• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.165-165
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• 2017

지난 수 십 년 동안, 전 세계적으로 자원의 소비가 급격히 증가하게 되면서 최근 자원 고갈은 물론 환경오염이 커다란 이슈로 문제가 되고 있다. 이에 따라 재료 관련 분야에 있어서는 보다 효율적이고 친환경적인 방법으로 자원을 활용해야 된다는 필요성이 대두되었고 이와 같은 관점에서 목적하는 성분이 우수하고 환경 친화적인 표면처리 재료 개발연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 그 중 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)는 알루미늄, 마그네슘 등의 경금속의 경도를 향상시키고 높은 내마모성, 내식성을 갖게 하는 표면처리로써 그 관심이 증가하고 있다. 이 플라즈마 전해 산화는 일반적으로 공정비용 대비 효과적이고 환경 친화적이며 코팅 성능 면에서 우수하다고 알려져 있다. 이러한 고유한 특성으로 인해 플라즈마 전해 산화 코팅은 최근 몇 년 동안 기계, 자동차, 우주항공, 의학 및 전기 산업 등의 분야에서 그 적용이 점차 증가하고 있는 상황이다. 한편, 플라즈마 전해 산화 코팅을 하는 모재들의 경우 부동태 산화피막을 용이하게 형성할 수 있는 특성의 모재에 한정되고 있어서 그 응용확대에 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마 전해 산화법을 사용하여 용융알루미늄도금 강판 상에 산화피막 형성을 시도하였다. 전원공급 장치의 양극은 전해질 속에 잠겨있는 작동전극에 연결하고 음극은 대전극 역할을 하는 스테인레스강 전해질 용기에 연결되었다. 전해질은 Sodium Aluminate 및 기타 첨가제를 함유한 것을 사용하였고 온도는 열교환기를 사용하여 $30^{\circ}C$ 이하로 유지되었다. 또한 여기서 전류밀도는 $5{\sim}10A/dm^2$, 실험 주파수는 700Hz, Duty cycle은 30 및 90%의 각 조건에서 공정처리 시간을 각각 30분 및 60분 동안 진행하였다. 이와 같은 조건에서 형성한 막들에 대해서는 주사형전자현미경(SEM)을 이용하여 코팅 막의 표면 및 단면의 모폴로지를 관찰하였음은 물론 EDS 및 XRD 측정을 통하여 원소조성분포 및 결정구조를 각각 분석하였다. 또한 이 코팅 막들에 대한 내식성은 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 침지 시험 및 전기화학적 동전위 양극분극(Potentiodynamic Polarization) 시험을 진행하여 평가하였다. 이상의 실험결과에 의하면, 제작조건별 플라즈마 전해 산화 코팅 막의 모폴로지 및 결정구조가 상이하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 코팅 막의 모폴로지 관찰 결과, 공정 시간에 비례하여 표면에 존재하는 원형 기공의 수는 감소하였으나 그 크기가 커지고 크레이터의 직경 또한 커진 것이 확인되었다. 이 기공은 마이크로 방전에 의해 형성된다고 알려져 있는데 공정 시간이 증가함에 따라 코팅 두께가 점차 증가하여 마이크로 방전의 빈도수가 줄어들고 그 강도는 증가하게 되어 기공 크기가 증가한 것으로 사료된다. 또한 공정시간이 긴 시편에서 표면에 크랙이 다수 존재하는 것으로 확인되었다. 이것은 방전에 의해 고온이 된 소재가 차가운 전해질과 만나게 되어 생긴 큰 온도구배로 인해 강한 열응력이 발생하여 균열을 초래한 것으로 보인다. 조성원소 분석 결과 원형 기공 주변의 크레이터 영역에는 알루미늄이 풍부하였으며 그 주변에 결절상을 갖는 구조에서는 전해질 성분의 원소가 포함되어 있는 것이 확인되었다. 이러한 코팅 막의 표면 특성은 내식성에 영향을 주게 된 원인으로 사료된다. 동전위 분극측정 결과에 의하면 플라즈마 전해 산화 공정 시간이 길어질수록 부식전류밀도가 증가하였다. 이것은 공정시간이 길어짐에 따라 강한 방전이 발생하여 기공의 크기가 증가하고 크랙이 발생하게 되면서 내식성이 저하된 것으로 판단된다. 종합적으로 재료특성 분석 및 내식성 평가를 분석한 결과, 플라즈마 전해 산화의 공정 시간이 너무 길게 되면 오히려 내식성은 저하되는 것이 확인되었다. 이상의 연구를 통하여 고내식 특성을 갖는 플라즈마 전해 산화 막의 유효성을 확인하였으며 용융알루미늄강판 상에 실시한 플라즈마 전해 산화 처리에 대한 기초적인 응용 지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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• v.49 no.2
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• pp.120-127
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• 2011

