• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.45-45
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• 2011

알루미늄과 그 합금은 내부식성(corrosion resistance)이 좋고, 밀도가 낮아 높은 연료소비 효율을 필요로 하는 항공기와 자동차 같은 운송수단의 내-외장 소재로 사용되고 있다. 또한 알루미늄의 높은 내부식성을 이용하여 철강소재의 부식을 방지하는 보호막으로도 폭 넓게 사용된다. 물리기상증착(physical vapor deposition)으로 알루미늄을 코팅하면 박막 성장 초기단계에서 핵(nucleus)을 형성하고, 형성된 핵을 중심으로 주상 구조(columnar structure)로 박막이 성장하는 것이 일반적으로 알려진 방식이다. 주상 구조의 알루미늄 박막은 주상정과 주상정 사이에 필연적으로 공극(pore)이 존재하게 되어 부식을 일으키는 물질이 박막으로 침투하게 되고, 부식 물질과 모재가 반응하여 공식(pitting corrosion)이 발생한다. 본 연구에서는 스퍼터링(magnetron sputtering)을 이용하여 치밀한 조직을 갖는 알루미늄 박막을 코팅할 수 있는 공정을 개발하고, 치밀한 알루미늄 조직이 내부식성에 어떠한 영향을 미치는지 평가하였다. 기판은 냉연강판(cold rolled steel sheet)이 사용되었으며, 알루미늄 타겟의 순도는 99.999%, 크기는 직경 4"이었다. 냉연강판은 진공용기(vacuum chamber)에 장착하기 전에 계면활성제를 이용하여 표면에 존재하는 기름성분을 제거하였으며, 진공용기에 장착한 후에는 아르곤 가스를 이용하여 발생시킨 글로우 방전으로 표면에 존재하는 산화물을 제거하였다. 알루미늄 박막의 조직에 영향을 미치는 공정변수를 확인하기 위해서 스퍼터링 파워, 공정 온도, 공정 압력, 외부 자기장 세기 등의 공정 조건을 변화시켜 코팅을 실시하였다. 실험을 통해서 얻어진 최적 조건으로 알루미늄을 코팅할 경우, 알루미늄 bulk의 밀도와 비교하여 약 94.7%의 밀도를 갖는 알루미늄 박막을 코팅할 수 있었다. 알루미늄 박막이 약 3 ${\mu}$m의 두께로 코팅된 냉연강판의 내부식성 평가(salt spray test, 5% NaCl) 결과, 평가를 시작한 후 72시간 후에도 적청이 발생하지 않았다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제1권1호
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• pp.23-26
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• 2000

스폿용접은 겹침판을 끼우고 가압상태의 전극 사이에 단시간의 대전류를 흘려, 전류가 집중하는 전극 직하의 모재 저항발열과 전극 및 모재의 열전도를 이용해서 판과 판의 접촉부에 안정한 용융부를 형성하는 압접법이다. 스폿용접으로 대표되는 저항용접법의 특징은 작업속도가 빠르고. 대량 생산적인 성격이 강하다는 점이다. 그러나, 용접부의 점검이 중요함에도 불구하고 용접부의 직접 감시가 곤란하여 적절한 검사 방법이 확립되지 않은 결점이 있다. 최근 제조공정 중에 실시간으로 스폿 용접부를 비파괴적인 방법을 이용하여 응력 및 변형상태를 체크하고. 결합을 검출할 수 있는 방법이 강력히 요구되고 있는 실정이다. 스폿 용접부페 광학적으로 레이저 빔을 조사하여 렌즈에 의해 결상되면 결상면상에 작은 입자모양의 반점이 생긴다. 이 반점을 스페클이라 하며 이 스페클에 의해 만들어진 불규칙한 반점모양을 스페클 패턴이라 한다. 이러한 현상은 레이저 빔이 가간섭의 성질을 지니고 있으므로 조사영역에서는 랜덤하지만 시간적으로 정상적인 위상관계에 있는 다수의 광파가 간섭함으로서 발생하는데 이와 같은 줄무늬 간격을 PC 프로그램으로 계산하여 응력을 측정한다. 따라서 본 연구에서는 레이저를 이용한 전자처리식 스페클 패턴 간섭법(ESPI)으로 스폿 용접부의 응력 및 변형률을 측정하여 스트레인 게이지법과 비교 고찰한 결과, ESPI법이 유용함을 알 수 있었으며. 이 방법을 생산 공정에 적용함으로서 생산성 및 품질 향상을 기할 수 있다고 판단된다.

