• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.270-276
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• 2020

3D 프린팅은 고분자, 세라믹, 금속 등 다양한 소재를 대상으로 복합적인 형상을 한 번의 공정으로 제작할 수 있는 적층 기반 제작 기술이다. 최근의 3D 프린팅 기술은 프린팅 속도의 향상과 적용 가능 소재의 지속적인 개발에 의해 양산형 제품 생산이 가능한 수준으로 발전하였다. 본 연구에서는 레이저를 활용한 3D 프린팅 기술을 적용하여 철도 차량용 공기 압축기에 쓰이는 열교환기 제작을 진행하였다. 먼저 3D 프린팅에 적합한 형상으로 경량화 및 컴팩트화를 주안점으로 열교환기의 최적 설계를 진행하였다. 그로부터 도출된 설계안을 기반으로 SLM 기법을 적용하여 AlSi10Mg 합금 소재로 열교환기 시작품을 제작하였다. 다음으로, 제작된 시작품을 기존 공기 압축기에 부착하여, 압축공기의 열교환 성능을 시험하였다. 3D 프린팅 시작품의 시험 결과는 기존 열교환기 대비하여 저압부와 고압부에서 열교환 성능은 각각 약 80% 및 85% 수준을 보였다, 하지만 외부 냉각공기 조건을 기존 열교환기와 유사한 조건으로 가정하였을 때 𝓔-NTU 법을 활용하여 계산한 열전달량은 기존 열교환기 대비하여 유사한 성능을 보여 주었다. 결과적으로, 3D 프린팅 제작 열교환기의 성능 효과 및 경량화 등의 장점을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권9호
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• pp.718-723
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• 2016

중형 차량용 에어컨에 사용되는 스크롤 압축기는 토크변동이 적고 에너지 효율이 높으며, 소음이 적어 적용이 확대되어 가고 있다. 또한 경량화에 따라 압축기를 구성하는 주요부품이 스틸에서 알루미늄으로 변경하는 등 소재에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 또한 스크롤 압축기는 고정 스크롤과 선회 스크롤의 인벌루트 랩의 가공 정밀도가 $10{\mu}m$ 이하로 정밀도가 높은 전용장비와 전용 툴은 물론 숙련된 가공기술이 요구되므로 가공 품질을 확인하기 위하여 표면조도와 윤곽도를 측정하였으며, 알루미늄을 모재로하여 양극 산화 처리하여 사용되고 있는 선회스크롤의 경도를 향상시키기 위한 방법의 일환으로 봉공처리를 수행에 따른 특성들을 살펴보았다. 알루미늄 소재는 Al-Mg-Cu계 합금으로 미량의 Ni, Fe, Zn 이 부가된 것으로 나타났으며, 표면조도는 $3{\mu}m$이하로 가공 정밀도 기준 $10{\mu}m$를 만족하였다. 또한 양극산화 후 나노다이아몬드, CNT로 봉공처리 한 경우 경도는 450 이상으로 수봉공처리의 경우 보다 50% 이상 경도가 향상됨을 알 수 있었으며, 봉공재로 사용하기 위한 소재로서 탄소나노튜브나 나노다이아몬드는 큰 차이를 보이지 않았다.

• 한국기계가공학회지
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• 제3권1호
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• pp.72-78
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• 2004

In this paper, mechanical behaviors of developed pedicle screw system, made of bio-mechanical materials(Ti-6Al-4V, Grade 5), ale predicted using FEM analysis. As a first step, morphologic construction of normal Korean spines and surgical operation convenience are considered to design optimum pedicle screw system. In this step, various design variables are considered as design parameters to develop optimized models. As a next step, tension and bending tests are performed to improve the structural performance of the developed system using finite element method. In this step, required Static compression and bending test specifications by ASTM F-04 25 04 01 are applied to understand the bio-mechanical behaviors of the designed spinal implant system under various load types. As the results of this research, it is possible to develop efficient pedicle screw system, having enough rigidity and fixation to stand any spinal damage under allowable stress conditions.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.47.2-47.2
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• 2010

