• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.679-684
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• 2017

마찰 교반 용접(Friction Stir Welding)은 금속 소재 대상으로 용접 툴과 용접 재료의 마찰열을 이용하여 재료 융점 이하의 온도에서 접합하는 용접 기법이다. 이번 연구에서는 금속 접합시 쓰이는 마찰 교반 용접 기법을 활용하여 마그네슘 합금(AZ31)을 용접할 때, 용접시 발생하는 용접 대상인 마그네슘 합금의 온도 및 속도 변화에 대해 유동 해석 기법을 활용하여 분석하였다. 분석을 위해 유동 해석 툴인 플루언트를 활용하여 모델링 및 해석을 진행하였다. 먼저 용접 소재는 온도에 따라 변하는 고점도 뉴턴 유체로 가정하였으며, 나선형 홈이 있는 용접 툴의 회전에 의한 회전 유동 발생을 모사하기 위해 회전 영역과 정지 영역으로 구분하여 모사하였다. 용접 툴과 용접 재료 사이의 인터페이스는 마찰 및 미끄러짐 경계조건을 부여하여 용접 툴로의 열전달 효과를 고려하였다. 위의 유동 해석 모델링을 통한 과도 해석 결과로부터 시간의 변화에 따른 용접 소재의 속도와 온도 특성을 파악할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제33권10호
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• pp.393-399
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• 2023

In this study, changes in the microstructure and mechanical properties of cast and extruded Al-2Li-1Ce alloy materials were investigated as the Mg content was varied. The density decreased to 2.485, 2.46 and 2.435 g/cm³ when the Mg content in the Al-2Li-1Ce alloy was increased to 2, 4 and 6 wt%, respectively. Intermetallic compounds of Al₁₁Ce₃ were observed in all alloys, while the β-phase of Al₃Mg₂ was observed in alloys containing 6 wt% of Mg. In the extruded material, with increasing Mg content the average grain size decreased to 84.8, 71.6 and 36.2 ㎛, and the fraction of high-angle grain boundaries (greater than 15°) increased to 82.8 %, 88.6 %, and 91.8 %, respectively. This occurred because the increased Mg content promotes dynamic recrystallization during hot extrusion. Tensile test results showed that as the Mg content increased, both the yield strength and tensile strength increased. The yield strength reached 86.1, 107.3, and 186.4 MPa, and the tensile strength reached 215.2, 285, and 360.5 MPa, respectively. However, it is worth noting that the ductility decreased to 27.78 %, 25.65 %, and 20.72 % as the Mg content increased. This reduction in ductility is attributed to the strengthening effect resulting from the increased amount of dissolved Mg, and grain refinement due to dynamic recrystallization.

• 대한토목학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.29-36
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• 1991

장섬유 강화 마그네슘 복합제(FP/ZE41A)의 피로 균열 성장 거동에 대한 열처리 효과를 규명한 것으로 TEM관측에 의해 알루미나 섬유와 마그네슘 복합 매트릭스간의 상호 접변을 완화시키기 위하여 풀림을 실시하였다. 피로 균열 성장 방향에 수직한 섬유와 평행한 섬유들에 대한 피로 균열 성장 거동에 관한 실험을 실시 한 바, 피로 균열 성장 방향에 수직한 시험편의 경우 열처리를 실시한 시험편은 잔류 응력을 제거시키지 않은 시험편에 비해 피로 균열 성장에 대한 더 많은 저항성을 갖고 있음을 알수 있었다. 그러나, 이에 반해 피로 균열 성장 방향에 평행한 시험편의 경우는 잔류 응력을 제거시키지 않은 시험편 이 열처리를 실시한 시험편에 비해 더 많은 피로 균열 성장 저항성을 내포하고 있다는 피로 균열 성장 거동에 대한 차이점을 발견할 수 있었다. 피로 파괴 표면에 대한 연성 파열과 섬유 박리를 SEM관찰한 결과 열처리는 피로균열 성장 거동에서 지적된 바와 같이 섬유와 매트릭스 상호면의 강도를 약화시킨다는 것을 알 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.157-157
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• 2017

