[논문]Unipolar pulse를 이용하여 형성된 Al6061 합금 표면의 MAO 코팅의 표면 구조에 대한 연구

김남열; 박승호; 박기용; 최진섭

doi:10.5695/jkise.2017.50.5.421

Unipolar pulse를 이용하여 형성된 Al6061 합금 표면의 MAO 코팅의 표면 구조에 대한 연구
Surface Morphological Properties of Micro-arc Oxidation Coating on Al6061 Alloys using Unipolar Pulse 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.50 no.5, 2017년, pp.421 - 426

김남열 (인하대학교 화학공학과) , 박승호 ((주)포인트엔지니어링) , 박기용 (인하대학교 화학공학과) , 최진섭 (인하대학교 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Herein, we investigated surface morphological characteristics of anodic films on Al6061 alloy prepared by unipolar pulsed Micro-arc oxidation (MAO) in a mixed solution of $Na_2SiO_3$ + KOH. The number and size of pores as well as craters on anodic alumina surface were studied as a function of different voltages, duty cycles and applied anodic current densities. The morphological characteristics of all samples were investigated by scanning electron microscopy, conforming that the most uniform surface morphology of MAO films on Al1050 alloy was obtained at high applied current density with low duty cycle.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

그러나, MAO 코팅은 기본적으로 플라즈마 방전에 의한 산화층의 생성을 기반으로 하기 때문에, 높은 전압에 의한 순간적인 아크(arc) 발생으로 인한 기공(pore) 생성 및 균열의 생성이 불가피하고, 이러한 틈으로 불순물 등이 침투할 우려가 있기 때문에 제품의 순도가 매우 중요한 diffuser 나 CVD 장비에서는 아직까지 적용이 어려우며, 아크 발생을 제어하여 더욱 균일하고 치밀한 구조의 산화층을 형성하는 연구가 계속 부각되고있다. 따라서, 본 연구에서는 보다 균일도가 높은 산화층을 생성하기 위해 실리케이트 기반 전해질에서 unipolar pulse를 이용하여 인가전류밀도와 인가 시간에 따른 MAO 코팅층의 형태학적 측면을 분석하였다.

제안 방법

MAO 코팅은 시편인 Al6061을 양극으로, Pt mesh를 음극으로 하여 직류전원장치(Agilent Technology)를 사용하여 진행하였다. 먼저 정전압, 정전류 코팅의 표면 특성을 확인하기 위하여 정전압 실험에서는 1분동안 각각 220 V, 260 V, 300 V 의 전압을, 정전류실험에서는 0,16, 0.20, 0.24 A/cm² 의 전류밀도를 인가하여 MAO 코팅을 하였다. 이후, duty cycle을 20% (pulse on time: 0.
본 연구에서는 Al6061 합금 표면위에 unipolar pulse를 이용한 MAO를 균일한 산화층을 형성하였다. 여러가지 전기적 변수 중 전압을 제어하는 방법보다 전류밀도를 제어하는 방법이 더 균일한 표면구조의 산화층을 만들 수 있었다.
8초) 로 하여 실험을 진행하였다. 이후 주사전자현미경 (Hitach, S4300)을 통해 전류밀도와 코팅시간에 따른 MAO 필름의 형태학적 분석을 진행하였다.
24 A/cm² 의 전류밀도를 인가하여 MAO 코팅을 하였다. 이후, duty cycle을 20% (pulse on time: 0.8초, pulse off time :3.2초)로 고정 한 후, 인가전류밀도를 각각 0.08, 0.12,0.16 A/cm² 로 하여 전체 코팅시간을 10분, 30분, 1시간에 걸쳐서 MAO를 하였고, duty cycle 에 따른 표면 균일도를 확인하기 위해 duty cycle 80%(pulse on time: 3.2초, pulse off time :0.8초) 로 하여 실험을 진행하였다. 이후 주사전자현미경 (Hitach, S4300)을 통해 전류밀도와 코팅시간에 따른 MAO 필름의 형태학적 분석을 진행하였다.

대상 데이터

67 M 의 KOH 를 증류수에 녹여 사용하였다. MAO 코팅은 시편인 Al6061을 양극으로, Pt mesh를 음극으로 하여 직류전원장치(Agilent Technology)를 사용하여 진행하였다. 먼저 정전압, 정전류 코팅의 표면 특성을 확인하기 위하여 정전압 실험에서는 1분동안 각각 220 V, 260 V, 300 V 의 전압을, 정전류실험에서는 0,16, 0.
실험에서 사용된 시편은 Al6061 규격의 두께 3 mm의 15 mm × 15 mm 크기로 자른 것을 사용하였다. 실험에서 사용된 전해질은 0.

