• Proceedings of the KSR Conference
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• 2000.11a
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• pp.535-542
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• 2000

Pure copper, Cu-1.1wt%Cd and ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced) have been used as Catenary Materials in Electric Railway System. Since these materials may have chance to be exposed to the corrosive environments like polluted air, acid rain and sea water, it is important not only to investigate the corrosion characteristics but also to measure corrosion rates in various corrosive environments. In order to examine corrosion characteristics according to the dissolved oxygen content, pH, chloride ion concentration ion, and the addition of Cd to Cu, a series of tests such as potentiodynamic polarization. a.c impedance spectroscopy and galvanic corrosion tests were carried out in these materials. Results showed that the addition of Cd to Cu and chloride ion in the solution have an adverse effect on the resistance to corrosion. Additionally, Galvanic currents between Al and steel wires of ACSR were confirmed by using ZRA(zero resistance ammeter) method.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.117-117
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• 2017

오스테나이트계 스테인리스강의 기계적 특성 향상을 위해 열화학적 표면처리 방법으로 공정 후 재료의 변형이 없고 친환경적인 플라즈마 이온질화 기술이 널리 사용되고 있다. 특히 대략 $450^{\circ}C$이하에서 플라즈마 이온질화 처리 시 S상이라 불리는 expanded austenite 생성에 기인하여 내식성이 향상시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 이전의 연구 결과 증류수, HCl, $H_2SO_4$ 등의 실험 용액에 따라 동일한 공정 온도에 대하여 다른 부식 특성을 나타냈으며, 내식성이 확보되는 온도 또한 다른 결과를 얻었다. 이처럼 적용 환경에 따라 다른 부식 경향을 보이고 있으나, 해양 환경에 사용될 해수에서의 부식 저항성에 대한 명확한 규명은 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 해양환경에 보편화되어 있는 오스테나이크계 스테인리스강을 선정하여 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리 후 전기화학실험을 통해 온도 변화에 따른 부식 특성을 분석하였다. 플라즈마 이온질화는 25% 질소와 75% 수소의 비율로 $350{\sim}500^{\circ}C$의 온도 조건에서 10시간 동안 처리하였다. 플라즈마 이온질화 처리 후 마이크로 경도 계측과 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석을 통해 온도 변화에 따른 금속 표면에 형성된 질화물의 기계적 조직학적 특성을 분석하였다. 또한 모재 및 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리된 재료에 대하여 $2{\times}2cm$(노출면적 $1cm^2$) 시편을 제작하여 전기화학적 부식 실험을 수행하여 부식 특성을 상호 비교 분석하였다. 전기화학적 부식 실험은 침적실험, 동전위 양극 음극 분극 실험을 실시하여 전위 변화에 따른 전류밀도 추이를 분석하여 부식 경향을 파악하였다. 그리고 전기화학 실험 후 손상부의 SEM 관찰과 손상 깊이 분석 및 무게 감소량 계측을 통한 종합적인 분석을 통해 온도-부식 경향의 상관관계를 규명하였다. 또한 분극 실험 후 타펠 외삽법으로 부식전위와 부식전류밀도를 구하여 미처리된 재료 및 플라즈마 이온질화 온도 변화에 따른 상대적 부식 속도를 예측하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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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.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.34 no.11
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• pp.715-719
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• 2012

We investigated the effects of electrochemical characteristics and generation of chlorine by the different amount of Ru coating which was prepared for $RuO_2$/Ti electrode coated with 1.5 mg, 2.5 mg, 5.5 mg, 8.5 mg Ru per unit area ($cm^2$). As a Result of the cycle voltammetry experiments, chlorine overvoltage of Ru-coated electrodes showed to be the nearly sustained value of approximately 1.15V (vs. Ag/AgCl). By contrary, According to the results of the AC impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization tests, the amount of Ru per unit area ($cm^2$) included 2.5 mg, 3.5 mg as $RuO_2$/Ti offered the highest levels of durability which was electrode resistance and corrosion rate appeared to be $0.4582{\Omega}$, $0.5267{\Omega}$ and 0.082 mm/yr, 0.058 mm/yr, respectively. It was also observed that generation of chlorine coated with 3.5 mg per unit area ($cm^2$) was the highest value of 15.2 mg/L.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.8
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• pp.5039-5044
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• 2015

In this study, we evaluated corrosion behavior of a common rolling stock axle material, RSA1, in seawater. 3-electrode electrochemical cell experiment was conducted using artificial sea water, fabricated according to ASTM-D1141 set by American Society for Testing and Materials, where the corrosion current density and corrosion rate were determined to be $18.3{\mu}A/cm2$ and 0.217 mm/yr, respectively, by employing potentiodynamic test method and impedance spectroscopy method. Considering the fact that life time of railway car is ~25 years, the expected corrosion layer depth is 5mm. Constant-current corrosion test was conducted to accelerate the corrosion process, to reach corrosion periods of 1,3 and 4 years based on Faraday's law, followed by tension tests where the reduced specimen gauge cross-section was re-measured for stress calculation. While no apparent corrosion-related changes in mechanical properties were observed in the elastic regime, the reduction in ductility of the material was found to be increased as the corrosion period increased. The results of this study are expected to be basic corrosion data for the design of rolling stock axles, which will be operated in the sea water environment.