1980년대 이후로 등장한 Nd-Fe-B 소결자석은 뛰어난 자성특성을 나타내며, 원재료도 풍부하기 때문에 단위 자기 에너지당 가격은 비교적 저가이다. 따라서 대부분의 기존 Sm-Co와 주조 Al-Ni-Co 자석재료를 대체하며 다양한 첨단사업의 핵심소재로 적용되며, 자동차 및 의료기기 등 산업 전반에 사용되고 있다. 이러한 응용 중에서도 향후 녹색성장을 위한 신성장동력 산업인 하이브리드 자동차의 구동 모터로서 사용되는 대표적인 영구자석이다. 현재 개발된 Nd계 영구자석은 큐리온도가 낮고 높은 온도에서 자기적 성능의 열화가 심하게 진행된다는 단점이 있기 새로운 합금 설계 및 공정의 최적화를 통해 보자력을 향상 시킴으로써 사용온도를 $200^{\circ}C$ 정도로 높이는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 일반적인 제조공정을 통해 제조된 소결체의 미세구조에 변화시키기 위하여 약 $10^{-5}$ Torr의 진공분위기에서 $10^{\circ}C/min$의 승온/냉각속도로 $350^{\circ}C$부터 $450^{\circ}C$ 구간에서 2 사이클부터 8 사이클까지 승온과 냉각을 반복하는 열처리를 수행하였다. Nd-Fe-B 소결자석을 $350^{\circ}C{\sim}450^{\circ}C$ 온도구간에서 반복적인 열처리를 수행한 결과 열처리 사이클에 따라 보자력 특성이 다르게 나타내었다. 이에 승온과 냉각을 반복하며 나타난 미세구조의 변화가 자성특성에 어떠한 영향을 미쳤는지에 대해 고찰하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.459-463
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• 2017

대부분의 용용융아연도금 설비는 오픈된 공간에서 용융된 아연을 사용하고 있기 때문에 용융된 아연의 용탕에서 발생되는 고온, Zn Fume 등에 의한 산화가 발생되고 있다. 현재 설비에 사용되고 있는 소재는 SM45C(기계구조용 탄소강, KS규격)으로 사용되고 있다. Zn Fume이 집중적으로 발생되고 있는 부분의 설비를 부분적으로 고온, Zn Fume에 강한 재료를 사용한다면 설비의 수명과 성능향상에 도움이 될 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 직접 설계한 Ni 합금과 Inconel 합금을 직접 고온, Zn Fume 환경에서 산화 시켜 각각의 부식성을 확인하여 비교 분석하였으며, 용융아연도금에 사용되는 용탕의 종류를 나누어 용탕에 따른 각 합금의 부식성 등을 확인하여 보았다. 500~700도로 내에 Zn, Al-Zn 용탕을 두고 Ar 가스를 이용하여 용탕에서 직접 버블링하여 Zn fumef를 발생시켜 고온, Zn fume에 의해 강제 부식을 행하는 실험을 하였다. 30일 후의 sample들을 꺼내어 표면의 산화층을 광학현미경, SEM으로 확인하고, 동전위분극 시험을 이용하여 부식성을 분석하였으며, 부식성은 용탕의 종류에 따라 달라지는 모습을 보였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.163-163
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• 2016

