180

[

[P1-1]

미량원소 첨가에 의한 타이타늄 내 산소저감: *임재원, 오정민, 임

노운, 김광민; 전북대학교 신소재공학부.Keywords: Titanium, Oxygen, Trace element, Deoxidation

타이타늄은 경량·고강도·고내식성의 우수한 성질로 많은 산업

분야에서 사용되는 대표적인 신소재이다. 그러나 타이타늄 및

타이타늄 합금은 산소, 질소, 수소 및 탄소 등과 같은 가스불순

물과 친화력이 크기 때문에 일단 고용되면 제거가 곤란함은 물

론이고 이러한 가스 불순물들이 타이타늄 기지 내에 침입형으로

존재하기 때문에 물성에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

최근 IT 산업에서 사용되는 고순도 스퍼터링 타겟용의 경우 산

소함량을 300 ppm 이하 타이타늄이 요구되고 있으며, 이에 따

라서 타이타늄으로부터 산소를 제거하기 위한 지속적인 연구가

진행되어 왔다. 본 학회발표에서는 미량원소 첨가에 의한 타이

타늄 내 산소저감에 대해서 다양한 방법에 의한 실험을 진행하

였다. 본 실험에서는 진공 아크 용해로를 이용하여 타이타늄보

다 산소친화력이 큰 원소(희토류, Al, Mg, C 등)들을 미량 첨

가하여 용해한 후 첨가량 및 용해 분위기에 따른 타이타늄 내

산소의 농도 변화를 조사하고 아울러 타이타늄 물성의 변화도

측정하였다.

[P1-2]

Development of the MHD-technologies for Mass Production

of the Al-Sn Alloy for Metal Bearing: *Mykola Slazhniev,

Kyung Hyun Kim, Se Won Kim, Hyun Suk Sim; Dong San

Tech. Co.

Keywords: Magnetic hydrodynamics, Segregation, Microstructure,

Al-Sn alloy

Al-Sn alloys there are widely using at manufacture of the

sliding bearings in inserts of the internal combustion engines in

machinery. In order to such bearing product must be have a high

strength and tribological properties at it using. Necessary

properties to possible get at providing of the special optimal

bearing structure with interdendritic Sn-inclusion between Al-

grains fine redistribution. Main industries problem of manufacturing

of it and another immiscible in liquid state metals in large

difference of the density and melting point is consist. For solving

problem of segregation, immiscible melts should be actioned by

continuously controlled stirring in all volume with providing

high homogeneity in dispersed emulsion state. That in industrial

case by means of the magnetic hydrodynamics (MHD) and it

applying for complex electromagnetic and hydrodynamic

processing of the getting prone to segregation immiscible bearing

alloys, such as Al-25(40)% Sn can be solved. In this study the

comprehensive experimental work on the preparation, refining,

emulsified and pouring processed binary alloys Al-Sn 25 and

40% by means of the magnetodynamic casting installation (MDI)

MDN-6A-0.63 was performed. Due to that MDI is a channel

induction furnace with twin W-shaped channel and additional

electromagnetic pump, such equipment to providing the controlled

mixing of the melt in the crucible and the induction channel by

pulsing electromagnetic forces, with possibility to regulate the

heating of the melt. During research was developed and applied

special electromagnetic stirring modes of mixing molten metals

in quantity from 100 to 150 kg, - lateral mixing (at rate from 4-5

kg/sec) with simultaneous refining by argon gas melt blowing,

and next forced by suction through a central channel, via

electromagnetic working area and next pumping through the

lateral channel was tested. Best application MHD facilities for

emulsification immiscible metals (Al-Sn) by the pulsating

volumetric electromagnetic forces (100-120 Hz) has been found

at generating in working are of MDI pressure not exceeding 20

kPa, at intensive suction stirring melt into induction channel and

crucible (rate 4-7 kg/sec), during no less than 10-15 minutes at

740-760°C for 100-150 kg bearing alloy. An analysis of

microstructures of Al-Sn alloys, processed by developed MHD-

technologies, the high efficiency emulsifying with a guaranteed

uniform redistribution of tin in interdendritic space for 25 and

40% tin composition is showed, and size Sn inclusions for

Al(25%)Sn makes 10-25 mm. It is resulted by fine emulsification

Sn in Al in liquid state in drops size no more than 2-5 mm

(defined by frozen drops at quickly cooling). From the efficiency

point the means of the one methods and device for preparation

and pouring bearing alloy using, for example MHD installation,

is more rationally and have a practical interest and possibilities

for implementation in foundry industry.

[P1-3]

일메나이트 광물 금속환원법을 이용한 FeTi 금속 분말 제련 공

정 연구: *유병욱, 이종현1; 충남대학교 에너지과학기술대학원. 1충

남대학교 신소재공학과.Keywords: Ilmenite, Electro reduction, Ferro titanium, Titanium,

Molten salt, Electrochemistry

일메나이트 광물은 지각을 구성하는 원소중 9번재로 많은 원

소로 티타늄 금속을 생산하는 주된 광물이다. 기존의 티타늄 광

물을 생산하는 공정은 일메나이트 광물을 이용하여, Kroll,

Hunter 공정을 통한 다단의 염화공정으로 환경 오염물질 발생

가능성이 크고, 생산 단가 절감에 한계가 있다. 또한 탈산제로

사용하는 FeTi의 경우 일메나이트 원광으로부터 Thermite 공정

으로 제조하고 있으며, Al 분말을 환원제로 사용하기 때문에

원가 절감에 큰 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는

일메나이트 원광을 활용하여 추후 전해 정련 공정과 연계한 순

수 Ti 제조를 위해 FeTi 생산하는 전해 환원 공정에 대해 연

구하였다. 일메나이트 광물은 전해 환원 공정을 통해 산소를 제

거하기 위해 전류 밀도 별 전해 환원공정을 실시하여 환원 전

위를 확립하고, 일메나이트 광물 중 우선환원물질 찾아 환원 메

커니즘을 확립하였다. 환원 물질 분석은 XRD, EDX를 통해

분석을 진행하였으며, 환원 전후의 미세 구조 분석을 위해

SEM 분석을 실시하였다.

[P1-4]

미쉬메탈(Misch Metal)을 첨가한 마그네슘 합금의 용체화 처리

특성: *조민수; 경상대학교 경량재료실험실.Keywords: Mg alloy, Misch metal, Solution treatment

Mg-Al 합금은 비강도 및 비강성, 우수한 열전도성과 진동 흡수능

P1 : 비철금속Room 전시장, 10월 29일

181

등의 많은 장점으로 주목받고 있는 경량소재이다. 그러나 Mg-Al

합금은 고온에서 β(Mg17Al12)상의 낮은 융점으로 인하여 기계적 특

성이 급격히 감소하는 단점이 있다. 이러한 고온에서의 단점을 보

완하기 위하여 Si, Sn, Ca, RE 등 합금원소를 첨가하여 β(Mg17Al12)

상을 줄여 고온특성을 개선하려는 연구가 많이 진행되어지고 있

다. 그 외에도 주조법의 개선, 열처리 등 미세조직을 제어하여 특

성을 향상 하는 방법도 있으나 원소를 첨가하는 연구에 비해 미

흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 미쉬메탈(Misch Metal)을 첨

가한 반응고 AM80 Mg 합금의 열처리 특성을 조사하기 위하여

최적의 용체화 처리 조건을 도출하고자 하였다.

[P1-5]

Mn 첨가에 따른 Al-Si-Fe-Cu-Zn 합금의 미세조직 및 기계적 특

성평가: *김정한, 김용호, 유효상, 이성희1, 손현택; 한국생산기술연

구원 동력부품센터. 1목포대학교 신소재공학과.Keywords: Al, Microstructure, Mechanical properties

환경문제와 자원고갈로 인해 수송기기의 경량화가 절실히 요

구되는 가운데, 구조용 재료 중 알루미늄의 사용이 계속적으로

증가하고 있다. 알루미늄은 지각을 구성하는 원소 중, 3번째로

많은 원소로서 비중이 2.7로 철과 동 합금에 비교했을 때 3분

의 1수준이고 비강도가 좋다는 장점이 있다. 또한 가공성이 좋

아 다양한 형상으로 가공이 용이하며, 내식성이 좋아 공기 중에

노출될 때 표면에 치밀하고 안정된 산화피막이 생겨 부식을 방

지하는 효과가 있는 것으로 알려져있다. 열전도도와 전기전도도

가 좋고, 비자성체로서 자장의 영향을 받지 않으며, 융점이 낮

고 용탕흐름성이 좋아 주조성이 좋고, 금속자체로부터의 가스방

출양이 작고 진공도달 성능이 다른 재료에 비해 매우 뛰어나다.

또한 극저온하에서도 취성파괴가 없고 인성이 우수한 장점을 가

지고 있다. 이번 연구에서는 알루미늄의 특성 중에 내식성과 열

전도성에 초점을 맞춰 Al-Si-Fe-Cu-Zn 합금을 선정하여 Mn의

함량 변화에 따른 연구를 진행하였다. 카본 도가니를 이용해

800oC에서 중력주조 후 출탕하였으며, 주조된 알루미늄 합금을

압출공정을 통하여 압출비 37:1의 지름 12 mm의 봉 형태로

압출하였다. 주조재와 압출재에 대하여 OM(optical microscopy),SEM(scanning electron microscopy), XRD(X-ray diffraction)

을 통해 미세조직을 분석하였고, 상온인장실험과 420oC의 고온

인장실험을 통해 주조재와 압출재의 기계적 특성을 평가하였다.

[P1-6]

Si 첨가가 Al-Zn-Mg계 합금의 미세조직 및 기계적 특성에 미치

는 영향: *문민국, 김영찬, 강창석, 강다솜, 홍성길1; 한국생산기술

연구원. 1전남대학교.Keywords: Al-Zn-Mg, Heat treatment, Mechanical property,

Micro structure

Al-Zn-Mg계 합금은 알루미늄 합금 중 가장 높은 비강도를

갖는 고강도계열 합금이다. 이중 7075 합금의 경우 자동차 및

항공기 부품소재 등 구조용 재료로서 경량화 합금으로 많이 사

용되고 있다. 하지만 고비강도를 갖는 반면, 성형성이 좋지 않

아 고압주조를 적용할 수 없어 생산성이 낮은 단점이 있다. 본

연구에서는 Al-5.9Zn-2.5Mg-1.5Cu 합금의 고압주조 적용을

위해, 유동성을 향상시킬 수 있는 실리콘의 조성을 2.2, 3.7,

4.2 wt%로 변화를 주었다. 용해된 합금은 GBF 처리한 후 중

력 주조 하여 시편을 제작 하였다. 각 시편은 450oC에서 1 h

용체화 처리한 후, 80oC 수냉, 그리고 180oC에서 각각 1, 2,

4, 8, 16 h 인공시효 처리하였다. 열역학 응고해석 소프트웨어를

이용하여 생성되는 상과 액상선 및 고상선을 예상 하였으며, 미

세조직 변화 및 기계적 특성 변화를 XRD, OM, FE/SEM, 로

크웰 경도시험(B Scale), 인장시험을 통해 확인하였다.

[P1-7]

석출경화형 Cu-Cr 합금에서 기계적 특성에 영향을 미치는 합금

원소의 영향: *양현식, 김선기1, 양재학1, 조훈1, 한승수2, 현승균; 인

하대학교 신소재공학부. 1한국생산기술연구원. 2(주)경신전선.Keywords: Precipitation hardening Cu alloy, Wire harness, Solid

solution/Aging heat treatment, Mechanical properties, Electrical

conductivity

Cu 합금에서 고강도-고전도도 특성을 만족시키기 위한 방안중

의 하나로 석출강화기구가 적용되고 있으며, 석출상의 형성을

위해 Ag. Be, Zr, Ni, Si 등을 첨가하게 되는데, 인체에 유해

하고(Be) 원소재 가격이 높아(Ag) 산업 현장에서의 적극적인

사용이 제한되고 있는바, 상온에서 고용량이 적어 다른 원소에

비해 더 큰 석출경화의 효과를 기대할 수 있는 상용 석출경화

합금인 Cu-Cr 조성이 적용되고 있다. Cu-Cr 합금은 400 MPa,

70%IACS 정도의 기계, 전기적 특성을 가지고 있어, 전자부품

소재, 리드프레임, 커넥터 등의 상용 전자부품에 주로 적용되고

있지만 최근 전자기기가 소형화, 고집적화 됨에 따라 적용 부품

에 대해 더 높은 기계, 전기적 특성을 요구하고 있으며, 이러한

특성 향상을 위해 합금원소의 첨가 및 열처리 방안등의 최적화

를 위한 연구가 일부 진행되고 있으나 뚜렷한 결과는 아직까지

는 보고되고 있지 못한 현실이다.이에 본 연구에서는 Cu-Cr 합

금에 대해 Al, Si, Ti, Fe의 합금원소를 첨가하여 시효 열처리

과정에서 석출상을 형성하기 위한 합금 조성을 설계하였다. 이

후 각각의 조성에 대해 열간 가공 및 용체화, 시효 열처리 공

정을 적용하여 시편을 채취 하였으며 이에 대해 조직적, 기계적

특성들을 평가하였다. 이러한 결과들을 바탕으로 Cu-Cr계 합금

에서 합금원소 및 시효 열처리 변화에 따른 강도 및 전기 전

도도의 변화를 고찰하였고 향후 석출경화형 고강도-고전도도

Cu-Cr 합금의 개발을 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다.

[P1-8]

AlCoCrFeNi 하이엔트로피 합금의 열처리에 따른 미세조직 및 기

계적특성 변화: *이준서, 임가람, 나영상; 재료연구소.Keywords: High entropy alloy, Microstructure, Mechanical

properties

하이엔트로피 합금은 5개 이상의 합금 원소가 동일한 원자비

율로 첨가되어 원소들의 특성이 혼합된 새로운 특성을 나타내기

도 한다. 일반적으로 하이엔트로피 합금은 고용체를 형성함으로

써 비강도, 내식성 등이 우수하며 고온에서도 우수한 기계적 특

성을 나타낸다. 최근 새로운 합금 시스템을 개발하려는 연구와

함께 합금 원소 첨가에 따른 미세조직과 기계적 특성의 변화에

관한 연구가 보고 되었다. AlCoCrFeNi 합금에서는 각 원소간

혼합 엔탈피 값이 다르기 때문에 상분리 현상이 일어난다고 알

려져 있다. 본 연구에서는 각 온도에 따른 기계적 특성변화를

관찰하였으며, 이를 통해 하이엔트로피 합금의 미세조직과 기계

적 특성간의 상관관계를 조사하였다.

[P1-9]

Sn 함량 및 열처리에 따른 Al-1wt.%Cu 합금의 기계적 특성 변

화: *강다솜, 문민국, 김유미, 최세원, 홍성길1; 한국생산기술연구원.1전남대학교.

182

Keywords: Al-Cu alloy, Sn, Mechanical property, Precipitation

hardening, Heat treatment

최근 전기/전자제품 및 자동차 소재로써 제품의 경량화 소재

에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 소재로써 알루미

늄 합금은 가볍고, 성형성 및 열전도성이 우수하여 큰 주목을

받고 있으나, 무르다는 단점이 있어 합금원소 첨가 및 열처리를

통한 기계적 특성을 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있

다. 이 중, Al-Cu 합금에서 미량 첨가된 Sn은 저온 시효경화

를 지연시키고, 고온 시효경화를 촉진시키는 것으로 알려져 있

지만, Sn의 함량에 따른 Al-Cu 합금의 시효경화거동에 관한

연구는 많이 미진한 실정이다. 본 연구에서는 Al-1wt.%Cu합금

에서 Sn의 함량을 0.5, 1.0, 2.0 wt.%로 변화시켜 열처리에 따

른 기계적 특성을 평가하였다. 합금제작은 전기로에서 760

(±5oC)로 용해시킨 후, Ar 가스를 주입하여 GBF 처리를 실시

하였다. 용해된 시편은 15분간 안정화 시킨 후, 95(±5oC)로 예

열된 금형에서 중력주조 하였다. 열처리에 따른 특성의 변화를

관찰하기 위해 승온 속도 10oC/min로 480oC와 500oC에서 각

각 5시간 용체화 처리한 후 80oC에서 수냉하였다. 시효처리는

180oC에서 4시간 실시하였다. 완성된 시편은 OM과 SEM-EDS

분석을 통해 미세조직관찰 및 상분석을 하였으며, 시차 주사 열

량측정법(DSC)을 통해 열유량을 측정하여 상변화를 분석하였다.

그리고 미소경도기(마이크로 비커스) 및 인장시험기를 이용하여

기계적 특성을 평가하였다.

[P1-10]

사용후핵연료 저장조 냉각수상실사고시 집합체특성별 핵연료 온도

해석: *방제건, 김선기, 전태현, 구양현; 한국원자력연구원.Keywords: Spent fuel, Fuel assembly, LOCA, Fuel temeprature

사용후핵연료 저장조는 노심냉각계통이 단순하고, 저장조에 연

결관 배관들이 집합체 위로 위치하여 배관파단 사고가 발생해도

핵연료가 수면 위로 노출되지 않는다. 또한 독립된 냉각계통이

2개 있어 필요 시 언제든지 대체할 수 있도록 되어 있다. 그러

나 폭발, 지진, 항공기 테러 등 저장조 벽면 파손에 의한 누수

혹은 전원공급 중단에 의한 냉각기능 상실로 인한 냉각수 증발

이 일어나면, 핵연료가 수면 위 공기 중으로 노출되는 위험한

사고가 발생될 수 있다. 사용후핵연료 저장조 사고 시 사용후핵

연료집합체의 정확한 온도해석은 사고시 핵연료의 거동 및 용융

여부를 예측할 수 있는 매우 중요한 자료로서 본 연구에서는

MELCOR 코드를 통해 사용후핵연료 저장조 사고 시나리오 가

운데 가장 심각한 경우인 완전 냉각수 상실사고의 경우에 대해

사용후핵연료의 냉각기간, 방출연소도에 따른 온도변화를 분석하

였다. 방출연소도의 경우 33,000 MWd/MtU, 45,000 MWd/

MtU, 60,000 MWd/MtU를 선정하였으며, 노심내에서 방출 후

사용후핵연료 저장조에서의 냉각기간은 1 day, 30 days, 1 year,

5 years, 10 years, 30 years년으로 선정함으로써 저장저 내 사용

후핵연료집합체 특성별 온도변화를 분석하였고, 사고 시 핵연료

피복관의 용융여부를 예측하고자 하였다. 본 연구에서는 앞서

언급한 사고조건하에서 사용후핵연료의 냉각기간, 방출연소도에

따른 온도변화 해석결과 및 용융 여부에 대한 예측결과를 제시

하였다.

[P1-11]

가공 경화형 Cu 합금의 가공-열처리 공정변수 변화에 따른 특성

변화 고찰: *김선기, 양현식, 유영규, 조훈, 김영직1; 한국생산기술

연구원. 1성균관대학교 신소재공학과.