Titanium and its alloys that have a good biocompatibility, corrosion resistance, and mechanical properties such as hardness and wear resistance are widely used in dental and orthopedic implant applications. They can directly connect to bone. However, they do not form a chemical bond with bone tissue. Plasma electrolytic oxidation (PEO) that combines the high voltage spark and electrochemical oxidation is a novel method to form ceramic coatings on light metals such as titanium and its alloys. This is an excellent reproducibility and economical, because the size and shape control of the nano-structure is relatively easy. Silicon (Si), manganese (Mn), and magnesium (Mg) has a useful to bone. Particularly, Si has been found to be essential for normal bone, cartilage growth and development. Manganese influences regulation of bone remodeling because its low content in body is connected with the rise of the concentration of calcium, phosphates and phosphatase out of cells. Insufficience of Mn in human body is probably contributing cause of osteoporosis. Pre-studies have shown that Mg plays very important roles in essential for normal growth and metabolism of skeletal tissue in vertebrates and can be detected as minor constituents in teeth and bone. The objective of this work was to study nucleation and growth of bone-like apatite formation on Ti-6Al-4V in solution containing Mn, Mg, and Si ions after plasma electrolytic oxidation. Anodized alloys was prepared at 270V~300V voltages. And bone-like apatite formation was carried out in SBF solution for 1, 3, 5, and 7 days. The morphologies of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy in containing Mn, Mg, and Si ions were examined by FE-SEM, EDS, and XRD.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.152-152
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• 2017

Titanium and its alloys have been widely used for biomedical applications. However, the use of the Ti-6Al-4V alloy in biomaterial is then a subject of controversy because aluminum ions and vanadium oxide have potential detrimental influence on the human body due to vanadium and aluminum. Hence, recent works showed that the synthesis of new Ti-based alloys for implant application involves more biocompatible metallic alloying element,such as, Nb, Hf, Zr and Mo. In particular, Nb and Hf are one of the most effective Ti ${\beta}$-stabilizer and reducing the elastic modulus. Plasma electrolyte oxidation (PEO) is known as excellent method in the biocompatibility of biomaterial due to quickly coating time and controlled coating condition. The anodized oxide layer and diameter modulation of Ti alloys can be obtained function of improvement of cell adhesion. Silicon (Si) and magnesium (Mg) has a beneficial effect on bone. Si in particular has been found to be essential for normal bone and cartilage growth and development. In vitro studies have shown that Mg plays very important roles in essential for normal growth and metabolism of skeletal tissue in vertebrates and can be detected as minor constituents in teeth and bone. Therefore, in this study, Si and Mg coatings on the hydroxyapatite film formed Ti-29Nb-xHf alloys by plasma electrolyte oxidation has been investigated using several experimental techniques. Ti-29Nb-xHf (x= 0, 3, 7 and 15wt%, mass fraction) alloys were prepared Ti-29Nb-xHf alloys of containing Hf up from 0 wt% to 15 wt% were melted by using a vacuum furnace. Ti-29Nb-xHf alloys were homogenized for 2 hr at $1050^{\circ}C$. The electrolyte was Si and Mg ions containing calcium acetate monohydrate + calcium glycerophosphate at room temperature. The microstructure, phase and composition of Si and Mg coated oxide surface of Ti-29Nb-xHf alloys were examined by FE-SEM, EDS, and XRD.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.79-79
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• 2018

