• Nuclear Engineering and Technology
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• 제48권2호
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• pp.533-544
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• 2016

This paper provides a reference to determine the seal performance of metallic O-rings for a reactor pressure vessel (RPV). A nonlinear elastic-plastic model of an O-ring was constructed by the finite element method to analyze its intrinsic properties. It is also validated by experiments on scaled samples. The effects of the compression ratio, the geometrical parameters of the O-ring, and the structure parameters of the groove on the flange are discussed in detail. The results showed that the numerical analysis of the O-ring agrees well with the experimental data, the compression ratio has an important role in the distribution and magnitude of contact stress, and a suitable gap between the sidewall and groove can improve the sealing capability of the O-ring. After the optimization of the sealing structure, some key parameters of the O-ring (i.e., compression ratio, cross-section diameter, wall thickness, sidewall gap) have been recommended for application in megakilowatt class nuclear power plants. Furthermore, air tightness and thermal cycling tests were performed to verify the rationality of the finite element method and to reliably evaluate the sealing performance of a RPV.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.67-67
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• 2010

탄소나노튜브(CNT)는 우수한 기계적, 화학적, 전기적 특성으로 인해 다양한 분야에서 차세대 응용재료로서 각광을 받고 있다. 다양한 CNT의 합성방법 중 CNT 구조제어가 가장 용이한 방법으로는 열화학증기증착법(TCVD)와 플라즈마지원(PE) CVD법이 있으며, 대량합성을 위해서는 TCVD가 보다 일반적으로 이용되어지고 있다. 일반적으로 CNT를 합성하기 위해서는 전이금속의 촉매가 필요하며 촉매의 활성화 및 탄소를 포함하는 원료가스의 분해를 위하여 고온공정이 요구된다. 그러나 향후 산업적 응용을 고려한다면 저온합성법의 개발은 시급하게 해결해야 할 과제로 인식되고 있다. 또한 기판 위에 CNT를 합성하는 경우 촉매와 기판재료 사이의 합금화를 방지하기 위하여 산화막층을 삽입하게 되는데, 이는 CNT의 높은 전도성을 이용하고자 할 경우 저해요소로 작용하게 된다. 따라서 CNT를 완충층의 도움 없이 금속기판 위에 직접 성장시키는 기술 역시 향후 CNT응용에 있어서 중요한 과제라 할 수 있다. 상기와 같은 배경으로 본 연구에서는 금속기판 위 CNT의 저온성장을 목적으로 연구를 진행하였다. CNT 합성기판으로는 SUS316L 및 Inconel과 같은 촉매금속을 자체 함유한 금속기판을 선정하였고, 플라즈마 전처리를 통한 기판표면 제어를 통하여 CNT의 저온성장을 도모하였다. 직류전원의 아르곤 플라즈마를 이용하여 금속기판을 처리하였을 때 기판온도 및 플라즈마 파워가 증가함에 따라 기판의 표면조도가 증가하는 것을 AFM분석을 통해 확인할 수 있었다. 아세틸렌 가스를 원료가스로 이용한 TCVD합성에 있어서는 플라즈마 처리한 기판이 무처리 기판보다 동일 합성온도에서 더 두꺼운 CNT박막을 형성하였고, 합성온도는 $400^{\circ}C$ 부근까지 내릴 수 있었다. 이는 플라즈마 처리로 증가된 기판의 표면조도가 저온에서 CNT의 핵생성에 유리하게 작용했음을 추측하게 한다.

• 비파괴검사학회지
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• 제24권4호
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• pp.315-324
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• 2004

와전류 탐상에서 차동형 탐촉자는 신호에 영향을 미치는 변수들을 줄일 수 있어 흔히 사용된다 그러나 차동신호는 인접한 두 코일의 임피던스 차이를 신호로 사용하기 때문에 신호예측이나 해석이 쉽지 않다는 단점이 있다. 반면에 절대코일에 의한 신호는 상대적으로 형태가 단순하므로 신호예측이나 해석이 더 수월하다. 따라서 서로의 장, 단점을 상호보완적으로 사용하면 검사 신뢰도를 향상시키는데 큰 도움이 될 것이다. 본 논문에서는 인코넬 평판과 튜브에서 절대코일 신호를 예측하기 위하여 유한요소해석을 수행하였고, 리프트 오프, 충전율, 전도도, 탐상 주파수, 피검사체의 두께, 내, 외부 결함 등이 신호에 미치는 영향을 계산하여 임피던스 평면도로 작성하고, 신호특징을 분석하였다. 그 결과, 절대신호에 대한 많은 실용적인 지식을 축적할 수 있었고, 절대신호와 차동신호 특성의 유사성을 이해하게 되었으며, 결함깊이와 주파수 변화에 따른 신호의 기울기를 대응곡선 그래프로 자성할 수 있었다.

