기존의 축소(Ⅰ) 기본형 엔진에 대한 연소 시험을 실시한 결과 분사면의 내열 특성이 불량한 것으로 판명되었다. 이에 기본형 엔진의 설계를 다각도로 수정한 축소(Ⅰ) 수정형 엔진을 제작 하게 되었다. 주요 설계 파라미터는 주분사기의 배열, 주분사기의 충돌각, 내열 코팅이었으며, 이들에 대한 시험적 연구를 수행하고 각 디자인에 따른 엔진 성능 및 내열 성능을 비교하였다. 내열 성능은 직교배열의 경우, 주분사기 충돌각이 작은 경우, 내열 코팅이 있는 경우 증가하는 경향을 보여주었다. 그에 따른 엔진 성능의 변화를 살펴보면 5% 범위 이내에서 성능 차이를 보이며 방사배열의 경우가 직교배열의 경우보다 성능이 높고, 주분사기 충돌각 15°의 경우가 20°의 경우보다 오히려 높게 나타났다. 이러한 현상은 고주파 불안정성과 관련성이 있을 것이며, 향후 시험을 통해 검증할 예정이다.
우주공간, 고에너지 플라즈마, 방사선 조사 환경과 같은 극한환경에서의 응용 분야가 증가함에 따라 더 높은 용융점 및 기계적 강도, 열전도도의 향상을 필요로 하는 재료에 대한 수요가 계속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 대표적인 내열 소재인 탄소-탄소 복합체의 내산화/내삭마 특성을 개선하기 위하여 초고온 세라믹스를 이용하는 방법에 대하여 리뷰하였다. 초고온 세라믹스를 합성하는 가장 간단한 방법인 CVD 코팅법과 다른 코팅법인 pack cementation, 용사법의 장단점을 서로 비교하였다. 복잡한 형상의 C/C 복합체에 CVD 코팅법을 적용하기 위한 방법으로 열역학 계산 및 CFD 시뮬레이션의 활용 가능성을 제안하였다. 또한 이런 방법을 통하여 제작한 TaC/SiC 이중 층 코팅과 TaC/SiC 다중 층 코팅의 내산화 특성을 비교한 결과, 다중 층 코팅을 적용하였을 때 더 뛰어난 내산화성을 보이는 것을 확인하였다.
프로바이오틱 박테리아는 면역력 활성 조절, 콜레스테롤 수치 억제, 유당내성 강화, 항종양 활성 등의 다양한 생리활성 기능으로 건강 증진 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 프로바이오틱 박테리아는 일단 섭취하게 되면 위장관을 통과하는 동안 산도가 낮거나 단백질분해 효소가 많은 열악한 환경에서 생존해야 하며 프로바이오틱 효과를 발휘하기 위해 증식해야 한다. 이중 코팅 기술은 펩타이드와 다당류의 이중코팅으로 섭취된 프로바이오틱 박테리아를 열악한 조건으로부터 보호하기 위해 개발되었다. 본 연구에서는 이중코팅 된 4종의 비피도박테리움 혼합물의 생존 안정성을 평가하기 위해 코팅이 되지 않은 비피도박테리움 혼합물과 담즙, 산 저항성 및 열 안정성을 비교 평가하였다. 이중 코팅 된 균주와 코팅이 되지 않은 균주를 산과 담즙 조건 및 $40^{\circ}C$에 노출 시킨 후 한천배지에 배양하여 생존생육 세포수를 측정하였으며, BacLigtht 키트를 이용하여 염색 한 후 유세포 분석기를 이용하여 생균과 사균의 세포수를 평가하였다. 이중코팅 된 균주 혼합물의 경우 코팅이 되지 않은 균주 혼합물 보다 산, 담즙 내성이 더 높았으며, 열 안전성 또한 코팅 되지 않은 균주 혼합물보다 높은 것으로 나타났다. 이 같은 결과들로 이중코팅 기술은 프로바이오틱 박테리아의 안정성 및 섭취 후 위장관 트랙을 통과하는 동안 균주의 생존률을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
Plasma 용사 코팅 기술은 전자산업과 정보산업의 기초인 Micro 반도체 산업의 기능성 목적으로 응용되고 있으며, 항공기 등의 첨단산업에서 디젤엔진이나 가스터빈 등 응용 범위를 점차 확대하고 있는 실정이다. 또한 첨단요소 부품에 적용하여 내마모성, 내열성, 내피로성, 내부식성 등을 부여하고 있다. 기능성 부품에 후처리하여 제품의 부가가치를 향상시킬 수 있어, Plasma 용사 코팅기술의 중요성은 날로 증대되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 Plasma 용사 기술을 이용하여 코팅을 형성 내마모시험을 통해 국내 첨단요소 부품에 기능성 부여과 낙후된 용사 기술을 향상시키는 데 있다.
Cho, Tong Yul;Yoon, Jae Hong;Kim, Kil Su;Song, Ki Oh;Youn, Suk Jo;Chun, Hui Gon;Hwang, Soon Young
Corrosion Science and Technology
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제6권4호
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pp.159-163
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2007
Micron size Co-alloy 800 (T800) powder is coated on the high temperature, oxidation and corrosion resistant super alloy Inconel 718 substrate by the optimal high velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spray coating process developed by this laboratory. For the study of durability improvement of high speed spindle operating without lubricants, friction and sliding wear behaviors of the coatings are investigated both at room and at an elevated temperature of $1000^{\circ}F(538^{\circ}C)$. Friction coefficients, wear traces and wear debris of coatings are drastically reduced compared to those of non-coated surface of Inconel 718 substrate both at room temperature and at $538^{\circ}C$. Friction coefficients and wear traces of both coated and non-coated surfaces are drastically reduced at higher temperature of $538^{\circ}C$ compared with those at room temperature. At high temperature, the brittle oxides such as CoO, $Co_{3}O_{4}$, $MoO_2$ and $MoO_3$ are formed rapidly on the sliding surfaces, and the brittle oxide phases are easily attrited by reciprocating slides at high temperature through oxidation and abrasive wear mechanisms. The brittle solid oxide particles, softens, melts and partial-melts play roles as solid and liquid lubricants reducing friction coefficient and wear. These show that the coating is highly recommendable for the durability improvement coating on the machine component surfaces vulnerable to frictional heat and wear.
