• 한국항공우주학회지
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• 제35권9호
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• pp.778-782
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• 2007

본 연구에서는 초소성성형/확산접합 기술을 이용하여 티타늄 부품의 설계 및 성형 공정을 개발하였다. 초소성성형/확산접합 기술은 제작비용 및 무게를 감량할 수 있는 첨단기술로서 우주항공선진국에서는 이미 실용화하여 전투기, 우주왕복선의 부품 제작에 사용하고 있다. 난 가공성 재료로 알려진 티타늄 합금을 유한요소법을 사용하여 초소성성형중의 거동을 예측하였고, 3장의 Ti-6Al-4V판재를 사용하여 티타늄 경량 샌드위치 패널의 제작공정을 확립하였다. 제작한 부품의 평가결과 이론적인 예측과 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국분말재료학회지
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• 제28권6호
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• pp.491-496
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• 2021

The process optimization of directed energy deposition (DED) has become imperative in the manufacture of reliable products. However, an energy-density-based approach without a sufficient powder feed rate hinders the attainment of an appropriate processing window for DED-processed materials. Optimizing the processing of DED-processed Ti-6Al- 4V alloys using energy per unit area (E_eff) and powder deposition density (PDD_eff) as parameters helps overcome this problem in the present work. The experimental results show a lack of fusion, complete melting, and overmelting regions, which can be differentiated using energy per unit mass as a measure. Moreover, the optimized processing window (E_eff = 44~47 J/mm² and PDD_eff = 0.002~0.0025 g/mm²) is located within the complete melting region. This result shows that the Eeff and PDDeff-based processing optimization methodology is effective for estimating the properties of DED-processed materials.

• 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 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.83-83
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• 2017

생체재료의 표면은 이식과 동시에 생체계면의 역할을 하게 되어, 일련의 생물학적 반응이 시작되고 진행되는 중요한 장소가 된다. 초기에 생체계면에서 일어나는 단백질 흡착이나 염증반응을 비롯한 생물학적 반응들은 궁극적으로 임플란트의 성패를 좌우할 만큼 중요하다. 골융합을 개선하기 위한 다른 방법으로 생체불활성의 타이타늄 (Ti)과 골조직의 능동적인 반응을 이루기 위해 생체활성 표면을 부여함으로서 계면에서의 골형성 반응을 증진시키는 방법이 이용된다. 생체불활성의 Ti과 Ti합금은 골조직과 직접적인 결합을 이루지 못하므로, 골조직과의 반응을 향상하기 위해 여러 종류의 생체활성 재료를 코팅하는 방법이 연구되어 왔고, 이 중 생체의 변화와 가장 유사한 하이드록시아파타이트 코팅이 가장 대중적인 방법으로 사용되었으며 이는 초기 골형성을 촉진하는 것으로 알려졌다. 치과용 임플란트의 표면형상과 화학조성이 골 융합에 영향을 미치는 가장 중요한 인자이므로 최근의 연구동향은 이들 두 가지 표면특성을 결합함으로서 결과적으로 최적의 골세포반응을 유도하고, 골융합 후 골조직과의 micromechanical interlocking에 의해 임플란트의 안정성에 중요한 역할을 하는 마이크론 단위의 표면조도와 표면 구조를 유지하면서, 부가적으로 골 조직 반응을 능동적으로 개선할 수 있는 생체활성 성분을 부여하여 골 융합에 상승효과를 이루기 위한 표면처리법에 관해 많은 연구가 요구되어지고 있다. 따라서 골을 구하는 원소인 망간과 실리콘으로 치환된 하이드록시아파타이트를 플라즈마 전해 산화법으로 코팅하여 세포와 잘 결합할 수 있는 표면을 제공함으로써 골 융합과 치유기간을 단축시킬 수 있을 것으로 사료된다. 실험방법은 시편은 치과 임플란트 제작 합금인 Ti-6Al-4V ELI disk (grade 5, Timet Co., USA; diameter, 10 mm, thickness, 3 mm)이며, calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese(II) acetate tetrahydrate, sodium metasilicate을 설계조건에 따라 혼합 제조된 전해질 용액을 이용하여 플라즈마 전해 산화법으로 표면 코팅을 실시하였다. 각 시편의 플라즈마 전해시 전압은 280V로 인가하였고, 전류밀도는 70mA로 정전류를 공급하여 해당 인가전압 도달 후 3분 동안 정전압 방식을 유지하였다. 코팅된 피막 표면을 주사전자현미경과 X-선 회절분석을 통하여 미세구조 및 결정상을 관찰하였다. 또한 코팅된 표면의 생체활성 평가는 정량적으로 평가하기 위해 동전위시험과 AC 임피던스를 통하여 시행하였다. 분극거동을 확인하기 위해 potentiostat (Model PARSTAT 2273, EG&G, USA)을 이용하여 구강 내 환경과 유사한 $36.5{\pm}1^{\circ}C$의 0.9 wt.% NaCl에서 실시하였다. 전기화학적 부식 거동은 potentiodynamic 방법으로 조사하였고 인가전위는 -1500 mV에서 2000 mV까지 분당 1.67 mV/min 의 주사속도로 인가하여 시험을 수행하였다. 임피던스 측정은 potentiostat (Model PARSTAT 2273, EG&G, USA)을 이용하였으며, 측정에 사용한 주파수 영역은 10mHz ~ 100kHz 까지의 범위로 하여 조사하였고 ZSimWin(Princeton applied Research, USA) 소프트웨어를 사용하여 용액의 저항, 분극 저항 값을 산출하였다. 망간의 함량이 증가할수록 불규칙한 기공을 보였으며, 실리콘은 $TiO_2$ 산화막 형성을 저해하는 경향을 확인할 수 있었다. 단독으로 표면을 처리한 경우보다 두 가지 원소를 이용해 복합 표면처리를 시행한 경우가 내식성이 좋아 임플란트과의 골 유착에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2002년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.207-210
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• 2002

