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[국내논문] 첨단하이브리드 나노복합체 표면재료의 기계적 특성 이해 원문보기

기계저널 : 大韓機械學會誌, v.57 no.5, 2017년, pp.42 - 47  

박인욱 (한국생산기술연구원 첨단하이브리드생산기술센터) ,  김준호 (한국생산기술연구원 첨단하이브리드생산기술센터) ,  허성보 (한국생산기술연구원 첨단하이브리드생산기술센터)

초록

이 글에서는 신개념의 나노복합체 박막재료에 관하여 기계적 특성과 미세구조의 관계에 대해 기초적인 이해와 응용에 대하여 소개하였으며 적용 및 응용에 대해 기술하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 열악한 환경을 견디기 위해, 새로운 마찰재료 시스템이 요구된다. 이 글에서는 신개념의 하이브리드 표면 소재기술에 관하여 그 제조 기술과 특성에 대해 고찰하고 기초적인 이해와 응용에 대하여 소개하였다.
  • 하이브리드 코팅 시스템을 이용하여 증착한 하이브리드 기능성 내마모 구조 코팅막을 중심으로 하이브리드 표면 소재의 최근 연구 동향에 대해 설명하고자 한다. TiN, TiC 코팅막이 1960년대에 개발된 이래, 지난 수십 년간 각종 공구, 금형, 기계부품 등에 적용되어 수명과 성능을 크게 향상시키는 데 기여해왔다.

가설 설정

  • • 미래 표면 소재의 복합 기능화 : 현재의 구조 코팅막은 나노기술 적용에 의한 경도의 향상과 같은, 소재의 단일 기능 개선에 그 개발의 방향성이 맞추어져 있으나, 미래형 부품에는 우수한 기계적 성질을 기본으로 하고, 여기에 열악한 환경에서도 고기능성을 나타내도록 내산화성, 내식성, 내열성 등이 부여된 복합 기능성 표면 소재의 요구가 급증하게 될 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리버스 홀-패치 현상이란 무엇인가? 또한 미래형 부품에는 우수한 기계적 성질을 기본으로 하고 여기에 열악한 환경에서도 고기능을 나타내도록 내산화성, 내식성, 내열성 등이 부여된 복합 기능화는 현재의 단순한 복합 재료 개념을 뛰어넘어 미세구조(조직) 및 소재 간의 복합적 하이브리드화를 통해서만이 가능하다. 예를 들어 기존의 내마모 구조 코팅막의 경도를 증가시키기 위하여 최근 나노기술의 개념이 도입되었으나, 코팅막의 결정립을 나노크기로 작게 하는 경우 경도가 증가하다가 더 이상 증가하지 않고 오히려 감소하는 현상[리버스 홀-패치(reverce Hall-Patch)현상]이 발견되고 있다. 이는 결정립의 주위, 즉 결정립계를 비정질화하여 결정립계의 미끄러짐을 억제하여 줌으로써 극복이 가능하다.
내마모 구조 코팅막의 경도를 증가시키기 위하여 나노기술을 도입했을 때 발생하는 리버스 홀-패치 문제를 어떻게 해결할 수 있는가? 예를 들어 기존의 내마모 구조 코팅막의 경도를 증가시키기 위하여 최근 나노기술의 개념이 도입되었으나, 코팅막의 결정립을 나노크기로 작게 하는 경우 경도가 증가하다가 더 이상 증가하지 않고 오히려 감소하는 현상[리버스 홀-패치(reverce Hall-Patch)현상]이 발견되고 있다. 이는 결정립의 주위, 즉 결정립계를 비정질화하여 결정립계의 미끄러짐을 억제하여 줌으로써 극복이 가능하다. 표면 소재의 경우 위와 같은 이종 물질의 하이브리드화(금속/세라믹) 및 결정 구조의 하이브리드화(결정/비정질)를 통해 창출된 하이브리드 표면소재는 종래 나노기술의 한계를 뛰어넘는 고성능의 차세대 표면 소재 개발 가능성을 보여 왔으며, 미세구조 및 물질의 다양한 하이브리드화에 의한 다양한 표면소재에 대한 연구가 지난 수년간 지속되어 왔다.
Ti-Si-N 나노 복합 재료 소재를 이용하여 아크 이온 플레이팅을 수행했을 때 가지는 단점은 무엇인가? 위에 언급한 Ti-Si-N 나노 복합 재료(nano composite) 소재를 제조하기 위한 공정 기술 중 하나로서 아크 이온 플레이팅법은 높은 증착률과 우수한 접착력을 가져 TiN, CrN 등과 같은 종래의 내마모 구조 코팅막 분야에 널리 이용되어 왔다. 그러나 Ti-Si-N 나노 복합 재료 소재의 경우 아크 이온 플레이팅법의 원리상 전도성이 없는 Si, B, C 의 경우 조성 제어가 힘들고, 증착이 어려운 단점을 가지게 된다. 반면, 스퍼터링의 경우 전도성 물질뿐 아니라, Si, B, C 등과 같은 절연성 물질의 제어가 용이한 장점을 가지고 있으나, 아크 이온 플레이팅에 비해 증착률과 접착력이 떨어지는 단점이 있다.
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