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
- 따라서, 본 연구에서는 Al-1050에 대한 PEO 표면처리에 있어서 전기적 변수들 중 전류밀도와 양극/음극의 전류 비를 고정한 후 주파수와 duty cycle의 변화에 따라 형성된 산화 피막의 결정구조, 표면 및 단면구조, 피막두께, 표면 조도, 미소경도 등에 미치는 영향을 연구하고자 하였다.
제안 방법
- 증류수에 주로 Na2SiO3 물유리를 8g/L의 농도로 하고 NaOH 3g/L를 첨가한 것을 전해액으로 사용하였고, 플라즈마 전해 산화법 (PEO)으로 Al-1050를 표면처리하기 위해 전류밀도 16A/dm2 , 양극/음극의 전류비 (Ia/Ic)를 1.5로 고정한 후에 전기적인 변수로 duty cycle (20%, 40%, 그리고 60%)과 주파수(50 Hz, 200 Hz, 그리고 800 Hz)를 변화시켜 산화 피막을 형성시킨 후 물성을 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 Al은 실험 중에 일어날 수 있는 변수들을 최대한 줄이기 위하여 일반적으로 Al 합금을 제조할 때 첨가되는 물질들이 거의 포함되어 있지 않은 순수한 Al-1050((주) 대한알루미늄)을 사용하였다. 사용된 시편의 Al-1050 판재는 두께 1 mm 것을 50 mm × 50 mm로 가공하여 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 장비는 러시아에서 자체 개발한 PEO 장치로서 펄스 바이폴라 전원이 인가되는 작동전압 ~ 650 V, 작동전류 ~ 20 A로 조절이 가능할 수 있게 되어 있다. 전해조의 용량은 30 L이며 양쪽 면에 스테인레스 스틸의 음극판과 전해조 중앙에 양극인 Al-1050 판재가 위치하도록 구성되어 있고, 전해조 내부에 교반장치가 설치되어 실험하는 동안에 전해액이 충분히 균일하게 분포될 수 있도록 하였다.
- 본 연구에 사용된 Al은 실험 중에 일어날 수 있는 변수들을 최대한 줄이기 위하여 일반적으로 Al 합금을 제조할 때 첨가되는 물질들이 거의 포함되어 있지 않은 순수한 Al-1050((주) 대한알루미늄)을 사용하였다. 사용된 시편의 Al-1050 판재는 두께 1 mm 것을 50 mm × 50 mm로 가공하여 사용하였다.
이론/모형
- 표면조도는 Perthometer(Mahr, PGK 120, Germany)를 사용하였다. 형성된 산화 피막의 단면 부분에 대한 미소경도는 Micro Vickers Hardness Tester(MATSUZAWA, MMT-7, Japan)를 사용하여 KS B0811의 시험방법에 따라 50 g의 하중을 주어 측정하였다.
성능/효과
- (1) 모든 샘플에 있어서 XRD 측정결과, 형성된 산화 피 막의 결정상은 α-Al2O3, γ-Al2O3 그리고 mullite의 세 개의 결정상이 존재하는 것을 알 수 있었다. 먼저, 동일 주파수를 비교하여 보면, duty cycle이 증가함에 따라 형성된 산화 피막의 회절 피크강도와 결정성이 전반적으로 증가하였고 안정한 α-Al2O3 상이 준안정한 γ-Al2O3 상에 비해 더 많은 함량을 가지는 것을 알 수 있었다.
- (2) 모든 샘플들의 표면은 전체적으로 기공과 분출되어 형성된 분화구 모양 및 거품 모양의 생성물들로 이루어져 있는 것을 볼 수 있었다. Duty cycle이 작은 경우에는 산화 피막의 표면조도가 상대적으로 평탄하지만 피막 두께는 얇은 것을 알 수 있었다.
- (3) 동일 주파수에서, duty cycle이 증가할수록 치밀하고 우수한 경도를 가지는 α-Al2O3 상이 많이 형성되고 두께가 증가하여 미소경도가 증가하는 경향을 나타내고 있었다. 그러나 800 Hz 조건에서는 duty cycle이 증가할수록 방전 채널이 존재하는 다공층으로 인해 얇은 산화 피막 층에서의 미소경도는 감소하는 경향을 나타내고 있었다.
- 상기 XRD 결과에서와 마찬가지로 동일 주파수를 비교하여 보면 duty cycle이 증가할수록 치밀하고 우수한 경도를 가지는 α-Al2O3 상이 형성되고 층의 두께가 증가하여 미소경도가 증가하는 것으로 사료된다. Duty cycle 60%과 200 Hz에서 형성된 산화 피막의 경우 최대 1080Hv의 미소경도 값을 가졌다.