• 한국진공학회지
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• 제9권3호
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• pp.207-215
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• 2000

진공증착 및 이온플레이팅 방법을 이용하여 냉간 압연된 강판상에 알루미늄피막을 형성시킨 후, 증발율 및 증기분포 변화를 측정하고 각 증착방법에서의 증발율에 따른 증기분포 변화를 비교 및 검토하였다. 본 실험에서의 이온플레이팅은 증발원 근처에 이온화 전극을 설치하는 방법으로 고전류 아크방전을 유도하여 $10^{-4}$ Torr 이하에서도 기존의 이온플레이팅에 비해 높은 이온화율을 얻을 수 있는 아크방전 유도형 이온플레이팅(Arc-induced ion Plating; AIIP) 방법을 이용하였다. 전자빔을 이용하면서 알루미나 크루시블을 사용하여 알루미늄을 증발시킬 경우 분당 2.0 $\mu\textrm{m}$이상의 높은 증발율을 얻을 수 있었으며, 이온플레이팅의 경우 이온화된 증기의 상호작용에 따른 산란 효과로 증발율이 다소 낮아짐을 알 수 있었다. $cos^{n/\phi}$로 이루어지는 증기분포의 결정인자(n)의 값이 진공증착의 경우는 1에 근접하는 것으로 나타났고 AIIP의 경우는 2 또는 그보다 더 큰 값으로 이루어지는 것을 확인하였다. 이로부터 이온플레이팅의 경우 이온화율 또는 기판 바이어스 전압의 효과가 다른 조건에 비해 증기분포에 더 크게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국표면공학회지
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• 제45권3호
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• pp.111-116
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• 2012

Oblique angle deposition (OAD) is a physical vapor deposition method which utilizes non-normal angles between the substrate and the vaporizing source. It has been known that tilting the substrate changes the properties of the film deposited on it, which was thought to be a result of morphological change of the film. In this study, OAD has been applied to prepare single and multilayer Al films by magnetron sputtering. The magnetron sputtering source of 4 inch diameter was used to deposit the films. Al films have been deposited on Si wafers and cold-rolled steel sheets. The multilayer films were prepared by changing the tilting angle upside down at each layer interval, which means that when the first layer was deposited at an angle of $+45^{\circ}$, the second layer was deposited at an angle of $-45^{\circ}$, and vice versa. The microstructure, surface roughness and reflectance of the films were investigated using a scanning electron microscope, a surface profiler and a spectrophotometer, respectively. The corrosion resistance was measured and compared using the salt spray test. The single layer film prepared at an oblique angle of $60^{\circ}$ prepared at other angles. However, for the multilayer films, the film prepared at an oblique angle of $45^{\circ}$ showed the most compact and featureless structure. The multilayer films were found to exhibit higher corrosion resistance than the single layer films.

• Corrosion Science and Technology
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• 제23권2호
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• pp.104-112
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• 2024

Al-Zn-Mg-Si alloy coatings have been developed to inhibit corrosion of cold rolled steel sheets, and an understanding of the alloy system helps prevent coating defects. We used a Bridgman furnace to characterise the nature and formation mechanisms of the phases present in the quaternary system with 0.4 wt% Fe. In the directional solidification experiments we imposed steep temperature gradients and varied the pull rate. After the samples were quenched in the furnace, detailed characterization of the samples was carried out by electron microscopy (SEM/EDS). From the dT/dt vs T plots of the cooling curves of the alloys, the solidification path was determined to be $Liquid{\longrightarrow[80]^{544-558}}{\alpha}-Al{\longrightarrow[80]^{453-459}}Al/Mg_2Si{\longrightarrow[80]^{371-374}}Al/Zn{\longrightarrow[80]^{331-333}}Zn/mgZn_2$. The formation mechanisms of the Mg and Zn containing phases and their morphology was discussed together with the effects of the cooling rate. Key findings include the lengthening of the mushy zone in directionally solidified samples remelted against a positive temperature gradient, as well as an enrichening of the α-Al phase by Zn through remelting. Mg₂Si and other Si based phases were observed to adopt a much finer faceted microstructure in favour of a script-like microstructure when exposed to the higher cooling rate of coolant quenching.

