• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.162-162
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• 2017

AlCrN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내열성을 보이는 코팅이며, Si을 첨가하여 나노복합구조를 갖는 AlCrSiN 코팅은 고경도 특성을 나타내는 나노결정립과 고내열성을 나타내는 $Si_3N_4$ 비정질이 동시에 존재함으로써 뛰어난 고온 특성까지 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 본 연구에서는, 가혹화된 공구사용 환경 대응 하는 더욱 우수한 내마모성 및 내열성을 보이는 코팅막을 개발하기 위해 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였다. 합성된 코팅의 구조 및 물성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, atomic force microscopy(AFM) 및 ball-on-disk wear tester를 사용하였다. 내열성을 확인하기 위하여 코팅을 furnace에 넣어 500, 600, 700, 800, 900도에서 30분 동안 annealing한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정을 하였다. 5:5, 7:3, 9:1의 두께 비율로 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였으며 모든 코팅의 두께는 $3{\mu}m$로 제어되었다. AlCrN 코팅층의 두께가 증가할수록, 이중층 코팅의 경도 및 내마모성은 점차 향상되었지만 코팅의 밀착력은 감소하였다. 일반적으로 AlCrN 코팅은 상대적으로 높은 잔류응력을 갖고 있으므로, AlCrN 층의 두께비율이 증가함에 따라 코팅내의 잔류응력이 높아져 코팅의 경도는 증가하고 밀착특성은 낮아진 것으로 판단된다. AlCrSiN 상부층 공정시 기판 바이어스 전압을 -50 ~ -200V 로 증가시키면서 이중층 코팅을 합성하였다. XRD 분석 결과, 공정 바이어스 전압이 증가함에 따라 AlCrSiN 상부층은 점차 비정질화 되었고, 코팅의 경도와 표면 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 특성 향상은 높은 바이어스 인가가 이온 충돌효과의 증가를 야기시켰으, 이로 인해 치밀한 코팅층 합성에 의한 결과로 판단된다. AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 어닐링 한 후 경도 분석 결과, -150, -200V에서 합성한 코팅은 900도 이상에서 26GPa 이상의 높은 경도를 보인 것으로 보아 우수한 내열성을 갖는 것으로 확인 되었다. 이는 AlCrSiN 상부층의 높은 Si 함량 (11at.%) 으로 인한 충분한 $Si_3N_4$ 비정질상의 형성과, 고바이어스 인가로 인한 AlCrN 결정상과 $Si_3N_4$ 비정질상의 고른 분배가 코팅의 내열성을 향상시키는데 기여를 한 결과로 판단된다.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1994.10a
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• pp.80-80
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• 1994

세라믹막을 이용한 oil 폐수 처리의 기초 연구로서 정밀여과용 세라믹막의 제조와 oil(kerosene)-in-water 타입 에멀젼에 대한 막분리 효율이 연구되었다. 정밀여과 막으로서는 압출(extrusion)법으로 성형하여 제조한 $\alpha$-알루미나 튜브(평균 기공크기 0.9 $\mum$)와 이들 튜브(담체)내부에 $ZrO_2$ 또는 $Al_2O_3$ 다공성 박막을 코팅한 2층 구조의 복합막들을 사용하였다. 담체의 높은 투과율 ($1700 l/m^2\cdot h$ at $\Deltap = 1$ atm)을 어느정도 유지하면서 막분리 효율을 증대시킬 수 있는 새로운 슬러리 코팅법이 개발되엇으며, 코팅후 950-1300$\circ$C 에서 열처리한 코팅층의 두께와 평균 기공크기는 각각 5 - 20 $\mum$정도 이었다. 정밀여과막의 특성평가를 위하여 막 제조조건에 따른 코팅층의 두께 및 결함유무를 SEM으로 일단 관찰한 후에 Bubble Point Test와 Mercury Porosimeter를 이용하여 측정한 최대 및 평균 기공반경과 물의 투과량으로부터 막 전체에 대한 결함 유무와 결함의 허용한도등을 비교 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.83.2-83.2
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• 2010