- (2) 모든 샘플들의 표면은 전체적으로 기공과 분출되어 형성된 분화구 모양 및 거품 모양의 생성물들로 이루어져 있는 것을 볼 수 있었다. Duty cycle이 작은 경우에는 산화 피막의 표면조도가 상대적으로 평탄하지만 피막 두께는 얇은 것을 알 수 있었다. Duty cycle이 증가함에 따라 발생되는 플라즈마 스파크가 상대적으로 크고 강하기 때문에 PEO 표면처리에 의해 형성된 산화 피막은 피막 두께가 두꺼워지며 기공 크기가 커지고 표면조도가 거칠어지는 것이 명확하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- Duty cycle이 작은 경우에는 산화 피막의 표면조도가 상대적으로 평탄하지만 피막 두께는 얇은 것을 알 수 있었다. Duty cycle이 증가함에 따라 발생되는 플라즈마 스파크가 상대적으로 크고 강하기 때문에 PEO 표면처리에 의해 형성된 산화 피막은 피막 두께가 두꺼워지며 기공 크기가 커지고 표면조도가 거칠어지는 것이 명확하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 그러나 예외로 duty cycle 60%과 800 Hz 조건에서는 빠른 주파수로 기인하여 샘플에 충분한 전압이 인가되지 못하였기 때문에 산화 피막의 두께는 상대적으로 얇게 형성되었고 표면조도 또한 매우 거칠어졌다.
- 상이 많이 형성되고 두께가 증가하여 미소경도가 증가하는 경향을 나타내고 있었다. 그러나 800 Hz 조건에서는 duty cycle이 증가할수록 방전 채널이 존재하는 다공층으로 인해 얇은 산화 피막 층에서의 미소경도는 감소하는 경향을 나타내고 있었다. 또한 동일 duty cycle에서는 주파수에 따라 비슷한 경향을 나타내고 있는데 표면처리의 주파수가 증가할수록 미소경도가 증가하고 200 Hz에서 최대 미소경도 값을 가졌다가 빠른 800 Hz에서는 다시 감소하는 경향을 나타내고 있었다.
- Duty cycle이 증가함에 따라 발생되는 플라즈마 스파크가 상대적으로 크고 강하기 때문에 PEO 표면처리에 의해 형성된 산화 피막은 피막 두께가 두꺼워지며 기공 크기가 커지고 표면조도가 거칠어지는 것이 명확하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 그러나 예외로 duty cycle 60%과 800 Hz 조건에서는 빠른 주파수로 기인하여 샘플에 충분한 전압이 인가되지 못하였기 때문에 산화 피막의 두께는 상대적으로 얇게 형성되었고 표면조도 또한 매우 거칠어졌다. 또한 Al 모재와 그위에 형성된 산화 피막층과의 계면에서는 어떠한 결함도 보이질 않고 치밀하게 부착되어 있는 것을 볼 수 있었다.
- 게다가, 60% duty cycle의 조건은 높은 에너지를 가지고 있기 때문에 발생되는 플라즈마 스파크는 20%보다 상대적으로 크고 강하다. 따라서, PEO 표면처리에 의해 형성된 산화 피막은 duty cycle의 증가에 따라 기공 크기가 커지고 표면조도가 거칠어지는 것이 명확하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 본 연구 결과에서는 PEO 표면처리된 모든 산화 피막층들은 비교적 치밀한 구조로 이루어져 있는 것이 관찰 되어 있으나 표면과 가까운 피막 바깥층은 커다란 치밀 주상구조와 방전 채널이 관찰되는 것을 볼 수 있었다. 또한 Al 모재와 그 위에 형성된 산화 피막층과의 계면에서는 어떠한 결함도 보이질 않고 치밀하게 부착되어 있는 것을 볼 수 있었다. Duty cycle 20%에서는 PEO 표면처리 주파수가 증가함에 따라 산화 피막의 두께가 약 20 µm에서 40 µm 로 증가함을 볼 수 있었고 duty cycle 40%에서는 주파수와 관계없이 거의 일정한 60 µm의 산화 피막 두께 관찰되었다.
- 그러나 800 Hz 조건에서는 duty cycle이 증가할수록 방전 채널이 존재하는 다공층으로 인해 얇은 산화 피막 층에서의 미소경도는 감소하는 경향을 나타내고 있었다. 또한 동일 duty cycle에서는 주파수에 따라 비슷한 경향을 나타내고 있는데 표면처리의 주파수가 증가할수록 미소경도가 증가하고 200 Hz에서 최대 미소경도 값을 가졌다가 빠른 800 Hz에서는 다시 감소하는 경향을 나타내고 있었다. Duty cycle 60%과 200 Hz에서 형성된 산화 피막의 경우 최대 1080Hv의 미소경도 값을 가졌다.
- 먼저, 동일 주파수를 비교하여 보면, duty cycle이 증가함에 따라 형성된 산화 피막의 회절 피크강도와 결정성이 전반적으로 증가하였고 안정한 α-Al2O3 상이 준안정한 γ-Al2O3 상에 비해 더 많은 함량을 가지는 것을 알 수 있었다. 또한 동일한 duty cycle에서는 주파수가 감소함에 따라 형성된 산화 피막의 회절 피크강도와 결정성이 전반적으로 증가하였고 α-Al2O3 상의 함량도 상대적으로 증가한 것을 알 수있었다.
- 그리고 mullite의 세 개의 결정상이 존재하는 것을 알 수 있었다. 먼저, 동일 주파수를 비교하여 보면, duty cycle이 증가함에 따라 형성된 산화 피막의 회절 피크강도와 결정성이 전반적으로 증가하였고 안정한 α-Al2O3 상이 준안정한 γ-Al2O3 상에 비해 더 많은 함량을 가지는 것을 알 수 있었다. 또한 동일한 duty cycle에서는 주파수가 감소함에 따라 형성된 산화 피막의 회절 피크강도와 결정성이 전반적으로 증가하였고 α-Al2O3 상의 함량도 상대적으로 증가한 것을 알 수있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.