Metal matrix composites(MMCs) are increasingly attractive for high technology components such as aerospace applications and transportations due to their high strength, stiffness, and toughness. Many processes for fabricating MMCs have been developed, and relatively simple Foil-Fiber-Foil method is usually employed in solid state consolidation processes. During the consolidation processes at high temperature, densification occurs by the inelastic flow of the matrix materials, and the process is coupled with the conditions of pressure, temperature and volume fraction of fiber and matrix materials. This is particularly important in titanium matrix composites, and thus a generic model based on micro-mechanical approaches enabling the evolution of density over time to be predicted has been developed. The mode developed is then implemented into FEM so that practical process simulation has been carried out. Further the experimental investigation of the consolidation behavior of SiC/Ti-6Al-4V composites using vacuum hot pressing has been performed, and the results obtained are compared with the model predictions.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제8권3호
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• pp.51-55
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• 2005

In this paper, a near net shape technology using superplasticity and diffusion bonding characteristics was presented for application to various components of aircraft and missiles. Due to these special characteristics of some aerospace alloys, it is possible to produce complex components to shape very near final dimension with enhanced design freedom, reduced material usage, and overall saving of weight and cost. The high pressure vessel for a space launcher was fabricated with Ti-6Al-4V alloy by superplastic forming and diffusion bonding process and the failure characteristics are compared with conventionally fabricated vessel spin formed and TIG welded. The structural integrity of the superplastic forming and diffusion bonding process was successfully demonstrated.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.43-49
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• 2000