성능/효과

또한 일정 시간이 흐른 뒤 전압이 심하게 oscillation이 되고 플라즈마 방전이 국부적으로 동일한 지점에서 반복적으로 일어나는 현상이 나타나 피막이 국부적으로 파손되어 균일하지 못한 표면구조의 MAO 피막을 형성하였다. 따라서 균일한 MAO 코팅층을 위해선 duty cycle을 낮게 하고 전류밀도는 높이되, 전압이 임계전압에서 유지할 수 있는 적절한 시간동안 MAO를 진행시켜야 함을 알 수 있었다.
이는 duty cycle 20% 조건보다 잦은 플라즈마 방전으로 인한 것이며 용융된 산화층이 짧은 휴지기(pulse off time)를 가져 충분한 냉각단계를 거치치 못하였기 때문이라고 생각된다. 따라서 균일한 표면을 가지는 MAO 코팅을 위해서는 낮은 duty cycle을 가져 용융된 산화층이 자리를 잡고 충분한 냉각단계를 거쳐야 한다는 결론을 도출하였다.
여러가지 전기적 변수 중 전압을 제어하는 방법보다 전류밀도를 제어하는 방법이 더 균일한 표면구조의 산화층을 만들 수 있었다. 이후 긴 시간 동안 전류밀도를 pulse 파형으로 인가할 경우, duty cycle이 작을 때는 전류밀도가 높을수록, duty cycle이 높을 경우 전류밀도가 낮을수록 더 균일한 표면구조의 MAO피막을 얻을 수 있었으며, 전체적으로 duty cycle을 낮춤으로써 더 균일한 표면구조의 MAO피막을 얻을 수 있었다. 또한 일정 시간이 흐른 뒤 전압이 심하게 oscillation이 되고 플라즈마 방전이 국부적으로 동일한 지점에서 반복적으로 일어나는 현상이 나타나 피막이 국부적으로 파손되어 균일하지 못한 표면구조의 MAO 피막을 형성하였다.
시간이 지남에 따라 전압이 정상상태에 도달하면 비교적 큰 아크가 생성되어 산화층을 더욱 두텁게 한다. 전압을 제어하여 코팅을 하게 되면 처음부터 높은 전압으로 인한 플라즈마 방전으로 인한 불균일하고 기공의 크기가 큰 크레이터(crater)가 생성되는데(약 6 µm), 전류밀도를 컨트롤하여 점차 전압을 높여주는 방식을 통해 코팅 처리를 하게 되면 표면 전체에 균일한 필름을 생성할 수 있다는 것을 확인하였다. 그러나 0.

참고문헌 (26)

Shen D., Li G., Guo C., Zou J., Cai J., He D., Ma H. and Liu F., Microstructure and corrosion behavior of micro-arc oxidation coating on 6061 aluminum alloy pre-treated by high-temperature oxidation, Appl. Surf. Sci. 287 (2013) 451-456.

상세보기
Matykina E., Arrabal R., Pardo A., Mohedano M., Mingo B., Rodriguez I. and Gonzalez J., Energy-efficient PEO process of aluminium alloys, Mater Lett 127 (2014) 13-16.

상세보기
Hussein R., Northwood D. and Nie X., The effect of processing parameters and substrate composition on the corrosion resistance of plasma electrolytic oxidation (PEO) coated magnesium alloys, Surf. Coat. Technol. 237 (2013) 357-368.

상세보기
Dehnavi V., Shoesmith D. W., Luan B. L., Yari M., Liu X. Y. and Rohani S., Corrosion properties of plasma electrolytic oxidation coatings on an aluminium alloy-The effect of the PEO process stage, Mater. Chem. Phys. 161 (2015) 49-58.

상세보기
Bae-Yeon Kim, Deuk Yong Lee, Min Chul Shin, Hyun-Gyoo Shin, Byeong-Kon Kim, Sung Youp Kim, and Kwang Youp Kim, Effect of Al Alloy Composition on Physical and Crystallographical Properties of Plasma Electrolytic Oxidized Coatings II. Crystallographic Analysis of PEO Layer, J. Korean Ceram. Soc. 47 (2010) 283-289.

원문보기 상세보기
Al Bosta M. M. and Ma K., Influence of electrolyte temperature on properties and infrared emissivity of MAO ceramic coating on 6061 aluminum alloy, Infrared Phys. Technol. 67 (2014) 63-72.

상세보기
Nie X., Meletis E., Jiang J., Leyland A., Yerokhin A. and Matthews A., Abrasive wear/corrosion properties and TEM analysis of al 2 O 3 coatings fabricated using plasma electrolysis, Surf. Coat. Technol. 149 (2002) 245-251.

상세보기
Wu H., Wang J., Long B., Long B., Jin Z., Naidan W., Yu F. and Bi D., Ultra-hard ceramic coatings fabricated through microarc oxidation on aluminium alloy, Appl. Surf. Sci. 252 (2005) 1545-1552.

