• 방사성폐기물학회지
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• 제6권3호
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• pp.171-178
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• 2008

중 저준위 방사성폐기물 유리화 실증시설의 고온필터(HTF)시스템에 금속필터를 도입하여 일련의 성능시험을 수행하였다. 고온필터시스템의 여과재는 총 19개의 필터 element로 구성되는데 필터로서 금속 재질별 특성을 알기 위해 316L, 904L, Inconel 600 등 3종의 element를 혼합하여 필터set를 구성하였다. 매 시험을 종료한 후에는 필터하우징에서 종류별로 필터 element를 꺼내어 육안으로 변화를 관찰하였다. 그 결과 일부 element 표면에서 어두운 색깔의 반점들이 관찰되었으며, 특히 AISI 316L 재질의 element에서 많은 반점들이 발견되었다. 이 반점들이 부식을 의미하는 것인지 확인하기 위해 두 가지 분석을 수행하였다. 첫째 재질별로 1개씩의 element를 절단하여 정상적인 곳과 반점이 있는 곳의 표면 및 단면을 SEM/EDS로 분석하였다. 그 결과 반점은 Na, S, Si 등 무기계 산화물이 집중적으로 침적되어 필터의 미세기공을 막고 있는 현상으로 밝혀졌으며, 이 침적물들은 폐기물 및 유리용탕으로 부터 휘발된 물질로 판단된다. 둘째, 재질별로 필터 element에 대해 ring tensile시험을 수행하였다. 그 결과 반점을 포함한 시험 필터 element의 인장강도 값이 규정값 이상으로 나타나서 필터에 부식이 없는 것으로 확인되었다. 앞서 두 가지 분석결과로 볼 때 시험한 금속필터 표면에 생성된 반점은 부식생성물이라기 보다는 필터 전단으로부터 유입된 무기산화물 필터기공을 막고 있는 현상으로 판단되며, 이 반점이 반점형태로 국부적 지점에만 나타나는 것은 시험 중단시기 필터에 응축된 수분과 관련이 있는 것으로 판단된다. 반점의 생성은 필터의 유효 여과면적이 줄어 결과적으로 필터에 걸리는 압력손실이 커지기 때문에 필터하우징의 상시보온을 통한 응축 방지가 필요할 것으로 판단된다. 아울러, 보다 장시간의 시험을 통해 필터 부식현상에 대한 검증 필요하다고 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.863-870
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• 2016

본 논문의 목적은 소듐냉각고속로(sodium cooled fast reactor, SFR)와 초임계 $CO_2$ Brayton cycle의 연계 시, 원자로 열수송 계통과 동력변환 계통의 압력 경계를 형성하는 회로인쇄형 열교환기의 경계면에 균열이 발생해 고압(약 200 bar)의 $CO_2$가 상압 수준의 액체소듐유로 측에 유입되었을 때의 물리/화학적 현상을 파악하여 열교환기 설계에 활용 가능한 실험 자료를 생산하는 것이다. 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면 균열 현상은 경계면의 균열 크기에 따라 미세 균열에 의한 소듐유로막힘(plugging) 현상과 상대적으로 큰 균열에 의한 열교환기 재료손상(wastage) 현상으로 나뉜다. Plugging 실험결과, 소듐유로 직경이 3mm일 때 $CO_2$ 주입 즉시 소듐 흐름이 정지한 반면 소듐유로 직경이 5 mm일 때는 유량이 감소되기 시작하는 시점은 3 mm의 경우와 유사하게 $CO_2$ 주입 즉시 나타났지만 소듐의 흐름이 완전히 정지할 때까지는 상대적으로 오랜 시간이 소요되었다. 이러한 실험결과는 실제 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면에서 미세균열이 발생했을 때, 소듐유로 직경이 3 mm로 좁을 경우 균열 발생과 동시에 해당 소듐유로가 반응생성물에 의해 막혀 해당 유로 외의 유로들로 지속적인 열교환기 운전이 가능하지만, 소듐유로의 직경이 5 mm로 넓어질 경우 소듐유로가 고체생성물에 의해 즉시 막히지 않고 생성물이 소듐유로를 따라 계통 내부를 이동하다 일정 농도 이상이 되어야 소듐유로를 막게 할 것으로 예상할 수 있는 결과이다. Wastage 실험결과, 열교환의 재질(STS316, Inconel600, G91 합금강), 운전온도($400{\sim}500^{\circ}C$), 노즐직경(0.2~0.8 mm), 시편-노즐 거리(2~6 mm)와 무관하게 고압(약 200~250 bar)의 $CO_2$ 분사에 의한 시편의 물리적 손상(erosion) 현상은 발생하지 않았다. 노즐에서의 분사되는 $CO_2$의 분사속도는 마하 0.4~0.7인 것으로 확인되었다. 본 연구의 실험결과는 열교환기 파손 대처 설계에 배경 실험 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제26권4호
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• pp.211-219
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• 2006

