• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.109-109
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• 2016

철을 보호하는 코팅막에 있어서 현재는 우수한 희생방식성을 가지는 아연(Zn)이 많은 분야에서 활용되고 있지만 성능 향상을 위해서는 코팅막의 두께 증가가 필연적이다. 동일한 두께 혹은 그 이하에서 더 나은 내식성을 가지는 코팅막을 개발하는 목적으로 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)을 이용한 코팅막의 개발을 진행하고 있으며 이 발표에서는 Al과 Mg의 코팅막을 다층으로 제작하여 이전 실험의 Al-Mg 코팅 강판과 비교 하였을 때 어떠한 특성이 나타나는지를 확인하였다. Al-Mg 코팅층은 99.999%의 Al, 99.99%의 Mg target을 사용하여 스퍼터링을 이용하여 냉연강판 위에 코팅하였다. 증발물질과 기판과의 거리는 7cm 이며, 기판은 세척을 실시한 후 클리닝 챔버에 장착하고 ${\sim}10^{-5}Torr$ 까지 진공배기를 실시하였다. 클리닝 챔버가 기본 압력까지 배기되면 아르곤 가스를 주입하고 기판홀더에 -800 V의 직류 전압을 인가하여 약 30분간 글로우 방전 청정을 실시하였다. 기판의 청정이 끝나면 아르곤 가스를 차단하고 코팅 챔버로 시편을 이송 후 코팅층 성분의 구성형태에 따라 Al과 Mg을 코팅하였다. Al-Mg 코팅층은 $5{\mu}m$의 두께를 기준으로 계면의 코팅층이 각각 Al과 Mg이며 다층으로 구성된 코팅층을 제작하였다. 그리고 후속 공정으로 질소 분위기 $400^{\circ}C$에서 10분간 열처리를 하였다. Al-Mg 코팅층을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 표면에서는 Al 또는 Mg의 결정성 구조를 보였으며 단면에서는 다층의 경계를 조금이지만 확인할 수 있었으며 글로우방전분광기(GDLS)를 통해 열처리 후에는 층의 구분이 모호해 지는 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 XRD를 통하여 열처리 후 Al-Mg 합금상의 생성도 확인하였다. 또한 Al-Mg가 다층으로 코팅된 강판을 염수분무시험을 통해서 내부식 특성을 확인하였다. Al-Mg 코팅 강판의 염수분무시험 결과, 모든 제작된 코팅층에서 열처리 전 보다 열처리 후 3배 이상의 내식성의 향상효과를 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 열처리에 의한 합금상 생성 그리고 Al-Mg 박막의 미세구조 변화가 강판의 내식성에 영향을 미치고 있다는 것을 확인할 수 있었지만 다층 제작이 미치는 영향에 대해서는 좀 더 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제34권6호
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• pp.1-10
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• 2016

Flux Cored Wire is the most widely used welding material for Flux Cored Arc Welding these days. This paper introduces the technical aspects of manufacturing FCW and the development trend of FCW for each type of steel and metal. The studies are ongoing to lower the production cost of seamless-type FCW since it has not been generally used in welding shops so far because of it high cost even though the seamless-type FCW has various advantages than folded-type FCW in terms of manufacturing technology. Meanwhile, a technical research has been carried out to develop a rutile type of FCW products which satisfies high toughness after post heat treatment. In addition, for high-speed fillet welding, there has been a development of welding materials which can be welded in Single Auto-Carriage 100 cpm or more and up to Twin Tandem 200 cpm without occurring any welding defect in order to improve the welding productivity. As Zn coated steel is being used recently to improve the corrosion resistance of the automotive parts, a research and development for Metal Cored Wire has been conducted to reduce the Si island produced in welding operation than those produced when using the former solid wires. A development of welding material that guarantees CTOD performance beyond $-40^{\circ}C$ CTOD to $-60^{\circ}C$ is underway by different steel grades, and FCW for super austenitic stainless steel is being developed as the corrosion resistant steel has been upgraded.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• 제38권1호
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• pp.45-55
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• 2018