Keywords: Work hardening Cu alloy, Heat treatment, Plastic

deformation, Mechanical properties, Electrical conductivity

고강도-고전도도 Cu계 합금은 전선, 전자산업 및 자동차, 중

화학공업 등 산업 발전의 토대를 제공해 온 합금으로 합금 종

류, 제품의 형태 및 생산 규모가 다양할 뿐만 아니라 응용 범

위가 전 산업에 걸쳐 광범위하여 타 소재에 비해 높은 응용비

중을 갖고 있다. 이러한 Cu 합금에 대해 고강도를 부여할 수

있는 방안으로 석출강화, 고용강화, 분산강화등의 강화기구들이

적용되고 있으나 기계적 특성의 향상 범위가 제한적이며 제조

공정상의 비용증가 및 강도 증가에 따른 전기전도도의 감소 등

고강도 고전도도를 동시에 만족하기 위한 공정방안으로는 최적

화되어 있지 못하고 있는 실정이다. 이를 개선하기 위한 방안으

로 소성가공 및 열처리 공정의 선택적 적용을 통해 고강도-고

전도도를 구현하기 위한 방안의 적용이 연구되고 있는데 아직까

지는 기계적 강도를 극대화하기 위한 다성분계 가공 경화형

Cu 합금 조성에 대해 일부 적용되고 있을 뿐 강도와 전도도를

동시에 높게 유지하기 위한 합금 조성에 대해서는 그 연구가

미진한 상태에 있다. 이에 본 연구에서는 고강도-고전도도 특성

을 갖기 위한 합금 조성을 설계하고 소성가공 및 열처리 공정

방안의 적용을 통해 시편을 제조한 후 각각의 가공-열처리 과

정에서의 특성변화를 고찰하였다. 가공경화형 Cu 합금인 Cu-Sn

합금 조성을 바탕으로 첨가 원소를 변화하였고, 소성가공 및 열

처리 공정을 선택적으로 적용한 후, 각각에 대해 조직적, 기계

적 특성등을 평가하였으며, 이러한 결과들을 바탕으로 가공경화

형 Cu 합금에서 고강도-고전도도 특성을 나타낼 수 있는 가공-

열처리 공정 확립을 위한 기초 자료로 검토하였다.

[P1-12]

가스아토마이저 공정을 이용한 브레이징용 저 융점 Al 합금 분

말 제조에 관한 연구: *김용호, 김정한, 유효상, 손현택; 한국생산

기술연구원.Keywords: Gas atomizer, Aluminum alloy, Powder, microstructure,

Brazing

알루미늄 합금은 대표적인 경량 소재로써 소형 경량화에 대

한 기술적 요구로 인해 각 부품 적용에 대한 연구 개발 및 상

용화가 가속되고 있으나 알루미늄 합금 분말 제조에 관한 연구

가 부족한 실정이다. 가스아토마이저 공정을 이용한 분말제조

공정은 대량생산이 용이하며, 분말 입도가 미세하고, 기존 주조

공정에 비해 우수한 기계적 특성을 가지고 있어 자동차, 전자기

기, 항공 및 3D 프린터 등 다양한 산업에 응용이 가능하다.

평균 입도 50 µm 이하의 알루미늄 합금 분말의 경우 수입의존

도가 높아 이를 대체 할 수 있는 공정 기술개발이 필요한 실

정이다. 따라서 본 연구에서는 가스아토마이저 공정을 이용하여

저 융점 특성을 가지는 브레이징용 Al-Si계 합금에 Sn 원소를

첨가하여 고주파 유도 용해로를 이용하여 800oC에서 용해하였

고, 가스아토마이저를 이용한 브레이징에 사용 적합한 최적 입

도를 가지는 분말 제조에 관한 공정 연구를 수행하였다. 제조된

분말의 형상 및 입도를 분석하기 위해 FESEM 및 입도분석기

를 이용하였고, 시차주사 열량측정법을 이용하여 열분석을 실시

하였다.

[P1-13]

원자력 발전소 증기발생기 전열관 재료인 Inconel 690의 산화

막 종류에 따른 fretting wear 거동에 관한 연구: *강웅순, 윤

재용, 이호식, 김선진; 한양대학교.

183

Keywords: Inconel 690, Fretting wear, Oxidation film

원자력발전소 증기발생기에 쓰이는 전열관은 유체 유발 진동

(FIV, Flow Induced Vibration)으로 인하여 전열관과 반진동

구조물(AVS, Anti-Vibration Structure) 사이에 fretting wear

가 발생하여 손상을 초래한다. 이러한 fretting wear는 증기발

생기 내 고온 및 고압의 2차수로 인해 생성된 산화막에 의하

여 거동이 변화할 수 있으나 Inconel 690의 wear에 대한 연

구는 대부분 상온 마모실험 및 대기 중 고온 마모실험에 국한

되어있다. 따라서 본 연구에서는 증기발생기 전열관 재료인

Inconel 690에 대하여 원전 내 2차수 분위기인 Autoclave내

에서 산화막을 생성시킨 다음 상온 및 320oC에서 fretting

wear test를 수행하였다. 또한 마모실험을 통해 얻은 wear

coefficient 및 SEM을 통한 마모면 분석을 통해 wear mode

의 변화를 확인하였다. 본 연구는 2013년도 산업통상자원부의

재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한

연구 과제(No.20134030200360)입니다.

[P1-14]

0.5Tm 이상에서 상용 순 몰리브덴 판재의 고온 크리프 특성:

*안규백, 김기훈, 최경환, 조규섭, 김상섭1; 한국생산기술연구원 융합

공정신소재그룹. 1인하대학교 공과대학 신소재공학부.Keywords: Molybdenum, Creep, Recrystallization, Microstructure,

Constant load

몰리브덴(Mo)은 주기율표 6족에 속하는 은회색 금속으로

10.22 g/cm3의 밀도를 가지며 2,610oC의 높은 융점으로 인하여

텅스텐, 탄탈륨 및 나이오븀과 함께 대표적인 고융점 내열금속

으로 분류된다. 또한 고온강도, 내부식성, 고열전도도, 높은 탄

성계수, 저열팽창계수 등의 우수한 물리적 특성과 고온에서 크

리프(creep) 저항특성이 우수하여 초고온용 성장로의 구성부품이

나 도가니(crucible) 재료로 많이 사용되고 있으며, 이러한 고온

에서 사용되는 금속의 경우 다른 어떤 성질보다도 고온 크리프

저항특성이 매우 중요하다. 본 연구에서는 고온영역(0.5Tm 이상)

에서의 순 몰리브덴의 크리프 특성을 연구하고자 직접가열방식

크리프 시험기를 제작하였다. 크리프 시험은 제조 조건이 서로

다른 4종류의 순 몰리브덴 압연 판재를 이용하여 하중(5/10/

20 MPa)과 온도(1600/1800/2000oC)를 변수로 하여 실험을 진

행하였다. 또한 몰리브덴의 경우, 900oC 이상에서 재결정이 일

어나 온도와 시간의 증가에 따라 재결정조직의 조대화가 일어난

다. 이와 같은 고온재료의 재결정 거동과 크리프 특성간의 연관

성에 대해 크리프 변형-시간 곡선 및 시험편의 OM 조직 분석

으로 몰리브덴 판재의 고온 크리프 거동에 관하여 고찰하고자

하였다. 또한, 응력 지수 및 변형 활성화 에너지 값을 산출하여

상용 순 몰리브덴 판재에 대한 크리프 특성 평가와 L-M

Parameter를 구하고자 하였으며, 0.5Tm 이상에서 상용 순 몰리

브덴 판재의 고온 크리프 특성에 대하여 고찰하고자 하였다.

[P1-15]

가공열처리에 따른 Ti-39Nb-6Zr(TNZ40) 합금의 미세조직 및 기

계적 특성 변화: *권현준, 김승언, 임가람, 이용태, 이동근1, 이준

희2; 재료연구소 타이타늄연구실. 1순천대학교 신소재공학부. 2동아대

학교 신소재공학과.Keywords: Implant, Titanium alloy, Low elastic modulus,

Thermo-mechanical treatment, Microstructure, Mechanical

properties

타이타늄 합금은 비강도, 내식성 및 생체적합성이 우수하여

생체의료용, 특히 골조직 대체용 임플란트 소재로 널리 사용되

고 있다. 인체의 뼈는 탄성계수가 17~20 GPa 정도로 낮은데

기존의 타이타늄계 임플란트는 탄성계수가 100~110 GPa 범위

로서 이 같은 탄성계수의 차이는 응력차폐 현상에 의한 임플

란트 실패의 원인이 될 수 있다. 이에 본 연구팀은 Ti-39Nb-

6Zr(TNZ40) 합금을 개발하였으며, 탄성계수가 최소 40~45

GPa 범위로 낮고 생체친화적 합금원소로 이루어져 있어 차세대

임플란트용 소재로 적용을 추진 중이다. 그러나 골대체 임플란

트에 실질적인 적용을 위해서는 강도가 충분히 높아야 하므로

미세조직 제어를 통해 최적의 탄성계수와 강도의 조합을 얻어야

한다. 본 연구에서는 진공아크재용해(VAR)에 의해 TNZ40 합

금 잉고트를 제조하고 단조 및 압연을 통해 직경 16 mm의

원자재를 제조하였다. 원자재는 다시 스웨이징 가공을 거쳐 직

경 8 mm의 봉재로 제조되었고 후열처리(direct aging)를 통해

미세조직을 제어하였다. 열처리 온도 및 시간에 따라 β, α, ω

상의 분율이 변화하고, 이에 따라 인장강도 및 탄성계수가 변화

하였다. 본 연구에서는 TNZ40 합금의 가공열처리 공정을 통해

β, α, ω상의 분율 뿐만 아니라 크기와 분포를 제어함으로써 최

적의 탄성계수와 인장강도의 조합을 제시하고자 한다.

[P1-16]

반도체용 텅스텐 스퍼터링 타겟 개발: *김동욱, 홍길수, 양승호, 윤

원규; 희성금속(주).Keywords: Sputtering target, W, Sintering, Semiconductor

텅스텐 타겟은 반도체용 게이트 전극이나 배선재료로 사용되

며, 이러한 어플리케이션(Application)에 사용되는 텅스텐 타겟

의 경우, 저저항, 결정립 미세화, 열적 및 화학적으로 안정한

고순도 등의 특성이 요구된다. 종래에 사용되는 텅스텐 타겟의

제조방법으로는, 전자빔 용해법을 통해 잉곳을 제작하여 열간압

연하는 방법, 텅스텐 분말을 가압소결한 후 열간 정수압 가압법

(HIP)을 진행하는 방법, 텅스텐 분말을 가압소결 후 열간압연하

는 방법 등이 있다. 그러나 전술한 3가지 방법을 이용하여 텅

스텐 타겟을 제조하더라도, 기존에 제작된 텅스텐 타겟의 문제

점인 파티클 결함과 압연 후 조직의 변형으로 인한 성막 불균

일, 결정립 조대화 등이 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서

반도체 성막 공정에서 발생하는 문제를 해결하기 위해서는 결정

립 미세화, 고밀도, 고순도가 확보된 텅스텐 타겟 및 이의 제조

방법에 대한 개발이 요구된다. 특히 텅스텐의 높은 융점과 낮은

유동성 때문에 텅스텐 타겟의 고밀도화는 어려운 문제로 여겨지

고 있다. 본 연구에서는 상기의 문제점을 해결할 수 있는 방안

으로써 무가압소결을 제안한다. 무가압소결을 통하여 제조된 텅

스텐 타겟은 결정립이 미세하며, 고순도를 쉽게 얻을 수 있다.

더욱이 본 연구에서는 무가압소결을 통한 텅스텐 타겟 고밀도화

법에 대해 다룬다.

[P1-17]

전자빔용해 3D 프린팅 기법으로 제조된 티타늄의 표면경도 향상

을 위한 침탄열처리 연구: *김효규, 정재현, 김형균1, 이창우1, 민

석홍, 박형기1; 강릉원주대학교 신소재공학과. 1한국생산기술연구원.Keywords: Additive manufacturing, 3D printing, Titanium,

Electron beam melting, Gas carburizing

적층가공(Additive Manufacturing; AM) 기술은 3차원 물체

를 만들어 내기 위해 원료를 Layer by layer 형태로 여러 층

으로 쌓거나 결합을 시켜 하나의 완성된 제품을 제작하는 기술

이다. 특히 3D 프린팅 기법 중 하나인 전자빔용해(Electron

184

Beam Melting; EBM) 방법은 진공분위기 내에서 전자빔 소스

를 이용하여 금속파우더를 용해하여 3차원 형상의 제품을 제조

하는 방법으로 내부구조가 복잡하거나 용접 및 후처리 공정에서

어려움을 요구하는 제품의 제조에 적용 가능하다는 장점을 갖고

있다. 하지만 대부분의 금속 재료들은 기계적 성질을 향상시키

기 위해 thermo-mechanical process를 이용하지만, 3D 프린팅

으로 제작된 제품은 복잡한 형상으로 되어있어 thermo-mechanical

process를 적용시키는데 한계가 있다. 제품 모양의 변형없이 표

면경도를 향상 시키기 위해서 쇼트피닝, 침탄 열처리 등이 적용

가능하다. 일반적으로 탄소강으로 만든 기어나 샤프트 제품은

가스침탄법을 이용하여 제품 표면의 기계적 성질을 향상시킨다.

따라서 본 연구에서는 3D 프린팅으로 제작된 순수 티타늄에

가스침탄법을 이용하여 금속표면의 경도향상 효과를 목표로 실

험을 진행하였다. 시험편은 평균 크기 73 µm의 구형 순 Ti

(Grade 2) 분말을 이용하여 Arcam사의 A2x 장비로 제조하였

고, 침탄된 티타늄의 표면특성을 평가하였다. 주사전자현미경을

활용하여 미세조직특성을 분석하였고, XRD 및 투과전자현미경

을 활용한 상분석, 성분분석을 실시하였다.

[P1-18]

Al5052의 성형을 위한 전자기-하이드로포밍(Electrohydraulic

Forming)의 금형 설계 및 공정조건에 관한 연구: *김인봉, 심지

연, 강봉용, 우기도1; 한국생산기술연구원전북지역본부 융복합부품농

기계그룹. 1전북대학교 금속공학과.Keywords: Electrohydraulic fomring, Hydroforming, Hydroforming,

Forming condition, Aluminum alloys

최근 전세계적으로 국제 환경 오염 및 연비규제 강화 추세와

에너지 자원의 가격 상승으로 자동차 산업을 포함한 수송 산업

의 차체 중량 절감이 중요시 됨에 따라 새로운 대책이 절실히

요구된다. 이에 따른 자동차 산업의 경량화 방안으로 고장력강

과 알루미늄, 마그네슘 등 고성능, 초경량 소재에 대한 수요도

더욱 증가하고 있으며, 소재 및 부품의 경량화는 엔진효율을 높

여 자동차의 성능향상을 극대화시켜 연비 향상을 기대할 수 있

다. 일반적으로 자동차 차체 경량화를 위해 사용되고 있는 고장

력강, 알루미늄, 마그네슘 등의 소재들은 공통적으로 성형 한계

가 낮은 난성형성 및 난접합성의 특징을 가지고 있다. 특히, 경

량소재의 대표적인 알루미늄 합금은 철계 소재 다음으로 많이

응용되고 있는 소재이지만 용도에 따라 수많은 합금이 개발되어

있으며 사용조건이 매우 민감하고 까다로운 소재이다. 또한, 알

루미늄 합금은 성형강도가 낮고 성형성이 매우 우수한 소재로

알려져 있지만, 경량화를 위해 철계 소재를 대체하는데 필요한

고강도 알루미늄 합금의 경우 성형성은 철계 소재에 비해 크게

떨어진다. 이러한 단점과 문제를 개선하기 위해 고속성형 공정의

한 종류인 전자기 하이드로포밍 기술(Electrohydraulic Forming)

이 이상적 대안으로 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 신 성

형 공정 기술인 전자기-하이드로포밍(Electrohydraulic Forming)

공정을 소개하고 개념을 구체화하여 고속 액압 성형이 가능한 금

형시스템을 설계 및 제작하고 전자기-하이드로포밍(Electrohydraulic

Forming)의 공정조건인 액체 Midium 및 전극 간 거리 등의

실험을 통하여 알루미늄 합금 Al5052 0.5T판재 성형의 가능성

을 검토할 수 있는 기초실험을 수행하였다.

[P1-19]

900oC에서 니켈기 초내열 합금의 고온 부식 저항성에 미치는 합

금 원소의 영향: *위윤성, 서성문1, 정희원1, 유영수1, 장희진2; 조

선대학교 첨단소재공학과. 1재료연구소 내열재료그룹. 2조선대학교 재

료공학과.Keywords: Hot corrosion, Ni-based superalloy, Alloying element,

Alloy design, Gas turbine

본 연구에서는 합금 원소 Co, Cr, Mo, W, Al, Ti, Ta의

함량을 요인으로 하는 반응표면분석법을 통해 합금 조성이 고온

부식 저항성에 미치는 영향을 조사하였다. Ni-(0~15)Co-(8~15)Cr-

(0~5)Mo-(0~10)W-(3~8)Al-(0~5)Ti-(0~10)Ta-0.1C-0.01B 합금

에 75 wt.% Na2SO4 + 25 wt.% NaCl를 도포하여 900oC에

서 4 cycle 동안 고온 부식 실험을 진행한 결과, 부식 속도는

0.00029~0.03751 mg/cm2cycle였다. 분산 분석의 결과로부터

고온 부식 저항성과 관련된 합금 원소는 주로 Co, Cr, Ti였다.

합금 원소 Co, Cr, Ti의 함량이 높을수록 부식 속도가 느렸으

며, Al은 함량이 낮을 때는 부식을 촉진하고 함량이 높을 때는

부식을 억제하였다. Mo, W, Ta은 부식 속도에 미치는 영향이

크지 않았다.

[P1-20]

전자빔용해 3D 프린팅으로 제조한 순 Ti의 전해연마법을 활용한

표면조도 개질 효과: *정재현, 안용근1, 박형기2, 박광석2, 이병수2,

김건희2, 이창우2, 최재호, 김형균2; 강릉원주대학교 신소재공학과.1강원대학교 신소재공학과. 2한국생산기술연구원.Keywords: Additive manufacturing, 3D printing, Electro polishing,

Pure Ti, Electron beam melting

3D 프린팅 혹은 적층가공(Additive Manufacturing; AM)이

라 불리는 기술은 Layer by layer 형태로 제품을 한 층씩 적

층하여 제작하는 기술이다. 금속 3D 프린팅 기법 중 하나인

전자빔용해(Electron Beam Melting; EBM)법은 진공분위기 내

에서 전자빔 소스를 이용하여 금속파우더를 용해하여 3차원 형

상의 제품을 제조하는 방법으로 내부구조가 복잡하거나 용접 및

후처리 공정이 난해한 제품의 제조가 가능하다. 하지만 전자빔

소스 및 금속분말을 이용한 제조공정의 특성 상 일반제조 기법

을 활용해서 제작한 제품과는 다르게 표면이 거칠게 제조되어

제조 후 후처리를 필요로 한다. 분말의 일부분이 제품 표면에서

금속결합이 이루어지면서 제품외형에 잔류하기 때문에 표면조도

가 높게 나타나게 되는데, 완제품을 설계한대로 제조되므로 기

존의 기계적 가공을 적용시키는데 한계가 있다. 제품 표면을 기

계적 변형 없이 균일하게 개질할 수 있는 방법은 기상에서의

열처리, 액상에서의 화학 혹은 전기화학처리, 또는 물리적 블라

스팅 등이 적용 가능하다. 블라스팅의 경우, 압축잔류응력에 의

해 얇은 제품에 치수변형을 동반할 수 있어, 본 연구에서는 전

해연마를 이용하여 표면특성을 개질하는 것을 목표로 실험을 진

행하였다. 시편은 평균 크기 73 mm의 구형 순 Ti(Grade 2)

분말을 활용하여 Arcam사의 A2X로 제조하였고, 전해연마를

통해 전압과 시간의 변화에 따른 표면특성을 평가하였다. 주사

전자현미경을 활용하여 표면의 미세구조특성을 분석하고, 전해연

마에 의한 제품의 두께 및 무게 변화와 함께, Ra 및 Rz 값을

측정하였다. 3D 프린팅 직후의 전해연마 시 시간에 따른 표면

특성 개선 기구를 규명하였으며, 평균 Ra가 제조 직후 50 mm

에서 전해연마 후 10 mm 이하로 향상되는 것을 확인하였다.