초음파 서모그라피는 초음파 진동 에너지 여기에 의한 물체의 표면 및 표면 아래에 존재하는 결함부위의 선택적 발열 특성을 적외선 열영상 카메라로 관측하는 것이다. 결함(균열, 박리, 공극 등) 이 존재하는 구조물에 초음파 진동 에너지를 입사시킬 경우 결함 부근에서의 국부적인 발열로 인해 건전 부위와의 급격한 온도차를 드러내는 핫 스폿이 관측된다. 초음파 진동 에너지 여기에 의한 핫 스폿 관측 및 분석을 통해 결함을 진단하는 것이 초음파 서모그라피를 이용한 비파괴 결함 진단 방법이다. 이를 이용한 결함 검출을 위해서는 초음파의 진동에너지를 검사 구조물에 효율적으로 전달하는 것이 중요하다 본 논문에서는 초음파 서모그라피를 이용한 실시간 결함검출에 대해 기술한다. 초음파 진동에너지의 입사 방향에 따른 결함 검출 특성을 평가하기 위해 진동에너지의 전달 방향을 시편과 수직 또는 수평방향으로 각각 입사시켰다. 각각의 입사 방향에 따른 초음파 트랜스듀서 양단에 인가되는 전압을 디지털 오실로스코우프로 계측 비교하였다. 결함 검출에 사용한 시편은 14 mm 두께의 SUS 균열(crack) 시편, PCB 기판(1.8 mm), 인코넬 600 판(1.0 mm) 및 CFRP 판(3.0 mm)의 4종류이다. 4종류의 시편에 대해 280ms 펄스폭의 초음파에너지를 수직 수평으로 각각 입사시켰다. 4종류 모두 수직방향으로 초음파 진동에너지를 입사시켰을 때 수평방향에 비해 전달 손실이 적었다. 복합재료인 PCB, CFRP 판은 수직방향으로 초음파 진동에너지를 입사시켰을 때 수평방향에 비해 결함 위치에서 열이 크게 발생하였으며 선택적 발열 현상도 3배 이상 지속되었다. 금속재료인 인코넬 600판과 SUS 시편은 수평방향이 수직방향보다 핫 스폿이 빨리 관측되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.144.2-144.2
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• 2016

