• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.42 no.1
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• pp.50-56
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• 2023

The hydroxyl radical (·OH) and superoxide anion radical (·O₂^- ) generated by the shock wave generated during ultrasonic cavitation collapse in TiO₂ suspension are highly useful because they can sterilize and disinfect. For practical use as a sterilization method without any chemicals, in this study, we proposed a method for evaluating the generation of radicals generated by high-intensity ultrasound emitted to titanium dioxide suspension. In the proposed method, the sonoluminescence phenomenon, which emits light by ultrasonic cavitation decay energy, was utilized, and the degree of radical generation was evaluated through the amount of light energy by sonoluminescence. As a result, even at a low concentration of titanium dioxide of 0.02 wt%, light energy 5 times higher than in the absence of titanium dioxide was received. After that, as the concentration increased by 0.1 wt%, the luminous intensity of sonoluminescence increased linearly by about 14.8 × 10^-12 lm. Therefore, it was confirmed that the radicals generated by radiating high-intensity ultrasound to the titanium dioxide suspension increased linearly as the concentration of titanium dioxide increased within a given concentration range.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.146-146
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• 2016

최근 국민 소득향상과 더불어, 여가시간 증가에 따라 해양레저에 대한 관심이 크게 높아지고 있으며, 그에 따라 레저용 선박 수요도 증가하고 있다. 기존 국내 소형 선박의 경우 FRP(fiber-reinforced plastic)재료로 선박을 건조해 왔다. 그러나 해양환경 규제 강화로 FRP 선박의 건조가 감소하고 있으며, 친환경 선박에 대한 필요성이 대두되고 있다. 따라서 FRP재료를 대체하는 선박용 재료로 친환경적이고 가벼운 소재인 알루미늄 합금 재료가 선박건조 분야에서 각광을 받고 있다. 특히 5000계열 Al-Mg 합금은 가공성과 용접성이 우수하여 주로 구조용으로 많이 사용되고 있으나 경량화에 따른 빠른 선속이 유체충격을 증가시켜 선체에 캐비테이션 손상을 일으킬 수 있다. Al-Mg 합금의 경우에 부식성이 대단히 큰 해양환경에서 부식과 캐비테이션 침식이 복합적으로 일어나면 손상이 빠르게 증가되는 경향을 나타내어 선박의 수명을 현저히 단축시켜 경제적인 손실을 초래한다. 따라서 본 연구에서는 해수 내에서 Al-Mg 합금의 캐비테이션 저항성을 향상시키기 위해 알루미늄 합금 표면에 내식성 뿐만 아니라 경도 및 내마모성 등의 기계적 특성이 우수한 산화피막을 형성시키는 양극산화 기술을 적용하고, 다양한 봉공처리(sealing)방법에 따른 캐비테이션 특성을 평가하였다. 캐비테이션 실험은 압전(piezoelectric) 효과를 이용한 진동발생 장치를 사용하여 $30{\mu}m$ 진폭으로 일정하게 유지하였으며, 시편과 혼 팁 사이의 간격은 1mm로 하였다. 캐비테이션 실험 후에는 시편을 초음파 세척하여 진공 건조기에서 24시간 이상 건조한 후 정밀저울로 무게를 측정하였으며, 표면 손상 형상을 분석하기 위해 주사전자현미경(SEM)과 3D현미경을 이용하여 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.119.2-119.2
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• 2017