전자빔용해 3D 프린팅으로 제조한 순 Ti 제품의 치수변화와

표면조도를 고려한 전해연마 최적 조건을 도출하였다.

[P1-21]

CaO가 첨가된 AZ31합금의 고온변형 특성: *손현우, 이지운, 변

185

동범, 현승균, 윤영옥1, 김세광1; 인하대학교 신소재공학부. 1한국생

산기술 연구원Keywords: AZ31, Dynamic recrystallization, Hot torsion,

Magnesium, Light alloy

마그네슘 합금은 가벼우면서도 강도가 높아 운송수단의 무게

를 감소시켜 에너지를 절감시킬 수 있는 소재이다. 그러나 마그

네슘은 용탕이 급격히 산화하는 문제 때문에 제조에 많은 제약

을 가지고 있는데 CaO가 첨가된 마그네슘 합금의 경우 산화성

을 상당히 줄일 수 있어 주목 받고 있다. 본 연구에서는

0.5 wt% CaO가 첨가된 AZ31 합금을 열간 비틀림 시험을 이

용하여 고온변형특성을 평가하였다. 비틀림 시험은 배럴링현상이

나 네킹이 발생하는 압축시험, 인장시험과는 달리 균일한 변형

을 얻을 수 있고 높은 변형률까지도 시험이 가능하다는 장점이

있어 고온변형특성 평가에 여러 장점을 가지고 있다. 비틀림 시

험은 온도, 변형속도, 변형률의 조건을 변화시켜 가면서 이루어

졌으며 이에 대한 응력-변형률 곡선, 구성방정식, Processing

map, 조직분석 등이 이루어졌다.

[P1-22]

사용 후 휴대기기로부터 회수된 Ag, Au를 이용한 도금화합물 제

조기술 개발: *이아름, 이기웅, 정우용; 성일하이텍(주) 부설연구소.Keywords: PSC, Potassium silver cyanide, PGC, Potassium gold

cyanide, Direct electro chemical synthesis

PGC/PSC는 품질 및 공급의 안정성이 매우 중요하여, 국내

대형 반도체 및 PCB 제조업체는 수요의 전량을 수입에 의존하

고 있다. 또한 전자산업의 지속적 성장 및 제품의 복합화 다기

능화로 Au/Ag 도금의 수요는 지속해서 증가할 것으로 보여 지

고 있어, 수요 금액 측면에서 2010년 이전에 국내 수요금액

1조 이상의 시장을 형성할 것으로 추정한다. 일부 저급 제조에

사용하고 있는 PCB Maker는 국내 제조분을 사용하고 있으나,

전체 수요량 중에 차지하는 비중은 5% 미만일 것으로 추정된

다. 해외 주요 공급업체는 주로 일본 및 미국업체로 대형 소재

회사가 국내 시장을 95% 이상 잠식하고 있다. 국내에서 소요

되고 있는 Au/Ag는 대부분 원광에서 채집되는 버진 메탈을 베

이스로 제조되고 있으며, 100% 수입이므로 수입부대 비용 또한

국내 제조사의 제조 Cost로 작용할 수밖에 없는 상황이다. 이

러한 이유로 PGC와 PSC를 안정하게 공급할 수 있는 기술개

발이 시급하다고 판단되었다. 하지만 기존 공정 방식은 조업시

안정성, 제조공정비용, 화학적 합성 반응시의 효율이 낮은 문제

점을 가지고 있어 이를 고려하여 새로운 공정 기술인 직접전해

합성법(Direct electro chemical synthesis)를 개발 하였으며,

기초실험단계의 실험결과를 바탕으로 scale-up 공정을 거쳐 양

산공정을 확립하였다.

[P1-23]

Al-Mg-Si계 합금에서 시차열분석을 이용한 단범위 규칙화 거동 연

구: *김성수, 이윤상1; 한국원자력연구원 원자력재료안전연구부. 1한

국원자력연구원 연구로핵연료기술개발부.Keywords: Al 6061, Mg diffusion, DSC, Activation energy,

Exothermic reaction

Al-Mg-Si 계 합금에서 발열 반응에 대한 활성화 에너지를

시차열분석(differential scanning calorimeter, DSC)을 통하여

결정하였다. 565oC에서 1시간 유지한 후 수냉 처리 후 열분석

하면 150-330oC에서 발열 반응이 나타나는데, 이것은 Al-Mg

합금에서 석출하는 Mg2Si 또는 Al3Mg2 금속간화합물의 형성과

관련한 확산 반응과 관련된 것이다. 가열 속도를 변화시키면서

시차열분석을 실시하며 발열 반응에 대한 활성화 에너지를 구하

였으며, 수냉 및 냉간 압연에서 각각 92 kJ/mol 및 116 kJ/

mol로 결정되었다. 이 값은 Al에서 Mg 확산에 대하여 문헌에

보고된 값과 잘 일치하는 것이며, 수냉 처리에서 더 낮게 측정

되는 것은 수냉 처리 과정에 잔류한 공공의 역할을 때문으로

보인다. DSC 분석에서 발열 반응이 나타나는 온도는 300oC

이하이며, 이것은 가열된 지 30분 이내에 나타나는 변화이다.

이 사실을 감안하면, TEM 확인 가능한 석출물이 형성되기 전

에도 Al 합금은 변화한다는 것을 의미하며, 이 과정은 단범위

규칙화 현상에 일종으로 사료된다.

[P1-24]

High Cycle Fatigue Properties of Ti-6Al-4V ELI Tube

Manufactured by Mandrel Forging Process: *이용문, 원종

우, 염종택1, 이기영2, 이종수; 포항공과대학교. 1재료연구소. 2KPCM.Keywords: Titanium alloy, Mechanical properties, High cycle

fatigue, Microstructure, Mandrel forging

Ti-6Al-4V ELI 타이타늄 합금은 높은 비강도와 우수한 파

괴인성 때문에 차세대 국방용 소재로 주목 받고 있다. 본 연

구는 (주) KPCM에서 mandrel forging으로 제조한 Ti-6Al-

4V ELI 대형 튜브재의 기초물성 측정 및 피로특성 평가를

목적으로 하였다. 대형 튜브재의 위치 별 미세조직 측정, 인

장시험, 고주기 피로시험을 실시하였고, 이를 바탕으로 제조된

Ti-6Al-4V ELI 튜브재의 인장특성과 피로특성 데이터를 구축

하였다. 미세조직 분석을 바탕으로 위치 별 차이를 보이는 피

로거동을 고찰하였다. 등축정 조직을 가지는 튜브 중심부에서

측정한 인장 강도 및 피로 강도가 주상정 조직을 가지는 튜브

외부의 인장 강도 및 피로 강도보다 우수하였다. 균열 전파의

정확한 정보를 얻기 위해 Orientation imaging microscopy

(OIM)를 사용하였다.

[P1-25]

Al-Cu-Mg 합금의 열처리 조건별 기계적/부식 특성 연구: *윤재

희, 정재길, 이정무, 하헌영, 박익민1; 한국 기계연구원 부설 재료

연구소. 1부산대학교.Keywords: Al alloy, Corrosion, Heat treatment, Microstructure,

Mechanical behavior

Al-Cu(-Mg) 합금은 용체화 처리와 시효처리(T6,T7)를 통해

θ-Al2Cu, S-Al2CuMg상의 나노 석출물을 기지에 분포시켜 높은

비강도를 얻을 수 있는 대표적인 열처리형 합금으로 항공, 자동

차 부품 등의 수송기기 제조에 널리 사용되고 있다. 그러나 높

은 비강도에 비해 Al-Cu(-Mg) 합금은 Al합금 중 부식에 취약

한 것으로 알려져 있는데, 이는 석출물과 석출물 주변 기지와의

높은 전위차이로 인해 갈바닉 부식이 발생하기 때문이다. 석출

물의 양이 증가할수록 강도는 상승하지만 전위 차이가 높은 구

역이 넓어져 갈바닉 부식에 취약한 것으로 알려져있다. 이 전위

차이에 의한 부식은 응력부식균열을 일으켜 결국 본 합금의 사

용범위를 제한하는 결과를 초래한다. 따라서, 본 연구에서는 부

식성과 기계적 특성의 균형을 갖는 열처리 방법을 고안하고자

하였다. 우선 As-cast, 용체화처리, T5, T6, T7열처리 한 Al-

4Cu-0.5Mg 합금을 각각 준비하여 미세조직을 관찰하였고,

0.6M NaCl 용액에서 침지시험 및 분극시험을 실시하여 각 열

처리 조건에 따른 부식성을 평가하였다. 또한 비커스 경도기를

사용하여 열처리 조건에 따른 기계적 특성을 측정함으로써, 내

186

부식성과 기계적 특성의 균형을 갖는 최적화 된 열처리 조건을

도출하고자 하였다.

[P1-26]

주석 폐자원으로 부터 주석 및 동 회수: *진연호, 장대환, 김건

홍, 정항철; 고등기술연구원.Keywords: Tin, Recovery, Recycling, Copper

주석은 최근 첨단 전기, 전자 제품의 핵심 소재로써 지속적

인 수요 증가가 예상되는 전략 금속이다. 국내의 수요량은

2011년 기준 약 17,000톤으로 99% 이상 수입에 의존하고 있

는 실정이다. 그러나, 국내의 주석 제련 산업은 전무한 상태이

며 폐자원에서 재활용하는 회수 기술도 초보 단계이다. 이러한

폐자원 발생량은 12,000톤/year이며, 약 1200억원에 달하는 규

모이다. 다양한 폐자원의 선별적 전처리 요소 기술 개발 및 회

수 공정 시스템 개발이 절실히 요구된다. 본 연구에서는, 주석

폐 자원중 Solder 용융물 및 공정 스크랩 Lead solder, Lead-

free Solder 등 뿐만 아니라, ITO Target 제조시 발생하는

ITO Sludge 그리고 공정 폐액등의 다양한 분야의 주석 함유

폐자원에서 공정 부산물의 분석을 통하여 기초 물성을 파악하여

주석 금속을 회수하고 산화물과의 분리공정 연구를 수행하였다.

특히, 고순도 주석 제조시 발생하는 양극 슬라임 침출액으로부

터 주요 성분인 주석 과 동의 고순도 회수를 위해 습식 전처

리 공정을 수행하였으며, 회수된 물질은 SEM, XRD, XRF 등

의 분석을 통해 분석을 수행하였다.

[P1-27]

동 부산물의 환원반응 공정: *진연호, 양재교, 공만식; 고등기술연

구원.Keywords: Copper, By-product, Recovery, Urban mining

동 및 동 합금은 높은 전기 전도성, 연성 그리고 부식저항성

을 특징으로, 산업 전반에 다양하게 사용되며, 그 수요는 날로

증가하고 있다. 국내 광물 자원 부족으로 동 및 동합금은 수입

에 의존하고 있으며, 가격 변동, 자원 보유국의 수출입제한으로

인하여 안정적인 확보가 어려운 실정이다. 따라서 도시광산의

순환활용을 기반으로 동 및 동합금의 제련하는 공정 기술이 주

목 받고 있다. 이러한 동 및 동합금의 제련시, 분진이 발생하는

데, 이러한 분진은 대부분 대부분 매립되거나 해외로 매각되고

있다. 도시광산을 이용한 동 및 동합금 제련시, 동 광석(Ore)에

비해 10배 이상의 높은 동 함유량을 나타내는 것으로 알려져

있다. 본 연구에서는 유가금속의 건식회수 기술 중 동 및 동합

금의 부산물의 분석을 통하여 성상, 구성성분 등의 정량/정성

분석을 수행하였다. 환원 반응을 위하여 고온에서 CH4 가스를

환원 가스로 사용하였으며, 산화물로 주로 구성되어 있는 동 합

금 부산물의 환원 거동 및 메커니즘을 연구 하였다. 열 중량

분석장치를 이용하여 온도별 동 부산물의 환원 거동을 확인하였

고, 환원 공정 조건을 기반으로 Tube furnace에서 환원 실험하

여 환원된 분말의 분석을 실시하여 환원율 및 회수율을 측정하

였다. 이를 기반으로 Pilot scale의 유동층 환원로를 설계 및

제작하여 950oC에서 동 부산물 환원 실험을 수행하였다.

[P1-28]

타이타늄 및 합금 스크랩의 재활용 공정 기술 개발: *진연호, 장

대환, 양재교; 고등기술연구원.Keywords: Titanium, Scrap, Recycling, Pickling

타이타늄 금속 및 타이타늄 합금은 가벼우면서도 비교적 높

은 비강도, 고온에서 기계적으로 성질 및 내식성이 우수하여 각

종 공업용, 스포츠용 및 일상생활용품에까지 그 사용영역이 넓

어지고 있으며, 최근에는 생체적합성 및 부식 저항성 때문에 치

과 재료 등에서도 각광받고 있다. 이러한 타이타늄은 제품에서

의 물리적 특성을 발현하기 위하여 내부 및 외부 불순물 제어

가 중요하다. 본 연구에서는 가장 많이 사용되는 타이타늄 및

타이타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 두 종류로 한정짓고 가공 중 발생

하는 New scrap을 재활용하기 위한 공정 개발을 수행하였다.

스크랩 물질의 XRF 분석을 통해 성분분석을 수행하였고, 타이

타늄의 표면 산화에 영향을 미치는 온도, 습도 등에 따른 인위

적인 표면 산화를 유도하여, 발생하는 스크랩과 표면 산화층 두

께를 비교하였다. 산세 공정에서의 산의 종류, 침지 시간등에

따른 원재료의 형상, 스크랩 물질등의 공정 변수를 이용하여 최

적 표면 산화층 제거 공정 조건을 도출하였다. 산세 공정 후

표면의 산화층(TiO2) 피막 두께 변화를 전기화학 분석을 수행하

였다. 전기화학분석은 Flat cell을 이용하였다. Potentiodynamic

Polarization scan법을 통해 산화도 분석을 수행하였으며, 이때,

Ringer’s solution을 전해질로 이용하였다. Reference 전극에

SCE(Saturated Camel Electrode), Auxiliary 전극에 Graphite

를 적용하였고, Scan rate는 500 mV/s로 -250 mV~3000 mV

의 범위에서 분석을 수행하였다.

[P1-29]

반도체용 탄탈륨(Ta) 스퍼터링 타겟 개발: *이효원, 홍길수, 양승

호, 윤원규; 희성금속(주).Keywords: Sputtering target, Ta, Hot press, Sintering, Semiconductor

탄탈륨(Ta)는 일반적으로 차세대 반도체 메모리(RAM,

MRAM, FeRAM)확대로 인해 Capping/Magnet Layer로 사용

되며, GMR Head의 Covering Layer로 사용 및 캐패시터

(Capacitor)의 전극층이나, 시드층 형성을 위해 이용된다. 최근에

고집적화로 인한 Cu barrier로 Ta이 많이 사용되는 추세이고

또한, 탄탈륨(Ta) 타겟의 효율을 높이고 성막 후 박막 두께 제

어를 용이하게 하기 위해서는 타겟의 미세 결정립 및 고순도가

요구된다. 또한, 탄탈륨은 높은 열적 안정성을 갖고 구리와 열

역학적으로 안정하며 비교적 낮은 저항성을 가지고 있기 때문에

확산방지막으로 적합한 재료이다. 이러한 결과를 얻기 위해서는

미세한 결정립 및 고순도의 타겟 제조가 요구된다. 종래 탄탈륨

타겟 제조법은 주조 후 압연이나 단조공정을 거쳐 타겟을 제조

하였으나 주조 공정을 통해 제조된 타겟은 결정립이 조대하며,

균일한 결정립을 확보하기 어려운 단점이 있다. 그래서 본 연구

에서는 결정립 제어를 위해 고순도의 탄탈륨 파우더를 Hot

Press 공정을 이용하여 소결(Sintering)을 하였으며, 소결체는 결

정립이 미세하며 고밀도, 고순도 및 저산소의 타겟을 제조할 수

있었다. 상기와 같이 제조된 타겟은 고순도를 유지하면서, 플라

즈마가 안정적이고, 균일한 성막 가능하며, 아킹이나 파티클의

발생이 적으며, 성막 후 면저항의 Uniformity가 우수한 특성을

확보할 수 있었다.

[P1-30]

Al-12Si-3Cu계 공정조성 합금의 주조재와 압출재의 기계적 성질

비교: *유승백, 이지은, 김목순, 이정근1, 류관호1; 인하대학교. 1동

양피스톤.Keywords: Al-Si alloy, Casting, EXtrusion, Microstructure,

Mechanical property

본 연구에서는 동양피스톤으로부터 내연기관용 피스톤 소재로

187

개발된 Al-12Si-3Cu계 공정조성 합금의 주조재와 압출재를 제

공 받아 이들 합금에 대해 미세조직을 관찰하였으며 고온 영역

까지의 기계적 성질을 비교 평가하였다. 기계적 성질의 평가는

인장시험에 의해 행하였다. 인장시험은 1.0 × 10-3/s의 변형속도

에서 실온으로부터 500oC까지의 온도영역에서 진행하였다. 인장

시험 결과 압출재가 주조재보다 모든 온도 영역에서 연신율이

우수한 것으로 나타났다. 인장 시험 후 SEM 파면 관찰을 행

하였다. 주조재 및 압출재에 대해 OM과 SEM에 의해 미세조

직을 관찰한 결과, 주조재에서는 조대한 dendrite 조직이 나타

났지만, 압출재에서는 구상 형태의 미세한 Si 입자와 등축정 조

직이 관찰되었다. 상세한 상분석은 XRD와 EDX 등을 사용하

여 행하였다.

[P1-31]

Al-12Si-1Cu계 공정 합금의 전자기 주조재와 연속주조재의 특성

비교: *전경수, 노흥렬, 김목순, 김종호1, 박준표1; 인하대학교. 1포

항산업과학연구원.Keywords: Al-Si alloy, Electromagnetic casting and stirring,

Direct casting, Microstructure

본 연구에서는 Al-12Si-1Cu계 공정 합금의 전자기 주조재

(Electromagnetic Casting and Stirring, EMC/S)와 연속주조재

(Direct Casting, DC)의 특성을 비교하기 위해 미세조직 관찰

및 고온 압축시험을 행하였다. 미세조직 관찰 결과, 연속주조재

에 비해 전자기 주조재의 등축정 분율이 증가함을 보였다. 압축

시험은 500oC까지의 온도에서 1.0 × 10-3, 3.5 × 10-3, 3.5 × 10-1

및 1.0 × 100 s-1의 변형속도로 실시하였고, 그 결과를 바탕으로

고온 구성방정식을 도출하였다. 각 실험 조건에 따른 압축시험

재의 평균 결정립경의 크기를 Zener-Hollomon Parameter와

관계지어 도시하였다. 본 연구는 민군기술협력사업으로 지원받

았음.

