자동차는 다양한 형상과 기능을 가진 부품소재의 집합체라 할 수 있다. 자동차의 고출력화에 의한 연비향상과 각국의 환경규제 강화 요건을 충족시키기 위해 자동차 엔진의 작동온도와 이에 따른 배기가스의 온도가 꾸준히 높아지는 추세이다. 따라서 고온재료의 선택과 사용이 보다 중요해 지고 있다. 자동차에 사용되는 고온 부품은 설계사양에 맞추어 그리고 경제적인 측면을 고려하여 내열재료를 사용하는 방법과 표면처리를 하는 두 가지 방법이 주로 채택되고 있다. 내열재료를 사용하는 대표적인 부품은 엔진을 구성하는 부품과 연소실로부터 나오는 고온 고압의 배기가스가 이동하는 배기계 부품이다. 엔진을 구성하는 부품 중에는 냉각수에 의해 온도가 제어되는 부분은 경제적인 소재가 사용되나 밸브와 같은 부품은 고온재료가 채용된다. 가장 높은 온도에서 사용되는 배기계 부품에는 경제성이 감안되면서도 높은 열적, 기계적 안정성이 동시에 요구되고 있다. 전통적으로 배기부품에는 구상흑연주철이 널리 사용되어 왔고 현재에도 원가 측면의 강점을 이용해 대부분의 차량에 적용되고 있으나 일부 고출력, 고배기량 엔진의 경우에는 주철의 한계온도 이상의 배기온도가 요구되어 스테인리스 강을 도입하고 있다. 또한 내열 타이타늄 합금, 금속간화합물과 같은 고온재료가 개발됨에 따라 고가의 차종에는 신재료가 이들 부품으로 채용되고 있다. 이 글에서는 배기계 부품의 설계적인 요소에 의한 열적, 기계적 측면의 내구 특성을 살펴보고, 이들 부품에 보편적으로 적용되는 고온 금속재료의 종류 및 기계적 특성을 소개하였다. 아울러 미래의 환경친화적 자동차용 고온 부품을 개발하기 위하여 연구되고 있는 Super Si+MO, 스테인리스 강, TiAl, 고온 타이타늄 합금 등과 같은 자동차 내열 부품으로 사용되는 신소재의 연구개발 동향에 관하여 기술하였다.
고온설비에 사용되고 있는 고온재료의 재료 특성변화와 이의 평가방법에 대하여 극히 제한된 범위에서 개략적으로 기술하였다. 이러한 고온설비의 재질열화에 대한 대책은 고온재료의 성능 한계 가까이에서 사용되는 초임 계압 화력발전설비 등을 비교적 조기에 도입한 선진국 공통의 문제로 되고 있다. 우리 나라에서도 최근 발전설비의 보일러 및 터빈을 비롯하여 석유화학 설 비의 압력용기 등과 같이 고온 . 고압하에서 장시간의 운전이력을 갖는 고온기기의 수가 증가 하는 상태에 있고, 급속한 경계규모의 확대와 쾌적한 생활환경의 선호추세로 에너지의 수요가 급증하고 있어서 이들 고온설비의 합리적 이용을 도모하기 위하여 고효율화가 요구되므로 이들 설비의 사용조건은 더욱 가혹해지고 있어서 시급히 해결해야 할 과제로 되고 있다. 이를 원활 하게 해결하기 위해서는 산 . 학. 연의 공동연구를 통하여 종합적이고 체계적인 연구가 절실하게 요구되며, 상호 습득하고 있는 정보교환도 중요하다
고온에서의 내열, 내산화, 내부식 등의 한계성을 극복하기 위하여 새로운 고온재료의 개발과 함께 표면특성 향상을 위한 코팅기술에 대한 연구가 계속 되어 왔다. 현재 선진국에서는 C/C복합재료를 비롯하여 $Si_3N_4$, SiC 및 SiC/SiC계 CFCC등의 규소계 비산화물 세라믹재료 등에도 표면에 내식, 내마모, 열차폐 및 내산화성에 견딜 수 있는 코팅층을 형성시켜, 표면에서의 산화, 열응력, 및 내산화성 등에 대한 특성평가 및 최적의 코팅층에 대한 연구가 진행중에 있으며 향후 국내에서도 육성해야할 중요한 기술분야이다.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.46-46
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2003
고크롬강은 산업용 발전설비의 효율적인 열교환을 위해 수천개의 튜브로 구성된 보일러에 적용되고 있다. 이러한 보일러 튜브는 고온에 노출되어 있으며, 튜브 내면에는 고온의 증기가 고압으로 존재하고 있다. 따라서 보일러 튜브는 장기간 고온의 환경에서 사용되기 때문에 고온강도와 고온내산화 및 내부식 특성이 요구된다. 보일러 튜브의 열화는 이세조직 변화에 따른 고온강도의 저하를 재료내부의 열화와 고온산화 및 부식 등 외부환경에 의 한 열화로 크게 두 가지로 대별된다. 이러한 보일러 튜브의 수명평가는 튜브의 수명을 미리 예측하여 적절한 시점에 교체함으로서 운전 중 손상에 따른 발전정지 등을 방지하여 막대한 비용을 절감할 수 있기 때문에 현장에서는 중요한 의미를 갖는다. 본 연구에서는 보일러 튜브의 여러 가지 수명평가 방법 중 현재 산업용 발전설비의 보일러에 적용되고 있는 X-20 고크롬강의 고온산화 거동을 조사하여 향후 보일러 튜브의 수명평가 방법 중 산화스케일을 이용한 방법에 활용하는데 있어 기초 자료로 이용하고자 한다.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.11a
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pp.51-51
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2009
Ni 기 초내열합금은 원자력 발전설비의 열교환기용 재료를 비롯한 발전용 가스터빈, 제트엔진, 화학공장용 튜브 및 파이프재료 등 우수한 고온 기계적 특성 및 고온 내식성을 요구하는 각종 부품재에 광범위하게 이용되고 있다. Al 확산침투처리는 Ni기 초내열합금에 Al 혼합분말을 이용하여 금속간합화물을 코팅함으로써 고온산화특성 향상에 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 Al 확산침투처리를 통하여 Inconel 617 표면에 Aluminide 코팅층을 형성함으로써 고온 내산화특성을 향상시키고자 하였다. Al 확산침투처리는 Al :$Al_2O_3$ : $NH_4Cl$ = 15g : 83g : 2g(wt.%)의 비율의 혼합분말을 사용하여 $900^{\circ}C$에서 1 시간 동안 Ar 분위기에서 수행되었다. Al 확산침투처리 후 $950^{\circ}C$에서 1000 시간 동안 air 분위기에서 열화시험을 수행하였다. Al 확산침투처리 후 고온열화를 통해 고온산화특성을 평가였으며, 고온 열화에 의해 형성된 코팅층의 석출물과 계면상의 상분석을 수행하였다.
