• Resources Recycling
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• v.18 no.4
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• pp.14-23
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• 2009

In terms of resources recycling and resolving waste disposal problems, it is very important to recover precious metals like Au, Ag and Pd and valuable metals like Cu, Sn and Ni from the scraps of waste electrical and electronic equipment(WEEE) that consists of detective electrical and electronic parts discarded during manufacturing electrical and electronic equipments and waste electrical and electronic parts generated during disassembling them. In general, the scraps of WEEE are composed of various metals and alloys as well as refractory oxides and plastic components. Precious and valuable metals from the scraps of WEEE can be recovered by gas-phase-volatilization, hydrometallurgical, or pyrometallurgical processes. However, the gas-phase-volatilization and hydrometallurgical processes have been suggested but not yet commercialized. At the present time, most of the commercial plants for recovering precious and valuable metals from the scraps of WEEE adopt pyrometallurgical processes. Therefore, in this paper, the technical and environmental aspects on the important pyrometallurgical processes through literature survey are reviewed, and the scale-up result of a new pyrometallurgical process for recovering the precious and valuable metals contained in the scraps of WEEE using waste copper slag is presented.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.12
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• pp.513-518
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• 2019

Friction Stir Welding is a welding technique for metal materials that utilizes the heat generated by friction between the material to be welded and the welding tool that rotates at high speed. In this study, a numerical analysis method was used to analyze the change in the internal temperature of the welded material during friction stir welding. As the welding target material, AZ31 magnesium alloy was applied and the welding phenomenon was considered a flow characteristic, in which a melting-pool was formed. FLUENT was used as the numerical tool to perform the flow analysis. For flow analysis of the welding process, the welding material was assumed to be a high viscosity Newtonian fluid, and the boundary condition of the welding tool and the material was considered to be the condition that friction and slippage occur simultaneously. Analyses were carried out for various rotational speeds and the translational moving speed of the welding tool as variables. The analysis results showed that the higher the rotational speed of the welding tool and the slower the welding tool movement speed, the higher the maximum temperature in the material increases. Moreover, the difference in the rotational speed of the welding tool has a greater effect on the temperature change.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.12
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• pp.644-649
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• 2017

In the automobile industry, there is growing demand for lightweight vehicles due to environmental problems and rising oil prices. Therefore, aluminum alloys and special materials are being used to reduce the weight of vehicles, but there are still many difficulties to overcome in terms of cost and strength. Therefore, the application of advanced high strength steel (AHSS)is increasing. AHSS has good strength and formability.Safety regulations are becoming stricter, and 1.2-GPa super-high-strength steels are gradually being applied for the center pillar and roof rails. Thus, the application of different kinds of steels in automobile bodiesis also increasing gradually. This study evaluates the resistance point weldability and the characteristics of a welded part of SGAFC1180 1.2t steel. A simulation was used to observe the nugget formation and its growth behavior. The prediction performance showed a similar tendency within an error rate of 10%. Also, the effect of this behavior on the process resistance and dynamic resistance was investigated,along with the correlation between the shear tensile strength and nugget diameter.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.3
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• pp.576-584
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• 2020

The extruder screw material is mainly SKD11, but the recent development of synthetic resins have increased the occurrence of chemical corrosion and wear. To solve this issue, high chromium cast iron is needed because of its good abrasion resistance and corrosion resistance, but its use is avoided because of its poor machinability. In this study, to improve the machinability of high chrome cast iron, 0, 0.5, 1.0, 1.5% of nickel, which has excellent workability, was added to high chromium cast iron with a composition of Fe-23Cr-2.5C-1.2Si-1.08Mn-0.48Mo-0.3V, and annealed after casting. Subsequently, the effect of nickel on the machinability and corrosion resistance was analyzed using a turning test and coin polarization test, and compared with SKD11. After casting using a high-frequency vacuum induction furnace, the annealing treatment was performed at 750 ℃ for five hours and then reheated at 1100 ℃ for five hours. A turning test after annealing at 750 ℃ showed that the machinability was improved remarkably when the nickel content was over 1.0%. In the potentiodynamic polarization test in a 5% NaCl solution, the corrosion resistance decreased with increasing nickel content in the as-cast and annealing treatment. On the other hand, after reheating, the corrosion resistance was best with a 1.5% nickel content.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 1999.10a
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• pp.3-4
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• 1999