[P1-32]

왕수에 의한 자동차 폐촉매로부터 백금족 금속의 침출 거동: *강

휘, 허수빈, 손용익, 정병하, 손호상; 경북대학교 신소재공학부.Keywords: Pt, Leaching, Aqua regia, Spent catalysts

자동차 폐촉매에 함유되어 있는 백금족 금속은 고가의 자원

으로, 이미 선진국에서는 이러한 금속을 효율적으로 회수하고

있다. 국내에서도 백금족 금속의 회수가 이루어지고 있는데, 폐

촉매의 공급의 부족한 현재 국내 시장을 고려하였을 때, 습식제

련을 통해 백금족 금속을 회수한다면 효율적이고 경제적인 효과

도 기대 할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 폐촉매로부터 백금

족 금속 회수를 위한 침출거동에 대하여 조사하였다. 실험에 사

용된 폐촉매의 담채는 Cordierite (Mg8Al16Si20O72)로 나타났

으며, 100 µm 이하의 분말로 분쇄하여 사용하였다. 침출실험은

2 L 반응조에 폐촉매 시료와 왕수를 투입하여 3시간 동안 수

행하였다. 실험 조건으로 고액비 10~30 g/L, 반응온도 30~95oC,

교반속도 100~300 rpm에서 진행하였으며, 실험 중 일정한 시

간 간격으로 샘플을 채취하였다. 채취한 샘플은 0.2 µm 시린지

필터를 이용하여 여과한 후 ICP를 이용하여 분석하였다. 그 결

과, 온도가 높을수록 Pt, Rh, Pd의 침출율이 증가하는 경향을

나타내었다. 한편 교반속도와 고액비의 변화는 침출에 큰 영향

을 미치지 않는 것으로 나타났다. 반응온도가 침출에 가장 큰

영향을 미치며, 반응온도 95oC, 교반속도 300 rpm, 고액비

20 g/L의 침출실험에서 Pt, Rh, Pd은 각각 97.8%, 95.2%,

95.7%의 침출율을 얻었다.

[P1-33]

황산에 의한 페로망간분진 중 망간 침출 거동: *박수지, 허수빈, 박

성훈, 손호상; 경북대학교신소재공학부.Keywords: Leaching, Sulfuric acid, Ferro-manganese dust

전기로 공정을 통해 생성되는 페로망간은 제강공정에서 탈산

제로 이용되고 있다. 페로망간의 생산 공정 중 Mn과 Fe의 비

점 차이로 인해 Mn의 증발손실이 불가피하여 다량의 망간 분

진이 발생한다. 본 연구는 페로 망간분진으로부터 황산을 이용

한 망간 침출 거동에 대해 조사하였고 이를 속도론적으로 분석

하였다.본 실험은 페로망간분진으로부터 온도(40~90oC), 황산농

도(1.5~3.0 M), 교반속도(50~300 rpm), 고액비(50~200 g/L), 입

자크기(<20 µm, 20~90 µm)에 변화를 주어 3시간 동안 실험을

진행하였으며 샘플링한 시료를 필터링(0.2 µm) 한 뒤 ICP로 분

석하였다. 실험 결과, 침출 온도가 높을수록 침출율과 반응속도

는 증가하였으며 광액농도와 교반 속도, 입자크기가 감소할수록

황산농도가 증가할수록 침출율은 증가하는 경향을 보였다. 침출

최적조건은 황산 2.5 M, 75oC, 100 rpm, 고액비 100 g/L이며

이때의 침출율은 약 74%로 나타났다. 망간 침출반응은 비활성

층을 통한 확산에 의해 율속되며 Mn과 Fe의 침출반응 활성화

에너지는 각각 103.33 kJ/mol, 97.78 kJ/mol로 계산되었다.

[P1-34]

건식법에 의한 폐 PCB로부터 구리 회수: 허수빈*, 박수지, 강휘,

손호상; 경북대학교신소재공학부.Keywords: Copper smelting, Refining, PCB, Pyrometallurgy

폐전기전자스크랩 중 PCB는 약 40%의 금속성분을 함유하고

있으나, PCB 표면은 순수한 Cu만 피복되어 있으며, 이러한

Cu만 박리하여 용융하면 고순도의 Cu를 얻을 수 있다. 그러나

Cu를 박리하는 과정에서 기판성분도 혼입되며, 박리된 상태가

분말이기 때문에 용융이 곤란한 문제점이 있다. 본 연구에서는

기판으로부터 혼입되는 SiO2의 제거와 용융온도 저감을 위하여

플럭스로 FeO를 첨가하여 Cu의 회수율과 순도 및 용융온도에

미치는 영향에 대하여 검도하였다. PCB 표면의 Cu를 박리한

분말 5 g을 시료로 사용하였고, 포집금속으로 Cu 5 g을 사용하

였다. 플럭스로는 FeO를 사용하였다. 실험은 온도, FeO 첨가량

을 달리 하여 수행되었으며 유지시간은 2시간으로 하였다. 실험

후 회수한 금속의 무게를 측정하여 금속의 회수율을 계산하였다.

FeO 첨가량이 증가함에 따라 금속의 회수율도 함께 증가하는

경향을 보였다. FeO 첨가 시 PCB 용융 온도가 저감하여 FeO

를 첨가하지 않은 경우보다 동일 온도에서 높은 회수율을 보였

다. 또한 용융 온도가 올라감에 따라 금속의 회수율도 함께 증

가하는 경향을 보였다. 고순도 구리 회수의 최적 조건으로는

FeO 15 g, 온도 1500oC이였다.

[P1-35]

용질원소 10% 이상을 함유한 난연속주조성 알루미늄 주조를 위

한 전자기장 적용 기술: *윤우석, 견익수; 포항공대.Keywords: Electric magnetic stirrer, EMS, Aluminum continuous

casting

알루미늄 연속주조시 응고 계면에서의 주상정 조직의 성장은

두꺼운 Chill 층의 형성을 초래하여 실수율 및 품질 저하의 주

요 요인이 되므로 이의 성장을 최대한 억제해주는 것이 알루미

늄 연속 주조에 있어서 중요한 과제이다. 이러한 주상정 조직의

형성을 유발하는 주요 인자는 알루미늄 용탕 내 중심부와 외곽

부 사이의 온도 편차인데, 온도 편차가 클수록 주상정 조직 성

188

장을 촉진시키게 되므로 이를 최소화시켜줄 수 있는 기술적인

방법론이 요구된다. 본 논문은 용탕 내부 유동의 source로써

전자기장을 적용하여 일반적인 주조의 경우보다 온도 편차를 현

저하게 감소시킬 수 있음을 전산수치를 이용하여 해석적으로 연

구한 논문이다.

[P1-36]

A Process Development for Indium and Gallium Recovery

from Waste Scrap: *Mishradebaraj, 김홍인, 안효진, 이기웅; 성

일하이텍(주).Keywords: Waste scrap, Indium, Gallium, Demand and supply,

LED

Both Indium (In) and Gallium (Ga) are considered to be

special metals which are being used in various electronics

equipment. The majority of these are applied in LCD and LED

industries where indium and gallium are used as semiconductor

material. The main applications are in laser diode, photovoltaic

cell, ultra-high bright light etc. The production of these metals,

however, is being scarcely done from mining activities. Some

part of indium is being produced from zinc ore mining and the

most remaining from different waste scrap such as indium target

processing industries. Similarly gallium has been recovered as

by-product from Bayor liquor of bauxite treatment process. Other

source of gallium recovery is from LED manufacturing process

industries. Supply and demand of indium and gallium has been in

constant check since last couple of years. Around the world

China holds more than 50% of production and supply of these

two metals. Therefore, the price of these two metals quite

variable depend upon Chinese metal market. Since beginning of

2015, there is downtrend of price of both these metals, which

may be attributed to oversupply of these elements with lacking of

demand in industrial sector. However, the tide of future demand

is expected to increase slowly once the electronics market for

LED demand would in increasing step. So, looking at the future

prospective of these two metals recycling from different waste

material is a key factor in order to fulfil the demand and reduce

the environmental hazardous risk. A study has been conducted to

recover Indium and Gallium from waste LED scrap. The LED

scrap is processed scrap from MOCVD manufacturing process. It

contains indium and gallium associated with nitride. With

substantial heat treatment these nitride bond was broken to oxide

form and then leached with acid to recover each metal. The

proper separation of indium and gallium from leach liquor can be

occurred by solvent extraction process. Indium has higher

affinity towards D2EHPA than gallium at low equilibrium pH

(pH<1.0). So this would help indium extraction first to organic

solvent keeping gallium in raffinate. The indium can be

recovered then by stripping with hydrochloric acid and later

obtained as pure metal through electro-winning process. On other

hand gallium can be recovered from raffinate by subsequent

neutralization and solubilization and electro-winning method. A

process flow-sheet has been sketched out and presented in this

investigation.

[P1-37]

전해제련법을 이용한 CuGa Waste Target의 Cu/Ga 분리 공

정 기초연구: 이정훈, 강승호, *정병조, 서동환; 코리아노블메탈(주).Keywords: Gallium, Copper, CuGa waste target, Electrolysis,

recovery

갈륨은 전량 수입에 의존하고 있는 금속으로 GaAs, GaP 등

화합물 상태로 반도체에 사용이 되고 있다. 친환경적인 에너지

개발 및 육성에 따라 갈륨의 수요가 증가하고 있으며, 특히

CIGS 태양전지의 CuGa Target으로 많은 사용이 되고 있다.

그러나 수요 증가로 인한 폐 스크랩, 폐 Target 등 폐기물 발

생량 또한 증가하고 있는 추세이지만, 이 페기물로부터 유가 금

속 회수 및 고순도 정제할 수 있는 기술이 미비한 실정이다.

특히 CuGa waste Target의 경우 Cu 60~70%, Ga 40~30%

로 높은 함량을 가지고 있음에도 불구하고 갈륨을 분리/정제하

는 기술은 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 CuGa

waste Target으로부터 갈륨을 회수하기 위한 기초실험으로 전해

제련을 이용한 Cu와 Ga의 분리 연구를 실시하였다. 전해제련법

을 이용하여 전해액 농도, 온도, 전류밀도 등 조건을 변화하여

실험하였으며, 이를 통하여 구리와 갈륨의 분리 가능성을 확인

하였다.

[P1-38]

알루미늄 Rod 용해 및 연속주조기술 최적화 공정제어: *장규봉, 임

성철, 양재학; 한국생산기술연구원.Keywords: Aluminum, Aluminum rod, Properzi, Aluminum

melting

종래에 사용되고 있는 알루미늄 선재의 생산과정은 기존에는

압출·인발공정에 의한 생산을 주로 하였으나 낮은 생산성 및 생

산수율, 품질수준의 한계 등의 문제로 고효율 저비용 제조가 가

능한 연속주조공정(Properzi법)에 의한 알루미늄 Rod 제조 기술

을 적용하고 있다. 연속주조공정으로 생산된 알루미늄 Rod는

신선과정을 거치면서 주조 단선 불량을 나타내고 있으며 세선공

정으로 갈수록 품질에 미치는 용해 및 연속주조공정에서의 중간

재의 품질관리가 중요 시 되어지고 있다. 용해공정은 반사로 내

의 용탕온도제어, GBF 처리, 용탕처리 등 용탕의 청정도 관리

가 필요하며 연속주조공정 시의 수냉조건에서의 냉각속도조건

확립이 매우 중요하다. 그러므로 본 연구에서는 알루미늄 Rod

제조를 위한 용해공정, 연속주조공정에서의 개재물제어, 탈가스

처리조건 확립 등을 통하여 공정최적화 조건을 확립하고자 성분

분석, 조직관찰, K-mold, 감압응고법 등을 실시하여, 최적의 용

해 및 연속주조기술 조건 확인 실험을 진행하였다.

[P1-39]

High Entropy Alloy 개념을 활용한 다성분계 경량합금의 미세

조직 및 기계적 특성에 미치는 초음파처리 및 열처리의 영향:

*백은지, 어광준, 정재길, 조영래1; 재료연구소(KIMS). 1부산대학교.Keywords: Aluminum alloy, Multi-component alloy, Heat

treatment, Ultrasonic melt treatment

알루미늄 합금은 높은 비강도와 우수한 전기화학적 특성으로

인해 건축재료, 자동차경량부품, 우주항공재료, 식음료포장재료,

전기전자재료 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나

일반적인 알루미늄 합금은 극저온, 고온, 고압환경에서 취약하다

는 단점을 가지며 이로 인한 빠른 부식속도, 강도저하, 불안정

한 상의 형성을 초래하여 이용분야에서 제품의 수명단축을 야기

한다. 이러한 단점을 극복하기 위해 극한 환경에 대응하는 소재

의 수요를 만족시키기 위한 연구가 진행되고 있다. High

189

Entropy Alloy 소재는 동등의 원자비를 갖는 다성분 원소로 구

성된 합금으로 5~35 at.% 범위의 5종 이상의 원소를 주성분으

로 갖는 결정질의 고상체로 정의된다. High Entropy Alloy 소

재는 느린 확산속도, 극심한 격자왜곡 등으로 인해 고온 강도,

열적 안정성, 부식저항성 등이 우수하여 극한 환경에 대응하는

신개념 소재로 각광받고 있다. 본 연구에서는 High Entropy

Alloy 개념을 활용한 고특성 다성분계 알루미늄 경량합금 개발

을 위해 배열엔트로피가 1.0R 이상인 AlMgSiCuZn 합금을 설

계하였다. 유도용해로를 이용하여 합금을 용해하고 초음파용탕처

리를 실시한 뒤 주조하였고, 이후 100, 200, 300, 400oC에서

각각 두 시간 동안 열처리를 수행하였다. 미세조직관찰, 비커스

경도, 압축시험 등을 통해 초음파용탕처리와 열처리가 합금의

미세조직과 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 초음파처

리로 인하여 합금에서의 기공도가 감소하고 조대한 이차상이 미

세화되었으며, 열처리 이후 300, 400oC에서 경도 및 압축강도

가 증가하였다.

[P1-40]

열교환기 히터 튜브용 클래드 판재의 고강도화를 위한 심재합금

개선: *오영미, 백은지, 어광준, 김형욱; 재료연구소(KIMS).Keywords: Aluminum clad, Core alloy, Tensile strength, Erosion,

Zirconium

알루미늄 합금은 다른 금속 소재와 비교할 때 상대적으로 우

수한 열전도성과 적절한 강도, 뛰어난 성형성을 나타내어 자동

차용 열교환기의 핀, 튜브, 헤더 등의 소재로 이용되고 있다.

우리나라의 경우 현재 자동차용 열교환기 등에 사용되고 있는

브레이징용 알루미늄 클래드 소재를 전량 수입하고 있어 브레이

징용 알루미늄 클래드 소재 및 가공기술 개발이 절실한 시점이

다. 본 연구에서는 히터 튜브용 알루미늄 클래드 판재의 심재로

기개발된 3527K 합금에서 고가의 원소인 Zr 함량을 감소시킨

심재합금(3527M1: 고합금계, 3527M2: 저합금계)을 설계하였다.

심재합금과 피재합금(4343)은 모두 박판주조법으로 제조하였으며

4343/3527M1 및 4343/3527M2 조합의 클래드 판재를 각각

롤 본딩을 이용하여 제조하였다. 피재의 클래드 비율은 약

10%였으며 최초 두께 약 5 mm의 적층 판재를 압하율 60%로

압연 접합하여 클래드 판재를 제조하였다. 클래딩 이후 냉간압

연을 통하여 최종 두께 0.2 mm의 판재로 제조하였으며 이후

연신율 확보를 위하여 어닐링 처리(H24)를 실시하였다. 이때

어닐링 온도는 미세조직 관찰 및 경도 측정 결과를 바탕으로

얻어진 열처리 조건을 적용하여 각각 14시간 동안 열처리를 하

였다. 상기 조건으로 제조된 클래드 판재의 브레이징 전후의 인

장 특성, 브레이징에 따른 침식(Erosion)특성 등을 평가하였다.

본 연구를 통하여 제조된 3527M1 및 3527M2 클래드의 인장

강도의 경우 브레이징 전 각각 209 MPa, 181 MPa이며, 브레

이징 후 각각 201 MPa, 175 MPa로 나타났다. 각각의 시편에

대한 브레이징 후의 침식 깊이의 경우 두 판재 모두 비슷한

침식 깊이를 나타내고 있으나, 3527M1의 경우 국부적으로 침

식깊이가 약 60%에 이르는 영역도 관찰되었다.

[P1-41]

재활용 귀금속 반도체 타겟 제조 방법: *유지상, 홍길수, 양승호, 윤

원규; 희성금속(주).Keywords: Reuse, Ag, Target, Sputter, Spray

Ag 합금은 CD-R, DVD, BD용 반사막, 투과막, 터치패널용

전극막, 박막 태양전지 패널용 반사막 등에 널리 사용되고 있다.

하지만, 사용되어진 타겟은 재활용이 불가능하여 신규 제조를

통하여 타겟을 제조하여야 한다. 이에 본 제조 공정은 사용되어

진 재활용 타겟을 이용하여 신규 재생 타겟을 제조하여 기존

타겟과 동등 또는 그 이상의 물성을 가지는 타겟 제조 방법이

다. 이를 위해 기존 공정으로 제조 되어진 타겟을 제조하였으며,

자사 평가를 통하여 사용되어진 폐타겟을 이용하여 재생 타겟을

제조하였다. 제조된 타겟의 기존 공정으로 제조되어진 타겟과

동일한 물성 및 결정립을 가지는 것을 확인할 수 있었으며, 반

사효율 및 내식성이 우수하고, 박막 Uniformity가 동등 수준을

나타내는 것을 확인할 수 있었다.

[P1-42]

이온플레이팅법으로 제조된 Cr coated Zry-4의 고온산화거동 및

기계적특성분석: *김의중, 박정환1, 김현길1, 박정용1, 정양일1, 박동

준1, 김선한1, 김선진, 김일현; 한양대학교. 1한국원자력연구원.

후쿠시마 사고이후 수소폭발은 원자로의 사고시 안전성에 영

향을 미치는 매우 중요한 요인으로 인식되고 있다. 지르코늄 합

금의 산화시 발생하는 수소를 억제시키기 위한 연구로써 지르코

늄 합금의 고온산화 저항성을 향상시키거나 고온산화 저항성이

우수한 물질 개발하여 경수로의 안정성을 높이는 대안으로 평가

되고 있다. 지르코늄 합금의 고온산화 저항성을 향상시키기 위

해 지르코늄 합금을 코팅하는 기술은 재료의 변형 없이 내산화

성을 향상 시킬 수 있다는 장점이 있다. 하지만 지르코늄합금의

고온산화저항성 향상을 위해 고려되고 있는 금속재료들은 대부

분 중성자 흡수 단면적이 크므로 중성자 경제성을 고려할 때

내산화 보호막의 두께는 얇게 설계되어야 한다. 또한 온도가 증

가함에 따라 지르코늄모재와 코팅물질의 열팽창율 차이에 의한

응력이 코팅막의 건전성을 저해할 수 있기 때문에 치밀하고 접

착력이 우수한 코팅기술이 필요하다. 이온플레이팅법은 다른 물

리증착법과 비교하여 우수한 접합력, 박막의 균일성, 박막 두께

조절의 우수성, 코팅층 조직의 치밀성 등의 장점이 있으며

80% 이상의 고이온화율과 고이온 에너지가 있기 때문에 지르코

늄 합금표면에 내산화막을 코팅하기에 매우 적합한 기술이다.