아연계 도금 강판은 우수한 내식성을 가지며 특히 아연의 희생방식기구에 의해 철의 부식을 억제하므로 선박, 건축자재, 전자기기 및 자동차 등 다양한 분야에서 그 수요와 사용범위가 증가하고 있다. 또한 도금 조성비 변화 및 다양한 표면처리 방법을 통해 가혹한 환경에서의 우수한 내식성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 갈바륨(Galvalume)은 55%의 알루미늄(Al)과 45%의 아연(Zn)으로 되어 있으며, 아연의 장점인 희생방식성과 내알카리성, 알루미늄의 장점인 내구성과 내열성, 내산성을 이상적으로 결합시킨 알루미늄(Al)-아연(Zn) 고내식 합금용융도금강판이다. 본 연구에서는 갈바륨 소재를 여러 산업현장에서 강관 형태로 사용할 경우의 내식성을 파악하기 위해 갈바륨 강관과 기존에 사용되고 있는 용융도금재인 용융아연도금 강관을 비교하며 실험을 진행하였다. 냉간압연강관에 용융아연도금 약 $25{\mu}m$, 갈바륨 약 $20{\mu}m$ 두께로 제작된 강관을 사용하였으며 제작된 도금층 표면 모폴로지는 SEM을 통해 관찰하였고, XRD 분석을 통해 결정 구조를 확인하였다. 또한 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 자연침지 시험 및 3% NaCl 용액 중 전기화학적 양극분극 시험을 진행하여 평가하였다. 5% NaCl 환경에서의 염수분무 시험 결과 용융아연도금의 경우 단면에서는 90시간, 표면에서는 260시간 경과 후 적청이 발생하였다. 반면, 갈바륨의 경우에는 단면에서 210시간 경과 후에 적청이 발생하였고, 표면의 경우에는 900시간 이상에서도 적청이 발생하지 않았다. 이 결과를 통해 용융아연도금에 비해 갈바륨 도금의 내식성이 단면에서는 3배, 표면에서는 4~5배 이상 향상된 것으로 확인되었다. 또한 3% NaCl 용액 중 자연침지 시험 결과 용융아연도금 강관 표면은 24시간 경과 후 열화부를 중심으로 흑변하는 것을 확인할 수 있었으나 갈바륨의 경우에는 900시간 이상 실험이 진행되는 동안 No Scribe 및 Scribe 시편 모두 외관상 변화가 거의 없었다. 단면의 경우, 용융아연도금 시편은 900시간 이상 실험이 진행되는 동안 외관상 변화가 없었으며, 갈바륨 시편의 경우 300시간 경과 하면서 흰색의 아연 부식생성물이 나타났으나 900시간 이후로도 적청은 발생하지 않았다. 자연전위 측정결과 용융아연도금 및 갈바륨 시편 모두 유사한 전위거동을 나타냈지만 단면의 경우 갈바륨 시편이 용융아연도금에 비해 안정적인 거동을 보였다. 3% NaCl 용액 중 전기화학적 양극 분극 시험 결과 용융아연도금이 갈바륨에 비해 귀한 방향의 부식 전위 값을 나타냈으며, 부식 전류밀도도 용융아연도금이 갈바륨에 비해 더 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 염수분무시험, 자연침지시험 및 전기화학적 양극분극시험을 통해 종합적으로 분석-고찰하여 보면, 그 부식이 진행되는 과정은 융융아연도금과 달리 갈바륨 도금의 경우가 다단계적인 부식 과정을 거치면서 우수한 내식 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 즉, 갈바륨 도금은 그 도금 막에 분포된 합금상 원소 성분들이 상호 갈바닉(Galvanic) 작용하며 형성된 부식생성물이 수평적으로 자체 차단(Barrier) 역할을 하는 과정과 부분적 부식-회복 과정을 거치면서 다단계적으로 부식속도를 감소시키게 된다는 것을 확인 할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권6호
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• pp.677-681
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• 2015

$NaBH_4$ 가수 분해용 경량반응기의 재질로서 알루미늄 합금을 검토하였다. 알루미늄은 알칼리에 용해되는데, $NaBH_4$ 반응 용액중에 안정화제로 NaOH가 포함되어 있다. 알루미늄의 부식 속도를 낮추기 위해서 NaOH 농도를 낮추면 저장중에 $NaBH_4$가 손실된다. 그래서 최적의 NaOH 농도를 결정할 때 알루미늄 부식과 $NaBH_4$ 안정화를 모두 고려해야 한다. $NaBH_4$ 안정화와 알루미늄 부식속도는 수소발생속도에 의해 측정하였다. $NaBH_4$ 안정화는 $20{\sim}50^{\circ}C$에서 알루미늄 부식속도는 $60{\sim}90^{\circ}C$ 온도에서 실험하였다. 알루미늄 부식과 $NaBH_4$ 안정화를 모두 고려한 최적의 NaOH농도는 0.30 wt% 였다. 알루미늄 합금 6061를 사용해 반응기 온도 $80{\sim}90^{\circ}C$에서 NaOH 0.3 wt%로 200분간 반응을 진행하였다.

