• Journal of Korea Foundry Society
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• v.28 no.1
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• pp.20-24
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• 2008

The characteristics, such as roughness, thickness, microhardness and corrosion resistance, of plasma electrolytic oxide coatings on AZ91D alloy were investigated under the processing condition of various coating times. The coatings on AZ91D alloy consisted of MgO, $MgAl_{2}O_{4}$ and $Mg_{2}SiO_{4}$ oxides. The surface roughness and thickness of coatings became larger with increasing the coating time. The microhardness in cross section of coatings was much higher than not only that in surface but that in the conventional anodic oxide coatings, which increased progressively as the coating time increased. After being immersed in 3.5%NaCl solution and methyl alcohol, the corrosion resistance of AZ91D alloy was markedly improved by plasma electrolytic oxidation coating treatment, and the AZ91D alloy coated for 50min revealed excellent corrosion resistance.

• Journal of Korea Foundry Society
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• v.21 no.1
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• pp.7-14
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• 2001

The research on new DRA(discontinuous reinforced alloy) and CRA(continous reinforced alloy) composites has been carried out to improve the properties of ceramic fiber and particle reinforced metal matrix composites(MMCs). Effects of alloying elements and aging conditions on the microstructures and aging behavior of Al-Si-Cu-Mg-(Ni)-SiCp composite have been examined. The specimens used in this study were manufactured by duplex process. The first squeeze casting is the process to make precomposite and the second squeeze casting is the process to make final composite. The hardening behavior was accelerated with decreasing the size of SiCp particle in the composites. It is considered that the dislocation density increased with increasing SiCp size, due to the different thermal deformation between Al matrix and SiCp during quenching after the solution treatment. Peak aging time to obtain the maximum hardness in 3 ${\mu}m$ SiCp reinforced Al composite was reduced than that in large size(5, 10 ${\mu}m$) of SiCp because of difference in dislocation density. Aging hardening responce(${\Delta}H$ = $H_{Max}.-H_{S.T}$) of composites was greater than that of unreinforced Al alloy because of higher density of second phases in matrix.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.44 no.3
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• pp.82-88
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• 2011

A uniform chromium-free conversion coating treated with an alkaline phosphate- permanganate solution was formed on the AZ 31 magnesium alloy. The effect of acid pickling on the morphology and on the corrosion resistance of the alkaline phosphate-permanganate conversion coating was investigated. The chemical composition and phase structure of conversion coating layer were determined via optical microscopy, SEM, EDS, XPS and XRD. Results show that the conversion coatings are relatively uniform and continuous, with thickness 1.8 to $2.4\;{\mu}m$. The alkaline phosphate-permanganate conversion coating was mainly composed of elements Mg, O, P, Al and Mn. The conversion-coated layers were stable compounds of magnesium oxide and spinel ($MgAl_2O_4$). These compounds were excellent inhibitors to corrosion. The electrochemical corrosion behaviors of coatings in 3.5 wt.% NaCl solutions were evaluated by electrochemical impedance spectroscopy, potentiodynamic polarization technique. EIS results showed a polarization resistance of $0.1\;k{\Omega}$ for the untreated Mg and $16\;k{\Omega}$ for the alkaline phosphate-permanganate conversion treatment sample, giving an improvement of about 160 times. The results of the electrochemical measurements demonstrated that the corrosion resistance of the AZ 31 magnesium alloy was improved by the alkaline phosphate-permanganate conversion treatment.

