선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 전체적인 발포공정은 신강강선공업의 생산방식에 기반을 두고 있으나, 칼슘이나 SiC 또는 A12O3 등의 추가적인 증점 . 기포 안정화제 없이 알루미늄 캔 스크랩 용탕 중에 TiH2 만을 투입하여 고기능성 폐포형 알루미늄 발포 금속 제조 가능성을 확인하고자 한다.
- 본 연구에서는 알루미늄 캔 스크랩의 표면에 이미 존재하는 알루미늄 산화물을 기포의 상승 억제 및 기포 안정화 제로서 이용하고자 한다. 전체적인 발포공정은 신강강선공업의 생산방식에 기반을 두고 있으나, 칼슘이나 SiC 또는 A12O3 등의 추가적인 증점 .
제안 방법
- 5wt.%인 경우에 확보되므로, 알루미늄 캔 스크랩 용탕의 점도를 측정하고 그 값을 알루미늄-칼슘(0~2wt.%) 용탕의 점도와 비교하였다. 점도측정에 사용된 합금의 양과 측정온도는 각각 200 g, 680℃이다.
- 1에 나타내었다. Torque meter(Ono sokki, SS-005)에 연결된 graphite cylindert graphite crucible과 4mm의 간격을 유지하고 300rpm의 속도로 회전하며, crucible과 cylinder 사이에서 용탕의 회전으로 인해 발생되는 힘, torque를 측정한다. 측정된 torque는 digital torque converter(Ono sokki TS-2600)에 의해 변환되며, PC 에 연속적으로 저장된다.
- 부피 팽창률이 가장 높은 c의 경우 내부의 셀 형상이 다른 조건에 비하여 균일하고 응고가 가장 늦게 진행되는 시료 중앙부의 기공 크기가 상대적으로 작으며, TiH2 혼입의 용이성, 발포 시 수소가스의 용탕 외부 유출 등의 경향이 a, b, d, e에 비하여 우수하였다. 발포 시 중력에 의해 발생하는 metal drainage가 a~e의 모든 시료에 대해 관찰되었다. c의 경우는 다른 시료와 달리 metal drainage 부분에서도 기포가 관찰되어 상대적으로 우수한 발포양상을 보였다.
- 알루미늄 캔 스크랩의 고품위 재활용을 통한 발포금속의 제조가능성을 확인하고자 알루미늄 칼슘 -TiH2 발포금속을 제조하여 최적 발포조건을 도출하였으며, 이를 기반으로 알루미늄 캔 스크랩-TiH2발포금속을 제조하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 알루미늄 캔 용탕의 직접 발포에 앞서서, 순 알루미늄 (ALCAN, 99.9%)과 칼슘(Junsei Chemical, 99.5%), TiH2(Se- jong Materials, 325mesh)를 이용하여 용탕발포방식의 최적 조건을 확인하였다. 약 1kg의 순 알루미늄을 A12O3로 코팅된 steel crucible에 장입하여 670, 680, 690℃에서 각각 용융시켰다.
- 알루미늄-칼슘 발포금속의 제조 조건 최적화를 통해 도출된 조건을 바탕으로 알루미늄 캔 스크랩 발포금속을 제조하였다. 캔 스크랩의 modulus(surface area to volume ratio)는 50.
- 5%), TiH2(Se- jong Materials, 325mesh)를 이용하여 용탕발포방식의 최적 조건을 확인하였다. 약 1kg의 순 알루미늄을 A12O3로 코팅된 steel crucible에 장입하여 670, 680, 690℃에서 각각 용융시켰다. 0.
- Graphite Crucible은 cylinder의 회전 시에도 정확한 위치와 고른 온도분포를 확보하기 위해 steel supporter 내부에 위치시켰다. 용탕의 온도 측정 시 열전대로 인하여 용탕의 흐름이 방해받지 않게 하기 위해 graphite crucible 내부에 열전대를 삽입하여 측정하였으며, 열전대와 용탕과의 간격은 2 mm이다. 측정된 torque는 다음의 식을 이용하여 점도로 환산하였다.
- 이후의 발포제 투입, 발포, 응고과정은 알루미늄-칼슘 합금 발포 공정과 동일하다. 제조된 발포금속은 발포체의 밀도측정 후 종단면을 절단하여 셀의 형상, 분포, 크기, 용융금속의 drainage 관찰, 셀 표면의 산화물 성분분석 등을 OLYMPUS PME3 광학현미경과 PHILIPS XL30 SEM-EDS로 행하였다.
대상 데이터
- 5 wt.%의 TiH2를 투입하였다. 도가니는 용탕의 충분한 발포를 위하여 로 내부에 1~5분 동안 위치시켰으며, 발포 후 water spray로 즉시 냉각시켰다.
- Prakash 등의 연구에 의하면 Al-SiC 발포금속의 경우 최적의 발포조건은 입자의 크기와 부피 분율에 따라 변화하며, SiC 입자크기가 약 1~30㎛, 입자 부피 분율이 약 5~14%일 때 가장 우수한 발포체를 획득한 것으로 보고 되었다[9]. 본 연구에서 사용된 원재료는 합금의 경우 Mg이 약 4.5% 첨가된 5182 알루미늄 합금이고, 셀 안정화제는 캔 스크랩 표면에 존재하는 Al2O3이므로 Prakash의 발포조건과 직접 비교는 불가능 하지만, 용탕 내 입자의 셀 안정화 기구, 입자의 크기와 형상 등을 고려해 볼 때 간접비교가 가능하다. Fig.