• Journal of Welding and Joining
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• 제30권2호
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• pp.59-64
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• 2012

Welding is an essential process in the automotive industry. Most welding processes that are used for auto body are spot welding and $CO_2$ welding are used in a small part. In production field, $CO_2$ welding process is decreased and spot welding process is increased due to welding quality is poor and defects are occurred in $CO_2$ welding process frequently. But $CO_2$ welding process should be used at robot interference parts and closed parts where spot welding couldn't. Because of the 0.65mm ~ 2.0mm thickness steel sheet were used in the automotive industry, poor quality of welding area such as burn through and under fill were happened frequently in $CO_2$ process. In this paper, we will study about the penetration depth which gives a huge impact on burn through changing a degree of base metal, welding position and torch angle. Voltage, current and welding speed were fixed but degree of base metal, welding position and torch angle were changed. And Cold- Rolled(CR) steel sheet was used. Penetration depth was analysed by multiple regression analysis to derive approximate calculations. And reliability of approximate calculations were confirmed through additional experiments. As the results of this research, we confirmed the effect of torch and plate angle to bead shape. And we present a possibility that can simulate more accurate to weld geometry, as deduced the verification equations that has tolerance of less than 21.69%.

• 한국분말야금학회:학술대회논문집
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• 한국분말야금학회 2000년도 춘계학술강연 및 발표대회 강연 및 발표논문 초록집
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• pp.9-10
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• 2000

An important business-field of world-wide steel-industry is the coating of thin metal-sheets with zinc, zinc-aluminum and aluminum based materials. These products mostly go into automotive industry. in particular for the car-body. into building and construction industry as well as household appliances. Due to mass-production, the processing is done in large continuously operating plants where the mostly cold-rolled metal-strip as the substrate is handled in coils up to 40 tons unwind before and rolled up again after passing the processing plant which includes cleaning, annealing, hot-dip galvanizing / aluminizing and chemical treatment. In the liquid Zn, Zn-AI, AI-Zn and AI-Si bathes a combined action of corrosion and wear under high temperature and high stress onto the transfer components (rolls) accounts for major economic losses. Most critical here are the bearing systems of these rolls operating in the liquid system. Rolls in liquid system can not be avoided as they are needed to transfer the steel-strip into and out of the crucible. Since several years, ceramic roller bearings are tested here [1.2], however, in particular due to uncontrollable Slag-impurities within the hot bath [3], slide bearings are still expected to be of a higher potential [4]. The today's state of the art is the application of slide bearings based on Stellite\ulcorneragainst Stellite which is in general a 50-60 wt% Co-matrix with incorporated Cr- and W-carbides and other composites. Indeed Stellite is used as the bearing-material as of it's chemical properties (does not go into solution), the physical properties in particular with poor lubricating properties are not satisfying at all. To increase the Sliding behavior in the bearing system, about 0.15-0.2 wt% of lead has been added into the hot-bath in the past. Due to environmental regulations. this had to be reduced dramatically_ This together with the heavily increasing production rates expressed by increased velocity of the substrate-steel-band up to 200 m/min and increased tractate power up to 10 tons in modern plants. leads to life times of the bearings of a few up to several days only. To improve this situation. the Mechanical Alloying (MA) TeChnique [5.6.7.8] is used to prOduce advanced Stellite-based bearing materials. A lubricating phase is introduced into Stellite-powder-material by MA, the composite-powder-particles are coated by High Energy Milling (HEM) in order to produce bearing-bushes of approximately 12 kg by Sintering, Liquid Phase Sintering (LPS) and Hot Isostatic Pressing (HIP). The chemical and physical behavior of samples as well as the bearing systems in the hot galvanizing / aluminizing plant are discussed. DependenCies like lubricant material and composite, LPS-binder and composite, particle shape and PM-route with respect to achievable density. (temperature--) shock-reSistibility and corrosive-wear behavior will be described. The materials are characterized by particle size analysis (laser diffraction), scanning electron microscopy and X-ray diffraction. corrosive-wear behavior is determined using a special cylinder-in-bush apparatus (CIBA) as well as field-test in real production condition. Part I of this work describes the initial testing phase where different sample materials are produced, characterized, consolidated and tested in the CIBA under a common AI-Zn-system. The results are discussed and the material-system for the large components to be produced for the field test in real production condition is decided. Outlook: Part II of this work will describe the field test in a hot-dip-galvanizing/aluminizing plant of the mechanically alloyed bearing bushes under aluminum-rich liquid metal. Alter testing, the bushes will be characterized and obtained results with respect to wear. expected lifetime, surface roughness and infiltration will be discussed. Part III of this project will describe a second initial testing phase where the won results of part 1+11 will be transferred to the AI-Si system. Part IV of this project will describe the field test in a hot-dip-aluminizing plant of the mechanically alloyed bearing bushes under aluminum liquid metal. After testing. the bushes will be characterized and obtained results with respect to wear. expected lifetime, surface roughness and infiltration will be discussed.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.110-110
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• 2016