본 연구에서는 이온플레이팅법을 이용하여 지르코늄합금에 Cr

내산화막을 코팅하여 핵연료피복관의 내산화성을 향상시키는 연

구를 수행하였다. 지르코늄 합금에 Pure Cr을 코팅하고 고온산

화실험을 수행하였으며 고온산화후 기계적 특성 및 미세조직을

분석함으로써 Cr코팅층이 지르코늄합금의 내산화성에 미치는 영

향을 알아보았다.

[P1-43]

3D 개방형 탬플릿를 이용한 Ni-Sn 합금 다공체의 전기화학적 합

성: 연건흠, *김선정; 울산대학교.Keywords: Anode, Ni-Sn alloy foam, Polyurethane template,

Electrodeposition

휴대용 전자기기의 소형화와 더 긴 작동시간이 요구됨에 따

라, 더 작은 형태의 리튬 이온 배터리에서의 높은 에너지 용량

과 더 안정적인 충·방전 성능이 요구되고 있다. Sn 양극재가

기존의 탄소 양극재보다 더 높은 비 용량을 가지고 있지만, Sn

양극재의 cycling 과정 중 발생하는 충·방전 시의 탈 리튬 화

반응에 의한 큰 부피 변화라는 단점을 보완할 필요성이 있다.

이 단점을 해결하기 위해 이 연구에서는 3D 개방형 Ni-Sn 합

금 다공체를 리튬 이온 배터리의 새로운 양극 재로 제시하였다.

Ni-Sn 합금 다공체는 3D 개방형 폴리우레탄 다공체 표면에 Ni

와 Sn의 동시전착에 의해 형성된다. 3D 개방형 Ni-Sn 합금

190

다공체는 빠른 리튬 이온의 이동, 전기화학 반응을 위한 넓은

표면적, 리튬 원자의 짧은 확산거리의 장점을 가진다. Ni-Sn

합금 다공체에서 다공성 Ni 플랫폼은 이온전도성과 리튬 이온

의 고체상태 확산 비와 cycling 특성을 향상시킨다. 또한 합금

요소로써의 Sn은 충·방전 cycle에서의 비 용량과 내 부식성을

향상 시킬 수 있다. Ni-Sn 합금은 폴리우레탄 다공체에 Ni/Ti

층이 스퍼터링 된 표면에 전착된다. 전해액은 기본적으로

SnCl2·2H2O, NiCl2·6H2O, K4P2O7, H3BO3로 구성되어 있다.

Ni-Sn 합금 다공체의 형태나 화학적 조성에 영향을 미치는 전

해액 온도, pH, 전류 밀도, 증착 시간 등 과 같은 전착 조건

을 조절해, 최적의 환원 조건을 설정하여 균일하고 두꺼운 표면

이 형성되도록 하였다. 폴리우레탄 템플릿은 Ni-Sn 합금 다공

체 형성 후 불활성 가스 분위기의 열처리를 통해 제거하였다.

[P1-44]

자동차 폐촉매의 로듐 침출 거동 및 속도 연구: 이수민, *김선정; 울

산대학교.Keywords: Spent automotive catalyst, PGM recovery, Rhodium,

Leaching

PGM 중에서 Rh은 폐촉매 내의 함유량이 상대적으로 작지만

상당한 내재적 가치를 기대할 수 있다. 특히 고온안정성, 안정

한 전기적, 화학적 특성을 가지고 있어 자동차 촉매, 전자 기기,

의료 기기, 보석 및 장신구와 같이 다양한 분야에 적용되고 있

다. PGM의 회수기술에는 크게 건식법과 습식법으로 나눌 수

있으며 습식법에는 크게 직접 침출에 의한 침전법과, 용매추출

법, 전기분해법이 있는데 모든 습식법에서 가장 기초가 되고 조

건에 따라 회수 경향을 쉽게 알 수 있는 공정이 침출이다. 본

연구에서는 회수 비용이 저렴하고 공정이 간단하며 PGM의 선

택적 분리가 용이한 습식 침출법을 통해 용액의 종류와 각 조

건에 따른 Rh의 회수경향을 알아보았다. 또한 Rate equation을

본 실험결과에 적용하여 실험결과에 최적화되는 Kinetics

models를 찾아보았다. Rate equation이란 침출속도의 경향을 알

아보기 위해 시간(t)과 침출율(α)를 가지고 만든 Equation으로

Diffusion controlled mechanism을 기반으로 한 12개의 equation

과 Liqiud-solid reaction을 기반으로 한 17개의 equation이 있

다. 본 연구에서는 Diffusion controlled mechanism을 기반으

로 한 equation이 최근에 발견된 이론이고 수식 형태가 다양하

여 실험결과를 적용하기에 적절하다고 판단하였다. 실험결과와

최적화된 Kinetics models을 선정한 후 Arrhenius equation을

이용하여 Activation energy를 구할 수 있었으며 최종적으로

침출이 가장 원활히 이루어질 수 있는 조건을 찾을 수 있었다.

[P1-45]

직접전해도금을 이용한 텅스텐 기반의 확산방지막에 구리, 구리-은

합금 박막형성에 관한 연구: 김강오, 김수현1, *김선정; 울산대학

교. 1영남대학교.Keywords: Interconnect, Cu, Cu-Ag alloy, Seedless electrodeposition,

W-based diffusion barrier

크기가 작은 동시에 고성능의 전자장치는 ULSI(ultra-large-

scale-integrated)와 같은 반도체 기술의 발달로 인해 가능하였

다. 이 변화에 가장 크게 기여한 것 중 하나가 내부배선의 재

료로 알루미늄을 대신하여 구리를 사용한 것이다. 구리는 알루

미늄보다 더 우수한 전기전도도, 열전도도 그리고 electromigration

저항을 가지고 있고, 나아가 더 우수한 특성의 내부배선을 만들

기 위해서 합금을 사용할 때도 그 기반이 된다. 기존 알리미늄

배선을 형성하던 공정으로 구리 배선을 형성할 수 없기 때문에

dual damascene 구조, chemical mechanical planarization와

함께 사용된 것이 전해도금이다. 따라서 본 연구에서는 전해도

금을 통해서 100 nm 이하의 두께를 가진 구리와 구리-은 합

금의 박막을 형성해 보았다. 많은 연구에서 전해도금 시 사용하

는 구리 씨앗층은 본 연구에 사용할 30 nm 크기의 초미세 내

부배선에서 적용하기 어렵기 때문에 확산방지막에 직접 전해도

금을 하였다. 100 nm 이하의 얇은 두께를 가진 균일한 박막을

형성하기 위해서 착화제, 첨가제(억제제, 가속제, 평탄제)와 같은

다양한 전해질 구성요소의 양과 증착전위를 조절하는 것이 중요

하다. 그 이유는 각 구성원소와 증착전위에 따라 핵형성과 핵성

장 그리고 확산속도가 달라지기 때문이다. 그리하여 이런 다양

한 변수들의 영향력을 알아보기 위해서 순환전위전류법, 선형전

위훑기법 그리고 정전위와 같은 다양한 전기화학적 분석법을 기

반으로 실험하여, Cotterll, Randles-Sevcik, Koutecky-Levich과

같은 이론과 비교하였다. 크기 및 형상, 표면거칠기, 전기전도도

와 같은 막의 특성은 패턴 구조에서는 판별하기 어렵기 때문에

먼저 평탄한 표면의 시편을 사용하여 실험을 실시하였다. 그리

고 이런 과정을 거쳐서 가장 우수한 조건을 트렌치 구조의 웨

이퍼 시편에 적용하여 구리, 구리-은 합금 배선을 형성하였다.

실험에 사용한 시편은 직류 스퍼터링법으로 증착한 50 nm W

과 원자층증착법으로 증착한 10 nm의 WNx를 확산방지막으로

사용하였고, 30 nm의 선폭을 가진 트렌치 구조에 직접 전해도

금을 통해 구리와 구리-은을 채우는 실험을 진행하였다.

[P1-46]

FeCrAl 플라즈마 용사 코팅된 Mo합금의 산화거동에 미치는 후

처리공정의 영향: 하태형, *김정민, 박준식, 김현길1; 한밭대학교.1한국원자력연구원.Keywords: Oxidation resistance, Mo alloy, Plasma spray, Laser

treatment, Annealing

TZM을 비롯한 Mo계 합금은 고온에서 우수한 기계적 성질

을 나타내므로 내열재료로서 많은 관심을 받아왔으나 고온에서

의 내산화성이 낮은 경향이 있어 산화분위기의 고온에서 사용하

는데 제한이 있다. 따라서 내산화성을 향상하기 위해 다양한 방

법으로 내산화성 코팅층을 부품의 표면에 형성시키는 연구가 많

이 진행되어왔다. 본 연구에서는 경제성과 생산성이 우수한 플

라즈마 용사공정을 이용하여 내열성과 내식성이 우수한 FeCrAl

코팅층을 Mo 합금 표면에 형성시키고 후공정으로서 레이저 표

면처리 및 고온열처리를 수행하여 내산화특성에 미치는 영향을

조사하였다. FeCrAl 재료를 플라즈마 용사공정으로 코팅한 시

편의 경우 기지합금인 TZM에 비해서는 월등하게 향상된 내산

화성을 나타내었으며, 후처리공정을 실행한 시편에서는 더욱 우

수한 특성을 가짐을 관찰할 수 있었다. 레이저 표면처리를 통해

용사코팅층의 치밀도가 향상된 것으로 보이며, 특히 추가적으로

고온열처리를 수행한 시편에서는 코팅층이 기지를 안정적으로

보호하는 것으로 나타났다. 즉, FeCrAl이 코팅된 재료를 고온

에서 유지하면 Fe, Cr 등이 Mo 합금의 내부로 확산되면서 내

산화성을 크게 개선하는 거동을 보였다.

[P1-47]

Cu-Al 하이브리드 주조부품의 계면특성: 김남훈, *김정민; 한밭대

학교.Keywords: Cu insert, Aluminum, Interface, Isothermal heating

전기/전자제품의 고집적화를 위해서는 우수한 방열특성을 확

191

보할 필요가 있으며, 이에 따라 전기 및 열전도성이 우수한

알루미늄 합금개발과 더불어 보다 전도성이 우수한 Cu와의 하

이브리드화 연구개발이 진행되고 있다. 경제성을 확보하기 위해

서는 주조공정을 적용하는 것이 유리하므로 본 연구에서는 복

합주조 및 진공흡인주조 방식을 적용하여 하이브리드 부품을

준비하였으며 우수한 계면접합성 및 안정성을 가지지 않으면

이종재료 간 분리나 계면에서의 전도성 방해효과 발생할 수

있으므로 이에 대하여 조사하였다. 주조상태의 Cu/Al 하이브리

드 부품의 계면에서는 단시간의 알루미늄 용탕과의 접촉시간에

도 불구하고 현저한 인서트 구리의 용해 및 AlCu 화합물의

형성이 관찰되었다. 한편, 등온열처리 중 계면에서의 금속간화

합물의 두께는 포물선 방정식을 따라 증가하는 경향을 나타내

었으며, 두께가 증가함에 따라 초기에는 계면에서의 접합력이

증가하였으나 장시간 가열하면 오히려 취성의 증가로 인해 접

합력이 감소하는 경향을 보였다. 주조 후 소성가공 및 열처리

가 하이브리드 부품의 전도성에 미치는 영향도 미세조직과 연

관하여 고찰하였다.

[P1-48]

열전모듈 공정스크랩으로부터 텔루륨의 회수연구: *이화영, 유현진; 한

국과학기술연구원 에너지융합연구단.Keywords: Tellurium, Scrap, Thermoelectric modules, Recovery

텔루륨(Te)은 지각중의 매우 희귀금속중의 하나로써, 최근에는

박막 태양전지 모듈이나 열전모듈 용도로 수요가 급증하는 추세

에 있다. 박막 태양전지는 CdTe 형태로 주로 사용되고, 열전모

듈로는 Bi2Te3 및 Sb2Te3 형태로 많이 쓰이는데 이들을 가공하

는 과정에서 불가피하게 공정스크랩이 발생하게 된다. 그러나,

이들 공정스크랩은 다른 불순물이 함유되지 않은 고순도 화합물

인 경우가 많고 또한 발생한 스크랩을 저장하여 한꺼번에 처리

할 수 있기 때문에 재활용할 가치가 높다. 특히, 텔루륨은 매우

고가의 금속원소로써 현재 국내 수요량의 대부분을 해외로부터

수입하기 때문에 이와 같은 공정스크랩으로부터 텔루륨을 회수

하여 고부가가치 제품화하는 기술이 반드시 필요한 실정이다.

본 실험에서는 공정스크랩으로부터 분쇄, 용해, 용매추출 및 전

기분해를 거쳐 고순도 텔루륨을 회수하고자 하였다. 대상 물질

로는 n-type 공정스크랩인 Bi2Te3/Bi2Se3 혼합물을 원료로 사용

하였으며, 분석결과 주요 성분으로써 Bi, Te, Se 외에 약간의

Ge과 Na이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 산성 수용액을 사

용한 용해실험 결과, hydrogen peroxide와 같은 산화제를 첨가

하지 않는 경우 60% 질산 수용액에서도 원료물질인 공정스크

랩은 거의 용해되지 않는 것으로 나타났다. 그러나, 10%

hydrogen peroxide를 첨가한 상태에서는 30% 질산 수용액에서

3시간 용해시 약 85% 정도의 용해율을 보였다. 따라서, 열전모

듈 공정스크랩을 용해시키기 위해서는 산화제 첨가가 필수적인

것으로 나타났으며, 이 경우 매우 효과적으로 원료물질을 용해

시킬 수 있었다. 한편, TBP(Tributyl phosphate)를 추출제로

사용한 용매추출 실험에서는 수용액중 염산 농도가 증가할수록

Bi 추출율은 감소하였으며, 반면 Te은 염산 농도가 증가함에

따라 추출율이 향상되는 것으로 나타났다. 이때, Te의 적정 추

출 조건은 염산 농도 2.5~4 mole/l이었으며, 그 이상의 염산

농도에서는 Se이 함께 추출되는 문제를 야기하였다. 마지막으로

앞에서 언급한 용해 및 추출공정을 거친 Te 수용액에 NaOH를

첨가하여 알칼리 수용액으로 전환한 다음 전해채취를 실시하였

다. 이때 전류밀도는 20~80 mA/cm2 범위가 적절하였으며, 상

기 과정을 거쳐 열전모듈 공정스크랩으로부터 순도 99.99% 이

상의 고순도 Te을 회수할 수 있었다.

[P1-49]

Development of Manufacturing Process for High Purity

Ru Sputtering Target and Reuse Ru Sputtering Target:

*Oh Jib Kwon, Gil Soo Hong, Seung Ho Yang, Won Kyu

Yoon; HEESUNG Metal Institute.

Keywords: Ruthenium, Sputtering target, Plasma, Sintering, Hot

press

Although Solid State Disk (SSD) is the faster read/write speed,

both the price is too high and the capacity is very low as

conventional Hard Disk Drive (HDD). Recently, hard disk drives

(HDDs) remain the only archival mass data storage device in a

computer. The first disk drive, called RAMAC (random access

method of accounting and control), was developed for the IBM

350 computer in 1957. Over the past decade, as the demands for

digital data have exploded, the storage capacity of HDDs has

grown at a matching rate, if not faster. Today, a 3.5” HDD has a

capacity of 1,000 GB(1 TB), capable of storing nearly a thousand

times more data than a HDD of the same size just ten years ago.

The area storage density of a disk surface in a RAMAC was only

2 kbit/in2. It is now 60 Gbit/in2, a 30 million-fold increase over

the past 46 years with an average annual growth rate of nearly

80% during the last ten years. Recent demonstrations have

shown area recording densities as high as 150 Gbit/in2. In order

to form the thin film electrode for semiconductor memory such

as FeRAM (Ferroelectrics random access memory) and MRAM

(Magnetic random access memory) and PMR (perpendicular

magnetic recording), the PMG (Platinum metal group) thin film

has been widely used in the industry field using sputtering

method. It is known that the PMG sputtering target has small

grain size for thin film uniformity and high purity for low

particling. So the PMG Sputtering Target is fabricated using

small size and high purity powder. And also low gas impurity is

required such as Oxygen and Carbon. Therefore, in this study,

the Ru Powder is fabricated by the DC Thermal Plasma for the

PMG sputtering target, which is known by innovation process

among powder fabrication methods. And the sputtering target

that is sintered using the plasma powder has good properties such

as small grain size, texture and high purity.

[P1-50]

타이타늄 알루미늄 합금의 Mo첨가에 따른 상안정성 및 알루미늄

함량에 따른 조직제어: *송창근, 이지은, 이승훈1, F. Zhang2, 박

준식3; 국립한밭대학교 신소재공학과. 1경북대학교 금속신소재공학과.2CompuTherm. 3LLC.

Keywords: TiAl alloy, Phase stability, Heat treatment

TiAl 합금은 낮은 밀도, 우수한 고온강성, 비강도, 내산화성

및 크립 특성을 가져 기존에 가스 터빈 엔진, 터보차저 등 항

공기와 자동차 산업에서 내열재로로 사용되어 왔던 Ni계 초내

열 합금을 대체할 고온-경량성 소재로 각광 받고 있다. 그러나

상온에서 낮은 연성과 가공성 때문에 현재 이를 개선하기 위해

서 고온특성이 우수한 층상조직 TiAl 합금의 상온연성 및 고온

물성을 개선하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서

는 TiAl 합금 기지에 β-안정화 원소인 Mo를 첨가하여 이에

192

대한 상변태 거동을 고찰하였다. 상태도 계산을 통하여 β-γ 영

역을 규명하였고, 이를 통하여 β-γ 영역의 주조조직 및 1350oC

에서의 등온 열처리를 통하여 조직 변화 및 상분율 변화를 고

찰하였다. 상태도에서 계산된 β-γ 영역은 실험결과와 일치하였

고, 이를 통하여 β/γ의 부피분율을 조절할 수 있었다. 또한 밀

도의 변화를 동반하는 Al의 함량변화를 통하여 생성상의 모양

을 조절할 수 있는 열처리 조건을 고찰하고자 하였다.

[P1-51]

플라즈마를 이용한 초고순도, 미세한 결정립을 가진 Au타겟 제조

방법: *강동한, 강민호, 양승호, 윤원규; 희성금속(주).

