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문제 정의
- 3) 그래서 고비용과 많은 시간이 소요되는 신소재 개발 보다 기존 재료에 대하여 가공방법을 달리하여 저비용으로 고강도를 얻기 위한 연구가 계속되고 있다. 4) 본 연구는 동합금에 Al 원소를 첨가함으로서 부 동태 피막을 형성하여 내식성 및 내마모성을 향상시킨 ALBC3 합금 모재로 재료의 손상을 최소화하는 수명 연장 방안에 대하여 연구하였다.
- 본 논문에서는 ALBC3 주조합금에 대하여 표면 내구성을 향상시킬 수 있는 방법으로 일정한 진폭으로 시간을 변수로 하여 워터캐비테이션피닝(water cavitation peening; 이하 WCP)을 실시하여 하였고, 전기화학적 실험을 실시하여 WCP된 재료 표면의 부식 거동을 관찰함으로서 내구성과 내식성이 우수한 WCP 시간을 규명하고자 한다.
제안 방법
- 혼의 진동수와 진폭은 각각 20 kHz와 30 〃m이다. 혼과 시편과의 스탠드오프 거리를 1 mm로 하여 증류수에서 WCP를 실시하였다. 시간변수에 따라 WCP를 실시하였고, 피닝 부위에 대하여 주사전자현미경으로 표면을 관찰하였다.
- 혼과 시편과의 스탠드오프 거리를 1 mm로 하여 증류수에서 WCP를 실시하였다. 시간변수에 따라 WCP를 실시하였고, 피닝 부위에 대하여 주사전자현미경으로 표면을 관찰하였다. 그리고 WCP 실험후 손상된 부위를 3D현미경으로 손상깊이를 측정하였다.
- 시간변수에 따라 WCP를 실시하였고, 피닝 부위에 대하여 주사전자현미경으로 표면을 관찰하였다. 그리고 WCP 실험후 손상된 부위를 3D현미경으로 손상깊이를 측정하였다. 내식성을 평가하기 위하여 증류수에서 각 시간별 WCP 실시한 시험편을 일정면적(0.
- 그리고 WCP 실험후 손상된 부위를 3D현미경으로 손상깊이를 측정하였다. 내식성을 평가하기 위하여 증류수에서 각 시간별 WCP 실시한 시험편을 일정면적(0.38 cm2) 해수 중에 노출하여 전기화학적 실험을 실시하였다. 전기화학적 실험은 타펠 분석법을 활용하여 개로전위를 기준으로 ±0.
- 38 cm2) 해수 중에 노출하여 전기화학적 실험을 실시하였다. 전기화학적 실험은 타펠 분석법을 활용하여 개로전위를 기준으로 ±0.25 V까지 분극 시켜 부식전위와 부식전류밀도를 관찰하였다. 이때 기준 전극은 Ag/AgCl, 대극은 백금을 사용하였다.
- 이때 기준 전극은 Ag/AgCl, 대극은 백금을 사용하였다. 또한 모재와 10 분간 WCP한 시험편에 대하여 정전위 실험을 실시하였다. 모든 실험은 시험 조건당 3회 이상 실험하였으며, 평균값으로 분석하였다.
- 모든 실험은 시험 조건당 3회 이상 실험하였으며, 평균값으로 분석하였다. 그리고 부식 정도를 상호 비교하기 위해 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을사용하여 시편 표면 형상을 상호비교 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 재료는 ALBC3합금이며, 화학조성을 Tablel에 나타냈다. ALBC3합금은 약 9.
데이터처리
- 또한 모재와 10 분간 WCP한 시험편에 대하여 정전위 실험을 실시하였다. 모든 실험은 시험 조건당 3회 이상 실험하였으며, 평균값으로 분석하였다. 그리고 부식 정도를 상호 비교하기 위해 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을사용하여 시편 표면 형상을 상호비교 분석하였다.
이론/모형
- WCP 실험은 ASTM G-32에서 규정한 초음파(ultrasonic) 의 압전효과와 캐비테이션 효과를 이용하였다. 혼의 진동수와 진폭은 각각 20 kHz와 30 〃m이다.