최근 산업이 고속도화, 고능률화 및 고정멸화의 추세로 발전함에 따라 우수한 내마모성, 인성, 고온 안정성 및 내구성을 갖는 공구 및 금형을 요구하게 되었다. 그러나 이와같은 성질들은 어떤 단일 재료에서는 얻을 수 없으며 적당한 기판공구나 금혈위에 내마모성 보호피막을 coating함으로 비교적 저렴하게 얻을 수 있다. 화학증착법으로 TiC, TiN등을 증착시킬때에는 $1000^{\circ}C$정도의 반응온도가 필요하며 이러한 증착온도는 모재가 초경합금일때는 문제가 안되나 강재일 경우 모재의 연화와 칫수변화의 문제를 야기시킨다. 최근에는 플라즈마를 사용하여 증착반응온도를 $550^{\circ}C$ 이하로 낮추는 플라즈마 화학 증착볍(PACVD)이 대두되고 있다. 그러나 이 방법어서 는 뚱착하려는 금속원소가 TiCl4의 형태로 공급되고 있으므로 생성된 층이 염소를 포함하고 있다. 이 층에 잔존하는 염소는 층의 기계적 성질을 저하시키고 층내의 stress를 유발시킨다. 또한 HCI개스의 생성으로 인하여 펌프 및 장비의 부식이 촉진 된다 이러한 결점을 극복하기 위하여 금속유기화합물 전구체(metallo-organic precursor)로 $TiCl_4$를 대체하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며 본 연구실에서 이에 대하여 연구한 결과를 소개하고자 한다. diethylamino titanium을 전구체로 사용하여 $H_2,\;N_2,\;Ar$분위기하에서 pulsed d.c.를 사용하는 MO-PACVD에 의하여 $150~250^{\circ}C$의 저온에서 Al 2024 기판에 TiCN층 형 성을 하였다. 전구체 증발온도는 $74~78^{\circ}C$의 온도범위어야 하며 고경도의 코탱층은 54% duty, 14.2kHz, 450V의 조건에서 얻어졌으며 duty, 주파수, 전압이 증가함에 따라 경도는 저하되었다. 이때의 표면 morphology를 SEM으로 조사한바 dome structure가 크게 발달되었음을 알 수 있었다. 본 실험의 온도 범위내에서 얻은 TiCN 증착반응의 활성화에너지는 7.5Kcal/mol이었다. 증착된 TiCN층은 우수한 내마모섣을 나타내었으며 스크래치테스트 결과 17N의 엄계하중을 나타내었다. 본 연구에서 변화 시킨 duty, 주파수, 전압의 범위에서는 층의 밀착력은 크게 변화하지 않았다. titanium isopropoxide를 전구체로 사용하여 Hz, Nz 분위기하에서 d.c.를 사용하는 MO-PACVD에 의하여 Ti(NCO) 코팅층을 SKDll, SKD61, SKH9 공구강에 형성시키는 공정을 개발하였다. 최적의 Ti(NCO) 코탱층을 얻기 위해 유입전구체 부피%의 양은 향착압력의 5%를 넘지 않아야 되고 수소와 젤소 가스비가 1:1일 때 가장 높은 코팅층의 경도값을 나타내었다. 수소와 질소 가스비가 3:7일 때 TiFeCr(NCO)의 복화합물 코팅층이 형성됨을 알 수 있었고 500t의 증착온도에서 얻은 Ti(NCO) 코팅층이 높은 경도값과 좋은 내식성을 나타내었다. 또한 이와같은 Ti(NCO) 코팅공정과 본 실험실에서 개발한 확산층만 형성시키는 plsma nitriding 공정을 결합하여 복합코탱층을 형성하였는데 이 복합코팅층은 고경도와 우수한 내마모성, 내식성 뿐만 아니라 10)N 이상의 뛰어난 밀착력을 나타내었다. 현재 많이 사용되고 있는 PVD법은 step coverage가 좋지 않은 점과 cost intensive p process라는 단점이 있다. MO-PACVD법은 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로서 앞으로 지속적인 도전이 요구되는 분야이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.162-162
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• 2017