Purpose: The purpose of this study was to examine the effects of chromium chloride addition on coloration, mechanical property and microstructure of 3Y-TZP. Materials and methods: Chromium chloride was weighed as 0.06, 0.12, and 0.25 wt% and each measured amount was dissolved in alcohol. $ZrO_2$ powder was mixed with each of the individual slurry to prepare chromium doped zirconia specimen. The color, physical properties and microstructure were observed after the zirconia specimen were sintered at $1450^{\circ}C$. In order to evaluate the color, spectrophotometer was used to analyze the value of $L^*$, $C^*$, $a^*$ and $b^*$, after placing the specimen on a white plate, and measured according to the International Commission on Illumination (CIE) standard, Illuminant D65 and SCE system. The density was measured in the Archimedes method, while microstructures were evaluated by using the scanning electron microscopy (SEM) and XRD. Fracture toughness was calculated Vickers indentation method and indentation size was measured by using the optical microscope. The data were analyzed with 1-way ANOVA test (${\alpha}$ = 0.05). The Tukey multiple comparison test was used for post hocanalysis. Results: 1. Chromium chloride rendered zirconia a brownish color. While chromium chloride content was increased, the color of zirconia was changed from brownish to brownish-red. 2. Chromium chloride content was increased; density of the specimen was decreased. 3. More chromium chloride in the ratio showed increase size of grains. 4. But the addition of chromium chloride did not affect the crystal phase of zirconia, and all specimens showed tetragonal phase. 5. The chromium chloride in zirconia did not showed statistically significant difference in fracture toughness, but addition of 0.25 wt% showed a statistically significant difference (P<.05). Conclusion: Based on the above results, this study suggests that chromium chlorides can make colored zirconia while adding in a liquid form. The new colored zirconia showed a slight difference in color to that of the natural tooth, nevertheless this material can be used as an all ceramic core material.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.135-135
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• 2018

천이금속 질화물 코팅은 우수한 기계적 특성들로 인해 공구 코팅으로 많이 사용 되어왔다. 그 중에서도 특히 Cr계 경질 코팅은 높은 경도와 낮은 표면조도, 우수한 마찰특성 등 뛰어난 기계적 특성을 나타내므로 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구산업의 발전으로 인해 공구가 더욱 가혹한 환경에서 사용됨에 따라, 공구의 수명을 향상시키고 보호하기 위해 코팅의 높은 밀착력이 요구되고 있으며, 모재와 코팅 사이에 중간층을 합성함으로써 공구의 밀착력을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이전 연구에서 모재/중간층/코팅간의 경도와 탄성계수 비율(H/E ratio)의 구배가 코팅의 밀착력에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 그러므로, WC 모재와 Cr계 코팅의 중간값의 H/E ratio를 갖는 중간층의 합성을 통해 코팅의 밀착력을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는, 코팅의 밀착력을 향상시키기 위해 다양한 중간층을 증착한 CrZrN, CrAlN 코팅을 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 합성하였다. 모재로는 디스크 형상의 WC-6wt.%Co 시편을 사용하였고 Cr, Zr, Si, Al single 타겟을 이용하여 Cr, CrN, CrZrN, CrZrSiN 등의 중간층이 증착된 코팅을 합성했다. 코팅의 합금상, 경도 및 탄성계수, 미세조직 및 조성, 표면 조도을 확인하기 위해 X-ray diffractometer (XRD), Fischer scope, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy를 사용하였고, 코팅의 밀착 특성을 분석하기 위해 scratch tester와 optical microscopy (OM)를 이용하였다. 코팅의 내열성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 500, 600, 700, 800, 900, $1,000^{\circ}C$로 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였다. CrZrN 및 CrAlN 코팅을 나노 인덴테이션으로 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(33.4-35.8 GPa)와 탄성계수(384.1-391.4 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, 코팅의 마찰계수는 중간층의 종류에 따라 다른 값을 보였다. CrZrN 코팅의 경우 CrN 합금상 중간층을 갖을 때 가장 낮은 값을 보였으며, CrAlN 코팅의 경우 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착하였을때 마찰계수는 0.34로 CrZrN 중간층을 증착하였을 때(0.41)에 비해 낮은 값을 보였다. 또한, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아, CrN/CrZrSiN 중간층을 합성한 CrAlN 코팅의 내마모성이 상대적으로 우수한 것으로 판단된다. 코팅의 밀착력의 경우도 마찰계수와 비슷한 경향을 보였다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio는 각각 0.076, 0.083으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 모든 코팅을 열처리 후 경도 분석 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었고, 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 SiNx 비정질상의 우수한 내산화성에 의한 결과로 판단된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.19 no.4
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• pp.307-313
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• 2010

