[논문]충돌 입자의 크기에 따른 알루미늄 합금과 적외선창의 입자침식 저항성 연구

홍윤기; 문관호

doi:10.5139/jksas.2016.44.12.1027

초록
AI-Helper

본 논문에서는 실험적 연구를 통해 고체 입자의 크기가 입자 침식에 미치는 영향에 대해 논하였다. 고밀도 폴리에틸렌 입자를 최고 속도 마하 3으로 이단 가스건을 이용해 발사하였다. 발사된 입자를 Al1050, Al6061 T6 알루미늄 합금과 ZnS, 사파이어 적외선창 시편과 충돌시켜 입자침식을 일으켰다. 알루미늄 합금의 표면에는 크레이터가 생성되었다. 크레이터의 크기를 통해, 알루미늄 합금의 입자침식 저항성을 살펴보았다. 적외선창은 시편 표면에 크랙이 생성될 때까지 반복해서 시험하였다. 이를 통해 적외선창의 입자침식 저항 특성을 나타내는 충돌 임계 곡선을 정의할 수 있었다. 다양한 크기의 고체 입자를 이용한 입자침식 시험을 통해, 고체 입자의 크기가 재료의 입자침식 저항성에 선형적으로 영향을 끼친다는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this research, experimental study about size effect of solid particles on erosion resistance is presented. A high-density polyethylene particle with a mm-sized diameter is accelerated using a two-stage light gas gun up to Mach number of approximately 3.0. An accelerated particle impacts aluminum ...

In this research, experimental study about size effect of solid particles on erosion resistance is presented. A high-density polyethylene particle with a mm-sized diameter is accelerated using a two-stage light gas gun up to Mach number of approximately 3.0. An accelerated particle impacts aluminum alloy such as Al1050 and Al6061 T6, and infrared windows such as ZnS and sapphire specimens. For the aluminum alloy, craters that form on the surface of the specimens are measured to characterize the erosion resistance of the material. For the infrared windows, repetitive tests are conducted until a linear or circumferential crack is found to create damage threshold curves that define a material's erosive resistance. From the comparison of test data for various sizes of high-density polyethylene particles, it is found that erosion resistance of material is linearly dependent on the size of particles.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 고속 비행체의 구조물에 많이 사용되는 금속 재료인 알루미늄 합금 시편과 적외선 탐색기창 시편에 대한 입자침식 시험을 통해, 고체 입자의 크기가 재료의 입자침식 저항 특성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 고체 입자로는 수 mm 크기의 구형의 고밀도 폴리에틸렌 (High-density Polyethylene, HDPE) 입자를 이용하였고, 이단 가스건을 통해 최대 마하 3의 속도로 발사하였다.

가설 설정

충돌 입자의 크기가 크레이터의 크기에 미치는 영향을 파악하기 위해, 아래와 같이, 이들이 서로 선형적으로 비례한다고 가정하였다.
7과 8에 정리하였다. 앞의 Al1050 시험에서와 마찬가지로 크레이터의 크기가 입자의 크기에 비례한다는 가정을 적용해 시험 결과를 분석했다. Fig.

제안 방법

ZnS와 사파이어 적외선창에 대한 입자침식 시험을 수행하였다.
본 연구에서는 수 mm크기의 직경을 가진 HDPE 입자를 이용해 입자 침식 시험을 수행하였다. 시편으로는 고속 비행체에 많이 이용되는 알루미늄 합금과 적외선 관측을 위한 창으로 많이 이용되는 ZnS와 사파이어를 이용하였다.
충돌 입자의 크기와 크레이터 크기(너비, 깊이)를 다양한 속도 영역에서 비교하기 위해, 마하 3이하의 속도에서 입자침식 시험을 수행하였고, 그 결과가 Fig. 4, 5와 같다.

대상 데이터

본 연구에서는 고속 비행체의 구조물에 많이 사용되는 금속 재료인 알루미늄 합금 시편과 적외선 탐색기창 시편에 대한 입자침식 시험을 통해, 고체 입자의 크기가 재료의 입자침식 저항 특성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 고체 입자로는 수 mm 크기의 구형의 고밀도 폴리에틸렌 (High-density Polyethylene, HDPE) 입자를 이용하였고, 이단 가스건을 통해 최대 마하 3의 속도로 발사하였다.
33 msec당 촬영되었으며, 노출 시간은 300 nsec이다. 본 시험에서는 1, 2, 3 mm의 지름을 가진 구형의 HDPE 입자를 발사하였다. Fig.
Al1050과 Al6061 T6 합금을 입자침식 시험에 이용하였다.
크기 50 mm X 50 mm와 두께 5 mm를 가진 Al1050 시편에 대한 입자침식 시험을 수행하였다.
크기 50 mm X 50 mm와 두께 5 mm를 가진 Al6061 T6 시편에 대해서도 앞의 Al1050과 마찬가지로 입자침식 시험을 수행하였다.
화학증착법(Chemical vapor deposite, CVD)으로 생산된 ZnS 적외선창을 시험에 이용하였다. 시편의 지름은 20 mm, 두께는 4 mm이다.
직경 3 mm의 HDPE입자를 이용해서도 입자침식 시험을 수행하였다. Fig.
C-plane(0001) 사파이어 적외선창을 이용해 입자침식 시험을 수행하였다. 30 mm X 30 mm의 크기와 두께 3 mm를 가진 코팅되지 않은 시편과 지름 20 mm와 두께 3 mm를 가진 양면에 0.36 mm 두께의 무반사(Anti-reflection, AR)코팅된 시편 두 가지를 시험에 이용하였다.
직경 3 mm의 HDPE입자를 이용해 시험한 사파이어 시편을 Fig. 14에 나타냈다.
본 연구에서는 수 mm크기의 직경을 가진 HDPE 입자를 이용해 입자 침식 시험을 수행하였다. 시편으로는 고속 비행체에 많이 이용되는 알루미늄 합금과 적외선 관측을 위한 창으로 많이 이용되는 ZnS와 사파이어를 이용하였다. 시험을 통해, 알루미늄 시편에 생성되는 크레이터의 크기와 적외선창의 손상 임계 속도가 입자 크기에 선형적으로 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다.