AlCrN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내열성을 보이는 코팅이며, Si을 첨가하여 나노복합구조를 갖는 AlCrSiN 코팅은 고경도 특성을 나타내는 나노결정립과 고내열성을 나타내는 $Si_3N_4$ 비정질이 동시에 존재함으로써 뛰어난 고온 특성까지 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 본 연구에서는, 가혹화된 공구사용 환경 대응 하는 더욱 우수한 내마모성 및 내열성을 보이는 코팅막을 개발하기 위해 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였다. 합성된 코팅의 구조 및 물성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, atomic force microscopy(AFM) 및 ball-on-disk wear tester를 사용하였다. 내열성을 확인하기 위하여 코팅을 furnace에 넣어 500, 600, 700, 800, 900도에서 30분 동안 annealing한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정을 하였다. 5:5, 7:3, 9:1의 두께 비율로 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였으며 모든 코팅의 두께는 $3{\mu}m$로 제어되었다. AlCrN 코팅층의 두께가 증가할수록, 이중층 코팅의 경도 및 내마모성은 점차 향상되었지만 코팅의 밀착력은 감소하였다. 일반적으로 AlCrN 코팅은 상대적으로 높은 잔류응력을 갖고 있으므로, AlCrN 층의 두께비율이 증가함에 따라 코팅내의 잔류응력이 높아져 코팅의 경도는 증가하고 밀착특성은 낮아진 것으로 판단된다. AlCrSiN 상부층 공정시 기판 바이어스 전압을 -50 ~ -200V 로 증가시키면서 이중층 코팅을 합성하였다. XRD 분석 결과, 공정 바이어스 전압이 증가함에 따라 AlCrSiN 상부층은 점차 비정질화 되었고, 코팅의 경도와 표면 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 특성 향상은 높은 바이어스 인가가 이온 충돌효과의 증가를 야기시켰으, 이로 인해 치밀한 코팅층 합성에 의한 결과로 판단된다. AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 어닐링 한 후 경도 분석 결과, -150, -200V에서 합성한 코팅은 900도 이상에서 26GPa 이상의 높은 경도를 보인 것으로 보아 우수한 내열성을 갖는 것으로 확인 되었다. 이는 AlCrSiN 상부층의 높은 Si 함량 (11at.%) 으로 인한 충분한 $Si_3N_4$ 비정질상의 형성과, 고바이어스 인가로 인한 AlCrN 결정상과 $Si_3N_4$ 비정질상의 고른 분배가 코팅의 내열성을 향상시키는데 기여를 한 결과로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.131-131
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• 2017

알루미늄은 내식성, 내마모성과 같은 물리적, 화학적 성질이 우수하지 못하여 이를 향상시키기 위해서 양극산화법이 산업적으로 널리 사용되고 있다. 알루미늄 양극산화법을 적용하면 강도, 내마모성 및 내식성이 향상될 뿐만 아니라 알루미늄 표면에 규칙적으로 배열된 30nm~100nm 크기의 pore에 염료를 흡착시켜 다양한 색상의 외관을 가지는 양극산화피막을 형성시킬 수 있다. Pore간의 간격은 수십nm~수백nm 정도이며, pore의 크기와 간격 및 깊이는 양극산화조건(양극산화 전압, 전해액의 종류와 농도 및 온도)에 의해 크게 변화된다. 또한 염료의 농도와 착색 시간에 따라서 양극산화 피막의 색조가 변화되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 양극산화피막의 색조에 미치는 전해조건의 영향을 조사하고, 분광측색계를 사용하여 산화피막의 색조를 정량적으로 분석하고 또한 산화피막의 pore에 흡착된 염료를 정량분석하기 위해서 UV-visible을 사용하여 분석하였다. Al5052 합금을 이용하여 에칭, 양극산화, 착색처리, 봉공(sealing)처리를 실시하였다. $55^{\circ}C$ 100g/L NaOH 용액에서 에칭을, $25^{\circ}C$ 10 vol.% $HNO_3$ 용액에서 디스머트를 실시한 다음, $25^{\circ}C$ 10 vol.% $H_2(SO_4)$ 용액에서 15V의 정전압으로 양극산화를 실시하였다. 이후, $55^{\circ}C$ 5~8g/L의 오렌지, 블랙 착색염료(일본 OKUNO 사(社)의 TAC-LH(301), TAC-BLH(411))를 사용하여 착색처리를, $85^{\circ}C$ 초산니켈 수용액에서 봉공처리를 실시하였다. 착색조건으로는 양극산화 시간(5분, 10분, 15분, 20분), 착색 시간(15초, 1분, 2분, 5분) 및 착색 농도(오렌지 -2.5g/L, 5g/L, 7.5g/L, 블랙 - 4g/L, 8g/L, 12g/L)를 변화시켰으며, 산화피막의 색조를 정량 분석하기 위해 분광측색계를 사용하였고 흡착된 염료의 농도를 정량 분석하기 위해서 $55^{\circ}C$, 1M NaOH에 재용해하여 UV-visible로 흡광도를 측정하였다. 양극산화피막의 색조는 양극산화 시간이 길어질수록, 착색시간이 길어질수록, 착색농도가 진할수록 산화피막에 흡착되는 염료의 양이 증가하며 색조가 더 선명해지고 진해지는 것을 확인하였다. 이를 분광측색계로 분석하였을 때 각 전해조건하에서 경향성을 나타내었다. 또한 흡광도 측정을 통해 계산한 염료의 양과 전해조건의 상관관계를 조사하였다. 양극산화 시간이 길어지면 산화피막의 두께가 증가하여 염료가 흡착될 수 있는 표면적이 넓어지고, 착색 시간이 길어지면 동일한 산화피막에 더 많은 염료가 흡착이 된다. 그리고 착색 농도가 진할수록 동일면적, 동일시간 하에서 더 많은 염료가 흡착되어 결과적으로 전해조건이 강해질수록 산화피막의 색조가 진해지는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.143-143
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• 2017