• Journal of Korea Foundry Society
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• v.35 no.4
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• pp.67-74
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• 2015

In this study, Mg-Zn alloys are investigated in terms of their thermal properties after an addition of Cu. Al element is added to improve the mechanical properties and castability in general case. However, it was excluded here because it significantly decreases the thermal conductivity. On the other hand, Zn was added as a major element, which had less influence on reducing the conductivity and can complement the mechanical properties as well. Cu was also added, and it improved the heat transfer characteristics as the amount was increased. The composition ranges of Zn and Cu are 6 wt.% and 0~1.5 wt.%, respectively. Mg-6Zn-xCu alloy was prepared by a gravity casting method using a steel mold and then the thermal conductivity and the microstructure of the as-cast material were investigated. By measuring the density_(${\rho}$), specific heat_(Cp) and thermal diffusivity_(${\alpha}$), the thermal conductivity_(${\lambda}$) was calculated by the equation ${\lambda}={\rho}{\cdot}Cp{\cdot}{\alpha}$. As the amount of Cu increased in the Mg-6Zn-xCu alloy, the heat transfer characteristics were improved, resulting in a synergistic effect which is slow when the added Cu exceeds 1 wt.%. In order to investigate the relative thermal conductivity/emission of the Mg-6Zn-xCu alloy, AZ91 and AZ31 were experimentally evaluated and compared using a separate test equipment. As a result, the Mg-6Zn-1.5Cu alloy when compared to AZ91 showed improvements in the thermal conductivity ranging from 30 to 60% with a nearly 20% improvement in the thermal emission.

• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• v.37 no.3
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• pp.121-127
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• 2024

We investigate the effect of T6 heat treatment on the microstructure and mechanical properties of AA365 (Al-10.3Si-0.37Mg-0.6Mn-0.11Fe, wt.%) alloy fabricated by vacuum-assisted high pressure die casting by means of thermodynamic calculation, X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, and tensile tests. The as-cast alloy consists of primary Al (with dendrite arm spacing of 10~15 ㎛), needle-like eutectic Si, and blocky α-AlFeMnSi phases. The solution treatment at 490 ℃ induces the spheroidization of eutectic Si and increase in the fraction of eutectic Si and α-AlFeMnSi phases. While as-cast alloy does not contain nano-sized precipitates, the T6-treated alloy contains fine β' and β' precipitates less than 20 nm that formed during aging at 190℃. T6 heat treatment improves the yield strength from 165 to 186 MPa due to the strengthening effect of β' and β' precipitates. However, the β' and β' precipitates reduce the strain hardening rate and accelerate the necking phenomenon, degrading the tensile strength (from 290 to 244 MPa) and fracture elongation (from 6.6 to 5.0%). Fractography reveals that the coarse α-AlFeMnSi and eutectic Si phases act as crack sites in both the as-cast and T6 treated alloys.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.189-190
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• 2011