One-dimensional cubic phase silicon carbide nanowires (${\beta}$-SiC NWs) were efficiently synthesized by thermal chemical vapor deposition (TCVD) with mixtures containing Si powders and nickel chloride hexahydrate $(NiCl_2{\cdot}6H_2O)$ in an alumina boat with a carbon source of methane $(CH_4)$ gas. SEM images are shown that the growth temperature (T) of $1,300^{\circ}C$ is not enough to synthesize the SiC NWs owing to insufficient thermal energy for melting down a Si powder and decomposing the methane gas. However, the SiC NWs could be synthesized at T>$1,300^{\circ}C$ and the most efficient temperature for growth of SiC NWs is T=$1,400^{\circ}C$. The synthesized SiC NWs have the diameter with an average range between 50~150 nm. Raman spectra clearly revealed that the synthesized SiC NWs are forming of a cubic phase (${\beta}$-SiC). Two distinct peaks at 795 and $970 cm^{-1}$ in Raman spectra of the synthesized SiC NWs at T=$1,400^{\circ}C$ represent the TO and LO mode of the bulk ${\beta}$-SiC, respectively. XRD spectra are also supported to the Raman spectra resulting in the strongest (111) peaks at $2{\Theta}=35.7^{\circ}$, which is the (111) plane peak position of 3C-SiC. Moreover, the gas flow rate of 300 sccm for methane is the optimal condition for synthesis of a large amount of ${\beta}$-SiC NW without producing the amorphous carbon structure shown at a high methane flow rate of 800 sccm. TEM images are shown two kinds of the synthesized ${\beta}$-SiC NWs structures. One is shown the defect-free ${\beta}$-SiC NWs with a (111) interplane distance of 0.25 nm, and the other is the stacking-faulted ${\beta}$-SiC NWs. Also, TEM images exhibited that two distinct SiC NWs are uniformly covered with $SiO_2$ layer with a thickness of less 2 nm.

• Economic and Environmental Geology
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• v.51 no.6
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• pp.473-483
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• 2018

Green-blue coloured supergene minerals are covering host rocks along the gallery wall in the Gukjeon mine, a lead - zinc skarn deposit located in Miryang, Gyeongsangnam-do. These minerals have been described as azurite or malachite, but recent study recognized that the green minerals are devilline and blue minerals are Cu-Zn hydrated sulfates, but exact identification and detailed mineral characteristics are also not well known. In this study, we divide green-blue minerals into five groups (GJG) according to their external features and conducted XRD and SEM analyzes in order to identify mineral name and clarify the mineralogical characteristics. GJG-1, a bright bluish green group, consists of brochantite and quartz and GJG-2, a pale green colour with easily crumbly, of schulenbergite and a small amount of gypsum. Although pale blue GJG-3 and glassy lustrous bluish green GJG-4 have the same mineral assemblages with serpierite and gypsum in spite of different colour and luster, gypsum content may control the physical properties. GJG-5 with a gel phase mixture of pale blue and dark blue mineral is comprised of hydrowoodwardite, glaucocerinite, bechererite, serpierite and gypsum. The six green-blue minerals from the Gukjeon mine could be classified by Cu:Zn ratio, (Si + Al) content, Si:Al ratio, and Ca content. The physico-chemical environment of mineral formation is considered to be controlled by the geochemical factors in the surrounding fluid, and it looks forward that the accurate formation environment will be revealed through additional research. This paper gives greater mineralogical significance in the first report of several hydrated sulfate such as serpierite, glaucocerinite and bechererite in Korea. It has also rarely been reported the occurrence of several Cu-Zn hydrated sulfate in the same deposit in the world.

• Economic and Environmental Geology
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• v.47 no.5
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• pp.479-488
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• 2014