Keywords:플라즈마, Au, RDL

Au 타겟은 반도체 RDL(Redistributed Layer)용 또는 Bump

용으로 사용되고 있는 Au 타겟 제조 방법에 관한 것으로, 폐

타겟에 분말을 적층하여 제조하는 방법에 관한 것이다. 종래의

Au 타겟 제조 방법인 습식법은 왕수를 이용한 용해법으로 회수

를 하므로 공정시간이 장시간 소요된다. 본 연구에서는 플라즈

마 공정을 이용하여 분말 제조로서 친환경적이며, 99.999 wt%

이상의 초고순도 분말을 확보할 수 있는 장점이 있다. 특히 플

라즈마를 이용한 방법은 습식 회수법에 비하여 제조 속도가 획

기적으로 단축되는 장점이 있다. 습식법을 이용한 분말 제조 시

산을 이용하여 녹여서 회수를 하므로 환경 문제를 발생 할 가

능성이 있다. 반면 플라즈마를 이용한 방법은 건식 공정으로 제

조하는 방법으로 친환경적으로 분말을 제조 할 수 있다. 제조된

분말을 이용하여 고밀도 타겟을 제조하였으며 물리리적 특성을

분석하였다. 분석된 99.999 wt% 이상의 고순도 분말을 이용하

여 타겟을 제조하였다. 제조 된 상대밀도 99.5% 이상의 고밀도

타겟을 이용하여 물리적, 기계적 특성 및 박막특성을 평가 하였

다. 결정립 Size도 주조 공법에 비하여 50% 이상 미세해지는

것을 확인 하였다.

[P1-52]

Zircaloy-4 표면에 코팅된 Cr 내산화막의 인장응력에 대한 크랙

거동 및 접착력 분석: *박정환, 김의중, 김현길, 박정용, 정양일, 박

동준, 구양현; 한국원자력연구원.Keywords: AIP, Residual stress, Tensile fracture strength, ATF

후쿠시마 사고 이후 고온 내산화성을 향상시켜 사고 상황시

피복관의 산화를 억제하여 수소 발생 및 폭발을 방지하는 사고

저항성강화 피복관에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히,

표면코팅기술은 지르코늄 피복관 표면의 내산화성을 향상시키는

기술로 주목받고 있다. 최근 FeCrAl, Cr, SiC 등 고온내산화성

이 우수한 금속코팅막을 피복관표면에 코팅함으로써 피복관의

사고저항성을 강화시킨 연구결과들이 보고되고 있다. 그러나 지

르코늄 피복관은 노내환경에서 중성자 조사를 받게 되면 길이방

향으로 성장하고 두께방향으로 감소하는 중성자조사 성장 현상

이 일어나게 된다. 그러므로 피복관 조사 성장시 내산화코팅막

의 접착력 및 크랙 거동에 대한 문제가 제기되고 있다. 그러므

로 본연구에서는 내산화성이 우수한 Cr 메탈을 피복관 보호막

으로 선정하여 인장응력에 대한 Cr 코팅막의 크랙거동 및 접착

력을 분석함으로써 노내 환경에서의 코팅막 크랙거동을 예측하

였다. 우선, 접착력이 우수한 것으로 알려진 아크이온플레이팅법

을 이용하여 Zircaloy-4 판재 샘플에 Cr 코팅막을 제조하였다.

인장시험을 통해 특정 응력까지 샘플에 인가하였으며 광학현미

경을 통해 특정 응력에서의 Cr 코팅막 크랙 상태를 분석하였다.

또한 iso-inclination XRD 법을 이용하여 Cr 코팅막의 최초

응력상태를 측정함으로써 인장시험동안 인가된 실제응력을 계산

하였다.

[P1-53]

Cu도금층의 환원 열처리 따른 공정능력향상: *강규호, 김규형, 백

경호; 충남대학교 공대 신소재공학부 금속공학전공.Keywords: Subtractive, Ethcing factor

현재 전자기기의 성능이 고도화됨에 따라 반도체 및 수동소

자 등의 전자기기 내부에 장착되어 있는 부품들이 고집적화 및

소형화의 추세에 맞춰 기술 개발이 이루어지는 동향에 있다. 현

재 Cu배선 형성방법으로는 크게 subtractive 기법과 additive

기법이 활용되고 있다. 이 중 Subtractive 공법은 등방성 에칭

으로 인한 Etching factor 문제로 인해 미세회로를 형성하는데

어려움을 갖고 있다. 따라서 열처리를 통하여 전기 Cu도금층의

미세조직의 거동을 관찰하는 동시에 이러한 미세조직의 변화가

실제 에칭공정의 Ethcing factor에 어떠한 영향을 주는 지에

대한 결과를 고찰하였다. 열처리 구간으로는 150도에서 200도

사이로 정하였으며 1시간의 어닐링 처리를 실시하였다. 실험 결

과 열처리 온도가 증가할수록 수직이방성은 향상한다는 것을 알

수 있다.

[P1-54]

전산모사 및 TEM 관찰을 통한 상온과 극저온에서의 Al-Mg 합

금의 소성기구 변화 규명: *김승균, 변영운, 원성옥, 박준형, 김형

욱1, 안재평2; 고려대학교 신소재공학과. 1한국기계연구소 부설 재료

연구소. 2한국과학기술연구원.Keywords: Al-Mg alloy, Cryogenic temperature, Mechanical

properties, Strengthening mechanism, Dislocation structure,

Stacking fault energy

금속의 소성기구를 지배하는 전위의 움직임이 극저온에서는

매우 제한되기 때문에, 극저온 환경에서 일반적으로 금속의 강

도는 증가하지만 반대로 소성은 감소한다고 알려져 있다. 하지

만 저자들은 쌍롤 박판 주조법으로 제조한 Al-Mg 합금의 경우

극저온에서 강도뿐만 아니라 소성이 동시에 증가하는 현상을 실

험적으로 관찰하였다. 이러한 현상을 구조적으로 해석하기 위하

여 TEM 관찰을 통한 조직 해석과 분자동역학 전산모사

(Molecular dynamics simulation)를 수행하였다. 전산모사 및

실험 결과에서 상온/극저온 간의 온도 변화에 따라 적층 결함

에너지가 변화하였으며, 그 결과 전위 구조의 변화가 발생함을

알 수 있었다. 이를 통하여 일반적으로 알려진 상식과는 달리

극저온에서 금속의 강도 및 소성이 동시에 증가한 실험적 현상

을 구조적으로 해석하였다.

[P1-55]

Al-Mg계 합금의 기계적 특성(강도와 연성) 향상에 대한 Mg의 역

할 규명: *이병현, 김성훈, 박준형, 원성옥1, 안재평1, 김형욱2, 이

재철; 고려대학교 신소재공학과. 1한국과학기술연구원. 2재료연구소.Keywords: Al-Mg alloys, Mechanical characterization, X-ray

diffraction, Dislocation structure, Stacking fault energy

Al에 합금원소 Mg가 소량 첨가될 때, 순수 Al의 강도와 연

성에 비해 크게 향상된 강도와 연성을 가진다는 것은 다양한

실험을 통해 보고되어왔다. 강도와 연성은 대부분의 다결정 금

속 재료에서 배타적인 특성으로, 이 두 가지 기계적특성을 동시

에 증가시키는 것은 ‘dislocation motion’의 관점에서 모순되는

것처럼 보인다. 본 연구팀은 Mg의 첨가량을 변화시키며 수행한

193

Al-xMg (in wt. %)의 비교적인 연구를 통해 Mg의 첨가량이

증가함에 따라 Al-xMg 합금의 강도와 연성이 동시에 증가하는

결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 설명하기 위해, Al-

xMg 합금에서 Mg가 강화기구 및 소성기구에 어떠한 영향을

주었는지에 대해 연구를 진행하였다. 각각의 기구에 대한 Mg의

영향을 고찰하기 위해 XRD, 전자현미경, MD 시뮬레이션을 수

행하여 미세조직적 변화를 관찰하였다.

[P1-56]

폐촉매로부터 백금족 금속의 분리회수를 위한 금속이온의 전기화

학적 거동연구: *박광원, 박제식, 이철경1; 금오공과대학교 신소재

공학과. 1금오공과대학교 신소재공학부.Keywords: Platinum group metals, Selective recovery, Spent

catalyst, Ionic liquid

백금족 금속(PGMs: Platinum Group Metals)은 화학적으로

안정하고 각종 무기·유기화학 반응, 특히 산화·환원 반응이 뛰어

나 의학, 석유 화학, 전기 산업 등에서 촉매로 많이 사용되고

있다. 백금족 금속의 수요는 증가하는 추세에 있으며 핵폐기물

이나 석유 화학 및 정유 공장, 자동차 등에서 나오는 폐촉매로

부터 백금족 금속의 회수에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

폐촉매의 회수는 크게 건식제련과 습식제련이 사용되나, 건식

제련의 경우 폐촉매 전체를 분쇄한 후 고온으로 용해하여 성분

별로 분리하는 고온 반응을 이용하므로 에너지 소모가 많고 시

설 규모가 커야 한다는 단점이 있다. 반면 습식 제련은 백금족

금속을 선택적으로 분리, 회수할 수 있고 거의 모든 백금족 금

속을 회수할 수 있다는 장점이 있어 주로 사용되고 있으나 폐

촉매 전량을 용해시키기 위해 강산성 용액을 대량으로 사용해야

한다는 단점이 있다. 이온성 액체는 증기압이 낮고 전기화학적

으로 안정하여 다양한 전기화학분야에서 활발히 연구되고 있고,

상온에서 전해반응이 가능하여 에너지소비량을 감소시킬 수 있

다. 또한 몇몇 이온성액체는 수용액에 용해되지 않아 수용액에

녹아있는 금속 이온을 추출할 수 있는 추출용매로 사용할 수

있다. 본 연구에서는 폐촉매로부터 백금족 금속의 분리회수 가

능성을 알아보기 위해 Pd, Pt, Rh의 공급원으로 PdCl2, PtCl4,

RhCl3를 폐촉매 비율인 10:1:0.5 M로 사용하였다. 이온성액체

[C4mim]PF6를 이용하여 백금(Pt)을 선택적으로 추출한 후 팔라

듐(Pd)과 로듐(Rh)을 회수하기 위해 [BMIM]Cl을 전해질로 사

용하였다. Cyclic voltammetry로 전기화학적 거동을 분석한 후

정전압법으로 백금족 금속을 회수하였으며, 환원된 백금족 금속

은 FE-SEM, EDS와 ICP를 통해 형상 및 성분을 알아보았다.

본 연구는 환경부 글로벌 탑 환경기술개발사업 중 폐 금속 유

용자원 재활용 기술개발사업의 지원에 의하여 연구되었으며 이

에 감사드립니다(과제번호: GT-11-C-01-230-0).

[P1-57]

Relaxation Behavior and Structural Instability in an

Amorphous Alloy at Ambient Temperature under a Constant

Stress: *Hong Kyu Kim, Michael L. Falk1, Jae-Chul Lee;

Korea University. 1Johns Hopkins University.

Keywords: Amorphous alloy, Disordering, relaxation, Structural

instability

We examined the characteristic features of stress-induced

disordering and thermal relaxation of an amorphous alloy. When

the amorphous alloy was situated under a stress below the global

yield at ambient temperatures for extended time, Disordering was

observed to occur at a stress below the global yield, and its

degree increased abruptly at the earlier stage of loading and

converged to a limiting value with time. Meanwhile, contrary to

previous understanding, relaxation occurred to a significant

leveleven at ambient temperatures, and its degree increased

linearly with time and was temperature-sensitive. The structural

state, therefore, was dominated initially by disordering, but

progressively governed by relaxation after extended time. These

experimental observations were analyzed by deriving a

constitutive equation describing the structural changes of the

alloy.

[P1-58]

Ti, B, Zr 합금 첨가가 Al 7075 합금의 미세조식 및 기계적 특

성에 미치는 영향: *손규송, 김대영1, 권의표1; 한국생산기술연구원

전북지역본부. 1한국생산기술연구원 전북지역본부.Keywords: Al 7075, Micro alloy

알루미늄 전신용 합금 중 강도가 가장 큰 7000계열 합금에

서 Al-Zn-Mg-Cu(Al 7075) 합금에 Ti, B, Zr를 복합첨가하여

미세조직 및 기계적 특성에 관해 연구하고자 하였다. Al 7075

합금에 Ti, B, Zr의 영향을 알아보기 위해 복합첨가량을 다르게

하여 주조하였다. 주조된 합금을 OM(Optical Microscopy), FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy),

EBSD(Electron Back-scattering Diffraction)를 이용하여 미

세조직을 관찰하였으며, 합금의 시효거동을 알아보기 위해

TEM (Transmission Electron Microscopy)을 이용하여 석출물

을 관찰하였다. 그리고 시효처리 온도 및 시간에 따른 기계적

성질을 알아보기 위해 인장시험 및 비커스 경도 측정을 통해

분석하였다. 비커스 경도 측정 결과 시효 시간이 증가함에 따라

경도 값이 증가하였으며, 복합첨가량에 따라 경도 값의 차이를

보였으나, 일정 시효시간 이후로는 비슷한 경향을 보였다.

[P1-59]

SFR 핵연료 U-Zr 연료심의 용해주조방법에 따른 품질특성분석:

*김형태, 김종환, 고영모, 송훈, 김기환; 한국원자력(연).

Keywords: SFR, 핵연료, U-Zr, Mn, 미세조직, 용해, 주조

소듐 냉각 고속로(SFR)는 경수로의 사용 후 핵연료를 재순환

할 수 있고, 종래의 발전 보다 대략 60배 가량 우라늄의 이용

율을 늘릴 수 있기 때문에 4세대 원자력발전으로 주목 받고 있

고, 대한민국에서도 실증로를 건설 예정이며 SFR은 2028년 까

지 개발되고 있다. 금속핵연료 제조는 핵연료심, 핵연료봉, 핵연

료집합체 제조로 이루어진다. SFR 핵연료 제조공정중 핵심기술

은 금속핵연료 제조기술이다. SFR 핵연료심 제조를 위한 용해

주조방법에 대한 연구가 필요하다. U-Zr 연료심 각각 다른 분

위기에서 용해하여 다른 용탕 온도에서 출탕하여 U-Zr 연료심

을 용해주조 하였다. 제조된 연료심의 품질특성을 분석하기 위

해 균질성을 알아보기 위해 질량측정과 상부, 중부, 하부에 대

한 밀도측정과 조성분석을 하였고, 각 부위별로 결함여부를 측

정하였다. 또한, 연료심 수출율을 알아보기 위한 연료심의 직경

측정을 하여 진행하여, 연료심의 가장 이상적인 품질을 보여주

는 용해주조방법을 알아보았다.

[P1-60]

압연 공정 조건에 따른 Al-CNT 복합체의 미세조직 및 기계적

특성 변화: *이종범, 정하국; 한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구

194

소 융합공정신소재그룹.Keywords: Al/CNT composite, Rolling condition, Microstructure

Al-CNT 금속복합 소재는 최근 일고 있는 자동차, 항공 등에

서 경량화를 위한 소재로 다양한 부분에 적용하기 위해서 연구

가 활발하다. 하지만, Al-CNT 금속복합체는 CNT가 존재하기

때문에 강도는 높으나 성형 특성이 저하되는 단점이 있다. 또한

중간재, 최종재의 제품을 만드는 과정 중에 CNT 간의 반데르

발스에 의해 CNT 간의 응집 현상이 일어나서 특성을 저하시

킨다. 따라서 소재가 고유의 특성을 구현하기 위해서는 소성변

형 중에도 CNT 분산 및 응집 현상이 일어나지 않게 하는 것

이 매우 중요하다. 본 연구에서는 핫프레스에 의해 제조된 Al-

CNT 복합체를 이용하여 다양한 압연 공정을 적용하여 소성변

형에 의한 소재의 기계적 특성과 미세조직 변화를 관찰하였다.

[P1-61]

전자교반으로 만들어진 AL-Zn-Mg (Al 7075)합금의 고온압축 거

동을 통한 유동강도 예측: *박상용, 김우진1, 정하국1, 이종범; 한

국생산기술연구원 인천지역본부. 1홍익대학교.Keywords: Al7075, Electromagnetic stirring, Hot compression

test, Deformation processing map

Al-Zn-Mg계 합금은 고비강도 재료로서 철계 소재에 비해

40% 경량화가 가능하며 항공기, 스포츠용품 등 비강도를 중요

시하는 구조재료에 사용된다. 그러나 Al-Zn-Mg계 합금은 응고

과정에서 조대하고 불균일한 미세조직을 갖기 때문에 정교한 성

형이 어렵다. 성형성을 향상시기키 위해 열간 다공정이 필요하

지만, 그 과정에서 결함이 생성되어 원소재의 낭비, 생산성 감

소 등의 문제가 나타난다. 최근에 소성가공 시 발생되는 성형결

함과 결정립크기, 조직변화 등의 예측을 통해 최적공정을 얻기

위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Al-Zn-Mg계의 응

고 과정에서 미세하고 균일한 미세조직을 얻기 위해 전자교반

(EMS; Electromagnetic Stirring) 법으로 빌릿을 제작하였다.

전자교반법은 용탕에 전자장을 걸어서 내부를 유동시켜 응고 균

열 및 수지상 성장 억제, 결정립 미세화, 편석 제거 등과 같은

미세조직을 얻을 수 있다. 또한 비교를 위해서 통상적인 연속주

조(DC; Direct Chill casting) 법으로 빌릿을 제작하였다. 전자

교반법과 연속주조법으로 얻어진 빌릿의 성형결함을 예측하기

위해서 다양한 변형온도 및 변형 속도 조건으로 고온압축실험을

진행하였다. 그리고 재료의 변형기구를 분석하기 위해 동적재료

모델(Dynamic materials model)과 유동 안정 및 소성 불안정

기준을 적용하여 변형공정지도를 제작하였다.

[P1-62]

소둔처리된 니오븀(Nb)의 온간 성형 및 미세조직 변화 연구:

*이종범, 박상용, 정하국; 한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소 융

합공정신소재그룹.Keywords: Niobium, Annealing, Defomation, Microstructure

니오븀은 초전도 합금을 만드는 데도 많이 사용된다. 나이오

븀-저마늄(Nb3Ge), 나이오븀-주석(Nb3Sn), 나이오븀-타이타늄

(NbTi) 합금은 제2형 초전도체로, 강력한 초전도자석3)을 만드

는 전선 코일로 사용된다. 또한, 최근에는 저온초전도체 MgB2

에서 Nb는 MgB2 wire의 확산방지층으로 구성되어 있어 초전

도 특성을 구현하기 위해서는 필요한 소재이다. MgB2 초전도

선재 제조하기 위해서는 압연, 압축, 인발 등의 소성변형 공정

을 적용하고 있으며 건전한 선재를 얻기 위해서는 Nb의 기계

적 특성 및 미세조직 변화에 관한 데이터가 필요하나 현재 그

에 관련된 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 초전도 선재

개발에 필요한 Nb를 완전 재결정화 즉 열처리한 후 소성변형

요소에 따른 기계적 특성과 미세조직 변화를 관찰하여 성형 한

계에 관하여 알아보았다.