CrAlN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내산화성 및 내열성을 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구사용 환경의 가혹화로 인하여 코팅의 내마모성 및 내열성 등의 물성 향상을 통한 공구의 수명 향상이 필요시 되고 있으며, 다양한 코팅 물질을 활용하여 다층 코팅을 합성함으로써 난삭재용 공구 코팅의 물성을 높이는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 CrAlN 코팅과 WC-Co 6wt.% 모재 사이에 CrZrN, CrN, CrN/CrZrSiN 등의 중간층을 합성하여 CrAlN 코팅의 상온 및 고온 특성을 향상시키는 연구가 진행되었다. 합성된 코팅의 구조 및 물성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, atomic force microscopy(AFM) 및 ball-on-disk wear tester를 사용하였다. 코팅의 고온 특성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였고, $500^{\circ}C$ annealing 코팅의 표면 조도 분석 및 $500^{\circ}C$에서 마찰마모시험을 실시하였다. CrAlN 코팅의 상온 특성을 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(35.5-36.2 GPa)와 탄성계수(424.3-429.2 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수는 0.33로 CrZrN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수(0.41)에 비해 향상된 값 보였으며, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio는 각각 0.076, 0.083 으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 내열성 시험 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었다. $500^{\circ}C$ annealing 후 진행된 표면 조도와 마모시험 결과, 모든 코팅의 조도 값 및 마찰계수는 상온 값에 비해 증가하였으며 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 변화량이 가장 낮은 값을 보였다. 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 $SiN_x$ 비정질상이 고온 annealing시에 산소 차폐막 역할을 하여, 코팅내의 잔류 산소에 의한 산화작용을 효과적으로 방지함으로써 코팅의 고온 특성이 향상된 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Foundry Society
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• v.32 no.1
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• pp.50-56
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• 2012

Fusion bonding of cast iron and Al alloy is an effective way to improve the properties such as low inertia, high efficiency and corrosion resistance in machinery parts. In case of fusion bonding, intermetallic compound layers are formed at the interface between cast iron and Al alloy interface. It is important to control the intermetallic compound layers for improving bonding strength. The formation behavior of intermetallic compound layer by heat treatment has been investigated. Heat treatment was performed at temperature from $600^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$ with $100^{\circ}C$ interval for an hour to investigate the phase transformation during heat treatment. Heat treated specimens were analyzed by using FE-SEM, EPMA and EDS. The EPMA/WDS results revealed that various phases were formed at the interface, which exhibited 4 distinct intermetallic compound layers such as ${\tau}_6-Al_{4.5}FeSi$, ${\tau}_2-Al_3FeSi$, ${\tau}_{11}-Al_5Fe_2Si $and ${\eta}-Al_5Fe_2$. Also, fine precipitation of ${\tau}_1-Al_2Fe_3Si_3$ phase was formed between ${\tau}_{11}$ and ${\eta}$ layer. The phase fraction in intermetallic compound layer was changed by heat treatment temperature. At $600^{\circ}C$, intermetallic compound layer of ${\tau}_6$ phase was mainly formed with increasing heat treatment time. With increasing heat treatment temperature to $800^{\circ}C$, however, ${\tau}_2$ phase was mainly distributed in intermetallic compound layer. ${\tau}_1$ phase was remarkably decreased with increasing heat treatment time and temperature.

• Composites Research
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• v.25 no.4
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• pp.93-97
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• 2012

Carbon nano fibers (CNFs) reinforced magnesium alloy (AZ91) matrix composites have been fabricated by liquid pressing process. In order to improve the dispersibility of CNFs and the wettability with magnesium alloy melt, CNFs were mixed with submicron sized SiC particles ($SiC_p$). Also, the mixture of CNFs and $SiC_p$ were coated with Ni by electroless plating. In liquid pressing process, AZ91 melts have been pressed hydrostatically and infiltrated into three reinforcement preforms of only CNFs, the mixture of CNFs and $SiC_p$ (CNF+$SiC_p$), and Ni coated CNFs and $SiC_p$ ((CNF+$SiC_p$)/Ni). Some CNFs agglomerates were observed in only CNFs reinforced composite. In cases of the composites reinforce with CNF+$SiC_p$ and (CNF+$SiC_p$)/Ni, CNFs were dispersed homogeneously in the matrix, which resulted in the improvement of mechanical properties. The compressive strengths of CNF+$SiC_p$ and (CNF+$SiC_p$)/Ni reinforced composites were 38% and 28% higher than that of only CNFs composite.