• 한국표면공학회지
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• 제40권4호
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• pp.170-174
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• 2007

High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) thermal spray coating of nano size WC-Co powder (nWC-Co) has been studied as one of the most promising candidate for the possible replacement of the traditional hard plating in some area which causes environmental and health problems. nWC-Co powder was coated on Inconel 718 substrates by HVOF technique. The optimal coating process obtained from the best surface properties such as hardness and porosity is the process of oxygen flow rate (FR) 38 FMR, hydrogen FR 57 FMR and feed rate 35 g/min at spray distance 6 inch for both surface temperature $25^{\circ}C\;and\;500^{\circ}C$. In coating process a small portion of hard WC decomposes to less hard $W_2C$, W and C at the temperature higher than its decomposition temperature $1,250^{\circ}C$ resulting in hardness decrease and porosity increase. Friction coefficient increases with increasing coating surface temperature from 0.55-0.64 at $25^{\circ}C$ to 0.65-0.76 at $500^{\circ}C$ due to the increase of adhesion between coating and counter sliding surface. Hardness of nWC-Co is higher or comparable to those of other hard coatings, such as $Al_2O_3,\;Cr,\;Cr_2O_3$ and HVOF Tribaloy 400 (T400). This shows that nWC-Co is recommendable for durability improvement coating on machine components such as high speed spindle.

• 한국표면공학회지
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• 제54권5호
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• pp.230-237
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• 2021

In this study, the influence of silicon contents on the microstructure, mechanical and tribological properties of Ti-Al-Si-N coatings were systematically investigated for application of cutting tools. The composition of the Ti-Al-Si-N coatings were controlled by different combinations of TiAl₂ and Ti₄Si composite target powers using an arc ion plating technique in a reactive gas mixture of high purity Ar and N₂ during depositions. Ti-Al-Si-N films were nanocomposite consisting of nanosized (Ti,Al,Si)N crystallites embedded in an amorphous Si₃N₄/SiO₂ matrix. The instrumental analyses revealed that the synthesized Ti-Al-Si-N film with Si content of 5.63 at.% was a nanocomposites consisting of nano-sized crystallites (5-7 nm in dia.) and a three dimensional thin layer of amorphous Si₃N₄ phase. The hardness of the Ti-Al-Si-N coatings also exhibited the maximum hardness value of about 47 GPa at a silicon content of ~5.63 at.% due to the microstructural change to a nanocomposite as well as the solid-solution hardening. The coating has a low friction coefficient of 0.55 at room temperature against an Inconel alloy ball. These excellent mechanical and tribological properties of the Ti-Al-Si-N coatings could help to improve the performance of machining and cutting tool applications.

• Corrosion Science and Technology
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• 제20권6호
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• pp.426-434
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• 2021

The effect of two different annealing temperatures on the level of the second phase precipitated in the microstructure and the corrosion behaviors of super austenitic stainless steel were examined. The sample annealed at a higher temperature had a significantly lower fraction of the sigma phase enriched with Cr and Mo elements, showing more stable passivity behavior during the potentiodynamic polarization measurement. However, after the welding process with Inconel-type welding material, severe corrosion damage along the interface between the base metal and the weld metal was observed regardless of the annealing temperature. This was closely associated with the precipitation of the fine sigma phase with a high Mo concentration in the unmixed zone (UMZ) during the welding process, leading to the local depletion of Mo concentrations around the sigma phase. On the other hand, the fraction of the newly precipitated fine sigma phase in the UMZ was greatly reduced by post-weld heat treatment (PWHT), and the corrosion resistance was greatly improved. Based on the results, it is proposed that the alloy composition of welding materials and PWHT conditions should be further optimized to ensure the superior corrosion resistance of welded super austenitic stainless steel.