[P1-63]

IGCC 분위기에서 Haynes 합금의 부식 거동: *김민정, 지권용, 박

상환, 이성규1, 이동복; 성균관대학교 자연과학캠퍼스. 1고등기술연

구원.Keywords: IGCC, Haynes alloy, Corrosion

석탄 가스화복합 화력발전 설비는 우수한 열효율 및 친환경

적인 시스템으로 구성되어 있음에도 시스템을 구성하는 부품 소

재의 신뢰성이 낮고, 기존 미분탄 발전 시스템 보다 down

time 및 유지보수 시간이 길어 아직까지 경제성을 확보하지 못

하고 있다. 따라서 본 연구에서는 신뢰성을 갖춘 부품 소재를

개발하여 이러한 한계점을 극복하고자 고등기술원에서 보유하고

있는 1~3톤급/일 pilot 설비에 31Fe-20Ni-22Cr-18Co-3Mo-2.5W

(wt.%) 합금과 57Ni-22Cr-14W-5Co-3Fe-2Mo(wt.%) 합금을 부

착시켜 운전시킨 후 시편을 분석하여 IGCC 분위기내에서 합금

의 부식거동을 살펴보았다. 그 결과 우수한 내부식성 합금원소

의 첨가로 내부식성이 증진되어 열악한 부식을 발생시키는

H2S로부터 모재가 보호되어 S와 관련된 황화물은 형성되지 않

았으며, Ni의 함유량이 높은 57Ni-22Cr-14W-5Co-3Fe-2Mo(wt.%)

합금에서 더 우수한 내부식성이 나타났다. 본 연구는 2013년도

정부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구

사업임(No. 2013R1A1A2064793).

[P1-64]

스프링용 Ti-6Al-4V 봉재의 기계적 특성에 미치는 열처리 온도

및 시간의 영향: *황유진, 김창림, 박양균, 김진영1, 박만복, 이동

근; 순천대학교. 1(주)알앤더블유.Keywords: Ti-6Al-4V, Tensile properties, Heat treatment,

Titanium spring

기계, 자동차, 자전거, 오토바이, 설비 등에서 다양한 용도로

사용되고 있는 스프링은 강도뿐만 아니라 연신율, 성형성, 스프

링 상수 등 다양한 물성이 요구되며, 스프링의 기본 성능은 소

재의 탄성계수와 탄성한계에 의해 결정지어진다. 스프링의 용도

에 따라 스프링의 물성이 적절하지 못하면 균열, 소성변형 등이

발생하는 문제점이 있다. 일반적으로 스프링 소재로 철강소재가

주로 사용되고 있으나, 타이타늄 합금의 낮은 탄성계수와 높은

비강도 특성을 이용하면 우수한 효율성을 갖는 스프링의 제조가

가능하다. 이에 널리 사용되고 있는 Ti-6Al-4V 합금을 이용하

여 스프링 특성에 맞도록 기계적 특성을 제어하고자 하였다. 이

를 위해서는 비강도 뿐만 아니라 성형을 위한 연신율도 함께

요구되며, 최적의 열처리 조건을 확립하는 것이 필수적이라 할

수 있다. 본 연구에서는 α+β 합금인 Ti-6Al-4V 봉재를 β변태

온도 이하영역에서 온도와 시간을 다양하게 변화시켜 열처리를

실시하였다. 각각의 조건에 따라 열처리한 후 시편의 미세조직

학적 특성을 분석하고, 이 미세조직의 변화가 스프링용 타이타

늄 소재의 기계적 특성에 미치는 영향에 대해 고찰하였다.

[P1-65]

A356.2합금의 응고 중 수축개시온도 측정 및 인장강도 발현:

*서석용, 민경욱, 김기영, 김석준; 한국기술교육대학교.Keywords: A356.2, Shrinkage initiation temperature, Shrinkage

195

intensity

최근 주조 공정에서 나타나는 문제들을 효율적으로 개선하기

위한 다양한 방법의 연구들이 활발하게 이루어지고 있다. 그 중

점진적 응고 제어 방식은 용탕의 응고 속도와 제품의 형상에

기인하여 용탕 주입을 여러 단계로 나누어 각 단계별로 적절한

속도와 간격을 적용시키고, 냉각채널을 배치하여 제품의 부위별

로 냉각속도를 제어하여 압탕을 최소화시키며, 주조품의 치수

정밀도를 높이는 주조공법이다. 본 연구는 합금의 응고 중 수축

이 발생하는 시점의 온도와 변위, 수축에 의해 발생하는 힘을

측정하여 점진적 응고 제어 방식의 용탕 주입 단계별 시간과

용탕의 양을 결정하는 기준을 제시하여 주도록 한다.실험은

A356.2합금을 녹여 만든 용탕을 스토퍼를 이용하여 720oC에서

급탕이 되도록 하였다. 변수로 각각 금형온도(oC)-Sr양(ppm)을

25-100, 400-0, 400-100으로 두고 각 변수별로 세 번 씩 측정

하였다. 측정 결과 25-100 조건에서 인장강도 발현온도는

604.4oC, 용탕의 고액구간에서의 인장강도가 2.04 N로 측정되었

고, 400-100 조건에서 596.5oC, 6.96 N, 400-0 조건에서 609.3oC,

6.02 N으로 각각 측정되었다. 수축개시온도는 25-100 조건에서

576.2oC, 400-100 조건에서 510.6oC, 400-0 조건에서 526.8oC

로 나타났다. 금형의 온도가 높을수록 고액구간에서의 수축 인

장강도가 크게 나타났고, 수축 개시 온도가 상온의 금형보다 더

낮게 나타났다. 또한 Sr을 첨가하면 고액구간 인장강도가 더 크

게, 수축개시 온도가 더 낮게 나타났다.

[P1-66]

제품 물성분석을 통한 FeMn 정련제품의 분말율 저감 연구: *장

형순, 손일, 조해창1; 연세대학교. 1동부메탈.Keywords: Mn, Powder, Solidification, Refining, FeMn

분말은 크기에 따라 입체, 분체, 미분체, 초미분체로 분류되고

있으며, 분말율(해당 입도에 적합하게 가공되는 비율)측정이 가

능하며, 분말율의 정도에 따라 산업의 경제적 영향이 크기 때문

에 분말율 저감 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는

정련 FeMn 공정시 발생하는 분말의 정도를 파악하여, 분말 발

생 현상을 줄이는 방안을 제시하려 한다. 또한, 조성, 고/액 계

면 전방에서 온도구배, 계면속도 또는 응고속도, 고/액 계면 에

너지, 용융금속에서 불균일 핵생성 및 고상의 성장 연구를 통하

여 응고의 메커니즘을 연구를 발표할 계획이다.

[P1-67]

주석 폐자원으로부터 고순도 주석 회수: *안효진, 김홍인, 이기웅; 성

일하이텍(주) 부설연구소.Keywords: Tin, Electro refining, Tin scrap, High purity Tin,

Electrolyte

주석함유 폐자원으로부터 건·습식 복합과정을 통한 고순도 주

석을 회수하는 공정에서 전해정련을 활용한 고순도 주석의 회수

를 위한 연구를 진행 하였다. 본 연구에서는 건식정련 공정에서

1차 정련된 조주석을 황산 전해액을 활용한전해정련을 통하여

고순도 주석으로 획득을 위한 조건을 검토하고자 하였다. 실험

결과 순수 H2SO4만을 기초로 하는 전해액은 양극 부동태 현상

으로 24시간 이상 전해정련의 유지가 어려움을 확인 하였으며,

Cu가 1% 함유된 양극을 사용하였을 때 전해주석의 Cu함량이

0.1%가량으로 매우 높게 측정됨을 확인 하였다. 또한 H2SO4을

기초로 하는 전해액에 HCl을 첨가하여, 혼합산으로 제조 할 경

우 HCl의 첨가량이 증가 할수록 전해주석중의 Cu 함량이 제

어되는 것을 확인 하였으며, 이때 전해주석중의 Cu 함량이 약

600 ppm에서 30 ppm까지 감소함을 확인 하였다.

[P1-68]

Zn-Al-Sn 합금의 상평형 및 물리적 성질: *Tae Kwon Ha, SeokHong Min, Ju Hyun Won, Ji Chan Kim, Hyun Woo Lee;

Gangneung-Wonju National University.

Keywords: Lead-free solder, Zn-Al-Sn alloy, Phase equilibrium,

Rolling, Microstructure, Hardness

Feasibility of Zn-Al-Sn alloy for the application to fuse

material of protection device in Lithium-ion battery was tested in

this study. The effect of Tin contents on the microstructure and

formability of Zn-Al-Sn alloy, which has also been attracting

intensive focus as a Pb-free solder material, was investigated in

this study. Phase equilibrium has been calculated by using

FactSage® to evaluate the composition and fraction of equilibrium

phases. In the case of Zn-4Al-XSn (X = 1, 3, 5, 7, 9) alloys,

melting temperatures were expected and measured to decrease

from 392.1oC to 374.3oC with Tin contents increased from 1 to 9

weight percent. Cold rolling was successfully conducted for all

alloys with various Tin contents into the sheets with thickness of

0.5 mm.

[P1-69]

알루미늄 용탕의 점도 및 유동성에 미치는 Si 첨가 영향 평가:

*이영기, 윤정일, 황석민, 최봉재1 김영직; 성균관대학교 신소재공학

과 응고제어연구실. 1인하공업전문대학교 금속재료공학과.Keywords: Viscosity, Fluidity, Aluminum, Silicon

주조 공정에서의 유동성은 용탕이 응고하여 유동을 정지하

기 전까지 흐를 수 있는 최대 길이로 정의된다. 액체 상태에

서의 점도, 응고시의 열특성과 임계 응고 분율이 용탕의 유동

특성을 결정하는 주요 인자로 작용하며, 기존 연구를 통해 응

고시의 열특성 및 임계 응고 분율이 용탕의 유동성에 미치는

영향에 대한 실험식이 제시되는 등 활발히 진행되고 있다. 그

러나 일반적으로 용탕의 액체 상태의 특성인 점도가 용탕의

유동성에 미치는 영향은 용탕의 점도가 증가하면 유동성이 감

소하는 반비례 관계로 알려져 있지만, 용탕의 점도와 유동성과

의 정량적 관계에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 특히 유동성

이 합금의 중요 특성으로 작용하는 주조용 Al-Si 합금의 경

우, Si 첨가시 유동성이 증가하는 경향에 관한 연구는 Si 첨

가량 증가로 인한 합금의 용융점 감소 및 응고시 열특성 변

화에 중점을 두어 연구가 진행되어 왔다. 그러나 용탕의 주요

유동 예측 인자인 점도가 유동성에 미치는 영향에 대한 연구

는 거의 이루어지지 않았으며, 이에 본 연구에서는 Si 첨가가

액체 상태의 특성인 용탕 점도 변화에 미치는 영향에 대해

평가하고, 최종적으로 용탕의 점도와 유동성과의 관계에 대하

여 고찰하고자 하였다. 본 연구에서는 액체 상태 특성인 용탕

점도 측정을 위하여 비토크식 낙구형 점도 측정시스템을 구축

하여 Si 함량 변화에 따른 Al-Si 합금 용탕의 점도를 측정하

였다. 또한 열분석을 통해 응고시 Si 함량에 따른 응고온도

및 응고잠열 등의 열특성을 측정하고, 이후 감압 유동성 시험

을 통해 각 합금의 유동성을 측정하였다. 기존에 제시된 문헌

식에서 응고시 열특성과 유동성과의 관계를 평가하고, 이 결과

를 통해 Al-Si 합금에서 액체 특성인 점도가 유동성에 미치

는 영향에 대해 정량화하고자 하였다.

196

[P1-70]

용융염전해를 통한 LiF-NdF3-Nd2O3 시스템의 Nd금속 회수:

*오윤석, 이영주, 김주영; 포항산업과학연구원 신금속연구본부.Keywords: Neodymium, Fused salt electrolysis, Magnets

Nd는 Nd2Fe14B계 영구자석의 핵심원소이며, 산화물이 아닌

금속형태로 사용되고 있는 가장 대표적인 희토류원소 중의 하나

이다. 특히 Nd계 영구자석의 경우 원료에 포함된 산소, 질소

등 불순물에 따라 특성의 변화가 민감한 특성을 보이고 있어

고순도의 Nd 금속의 사용이 Nd계 영구자석의 특성향상에 매우

중요하다. 그러나 국내의 경우 Nd를 비롯한 희토류 관련 산업

기반이 취약하여 고순도 Nd 금속의 제조에 대한 연구가 미흡

한 실정이다. 본 연구에서는 기존 희토류 산업에서 가장 널리

사용되고 있는 용융염전해법을 통해 Nd 산화물로부터 고순도의

Nd금속을 회수하고자 하였다. 고순도의 Nd 금속을 회수하기 위

해서는 전해효율을 극대화할 수 있는 최적의 용융염 조성을 도

출하는 것은 물론이고, 용융염 조성에 따른 전해온도, 전해전압,

전극봉의 설계 등 다양한 공정조건을 검토하여 최적 조건을 확

보하는 것이 필요하다. 이를 위해 LiF-NdF3-Nd2O3 시스템을

기반으로 하여 고순도의 Nd 금속을 회수하기 위한 공정조건을

도출하였으며, 고순도의 Nd 금속을 성공적으로 회수하였다.

[P1-71]

Al2Ca를 함유한 Al-Mg 합금의 고온에서의 산화막 성장거동:

*하성호, 이수연, 윤영옥, 염길용, 김봉환, 김세광; 한국생산기술연

구원.Keywords: Al-Mg alloy, Al2Ca, Oxidation resistance

Al 합금에 있어서 Mg 함량의 증가는 강도 및 내식성의 증

가뿐만 아니라, 소재의 경량화에 기여한다. 하지만, Mg의 강한

산소친화력 때문에 5 wt% 이상의 첨가는 제한적이다. Al-Mg

합금의 용해공정 중에 Mg은 Al보다 강한 산소친화력 때문에

표면에 우선적으로 산소와 반응하여 Mg계 산화물을 형성시킨

다. 하지만, 이는 치밀한 산화피막으로 형성되지 않고 다공질의

형태로 생성되어 두꺼운 층으로 성장하고, 용탕교반 및 합금화

중에 용탕 내부로 혼입되어 합금의 특성에 악영향을 미친다. 뿐

만 아니라, 용탕상태로 장시간 유지될 경우 지속적인 Mg의 산

화반응으로 인해 용존 Mg 함량의 감소를 일으킨다. 선행 연구

를 통해서, Mg 합금원소로서 순Mg이 아닌 Mg+Al2Ca 모합금

을 사용한 결과, Mg 함량 5~10 wt%에 걸쳐 산화저항성의 개

선과 용탕상태에서 Mg 손실 억제가 얻어졌음을 발표한 바가

있다. 이 연구를 통해서 내산화기구의 한 근거로 치밀한 CaO/

MgO 복합산화막의 존재를 보고하였다. 본 연구에서는 Mg 함

량 그리고 온도 등을 고려한 가혹한 산화 조건에서의 CaO/

MgO 복합산화막 성장거동에 대해 조사하였고, Break-away

oxidation에 이르기까지의 과정을 고찰하고자 하였다.

[P1-72]

A356 합금의 용체화 열처리 시의 미세조직 및 기계적 특성의 변

화에 미치는 Al2Ca 및 과잉 Mg 첨가의 영향: *이수연, 윤영

옥1, 염길용, 김봉환1, 김세광1, 현승균; 인하대학교 신소재공학부.1한국생산기술연구원.Keywords: A356, Al2Ca, Eutectic Si, Solution heat treatment

주조용 Al-Si-Mg계 합금은 우수한 기계적 특성과 주조성 때

문에 항공기와 자동차 산업에 널리 이용되고 있다. 이 합금계의

기계적 특성은 공정 Si의 형상에 따라 큰 영향을 받는다. 주조

조직의 공정 Si 개량화는 Sr, Na, Ca 등과 같은 원소에 의해

서 얻어질 수 있다. 또한, 이에 대한 기구는 일반적으로 Si상의

불안정한 계면을 생성시키고 Si 성장에 있어서의 분지를 일으키

는 쌍정의 증가와 밀접한 관계가 있다. 한편, 최근 한 보고에

따르면 합금원소로서 Mg을 첨가하는 대신에 Mg+Al2Ca 모합

금을 첨가함으로써 합금의 용해 및 용탕 유지 시 Mg의 산소

와의 친밀성 때문에 발생하는 산화막 생성 및 Mg 손실이 억

제되었다고 한다. 또한, 상술한 바와 같이, Ca 첨가로 얻어질

수 있는 Si 개량화도 동일하게 얻어졌다. 따라서 Mg+Al2Ca

모합금 적용을 통해서 합금 경량화 이슈에 따라 Mg을 증량한

합금 설계가 가능하며 동시에 개량화 또한 가능하다. 본 연구에

서는 일반적인 주조용 Al-Si-Mg계 합금인 A356(Al-7Si-0.4Mg)

에 Mg 첨가원소로서 Mg+Al2Ca 모합금을 사용하여 얻어진 개

량화를 XRD 기법을 통해 공정 Si의 twin probability를 조사

함으로써 수치화하였고, Mg 함량을 1.5%까지 증량하여 용체화

열처리 시의 합금의 미세조직 및 기계적 특성의 변화에 미치는

영향에 대해서 조사하고자 하였다.

[P1-73]

CoCrFeMnNi High-Entropy Alloy의 상 안정성에 대한 연구:

백승민, 김천야, 이동희, 김용환, 신윤지, 장예령, 이범희, *박노근; 영

남대학교 공과대학 신소재공학부.Keywords: High-Entropy alloy, CoCrFeMnNi, High-Pressure

torsion, Annealing, Phase stability

최근 새로운 금속 합금으로 소위 ‘High-entropy alloy’로 불

리고 있는 다중원소합금이 많은 각광을 받고 있다. 이는 최소

5개 이상의 원소를 약 5~35%로 섞은 합금으로 원소들간의 배

열 엔트로피를 극대화시키는 전략으로 재료를 안정하게 만드는

데 그 목적을 가진다. 다양한 원소들이 혼합되기 때문에 단상의

금속합금을 얻기가 어려우나 CoCrFeMnNi 계는 예외적으로 단

상을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 CoCrFeMnNi

계에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 고압 비틀림

(high-pressure torsion) 공정과 열처리를 통한 실험 결과,

CoCrFeMnNi 계 역시 단상이 아닌 새로운 상을 갖는 결과를

얻었다. X-선 회절 실험과 투과전자현미경을 활용한 조직 관찰

등의 실험적 방법을 통한 접근과 열역학 계산(Thermo-Calc 소

프트웨어)을 통한 이론적 접근을 바탕으로 새롭게 발현되는 상

에 대한 특징을 살펴보고, 왜 기존의 보고들과 상이한 결과가

나온 것인지에 대한 토의를 갖는다.

[P1-74]

영구자석용 네오디뮴 금속 생산 실증화 연구: *이고기, 조성구; 포

항산업과학연구원.Keywords: Permanent magnet, Neodymium, Metal, Production

본 연구는 영구자석의 원료로 사용되는 네오디뮴 금속을 제

조하기 위하여 용융염 전기분해 공정을 이용하여 금속을 제조하

였다. 사용된 용융염은 LiF, (Pr,Nd)F3이며, 원료는 (Pr,Nd)2O3

를 이용하였다. 용융염 전기분해 설비 규모는 네오디뮴 금속 생

산기준으로 60 kg/day 수준이며, 평균 전류효율은 70% 이상을

확보하였고, 제조된 금속은 표면처리를 수행한 후 순도를 측정

한 결과 99.9% 이상이었다.