성능/효과
- 1) Searle-type 고온점도계를 사용하여 점도를 측정한 결과, 알루미늄 캔 스크랩의 점도는 상용화된 신강강선공업의 발포금속 제조 시 요구되는 점도보다 높은 점도를 나타내었으며, 추가적인 합금 첨가로 용탕점도의 변화가 가능하다.
- 2) 알루미늄킬슘-TiH2 발포금속 제조에 있어서의 최적 조건은 칼슘함량 1.2wt.%, TiH2 함량 l.
- 3) 알루미늄 캔 스크랩 발포금속의 제조는 추가적인 증점제의 투입 없이 이루어졌으며, 최적 발포온도는 670℃, TiH2 함량은 l.Owt.
- 4) 알루미늄 캔 스크랩 발포금속의 내부 구조는 전체적으로 균일한 발포를 이루었으나 개별 셀의 형상이 구형화되지 못하고 불규칙하였으며 , 이는 스크랩 표면에 존재하는 산화물이 적절한 크기 및 형상으로 파괴되지 못한 것, 파괴된 산화물이 용탕 내로 고르게 분산되지 못한 것, 용탕과 충분히 젖지 않은 산화물이 수소기포를 안정화시키기 못한 것에 기인한 것으로 판단된다.
- c의 경우는 다른 시료와 달리 metal drainage 부분에서도 기포가 관찰되어 상대적으로 우수한 발포양상을 보였다. 본 실험에서는 metal drainage의 발생을 최소화 시키고자 교반자의 위치를 도가니 하부에서 1 cm의 간격을 두고 위치시켰으며, 교반자의 위치, 교반속도 등 교반 조건이 동일한 상태에서 상대적으로 c 시료의 metal drainage가 타 시료보다 우수한 발포양상을 보인 것은 적정 Ca 첨가량에 기인한 것으로 판단된다.
- %로 많은 c의 경우 내부에 존재하는 셀의 개별 크기가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 시료 c의 발포 공정 중 TiH2가 투입된 직후 상당량의 수소가스가 용탕외부로 유출되어 발화되는 것이 관찰되었으며, 이후 용탕의 팽창 중에도 상당량의 수소가스가 용탕내부로부터 배출되어 발화되면서 발포체가 붕괴되는 현상이 관찰되었다. 반복 실험 중에도 TiH2 첨가량이 많은 시료 c의 경우 발포 시 과도한 수소가스 발생으로 인하여 발포체의 팽창 붕괴가 2회 또는 3회 반복되는 것이 관찰되었다.
- 따라서 용탕내로 고르게 분산되지 못하고 응집된 상태의 산화물은 graphite cylinder의 회전에 저항하며 용탕의 점도는 실제 점도와 달리 높게 측정되는 것으로 판단된다. 점도 측정치가 안정되는 1,500초 이상의 점도결과에서 알 수 있듯이 스크랩 용탕의 점도는 순 알루미늄, 알루미늄-칼슘 합금보다 높다. 신강강선공업발포금속 제조 시 첨가되는 칼슘의 양이 1.
- 칼슘의 양이 상대적으로 적은 a의 경우 용탕의 점도가 낮으므로 투입된 TiH2가 용이하게 용탕 내부로 유입되는 것을 관찰할 수 있었으나, 점도가 낮은 용탕은 기포의 상승을 효과적으로 억제하지 못하여 TiH2 투입 직후 상당량의 수소가스가 용탕 외부로 다시 유출되어 발화하는 것을 관찰할 수 있었다. 칼슘의 양이 상대적으로 많은 e의 경우 용탕의 높은 점도로 인하여 투입된 TiH2의 용탕 내부 유입이 상대적으로 용이하지 못한 것을 관찰할 수 있었으며, 용탕 내부로의 유입 전에 일부 TiH2가 발화되는 것을 확인하였다. 적정 점도에 보다 근접한 b, d의 경우 a, e보다 상기와 같은 경향이 덜하였으나 부피 팽창률이 c 보다 상대적으로 낮으며 내부에 큰 기공이 존재하는 것을 알 수 있다.
- %Ca 합금으로서 약 554%이며, d, b, e, a의 순서로 각각 488%, 469%, 393%, 322%이다. 칼슘의 양이 상대적으로 적은 a의 경우 용탕의 점도가 낮으므로 투입된 TiH2가 용이하게 용탕 내부로 유입되는 것을 관찰할 수 있었으나, 점도가 낮은 용탕은 기포의 상승을 효과적으로 억제하지 못하여 TiH2 투입 직후 상당량의 수소가스가 용탕 외부로 다시 유출되어 발화하는 것을 관찰할 수 있었다. 칼슘의 양이 상대적으로 많은 e의 경우 용탕의 높은 점도로 인하여 투입된 TiH2의 용탕 내부 유입이 상대적으로 용이하지 못한 것을 관찰할 수 있었으며, 용탕 내부로의 유입 전에 일부 TiH2가 발화되는 것을 확인하였다.
후속연구
- 5) 산화물의 고른 파괴, 분산, 젖음을 도모하기 위하여 교반 시간 또는 교반속도의 증가와 같은 증점공정의 변화가 필요할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.