Environmentally benign lead-free solder coated ribbon (e. g. SnCu, SnZn, SnBi${\cdots}$) has been intensively studied to interconnect cells without lead mixed ribbon (e. g. SnPb) in the crystalline silicon(c-Si) photovoltaic modules. However, high melting point (> $200^{\circ}C$) of non-lead based solder provokes increased thermo-mechanical stress during its soldering process, which causes early degradation of PV module with it. Hence, we proposed low-temperature conductive paste (CP) based tabbing method for lead-free ribbon. Modules, interconnected by the lead-free solder (SnCu) employing CP approach, exhibits similar output without increased resistivity losses at initial condition, in comparison with traditional high temperature soldering method. Moreover, 400 cycles (2,000 hour) of thermal cycle test reveals that the module integrated by CP approach withstands thermo-mechanical stress. Furthermore, this approach guarantees strong mechanical adhesion (peel strength of ~ 2 N) between cell and lead-free ribbons. Therefore, the CP based tabbing process for lead free ribbons enables to interconnect cells in c-Si PV module, without deteriorating its performance.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• 제32권5호
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• pp.418-425
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• 2019

A piezoelectric ceramic fiber composite (PCFC) was successfully fabricated using $0.69Pb(Zr_{0.47}Ti_{0.53})O_3-0.31[Pb(Zn_{0.4}Ni_{0.6})_{1/3}Nb_{2/3}]O_3$ (PZT-PZNN) for use in small-scale wind energy harvesters. The PCFC was formed using an epoxy matrix material and an array of Ag/Pd-coated PZT-PZNN piezo-ceramic fibers sandwiched by Cu interdigitated electrode patterned polyethylene terephthalate film. The energy harvesting performance was evaluated in a custom-made wind tunnel while varying the wind speed and resistive load with two types of flutter wind energy harvesters. One had a five-PCFC array vertically clamped with a supporting acrylic rod while the other used the same structure but with a five-PCFC cantilever array. Stainless steel (thickness: $50{\mu}m$) was attached onto one side of the PCFC to form the PZT-PZNN cantilever. The output power, in general, increased with an increase in the wind speed from 2 m/s to 10 m/s for both energy harvesters. The highest output power of $15.1{\mu}W$ at $14k{\Omega}$ was obtained at a wind speed of 10 m/s for the flutter wind energy harvester with the PZT-PZNN cantilever array. The results presented here reveal the strong potential for wind energy harvester applications to supply sustainable power to various IoT micro-devices.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• 제32권5호
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• pp.393-398
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• 2019

A poly[bis(4-butypheny)-bis(phenyl)benzidine] (poly-TPD) and poly(9-vinylcarbazole) (PVK) bilayer was employed as a hole transport layer (HTL) in solution-processed CdSe/ZnS quantum dot light-emitting diodes (QLEDs). The thickness of the PVK layer spin-coated onto the poly-TPD layer, whose thickness was fixed to 40 nm, was varied, with PVK layer thicknesses of 0 nm, 35 nm, 45 nm, and 55 nm. Because the thickness of the PVK can determine the hole transport properties of the HTL, a PVK thickness that maximizes the performance of the HTL for the QLEDs was investigated. By employing the optimized PVK thickness of 45 nm, the current efficiency of the QLED exhibited a 1.74 times improvement when compared with that of the QLED with poly-TPD based HTL without PVK. This was mainly attributed to the decrease in the energy barrier between the HTL and the quantum dot (QD) emitting layer (EML).