평판형 고체산화물 연료전지(planar SOFC : Solid oxide Fuelcell)는 높은 전류 효율 및 출력밀도를 가지는 중,대형 발전용 전기소자이다. SOFC 스택을 600~800도에서 작동할 경우, 금속 분리판에서 휘발된 크롬에 의한 열화현상과 금속의 산화에 의한 표면 저항의 증가가 큰 문제점으로 알려져 있으며, 이를 개선하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 금속 분리판의 열화를 억제하기 위한 여러 보호코팅의 특성을 밝히고, 특성차이의 원인을 분석하고자 하였다. 모재는 상용 STS444합금 (Nisshin steel 생산) 2.0mmt 박판을 사용하였으며, 표면 상태를 균일하게 하기 위하여 표면은 동일한 #1200 번 사포로 연마후 코팅하였다. 적용한 코팅은 전기도금 Ni 코팅, (MnCo)3O4 wet powder spray 코팅, (MnCo)3O4 ADM코팅 3종이었으며, 코팅층의 두께는 최적 공정조건에 따라 달리 하였다. 산화후 형성되는 표면 산화물의 전기적 특성을 평가하기 위하여 시험편의 비면적 저항 (ASR : area specific resistance)을 장시간 측정하였다. 측정편의 크기는 가로 4cm ${\times}$ 세로 4cm였으며, 100시간 공기중 산화후 측정하였다. 표면 접촉을 높이기 위하여 Pt paste를 40~50um도포하였으며, 1~0.1A인가된 전류에 대한 저항을 4전극법 (4-probe)으로 측정하였다. 표면 코팅층이 크롬 휘발을 억제하는 정도를 평가하기 위하여 크롬 휘발량을 측정하였다. 시편은 가로 1.5cm ${\times}$ 세로 1cm 였으며, 공급된 공기와 수분의 혼합가스와 응축기 표면에 흡착된 크롬의 양을 ICP-MASS법으로 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.237-237
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• 2010

에너지소비와 엔진 부품의 마모문제를 해결하기 위해, soft-phase를 doping한 hard상의 coating에 대한 실험이 최근 중요한 연구 테마로서 진행 중이다. 특히 MoN-Cu coating은 미국 Argon 연구소의 Erdemer박사 등에 의해, 고온 및 상온 윤활성이 우수한 코팅층으로 보고된 이후 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존 연구는 Mo와 Cu의 원소타겟을 이용한 연구가 주력이 되었다. 높은 경도와 저온 고온에서의 낮은 나노 혼합물 코팅 종류는 일반적으로 Mo와 Cu와 같은 원소 합금을 이용한 다수 타겟을 이용한 공정에 의해 진행되어왔다. 이러한 복수의 타겟에 의해 증착 동안에는, 정확한 조성, 큰 크기의 시편들의 균일 증착을 조절하기가 쉽지 않다. 또한, 코팅층에 3번째 성분을 추가하기가 어렵다는 문제점이 있다. 본 연구에서는, 최상의 마찰계수와 표면경도를 보이는 MoN-Cu층을 형성시키기 위하여 합금으로 단일 타겟을 제조하였다. 이를 위한 최적 조성을 결정하기 위하여 Mo, Cu 단일 타겟을 이용한 Unbalanced Magnetron sputtering 법으로 다양한 Cu 함량의 MoN+Cu 합금을 제조하였으며, 이에 대한 경도 및 마찰계수 측정을 통해 최적의 Cu 함량을 결정하였다. 이러한 최적 조성의 Cu 타겟제조를 기계적 합금화와 Spark plasma sintering 기술을 이용하여 제작하였으며, 복수의 합금 타겟과 단일 합금 타겟으로 제조된 코팅층의 물성 비교를 통해 합금 타겟의 우수성 여부를 확인하고자 하였다. 증착된 두 조건의 물성을 비교 단일 타겟은 두가지 타겟으로 증착한 것보다 비슷한 조성에서 경도가 높았으며 경도가 비슷한 조성에서는 마찰계수가 낮았다. 또 입자는 10 at.% Cu 조성에 대해 단일타겟이 50nm 결정립을 갖는 반해 단일타겟은 측정이 불가능할 정도의 미세한 결정립을 가졌다. Erdemir의 연구 결과에 의하면, Cu 함량이 증가함에 따라 columnar 형태의 코팅층구조가 나노 구조로 변한다고 하였는데, 본 연구에서 복수의 원소 타겟에서는 확인이 안되었으며, 단일 합금 타겟에서 완벽한 featurless 형태의 코팅층 구조와 우수한 조도의 박막층을 얻을 수 있었다. 이렇게 제조된 다양한 코팅층에 대한 마찰계수 측정이 진행중이다.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1996.10a
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• pp.59-59
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• 1996

