[논문]합금화용융아연코팅강판의 코팅층 접합강도 평가를 위한 단일 겹치기이음 시험의 적용

이정민; 이찬주; 이상곤; 고대철; 김병민

[국내논문] 합금화용융아연코팅강판의 코팅층 접합강도 평가를 위한 단일 겹치기이음 시험의 적용
Application of Single Lap-Shear Test for Extracting Adhesive Bonding Strength of Coating Layer on Galvannealed sheet 원문보기

대한기계학회 2007년도 춘계학술대회A, 2007 May 30, 2007년, pp.238 - 243

이정민 (부산대학교 정밀기계공학과 대학원) , 이찬주 (부산대학교 정밀기계공학과 대학원) , 이상곤 (부산대학교 정밀기계공학과 대학원) , 고대철 (부산대학교 산학협력단) , 김병민 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is designed to estimate the adhesion strength of coating layer on galvannealed steel sheet using lap shear test. The single lap shear test is the most commonly used standard test for determining the strength of medium-strength and high strength bonds. The bond strength of bonded single lap joints on subjecting the substrates to loads is determined by lap shear forces in the direction of the bonded joint. In this study, specimen for adhesion strength test was made to attach coated sheet to cold rolled sheet and were heated in temperature of 180 for 20minutes. After test, detached parts of coatings on coated sheet were observed using SEM and EDX to identify substrate and complete detachment. The tested results showed that adhesive strength of coating is unrelated to anisotropy of sheet and is difficult to be extracted using conventional theory because of fine cracks of coating layers which were created during annealing process.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 아연계 코팅강판 특히 합금화용융아연코팅강판(이후 GA 강판:Galvannealed steel sheet)의 코팅층과 모재사이 계면 접합강도를 평가하기 위해 고안되었다. 평가는 단일겹치기이음 시험법을 통해 이루어졌으며 겹침부 사이는 구조용 접착제를 이용하여 고정되었다.
본 논문에서는 GA 코팅강판의 코팅층 접합강도를 예측하기 위해 강판의 방향별, 겹침부 길이별 겹치기이음 인장시험을 수행하였다. 이상의 연구를 통해 다음과 같은 결론에 도달하였다.

가설 설정

에 의해 가장 먼저 수행되었다. 그는 Fig. 2 와 같이 시편을 평면변형율과 축대칭 상태에서 접착제는 선형탄성체로 오직 시편의 축방향 연신에 의한 전단변형을 받는 것으로 가정하였다.

제안 방법

단일겹치기이음에서 응력해석과 파단해석은 GollandReissner⁽⁵⁾ 해석을 기초로 수행되었다. 마지막으로 시험후 시편의 겹침부위는 코팅층 탈락을 확인하기 위해 SEM 과 EDX 를 이용하여 관찰되었다.
본 연구에서 정의된 코팅층의 접합력은 모재와 Γ상의 분리를 의미하며 이를 확인하기 위해 시험후 탈락부에 SEM 과 EDX 관찰을 수행하였다.
또한 시편의 이방성을 고려하여 코팅강판 및 냉연강판 각각 0°, 45°, 90° 방향에 대해 시험을 수행하였다.
5 는 본 연구에서 사용된 겹칩기이음 인장 시편의 치수 및 형상을 나타낸 것이다. 겹침부 길이는 각각 5, 10, 15mm 로 하였고, 각 길이마다 표점거리는 50mm 로 일정하게 고정하였다. 또한 시편의 이방성을 고려하여 코팅강판 및 냉연강판 각각 0°, 45°, 90° 방향에 대해 시험을 수행하였다.

대상 데이터

5 에 나타내었다. 시험을 통해 코팅층의 분리를 명확히 하기 위해 시편에서 상부 시편은 코팅강판으로 하였고, 하부 시편은 코팅강판과 동일한 기계적 성질을 가진 냉연강판으로 설정하였다.
또한 시편의 이방성을 고려하여 코팅강판 및 냉연강판 각각 0°, 45°, 90° 방향에 대해 시험을 수행하였다. 시험은 1 케이스당 3 번씩 수행하였으며 총 81 번을 수행하였다. 인장시험에서 인장속도 1mm/min 로 설정하였다.

