• Journal of Welding and Joining
• /
• 제25권4호
• /
• pp.35-41
• /
• 2007

In kinetic spraying process, the critical velocity is an important criterion which determines the deposition of a feedstock particle onto the substrate. In other studies, it was experimentally and numerically proven that the critical velocity is determined by the physical and mechanical properties and the state of materials such as initial temperature, size and the extent of oxidation. Compared to un-oxidized feedstock, oxidized feedstock required a greater kinetic energy of in-flight particle to break away oxide film during impact. The oxide film formed on the surface of particle and substrate is of a relatively higher brittleness and hardness than those of general metals. Because of its physical characteristics, the oxide significantly affected the deposition behavior and critical velocity. In this study, in order to investigate the effects of oxidation on the deposition behavior and critical velocity of feedstock, oxygen contents of Al feedstock were artificially controlled, individual particle impact tests were carried out and the velocities of in-flight Al feedstock was measured for a wide range of process gas conditions. As a result, as the oxygen contents of Al feedstock increased, the critical velocity increased.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제47권11호
• /
• pp.728-733
• /
• 2009

Cu based amorphous ($Cu_{54}Zr_{22}Ti_{18}Ni_{6}$) powders were deposited onto Al 6061 substrates by cold spray process with different powder preheating temperatures (below glass transition temperature: $350^{\circ}C$, near glass transition temperature: $430^{\circ}C$ and near crystallization temperature: $500^{\circ}C$). The microstructure and macroscopic properties (hardness, wear and corrosion) of Cu based amorphous coating layers were also investigated. X-ray diffraction results showed that cold sprayed Cu based amorphous coating layers of $300{\sim}350{\mu}m$ thickness could be well manufactured regardless of powder preheating temperature. Porosity measurements revealed that the coating layers of $430^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$ preheating temperature conditions had lower porosity contents (0.88%, 0.93%) than that of the $350^{\circ}C$ preheating condition (4.87%). Hardness was measured as 374.8 Hv ($350^{\circ}C$), 436.3 Hv ($430^{\circ}C$) and 455.4 Hv ($500^{\circ}C$) for the Cu based amorphous coating layers, respectively. The results of the suga test for the wear resistance property also corresponded well to the hardness results. The critical anodic current density ($i_{c}$) according to powder preheating temperature conditions of $430^{\circ}C$, $500^{\circ}C$ was lower than that of the sample preheated at $350^{\circ}C$, respectively. The higher hardness, wear and corrosion resistances of the preheating conditions of near $T_{g}$ and $T_{x}$, compared to the properties of below $T_{g}$, could be well explained by the lower porosity of coating layer.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제46권5호
• /
• pp.321-327
• /
• 2008

Cu based amorphous ($Cu_{54}Zr_{22}Ti_{18}Ni_6$) coating was produced by cold spraying as a new fabrication process. The microstructure and macroscopic properties of amorphous coating layer was investigated and compared with those of cold sprayed pure Cu coating. Amorphous powders were prepared by gas atomization and Al 6061 was used as the substrate plate. X-ray diffraction results showed that Cu based amorphous powder could be successfully deposited by cold spraying without any crystallization. The Cu based amorphous coating layer ($300{\sim}400{\mu}m$ thickness) contained 4.87% porosity. The hardness of Cu based amorphous coating represented $412.8H_v$, which was correspond to 68% of the hardness of injection casted bulk amorphous material. The wear resistance of Cu based amorphous coating was found to be three times higher than that of pure Cu coating. The 3-point bending test results showed that the adhesion strength of Cu based amorphous coating layer was higher than that pure Cu coating. It was also observed that hard Cu base amorphous particle could easily deform soft substrate by particle collisions and thus generated strong adhesion between coating and substrate. However, the amorphous coating layer unexpectedly represented lower corrosion resistance than pure Cu coating, which might be resulted from the higher content of porosity in the cold sprayed amorphous coating.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제46권3호
• /
• pp.182-188
• /
• 2008

Carbon nanotubes(CNTs) have outstanding mechanical, thermal, and electrical properties. Thus, by placing nanotubes into appropriate matrix, it is postulated that the resulting composites will have enhanced properties. Cold spray can produce thick metal-based composite coatings with very high density, low oxygen content, and phase purity, which leads to excellent physical properties. In this study, we applied cold spray coating process for the consolidation of Cu/CNT composite powder. The precursor powder mixture, in which CNTs were filled into copper particles, was prepared to improve the distribution of the CNT in copper matrix. Pure copper coating was also conducted by cold spraying as a reference. Annealing heat treatment was applied to the coating to examine its effect on the properties of the composite coating. The hardness of Cu/CNT composite coating represented similar value to that of pure copper coating. It was importantly found that the electrical conductivity of the Cu/CNT composite coating significantly increased from 53% for the standard condition to almost 55% in the optimized condition, taking annealed ($500^{\circ}C/1hr$.) copper coating as a reference (100%). The thermal conductivity of Cu/CNT composite coating layer was higher than that of pure Cu coating. It was also found that the electrical and thermal conductivities of Cu/CNT composite could be improved through annealing heat treatment. The microstructural evolution of Cu/CNT coating was also investigated and related to the macroscopic properties.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제49권3호
• /
• pp.221-230
• /
• 2011