Diamond-like carbon (DLC) coatings have been widely applied to the mechanical components, cutting tools due to properties of high hardness and wear resistance. Among them, hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) coatings are well-known for their low friction properties, stable production of thin and thick film, they were reported to be easily worn away under high temperature. Non-hydrogenated tetrahedral amorphous carbon (ta-C) is an ideal for industrial applicability due to good thermal stability from high $sp^3$-bonding fraction ranging from 70 to 80 %. However, the large compressive stress of ta-C coating limits to apply thick ta-C coating. In this study, the thick ta-C coating was deposited onto Inconel alloy disk by the FCVA technique. The thickness of the ta-C coating was about $3.5{\mu}m$. The tribological behaviors of ta-C coated disks sliding against $Si_3N_4$ balls were examined under elevated temperature divided into 23, 100, 200 and $300^{\circ}C$. The range of temperature was setting up until peel off observed. The experimental results showed that the friction coefficient was decreased from 0.14 to 0.05 with increasing temperature up to $200^{\circ}C$. At $300^{\circ}C$, the friction coefficient was dramatically increased over 5,000 cycles and then delaminated. These phenomenon was summarized two kinds of reasons: (1) Thermal degradation and (2) graphitization of ta-C coating. At first, the reason of thermal degradation was demonstrated by wear rate calculation. The wear rate of ta-C coatings showed an increasing trend with elevated temperature. For investigation of relationship between hardness and graphitization, thick ta-C coatings(2, 3 and $5{\mu}m$) were additionally deposited. As the thickness of ta-C coating was increased, hardness decreased from 58 to 49 GPa, which means that graphitization was accelerated. Therefore, now we are trying to increase $sp^3$ fraction of ta-C coating and control the coating parameters for thermal stability of thick ta-C at high temperatures.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권5호
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• pp.450-457
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• 2009

열차폐 코팅 시편에 대하여 열충격을 주기적으로 가한 후 발생하는 결함을 관찰하였다. 실험에 사용 된 열차폐 코팅 시편은 인코넬-738로 제작된 모재 위에 CoNiCrAlY 본드 코팅층과 $ZrO_2-8wt%Y_2O_3$ 세라믹탑 코팅층이 플라즈마 용사 방법으로 올려진 형태로 되어있다. 열충격 시험은 $1000^{\circ}C$의 고온으로 가열했다가 상온으로 급격하게 냉각시키는 가혹한 조건으로 실행되었고, 사이클 수가 증가함에 따라 열충격의 피로도 또한 증가하였다. 시험후 시편 내부의 미세 조직 변화와 결함을 전자현미경으로 관찰하고, 시편의 기계적인 특성을 측정하여 그 변화 양상을 살펴보았다. 열충격 주기실험후 본드 코팅층과 세라믹 탑 코팅층 사이에 발생하는 TGO 산화물층에 대한 변화 양상과 이에 대한 와전류 신호를 측정하여 TGO층 성장 거동의 비파괴적인 평가를 위한 실험을 진행하였다. 본 연구를 통하여 마이크로 단위의 TGO층에 대한 와전류검사의 적용 가능성을 확인하고 열차폐 코팅의 수명을 예측할 수 있는 가능성을 제시하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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• pp.193-198
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• 2002

In 1his paper, applicability of laser welding to joining process of single crystal nickel base superalloy turbine blades was investigated. Because heat input of laser welding is more precisely controlled 1han TIG welding, it is possible to optimize solidification microstructure of the welds. Since in single crystal nickel base superalloy the crystal orientation have a significant effect on the strength, it is important to control the solidification microstructure in the fusion zone. A single crystal nickel base supera1loy, CMSX-4, plates were bead-on welded and butt welded using a $CO_2$ laser. The effects of microstructure and crystal orientation on properties of the weld joints were investigated. In bead-on weldling, welding directions were deviated from the base metal [100] direction by 0, 5, 15 and 30 degrees. The welds with deviation angles of 15 and 30 degrees showed fusion zone transverse cracks. As the deviation angles became larger, the fusion zone had more cracking. In the cross section microstructure, the fusion zone grains in 0 and 5 degrees welds grew epitaxially from the base metal spins except for the bead neck regions. The grains in the bead neck regions contained stray crystals. As deviation angles increased, number of the stray crystals increased. In butt welding, the declinations of the crystal orientation of the two base metals varied 0, 5 and 10 degrees. All beads had no cracks. In the 5 degrees bead, the cross section and surface microstructures showed that the fusion zone grains grew epitaxially from the base metal grains. However, the 10 degrees bead, the bead cross section and surface contained the stray crystals in the center of the welds. Orientations of the stray crystals accorded with the heat flow directions in the weld pool. When the welding direction was deviated from the base metal [100] direction, cracks appeared in the area including the stray crystals. The cracks developed along the grain boundaries of the stray crystals with high angles in the final solidification regions at the center of the welds. The fracture surfaces were covered with liquid film. The cracks, therefore, found to be solidification cracks due to the presence of low melting eutectic. As the results, in both bead-on welding and butt welding the deviation angles should be control within 5 degrees for preventing the fusion zone cracks. To investigate the mechanical properties of the weld joints, high temperature tensile tests for bead-on welds with deviation angles of 0 and 5 degrees and the butt welds with dec1ination angles of 0, 5 and 10 degrees were conducted at 1123K. The the tensile strength of all weld joints were more 1han 800MPa that is almost 80% of the tensile strength of the base metal. The strength of the laser weld joints were more than twice that of tue TIG weld joints with a filler metal of Inconel 625. The results reveals 1hat laser welding is more effective joining process for single crystal nickelbase superalloy turbine blades 1han TIG welding.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제27권2호
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• pp.95-100
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• 2002