상세보기
Dehnavi V., Luan B. L., Shoesmith D. W., Liu X. Y. and Rohani S., Effect of duty cycle and applied current frequency on plasma electrolytic oxidation (PEO) coating growth behavior, Surf. Coat. Technol. 226 (2013) 100-107.

상세보기
Wei T., Yan F. and Tian J., Characterization and wear-and corrosion-resistance of microarc oxidation ceramic coatings on aluminum alloy, J. Alloys Compounds 389 (2005) 169-176.

상세보기
Dehnavi V., Liu X. Y., Luan B. L., Shoesmith D. W. and Rohani S., Phase transformation in plasma electrolytic oxidation coatings on 6061 aluminum alloy, Surf. Coat. Technol. 251 (2014) 106-114.

상세보기
Kossenko A. and Zinigrad M., A universal electrolyte for the plasma electrolytic oxidation of aluminum and magnesium alloys, Mater Des 88 (2015) 302-309.

상세보기
Stojadinovic S., Vasilic R., Radic-Peric J. and Peric M., Characterization of plasma electrolytic oxidation of magnesium alloy AZ31 in alkaline solution containing fluoride, Surf. Coat. Technol. 273 (2015) 1-11.

상세보기
Wang L., Chen L., Yan Z., Wang H. and Peng J., Effect of potassium fluoride on structure and corrosion resistance of plasma electrolytic oxidation films formed on AZ31 magnesium alloy, J. Alloys Compounds 480 (2009) 469-474.

상세보기
Yeh S., Tsai D., Wang J. and Chou C., Coloration of the aluminum alloy surface with dye emulsions while growing a plasma electrolytic oxide layer, Surf. Coat. Technol. 287 (2016) 61-66.

상세보기
Li L., Narayanan, Tirunelveli Sankaranarayanan Nellaiappan Sankara, Kim Y. K., Kong Y., Shin G., Lyu S., Park I. S. and Lee M. H., Coloring and corrosion resistance of pure mg modified by micro-arc oxidation method, INT. J. PRECIS. ENG. MAN. 15 (2014) 1625-1630.

상세보기
Hussein R., Northwood D. and Nie X., The influence of pulse timing and current mode on the microstructure and corrosion behaviour of a plasma electrolytic oxidation (PEO) coated AM60B magnesium alloy, J. Alloys Compounds 541 (2012) 41-48.

상세보기
Guangliang Y., Xianyi L., Yizhen B., Haifeng C. and Zengsun J., The effects of current density on the phase composition and microstructure properties of micro-arc oxidation coating, J. Alloys Compounds 345 (2002) 196-200.

상세보기
Zhuang J., Song R., Xiang N., Lu J. and Xiong Y., Effects of oxidation time on corrosion resistance of plasma electrolytic oxidation coatings on magnesium alloy, Int. J. Mater. Res. (2017).
Arunnellaiappan T., Ashfaq M., Krishna L. R. and Rameshbabu N., Fabrication of corrosion-resistant al 2 O 3-CeO 2 composite coating on AA7075 via plasma electrolytic oxidation coupled with electrophoretic deposition, Ceram. Int. 42 (2016) 5897-5905.

상세보기
White L., Koo Y., Neralla S., Sankar J. and Yun Y., Enhanced mechanical properties and increased corrosion resistance of a biodegradable magnesium alloy by plasma electrolytic oxidation (PEO), Mater.Sci.Eng.B:. 208 (2016) 39-46.

상세보기
Barati N., Yerokhin A., Golestanifard F., Rastegari S. and Meletis E. I., Alumina-zirconia coatings produced by plasma electrolytic oxidation on al alloy for corrosion resistance improvement, J. Alloys Compounds 724 (2017) 435-442.

상세보기
Yerokhin A., Shatrov A., Samsonov V., Shashkov P., Pilkington A., Leyland A. and Matthews A., Oxide ceramic coatings on aluminium alloys produced by a pulsed bipolar plasma electrolytic oxidation process, Surf. Coat. Technol. 199 (2005) 150-157.

상세보기
Krzakala A., Kazek-Kesik A. and Simka W., Application of plasma electrolytic oxidation to bioactive surface formation on titanium and its alloys, RSC Advances 3 (2013) 19725-19743.

상세보기
Lukiyanchuk I., Rudnev V. and Tyrina L., Plasma electrolytic oxide layers as promising systems for catalysis, Surf. Coat. Technol. 307 (2016) 1183-1193.

상세보기
Jung-Hyung Lee , Seong-Jong Kim, Influences of Potassium Fluoride (KF) Addition on the Surface Characteristics in Plasma Electrolytic Oxidation of Marine Grade Al Alloy , J. Korean Inst. Surf 49 (2016) 280-285.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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