Kim, Hyeong-Jun;Kim, Dong-Ik;Yun, Jun-Su;An, Byeong-Gwon
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2013.04a
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pp.29-30
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2013
폴리머 시멘트 모르타르(Polymer-Modified Cement Mortar, 이하, PCM으로 칭함)는 일반 시멘트 모르타르와 비교해서 접착성, 치밀성, 내약품성, 시공성등이 우수한 재료로, 콘크리트 구조물의 보수 보강에 필수불가결한 재료로 인식되고 있다. 그러나, 혼입된 폴리머는 유기물 재료로, 화재와 같은 고온을 받는 경우에는 무기계 재료인 일반 모르타르 및 콘크리트와는 또 다른 고온역에서의 성상을 보일 것으로 예상된다. 이로 인해, PCM으로 보수 보강된 건축물에 화재가 발생할 경우, 고온에서의 안전성 및 화재 후의 보수 보강 필요성에 대한 평가를 행할 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 평가시 기본적인 데이터로 활용될 수 있는 PCM의 고온노출시의 역학적 특성에 대한 검토방안으로, 기존의 실험조건 및 실험방법을 응용한 새로운 실험방법을 적용, 비교검토를 행하고, 고온영역에서의 PCM의 역학적 특성에 대해 고찰했다.
미국의 ASC(American Superconductor Corp.)에서는 산화물계의 고온초전도선재를 대량생산하기 위한 대규모 투자를 계획하고 있으며 지금은 금속계 초전도선재처럼 장척의 고온초전도선재도 구매할 수 있는 시대로 접어들고 있다. 고온초전도체 벌크 및 박막의 경우도 새로운 프로세스들이 계속 시도되고 최적화 연구가 성과를 거두면서 고성능, 고품질의 재료들이 제조되고 있고 이것들을 이용한 상용화 연구개발이 미국, 일본을 중심으로 활발하게 이루어지고 있다. 최근 5년간의 고온초전도 분야에 대한 미국 연방정부의 연구비 투자 상황을 살펴보면 계속 증가추세에 있으며 벤처 비지니스의 민간기업들이 고온초전도체를 상용화하기 위한 많은 투자와 노력을 하고 있다. 고온초전도체는 그 사용 용도에 따라 벌크, 박막, 선재 등 다양한 형태로 만들어지고 있다. 본 고에서는 고온초전도체의 여러 연구분야 중 이론, 물성보다는 주로 응용기술적인 차원에서 재료 형태별로 최근의 연구개발 동향을 살펴보고자 한다.
오-스테나이트계 스테인레스강에 대한 용접은 용접재료의 개발과 더불어 각종 산업계에 널리 이용되고 있으며 최근 Type 303 오-스테나이트계 스테인레스강 등은 free machining재로써 널리 응용되고 있다. 그러나 이 303계는 피삭성, 절삭성, 칩형성개선을 위한 특수원소(Se, S 등)의 첨가 때문에 용접성에 문제점을 제기하고 있다. 본 연구에서는 Type 303을 중심으로 AISI 304-316NG 및 347NG계의 오-스테나이트계 스테인레스강의 고온연성거동과 고온균열감수성(용접성)에 관한 연구에 대한 검토중 고온연성거동에 관하여 조사하였다. 고온연성평가는 Gleeble Simulator에 의하여 재료와 방향성에 따라 검토하였으며, 그 결과 모든 재료는 압연방향을 종방으로 시험하였을 때는 거의 유사한 고온연성을 나타내었으나 횡방향으로 시험하였을 때는 종방향에 비하여 연성저하를 나타내었다. 이와 같은 고온연성은 후속연구에서 검토될 고온균열 감수성과 밀접한 관련성에 의하여 용접성을 평가할 수 있다.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2002.07a
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pp.432-437
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2002
현재 비파괴 상태진단기술의 세계적인 연구동향은 비접촉식 시험기술, 실시간 광역기술, 고온 환경 하에서의 시험기술, 온라인 감시기술, 고감도, 고분해능, 소형화 및 무선통신기술 등을 개발하는 방향으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 고온 환경 하에서의 시험기술의 경우 철강공장 등에서 그 수요가 급증하고 있는데 반하여 국내의 경우 개발기술이 거의 전무하며 외국에서 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 최근 여러 가지 다양한 복합재료와 공업용 재료들이 개발됨에 따라 이들 재료의 제작 공정이 복잡해질 뿐만 아니라 고온 및 고압의 공정조건이 요구되는 경우가 많다. 따라서 고온환경 하에서 재료의 특성을 비파괴적으로 검사할 수 있는 초음파 탐촉자가 요구된다고 하겠다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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