• 제목/요약/키워드: 금속 합금

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습식 에칭 및 무전해 Ni-P 도금을 이용한 열전발전 모듈의 제작

  • 김태윤;배성화;손인준;박관호;조상흠
    • 한국표면공학회:학술대회논문집
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    • 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.93.2-93.2
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    • 2018
  • 최근 기후 변화 문제로 $CO_2$배출량 억제 정책에 따라 열전재료가 다양한 분야에 크게 주목 받고 있다. 열전 모듈은 전류를 흘려 온도차를 발생시키는 펠티어 효과와 온도차를 전력으로 변환하는 제백 효과를 이용한다. 열전발전용에 적용되는 상용 열전모듈의 경우, 열전소자의 접합부의 수는 수십 개 이상이다. 따라서 단 한 개의 접합 불량 열전소자가 모듈 전체의 열전성능에 큰 영향을 미친다. 현재 상용화 된 Bi-Te계 열전 모듈은 Bi-Te의 Te와 Sn계 솔더의 주성분인 Sn이 $250^{\circ}C$ 부근에서 취성의 Sn-Te계 금속 화합물을 형성한다고 알려져 있다. 이 때 생성된 Sn-Te 화합물은 열전모듈의 접합강도를 약화시키고 이로 인해 열전모듈의 접합 신뢰성을 크게 저하 시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 솔더와 소자 사이에 확산방지층이 적용되고 있으며, 이 중에서 니켈합금이 가장 널리 적용되고 있다. 니켈층을 형성시키는 방법 중에서, 무전해 도금법은 간단하게 열전소자 표면 위에 도금 층을 균일한 두께로 만들어 낼 수 있다. 하지만, 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 화학적 결함이 존재하지 않기 때문에, 무전해 니켈 도금층의 밀착성이 떨어진다. 이 때. 소자 표면에 거칠기 효과(anchor effect)를 부여하기 위해 물리적 샌딩법을 사용하는데 이 방법의 경우 소자에 크랙 같은 손상을 미쳐 열전모듈의 신뢰성 저하를 가져온다. 그러므로 거칠기 효과를 부여하면서 소자에 손상을 최소화하는 습식 식각법을 개발하여 Bi-Te계 열전소자의 표면 조도를 조절하고 무전해 Ni-P 도금을 실시하였다. 그리고 열처리 유무에 따른 열전모듈의 접합강도를 측정하였으며, 제작한 열전 모듈의 접합부 및 파단부의 계면 분석하여 무전해 Ni-P도금을 위한 습식식각법(wet etching법)에 대하여 검토하였다. N-type은 질산과 구연산의 혼합수용액에, P-type은 왕수에 습식 식각처리를 해서 적당히 표면 조도를 조절한 후에 EPMA로 분석을 해본 결과 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 anchor effect가 부여 된 것을 확인했다. 습식 식각에 의해서 제조된 열전모듈의 접합강도는 종래의 알루미나 샌딩법으로 제조한 열전모듈 보다 높은 접합강도를 나타내었다.

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제품생산 시 탈가스 장치를 이용한 품질향상에 관한 연구 (Degasser for Products Produced Using Research to Improve the Quality)

  • 강석주
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제15권8호
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    • pp.4713-4716
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    • 2014
  • 알루미늄과 알루미늄 합금 제품의 고급화로 완벽한 알루미늄 용탕의 탈 가스 처리가 요구되고 있다. 탈 가스 처리를 위한 기존의 방법을 보면, 알루미늄 용탕 파우더와 약품 공급기로 이젝선하는 방법과 가스 취입 관을 사용하여 아르곤가스와 질소 또는 염소가스를 투입하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나 이 방법들은 작업도 어렵고, 염소와 불화물질 유해가스가 대단히 많이 발생하여 공해문제를 유발하는 문제점이 있으며 효과도 일정하지 않고, 과도한 처리시간으로 작업능률이 낮아지는 문제점도 있다. 가장 치명적인 문제점은 알루미늄 용탕과 약품의 반응으로 인한 많은 양의 찌꺼기의 생성과 더불어 금속의 손실 및 내화재의 수명감소를 야기하는 것이다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 연구에서는 기존에 알루미늄 연속제조를 위해 6단계 공정을 거처야 생산이 가능했던 부분을 이번에 개발한 3가지 공정만으로도 생산이 가능하게 알루미늄 연속 주조의 용탕과 탈 가스 장치의 일체화에 통한 기술을 개발에 관한 연구이다.