성능/효과

3에 나타냈다. 충돌 입자의 크기가 클수록 시편 표면에 동그랗게 생성된 크레이터의 크기가 커지는 것을 확인할 수 있다.
본 실험을 통해, 고체 입자와 액체 입자의 크기가 입자 침식 저항 특성에 미치는 영향이 서로 다르다는 것을 확인할 수 있다.
시편으로는 고속 비행체에 많이 이용되는 알루미늄 합금과 적외선 관측을 위한 창으로 많이 이용되는 ZnS와 사파이어를 이용하였다. 시험을 통해, 알루미늄 시편에 생성되는 크레이터의 크기와 적외선창의 손상 임계 속도가 입자 크기에 선형적으로 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 이전에 제시된 물방울에 의한 적외선창의 손상이 입자 크기의 1/3승에 영향을 받는다는 결과와 차이를 보이는 연구 결과로, 본 연구를 통해, 고체 입자의 크기가 재료의 입자 침식 저항성에 미치는 영향을 파악할 수 있었다.
시험을 통해, 알루미늄 시편에 생성되는 크레이터의 크기와 적외선창의 손상 임계 속도가 입자 크기에 선형적으로 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 이전에 제시된 물방울에 의한 적외선창의 손상이 입자 크기의 1/3승에 영향을 받는다는 결과와 차이를 보이는 연구 결과로, 본 연구를 통해, 고체 입자의 크기가 재료의 입자 침식 저항성에 미치는 영향을 파악할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	입자침식이란 무엇인가	고체나 액체 입자의 충돌로 인해 재료가 손상되는 현상을 입자침식이라 한다. 입자침식은 다양한 환경에서 발생한다.
	적외선창은 무엇에 의해 손상을 받는가	34 mm 두께의 무반사(Anti-reflection, AR) 코팅된 시편 두 가지를 시험에 이용하였다. 적외선창은 앞에서 시험한 알루미늄 합금과 달리, 피로 파괴와 같이, 반복적인 입자 충돌로 인해 손상을 받는다. 따라서, 입자침식 시험을 시편에 선형 혹은 원형상의 크랙이 생성될 때까지 반복해서 수행하였다.
	입자침식이 발생하는 예는 어떠한 것들이 있는가	입자침식은 다양한 환경에서 발생한다. 우주 환경에서는 먼지 입자나 우주 쓰레기와 위성 등의 충돌로 인해 발생하고, 대기 중을 비행하는 고속 비행체의 경우에는 공기 중에 존재하는 얼음, 물방울, 모래 등과의 충돌로 인해 발생할 수 있다[1-6].

참고문헌 (7)

Hong, Y. K., Park, C., and Baek, S. W., "High Velocity Impact of Ice Particles on a Composite Material," Journal of Composite Materials, Vol. 43, No. 17, 2009, pp.1819-1834.

상세보기
Seward, C. R., Pickles, C. S. J., Coad, E. J., Watt, M., and Field, J. E., "Studies of Rain Erosion Mechanisms in a Range of IR Transmitting Ceramics - Including Coated Samples," Cavendish Lab., SPC-92-4032, 1994.
Adler, W. F., Flavin, J. W., and Richards, J. P., "Multiple Simulated Waterdrop Impact Damage in Zinc Sulfide at Supersonic Velocities," SPIE Window and Dome Technologies and Materials II, Vol. 1760, 1992, pp. 303-315.
Adler, W. F., "Rain Impact Retrospective and Vision for the Future," Wear, Vol. 233-235, 1999, pp.25-38.

상세보기
Hand, R. J., Field, J. E., and Townsend, D., "The Use of Liquid Jets to Simulate Angled Drop Impact," Journal of Applied Physics, Vol. 70, 1991, pp.7111-7118.

상세보기
Kennedy, C. F., and Field, J. E., "Damage Threshold Velocities for Liquid Impact," Journal of Materials Science, Vol. 35, 2000, pp.5331-5339.

상세보기
Yildiran, Y., Avcu, E., SaHin, A. E., Fidan, S., Yetistiren, H., and Sinmazcelik, T., "Effect of Particle Impact angle, Erodent Particle Size and Acceleration Pressure on the Solid Particle Erosion Behavior of 3003 Aluminum Alloy," Proceedings of the 3rd International Congress APMAS2013, April, 2013, Antalya, Turkey.

이 논문을 인용한 문헌

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 충돌 입자의 크기에 따른 알루미늄 합금과 적외선창의 입자침식 저항성 연구
Research about Size Effect of Solid Particles on Erosion Resistance of Aluminum Alloy and Infrared Windows 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 충돌 입자의 크기에 따른 알루미늄 합금과 적외선창의 입자침식 저항성 연구 Research about Size Effect of Solid Particles on Erosion Resistance of Aluminum Alloy and Infrared Windows 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 충돌 입자의 크기에 따른 알루미늄 합금과 적외선창의 입자침식 저항성 연구
Research about Size Effect of Solid Particles on Erosion Resistance of Aluminum Alloy and Infrared Windows 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문