• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1996.11b
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• pp.545-550
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• 1996

핵연료 피복관용 Zr 신합금을 개발하기 위하여 Zr-0.4Nb-xSn, Zr-0.8Sn-xNb의 두 종류 합금 계에서 7종의 합금을 제조하여 Sn과 Nb량 변화가 내식성 및 기계적 성질에 미치는 영향을 평가하였다 Zr-0.4Nb-xSn계 합금에서 Sn량이 0.8wt%이상일 때 내식성은 급격히 저하되는 것으로 나타났는데 이는 Sn이 ZrO$_2$산화막의 상변태를 촉진시키기 때문이다. Zr-0.8Sn-xNb계 합금에서 Nb량이 0.4~0.8wt% 첨가될 때 내식성은 향상되는 결과를 보였다. 기계적 특성 관점에서는 Sn량이 0.8wt%이상 첨가되고 Nb가 0.4wt%이상 첨가될 때 강도는 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 내식성과 기계적 특성을 모두 만족시키기 위해서는 Zr-0.8Sn-(0.4~0.8)Nb 계열의 Nb과 Sn이 첨가된 합금을 기반으로 합금설계가 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 합금원소 영향 평가는 핵연료 피복관용 신합금 개발을 위한 자료로 활용될 예정이다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05b
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• pp.231-236
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• 1998

원자력 발전소의 핵연료 피복관 재료로 사용되고 있는 Zr합금의 부식특성에 미치는 Sn의 영향을 조사하기 위해 Sn 함량을 0.5, 0.8, 1.5, 2.0wt.%로 조절한 Zr-xSn 2원계 합금과 Zr-0.4Nb-xSn 3원계 합금을 제조하여 36$0^{\circ}C$ 물 분위기의 mini-autoclave에서 부식실험을 수행하였다. 2원계 합금에서 Sn이 0.5, 0.8, 1.5wt.% 첨가된 합금에서는 15일에서 속도천이가 발생한 후 급격한 부식 가속 현상이 나타났으나, 2.0wt.%가 첨가된 합금에서는 100일까지 부식 실험에서도 천이 현상을 보이지 않는 매우 높은 부식 저항성을 보였다. 그러나 3원계 합금에서는 2원계 합금과는 달리 40일 시험에서도 모든 합금들이 속도 천이 현상을 보이지 않고 천이전 영역에서의 부식 거동을 보이며, Sn 함량 변화에 따른 부식 속도의 차이를 감지할 수 없었다. 이러한 경향은 2원계 합금과 3원계 합금에서 Sn의 고용도 차, 미량 첨가된 Nb의 영향 및 석출물의 특성과 관련이 있는 것으로 사료된다. 또한 수소 흡수율면에서도 Sn 함량 변화에 따라 부식 거동과 비슷한 경향을 보이면서 2.0wt.%에서 가장 낮은 수소흡수율을 보였다 천이전 영역에서 산화막 구조 관찰 결과 천이전 영역의 모든 산화막에서 보호적 성질을 나타내는 tetragonal-ZrO$_2$가 관찰되었는데, tetragonal-ZrO$_2$의 분율은 Sn 함량에 따라 거의 같게 나타났다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2011.05a
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• pp.44-44
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• 2011