이론/모형

따라서 본 연구는 아연계 코팅강판 특히 합금화용융아연코팅강판(이후 GA 강판:Galvannealed steel sheet)의 코팅층과 모재사이 계면 접합강도를 평가하기 위해 고안되었다. 평가는 단일겹치기이음 시험법을 통해 이루어졌으며 겹침부 사이는 구조용 접착제를 이용하여 고정되었다. 단일겹치기이음에서 응력해석과 파단해석은 GollandReissner⁽⁵⁾ 해석을 기초로 수행되었다.
평가는 단일겹치기이음 시험법을 통해 이루어졌으며 겹침부 사이는 구조용 접착제를 이용하여 고정되었다. 단일겹치기이음에서 응력해석과 파단해석은 GollandReissner⁽⁵⁾ 해석을 기초로 수행되었다. 마지막으로 시험후 시편의 겹침부위는 코팅층 탈락을 확인하기 위해 SEM 과 EDX 를 이용하여 관찰되었다.

성능/효과

결과적으로 본 시험은 모재와 접한 Γ상까지 탈착되는 실질적인 GA 코팅층과 모재의 접합강도 평가 시험으로 판단할 수 있다.
6 (A)) 표면에 대한 SEM 과 EDX 관찰 결과를 나타낸 것이다. 결과는 탈락부 표면에 어떠한 코팅층 상들도 관찰되지 않았으며 탈락부는 100% Fe 만 구성된 것으로 확인되었다. 특히 일부 모재 표면에서 결정립을 따라 모재가 파괴되는 현상이 관찰되었다.
(1) 단일 겹치기이음 인장시험에서 코팅층 평균 항복강도는 겹침부 길이가 증가할수록 감소하였다.
(2) GA 코팅강판의 코팅층 접합강도는 강판의 이방성과는 무관하다.
(3) GA 코팅강판의 코팅층 경우, 단일 겹치기이음 시험을 통해 쉽게 코팅층의 탈착이 가능하다. 그러나 겹침부 내 코팅층에 미세 균열에 의해 기존의 이론 해석을 통해 정량적인 접합강도를 도출하기는 어렵다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	아연계코팅 강판의 적용의 대두되는 문제점은 무엇인가?	최근 자동차의 내식성 향상을 위한 아연계코팅 강판의 적용이 증가하면서, 강판의 프레스 성형에 있어 코팅강판의 코팅층 박리 및 파괴에 따른 성형성 악화가 큰 문제점으로 대두되고 있다.(1) 이러한 코팅층 파괴는 제품의 불량뿐만 아니라 도장 및 용접특성 변화을 야기하고, 심지어 프레스 성형 중 금형과 강판사이의 마찰특성을 악화시켜 재료의 성형성을 크게 변화시킨다.
	아연계코팅강판의 코팅층의 접합특성은?	(1) 이러한 코팅층 파괴는 제품의 불량뿐만 아니라 도장 및 용접특성 변화을 야기하고, 심지어 프레스 성형 중 금형과 강판사이의 마찰특성을 악화시켜 재료의 성형성을 크게 변화시킨다. 일반적으로 아연계코팅강판의 코팅층은 부착방법과 후처리공정에 따라 약간씩 다르지만 대부분 낮은 경도와 낮은 모재와의 접합특성을 가지고 있다. 특히 강판의 수% 이내의 인장변형과 비틀림에도 코팅층은 쉽게 균열이 발생하며 파괴되어 탈락되는 특성을 가지고 있다.
	접합특성은 측정방법에는 무엇이 있는가?	이러한 탈착특성은 외부의 작용응력 상태와 파괴모드 및 영역, 코팅/모재 두께 및 기계적 특성, 시편 크기 및 상태, 온도 등에 크게 의존하는 값이다. 현재 가장 보편적으로 사용되는 시험법은 압입과, 스크래치(Scratch), 맞대기 이음, 겹치기이음, 풀오프(Pulloff), 필(Peel)시험 등이 있다. 이 중 압입과 스크레치 시험은 압입자를 이용하여 직접 재료에 변형을 가한 후, 작용하중과 발생된 크랙 양상의 관찰을 통해 평가하는 방법으로 주로 경도가 높고 취성이 강한 코팅(TiN, CrN, 등)재료와 모재에 사용된다.

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