X-선 광전자 분광법에 의한 Nd-Fe-B 리본합금으 표면 산화거동 연구 (A Study of Oxidation Behavior on the Surface of Nd-Fe-B Ribbon Alloy by X-ray Photoelectron Spectroscopy)

  • 정강섭;성학제;김건한;박윤창;이경철;서수정
    • 분석과학
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    • 제8권3호
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    • pp.351-358
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    • 1995
  • X-선 광전자 분광법을 이용해 산화처리 조건을 달리하여 제조한 $Nd_{14}Fe_{80}B_6$ 조성의 리본합금 표면에서의 산화거동을 조사하였다. 산화 초기 "as-received" 상태의 표면 가장 바깥층은 Nd가 Fe에 비해 더욱 빨리 산화가 일어나 주로 Nd 산화물로 형성되고 Fe는 내부에서 금속상태로 존재하였다. 산화처리 시간이 증가하면 "as-received" 상태에 비해 가장 바깥층에 Fe의 상대적 조성이 증가하기 시작하였으며 산화가 진행됨에 따라 표면에서 먼저 형성된 Nd 산화층을 통해서 점진적으로 Fe 산화층이 형성되는 것으로 나타났다. 산화가 더욱더 진행되면 산화막 바깥층에는 Fe의 상대적 조성이 Nd의 조성 보다 오히려 풍부해지며 Nd는 바깥층보다 산화층 내부에서 풍부해지는 층상구조 형태의 산화막을 형성하였다.

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Al-Si-Cu합금에서 Fe 함량에 따른 $\beta-Al_5FeSi$ 금속간화합물의 형성 및 응고미세조직 특성 (Formation and Microstructure Characteristics of $\beta-Al_5FeSi$ Intermetallic Compound in the Al-Si-Cu Alloys with the Variation of Fe Content)

  • 김봉환;이상목
    • 한국주조공학회지
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    • 제29권5호
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    • pp.225-232
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    • 2009
  • For comprehensive understanding of the formation behavior of $\beta-Al_5FeSi$ phase in Al-Si-Cu alloys with the existence of Fe element, microstructure characterizations were performed using combined analysis of OM, SEM-EDS, XRD. Especially, experimental and predictive works on solidification events of $\beta-Al_5FeSi$ phase as well as other phases formed together with $\beta-Al_5FeSi$ have been carried out by using DSC analysis and Java-based Materials Properties software (J. Mat. Pro.). Primary and eutectic $\beta-Al_5FeSi$ phases were able to distinguish from each other on microstructures by their morphological features. Primary $\beta-Al_5FeSi$ phase was seen to have rough surface perpendicular to growth direction, indicating free attachment of solute atoms in liquid state. On the other hand, the eutectic $\beta-Al_5FeSi$ phase was formed with plain and straight surface during eutectic reaction together with $\alpha$-Al phase. The eutectic reaction of $\beta-Al_5FeSi$ and $\alpha$-Al phases was seen to be able to separate into each formation depending on cooling rate.

A1-25Nb계와 (A1,X)-25Nb계 (X = Cr, Cu, Fe, Mn)의 기계적 합금화에 의한 금속간 화합물의 형성 거동에 관한 연구 (Behavior of Intermetallic Compound Formation in Al-25Nb system and (Al,X)-25Nb (X= Cr, Cu, Fe, Mn) systems by Mechanical Alloying Method)

  • 최재웅;강성군
    • 한국재료학회지
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    • 제11권9호
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    • pp.733-739
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    • 2001
  • In Al-25Nb binary system, it was observed only formation of $D0_{22}$ $Al_3Nb$ intermetallic compound after 5hr milling but it was not observed formation of meta stable phase like L1$_2$ phase. In this state, $D0_{22}$ $Al_3Nb$ fabricated had nano sized grain of approximately 20nm. Ternary systems, transition metals such as Cr, Cu, Fe, Mn were added 6~12at.% as substitution of Al, showed formation of $D0_{22}$ $Al_3Nb$ like Al-25Nb binary system. In Al- l2Cu-25Nb system, it was observed that broad XRD pattern like amorphization of Al and not observed formation of $D0_{22}$ $Al_3Nb$ after 5hr milling. But there was mixed phase of a lot of amorphous Al and little $D0_{22}$ $Al_3Nb$ through TEM. In the states of unalloyed, 5~7hr milling time, those showed exothermic reaction at 35$0^{\circ}C$, which was formation of $D0_{22}$ $Al_3Nb$ like Al-25Nb binary system. With increasing milling time to 10hr, $D0_{22}$ $Al_3Nb$ was transformed to mixed phase of amorphous and nanocryatlline, having approximately 10nm grain but the meta stable $Al_3Nb$ was not fabricated by adding transition metals.