• 방사성폐기물학회지
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• 제8권4호
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• pp.347-353
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• 2010

사용후핵연료를 파이로 건식처리하면 사용후핵연료 자체 내에 존재하는 세슘, 스트론튬, 초우라늄 계열 등이 중간저장 되어 영구처분 방사선원항에서 제외되므로 사용후핵연료집합체를 구성하는 구조재, 즉 금속폐기물의 방사선원항이 중요해지게 된다. 따라서 본 연구에서는 $17{\times}17$ KOFA 사용후핵연료 10 톤이 파이로 건식처리 되었을 경우를 가정하여 각 구조재 부품별로 방사선원항 특성을 분석하였다. 우선 구조재 부품별로 질량 및 부피를 상세히 계산하였다. 핵연료 상단 및 하단 고정체에서의 중성자스펙트럼이 노심과 다르므로 각 구조재 부품별로 핵반응단면적라이브러리를 KENO-VI/ORIGEN-S 모듈로 직접 생산하였으며, 이를 적용하여 ORIGEN-S 코드로 방사화 방사선원항을 평가하였다. 평가결과 원자로 방출후 10 년 시점에서의 방사능세기, 붕괴열, 위해지수 값은 각각 $1.40{\times}10^{15}$ Bequerels, 236 Watts, $4.34{\times}10^9m^3$-water 로 나타났으며, 이는 사용후핵연료 자체 값의 0.7 %, 1.1 %, 0.1 %에 해당하는 값이다. 방사능세기, 붕괴열, 위해지수 모든 측면에서는 금속폐기물 전체물량의 1 %만을 차지하는 인코넬 718 그리드판이 가장 중요한 것으로 평가되었으며, 특히 이를 따로 분리하여 관리하면 금속폐기물 전체 방사능세기를 20~45 % 정도, 위해지수를 30~45 % 정도 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 전체적으로 볼 때, 금속폐기물의 방사능세기 및 위해지수는 처분시스템 설계 시 중요한 인자로 고려되어야 하나, 붕괴열은 그 열량이 작아 중요하지 않은 것으로 나타났다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제6권3호
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• pp.171-178
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• 2008

중 저준위 방사성폐기물 유리화 실증시설의 고온필터(HTF)시스템에 금속필터를 도입하여 일련의 성능시험을 수행하였다. 고온필터시스템의 여과재는 총 19개의 필터 element로 구성되는데 필터로서 금속 재질별 특성을 알기 위해 316L, 904L, Inconel 600 등 3종의 element를 혼합하여 필터set를 구성하였다. 매 시험을 종료한 후에는 필터하우징에서 종류별로 필터 element를 꺼내어 육안으로 변화를 관찰하였다. 그 결과 일부 element 표면에서 어두운 색깔의 반점들이 관찰되었으며, 특히 AISI 316L 재질의 element에서 많은 반점들이 발견되었다. 이 반점들이 부식을 의미하는 것인지 확인하기 위해 두 가지 분석을 수행하였다. 첫째 재질별로 1개씩의 element를 절단하여 정상적인 곳과 반점이 있는 곳의 표면 및 단면을 SEM/EDS로 분석하였다. 그 결과 반점은 Na, S, Si 등 무기계 산화물이 집중적으로 침적되어 필터의 미세기공을 막고 있는 현상으로 밝혀졌으며, 이 침적물들은 폐기물 및 유리용탕으로 부터 휘발된 물질로 판단된다. 둘째, 재질별로 필터 element에 대해 ring tensile시험을 수행하였다. 그 결과 반점을 포함한 시험 필터 element의 인장강도 값이 규정값 이상으로 나타나서 필터에 부식이 없는 것으로 확인되었다. 앞서 두 가지 분석결과로 볼 때 시험한 금속필터 표면에 생성된 반점은 부식생성물이라기 보다는 필터 전단으로부터 유입된 무기산화물 필터기공을 막고 있는 현상으로 판단되며, 이 반점이 반점형태로 국부적 지점에만 나타나는 것은 시험 중단시기 필터에 응축된 수분과 관련이 있는 것으로 판단된다. 반점의 생성은 필터의 유효 여과면적이 줄어 결과적으로 필터에 걸리는 압력손실이 커지기 때문에 필터하우징의 상시보온을 통한 응축 방지가 필요할 것으로 판단된다. 아울러, 보다 장시간의 시험을 통해 필터 부식현상에 대한 검증 필요하다고 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.863-870
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• 2016