• Korean Journal of Metals and Materials
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• 제49권4호
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• pp.281-290
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• 2011

In order to gain better understanding of the selective surface oxidation and its influence on the galvanizability of a transformation-induced plasticity (TRIP) assisted steel containing 1.5 wt.% Si and 1.6 wt.% Mn, a model experiment has been carried out by depositing Si and Mn (each with a nominal thickness of 10 nm) in either monolayers or bilayers on a low-alloy interstitial-free (IF) steel sheet. After intercritical annealing at $800^{\circ}C$ in a $N_2$ ambient with a dew point of $-40^{\circ}C$, the surface scale formed on 590 MPa TRIP steel exhibited a microstructure similar to that of the scale formed on the Mn/Si bilayer-coated IF steel, consisting of $Mn_{2}SiO_{4}$ particles embedded in an amorphous $SiO_{2}$ film. The present study results indicated that, during the intercritical annealing process of 590 MPa TRIP steel, surface segregation of Si occurs first to form an amorphous $SiO_{2}$ film, which in turn accelerates the out-diffusion of Mn to form more stable Mn-Si oxide particles on the steel surface. During hot-dip galvanizing, particulate $Fe_{3}O_{4}$, MnO, and Si-Mn oxides were reduced more readily by Al in a Zn bath than the amorphous $SiO_{2}$ film. Therefore, in order to improve the galvanizability of 590 TRIP steel, it is most desirable to minimize the surface segregation of Si during the intercritical annealing process.

• Design & Manufacturing
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• 제17권2호
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• pp.55-61
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• 2023

With femtosecond (fs) laser pulse irradiation on metals, various types of nano- and micro-scale structures can be naturally induced at the surface through laser-matter interaction. Two notable structures are laser-induced periodic surface structures (LIPSSs) and cone/spike structures, which are known to significantly modify the optical and physical properties of metal surfaces. In this work, we irradiate fs laser pulses onto various types of metals, cold-rolled steel, pickled & oiled steel, Fe-18Cr-8Ni alloy, Zn-Mg-Al alloy coated steel, and pure Cu which can be useful for precise molding and imprinting processes, and adjust the morphological profiles of LIPSSs and cone/spike structures for clear structural coloration and a larger range of surface wettability control, respectively, by changing the fluence of laser and the speed of raster scan. The periods of LIPSSs on metals used in our experiments are nearly independent of laser fluence. Accordingly, the structural coloration of the surface with LIPSSs can be optimized with the morphological profile of LIPSSs, controlled only by the speed of the raster scan once the laser fluence is determined for each metal sample. However, different from LIPSSs, we demonstrate that the morphological profiles of the cone/spike structures, including their size, shape, and density, can be manipulated with both the laser fluence and the raster scan speed to increase a change in the contact angle. By injection molding and imprinting processes, it is expected that fs laser-induced surface structures on metals can be replicated to the plastic surfaces and potentially beneficial to control the optical and wetting properties of the surface of injection molded and imprinted products.

• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• 제36권6호
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• pp.382-388
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• 2023

In this study, hydrogen embrittlement (HE) behavior of a SA-723 steel via controlling gaseous hydrogen pre-charging condition has been analyzed. The gaseous hydrogen charging of the SA-723 steel was performed under a constant pressure of 20 MPa of gaseous H₂ at 150℃ and 300℃ for 2 and 6h, and TDS, SSRT and Charpy tests were conducted to analyze the hydrogen embrittlement (HE) behavior of the SA-723 steel. Furthermore, prior to commencing the test, these specimens were coated with Zn to prevent hydrogen from diffusing out of a specimen during the tests. The TDS results showed that the 300℃-6h and 150℃-6h charged steels contain larger amounts of hydrogen than 300℃-2h and 150℃-2h charged steel. The SSRT and Charpy test results also showed the similar trends that the mechanical properties of the steels deteriorate as the amount of hydrogen charged in the steel increases. Therefore, this study suggests that, for SA-723 steel, the charging time parameter is more effective to charge more amount of hydrogen into SA-723 steel, rather than the charging temperature.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.65-65
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• 2018