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수소제조를 위한 다공성 FeCrAl 금속 합금 Foam의 NiO 촉매 담지 및 미세구조 분석 (Synthesis and Microstructure Analysis of NiO Catalysts Coated on the FeCrAl Metal Alloy Foam for Hydrogen Production)

  • 이유진;안건형;박만호;이창우;최상현;정주용;조성종;이근재;안효진
    • 한국재료학회지
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    • 제24권8호
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    • pp.393-400
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    • 2014
  • NiO catalysts were successfully coated onto FeCrAl metal alloy foam as a catalyst support via a dip-coating method. To demonstrate the optimum amount of NiO catalyst on the FeCrAl metal alloy foam, the molar concentration of the Ni precursor in a coating solution was controlled, with five different amounts of 0.4 M, 0.6 M, 0.8 M, 1.0 M, and 1.2 M for a dip-coating process. The structural, morphological, and chemical bonding properties of the NiO-catalyst-coated FeCrAl metal alloy foam samples were assessed by means of field-emission scanning electron microscopy(FESEM), scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy(SEM-EDS), X-ray diffraction(XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). In particular, when the FeCrAl metal alloy foam samples were coated using a coating solution with a 0.8 M Ni precursor, well-dispersed NiO catalysts on the FeCrAl metal alloy foam compared to the other samples were confirmed. Also, the XPS results exhibited the chemical bonding states of the NiO phases and the FeCrAl metal alloy foam. The results showed that a dip-coating method is one of best ways to coat well-dispersed NiO catalysts onto FeCrAl metal alloy foam.

다구찌 기법을 이용한 섬유금속적층판과 Al 5052 합금의 경사 홀 클린칭 접합력 향상을 위한 수치적 연구 (Numerical Study for the Improvement of Tapered-hole Clinching Joint Strength of Fiber Metal Laminates and Aluminum 5052 using the Taguchi Method)

  • 강동식;이병언;박으뜸;김정;강범수;송우진
    • 소성∙가공
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    • 제24권1호
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    • pp.37-43
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    • 2015
  • The purpose of the current study is to improve the clinching joint strength of aluminum and fiber metal laminates (FMLs) comprised of three layers. The joining of FML and Al 5052 by a conventional clinching joint has some disadvantages such as necking of the upper sheet, lack of interlocking, defects caused by the vertical load, and especially loss of strength of the composite material due to the low ductility. In the current study, a tapered-hole clinching method is proposed as an alternative for the joining of Al 5052 and FMLs. A hole with a tapered shape is formed before the joining process. The design parameters were evaluated using the Taguchi method for the geometry of the tapered hole in order to determine the maximum separation load. The diameter of the punch corner, clearance, punch stroke and the tapered length were used as the main variables in the Taguchi method. In conclusion, the contribution ratio for each of the fours variable examined was 35.07%, 22.44%, 21.32% and 14.11%, respectively. In addition, the appropriate combination of the design parameters can make a 5% improvement in the vertical direction joint strength.

일방향 초내열합금 GTD-111DS에서 삽입금속 분말에 따른 천이액상확산접합부의 접합강도 특성 (The Bonding Strength Characteristic of the Filler Metal Powder on the TLP Bonded Region of Superalloy GTD-111DS)

