅기술이 요구되고 있다. 특히, Alumina (Al2O3)와 Zirconia (ZrO2)는 내식성과 내열성, 내마모성의 우수한 특성을 지닌 재료이며, 이들을 기어, 베어링, 실린더 등 각종 기계의 부품에 코팅하여 내마모성을 가지게 한다. 본 실험에서는 Al2O3 : ZrO2 = 50 : 50 wt% 의 비율로 혼합한 target이 사용되었다. 그리고 Al2O3-ZrO2 target을 사용하여 RF-magnetron sputtering 방법으로 박막을 제작 하였다. sputter시에 power를 20 W에서 80 W까지 변화를 주었다. AFM, SEM, XRD를 통하여 알루미늄 기판위에 증착된 Al2O3-ZrO2 박막의 구조적 특성을 알아보았으며, 내마모성 테스트 장비를 통하여 박막의 마찰마모 특성에 대하여 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.59-59
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• 1999

DLC(diamond-like carbon)필름은 다이아몬드와 유사한 강도, 낮은 마차계수, 높은 Optical band gap, NEA(negative electron affinity)등의 우수한 특성을 가지고 있어, 내마모 코팅이나 정보저장 매체의 윤활 코팅, FED(field emission display)의 전계방출소자등 다양한 분야에의 응용이 연구되고 있다. DLC 필름은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), IBAD(ion beam assisted deposition), Laser ablation, Cathodic vacuum arc등의 process를 이용하여 증착되고 있다. 특히 이러한 필름의 물성은 입사되는 이온의 에너지에 의해 좌우되는데, Lifshitz 등의 연구에 의하여 hyperthermal species를 이용한 DLC 필름의 성장은 초기에 subsurface로의 shallow implantation이 일어난 후 높은 sp3 fraction을 갖는 필름이 연속적으로 성장한다는 subplantation model이 제시 되었다. 본 연구에서는 기판과 subplantation 영역이 이후 계속하여 증착되는 순수 DLC 필름의 특성 변호에 미치는 영향에 대하여 관심을 가지고 실험을 행하였다. 본 실험에서는 상기 제시되어 있는 방법보다도 더욱 정확하고도 독립적으로 탄소 음이온의 에너지와 flux를 조절할 수 있는 Cs+ ion beam sputtering system을 이용하여 탄소 음이온의 에너지를 40eV에서 200eV까지 변화시키며 필름을 증착하였다. Si(100) 웨이퍼를 기판으로 사용하였고 증착 압력은 5$\times$10-7torr 였으며 인위적인 기판의 가열은 하지 않았다. 또한 Ion beam deposited DLC film의 growth process를 연구하기 위하여 200eV의 탄소 음이온을 시간(증착두께)을 변수로 하여 증착하였고, 이 때에는 Kaufman type의 gas ion beam을 이용하여 500eV의 Ar+ ion으로 pre-sputering을 행하였다. 탄소 음이온의 에너지와 증착두께에 따라 증착된 film 내의 sp3/sp2 ratio 의 변화를 XPS plasmon loss 와 Raman spectra를 이용하여 분석하였다. 또한 증착두께에 따른 interlayer의 결합상태를 관찰하기 위하여 AES와 XPS 분석을 보조로 행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.303-303
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• 2012

Diamond-like carbon (DLC)은 낮은 마찰력과 높은 내마모성 및 내식성등과 같은 우수한 물성을 가지고 있다. 따라서, DLC 박막은 다양한 응용분야에 적용이 가능한 코팅이다. 특히, DLC 박막의 낮은 마찰력과 고경도 특성은 자동차 산업 및 금형과 같은 저마찰 및 내마모성 향상에 기여할 수 있는 매력적인 박막 코팅으로 각광받고 있다. 그러나 DLC 박막의 높은 잔류응력과 다른 기판의 화학적 친화력을 감소시키는 탄소-탄소 결합의 불안정성 때문에 금속소재와의 낮은 접합력으로 인하여 그 응용에 어려움을 격고 있다. DLC 박막의 접합력 향상을 위하여 모재에 활성 스크린 플라즈마 질화 장비를 사용하여 금속 시편에 질화처리를 하였다. 질화처리후 CVD법으로 DLC 박막을 증착하였으며, 박막의 특성은 나노 인덴테이션, 마이크로 라만 스펙트로스코피 그리고 주사전자현미경에 의해 측정되었다. 활성 스크린 질화 장비에 의해 처리된 시편의 특성변화는 GDS, XRD 및 마이크로 비커스 경도계를 이용하여 관찰하였다. 박막과 모재와의 밀착력은 스크래치 테스트에 의해 측정 하였으며, 질화층이 형성됨으로 인해 모재의 상구조와 경도의 변화가 생겼고, 이로 인해 DLC박막과 모재의 밀착력이 상승하였음을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.208-208
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• 2012