마그네슘은 나트륨, 알루미늄과 함께 지구상에서 가장 풍부한 금속 중 하나로서 밀도가 약 $1.74g/cm^3$으로서 구조용 금속재료 중 가장 가볍고 우수한 비강도를 지니고 있으며, 우수한 열전도도, 전기전도도, 전자파 차폐능을 지닌다. 최근 마그네슘 및 그 합금은 항공기, 자동차, 전자제품, 기계류 및 생활용품 등에 쓰이고 있으며, 사용량 및 적용범위가 매년 급격히 증가되고 있는 추세이다. 그러나 마그네슘합금은 매우 낮은 표준 환원전위와 치밀하지 못한 표면 산화막으로 인하여 부식에 대한 저항성이 매우 취약하다는 한계를 가지고 있다. 따라서 마그네슘합금의 표면처리 가운데 부식에 대한 저항성을 보완할 수 있는 방법은 활발한 마그네슘합금의 응용에 필수적이다. 이러한 마그네슘합금의 내식성을 향상시키고자 전기화학적 플라즈마 전해 산화처리 (Plasma Electrolytic Oxidation)를 하게 되는데, 아노다이징, 화성피막처리 등 과 같은 기존의 산업적 표면처리 방안으로는 불가능한 수준의 표면경도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 두꺼운 산화피막 형성을 통해 이들 합금이 가진 기본적 취약점인 내식성 문제를 보완할 수 있는 장점이 있지만, 다공성 산화피막 형성만으로 기대할 수 있는 내식성 향상 효과가 매우 크지는 못하다. 따라서 다공성의 양극산화피막의 단점, 즉 다공성 물질로 부식성 물질의 이동을 허용할 수 있는 공간을 가지는 구조를 개선시킬 수 있는 추가적인 처리를 필요로 한다. 본 연구에서는 발수성 표면처리를 이용하여 다공성 구조물의 표면이 물에 대한 저항성을 가지도록 함으로써 초발수성 표면을 구현하고자 하였다. 이러한 방법은 기존의 후처리 방법인 봉공처리로는 얻을 수 없었던 다공성 구조물로의 부식성 물질의 침투를 억제할 수 있었으며, 상당한 수준의 내식성 향상 효과를 보여주었다. 또한 물에 대한 반발성은 표면에 물의 이동성을 높이는 효과를 보여주며 이로 인하여 자기세척 효과도 보여주었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.44-44
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• 2018

칼라도장강판은 금속 제품의 제품화 공정 중에 도장 공정을 생략함으로 경제적이며, 제조공정 중 발생할 수 있는 VOCs(Volatile Organic Compounds)의 배출 염려가 없어 건축 및 가전 산업에 다용되고 있다. 칼라도장강판은 용융아연도금강판(GI), 전기아연도금강판(EGI), 용융알루미늄아연합금도금강판 등이 기재로 적용되고 있으며, 최근 마그네슘 성분이 첨가되는 고내식 도금강판 개발과 함께 고내식 도금강판을 이용한 칼라도장강판의 개발 및 수요 발굴을 위한 연구가 활발하게 진행 중에 있다. 칼라강판의 구성은 일반적으로 도막 밀착성 확보를 위한 화성처리층, 기재와 도막간의 밀착성과 내식성 개선을 위한 하도층(primer layer), 가공성, 내오염성, 의장성 등의 기능성 부여를 위한 상도층(top layer)의 구조로 도장되어 있다. 도료는 가공성, 내오염성, 경도 등의 기능성이 우수한 폴리에스테르 수지계가 가장 폭넓게 사용되고 경화제로는 멜라민 화합물과 이소시아네이트 화합물이 널리 사용되고 있다. 칼라도장 강판은 1970년대 이후 본격적으로 보급되어 사용되기 시작하였으며, 화성처리층은 밀착성과 내식성이 우수한 크로메이트처리가 널리 사용되고, 하도층은 방청성이 우수한 크로메이트계 방청 안료를 함유시킨 도료가 일반적이다. 그러나, 전기전자 제품에 적용되는 칼라도장강판은 2006년에 RoHS 규제의 시행과 더불어 6가 크롬 사용 제한의 영향으로 크롬프리 화성처리가 일반화되어 적용되고 있으며, 그 동안 6가 크롬 제안이 유보적이었던 건축용 칼라도장강판 또한 크롬프리 화성처리층 및 크로메이트계 방청 안료의 하도층 적용을 회피하고 있는 추세이다. 이에 따라, 고내식 합금도금강판을 기재로 사용하고 기존의 화성처리층과 하도층에 크롬프리 수지를 적용하는 연구개발이 활발하게 진행 중에 있다. 본 연구에서는 마그네슘이 첨가된 고내식 합금도금강판으로 Al-Mg-S i강판과 용융 Zn-Al-Mg 합금도금강판에 기존의 상용화 공정에서 사용되는 크롬계 및 크로프리 화성처리 적용 칼라도장강판에 대한 내식성 등 칼라도장강판의 특성에 대해 발표한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.123.1-123.1
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• 2016