  • 오인석;김길무;문병식
    • Journal of Welding and Joining
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    • 제25권5호
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    • pp.45-50
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    • 2007
  • The Ni-base superalloy GTD111 DS is used in the first stage blade of high power land-based gas turbines. Advanced repair technologies of the blade have been introduced to the gas turbine industry over recent years. The effect of the filler metal powder on Transient Liquid Phase bonding phenomenon and tensile mechanical properties was investigated on the GTD111 DS superalloy. At the filler metal powder N series, the base metal powders fully melted at the initial time and a large amount of the base metal near the bonded interlayer was dissolved by liquid inter metal. Liquid filler metal powder was eliminated by isothermal solidification which was controlled by the diffusion of B into the base metal. The solids in the bonded interlayer grew from the base metal near the bonded interlayer inward the insert metal during the isothermal solidification. The bond strength of N series filler metal powder was over 1000 MPa. and ${\gamma}'$ phase size of N series TLP bonded region was similar with base metal by influence of Ti, Al elements. At the insert metal powder M series, the Si element fluidity of the filler metal was good but microstructure irregularity on bonded region because of excessive Si element. Nuclear of solids formed not only from the base metal near the bonded interlayer but also from the remained filler metal powder in the bonded interlayer. When the isothermal solidification was finished, the content of the elements in the boned interlayer was approximately equal to that of the base metal. But boride and silicide formed in the base metal near the bonded interlayer. And these boride decreased with the increasing of holding time. The bond strength of M series filler metal powder was about 400 MPa.

막촉매반응기를 이용한 수소생산 (Carbon-free Hydrogen Production Using Membrane Reactors)

  • 도시현;노지수;박호범
    • 멤브레인
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    • 제28권5호
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    • pp.297-306
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    • 2018
  • 본 총설은 분리막기술이 적용된 수소생산에 대한 개론으로, 특히, 암모니아를 수소운반체로 이용하는 수소생산에 대한 연구결과를 중점적으로 서술하였다. 암모니아를 수소운반체로 적용한 수소생산은 추가적인 탄소생성이 없다는 점 외에 여러 측면에 있어 이점이 있다. 많은 연구들이 고순도 수소 분리 및 생산을 위한 분리막 개발을 위해 진행되고 있으며, 이들 중 팔라듐을 기본으로 한 분리막(예를 들어, 다공성 세라믹 또는 다공성 금속 지지체와 팔라듐 합금의 얇은 선택층으로 이루어진 분리막)에 대한 연구가 활발하다. 반면에, 효율적인 암모니아 분해를 위해서는 주로 루테늄 촉매가 적용되고 있으며, 루테늄과 지지체 및 촉진제로 이루어진 루테늄에 기반을 둔 촉매에 대한 연구발표가 다수 존재한다. 수소생산을 위한 분리막 반응기 형태로는 충전층, 유동층, 그리고 마이크로반응기 등이 있으며, 이들의 최적화 및 원활한 물질전달 연구는 현재진행형이다. 또한, 높은 암모니아 분해율, 고순도 수소생산 및 높은 수소생산율을 얻기 위해 분리막과 촉매의 다양한 조합에 대한 연구 및 분리막과 촉매의 역할을 동시에 구현할 수 있는 분리막에 대한 연구가 발표되고 있다.

합금강(ASTM A387 Gr. 91) - 탄소강(ASTM A516 Gr.70) 이종금속의 FCA 다층 용접부 특성 평가 : Part. 2 (A Study of Characteristics on the Dissimilar Metals (Alloy steel : A387 Gr. 91 - Carbon Steel : A516 Gr. 70) Welds Made with FCA Multiple Layer Welding: Part 2)

  • 신태우;현준혁;고진현
    • Journal of Welding and Joining
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    • 제35권3호
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    • pp.68-74
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    • 2017
  • Characteristics of dissimilar metal welds between alloy steel ASTM A387 Gr. 91 and carbon steel ASTM A516 Gr.70 made with Flux cored arc welding(FCAW) have been evaluated in terms of microstructure, mechanical strength, chemical analysis by EDS as well as corrosion test. Three heat inputs of 15.0, 22.5, 30.0kJ/cm were employed to make joints of dissimilar metals with E71T-1C wire. Post-weld heat treatment was carried out at $750^{\circ}C$ for 2.5 h. Based on microstructural examination, Intragranular polygonal ferrite and grainboundary ferrite were formed only in first layer of weld metal. Another layers consisted of acicular ferrite and $Widmannst{\ddot{a}}tten$ ferrite. The amount of acicular ferrite was increased with decreasing heat input and layer. Heat affected zone of alloy steel showed the highest hardness due to the formation of tempered martensite and lower bainite. Lower and upper bainite were formed in heat affected zone of carbon steel. Tensile strengths of dissimilar metal welds decreased with increasing heat inputs. Dissimilar metal welds showed a good hot cracking resistance due to the low HCS index below 4. The salt spray test of dissimilar metals welds showed that the weight loss rate by corrosion below 170 hours was decreased with increasing heat inputs due to the increase of the amount of acicular ferrite.