최근 환경문제가 많이 제기되면서 친환경적 운송수단인 자전거 개발과 관련하여 다양한 기술개발이 이루어지고 있다. 그 중 고부가가치의 서스펜션 포크의 프레임에 고기능성 표면처리로 Arc ion plating deposition system (AIPDS)을 이용하여 부식, 내마모 특성이 뛰어난 TiN 박막을 증착시켰다. AIPDS는 기존의 arc system과 달리 다원계 소재 코팅 공정조건 확립을 위하여 chamber wall에 2개의 rectangular type sputter source를 장착하고 소재의 pre-treatment 용 linear type ion source를 설치하였다. 장비의 Chamber 중앙에는 pipe형 arc cathode를 설치하였으며, 그 주위를 anode 역할을 하는 copper 코일로 감아 이는 발생한 arc를 target인 cathode 축을 중심으로 방향성을 가지고 회전하여 진행 할 수 있도록 유도 하였다. 이 시스템에서 증착된 TiN 박막은 bias 전압 변화에 따른 박막의 구조 및 물성을 평가하였다. XRD 장비를 통하여 TiN 박막의 상분석을 진행하였고, 마모테스터, 원자현미경, 마이크로 비커스 경도기 등을 이용하여 기계적 특성을 평가하였다.

• 한국분말재료학회지
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• 제7권2호
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• pp.63-70
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• 2000

Thermal spray coating process has proven to be effective at producing hard, dense, wear resistance coatings on the relatively mild substrates. Among several spraying techniques, HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) and plasma coating processes, which are preferentially used for the wear resistance application such as capstans, have been applied in this study. The effects of pre-treatment, it-process and post-treatment parameters on the wear and mechanical properties of WC+12%Co, Cr3C2 and Al2O3 powder coatings have been investigated and correlated with the microstructures. The results indicated that the carbide coating was more preferable to the oxide coatings and the post-treatments consisting of vacuum annealing and sealing on carbide coatings led to significant improvements in wear resistance, adhesive strength and coating phase stabilization over the other processing techniques in this application.

• 한국표면공학회지
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• 제30권6호
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• pp.400-405
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• 1997

The experimental study has been performed to deposit to deposit chromia powder on magnssium alloy for tribological and mechanical properties. The optimal condition was obtained by changing the spray condition such as working distance and gun power. As ceramics was coated onto the a light metal such as Mg according to the weight reduection of the car engine block, it could acquire that the engine efficiency deu to the weight reduction and properties such as resistance to heat, as well as wear. Coating qualities are discussed with respect to hardness, tribologicalproperty, and microstructure. The tribological and mechanical properties are investigated by using the reciprocal configuration tribometer and microharduess tester. Wear mode is determined by observing the SEM morhpology of wear track and cross section view of wear track.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 2001년도 제33회 춘계학술대회 개최
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• pp.42-48
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• 2001

Chromium carbides have the excellent wear properties as transition metal carbides. Their tribological applications were studied recently. The nano-sized ceramic could enhance the mechanical and electronical properties of materials. In this study, it was observed to test the wear of the coated surface of nano-sized chromium carbides. The nano-sized chromium carbides were produced by sol-gel processing. Coating surface of produced powders was obtained front plasma spraying. Wear test of coating surface was held increasing temperature. The friction coefficient and the wear loss were testified in dry environment. And the worn surfaces were analyzed by XRD and SEM.