Cu가 기존 배선물질인 Al을 대체함에 따라 resistance-capacitance (RC) delay나 electromigration (EM) 등의 문제들이 어느 정도 해결되었다. 그러나 지속적인 배선 폭의 감소로 배선의 저항 증가, EM 현상 강화 그리고 stability 악화 등의 문제가 지속적으로 야기되고 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 Cu alloy seed layer를 이용한 barrier 자가형성 공정에 대한 연구를 진행하였다. 이 공정은 Cu 합금을 seed layer로 사용하여 도금을 한 후 열처리를 통해 SiO2와의 계면에서 barrier를 자가 형성시키는 공정이다. 이 공정은 매우 균일하고 얇은 barrier를 형성할 수 있고 별도의 barrier와 glue layer를 형성하지 않아 seed layer를 위한 공간을 추가로 확보할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, via bottom에 barrier가 형성되지 않아 배선 전체 저항을 급격히 낮출 수 있다. 합금 물질로는 초기 Al이나 Mg에 대한 연구가 진행되었으나, 낮은 oxide formation energy로 인해 SiO2에 과도한 손상을 주는 문제점이 제기되었다. 최근 Mn을 합금 물질로 사용한 안정적인 barrier 형성 공정이 보고 되고 있다. 하지만, barrier 형성을 하기 위해 300도 이상의 열처리 온도가 필요하고 열처리 시간 또한 긴 단점이 있다. 본 실험에서는 co-sputtering system을 사용하여 Cu-V 합금을 형성하였고, barrier를 자가 형성을 위해 300도에서 500도까지 열처리 온도를 변화시키며 1시간 동안 열처리를 실시하였다. Cu-V 공정 조건 확립을 위해 AFM, XRD, 4-point probe system을 이용하여 표면 거칠기, 결정성과 비저항을 평가하였다. Cu-V 박막 내 V의 함량은 V target의 plasma power density를 변화시켜 조절 하였으며 XPS를 통해 분석하였다. 열처리 후 시편의 단면을 TEM으로 분석하여 Cu-V 박막과 SiO2 사이에 interlayer가 형성된 것을 확인 하였으며 EDS를 이용한 element mapping을 통해 Cu-V 내 V의 거동과 interlayer의 성분을 확인하였다. PVD Cu-V 박막은 기판 온도에 큰 영향을 받았고, 200 도 이상에서는 Cu의 높은 표면에너지에 의한 agglomeration 현상으로 거친 표면을 가지는 박막이 형성되었다. 7.61 at.%의 V함량을 가지는 Cu-V 박막을 300도에서 1시간 열처리 한 결과 4.5 nm의 V based oxide interlayer가 형성된 것을 확인하였다. 열처리에 의해 Cu-V 박막 내 V은 SiO2와의 계면과 박막 표면으로 확산하며 oxide를 형성했으며 Cu-V 박막 내 V 함량은 줄어들었다. 300, 400, 500도에서 열처리 한 결과 동일 조성과 열처리 온도에서 Cu-Mn에 의해 형성된 interlayer의 두께 보다 두껍게 성장 했다. 이는 V의 oxide formation nergyrk Mn 보다 작으므로 SiO2와의 계면에서 산화막 형성이 쉽기 때문으로 판단된다. 또한, V+5 이온 반경이 Mn+2 이온 반경보다 작아 oxide 내부에서 확산이 용이하며 oxide 박막 내에 여기되는 전기장이 더 큰 산화수를 가지는 V의 경우 더 크기 때문으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.256-256
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• 2012

Cu가 기존 배선물질인 Al을 대체함에 따라 resistance-capacitance delay와 electromigration (EM) 등의 문제들이 어느 정도 해결되었다. 그러나 지속적인 배선 폭의 감소로 배선의 저항 증가, EM 현상 강화 그리고 stability 악화 등의 문제가 지속적으로 야기되고 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 Cu alloy seed layer를 이용한 barrier 자가형성 공정에 대한 연구를 진행하였다. 이 공정은 Cu 합금을 seed layer로 사용하여 도금을 한 후 열처리를 통해 $SiO_2$와의 계면에서 barrier를 자가 형성시키는 공정이다. 이 공정은 매우 균일하고 얇은 barrier를 형성할 수 있고 별도의 barrier와 glue layer를 형성하지 않아 seed layer를 위한 공간을 추가로 확보할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, via bottom에 barrier가 형성되지 않아 배선 전체 저항을 급격히 낮출 수 있다. 합금 물질로는 초기 Al이나 Mg에 대한 연구가 진행되었으나, 낮은 oxide formation energy로 인해 SiO2에 과도한 손상을 주는 문제점이 제기되었다. 최근 Mn을 합금 물질로 사용한 안정적인 barrier 형성 공정이 보고 되고 있다. 하지만, barrier 형성을 하기 위해 300도 이상의 열처리 온도가 필요하고 열처리 시간 또한 긴 단점이 있다. 본 실험에서는 co-sputtering system을 사용하여 Cu-V 합금을 형성하였고, barrier를 자가 형성을 위해 300도에서 500도까지 열처리 온도를 변화시키며 1시간 동안 열처리를 실시하였다. Cu-V 공정 조건 확립을 위해 AFM, XRD, 4-point probe system을 이용하여 표면 거칠기, 결정성과 비저항을 평가하였다. Cu-V 박막 내 V의 함량은 V target의 plasma power density를 변화시켜 조절 하였으며 XPS를 통해 분석하였다. 열처리 후 시편의 단면을 TEM으로 분석하여 Cu-V 박막과 $SiO_2$ 사이에 interlayer가 형성된 것을 확인 하였으며 EDS를 이용한 element mapping을 통해 Cu-V 내 V의 거동과 interlayer의 성분을 확인하였다. PVD Cu-V 박막은 기판 온도에 큰 영향을 받았고, 200도 이상에서는 Cu의 높은 표면에너지에 의한 agglomeration 현상으로 거친 표면을 가지는 박막이 형성되었다. 7.61 at.%의 V함량을 가지는 Cu-V 박막을 300도에서 1시간 열처리 한 결과 4.5 nm의 V based oxide interlayer가 형성된 것을 확인하였다. 열처리에 의해 Cu-V 박막 내 V은 $SiO_2$와의 계면과 박막 표면으로 확산하며 oxide를 형성했으며 Cu-V 박막 내 V 함량은 줄어들었다. 300, 400, 500도에서 열처리 한 결과 동일 조성과 열처리 온도에서 Cu-Mn에 의해 형성된 interlayer의 두께 보다 두껍게 성장했다. 이는 V의 oxide formation energy가 Mn 보다 작으므로 SiO2와의 계면에서 산화막 형성이 쉽기 때문으로 판단된다. 또한, $V^{+5}$이온 반경이 $Mn^{+2}$이온 반경보다 작아 oxide 내부에서 확산이 용이하며 oxide 박막 내에 여기되는 전기장이 더 큰 산화수를 가지는 V의 경우 더 크기 때문으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.65-65
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• 2018