금속재료 중 철강은 기계적 성질이 우수하고 대량생산에 의한 뛰어난 경제성을 가지기 때문에 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 스테인리스강 등과 같은 일부 특수한 용도의 강을 제외하고는 부식 환경에 취약하기 때문에 그 용도에 따라 표면처리를 함으로서 내식특성을 부여하고 있다. 일반적으로 이러한 철강재료에 대한 부식문제를 해결하기 위한 방법으로는 습식프로세스 중 아연(Zn)도금이 사용되는데, 아연은 그 자체가 보유하고 있는 차폐(barrier)효과는 물론 상대적으로 이온화 경향이 크기 때문에 철에 대하여 전자를 공급하는 희생양극적(Sacrificial anode)역할을 하여 철을 방식하는 원리를 가지고 있다. 하지만 최근에 이르러 기존의 도금 프로세스 처리된 제품의 사용 및 적용분야가 확대되고 가혹해 짐에 따라서 내식성 향상을 위한 새로운 재료 및 신기술 개발이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 친환경 프로세스 방법인 PVD법 중 하나인 스퍼터링(Sputtering)을 이용하여 0.8mm 두께의 냉연강판 (cold rolled steel) 상에 Al에 대한 Mg 함량을 10~30wt.%로 하여 약 $5{\mu}m$ 두께의 막을 제작하였다. 이때 20wt.% 막의 경우 공정압력조건을 증가시켜 증착 막의 결정배향성을 변화시켰다. 뿐만 아니라 제작된 막들에 대해서 $400^{\circ}C$온도에서 10분간 열처리함으로서 코팅막의 성분변화에 따른 영향을 살펴보기 위해 시편을 추가 제작하였다. 이와 같이 제작된 막들에 대한 형성메커니즘과 내식성의 상관관계 해명을 위해 막의 조성분포, 표면 및 단면의 모폴로지 관찰 및 결정구조 등 재료특성분석과 더불어 염수분무(Salt spray test), 침지시험 그리고 양극분극 시험 등을 통해 내식성 평가를 진행하였다. 이상의 종합적인 결과를 살펴보면 제작된 Al-Mg 막은 마그네슘 함량비 및 열처리 조건에 따라 조성분포와 막의 모폴로지 및 결정배향성이 변화한다는 것을 알 수 있었는데, 마그네슘 함량이 증가하고 열처리한 막의 내식성이 가장 양호한 것으로 나타났다. 이것은 Al-Mg 성분이 표면을 중심으로 균일 분산-분포하며, Al에 대한 Mg의 고용으로 인해 안정적으로 형성된 부식생성물과 금속화합물의 단계적 반응 효과에 의해 차폐효과와 희생양극적 특성이 동시에 향상되었기 때문으로 생각된다. 한편 공정 압력을 증가시켜 형성한 막은 결정학적 구조에서 보다 높은 표면 에너지와 증가한 격자 정수에 의해 Mg이 부식환경에서 빠르게 반응하여 안정적 피막을 형성하기 때문에 내식성이 향상된 것으로 보여 진다. 이상의 연구를 통해서 고내식성을 Al-Mg막의 유효성 확인하였으며, 설계에 대한 기초적인 응용지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권8호
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• pp.857-863
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• 2012

본 연구에서는 승객의 안전성을 확보하기 위하여 상부 고강도강 SABC1470, 하부 냉간 압연강 SPFH590과 SPFC980으로 경량화를 위하여 레이저 TWB 용접하였다. TWB 이종재료 시험편은 열처리에 의하여 SABC1470 재료에 고강도화 하였다. 수냉까지 대기 시간에 따르는 인장강도와 센터필라와 같은 부정 조건에 의한 고속 굽힘의 변형 거동을 평가하였다. 동일 온도에서 열처리 된 TWB 시험편은 수냉까지 대기 시간에 따라서 인장강도와 굽힘강도가 감소하였다. $850^{\circ}C$에서 열처리한 SABC1470 + SPFH590 TWB 시험편은 추돌에 의해 차체 파손시 파괴거동을 유도하여 승객을 보호할 수 있는 적절한 조건이었다. 사고에 의한 승객의 안전을 고려하면, 센터필라는 상부재로서 SABC1470, 하부재료로 SPFH590을 사용하는 것이 안전하다.