• 한국정밀공학회지
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• 제16권11호
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• pp.243-247
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• 1999

Carbon nitride coatings on the substrates of 0.55wt% C - 1.68wt% Mn induction-hardened rolling elements were prepared by ion beam assisted deposition. It was found through metallographic observation that the carbon nitride coatings appeared lamellar-type repeated layers parallel to the surface of substrate. Surface roughness of the coated specimens was improved in comparison with that of the substrates. Wear resistance of the coatings was evaluated using Polymet RCF-1 machine with a constant supply of lubricant followed by Weibull statistical analysis and scanning electron microscopy. the results indicated failure due to old-age wear-out of the coatings was mainly caused by numerous micropits formed on the wear track during repeated rolling contact.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 1999년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.3-4
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• 1999

최근 산업이 고속도화, 고능률화 및 고정멸화의 추세로 발전함에 따라 우수한 내마모성, 인성, 고온 안정성 및 내구성을 갖는 공구 및 금형을 요구하게 되었다. 그러나 이와같은 성질들은 어떤 단일 재료에서는 얻을 수 없으며 적당한 기판공구나 금혈위에 내마모성 보호피막을 coating함으로 비교적 저렴하게 얻을 수 있다. 화학증착법으로 TiC, TiN등을 증착시킬때에는 $1000^{\circ}C$정도의 반응온도가 필요하며 이러한 증착온도는 모재가 초경합금일때는 문제가 안되나 강재일 경우 모재의 연화와 칫수변화의 문제를 야기시킨다. 최근에는 플라즈마를 사용하여 증착반응온도를 $550^{\circ}C$ 이하로 낮추는 플라즈마 화학 증착볍(PACVD)이 대두되고 있다. 그러나 이 방법어서 는 뚱착하려는 금속원소가 TiCl4의 형태로 공급되고 있으므로 생성된 층이 염소를 포함하고 있다. 이 층에 잔존하는 염소는 층의 기계적 성질을 저하시키고 층내의 stress를 유발시킨다. 또한 HCI개스의 생성으로 인하여 펌프 및 장비의 부식이 촉진 된다 이러한 결점을 극복하기 위하여 금속유기화합물 전구체(metallo-organic precursor)로 $TiCl_4$를 대체하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며 본 연구실에서 이에 대하여 연구한 결과를 소개하고자 한다. diethylamino titanium을 전구체로 사용하여 $H_2,\;N_2,\;Ar$분위기하에서 pulsed d.c.를 사용하는 MO-PACVD에 의하여 $150~250^{\circ}C$의 저온에서 Al 2024 기판에 TiCN층 형 성을 하였다. 전구체 증발온도는 $74~78^{\circ}C$의 온도범위어야 하며 고경도의 코탱층은 54% duty, 14.2kHz, 450V의 조건에서 얻어졌으며 duty, 주파수, 전압이 증가함에 따라 경도는 저하되었다. 이때의 표면 morphology를 SEM으로 조사한바 dome structure가 크게 발달되었음을 알 수 있었다. 본 실험의 온도 범위내에서 얻은 TiCN 증착반응의 활성화에너지는 7.5Kcal/mol이었다. 증착된 TiCN층은 우수한 내마모섣을 나타내었으며 스크래치테스트 결과 17N의 엄계하중을 나타내었다. 본 연구에서 변화 시킨 duty, 주파수, 전압의 범위에서는 층의 밀착력은 크게 변화하지 않았다. titanium isopropoxide를 전구체로 사용하여 Hz, Nz 분위기하에서 d.c.를 사용하는 MO-PACVD에 의하여 Ti(NCO) 코팅층을 SKDll, SKD61, SKH9 공구강에 형성시키는 공정을 개발하였다. 최적의 Ti(NCO) 코탱층을 얻기 위해 유입전구체 부피%의 양은 향착압력의 5%를 넘지 않아야 되고 수소와 젤소 가스비가 1:1일 때 가장 높은 코팅층의 경도값을 나타내었다. 수소와 질소 가스비가 3:7일 때 TiFeCr(NCO)의 복화합물 코팅층이 형성됨을 알 수 있었고 500t의 증착온도에서 얻은 Ti(NCO) 코팅층이 높은 경도값과 좋은 내식성을 나타내었다. 또한 이와같은 Ti(NCO) 코팅공정과 본 실험실에서 개발한 확산층만 형성시키는 plsma nitriding 공정을 결합하여 복합코탱층을 형성하였는데 이 복합코팅층은 고경도와 우수한 내마모성, 내식성 뿐만 아니라 10)N 이상의 뛰어난 밀착력을 나타내었다. 현재 많이 사용되고 있는 PVD법은 step coverage가 좋지 않은 점과 cost intensive p process라는 단점이 있다. MO-PACVD법은 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로서 앞으로 지속적인 도전이 요구되는 분야이다.