현재 증기나 온수에 의한 열수송은 배관을 통하여 열손실 및 마찰손실 등이 발생하므로 수송거리는 3 내지 5km가 한계이다. 그러나 대부분의 공단이 도시지역에서 10km 이상 떨어져 있으므로 이들 지역에서 발생되는 폐열을 적절히 활용하기 위해서는 새로운 열수송 시스템이 개발되어야 한다. 수소저장합금은 수소를 흡수 또는 방출하면서 발열반응과 흡열반응을 일으키는 특성을 가지고 있으므로 산업공단지역의 폐열로부터 수소저장합금의 수소를 방출시키고, 이 수소를 인근 도시지역에 파이프라인으로 수송한 후 필요시 또 다른 수소저장합금과 반응시켜 열을 얻을 수 있다. 이 시스템에서는 난방의 목적 외에도 수소의 흡수 방출온도가 낮은 합금을 이용하여 냉열을 얻을 수도 있다. 따라서 수소저장합금은 폐열의 저장이나 열수송의 수단으로 활용할 수 있다. $MmNi_{4.5}Al_{0.5}Zr_{0.003}$, $LaNi_5$, $Zr_{0.9}Ti_{0.1}Cr_{0.6}Fe_{1.4}$, $MmNi_{4.7}Al_{0.1}Fe_{0.1}V_{0.1}$ 합금들이 열수송에 적합한 합금으로 선정되어 그 특성을 검토하였으며, 열수송시스템의 설계 및 제어기술에 대하여 검토하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.181-185
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• 1997

The electrochemical properties of the $AB_2$-type (Zr-Ti-V-Ni-Cr-Co-Mn) metal hydride electrodes prepared by ball milling with $AB_5-type\{(LM)Ni_{3.6}Al_{0.4}Co_{0.7}Mn_{0.3}\}$(LM : Lanthanum-rich mischmetal) alloy powder as a surface activator were investigated. By ball milling with $AB_5$ type alloy powder, the activation of $AB_2$ type metal hydride electrode was accelerated resulting in an increase of discharge capacity from 35% to 85% of the maximum capacity at the first cycle. As the amount of surface activator increased the activation rate increased, whereas the discharge capacity increased with 10wt% and decreased with 20wt% addition of the surface activator. When the amount of the surface activator was kept constant as 10wt%, the discharge capacity and the activation rate increased with ball milling time up to 20 hours. However beyond 20 hours of ball milling time, they decreased drastically due to the nano-crystallization or amorphorzation of the alloy powder.

• 한국정밀공학회지
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• 제19권4호
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• pp.117-123
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• 2002

X-ray diffraction observation of fracture surfaces yields useful information to analyze the causes of failure accidents of engineering structures. This experimental technique, named X-ray fractography, has been developed especially in metal and mechanical engineering fields. The distributions of the residual stress and the half value breadth of diffraction profiles beneath the fatigue fracture surface were measured with SNCM 439, HT100 and Ti-6Al-4V alloy. The size of the maximum plastic zone was successfully determined on the basis of the measured distributions. This size was correlated to maximum stress intensity factor. The distributions of the half value breadth of diffraction profiles on the fatigue fracture surfaces were measured with SNCM 439. HT100. The equations of x-ray parameter distribution were possible to estimated fracture parameters of fatigue fracture surfaces.

• 대한금속재료학회지
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• 제47권1호
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• pp.13-20
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• 2009

This work presents functionally graded coatings (FGC) of hydroxyapatite (HA) and metallic powders on Ti-6Al-4V implants using plasma spray coating method. HA has been the most frequently used coating material due to its excellent compatibility with human bones. However, because of the abrupt changes in thermomechanical properties between HA and the metallic implant across an interface, and residual stress induced on cooling from coating temperture to room temperature, debonding at the interface occurs in use sometimes. In this work, FGC of HA and Ti or Ti-alloy powders is made to mitigate the abrupt property changes at the interface and the effect of FGC on residual stress release is investigated by evaluating the mechanical bond strength between the implant and the HA coating layers. Thermal annealing is done after coating in order to crystallize the HA coating layer which tends to have amorphous structure during thermal spray coating. The effects of types and compositional ratio of metallic powders in FGC and annealing conditions on the bond strength are also evaluated by strength tests and the microstructure analysis of coating layers and interfaces. Finally, biocompatibility of the coating layers are tested under ISO 10993-5.