[논문]전기도금법과 전기선폭발법을 이용한 Al-Cu 합금 나노분말제조

박제신; 서창열; 장한권; 이재천; 김원백

doi:10.4150/kpmi.2006.13.3.187

전기도금법과 전기선폭발법을 이용한 Al-Cu 합금 나노분말제조
The Fabrication of Al-Cu Alloy Nano Powders by a New Method Combining Electrodeposition and Electrical Wire Explosion 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.13 no.3 = no.56, 2006년, pp.187 - 191

박제신 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 서창열 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 장한권 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 이재천 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 김원백 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부)

Abstract ▼ AI-Helper

Al-Cu alloy nano powders were produced by the electrical explosion of Cu-plated Al wires. The composition and phase of the alloy could be controlled by varying the thickness of Cu deposit on Al wire. When the Cu layer was thin, Al solid solution and $CuAl_2$ were the major phases. As the Cu layer becomes thicker, Al diminished while $Al_4Cu_9$ phase prevailed instead. The average particle size of Al-Cu nano powders became slightly smaller from 63 nm to 44 nm as Cu layer becomes thicker. The oxygen content of Al-Cu powder decreased linearly with Cu content. It is well demonstrated that the electrodeposition combined with wire explosion could be simple and economical means to prepare variety of alloy and intermetallic nano powders.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 합금 선재 대신 도금한 코팅선재를 전기선폭발법의 원료 선재로 사용이 가능한지 여부를 확인하고자 하였다. 대상 합금은 다수의 금속간화합물이 있는 Al-Cu 합금으로 정했으며 도금금속은 도금액의 관리가 용이하고 물성이 우수한 구리를 선택하였다.
전기폭발 장치는 (주)나노기술의 NT-10P 모델을 사용하였으며 전압은 6 kV 이었다. 산화방지 등의 목적으로 약 3기압의 알곤 분위기 하에서 폭발실험을 수행하였다. 실험이 끝난 분말은 안정화처리를 한 후 Scanning Electron Microscope(SEM), Transmission Microscope (TEM) 및 Cu・Ka를 사용한 X-ray Diflfraction(XRD) 를 통해 상 및 미세구조를 분석하였다.

가설 설정

도금반응이 균일하게 일어나 두께가 일정하다고 가정하여 Al-Cu 선재의 두께에 따른 합금조성을 계산할 수 있다. 그림 2는 두께에 따른 합금조성의 변화를 계산한 결과이며 실험상 최대두께는 사용한 전기폭발 장치의 사양을 고려하여 0.

제안 방법

산화방지 등의 목적으로 약 3기압의 알곤 분위기 하에서 폭발실험을 수행하였다. 실험이 끝난 분말은 안정화처리를 한 후 Scanning Electron Microscope(SEM), Transmission Microscope (TEM) 및 Cu・Ka를 사용한 X-ray Diflfraction(XRD) 를 통해 상 및 미세구조를 분석하였다.
위와 같은 방법으로 목표두께를 갖는 Al-Cu 선재를 도금에 의해 제조한 후 이를 전기폭발장치에 장입하고 분말제조 실험을 수행하였다. 전기폭발 장치는 (주)나노기술의 NT-10P 모델을 사용하였으며 전압은 6 kV 이었다.

대상 데이터

1) 전기도금법으로 제조한 Al-Cu 선재를 사용하여 다양한 조성 및 상을 갖는 Al-Cu 합금 나노 분말을 전기폭발법에 의해 제조하였다.
실험에 사용한 Cu 도금액의 조성은 195 g/1 CuSO₄ . 5H₂O 및 30 g/1 H₂SO₄ 이었으며 전해 동을 음극으로 사용하였다. 통상 전해도금시에는 전체면적이 일정하기 때문에 전류(밀도)를 조절하는 것이 일반적이다.
대상 합금은 다수의 금속간화합물이 있는 Al-Cu 합금으로 정했으며 도금금속은 도금액의 관리가 용이하고 물성이 우수한 구리를 선택하였다.
실험에 사용한 Cu 도금액의 조성은 195 g/1 CuSO₄ . 5H₂O 및 30 g/1 H₂SO₄ 이었으며 전해 동을 음극으로 사용하였다.

이론/모형

분말제조 실험을 수행하였다. 전기폭발 장치는 (주)나노기술의 NT-10P 모델을 사용하였으며 전압은 6 kV 이었다. 산화방지 등의 목적으로 약 3기압의 알곤 분위기 하에서 폭발실험을 수행하였다.

성능/효과

이들에 의하면 공정조성(본 실험의 (a)조성부근)에서는 A1 고용체와 A12Cu 상을 얻었으며 이는 본 실험 결과와도 일치하고 있다. 그러나 과공정조성(본실험의 (b) 조성부근)에서는 모든 냉각조건에서 A12Cu 와 AICu 상만을 보고하고 있으며 이 중 AICu상은 냉각속도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 관찰하였다. 그러나 본 실험에서는 모든 조건에서 AICu 상을 확인할 수 없었다.
(c) 시편의 입도는 각각 62.8, 57.9, 및 44.4 nm 로 Cu 도금층의 두께가 증가할수록 즉 Cu 량이 증가할수록 감소하였다.
2) Al-Cu 합금나노 분말은 구형으로 44~63 nm 범위의 입도를 가졌으며 합금 중 산소량은 Cu 량이증가함에 따라 직선적으로 감소하였다.
2) 전기도금한 Cu 층이 두꺼워짐에 따라 합금 분말 중의 상은 A1 고용체, CuAlz, AI4C% 순으로 증가하였으며 CuAl상은 관찰되지 않았다.
한편 .로 표시된 피크는 금속간화합물 중 가장 넓은 조성을 갖는 句£%(%)로 확인되었으며 이 상은 Cu 도금층이 더욱 두꺼워짐에 '따라 현저하게 증가하는 경향을 보였다.
따라서 Al-Cu 선재의 경우 저용융점 금속인 A1 이 먼저 융체를 형성하고 접촉하고 있는 외부의 구리 도금층과 반응하여 합금을 형성하는 것으로 생각된다. 제조한 분말의 상분석 결과 미반응 A1 이나 Cu가 확인되지 않아 Al-Cu 선재의 합금화는 비교적 균일하게 일어난 것으로 판단된다.

참고문헌 (13)

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