마그네슘 합금은 낮은 비중의 경량화 금속 소재이며, 주로 주조 주조재 형태로 상당한 기간 활용되어 왔으며, 최근에는 포스코에서 AZ31 합금으로 판재를 생산하면서 판재상의 마그네슘 소재의 응용이 본격화되고 있다. 포스코에서 판재로 생산되는 합금은 AZ31합금이 주종이며, AZ61 합금의 경우도 일부 생산이 시도되고 있으며, 향후 다양한 합금의 판재의 개발이 진행될 예정이다. 마그네슘 합금은 화학적 활성이 커서 내식성 확보를 위한 표면처리가 필수적이며, 내식성의 확보가 상업적 적용을 위하여 필수적이다. 기존의 마그네슘 합금의 표면처리 방법은 주로 AZ91D의 다이캐스팅재에 집중되어 왔으며, 포스코에서 생산되는 AZ31의 스트립 캐스팅재의 표면처리는 합금의 차이로 인하여 새롭게 공정이 개발되어야 한다. AZ31 마그네슘 합금 판재는 경량화가 요구되는 분야에 사용되는 것을 목표로 설계되어 상업화가 추진되고 있으며, 이의 적용을 위해서는 마그네슘 판재의 내부식성을 제어하는 표면처리 공정이 필수적이다. 표면처리에서는 강판 및 알루미늄판재의 표면처리 공정에 이용되는 화성처리-전착도장 공정에 따라야 하겠지만, 산 용액에 매우 취약한 마그네슘 소재의 특성상 같은 처리 조건을 적용하기 어렵다. AZ31 마그네슘의 합금의 표면처리에서 자동차 공정에 적합한 화성처리는 본격적으로 연구되어 있지 않으며, 합금의 차이에 따른 표면거동이 다른 경향을 보인다. 자동차용 표면처리에서 AZ31에 적합한 화성처리 단일 공정을 확보하는 것이 중요하며, 또한 Al-Mg, Mg-Mg계 등 시스템 구성에 따른 연구개발이 필요할 것이다. 본 발표에서는 AZ31 판재를 이용한 자동차 부품 가공에서 고려하여야 하는 표면처리 이슈에 대하여 논하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1997.05b
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• pp.177-182
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• 1997

금속연료가 연소할 때 발생하는 Fission Gas는 주로 직경방향으로의 Swelling을 일으켜 낮은 연소도의 원인이 되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 높은 연소도를 갖는 금속연료의 개발을 목적으로 Fission Gas가 Plenum으로 쉽게 방출하는 조직인 Laminar Structure를 갖는 합금의 설계를 연구하였다. 또한 조사 후의 조직안정성을 예측하기 위해 열처리 후의 미세조직의 변화를 관찰하여 조직안정성을 시험하였다. U-10wt.%Zr 합금 중 Zr 원소 대신에 2wt.% 및 3wt.%의 W 또는 Mo을 첨가한 합금을 제조하여 합금원소 첨가의 영향에 따른 미세조직의 변화를 조사하였다. 그 결과 모든 조성의 합금은 Matrix에 있어서 Laminar Structure를 나타내었다. 또한 U-10wt.%Zr에 비해 2wt.% 및 3wt.%W의 W 또는 Mo를 첨가한 합금의 lamina Thickness가 철면 미세해짐을 확인하였다. 특히 U-7wt.%Zr-3wt.%W의 경우는 U-10wt.Zr에 비해 Laminar Thickness가 1/2배까지 감소되었다. 합금원소(W, Mo) 첨가에 의한 Laminar Thickness의 감소는 Fission Gas의 Inter-connected Path가 보다 잘 형성되게 하여 Gas의 방출속도를 증가시켜 Swelling을 감소시킬 것으로 생각된다. 열처리한 금속연료의 미세조직을 비교한 결과를 보면 합금원소(W, Mo)를 첨가한 합금을 50$0^{\circ}C$에서 1000시간동안 열처리한 것을 U-Zr 2원계 합금을 열처리한 것과 비교했을 때 약 1/3배 정도의 Laminar Thickness를 유지하는 것으로 보아 합금원소를 첨가하면 조사 후의 조직안정성에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1997.05b
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• pp.201-206
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• 1997

본 연구에서는 Ni-기 합금인 합금 600과 합금 690, Fe-기 합금인 합금 800 및 초내식성 오스테나이트계 스테인리스강인 SR-50A에 대하여 부식 환경의 변화에 따른 특성 평가를 행하였다. 전기화학적 부식 평가는 양극 분극 시험을 통하여 행하였으며 부식 환경은 NaCl, HCI, NaOH(+$Na_2$SO$_4$) 액이었다. 응력 부식 균열 시험으로는 CERT(Constant Extension Rate Test)를 행하였으며 부식환경은 40%NaOH, 40%OH+12%$Na_2$SO$_4$ 용액이었다. CERT시험 후 그 파면을 SEM관찰하여 파괴 양상을 관찰하였다. 각 합금의 양극 분극 특성을 부식 환경에 따라 평가한 결과, 부식 용액의 증류에 따라 서로 다른 분극 거동을 보이고 있는데 산성과 중성 용액에서는 SR-50A가 가장 큰 저항성을 보이는 반면, 강 알카리용액인 NaOH용액에서는 Ni-기 합금의 저항성이 Fe-기 합금의 저항성보다 우수하게 나타났다. 응력 부식 균열 저항성은 전반적으로 Fe-기 합금보다 Ni-기 합금이 우수하게 나타났다. 파단면을 SEM관찰한 결과 합금 800과 SR-50A(tube)는 용액에 관계없이 입내 파괴 모드를 나타내고 있으며, 합금 600과 SR-50A판재는 입계 파괴 양상을 보이고 있다. 또한 가성 용액 중에 $Na_2$SO$_4$를 첨가할 경우, 부식 속도를 가속화시키고 응력 부식 균열 저항성을 감소시키고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.502-502
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• 2011