갈바륨 도금강판은 알루미늄의 우수한 차폐 특성과 내열성, 열 반사성을 가지며 아연의 희생방식 특성을 겸비하여 동일 부착량의 용융 아연도금 및 알루미늄 도금강판에 비해 우수한 내식성을 나타낸다고 알려져 있다. 또한 이것은 표면이 미려하고 경제성이 높아 건자재 용도로 현재까지도 세계적으로 널리 이용되고 있다. 여기서 지칭하는 바륨 도금강판(galvalume steel)은 아연과 알루미늄 도금강판의 장점을 접목하기 위해 55 Al-43.4 Zn-1.6 Si (wt.%)로 구성되어 개발된 3원계 성분의 합금도금강판이다. 한편, 최근에는 강재의 내식성을 향상시키기 위한 다양한 연구 결과에 의해 Zn-Al-Mg의 3원계 합금도금강판도 개발되어 사용되고 있다. 이것은 기존의 아연도금 강판 보다 10배 정도의 우수한 내식성을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 특히, 이것은 도금된 평판부의 내식성은 물론 절단된 도금 단면부의 내식성도 매우 우수하다고 알려져 있다. 그러나 상기한 갈바륨 도금강판의 경우에는 도금된 표면부에 비해 단면부의 내식성이 상대적으로 취약한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 갈바륨 도금강판의 내식성을 종합적으로 향상시키기 위하여 이 갈바륨 도금강판 상에 PVD 스퍼터링법에 의해 Mg 코팅막의 제작을 시도하였다. 여기서 Mg 코팅막은 후처리 된 갈바륨 도금강판 상에 Ar 공정압력 2 및 20 mTorr 조건 중 1.5 및 $3{\mu}m$ 두께로 제작하였다. 또한 제작한 코팅막에 대해서는 모폴로지 관찰(SEM) 및 결정구조 분석(XRD)을 하였고, 분극측정, 염수분무 시험(SST) 및 복합부식 시험(CCT)에 의해 표면 및 단면부의 내식성평가를 수행하였다. 또한 여기서는 염수분무 및 복합부식 시험 후의 시험편도 채취 하여 표면 및 단면부위에 대한 원소조성 분석(EPMA)과 결정구조 분석(XRD)을 실시하였다. 이상의 실험 결과에 의하면, 본 실험에서 제작한 Mg 코팅막은 그 두께가 두꺼울수록 표면 Mg 결정립의 크기가 증가하였고, 그 부식속도가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 여기서는 공정압력이 높은 조건에서 제작한 막일수록 Mg(002)면 피크 강도가 감소하고 Mg(101)면 피크의 배향성이 증가하였다. 그때 그 막의 내식성은 향상되는 경향을 나타내었다. 그리고 종합적으로 염수분무 및 복합부식 시험 결과에 의하면 Mg이 코팅된 갈바륨 도금강판은 기존 갈바륨 도금강판 보다 내식성이 현저히 향상되었다. 특히, 단면부 내식성의 경우에는 기존 대비 5배 이상 향상되는 경향을 나타내었다. 여기서 단면부 내식특성 분석을 위한 EPMA 원소조성 분석 결과에 의거하면, 부식 초기에는 마그네슘의 부식생성물에 의해 단면부가 치밀하게 보호되고 있음을 확인할 수 있었다. 그 이후에는 부식이 지속적으로 진행됨에 따라 갈바륨 도금층에서 용출된 알루미늄 및 아연 성분이 마그네슘과 함께 치밀한 부식생성물을 형성하여 단면부를 차폐함에 따라 단면부의 내식성이 크게 향상된 것으로 생각된다. 이러한 부식생성물의 결정구조 분석 결과에 따르면, 염수분무와 복합부식 시험에서는 공통적으로 MgO, $Mg(OH)_2$ 이외에도 Simonkolleite상 등이 형성되었다. 또한 건-습 반복 부식시험인 복합부식시험 후에는 $Mg_5(CO_3)_4(OH)_24H_2O$(Hydromagnesite)상 등이 형성됨을 확인할 수 있었다. 즉, 본 실험에서 후처리된 갈바륨 도금강판 상에 제작한 마그네슘 코팅막의 경우에는 상기와 같은 다양한 부식반응에 의해 표면 및 단면부에 형성된 Mg계 부식생성물과 $Zn_5(OH)_8Cl_2H_2O$(Simonkolleite)상에 의해서 표면은 물론 단면부 내식성이 크게 향상된 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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• 2003.05a
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• pp.65-69
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• 2003