The cold spray process is an emerging technology that utilizes high velocity metallic particles for surface coating. Metallic powder particles are injected into a converging-diverging de Laval nozzle and accelerated to a high velocity by a supersonic gas flow. The cold spray process normally uses a circular nozzle that has a rather narrow spraying range. To overcome this fault, a slit nozzle was considered in this study. The slit nozzle is anticipated to reduce the coating process time because it has a wider coating width than the circular nozzle. However, the slit nozzle can reduce the coating efficiency because it does not allow as much gas and particle velocity as the circular nozzle. To improve the coating efficiency of a slit nozzle, the shape of the slit nozzle was modified. And the results of gas flow and particle behaviour according to the nozzlers shape were compared by the a numerical analysis. As a results, as Expansion Ratio(ER) of 7.5 was found to be the most optimal condition for enhancing the spraying efficiency when the ER was changed by the variation of nozzle neck and exit size.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제11권1호
• /
• pp.5-11
• /
• 2010

본 연구에서는 에어로졸 증착법을 사용하여 광촉매 $TiO_2$ 박막을 제조하기 위하여 원심분리기의 회전속도, vibration milling 시간에 의한 입경 변화 등과 같은 운전인자의 영향을 검토하였고, 제조된 고정화 $TiO_2$ 광촉매 박막의 경우와 $TiO_2$ 광촉매 분말을 부유 상태로 존재시킨 경우와의 막투과 특성의 변화를 실험적으로 비교검토 하였다. 원심분리기의 회전속도 1000-3000rpm 에서 얻어진 $TiO_2$ 분말은 저온 분사 성형법(aerosol deposition, AD)으로 $TiO_2$ 박막을 제조하는데 있어서 nozzle powder 막힘 현상과 같은 문제점을 나타내었다. 한편, vibrating milling에 의해 제어된 $TiO_2$ 분말의 평균입경 크기는 vibrating milling 2시간 후 약 420nm로 AD법을 이용한 입자의 증착에 효과적인 것으로 나타났다. XRD 분석 결과, 광촉매에 효과적인 아나타제 상을 잘 유지하고 있는 것으로 나타났으며, 이러한 결과로부터 vibrating milling은 $TiO_2$ 분말을 제어하는데 있어 적절한 전처리 공정임을 확인할 수 있었다. 제조된 $TiO_2$ 박막의 여과 특성으로 $TiO_2$ 분말을 분리막의 표면에 고정화 한 경우가 부유 상태일 경우보다 더 높은 막투과 유속을 나타내었다.

• 한국분말야금학회:학술대회논문집
• /
• 한국분말야금학회 2001년도 추계학술강연 및 발표대회
• /
• pp.30-30
• /
• 2001

$Bi_2Te_3$계 열전재료는 200~400K 정도의 저온에서 네어지 변환효율이 가장 높은 재료로써 열전냉각, 바런재로 등에 응요하기 위하여ㅠ 제조법 및 특서에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. $Bi_2Te_3$계 화합물은 rhombohedral의 결정 구조를 가지는 층상 화 ;물로 결정대칭성으로 인해 연전기적으로 큰 이방성을 나타낸다. 현재는 일반향용고법에 의해서 입자를 a축 방향으로 성장시켜 큰 결정립을 가진 다결정재료를 사용하고 있으나, c면이 매우 취약하기 때문에 가공서이 나쁘다. 따라서 이와같은 단점을 개선하기 위하여 기계적 강도를 높일 수 있는 가공공정 및 합금설계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 측히 열간 압출법으로 제조된 열전재료는 결정립의 미세화와 높은 이방성으로 성능지수와 기계적 강도를 향상시킬 수 있다는 연구결과가 보고되고 있다 또한 Schultz드의 연구결과에 의하면 $Bi_2Te_3$ 계 열전재료는 소성변형에 의하여 발생한 점결함에 의하여 캐리어 농도가 변화되며 이로 인하여 재료의 전기적 성질이 결정된다고 하였다. 따라서 상당히 큰 소성가공량과 열전측성과의 관계를 규명하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 압출변수 중 소성가공량에 중요한 변수로 작요아는 압출비를 변화시켜 최적의 열간 소성가공량을 검토하고, 이에 따른 열전측성과 압출비와의 상관관계에 대하여 연구하는 것을 목적으로 하였다. 연구에 사용된 N형의 조성은$Bi_2Te_{2.75}Se_{0.15}$로서 순도 99.99를 사용하였고, dopant로 0.1wt%의 $SbI_3$를 사용하였다. $Bi_2Te_{2.75}Se_{0.15}$ 분말은 가스분사법(Gas atomization Process)를 이용하여, 용탕제조시 아르곤가스로 산화를 방지하였고, 냉매로는 질소가스를 이용하였다. 제조된 분말을 기ㅖ적 분급법을 이용하여 분급하였고, 냉매로는 질소가스를 이용하였다. 제조된 분말을 기계적 분급ㅂ법을 이용하여 분급하였고, 압출에 이용된 분말은 250$\mu\textrm{m}$이하의 크기를 사용하였다. 또한 분말제조과정 중 형성되는 표면산화층을 제거하기 위하여 36$0^{\circ}C$에서 4시간동안 수소 환원처리를 행하였다. 제조된 분말은 열간 압출을 위하여 Aㅣcan에 넣고 냉간성형체를 만들고, 진공처리를 한 후 밀봉하여 탈가스처리를 하였다. 압출다이는 압출비가 각각 28:1과 16:1인 평다이(9$0^{\circ}C$)를 사용하여 각각 내경이 9, 12cm이고, 길이가 50, 30cm인 압출재를 제조하였다. 열간압출한 후의 미세조직을 광학현미경으로 압출방향에 평행한 방향과 수직방향으로 관찰하였고, 열간 압출재 이방성을 검토하기 위하여 X선 회절분석을 실실하여 결정방위를 확인하였다. 전기 비저항 및 Seebeck 계수 측정을 위하여 각각 2$\times$2$\times$10$mm^3$ 그리고 5$\times$5$\times$10$mm^3$ 크기의 시편을 준비하였다.준비하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.55-59
• /
• 2004