원자력발전소에서 주로 발생되는 금속폐기물인 탄소강을 중성염전해질인 1.7M의 황산나트륨($Na_2SO_4$)과 질산나트륨($NaNO_3$)을 이용하여 기존전해제염과 개선된 전해제염공정의 비교실험을 수행하였다. 양극은 인코넬, 음극은 티타늄으로 하여 상온에서 1시간동안 반응시켜 금속폐기물 모재의 weight loss, 두께변화. 전해질 내 침전물농도, SEM을 이용하여 제염전후의 금속폐기물 표면의 형상을 분석하였다. 실험결과 개선된 전해제염 적용시 전해질 종류별 전류밀도 변화에 따른 실험에서는 전류밀도가 $0.1{\sim}0.6A/cm^2$으로 증가함에 따라 1.7M의 황산나트륨 적용시 금속폐기물 모재의 두께변화는 $0.48{\pm}0.005{\sim}67.7{\pm}0.02{\mu}m$, 1.7M의 질산나트륨 적용시에는 $0.06{\pm}0.005{\sim}17.7{\pm}0.05{\mu}m$로 나타나 같은 전류밀도에서 황산나트륨 적용시 금속폐기물 모재의 표면 제염효율이 더욱 높은 양상을 보였다. 또한 전류밀도 $0.3A/cm^2$ 및 1.7M의 황산나트륨의 조건에서 개선된 전해제염 적용 시 $9.8{\pm}0.01{\mu}m$의 금속폐기물 두께변화를 보여 기존전해제염 적용시인 $3.7{\pm}0.03{\mu}m$의 금속폐기물 두께변화보다 2배 이상의 표면 제염효과를 보였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.66-66
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• 2010

국내 화력발전의 $CO_2$배출량을 크게 줄이고, 친환경, 그린 화력발전시스템을 위한 가장 효과적인 수단은 발전효율을 획기적으로 증대시키는 것이기 때문에 이를 목표로 한 기술개발은 경제적으로나 산업적으로 파급효과가 매우 크다. 발전효율 증대를 위한 핵심기술은 증기터빈의 성능향상이다. 현재 일본, 미국, EU 등 각국이 가장 관심을 가지고 기술개발에 심혈을 쏟고 있는 초내열, 내식 합금소재는 $700^{\circ}C$이상에서 기계적 성능을 보장할 수 있는 Ni기 합금개발이고, 현재까지 상당한 기술수준에 이르고 있는 것으로 파악되고 있다. 국내의 경우는 관련기술개발을 위해 연구가 진행되고 있으나, 기술적으로 아직 미흡한 수준이다. Ni기 초내열, 내식합금을 개발해서 그것을 화력발전용 증기터빈 부품, 특히 초내열합금 용접형 터빈로터 소재로 이용하기 위해서는 체계적이고 실용적인 연구를 통하여 용접형로타의 내구성과 신뢰성이 보장되는 최적 수준의 접합기술 개발이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구는 선행연구로 $700^{\circ}C$이상 초내열/내식 Ni기 합금소재의 용접기술 개발을 위한 후보 소재 Alloy 617의 동종재료 용접 기술 개발을 목표로 한다. 본 연구는 Alloy617 12.6t 맞대기 이음으로 U그루브 내로갭 TIG용접을 하였다. 1pass 1layer 방식으로 총 8pass 8layer로 용접하였다. 전류 및 용접속도는 동일하게 두고 실드가스를 Ar 또는 Ar-$H_2$ 가스로 변경하여 시험하였다. Ar가스 TIG용접은 비드표면에 산화스케일이 생기고, 비드면이 거칠며 전체적으로 산화되었다. 반면에 Ar-$H_2$가스 TIG용접은 비드표면에 산화스케일이 없으며 표면이 미려하고 산화되지 않았다. 실드가스에 수소가스 첨가시 환원성가스로 역할을 하게 되고 이에 따라 용융지 표면에 산화피막을 제거하여 용접비드를 청정하게 하는 효과를 가진다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.49-49
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• 2009

