초록 ▼

본 연구에서는 ODS preform을 단일 공정으로 얻을 수 있는, 새로운 분사주조공정의 하나인 분사합성주조(Spray In-situ Synthesis) 공정을 개발하기 위한 연구의 일환으로, 분사 중 in-situ로 생성된 산화물에 대하여 그 생성 기구를 고찰하여 보았다.
본 연구에 사용한 분사합성주조 공정은 산화물 형성이 극히 용이한 Al을 일정량 함유한 구리용탕을 산소가 일정량 포함된 질소-산소 혼합가스를 이용하여 분무, 적층시키는 공정으로, 이 때 비산되는 구리 액적(droplet)에 존재하는 Al이 분무가스와 반응,

본 연구에서는 ODS preform을 단일 공정으로 얻을 수 있는, 새로운 분사주조공정의 하나인 분사합성주조(Spray In-situ Synthesis) 공정을 개발하기 위한 연구의 일환으로, 분사 중 in-situ로 생성된 산화물에 대하여 그 생성 기구를 고찰하여 보았다.
본 연구에 사용한 분사합성주조 공정은 산화물 형성이 극히 용이한 Al을 일정량 함유한 구리용탕을 산소가 일정량 포함된 질소-산소 혼합가스를 이용하여 분무, 적층시키는 공정으로, 이 때 비산되는 구리 액적(droplet)에 존재하는 Al이 분무가스와 반응, 산화되어 in-situ로 oxide dispersive droplet이 형성되게 되며, 될 것이며, 이 액적들을 기판(substrate)에 적층․응고시킴으로 ODS preform을 얻을 수 있는 방법이다. 본 연구를 수행하기 위해 분사합성주조 공정에서 혼합가스의 산소 함량을 0vol.% ~ 8vol.%로 변화시켜 Cu-Al₂O₃ 분산강화합금을 제조하였으며, 광학현미경(OM)과 주사전자 현미경(SEM)분석을 통해 분사합성주조 공정으로 얻은 분말과 적층재의 산소 함량(vol.%)에 따른 Al₂O₃상을 관찰하였다.
실험 결과 분사합성주조 공정으로 Al이 선택적으로 산화되어 Al₂O₃을 생성됨을 확인할 수 있었는데, 이는 Al₂O₃의 생성이 Cu산화물의 생성보다 열역학적으로 용이함으로 Cu-Al합금 액적 중 Al이 선택적으로 산화가 되었음을 알 수 있었다. Al의 선택적 산화는 atomization zone에서 일어나며 조직 사진 및 SEM/EDX 분석 결과 액적 표면에서 Al과 산소가 반응하여 Al₂O₃를 생성하는 것으로 확인되었다.
적층재에서의 Al₂O₃는 산소 함량 3vol.%부터 관찰되며, 산소 함량(vol.%)이 높아질수록 Al₂O₃의 면적 분율도 높아지는 것을 확인하였다. 이렇게 생성된 Al₂O₃는 긴 선형 혹은 원형의 irregular 형상으로 액적과 액적 경계에서 관찰 되는데, 이는 atomization zone에서 선택적 산화가 이루어진 액적이 substrate에 적층되는 과정에서 산화막이 깨지거나 그대로 적층되어 나타난 현상으로 보인다.
분사합성주조 공정으로 제조된 Cu-Al₂O₃합금의 인장강도, 압축강도 경도 값은 산소 함량이 높아지면서 증가하는 경향성을 나타내었는데, 이는 산소 함량이 증가하면서 Cu기지에 생성된 Al₂O₃의 면적 분율 또한 증가했음을 알 수 있다. 또한 생성된 Al₂O₃는 Cu기지 내에서 강화기구로 작용하여 기계적 특성이 좋아지는 것을 확인하였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구결과 요약문 ... 3
• II. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 27
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 27
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 28