본 논문의 목적은 소듐냉각고속로(sodium cooled fast reactor, SFR)와 초임계 $CO_2$ Brayton cycle의 연계 시, 원자로 열수송 계통과 동력변환 계통의 압력 경계를 형성하는 회로인쇄형 열교환기의 경계면에 균열이 발생해 고압(약 200 bar)의 $CO_2$가 상압 수준의 액체소듐유로 측에 유입되었을 때의 물리/화학적 현상을 파악하여 열교환기 설계에 활용 가능한 실험 자료를 생산하는 것이다. 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면 균열 현상은 경계면의 균열 크기에 따라 미세 균열에 의한 소듐유로막힘(plugging) 현상과 상대적으로 큰 균열에 의한 열교환기 재료손상(wastage) 현상으로 나뉜다. Plugging 실험결과, 소듐유로 직경이 3mm일 때 $CO_2$ 주입 즉시 소듐 흐름이 정지한 반면 소듐유로 직경이 5 mm일 때는 유량이 감소되기 시작하는 시점은 3 mm의 경우와 유사하게 $CO_2$ 주입 즉시 나타났지만 소듐의 흐름이 완전히 정지할 때까지는 상대적으로 오랜 시간이 소요되었다. 이러한 실험결과는 실제 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면에서 미세균열이 발생했을 때, 소듐유로 직경이 3 mm로 좁을 경우 균열 발생과 동시에 해당 소듐유로가 반응생성물에 의해 막혀 해당 유로 외의 유로들로 지속적인 열교환기 운전이 가능하지만, 소듐유로의 직경이 5 mm로 넓어질 경우 소듐유로가 고체생성물에 의해 즉시 막히지 않고 생성물이 소듐유로를 따라 계통 내부를 이동하다 일정 농도 이상이 되어야 소듐유로를 막게 할 것으로 예상할 수 있는 결과이다. Wastage 실험결과, 열교환의 재질(STS316, Inconel600, G91 합금강), 운전온도($400{\sim}500^{\circ}C$), 노즐직경(0.2~0.8 mm), 시편-노즐 거리(2~6 mm)와 무관하게 고압(약 200~250 bar)의 $CO_2$ 분사에 의한 시편의 물리적 손상(erosion) 현상은 발생하지 않았다. 노즐에서의 분사되는 $CO_2$의 분사속도는 마하 0.4~0.7인 것으로 확인되었다. 본 연구의 실험결과는 열교환기 파손 대처 설계에 배경 실험 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제26권4호
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• pp.211-219
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• 2006

초음파 서모그라피는 초음파 진동 에너지 여기에 의한 물체의 표면 및 표면 아래에 존재하는 결함부위의 선택적 발열 특성을 적외선 열영상 카메라로 관측하는 것이다. 결함(균열, 박리, 공극 등) 이 존재하는 구조물에 초음파 진동 에너지를 입사시킬 경우 결함 부근에서의 국부적인 발열로 인해 건전 부위와의 급격한 온도차를 드러내는 핫 스폿이 관측된다. 초음파 진동 에너지 여기에 의한 핫 스폿 관측 및 분석을 통해 결함을 진단하는 것이 초음파 서모그라피를 이용한 비파괴 결함 진단 방법이다. 이를 이용한 결함 검출을 위해서는 초음파의 진동에너지를 검사 구조물에 효율적으로 전달하는 것이 중요하다 본 논문에서는 초음파 서모그라피를 이용한 실시간 결함검출에 대해 기술한다. 초음파 진동에너지의 입사 방향에 따른 결함 검출 특성을 평가하기 위해 진동에너지의 전달 방향을 시편과 수직 또는 수평방향으로 각각 입사시켰다. 각각의 입사 방향에 따른 초음파 트랜스듀서 양단에 인가되는 전압을 디지털 오실로스코우프로 계측 비교하였다. 결함 검출에 사용한 시편은 14 mm 두께의 SUS 균열(crack) 시편, PCB 기판(1.8 mm), 인코넬 600 판(1.0 mm) 및 CFRP 판(3.0 mm)의 4종류이다. 4종류의 시편에 대해 280ms 펄스폭의 초음파에너지를 수직 수평으로 각각 입사시켰다. 4종류 모두 수직방향으로 초음파 진동에너지를 입사시켰을 때 수평방향에 비해 전달 손실이 적었다. 복합재료인 PCB, CFRP 판은 수직방향으로 초음파 진동에너지를 입사시켰을 때 수평방향에 비해 결함 위치에서 열이 크게 발생하였으며 선택적 발열 현상도 3배 이상 지속되었다. 금속재료인 인코넬 600판과 SUS 시편은 수평방향이 수직방향보다 핫 스폿이 빨리 관측되었다.