막분리에 의한 폐윤활유 재생공정을 개발하기 위한 기초 연구로써 폐윤활유 분리/재생용으로 적합한 복층(multilayer)세라믹 복합막의 제조와 합성막의 폐유 분리 효율등이 연구되었다. 결함이 없고 두께가 균일한 지르코니아 복합막 (기공크기 0.07 $\mu$m 이하)은 압출 성형법으로 제조한 튜브형 $\alpha$-알루미나 담체 (외경 7.8 mm, 두께 0.6 mm, 기공크기 0.7 $\mu$m)내부표면에 역침지 인상법(reverse dip-drawing technique)에 의하여 지르코니아 슬러리를 코팅 한 후 950$\circ$C에서 1시간 열처리하여 제조 되었다. 또한 지르코니아 복합막 위에 니타니아 졸-겔 코팅을 한 후 450$\circ$C에서 2시간 열처리하여 기공크기가 15 nm정도인 3층 복합막을 제조 하였다. SEM, Bubble Point Test, Mercury Porosimeter 그리고 분획 분자량 측정등에 의하여 복합막의 코팅층 두께, 결함유무 및 막의 기공크기등을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.67-67
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• 2010

본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 가볍고 내구성이 뛰어난 Al을 다양한 공정 조건에서 냉연 강판에 코팅하여 코팅층의 밀도 측정으로부터 치밀도를 알아보았다. 99.95% 순도의 Al 타겟을 사용하여 강판(냉연강판)과 실리콘 웨이퍼 시편에 증착시켰다. 시편은 알코올과 아세톤으로 초음파 세척을 하였으며 진공용기에서 펄스 전원 공급 장치를 이용하여 플라즈마 청정을 약 30분간 실시하였다. 시편 청정이 끝나면 ${\sim}10^{-6}$ Torr 까지 진공 배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 ${\sim}10^{-3}$ Torr로 진공도를 유지하면서 스퍼터링으로 박막 코팅을 실시하였다. 전자석에 전류를 인가하지 않은 시편의 Al 코팅층 밀도는 bulk 밀도의 81%이며 전자석에 역방향 3 A의 전류를 인가시킨 시편의 Al 코팅층 밀도는 bulk 밀도의 약 94%를 보였다. Al 코팅층의 SEM 분석 결과, 스퍼터링 파워 증가에 따라 Al 코팅층 조직에 기공이 많아지고 두께가 증가하는 경향을 보였다. 또한 전자석의 순방향 전류가 증가하면 박막의 두께가 증가하고 치밀도가 낮아지는 반면 전자석의 역방향 전류가 증가할수록 Al 코팅층의 조직은 치밀해졌으며 전자석 전류를 역방향 3 A로 고정하고 스퍼터링 파워를 변화시켜 Al을 코팅하면 타겟 인가전압 1.5 A에서 가장 치밀한 Al 코팅층 조직을 얻을 수 있었다. 가장 치밀한 조직을 갖는 $1.57{\mu}m$의 Al 코팅층은 염수분무 시작 후 약 48시간 후에도 적청이 전면적의 5% 이내로 발생하였다. 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 냉연강판에 Al을 증착하였고 치밀한 조직의 박막을 형성함으로써 냉연 강판의 내식성을 향상할 수 있는 공정기술을 개발하였다.

• Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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• v.26 no.1
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• pp.7-11
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• 2006

Since ceramic layers coated on machinery components inevitably experience the changes in their properties it is necessary to evaluate the characteristics of ceramic coating layers nondestructively for a reliable use of coated components and 4heir remaining life prediction. To address such a need, in the present study, an ultrasonic backward radiation technique is applied to investigate the characteristics of leaky Rayleigh surface waves propagating through the very thin TiN ceramic layers coated on AISI 1045 steel or austenitic 304 steel substrate with three different conditions of surface roughness, coating layer thickness and wear condition. In the experiments performed in the present work, the peak angle and the peak amplitude of ultrasonic backward radiation profile varied sensitively according to three specimen preparation renditions. in fact, this result demonstrates a high possibility of the ultrasonic backward radiation as an effective tool for the nondestructive characterization of the resting layers even in such a thin regime.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.9
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• pp.227-232
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• 2019

Heat pump systems based on ocean thermal energy conversion (OTEC) systems use the temperature difference between deep ocean water and surface ocean water to operate. However, they may have heat transfer degradation due to corrosion on the heat exchanger surface due to the salinity of sea water. This study presents experimental results for the heat transfer decrease of corroded metal tubes with respect to corrosion time. In order to replace high-priced titanium, electro-deposition (ED) coating was performed on aluminum tubes. Aluminum tubes with ED coating thicknesses of 10, 15, and $20{\mu}m$ were tested for double-tube heat exchangers after performing accelerated corrosion for 6, 12, and 18 weeks. The effects of the coating thickness and the corrosion time on the heat transfer degradation were investigated. From the results, the aluminum tube with an ED coating of $20{\mu}m$ thickness can be suggested as a candidate for replacing titanium tubes.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2001.05a
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• pp.220-223
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• 2001

Pb가 10% 과잉되고 Zr : Ti = 52 : 48 조성을 갖는 PZT sol이 Pt(3500Å)/Ti(400Å)/SiO₂(3000Å)Si(525㎛)기판 위에 스핀 코팅법으로 반복 코팅된 후, 450℃에서 10분, 650℃에서 2분간 반복 열처리되었다. 이와 같이 다양한 두께로 적층된 박막은 각 시편에 대해 최종적으로 650℃ 30분 동안 어닐링 처리되었다. 제조된 PZT 박막의 두께는 4100Å에서 1.75㎛사이의 4종이었다. 이어서 스퍼터링법으로 Pt전극이 PZT 막 위에 증착되었다. 제조된 PZT 박막의 결정 구조 조사를 위해 XRD, 그리고 미세 구조 및 전기적 특성을 알아보기 위해 FESEM과 P-E 이력 곡선이 각각 관찰되었다. 4100Å에서 1.75㎛까지 두께 증가에 따른 장비상의 포화 이력 한계로 잔류 분극(Pr)값이 25μC/㎠에서 다소 감소되었다. 측정된 X선 회절 결과에서 최초 4회 코팅시 perovskite 결정 구조로 성장한 결정립은 (111)배향이 우세하었으나, 두께가 증가됨에 따라 (111)/(110)값이 감소되었으며, 이를 통해 두께 증가에 따른 (111)배향성이 다소 감소됨을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 제조된 PZT 박막은 큰 힘과 높은 내전압 특성을 갖는 마이크로 압전 액츄에이터에 적용될 수 있을 것으로 생각되었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.206-206
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• 2003

현재, 메탈의 내부식성 코팅막 제조에 사용되고 있는 크로메이트 기반 코팅제는 유독성 물질에 대한 환경 규제에 따라 조만간 사용이 금지 될 예정이다. 본 연구에서는 이러한 유독성 금속 내부식성 코팅제를 대체할 새로운 코팅 재료로 부식 억제제가 결합된 수용성 졸을 제조하고 그 특성을 보고하고자 한다 부식 억제제가 결합된 수용성 졸은 부분 가수 분해된 GPS((3-glycidoxypropyltriethoxysilane)에 Zirconiumoxychlorideoctahydrate 혹은 cerium nitrate를 일정 양 첨가하고 이온 교환수에 희석하여 제조하였다. 이 코팅 졸을 아연 도금 강판에 딥 코팅법으로 코팅한 후 상온에서 건조하고, 80~15$0^{\circ}C$에서 열처리하여 염수 분무 시험으로 백청 발생 정도를 관찰하여 내 부식성을 조사하였다. 코팅막의 두께는 수직으로 절단한 면을 전자 현미경으로 관찰하여 측정하였으며, 표면의 경도는 연필 경도계로 조사하였다. 또한 코팅막의 부식 전위는 전기화학적인 방법으로 분석되어 부식억제제의 종류에 따른 효과도 정량적으로 비교되었다.