기존 연구에서는 단일 타겟으로부터 증착된 코팅층 내에 다상으로 이루어진 나노 복합구조를 형성하기 위하여, 나노 합금분말을 방전플라즈마 소결법 등으로 급속 소결하여 타겟을 제조하는 방법이 고려되어 왔다. 반면, 비정질 재료가 우수한 비정질 형성능을 가지는 경우 주조 방법에 의해서도 타겟 제조가 가능하며, 특히 최근 들어 금속 비정질 합금에서 합금의 주요 구성 원소들이 양의 혼합열을 가지는 경우, 액상 또는 과냉각 액상에서 상분리 현상이 발생한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 사실에 기초하면, 우수한 비정질 형성능을 가지는 합금 시스템에 합금 구성 원소와 양의 혼합열 관계를 갖는 원소를 첨가함으로써, 비정질 기지 내에 화학적 불균일성을 유도하여 다상으로 이루어진 복합 구조를 형성시키는 것이 가능하다. 본 연구에서는 이러한 합금 설계법을 이용하여, 비정질 기지 내에 존재할 수 있는 불균일성 정도를 합금 조성과 주조 조건의 변화를 통하여 나노 크기에서 원자 크기까지 조절하고, 이에 따른 재료 특성과의 상관관계를 밝히고자 하였다. 이를 위하여 우수한 비정질 형성능을 가지는 Cu-(Zr, Hf)-Al 벌크 비정질 합금계에서 (Zr, Hf)과 (Y, Gd)간의 양의 혼합열 관계에 주목하여 Cu-(Zr, Hf)-(Y, Gd)-Al 벌크 비정질 형성 합금계를 설계하였으며, 이 합금계 내에서 조성과 냉각속도의 조절에 따라 나타나는 불균일성의 정도와 특성변화의 영향을 체계적으로 고찰하였다. 결과로서, Cu-(Zr, Hf)-Al 합금계에서 (Zr, Hf)을 (Y, Gd)으로 15 at.% 이상 치환한 경우, Cu-(Zr, Hf)-rich 와 Cu-(Y, Gd)-rich 비정질상으로 이상분리가 일어났으며, 이렇게 생성된 비정질-비정질 복합재는 응력 하에서 소성 변형을 거의 보이지 않았다. 반면, 5 at.% 이하로 (Zr, Hf)을 (Y, Gd)으로 치환한 경우에는 비정질 기지에 SAXS 혹은 WAXS로 확인 가능한 원자 크기의 불균일성이 나타났으며, 이 경우 비정질 합금의 점성 유동의 변화를 통해 합금의 연신 특성이 향상되었다. 특히, 본 연구에서는 비정질 기지내 불균일 제어를 통한 기계적 특성 향상을 위해서 조성 제어뿐 아니라 동역학적인 요소를 고려한 냉각속도 조절을 통한 원자단위 불균일성의 최적화가 필요함을 규명하였다. 이러한 연구 결과는 분말화 및 소결 과정을 배제하고 제조된 단일 타겟을 통해 코팅층에 다수의 합금원소를 혼합하고 나노/원자 스케일의 복합구조 형성 및 고집적화가 가능한, 타겟 모물질 설계의 새로운 방향을 제시함으로써 다기능성 복합소재 코팅층의 연구에 크게 기여할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1995.05a
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• pp.723-728
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• 1995