• Journal of Power System Engineering
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• v.14 no.2
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• pp.71-77
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• 2010

This paper was studied on microstructure, mechanical properties and corrosion characteristics of 316L stainless steel pipe welds was fabricated by orbital welding process. S-Ar specimen was fabricated by using Ar purge gas and S-$N_2$ specimen was fabricated by using $N_2$ purge gas. Ferrite was not detected in weld metal of S-$N_2$ specimen but the order of 0.13 Ferrite number(FN) was detected in weld metal of S-Ar specimen. Oxygen and Nitrogen concentration of S-$N_2$ specimen was higher than S-Ar specimen on HAZ and inner bead. The welds microstructural characteristics of S-Ar and S-$N_2$ specimens are similar. The microvickers hardness values of S-Ar and S-$N_2$ specimens welds were similar and average values of each regions were in the range of 174~194. The microstructures of S-Ar and S-$N_2$ weld metal were full austenite by primary austenite solidification. The Solidification structures of S-Ar and S-$N_2$ weld metal were formed directional dendrite toward bead center. The potentiodynamic polarization curve of STS 316L pipe welds exhibited typical active, passive, transpassive behaviour. Corrosion current density$(I_{corr.})$ and corrosion rate values of S-Ar specimen in 0.1M HCl solution were $0.95{\mu}A/cm^2$ and $0.31{\mu}A$/year respectively. The values of S-$N_2$ specimen were $1.4{\mu}A/cm^2$ and $0.45{\mu}m$/year.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.144-144
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• 2016

플라즈마 전해 산화법(Plasma electrolytic oxidation)에 의해 형성된 코팅층은 특유의 기공구조로 인해 부식 환경에 노출 시 부식액의 침투가 급속히 이루어지는 단점이 있다. 이를 극복하기 위한 방법으로 유기코팅, sol-gel법, 폴리머 코팅 등에 의해 기공을 봉공(sealing)하는 방법이 제안되고 있다. 본 연구에서는 Al 합금의 플라즈마 전해 산화 처리 후 질산 세륨 수용액(Cerium nitrate solution)에 의한 봉공 효과를 확인하고자 하였다. PEO 코팅을 위한 전해액은 2g/L의 KOH와 $2g/L\;Na_2SiO_3$를 증류수에 용해시켜 준비하였다. PEO 코팅층은 Al 시편을 전해액 내에 위치시켜 양극으로 하고 STS를 음극으로 하여 $0.1A/cm^2$의 펄스 정전류밀도(주파수: 100Hz, 듀티비: 20%)를 15분 동안 인가하여 형성시켰다. 봉공을 위한 실링액은 증류수에 $0.3g/L\;H_2O_2$와 $1g/L\;H_3BO_3$를 첨가하고, $Ce(NO_3)_3$를 농도 변수로 첨가하여 준비하였으며, PEO 코팅 처리된 시편을 실링액에 침지하여 실링액의 농도와 침지시간을 달리하여 봉공을 실시하였다. 제작된 PEO 코팅층에 대해 SEM, EDS, XRD를 이용한 표면분석을 실시하였으며, 내식성을 확인하고자 동전위분극시험을 실시하였다. 연구 결과, 세륨 실링 처리된 PEO 코팅 층에서 미량의 세륨 성분이 검출되었으나, 세륨계 화합물 생성에 의한 마이크로 크기의 기공의 폐쇄는 관찰되지 않았다. 또한, 전기화학적 특성 평가 결과 실링 처리된 PEO 코팅층의 경우 Al 모재에 비해 2차수 정도 감소된 부식전류밀도를 나타내었다. 이 같은 내식성의 향상은 세륨 성분에 의한 부식 억제 효과 때문으로 판단된다.

• 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.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.6 no.4
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• pp.242-249
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• 2003

Zn electrode was widely used as an anode material in alkaline battery systems in highly concentrated KOH electrolyte, however it was well known that its cycle life is significantly shortened by growth of dendrite due to the high dissolution of $Zn(OH)_2$ and rapid electrochemical reaction. In this study when by the additives such as $Ca(OH)_2$, Citrate, tartrate and Gluconate were added to $40\%$ KOH electrolyte at solution temperature of $25^{\circ}C$ and the amount of $5wt\%\;Pb_3O_4$ was mixed to Zn electrode and then the effect of $Pb_3O_4$ and additives on the electrochemical behavior of Zn electrode was investigated by Potentiodynamic Polarization Curves, Cyclic Voltammetry, Accelerated Life Cycle lest, and SEM image analyses. The addition of $Pb_3O_4$ reduced the corrosion rate of Zn electrode. The corrosion potential of Zn electrode with $Pb_3O_4$ was higher or lower than that of pure Zn electrode however was not influenced practically to the open circuit voltage. And the addition of 4 type additives had an important role in improving both cycle life in accelerated cycle life test and corrosion resistance. Furthermore the additive of Tartrate indicated comparatively a good effect to corrosion resistance as well as charging-discharging property Improvement among those four type additives.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.39 no.4
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• pp.277-283
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• 2015

MS(Mild Steel), HTS(High Tensile Steel), HYS(High Yield Steel), AL(Aluminum Alloy) and Composite Materials are used for vessels. Steel Materials are mostly used for vessels because body of a ship have to perform the basic functions such as watertight, preserving the strength and supporting the equipments. The vessels primarily carry out a mission at ocean, so that body of a ship is necessarily rusted. There are several methods to protect the corrosion of vessels such as painting, SACP(sacrificial anode cathodic protection) and ICCP(impressed current cathodic protection). For the sacrificial anode cathodic protection, Al and Zn alloys are normally used. Heavy metals are added to the Al and Zn Alloys for improving the corrosion properties but they are so harmful to the human and environment. Therefore, the use of these heavy metals is strictly regulated in the world. In this paper, Al and Zn Alloys are made by adding the trace elements(Ma, Ca, Ce and Sn) which is not harmful to the human and environment. SEM, XRD, Potentiodynamic Polarization test and Current Efficiency test are conducted for evaluation of Al and Zn Alloys. As a result of the experiment, Al-3Zn-0.6Sn and Zn-3Sn Alloys are more efficient than other Alloys.