성능/효과
- 0 Hv를 나타냈다. WCP 초기 단계, 즉 1, 2분에서는 급격한 경도 상승을 확인할 수 있으며, WCP 시간이 증가함에 따라 각 소재의 표면 경도는 2~30분 까지는 일정한 경도 값을 유지하다가 30분 이후부터 감소한 후 180분 이후에는 다시 경도값이 상승하는 경향을 나타냈다. 이러한 현상은 ALBC3합금의 경우 어느 일정 표면 나노화 이후에는 결정립끼리 슬라이딩 효과로 인하여 경도증가가 감소되는 것으로 사료된다.
- 이러한 현상은 ALBC3합금의 경우 어느 일정 표면 나노화 이후에는 결정립끼리 슬라이딩 효과로 인하여 경도증가가 감소되는 것으로 사료된다.6) ALBC3 합금에 2분간 WCP를 실시하였을 경우 가장 높은 경도로 그 크기는 288.4 Hv 였다. 이것은 실험 전 모재와 비교하여 약 10.
- 083 “m를 나타내었다. 2분까지 손상 깊이는 캐비티에 의한 기포 붕괴 시 발생되는 국부적인 큰 충격압의 영향으로 12.934 “m까지 증가하여 모재의 표면보다 거칠기가 증가하는 현상을 보였다. 이후 ALBC3 합금에 WCP이진행되면서 캐비티의 충돌로 인한 ALBC3합금의 손상이 시험편 표면에 전체적으로 가해지면서 초기에는 국부적인 손상으로 거친면을 형성한다.
- 6은 해수환경 하에서 WCP한 ALBC3합금시험편에 대하여 ±250 mV로 분극 시켜 타펠 분석을 위한 분극 곡선과 타펠분석 결과를 나타낸 것이다. 실험결과, 모든 조건에서 양분극 경향은 전위의 상승에 따라 지속적으로 전류밀도가 증가하였으나 음분극 영역에서는 농도분극의 영향으로 양분극에 비해 낮은 전류밀도를 나타냈다. 타펠 외삽법을 통해 측정된 모재의 평균 부식전위 및 부식전류 밀도는 각각 -0.
- 380xi0-6A/cm2이였다. 경도값 분석에서 확연한 경도 상승을 보인 2~30분까지 구간을 살펴보면 부식전류밀도는 모재와 근사하였으나, 2분 동안 WCP한 구간에서 부식전위 및 부식전류밀도는 각각 -0.213 V와 1.789xi0-6A/cm2으로 부식전류밀도는 가장 낮은 값을 나타냈다. 또한 10분 이후부터 WCP 시간이 증가할수록 부식전류 밀도와 부식전위는 증가와 감소를 반복하였지만 변화폭은 작은 값을 나타냈다.
- 789xi0-6A/cm2으로 부식전류밀도는 가장 낮은 값을 나타냈다. 또한 10분 이후부터 WCP 시간이 증가할수록 부식전류 밀도와 부식전위는 증가와 감소를 반복하였지만 변화폭은 작은 값을 나타냈다.
- 양분극 곡선에서 모재의 부동태 특성을 나타낸 구간의 전류밀도가 WCP를 실시한 경우에 비해 낮지만, 부 동태 구간 이상의 전위에서는 모재의 전류밀도가 WCP 를 실시한 경우보다 높은 값을 나타냈다. 결과적으로 확대된 양분극곡선을 비교하면 ALBC3동합금 모재를 WCP하면 전류밀도가 낮아져 부식 저항성이 향상됨을 알 수 있다.
- 이는 WCP 과정에서 마이크로 버블의 충격에 의해 재료표면에 발생한 압축 잔류응력에 의해 낮은 전류밀도값을 나타낸 것으로 사료된다. 결과적으로 농도분극구간과 활성화 분극 구간 모두에서 낮은 전류밀도를 보였으므로 10분 동안 WCP한 경우 모재보다 내식성이 우수할 것으로 판단된다.