무전해 니켈도금은 전기 공급 없이 환원재의 화학반응에 의해 도금이 진행되며, 복잡한 형상의 제품에도 균일한 도금 층을 형성시킬 수 있어 널리 적용되는 기술이다. 특히, 전기 니켈도금 층에 비해 무전해 니켈도금 층의 내식성과 내마모성이 우수하여 산업현장에서 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 해양환경에서 빠른 유속 변화에 의해 발생되는 캐비테이션-침식 방지를 위한 무전해 니켈도금의 적용은 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 회주철의 캐비테이션-침식 방지를 위해 최적의 무전해 니켈도금 조건을 규명하고, 그 캐비테이션 저항성을 평가하고자 하였다. 무전해 니켈코팅을 위한 모재는 gray cast iron (FC250)을 $19.5mm{\times}19.5mm{\times}5mm$의 크기로 제작하였다. 회주철의 인장강도는 $330N/mm^2$이며, 그 성분 조성(wt.%)은 3.23 C, 1.64 Si, 0.84 Mn, 0.016 P, 0.013 S 그리고 나머지는 Fe이다. 시험편은 SiC 페이퍼 grit #1200까지 연마하였으며, 시험편의 표면 거칠기(centre line average, Ra)는 $1.6-2.1{\mu}m$ 범위 내로 제작하였다. 연마된 시험편은 증류수(distilled water) 세척 후 hot air로 건조하였다. 무전해 도금 전 시험편은 탈지를 위해 아세톤 용액(room temperature, RT)에서 3분간 초음파 세척하고, $90^{\circ}C$의 알카리 수용액으로 5분간 세척하였다. 그리고 표면활성화를 위한 산세척(acid pickling)은 5% sulfuric acid 용액에서 30초 동안 실시하였다. 무전해 Ni-P(electroless nickel, EN) 도금 전과 모든 과정마다 증류수로 시험편을 철저하게 세척하였다. EN 도금을 위한 도금욕(the bath)은 기존 문헌 연구를 통해 조성성분, 도금조건 및 변수들(the parameters)의 적절한 범위를 결정하였다. 도금조로 500mL 비커를 사용하였으며, 모든 시험편은 2시간 동안 EN deposition을 실시하였다. 캐비테이션 실험 결과 EN 도금의 표면경도가 증가함에 따라 캐비테이션 저항성도 현저하게 향상되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.300-300
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• 2014

해양환경 하에서 대형 강구조물의 경우 장기간 부식손상을 방지하기 위해 아크 용사코팅 기술이 오래전부터 유용하게 이용되어 왔다. 아크 용사코팅 기술은 타 용사코팅 기술에 비해 경제성과 생산성이 뛰어나 대형 강구조물에 적용되고 있다. 용사재료로는 Al, Zn 또는 그 합금들이 주로 사용되어 강재에 대해 희생양극 방식효과를 나타낸다. 그러나 아크용사에 의해 적층된 코팅 층은 용사공정 중 불가피하게 수많은 기공과 산화물이 포함되어 내식성 및 내구성에 악영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 합금의 용사코팅 층에 대하여 다양한 후처리를 통해 내식성과 더불어 내구성을 향상시키고자 하였다. 용사코팅은 알루미늄 합금 선재(1.6 ${\varnothing}$)를 사용하여 아크용사를 실시하였다. 용사 시 용사거리는 200 mm, 공기압력은 약 $7kg/cm^2$ 정도로 유지하면서 용사코팅을 실시하여 약 $200{\mu}m$ 두께로 코팅 층을 형성시켰다. 이후 용사코팅 층의 표면에 다양한 후처리재를 적용하였으며, 내구성을 평가하기 위하여 후처리 적용 전후 시험편에 대하여 캐비테이션 실험을 실시하였다. 캐비테이션 실험은 ASTM G32-92에 의거하여 주파수 20 kHz의 초음파 진동 장치(ultrasonic vibratory device)를 사용하였다. 그리고 시험편 표면과 발진 혼에 부착된 팁(tip)과의 거리는 1 mm로 일정하게 유지시킨 뒤, 캐비테이션 발생 시간을 변수로 하여 실험을 실시하였다. 손상된 용사코팅 층의 표면은 주사전자현미경과 광학현미경으로 관찰하였으며, 시험편 손상깊이는 3D 현미경으로 비교 분석하였다. 또한 캐비테이션 실험 전후의 무게를 측정하여 무게 감소량을 상호 비교하였다. 그리고 전기화학적 실험은 천연해수 속에서 자체 제작한 홀더(holder)를 이용하여 $0.33183cm^2$의 용사코팅 층만을 노출시켜 실시하였다. 그리고 기준전극은 은/염화은 전극을, 대극은 백금전극을 사용하였다. 분극실험을 통해 후처리 적용에 따른 용사코팅 층의 부식전위 및 부식전류밀도를 비교 평가하였다. 그 결과, 용사코팅 층에 의하여 강재에 대한 희생양극 방식전위가 확보되었으며, 후처리재가 적용된 용사코팅 층에서 내식성 및 캐비테이션 저항성이 향상되었다.