The effects of microstructural features on the fracture behaviors, including impact, high-cycle fatigue, fatigue and crack propagation, of thixoformed 357-T5 (Al-7%Si-0.6%Mg) alloy were examined. The resistance to impact and high-cycle fatigueof thixoformed 357-T5 tended to improve greatly with increasing solid volume fraction. An almost three-fold increase in impact energy value was, for example, observed with increasing solid volume fraction from 59 to 70%. The improvement in both impact and fatigue properties of thixoformed 357-75 with increasing solid volume fraction in the present study appeared to be related to the magnitude of stress concentration at the interface between primary and eutectic phase, by which the fracture process was largely influenced. Based on the fractographic and micrographic observations, the mechanism associated with the beneficial effect of high solid volume fraction in thixoformed 357-T5 alloy was discussed.

• Journal of Korea Foundry Society
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• v.34 no.3
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• pp.87-93
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• 2014

Thixo-extrusion of semi-solid 7075 aluminum alloy and the mechanical properties of its extrudates were investigated. The semisolid alloy was prepared by a cooling slope cast. In other to perform thixo-extrusion, semi-solid 7075 aluminum alloy billets were reheated at the reheating conditions reported in a previous study. The maximum extrusion pressure in thixo-extrusion was 615MPa. This was lower than that of conventional hot extrusion ($P_{max}=940MPa$) at the same extrusion conditions due to the increased fluidity of the alloy billet in the semi-solid state. The values of Rockwell hardness (scale B) at the extrusion direction of the as thixoextruded bar were 48~53HRB and the difference in Rockwell hardness between the transverse direction and the extrusion direction was 5HRB or less. The results show that thxio-extrusion of semi-solid 7075 Al alloy improves the workability and anisotropic with the extrusion direction compared with hot extrusion of the conventional alloy.