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 최근 무공해 연료로 각광받고 있는 액화천연가스 (LNG)의 수요가 급증함에 따라 LNG 저장탱크 소재로 널리 사용되고 있는 9% Ni강의 수요 또한 증가하고 있는 상황이다. 하지만 9% Ni 강은 극저온용 소재로 용접부의 저온인성 ($-196^{\circ}C$)이 가장 중요하기 때문에 저온인성을 확보하고자 Inconel 계나 Hastelloy계 등의 니켈 기 합금을 용접재료로 사용하고 있으나 이러한 용접재료는 가격이 매우 고가이며 또한 용접 후 용접부의 강도가 낮다는 문제가 제기되고 있다. 또한 LNG 탱크 제작시 사용되는 용접법은 GTAW, SAW 및 SMAW 이지만 국내에서는 주로 SMAW에 의존하고 있는 실정인 관계로 보다 더 경제적인 용접 프로세스의 적용 가능성이 검토되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 4mm의 9% Ni 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전 속도 및 접합 속도를 고정한 상태에서 접합을 실시 하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$로 제작된 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도, 인장 강도 및 저은 충격 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• 한국표면공학회지
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• 제52권6호
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• pp.283-288
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• 2019

MCrAlY overaly coatings are used as oxidation barrier coatings to prevent degradation of the underlying substrate in high temperature and oxidizing environment of the hot section of gas turbines. Therefore, oxidation resistance in high temperature is important property of MCrAlY coatings. Also, coefficients of thermal expansion (CTE) of MCrAlY have middle value of that of Ni-based superalloys and oxides, which have the effect of preventing the delamination of the surface oxides. Cyclic oxidation test is one of the most useful methods for evaluating the high temperature durability of coatings used in gas turbines. In this study, NiCoCrAlY overlay coatings were formed on Inconel 792(IN 792) substrates by vacuum plasma spraying process. Vacuum plasma sprayed NiCoCrAlY coatings and IN 792 susbstrates were exposed to 1000℃ one-hour cyclic oxidation environment. NiCoCrAlY coatings showed lower weight gain in short-term oxidation. In long-term oxidation, IN 792 substrates showed higher weight loss due to delamination of surface oxide but NiCoCrAlY coatings showed lower weight loss. X-ray diffraction (XRD) analysis showed α-Al2O3 and NiCr₂O₄ was formed during the cyclic oxidation test. Through cross-section observation using scanning electron microscopy (SEM) and electron back scatter diffraction (EBSD) analysis, thermally grown oxide (TGO) layer composed of α-Al₂O₃ and NiCr₂O₄ was formed and the thickness of TGO increased during 1000℃ cyclic oxidation test. β phase in upper side of NiCoCrAlY coating was depleted due to oxidation of Al and outer beta depletion zone thickness also increased as the cyclic oxidation time increased.