갈바륨 도금강판은 알루미늄의 우수한 차폐 특성과 내열성, 열 반사성을 가지며 아연의 희생방식 특성을 겸비하여 동일 부착량의 용융 아연도금 및 알루미늄 도금강판에 비해 우수한 내식성을 나타낸다고 알려져 있다. 또한 이것은 표면이 미려하고 경제성이 높아 건자재 용도로 현재까지도 세계적으로 널리 이용되고 있다. 여기서 지칭하는 바륨 도금강판(galvalume steel)은 아연과 알루미늄 도금강판의 장점을 접목하기 위해 55 Al-43.4 Zn-1.6 Si (wt.%)로 구성되어 개발된 3원계 성분의 합금도금강판이다. 한편, 최근에는 강재의 내식성을 향상시키기 위한 다양한 연구 결과에 의해 Zn-Al-Mg의 3원계 합금도금강판도 개발되어 사용되고 있다. 이것은 기존의 아연도금 강판 보다 10배 정도의 우수한 내식성을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 특히, 이것은 도금된 평판부의 내식성은 물론 절단된 도금 단면부의 내식성도 매우 우수하다고 알려져 있다. 그러나 상기한 갈바륨 도금강판의 경우에는 도금된 표면부에 비해 단면부의 내식성이 상대적으로 취약한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 갈바륨 도금강판의 내식성을 종합적으로 향상시키기 위하여 이 갈바륨 도금강판 상에 PVD 스퍼터링법에 의해 Mg 코팅막의 제작을 시도하였다. 여기서 Mg 코팅막은 후처리 된 갈바륨 도금강판 상에 Ar 공정압력 2 및 20 mTorr 조건 중 1.5 및 $3{\mu}m$ 두께로 제작하였다. 또한 제작한 코팅막에 대해서는 모폴로지 관찰(SEM) 및 결정구조 분석(XRD)을 하였고, 분극측정, 염수분무 시험(SST) 및 복합부식 시험(CCT)에 의해 표면 및 단면부의 내식성평가를 수행하였다. 또한 여기서는 염수분무 및 복합부식 시험 후의 시험편도 채취 하여 표면 및 단면부위에 대한 원소조성 분석(EPMA)과 결정구조 분석(XRD)을 실시하였다. 이상의 실험 결과에 의하면, 본 실험에서 제작한 Mg 코팅막은 그 두께가 두꺼울수록 표면 Mg 결정립의 크기가 증가하였고, 그 부식속도가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 여기서는 공정압력이 높은 조건에서 제작한 막일수록 Mg(002)면 피크 강도가 감소하고 Mg(101)면 피크의 배향성이 증가하였다. 그때 그 막의 내식성은 향상되는 경향을 나타내었다. 그리고 종합적으로 염수분무 및 복합부식 시험 결과에 의하면 Mg이 코팅된 갈바륨 도금강판은 기존 갈바륨 도금강판 보다 내식성이 현저히 향상되었다. 특히, 단면부 내식성의 경우에는 기존 대비 5배 이상 향상되는 경향을 나타내었다. 여기서 단면부 내식특성 분석을 위한 EPMA 원소조성 분석 결과에 의거하면, 부식 초기에는 마그네슘의 부식생성물에 의해 단면부가 치밀하게 보호되고 있음을 확인할 수 있었다. 그 이후에는 부식이 지속적으로 진행됨에 따라 갈바륨 도금층에서 용출된 알루미늄 및 아연 성분이 마그네슘과 함께 치밀한 부식생성물을 형성하여 단면부를 차폐함에 따라 단면부의 내식성이 크게 향상된 것으로 생각된다. 이러한 부식생성물의 결정구조 분석 결과에 따르면, 염수분무와 복합부식 시험에서는 공통적으로 MgO, $Mg(OH)_2$ 이외에도 Simonkolleite상 등이 형성되었다. 또한 건-습 반복 부식시험인 복합부식시험 후에는 $Mg_5(CO_3)_4(OH)_24H_2O$(Hydromagnesite)상 등이 형성됨을 확인할 수 있었다. 즉, 본 실험에서 후처리된 갈바륨 도금강판 상에 제작한 마그네슘 코팅막의 경우에는 상기와 같은 다양한 부식반응에 의해 표면 및 단면부에 형성된 Mg계 부식생성물과 $Zn_5(OH)_8Cl_2H_2O$(Simonkolleite)상에 의해서 표면은 물론 단면부 내식성이 크게 향상된 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.133.2-133.2
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• 2010