본 연구에서는 미시역학 전산 모형을 통해 열 보호 시스템에 사용되는 내열 코팅 재료의 유효 열전도도와 탄성 계수를 산출하고 분석하였다. 상용 프로그램 Simpleware를 이용하여 HfC로 코팅된 탄소/탄소 복합재료의 삼차원 전산 모형을 생성한 후 유한요소 해석을 수행하였다. 유효 물성의 경향을 확인하기 위해 코팅층의 기공도와 두께 변화를 고려하였다. 또한, 실제 시편을 제작하여 실험에서 온도에 따라 측정된 열전도도와 해석에서 산출된 열전도도를 서로 비교하였으며 해석 결과가 측정값에 근접하였다. 이를 통해 내열 코팅 재료의 유효 물성을 산출하는데 있어서 미시역학 전산 해석이 적절함을 확인하였다.
상대 접촉하고 있는 물체에 미끄럼 운동이 가해질 경우 마찰에 의해 발생되는 거의 모든 에너지는 열로써 나타나게 된다. 이러한 마찰열은 주로 adhered junctions의 파괴 및 표면돌기(surface asperities)들의 소성 변형에 의한 열역할적 비가역 반응의 결과로 발생된다. 접촉부위의 발생열은 양 접촉제의 접촉면에 전달되어 접촉표면 온도의 급격한 증가를 초래하며 그 결과로 여러가지 surface phenomena, 즉 마찰, 마모, 산화(oxidation), 부식 및 구조적 열화(structural degradation) 금속학적 상변화등에 큰 영향을 미치게 된다. 딸서 볼 및 로울링 엘레먼트 베어링, 기어, 캠과 태핏, 브레이크 등 기계요소의 설계를 위한 주인자로서 근래에 들어 접촉표면의 온도가 주목받고 있다. 표면에 존재하는 layer로서는 금속표면에 응착시킨 coating layers, contaminant films, physisorbed 또는 chemisorbed films, oxide layers 또는 마찰열에 의해 형성되는 경도가 아주 높은 내마모층(hard wear-resistant layers) 등이 고려될수 있다. 낮은 열전도성을 가진 oxide film이 접촉 표면이 온도를 증가시킨다는 것이 Jaeger에 의해 지적되었으며 Ling과 Lai는 moving heat sjource가 가해지는 layered surface의 표면온도분포를 구하면서 substrate와 thermal property가 다른 layer가 존재하게 되면 그 두께가 아주 얇더라도 (1 마이크론 정도) 표면온도는 크게 변화됨을 보였다.
가스터빈엔진 내의 블레이드에서는 표면에 외부의 찬 공기를 흘려주는 작은 냉각 홀들을 가공하고 열 차단 코팅시스템을 코팅하는 방법으로 기지금속을 고온에서 보호한다. 열 차단 코팅은 열피로 과정에서 산화막의 성장 및 접합층과 산화막의 열팽창계수의 불일치로 산화막내부에 잔류응력이 발생하며 궁극적으로 코팅층의 분리를 유발한다. 본 연구에서는 내열합금 시편 표면에 작은 홀을 가공하여 여러 가지 고온 유지 조건에서 열 및 기계적 피로 시험을 수행하여 홀 주위의 산화막의 변형을 관찰하였다. 실험결과 기계적 피로가 홀 주위의 산화막의 변형에 중요한 영향을 미치며, 동일한 산화막 두께에서 고온 유지 시간이 짧을수록 변형이 쉽게 발생 하였다. 또한 본 연구에서는 홀 주위 산화막의 응력해석을 위한 이론적인 연구도 시도되었다.
경질 폴리우레탄(Polyurethane) 폼(Foam)의 난연 성능을 개선하기 위하여 외부에 물유리를 코팅하였다. 무기질인 물유리 코팅층이 적용된 우레탄폼의 콘칼로리메터의 열방출율(Heat release rate)은 급격히 감소하였다. 폴리우레탄 표면에 코팅된 물유리는 화염에 노출되었거나 가열되었을 때 유리화 반응과 미 탈출 수분에 의한 발포현상으로 인해 유리질 폼을 형성하게 된다. 폴리우레탄 폼 위에 형성된 유리질 폼은 단열층이 되어 10 min 이상 폴리우레탄 폼의 연소를 억제하였다. 이러한 결과에 따라서 물유리는 경질 폴리우레탄 폼의 난연 특성을 개선할 수 있음을 확인하였다.
최근 고층건물의 화재안전성에 대한 문제점이 사회적으로 부각되어지고 있으며, 이러한 고층 건물에 다수 사용되고 있는 CFT기둥 부재에 대한 내화성능을 정량적으로 평가하는 방법이나 기준들이 마련되지 않은 상황이다. 이에 본 연구에서는 고강도 콘크리트를 충전한 CFT 단주를 제작하여 내화실험을 실시하고, 화재시 내화성능평가 및 비정상온도분포해석을 이용한 해석을 수행하여 온도분포해석의 모델링을 제안할 수 있었다. 이것을 기초로 CFT Stub Column의 고온특성 평가결과를 활용하여 화재시 내화시간에 따른 CFT기둥의 잔존내력 예측식을 유도할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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