Alloy 600 표면에 레이저 빔을 이용하여 Ni, Cr 흔합분말 및 순수 Cr 분말로 표면합금층을 만들었다. 표면 합금층은 모재와 정합계면를 이루고 있으며 레이저 표면용용 시편에서와 같이 크게 면선단 응고부와 셀룰라 응고부로 나눌 수 있고, 모재에는 레이저 처리과정에서 생긴 수십 $\mu\textrm{m}$ 두께의 열영향 부위가 존재하였다. 그리고 합금층 내부에는 레이저 표면 용용된 시편과 달리 구형의 커다란 기공(pores)이 존재하였다. 레이저 표면 합금층에서 합금원소의 조성 분포를 조사하기 위해 레이저 처리된 시편에 대해 WDX 분석을 하였고, 합금층 내부에 Ni, Cr, Fe 원소의 조성 분포는 매우 균일하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.7 no.8
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• pp.660-667
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• 1997

AI-Mg-합금의 용융산화에 의해 생성되는 AlO$_{2}$O$_{3}$-복합재료의 미세구조에 미치는 합금원소의 영향을 연구하였다. AI-1Mg 합금과 AI-3Mg 합금을 기본으로하여 Si, Zn, Sn, Cu, Ni, Ca, Ce를 1, 3, 5 %를 무게비로 첨가하였다. 각 합금을 1473K에서 20시간 유지하여 산화시킨 후 산화층의 거시적 형상과 미세구조를 광학현미경으로 관찰하였다. 각 미세구조의 상분율을 상분석기로 측정하였다. 산화층의 최첨단면은 SEM과 EDX로 관찰하고 분석하였다. Cu나 Ni를 첨가한 합금으로부터 성장한 산화층의 미세구조가 가장 치밀하였다. Zn이 포함된 합금으로부터 성장한 산화층 최첨단 성장면에는 ZnO가 관찰되었다. Zn이 포함되지 않은 다른 합금의 성장 전면에는 항상 MgAi$_{2}$O$_{4}$상이 관찰되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.503-503
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• 2011

알루미늄 도금강판은 Al-10%Si의 Type 1과 100%Al의 Type2로 구분되어 진다. 그러나, 국내에서는 Type1만이 생산되고 있으며, Zn이 주요성분이 되는 도금강판대비 내열성이 우수하여, 고온기기나 자동차용 배기계 등에 상용되고 있다. 이러한 알루미늄 도금강판의 특성은 표면조직이나, 소재에 도금층과 반응하여 형성된 계면합금층의 특성에 따라, 내열성, 가공성, 내식성 등의 물성에 큰 영향을 미친다. 특히, 합금층은 매우 취성이 강하여 도금층의 박리 등을 유발할수 있으며, 고온에서는 합금층이 성장하여, 내열성 등 물성에 영향을 미친다. 그러나, 이러한 합금층의 결정구조나 조직에 대해서도 연구자간의 분석결과가 일치하지 않으며, 합금층의 고온에서의 거동에 대해서도 잘 이해되지 않고 있다. 본 연구에서는 이러한 합금층에 대한 문헌조사 및 내열실험을 통하여 합금층거동을 분석하고자 하였으며, 또한, 이상적인 도금구조를 갖는 건식도금 샘플을 제작하여 합금층의 내열특성을 상호 비교하였다. 본 발표에서는 이러한 결과를 제시한고자 한다.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.05a
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• pp.189-192
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• 2002

Sn-Cu-Ni계 솔더 합금에 소량의 Bi와 In을 첨가하여 새로운 무연솔더 합금 개발을 진행하였다. Sn-0.7%(Cu+Ni)에 2~5% Bi, 2~10% In을 첨가하여 각각의 열적, 전기적, 기계적 특성을 평가하였다. 솔더합금의 융점은 200~222$^{\circ}C$, 응고온도범위는 20~37$^{\circ}C$로 중.고온계 솔더로서 적용이 가능하다. 실험 조성별 솔더 합금중 실용적, 경제적인 면을 고려하여 Sn-0.7%(Cu+Ni)-3.5%Bi-2%In이 최적의 합금조성으로 판단된다. 이 합금은 융점이 22$0^{\circ}C$정도이며 응고범위는 $25^{\circ}C$, 강도 면에서는 타 합금에 비해 상당히 우수한 값을 나타내었으며 연신율은 비교적 낮은 값을 나타내었다. 다른 기계적, 전기적 특성은 타 솔더 합금과 유사하거나 우수한 편이었으며 젖음특성도 양호하였다.