현재 융융탄산염 연료전지의 공기극으로 다공성의 lithiated NiO를 사용하고 있는데 이 재료의 경우 크게 두 가지의 문제점을 안고 있다. 첫 번째는 Ni이 전해질 내로 용해하는 것이고, 두 번째는 낮은 활성으로 인한 높은 공기극의 분극이다. Ni이 전해질로 용해되는 문제는 Co나 Fe를 코팅하여 공기극 표면에 $Li_x(Ni_yCo_{1-y})1-xO_2$나 $Li_x(Ni_yFe_{1-y})_{1-x}O_2$를 형성시켜 NiO의 전해질 내로 용해되는 것을 억제하는 방법이나 ZnO, MgO, $La_2O_3$ 등의 산화물을 NiO 표면에 코팅하여 전해질과 접촉을 막는 방식으로 해결하는 등 많은 연구가 이루어져 왔다. 하지만 연료극의 비해 상당히 높은 공기극의 분극으로 인해 큰 전압손실이 일어나 용융탄산염 연료전지 성능이 낮아지는 문제의 경우 이를 해결하고자 하는 연구는 상대적으로 많이 진행되지 못한 상태이다. 특히 현재 용융탄산염 연료전지의 장기수명화를 위해 기존의 작동온도인 $650^{\circ}C$ 보다 다소 낮은 온도인 $600{\sim}620^{\circ}C$에서 작동하려는 움직임이 있다. 작동 온도가 내려가면 전해질이 휘발되는 속도가 낮아져 전해질 부족에 따른 운전시간이 줄어드는 문제를 해결할 수 있어 장기 수명화를 위해서는 작동온도를 낮추는 것이 매우 유리하다. 하지만 작동 온도가 내려가면서 양 전극에서 일어나는 전기화학 반응 속도가 느려지기 때문에 각 전극에서의 활성화 분극으로 인한 전압손실은 더욱 커질 수밖에 없다. 특히 연료극의 수소산화반응 속도는 공기극의 산소환원반응에 비해 매우 빠르기 때문에 작동 온도가 내려감에 따라 연료극의 분극이 커지는 것에 비해 공기극의 분극이 급격히 커지게 된다. 따라서 운전온도가 낮아지는 상황에서는 낮은 작동온도에서도 성능감소가 적게 일어나 0.8V 이상 운전(150mA/$cm^2$, 단위전지 기준)이 가능한 공기극의 개발이 매우 필요한 실정이다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 고체 산화물 연료전지의 공기극의 재료로 많이 연구되고 있는 혼합전도성 물질의 페로브스카이트 구조의 물질을 기존 NiO 전극에 코팅하여 새로운 공기극을 개발하였다. 페로브스카이트 구조의 물질로 대표적인 LSCF 물질을 사용하였으며 LSCF를 코팅한 공기극을 이용한 단위전지에서 150mA/$cm^2$의 전류를 흘려주었을 때 0.84V의 성능을 1000hr 유지하였다. 이는 기존의 NiO 전극을 사용했을 때보다 15~20mV 높은 값이다. 낮은 작동온도에서도 좋은 성능을 보였는데, 기존의 NiO 전극의 경우 $630^{\circ}C$에서 0.79V의 성능을 보인 반면 LSCF가 코팅된 공기극의 경우 $620^{\circ}C$에서 0.811V의 매우 좋은 성능을 보였다. 이는 LSCF의 산소이온전도성 및 전기전도성이 공기극에서의 분극을 낮추어 성능을 증가시키는 것으로 보인다.