본 논문은 광 활성도가 가장 좋은 아나타제(anatase)상의 광촉매 $TiO_2$분말을 상온에서 aerosol deposition 법을 사용하여 박막을 제조하였다. 이런 제조 방법은 aerosol 분말을 초음속으로 분사하여 기판에 증착시키는 방법으로, 저온에서 박막증착이 가능하여 thermal stress를 줄일 수 있고, 공정 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 박막 제조시 aerosol bath의 압력은 500 torr이고, chamber의 압력은 0.4 torr 였다. 이런 압력차는 $0.4 mm{\times}10 mm$의 크기의 노즐을 통해 $TiO_2$ 나노 분말을 초음속으로 가속하여 기판에 증착시켰다. 박막 제조를 위해 사용한 기판은 수질정화에 응용하기 위해 직경 50 mm인 원판 SUS mesh를 사용하였다. $TiO_2$ 분말의 고른 분포를 위해 $TiO_2$ 분말에 함유되어 있는 수분을 제거하고 이차 입자의 생성을 억제하기 위해서 알코올 bath 속에서 90분간 초음파 세척을 한 후 건조하였다. SUS mesh 위에 증착되어 있는 $TiO_2$ 박막의 입자크기를 알아보기 위해 주사 현미경(SEM)으로 분석하였으며, $1 {\mu}m$정도의 입자 크기를 관찰 할 수 있었다. X-ray diffraction (XRD) 분석 결과 aerosol deposition 후에도 분말의 anatase상은 그대로 유지되었으며, 이런 결과는 광촉매 작용을 이용한 수처리용 필터로 활용이 가능하다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제32권2A호
• /
• pp.123-130
• /
• 2012

증기를 발생시켜 터빈(turbine)을 회전시키는 화력 및 원자력 발전 계통에서 냉각시설은 필수적인 구조물이며, 냉각수 순환 계통은 일반적으로 해수를 취수하여 발전소 내의 복수기까지 유입시켜 증기와 열 교환 후 다시 외해로 배출시키는 형태를 취하고 있다. 최근 냉각수 취 배수 방식을 표층 취 배수 방식이 아닌 심층 취 배수 방식으로 변경하고 있는데, 기존 원전의 재순환 온도에 대한 영향을 최소화 하고, 온배수 방류시 밀도차로 인한 부력으로 온배수 혼합효과를 높여 온배수에 의한 환경피해 범위를 최소화하기 위해서이다. 특히, 하절기에 저층의 저온 냉각수를 취수할 수 있다는 이점 때문에 향후 계획되는 발전소들도 심층 취 배수 방식을 도입할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 원자력 발전소의 냉각시설 중 심층 취 배수 구조물의 입구 주변을 3차원 전산유체역학 코드인 $FLOW-3D^{(R)}$로 모사하여 그 흐름특성을 분석하였다. 취수구(intake)의 경우 연직취수 조건에서 유속 덮개(Velocity cap), 배수구(diffuser)의 경우 방류수의 분사방향에 변화를 주어 모의하였으며, 그 결과 취수구의 경우 유속덮개에 의한 연직 유속성분의 현저한 감소로 인한 어류 유입영향을 최소화할 수 있을 것으로 판단되며, 배수구 희석효과는 Jirka 및 Harleman이 제시한 2차원 온배수 프룸(frume)과 잘 일치 하는 것으로 나타났다.