• 공업화학
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• 제17권5호
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• pp.458-464
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• 2006

팔라듐 합금 복합막의 제조는 니켈 분말과 무기화합물의 혼합물로 개질된 튜브형 다공성 스테인레스 스틸 지지체 표면 위에 무전해 도금법(elctroless plating technique)에 의해 팔라듐 - 니켈 - 은을 박막으로 도금하는 형태로 이루어졌다. 일반적인 다공성 금속 지지체는 기공이 크기 때문에 그 자체로서 도금에 적합한 지지층이 되기가 어렵고, 결함이 없는 팔라듐 복합막의 제조가 쉽지 않아 본 연구에서는 금속 지지체와 팔라듐 사이에 중간층(intermediate layer)을 형성하여 이와 같은 문제점을 극복하고자 하였다. 중간층의 소재인 실리카 졸, 알루미나 졸, 이산화티타늄 졸 등의 무기화합물과 니켈 분말의 혼합물로 다공성 금속 지지체 위에 코팅하여 박막을 형성하고 제조 조건에 따른 질소 투과도를 측정하고 비교하였다. SEM 분석법에 의해 니켈과 무기화합물 혼합물의 표면층의 형성 모습도 측정하였다. 제조된 중간층 가운데 이산화티타늄 졸과 니켈의 혼합물이 가장 낮은 질소 투과도와 치밀한 표면층을 나타내었다. 최종적으로 니켈과 실리카의 혼합 중간층으로 이루어진 팔라듐-니켈-은 합금 복합막을 제조하고 수소와 질소의 투과도를 측정하였다. 1기압 이하에서 질소에 대한 수소 선택도는 무한대였으며 수소투과 속도는 1 기압, $500^{\circ}C$에서 $1.39{\times}10^{-2}mol/m^2{\cdot}s$의 값을 나타냈다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.91-91
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• 2017

트라이볼로지란? 상대운동을 하면서 서로 영향을 미치는 두면 및 이와 관련된 문제로 마찰, 마모, 윤활에 대한 것을 말한다. 트라이볼로지는 1960대에 조사 연구되기 시작하면서 학문적으로 많은 정리가 이루어졌고, 현재 현대사회에서 문제가 되고 있는 에너지 및 환경 문제를 해결할 수 있는 핵심 요소로 떠오르고 있다. 특히 4차 산업혁명시대를 맞이하여 많은 부분에서는 인공지능, 클라우딩, 빅 데이터 및 로봇 등을 이야기하고 이에 대한 투자 및 개발을 이야기하고 있지만, 이 4차 산업을 뒷받침할, 강인한 제조업이 없으면 불가능한 혁명이라고 말 할 수 있다. 특히 트라이볼로지는 제조업의 무인 자동화 및 무인 로봇 등 이를 필요로 하는 산업 기기와 같은 전반적인 부품 및 소재의 마모를 감소시켜, 기계 장치의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 마찰은 두 물체 상호간의 열 발생을 억제 시키고, 마모는 물체의 표면 경도가 높으면 높을수록 마모량이 적어진다고 알려져있다. 따라서 트라이볼로지와 관련한 표면 처리의 경우, 고온 환경에서의 사용성 증대 및 고경도화 그리고 저마찰을 위한 방향으로 개발 발전되어져 왔다. 트라이볼로지 코팅 중 내마모 코팅의 경우, 티타늄 원소를 기본으로 알루미늄(Al) 및 실리콘(Si)를 합금화하면서, 고경도화 및 내열성을 증대시키는 방향으로 발전되어 왔다. 그에 따라 표면경도의 경우, 4000 Hv, 내열성 $1200^{\circ}C$에 도달였다. 하지만 여전히 철계와의 마찰계수는 0.3 이상으로 이를 낮추는 방법이 요구되고 있다. 최근 트라이볼로지 코팅 중 카본을 함유한 비정질 다이아몬드상 카본 막 (Diamond like Carbon Film : DLC) 이나, Diamond 막의 수요 증가는 마찰을 낮추어 융착마모를 줄이려는 노력으로 볼 수 있다. 특히 수소를 포함하지 않는 고경도 탄소막인 ta-C(tetrahedral amorphous-Carbon)의 수요는 증대되고 있으며, 이에 대한 후막화 및 양산화 기술의 개발의 현재 isssu로 대두되고 있다.