마그네슘 및 마그네슘 합금은 차세대 경량 구조 재료로서 많은 각광을 받고 있지만, 상대적으로 높은 반응성과 낮은 부식저항성으로 인해 사용에 제한이 있어왔다. 최근 연구결과에 따르면, 상용으로 널리 쓰이는 AZ91 마그네슘합금에 Ca과 Y을 복합 첨가하였을 경우 마그네슘합금의 발화저항성을 크게 향상시키는 것으로 알려져 있어 마그네슘합금의 적용분야를 확대할 수 있을 것으로 많은 기대를 받고 있다. 그러나 이러한 합금이 실제적으로 적용되기 위해서는 반드시 내식성에 대한 평가와 연구가 수반되어야 하며, 이를 통해 부식거동에 대한 메커니즘을 규명함으로써 고내식 합금 개발을 위한 연구로 이어질 수 있도록 해야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 AZ91D 합금과 Ca, Y이 복합 첨가된 modified AZ91D 합금 다이캐스트 주조재에 대하여 내식성을 평가 및 비교하고 부식 메커니즘을 규명하기 위한 미세조직 분석 및 부식거동 평가를 실시하였다. 본 연구결과에 따르면, AZ91D 합금 주조재에 Ca과 Y을 복합첨가한 합금은 발화저항성 뿐만 아니라 내식성도 크게 향상되는 것으로 나타났다. 이러한 내식성의 향상은 Ca과 Y의 첨가에 따른 Fe와 같은 불순물의 영향 감소 및 Ca과 Y이 포함된 이차상의 형성으로 인한 상과 기지간의 부식 전위의 차이 감소로 인한 미세 갈바닉 부식 발생의 감소 효과에 기인한 것으로 판단된다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제18권5호
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• pp.212-219
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• 2019

This paper reviews recent approaches to develop composite polymer-containing coatings by plasma electrolytic oxidation (PEO) using various low-molecular fractions of superdispersed polytetrafluoroethylene (SPTFE). The features of the unique approaches to form the composite polymer-containing coating on the surface of MA8 magnesium alloy were summarized. Improvement in the corrosion and tribological behavior of the polymer-containing coating can be attributed to the morphology and insulating properties of the surface layers and solid lubrication effect of the SPTFE particles. Such multifunctional coatings have high corrosion resistance ($R_p=3.0{\times}10^7{\Omega}cm^2$) and low friction coefficient (0.13) under dry wear conditions. The effect of dispersity and ${\xi}$-potential of the nanoscale materials ($ZrO_2$ and $SiO_2$) used as electrolyte components for the plasma electrolytic oxidation on the composition and properties of the coatings was investigated. Improvement in the protective properties of the coatings with the incorporated nanoparticles was explained by the greater thickness of the protective layer, relatively low porosity, and the presence of narrow non-through pores. The impedance modulus measured at low frequency for the zirconia-containing layer (${\mid}Z{\mid}_{f=0.01Hz}=1.8{\times}10^6{\Omega}{\cdot}cm^2$) was more than one order of magnitude higher than that of the PEO-coating formed in the nanoparticles-free electrolyte (${\mid}Z{\mid}_{f=0.01Hz}=5.4{\times}10^4{\Omega}{\cdot}cm^2$).

• 대한금속재료학회지
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• 제56권12호
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• pp.878-884
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• 2018

In the present work, we selected a polymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), as an additive to improve the hydrogenation and dehydrogenation properties of Mg. 95 wt% Mg + 5 wt% PVDF (designated Mg-5PVDF) samples were prepared via milling in hydrogen atmosphere (reactive milling), and the hydrogenation and dehydrogenation characteristics of the prepared samples were compared with those of Mg milled in hydrogen atmosphere. The dehydrogenation of magnesium hydride formed in the as-prepared Mg-5PVDF during reactive milling began at 681 K. In the fourth cycle (n=4), the initial hydrogenation rate was 0.75 wt% H/min and the quantity of hydrogen absorbed for 60 min, $H_a$ (60 min), was 3.57 wt% H at 573 K and in 12 bar $H_2$. It is believed that after reactive milling the PVDF became amorphous. The milling of Mg with the PVDF in hydrogen atmosphere is believed to have produced defects and cracks. The fabrication of defects is thought to ease nucleation. The fabrication of cracks is thought to expose fresh surfaces, resulting in an increase in the reactivity of the particles with hydrogen and a decrease in the diffusion distances of hydrogen atoms. As far as we know, this investigation is the first in which a polymer PVDF was added to Mg by reactive milling to improve the hydrogenation and dehydrogenation characteristics of Mg.