분사합성(Spray In-situ Synthesis)주조 공정에 의한 Cu-Al2O3분산강화합금 Preform제조에 관한 연구

Title
분사합성(Spray In-situ Synthesis)주조 공정에 의한 Cu-Al2O3분산강화합금 Preform제조에 관한 연구
Authors
서정혁
Keywords
분사합성sprayinsitusynthesis주조공정에의한cual2o3분산강화합금preform제조에관한연구
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
본 연구에서는 ODS preform을 단일 공정으로 얻을 수 있는, 새로운 분사주조공정의 하나인 분사합성주조(Spray In-situ Synthesis) 공정을 개발하기 위한 연구의 일환으로, 분사 중 in-situ로 생성된 산화물에 대하여 그 생성 기구를 고찰하여 보았다. 본 연구에 사용한 분사합성주조 공정은 산화물 형성이 극히 용이한 Al을 일정량 함유한 구리용탕을 산소가 일정량 포함된 질소-산소 혼합가스를 이용하여 분무, 적층시키는 공정으로, 이 때 비산되는 구리 액적(droplet)에 존재하는 Al이 분무가스와 반응, 산화되어 in-situ로 oxide dispersive droplet이 형성되게 되며, 될 것이며, 이 액적들을 기판(substrate)에 적층․응고시킴으로 ODS preform을 얻을 수 있는 방법이다. 본 연구를 수행하기 위해 분사합성주조 공정에서 혼합가스의 산소 함량을 0vol.% ~ 8vol.%로 변화시켜 Cu-Al2O3 분산강화합금을 제조하였으며, 광학현미경(OM)과 주사전자 현미경(SEM)분석을 통해 분사합성주조 공정으로 얻은 분말과 적층재의 산소 함량(vol.%)에 따른 Al2O3상을 관찰하였다. 실험 결과 분사합성주조 공정으로 Al이 선택적으로 산화되어 Al2O3을 생성됨을 확인할 수 있었는데, 이는 Al2O3의 생성이 Cu산화물의 생성보다 열역학적으로 용이함으로 Cu-Al합금 액적 중 Al이 선택적으로 산화가 되었음을 알 수 있었다. 분사합성주조 공정으로 성형체 제작시 산소 가스의 영향으로 액적은 irregular 형상을 나타내는데 이는 열용량이 큰 산소 가스를 동시에 분사하여 액적의 표면 장력이 낮아져 나타나는 현상으로 알려져 있다. 또한 표면에 생성된 Al2O3 기인한 것으로 보인다. 이러한 이유를 통해 분사합성주조 공정으로 prefrom 제작시 irregular 형상의 액적이 적층되는 것을 알 수 있었다. Al의 선택적 산화는 atomization zone에서 일어나며 조직 사진 및 SEM/EDX 분석 결과 액적 표면에서 Al과 산소가 반응하여 Al2O3를 생성하는 것으로 확인되었다. 적층재에서의 Al2O3는 산소 함량 3vol.%부터 관찰되며, 산소 함량(vol.%)이 높아질수록 Al2O3의 면적 분율도 높아지는 것을 확인하였다. 이렇게 생성된 Al2O3는 긴 선형 혹은 원형의 irregular 형상으로 액적과 액적 경계에서 관찰 되는데, 이는 atomization zone에서 선택적 산화가 이루어진 액적이 substrate에 적층되는 과정에서 산화막이 깨지거나 그대로 적층되어 나타난 현상으로 보인다. 분사합성주조 공정으로 제조된 Cu-Al2O3합금의 인장강도, 압축강도 경도 값은 산소 함량이 높아지면서 증가하는 경향성을 나타내었는데, 이는 산소 함량이 증가하면서 Cu기지에 생성된 Al2O3의 면적 분율 또한 증가했음을 알 수 있다. 또한 생성된 Al2O3는 Cu기지 내에서 강화기구로 작용하여 기계적 특성이 좋아지는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과로부터 분사합성주조 공정을 이용하여 Al2O3의 생성 및 산화물이 고르게 분포된 Cu-Al2O3 분산강화합금 제조가 가능함을 확인할 수 있었다.
Description
국문요약 Abstract 목차 표 목차 그림목차 제 1장. 서 론 1 제 2장. 이론적 배경 4 2-1. Cu-Al2O3분산강화 합금 5 2-1-1. 산화물 분산강화 합금 5 2-1-2. Cu-Al2O3분산강화 합금 특성 6 2-2. 분사합성주조 공정 9 2-2-1. 분사합성주조 공정의 원리와 특징 9 2-2-2. 분사합성주조 공정변수 13 2-3. 방전 플라즈마 소결법 (spark plasma sintering) 16 제 3장. 실험 방법 19 3-1. 제조공정조건 20 3-2. 미세조직 관찰 7및 상분석 22 3-3. 기계적 특성 평가 24 3-3-1. 인장 특성 평가 24 3-3-2. 압축 특성 평가 24 3-3-3. 경도 특성 평가 24 제 4장. 결과 및 고찰 25 4-1. 미세조직 관찰 26 4-1-1. 예비실험 26 4-1-2. 분말 관찰 28 4-1-3. 적층재 관찰 33 4-1-4. 소결재 관찰 37 4-2. 기계적 특성 평가 40 4-2-1. 인장 특성 평가 40 4-2-3. 압축 특성 평가 41 4-2-3. 경도 특성 평가 45 제 5장. 결론 47 참고문헌 50
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23346
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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