Naturally occurring asbestos (NOA) from disturbance of rocks and soils has been overlooked as a source of exposure that could potentially have a detrimental impact on human health. But, few researches on mineralogical characteristics of NOA occurred in soils have been reported in Korea. Therefore, the objective of this study was to investigate the mineralogical characteristics of NOA occurred in soils at Daero-ri area, Seosan, Chungnam Province, Korea. Sedimentation method was used for particle size separation of the asbestos-containing soils. XRD and PLM analyses were used to characterize mineralogical characteristics and mineral assemblages in soils. SEM-EDS and TEM-EDS analyses were used to characterize mineral morphology and chemical composition. Particle size analyses of the asbestos-containing soils showed they were composed of 26-93% sand, 4-23% silt and 3-70% clay. Soil texture of the soils was mainly sand, sandy loam, sandy clay, and clay. PLM analyses of the soil showed that most of the soil contained asbestiform tremolite and actinolite. The average content of asbestos in the soil was 1.5 wt. %. Therefore, the soil can be classified into asbestos-contaminated soils based on U. S. Environmental Protection Agency classification (content of asbestos in contaminated soil > 1%). Morphologically different types of tremolite such as long fibrous, needle-like, fiber bundle, bladed and prismatic forms co-existed. Prismatic tremolite was dominant in sand fraction and asbestiform tremolite was dominant in silt fraction. This study indicates that the prismatic form of tremolite transform gradually into a fibrous form of tremolite due to soil weathering because tremolite asbestos was mainly existed in silt fraction rather than sand fraction.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.7
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• pp.700-708
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• 1996

Electroless plating technique was utilized to flip chip bonding to improve surface mount characteristics. Each step of plating procedure was studied in terms pf pH, plating temperature and plating time. Al patterned 4 inch Si wafers were used as substrstes and zincate was used as an activation solution. Heat treatment was carried out for all the specimens in the temperature range from room temperature to $400^{\circ}C$ for $30^{\circ}C$ minutes in a vacuum furnace. Homogeneous distribution of Zn particles of size was obtained by the zincate treatment with pH 13 ~ 13.5, solution concentration of 15 ~ 25% at room temperature. The plating rates for both Ni-P and Au electroless plating steps increased with increasing the plating temperature and pH. The main crystallization planes of the plated Au were found to be (111) a pH 7 and (200) and (111) at pH 9 independent of the annealing temperature.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.7 no.6
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• pp.1078-1086
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• 1996

The peroxo-polytungstic acid was formed by the direct reaction of tungsten powder with the hydrogen peroxide solution. Peroxo-polytungstic powder were prepared by rotary evaporator using the fabricated on to ITO coated glass as substrate by dip-coating method using $2g/10mL(W-IPA/H_2O)$ sol solution. A substrate was dipped into the sol solution and after a meniscus had settled, the substrate was withdrawn at a constant rate of the 3mm/sec. Thicker layer could be built up by repeated dipping/post-treatment 15 times cycles. The layers dried at the temperature of $65{\sim}70^{\circ}C$ during the withdrawn process, and then tungsten oxides thin film was formed by final heating treatment at the temperature of $230{\sim}240^{\circ}C$ for 30min. A linear rotation between the thickness of thin film and the number of dipping/post-treatment cycles for tungsten oxides thin films made by dip-coating was found. The thickness of thin film had $60{\AA}$ after one dipping. From the patterns of XRD, the structure of tungsten oxides thin film identified as amorphous one and from the photographs of SEM, the defects and the moderate cracks were observed on the tungsten oxides thin film, but the homogeneous surface of thin films were mostly appeared. The electrochemical characteristic of the $ITO/WO_3$ thin film electrode were confirmed by the cyclic voltammetry and the cathodic Tafel polaization method. The coloring bleaching processes were clearly repeated up to several hundreds cycles by multiple cyclic voltammetry, but the dissolved phenomenon of thin film revealed in $H_2SO_4$ solution was observed due to the decrease of the current densities. The diffusion coefficient was calculated from irreversible Randles-Sevick equation from the data obtained by the cyclic voltammetry with various scan rates.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.22 no.6
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• pp.685-690
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• 2011

In this study, a solvothermal reaction to prepare nanocrystalline titania was carried out using $TiCl_4$ and mixed solvents of alcohol and water. The effects of the type and the composition of alcohol on the crystal structure and agglomeration of final $TiO_2$ products were investigated. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) as well as scanning electron microscopy (SEM). In the solvothermal reaction using the n-butanol solutions with different volume ratios of n-butanol/water (100/0, 75/25, 50/50, 25/75, 0/100), the extent of agglomeration of obtained rutile $TiO_2$ was found to change with the volume ratio of n-butanol/water, and the n-butanol/water ratio of 75/25 revealed the best result for the preparation of well-dispersed nanocrystalline $TiO_2$ powders. The crystal phase of $TiO_2$ prepared through the solvothermal reaction changed with the type of alcohol in solvent (alcohol/water = 75/25). $TiO_2$ products obtained with the aqueous solutions of methanol, ethanol and isopropanol have an anatase phase, while that with n-butanol has a rutile phase. The results showed that, in the solvothermal reaction using both $TiCl_4$ as a starting material and the alcohol-water mixed solvents without any other additive, the enhancement of dispersion and control of crystal structure of $TiO_2$ products can be feasible by simply varying the composition and type of alcohol in the mixed solvents.