• Proceedings of KOSOMES biannual meeting
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• 2003.11a
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• pp.157-162
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• 2003

The sludge oils were produced necessarily in the ships operation, so that it will be the best way to manage the sludge oils inside ship itself from a viewpoint of the prevention of marine oil pollution from ship. The ultrasonic breaking systems which recycle the sludge oil from ship into usable oil to be brunt is recognized as a most possible recycling device. In this regards, the purpose of this study is to examine erosion damage on the SS400 specimen by cavitation and the effect of impact pressure generated from the demolition of the cavity of ultrasonic vibration in the marine sludge oil environment .. The erosion damage of specimen was investigated mainly on weight loss, weight loss rate and maximum erosion rate with variation of the oil temperature as well as the change of space between transducer horn and specimen. The experimental results showed that as the space between ultrasonic vibrator horn and specimen disk increased, the weight loss and weight loss rate decreased and the values were larger in SFO than in SLO. The experimental results can be useful to the development of sludge oil disposing systems and to consider a countermeasure for the prevention of erosion damages by cavitation.

• Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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• 2012.06a
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• pp.252-252
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• 2012

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.27 no.3
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• pp.363-371
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• 2003

This study is mainly concerned with phenomenon of cavitation-erosion on the several materials and corrosive liquids which were applied with vibrator(suggested by ASTM G 32, 20KHz, 50$mu extrm{m}$). The maximum erosion rate by cavitation erosion in both of distilled water and sea water appeared to be proportioned to their hardness and tensile strength. Cavitation weight loss and rate of cast iron in sea water condition were greater(approximately 3 times) than that in distilled water condition, however in case of stainless steel and brass the cavitation weight loss of composite materials were not so different in both of their conditions. Cavitation weight loss of composite materials were shown as below on this test, Duratough DL : Weight loss in sea-water condition were greater (approximately 2.3 times) than it's distilled water condition. The main tendency of cavitation erosion for metals appeared that small damaged holes causing by cavitation erosion was observed with radial pattern. On the other hand, the tendency for composites appeared that small damaged holes were observed randomly.

• Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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• 1999.11a
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• pp.227-233
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• 1999

This study is mainly concerned with phenomenon of cavitation-erosion on the several materials and corrosive liquids which were applied with vibrator (suggested by ASTM G-32, 20KHZ, 24{$mu}m$).The main results obtained are summarized as follows ; (1) The maximum erosion rate by cavitation erosion in both of fresh-water and sea-water appeared to be proportioned to their hardness and tensile strength. (2) Cavitation weight loss and rate of cast iron in sea-water condition were greater (approximately 3 times) than that in distilled-water condition, however in case of stainless and brass the cavitation weight loss and their rates were not so different in both of their conditions. (3) Cavitation weight loss of composite materials were shown as below on this test, DuraTough DL : Weight loss in sea-water condition were greater (approximately 2.3 times) than it's fresh-water condition. (4) As the result of observation with digital camea of specimens, the main tendency of cavitation erosion for metals, was that small damaged holes causing by cavitation e개sion was appeared with radial pattern, and composites materials was that small damaged holes were appeared randomly.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.23 no.3
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• pp.23-29
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• 2022

In this study, we investigated the ozone nanobubble process in which nanobubble and ultrasonic cavitation were applied simultaneously to improve the dissolution and self-decomposition of ozone. To confirm the organic decomposition efficiency of the process, a 200 mm × 200 mm × 300 mm scale reactor was designed and phenol decomposition experiments were conducted. The use of nanobubble was 2.07 times higher than the conventional ozone aeration in the 60 minutes reaction and effectively improved the dissolution efficiency of ozone. Ultrasonic irradiation increased phenol degradation by 36% with nanobubbles, and dissolved ozone concentration was lowered due to the promotion of ozone self-decomposition. The higher the ultrasonic power was, the higher the phenol degradation efficiency. The decomposition efficiency of phenol was the highest at 132 kHz. The ozone nanobubble process showed better decomposition efficiency at high pH like conventional ozone processes but achieved 100% decomposition of phenol after 60 minutes reaction even at neutral conditions. The effect by pH was less than that of the conventional ozone process because of self-decomposition promotion. To confirm the change in bubble properties by ultrasonic irradiation, a Zetasizer was used to measure the bubbles' size and zeta potential analysis. Ultrasonic irradiation reduced the average size of the bubbles by 11% and strengthened the negative charge of the bubble surface, positively affecting the gas transfer of the ozone nanobubble and the efficiency of the radical production.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2004.04a
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• pp.2005-2010
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• 2004

Ultrasonic cleaning is performed by cavitation which is caused by the change of the sound pressure due to the vibration in a cleaning tank. In this study, experiments on electric power and sound pressure with various temperatures, dissolved oxygen and the level of the fluid was done in order to find out how the changes in a cleaning tank affect cavitation. As a result of a series of experiments, we found that transducer impedance changes periodically in response to the variances of fluid and have a direct influence on cleaning efficiency.