- 35X 10-2A/cm2로 측정되었다. 결과적으로 정전위 실험 분석 결과 WCP를 10분간 실시한 경우 농도분극 구간에서의 부식 저항성이 향상될 것으로 판단된다. 이후 농도분극 보다 높거나 낮은 영역은 활성화분극 구간에 해당되므로 WCP를 실시한 경우가 높은 값을 나타냈다할 지라도 큰 의미를 갖지 못한다.
- 。상과 k상은 a상에 비해 강도와 경도가 우수한 기계적 특성을 나타내지만 상대적으로 부식에 민감하다. 그래서 0 V의 전위에서는 ALBC3 합금에서 기지조직인 a 상보다 상대적으로 내식성이 낮은 £상과 K상에 부식이 집중된 표면을 관찰할 수 있었다.13) 반면, -0.
- 그래서 0 V의 전위에서는 ALBC3 합금에서 기지조직인 a 상보다 상대적으로 내식성이 낮은 £상과 K상에 부식이 집중된 표면을 관찰할 수 있었다.13) 반면, -0.2 V의 전위에서는 개로 전위와 가까운 전위로 평형상태를 유지하므로 용해 반응에 의한 영향은 거의 없으며, 표면이 깨끗한 상태를 유지하였고 연마에 기인한 스크래치 손상만 관찰되었다. 또한 -0.
- 4 V의 전위에서는 활성화 분극 구간 전위임에도 불구하고 WCP에 의한 요철 외에 수소 환원반응으로 인한 표면 손상이 거의 발견되지 않았다. 그리고 -2.2 V의 전위에서는 수소과전압에 의한 활성화 분극으로 시험편 표면에 전착물에 의한 피막 형성과 함께 시편표면에서 수소가스가 다량 발생하는 수소 발생 형부 식이 진행됨을 확인할 수 있었다.
- 89%의 높은 경도상승률을 나타냈다. WCP를 실시하면 모든 실험조건에서 경도값이 상승하여 내구성이 향상될 것으로 예상되었으나 특히 확연한 경도 상승을 보인 2~30분 동안 WCP를 실시할 경우 내구성을 향상시킬 것으로 기대된다. 그러나 표면 손상 관찰 결과, 전체적으로 시간이 증가함에 따라 손상깊이가 증가하였으나 주위의 요철이 손상됨에 따라 일정시간이 경과하면 표면의 손상깊이는 일정한 값을 나타냈다.
- WCP를 실시하면 모든 실험조건에서 경도값이 상승하여 내구성이 향상될 것으로 예상되었으나 특히 확연한 경도 상승을 보인 2~30분 동안 WCP를 실시할 경우 내구성을 향상시킬 것으로 기대된다. 그러나 표면 손상 관찰 결과, 전체적으로 시간이 증가함에 따라 손상깊이가 증가하였으나 주위의 요철이 손상됨에 따라 일정시간이 경과하면 표면의 손상깊이는 일정한 값을 나타냈다. 표면 관찰에 있어서 10분까지는 표면손상이 극미하였으나 그 이상 WCP를 실시한 경우 마이크로버블에 의해 빠르게 표면 손상이 증가하였다.
- 타펠분석을통해 전기화학적 특성을 평가한 결과, 2분동안 캐비테이션피닝을 한 경우가 모재보다도 낮은 부식전류밀도값을 나타내었으나 큰 편차는 나타나지 않았다. 내구성이 우수하면서 내식성을 향상시킬 수 있는 WCP 시간의 한계를 10분으로 평가하고, 10분 동안 실시한 경우와 비교한 결과 모재 대비 우수한 특성을 나타내었다.
- 결과적으로 본 논문에서는 ALBC3 합금에 대하여 2~10 분 범위내에서 WCP를 실시할 경우 내구성은 물론 내식 성도 향상될 수 있음을 확인하였다.
- 10분 동안 WCP한 후 정전위 실험 결과, 1.6 V의 정전위 조건에서는 모재와 다르게 부분적으로 활성용해반응에 의한 부식손상과 특정 부위에서 손상이 증가하는 경향이 관찰되었다. 이는 10분 동안의 WCP를 통해 압축잔류응력의 형성과 전위(dislocation)의 이동에 기인한 것으로 사료된다.
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