[P1-75]

FeCrAl 및 Cr 코팅 Zr 판재의 기계적 특성평가 연구: *박동준,

김현길, 박정용, 정양일, 박정환, 구양현; 한국원자력연구원.Keywords: FeCrAl alloy, Cold spray coating, Zr, Mechanical

197

property

현재 경수로 원전의 핵연료 피복관 튜브 소재로 사용 되고

있는 기존의 Zr 합금의 부식 및 고온 산화 저항성 향상을 위

하여 Zr 합금 표면에 여러 코팅층을 형성하는 연구를 수행 하

였다. 우선 표면 코팅 방법으로는 저온분사 공정을 적용하여

코팅 도중 코팅 소재의 상변화 및 산화를 최대한 억제 하였고

모재 특성 변화 또한 최소화 하였다. 표면 코팅 물질 으로는

고온 기계적 특성 및 산화 저항성이 매우 우수한 FeCrAl계

합금과 고온 산화특성이 우수한 Cr을 선택하여 코팅층의 두께

범위를 50~200 µm로 가지는 판재 시편을 제조하였다. FeCrAl

및 Cr 분말을 사용한 저온분사 공정 이후 코팅층의 성분 분석

결과 사용 분말과 동일한 조성의 코팅층이 형성되었음을 확인

하였고 산화물이 발생하지 않음을 알 수 있었다. 형성된 코팅

층은 계면에서 우수한 결합 특성을 보였으며 코팅층은 갈라짐

이나 층내 결함이 거의 존재 하지 않는 것을 관찰하였다. 두

께, 코팅 소재에 따른 기계적 특성 변화를 알아보기 위하여 판

재 시편을 이용한 인장 시험을 수행하였으며 시험 전후 파단면

분석 및 변위 응력 그래프 해석을 통하여 코팅 공정 적용이

Zr 합금의 기계적 특성 변화에 끼치는 영향을 종합적으로 연구

하였다.

[P1-76]

폐 PV모듈로부터 EVA제거 공정을 이용한 Si 회수에 관한 연

구: *김태진, 고정현, 황수현, 문병문1; 티에스엠. 1한국생산기술연

구원.Keywords: Photovoltaic, Poly-Si, EVA, Heattreatment, Organic

solvent

최근, 석유에너지의 대체 에너지로 환경에 전혀 무해하며 수

명이 길다는 장점을 갖고 있는 태양전지가 대체 에너지로써 각

광을 받고 있다. 태양전지는 결정질 실리콘 및 폴리 실리콘을

주원료로 하는 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지로 크

게 구분이 된다. 현재, 국내에서 발생하는 폐 PV 모듈은 전량

매립되는 상황으로 환경오염에 많은 문제가 제기되고 있는 실정

이다. 따라서, 본 연구에서는 사용 후 버려진 폐 PV 모듈의

재활용을 위하여 반드시 필요한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)

접착제 및 Back sheet를 강화유리와 Si 기판으로부터 분리하는

연구를 진행하였다. 먼저, 유기산/유기용매 종류, 반응 온도, 초

음파 조사 등 여러 가지 방법으로 연구를 진행하였으며, 특히,

유기용매 중 탈지제로 사용되는 BCS-1000에 반응 온도를

80oC로 유지하였을 때 분리 효과가 가장 우수하였다. 이렇게

분리된 접착층 과 Si 기판은 열처리로를 이용하여 EVA 제거

온도인 450oC 이상에서 열처리하여 Si 만을 회수할 수 있었고,

이렇게 얻어진 Si의 순도는 99.9% 이상으로 확인되었다.

[P1-77]

Volume-dependent Symmetry Variation for Piezoelectric

(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 Single Crystal in the

Morphotropic Phase Boundary Region at x = 0.31: *김

규현; 한국생산기술연구원.Keywords: Relaxor-ferroelectrics, Symmetry, Morphotropic phase

boundary, Convergent beam electron diffraction

Single crystals of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-31%PbTiO3 (PMN-

31%PT) are known for their complex domain structures at the

nanometre scale. While their average symmetry has been studied

by X-ray, neutron and electron diffraction methods, there is little

knowledge about variations in symmetry at the local scale. Here,

direct evidence is provided for the volume dependence and

spatial dependence of symmetry fluctuations by using quantitative

convergent beam electron diffraction and energy dispersive X-

ray spectroscopy. Fluctuations in symmetry were determined by

using different electron beam probe sizes ranging from 2 to

25 nm from a crystal 62 nm thick. The symmetry of PMN-

31%PTwas found to increase linearly as the average volume

increased, and the local symmetry fluctuated from one location to

another at the nanoscale. Energy dispersive X-ray spectroscopy

indicates that chemical fluctuations are significant when the

probe size decreases to 2 nm. The symmetry fluctuation is

attributed to locally varying composition-dependent ionic

displacements and spontaneous polarization.

Memo

198

[P2-1]

Al-Ni-Y계 비정질 합금의 점도 및 국소 원자구조와의 관계: *나

민영, 박성현, 김강철, 김영성, 김참일, 김원태1, 김도향; 연세대학교

공과대학 신소재공학과. 1청주대학교 레이저광정보공학과.Keywords: Al-based metallic glass, Viscosity, Local atomic

structure

과냉각 액체 구간에서 점도 감소를 이용하여 복잡한 구조로

성형할 수 있는 점은 비정질의 대표적인 특성 중의 하나이다.

MEMS에 쓰이는 초소형정밀부품도 이와 같은 특성을 이용해

만들 수 있는데, 이는 과냉각 액체 구간에서 낮은 점도를 이용

하여 쉽게 원하는 부품을 제조할 수 있기 때문이다. Al계 비정

질 합금은 다른 비정질 합금계에 비해 비강도가 우수하고 유리

천이 온도가 낮다는 장점에도 불구하고 상대적으로 좁은 과냉각

액체 구간을 가지고 있어 성형시 쉽게 결정화가 진행될 수 있

다는 위험이 존재한다. 따라서 본 실험에서는 Al계 비정질상의

열적 안정성을 향상시키고 성형성을 확보하기 위해 첨가원소의

변화량에 따른 결정화 거동 및 과냉각 액체 영역의 점도 변화

를 연구하고자 하였다. 본 실험에서는 일반적으로 Al계 비정질

에서 대표적으로 형성능이 좋다고 알려진 Al-Ni-Y계를 기본으

로 첨가원소 Co와 La을 각각 Ni, Y과 치환하여 원자구조 변

화를 시차 열분석, X-선 회절 및 투과전자현미경을 이용하여

알아보았다. 또한 과냉각 액체 구간 근처의 점도 변화를 알아보

기 위하여 TMA를 이용해 온도에 따른 점도 변화를 측정하였

다. 실험결과, 5원계인 La을 2%까지 첨가한 조성이 가장 넓은

과냉각 액체구간과 가장 낮은 점도값을 보였다. 이러한 결과는

La의 첨가에 따른 Medium range order분율 변화에 의한 것으

로 확인될 수 있었다.

[P2-2]

고분율 Cu 함량을 가진 비정질 신합금 개발: *김경준, 류욱하, 박

은수; 서울대학교 재료공학부 신소재공동연구소.Keywords: Cu alloy, ΔTmix* parameter, Glass-forming region,

GFA parameter, CO2 reduction metal electrode

비정질 합금은 용융된 금속을 임계 냉각 속도 이상으로 급랭

하여 고체화시키므로 응고 상태에서도 액체상과 같은 무질서한

원자배열을 갖는다. 비정질 합금은 기존 결정질 재료와 차별되

는 배열 구조 때문에 이론 강도에 가까운 높은 강도와 넓은

탄성 한계를 가지고, 이러한 우수한 기계적 특성에 착안하여 구

조재료로 활용하기 위한 벌크 비정질 합금 개발을 위한 연구가

집중적으로 진행되어왔다. 하지만 최근에는 구성 원소들의 무질

서한 배열에 기초하여 결정질 재료에서 관찰되는 표면 결함이

존재하지 않는다거나 독특한 화학적 특성을 나타내는 것이 기반

하여 기능소재로의 응용 가능성도 주목 받고 있다. 이러한 사실

에 기초하여 본 연구에서는 합금 원소 중 환원전극 촉매로서

활용도가 높은 Cu를 고분율로 포함하는 Cu-rich 비정질 신합금

을 개발하고자 하였다. 이를 위해 일차적으로 이론 용해온도 대

비 상대적 실제 용해온도 차로부터 비정질 형성능을 간접적으로

평가할 수 있는 ΔTmix* 인자를 기준으로 비정질 형성 영역에

대해 기존에 보고된 자료를 데이터베이스화 하여 이를 토대로

실험을 통해 리본 형태의 비정질 제조 가능 조성 범위를 도출

했다. 나아가, 연구된 이원 합금계를 다원 합금계로 확장시켜,

CO2 환원율을 높일 수 있도록 더 고분율의 Cu 원소를 포함하

는 비정질 신합금계 개발에 관한 연구를 수행하였다. 마지막으

로 본 연구를 통해 개발된 비정질 신합금의 비정질 형성능을

기존에 보고된 다양한 비정질 형성능 평가인자를 통해 상호 비

교하였으며, 간단한 예비실험을 통하여 CO2 환원 전극으로 응

용 가능성을 고찰하고자 하였다. 본 연구를 통하여 기존의 결정

질 Cu 혹은 Cu 합금에 국한되었던 CO2 환원 전극촉매 소재

와는 차별화된 비정질 Cu계 비정질 신합금을 개발하는 새로운

연구 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

[P2-3]

B20 구조를 가지는 TMMS에 미치는 첨가원소의 영향 연구:

*김상준, 오현석, 박은수; 서울대학교 재료공학부 신소재공동연구소.Keywords: Skyrmion, B20 structure, Transition metal mono-

silicides, Magnetic properties, Spintronics

스커미온(Skyrmion)은 일부 자성소재의 저온, 저자기장 영역

에서 발견되는 소용돌이 형태의 스핀 군집체이며, 최근 로렌츠

투과전자현미경과 소각 중성자 산란을 통해 스핀 구조가 규명되

었다. 모든 3차원 방향의 스핀이 하나의 스커미온에 존재하게

되는 구조적 특이성과 그로 인한 위상기하학적 안정성으로 최근

관심이 집중되고 있으며, 스핀트로닉스에 적용될 경우 크기가

수십 나노미터로 작고 저전류로 조작 가능하다는 점을 바탕으로

메모리 소자의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다. 하지

만 아직 스커미온의 형성 원리와 거동에 대한 이론이 명확히

정립되지 않았고, 어떤 물질들이 스커미온을 나타내는지에 대한

연구가 미비한 상태이다. 스커미온은 non-centrosymmetric

chiral magnet에서만 형성된다고 알려져 있으며, 이 중 B20 구

조를 가지는 transition metal mono-silicides(TMMS)는 transition

metal (TM)과 Si가 1:1 비율로 cubic 구조를 이루는 intermetallic

compound로 구조가 가장 단순한 스커미온 물질이다. 본 연구

에서는 B20 구조를 가지는 Fe0.5Co0.5Si를 바탕으로 Fe, Co에

Mn을 치환한 합금을 제작한 후, 전이금속 첨가원소가 스커미온

거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 결과로서, Mn을 치환한 대

부분의 합금들이 B20 구조를 유지하였으며, 조성 변화에 따라

exchange interaction과 Dzyaloshinskii-Moriya (DM) interaction이

영향을 받아 스커미온이 나타나는 온도, 자기장 영역이 변하는

상관관계를 자성 특성 측정을 통해 고찰하였다. 본 연구를 통하

여 대표적 스커미온 물질인 B20 Fe0.5Co0.5Si에서 합금화 원소

첨가에 따른 물성변화를 체계적으로 고찰함으로써, 향후 메모리

소자에 적용에 있어서 스커미온 특성 제어를 위한 시금석을 제

공할 수 있을 것으로 사료된다.

[P2-4]

액상 금속 탈성분화를 통한 다공성 금속 폼의 제조: *윤국노, 이

제인, 박은수; 서울대학교 재료공학부 신소재 공동연구소.Keywords: Metallic foam, Enthalpy of mixing, Liquid metal

dealloying, Selective dissolution, Self-organizing nano-porous

material

다공성 구조를 가지는 금속 폼은 벌크 재료와 비교하여 매우

낮은 밀도와 넓은 표면적을 그 특징으로 하고 있으며 폼의 형

태로 제조해도 금속 자체의 특성은 그대로 유지한다는 특성 때

문에 금속 폼의 연구가 현재 활발하게 진행 중이다. 금속 폼을

제조하는 방법은 매우 다양하지만 그 중에서도 많이 사용되는

방법은 합금 중에서 특정 성분을 선택적으로 용해시키는 방법인

P2 : 상변태Room 전시장, 10월 29일

199

탈성분 부식이다. 현재까지 탈성분 부식을 이용하여 다공성 금

속을 만든 경우에는 반응성이 거의 없는 금이나 은 등의 귀금

속과 다른 금속의 합금을 제조하여 화학적인 용액에서 부식시키

는 방법을 이용하는 것이 대부분이었으나 이러한 화학적 탈성분

부식은 제조할 수 있는 폼의 조성이 귀금속에 한정적일 뿐만

아니라 그 제조과정에서 용액과 금속의 반응으로 인한 유독한

물질이 많이 발생되는 단점이 있었다. 이러한 단점을 극복하기

위하여 최근에는 화학적 탈성분 부식을 대신하여 액상 금속

탈성분화(Liquid metal dealloying, LMD)가 연구되고 있다.

LMD는 화학적인 용액 대신 금속 용탕을 벌크 재료와 반응시

켜 폼을 제조하는 방법으로, 모합금 내 각 원소와 금속 용탕간

혼합 엔탈피 차이가 큰 조합을 통해 특정 구성원소와 용탕의

선택적 결합을 유도하여 특정한 성분만 모합금으로부터 용해시

켜내는 방식으로 용해과정에 남아있는 원소가 자발적으로 재배

열되어 나노구조 폼을 제조 할 수 있다. 본 연구에서는 다양한

TM1-TM2(TM=transition metal) 모합금을 제조하고 Alkaline

earth metal (AEM, e.g. Mg 혹은 Ca) 용탕에서 반응시킨 후

AEM과 합금화한 TM2를 화학적 탈성분 부식을 통해 제거하는

방식으로 TM1폼을 제조하였다. 특히, LMD 공정 조건들을 제

어하여 폼의 기공도, 기공의 크기 및 폼에서 금속 리가먼트의

두께 변화를 체계적으로 고찰하였다. 본 연구를 통하여 기존 화

학적 탈성분 부식으로는 제조가 불가능하였던 새로운 금속 폼을

제조하고 그 특성을 최적화 할 수 있는 제어 기술에 관한 시

금석을 제공하고자 한다.

[P2-5]

Cu-Zr 합금의 변형 유기 마르텐사이트 변태에서의 Co 첨가 효

과: *김정수, 김병진, 김우철, 나민영, 김원태1, 김도향; 연세대학교

신소재공학과. 1청주대학교 레이저광정보공학과.Keywords: Martensitic transformation, Bulk metallic glass

composite, B2 phase

벌크 비정질 합금은 높은 탄성 한계, 항복 강도 등 우수한

기계적 특성을 나타내어 구조재료로서 주목을 받는 소재 중의

하나이나 소성 변형능이 열악한 단점이 있다. 이를 극복하기 위

한 방안의 하나로 Cu-Zr-Al 등의 합금에서 비정질 기지 내

B2 상의 형성 및 이상의 변형 유기 마르텐사이트 변태를 이용

한 가공 경화 현상등을 이용하여 소성 변형능을 향상시키기 위

한 연구가 진행 되어왔다. 그러나 아직도 이들 합금에서 응고

조건 및 조성 따른 비정질 기지 내 결정상의 선택, 마르텐사이

트 변태 제어 등 미세 구조 형성 기구는 아직 분명하게 밝혀

지지 않고 있다. 열역학적으로 CuZr B2 phase는 상온에서 불

안정하고, CoZr B2 phase는 상온에서 안정하다. 또한 변형을

가했을때 CuZr B2 phase는 B19' phase로, CoZr B2 phase는

B33 phase로 마르텐사이트 변태가 일어난다고 알려져 있다. 본

연구에서는 이원계합금에서 비정질 형성능이 높은 Cu50Zr50

system에서 Cu를 Co로 치환함에 따라 특징이 다른 이 두 시

스템 사이의 조성에서 조성에 따른 1) B2 phase의 안정성 관

찰, 2) DSC, XRD를 통한 열적 및 구조적 특성 분석, 3) 기

계적 특성 및 TEM을 통해 변형 전 후 마르텐사이트 변태가

어떤 형태로 일어났는지 고찰하였다.

[P2-6]

실시간 압축 시험을 통한 이상분리 비정질 합금의 기계적 특성 분

석: *김진우, 박은수, Andrew M. Minor1; 서울대학교 재료공학

부 신소재공동연구소. 1Lawrence Berkeley National Laboratory.

Keywords: Metallic glass, Phase separation, Micro-/nano-pillar,

In situ compression test, Plasticity

벌크 비정질 합금이 고강도, 고탄성과 같은 우수한 기계적

성질을 보임에도 불구하고, 항복강도 이상에서 나타나는 극단적

인 취성파괴 거동으로 인하여 구조재료로서의 응용이 제한되고

있다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 다수의 shear band를 형

성하고 개별 shear band의 전파를 방해할 수 있는 제 2상을

비정질 합금 기지 내에 포함시켜 복합 소재를 개발하는 연구가

활발하게 진행되어 왔다. 기존에는 고연신을 갖는 결정성 제 2

상을 비정질 기지 내에 형성시켜 결정질-비정질 복합재를 제조

하는 것에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, 이와 다르게

최근 상분리 현상을 이용하여 비정질 합금 기지 내에 또다른

비정질 제 2상을 형성시킴으로써 비정질-비정질 복합 구조를 갖

는 이상분리 비정질 합금을 제조하는 방법에 관해서도 연구가

진행되고 있다. 하지만 비정질 제 2상이 소성 변형능을 향상시

킬 수 있을 것이라는 기대와는 달리, 이상분리 비정질 합금의

경우 소수의 합금계를 제외하면 일반적으로 극단적인 취성 파괴

거동을 나타내며 이는 비정질-비정질 간 취약한 상간 계면 특

성으로 인한 것으로 여겨져 왔다. 그러나 실제로 이상분리 비정

질 합금의 계면 특성과 소성 변형능에 미치는 영향에 대해서는

체계적인 연구가 진행된 바 없다. 본 연구에서는 이상분리 비정

질 합금에서 비정질 제 2 상과 상간 계면 특성이 기계적 특성

에 미치는 영향을 명확히 규명하기 위하여, 집속 이온빔을 이용

하여 제조된 이상분리 비정질 합금 micro-/nano-pillar 에 대하

여 전자현미경 내에서 실시간 압축 시험을 진행하였다. 실시간

압축 시험에서 얻어진 Load-displacement 곡선과 연계하여

shear band 형성과 샘플 변형 과정을 관찰하였으며, 압축 응력

하에서 다수의 shear band 형성에 의해 이상분리 비정질 합금

또한 소성 변형이 가능한 것을 확인하였다. 또한 다양한 크기의

시편에 대한 실시간 압축 시험 결과를 체계적으로 분석하여 비

정질 제 2 상과 상간 계면이 소성 변형능에 미치는 영향을 체

계적으로 분석하였으며, 이러한 결과로부터 비정질 제 2상과 상

간 계면 제어를 통하여 비정질 합금의 기계적 특성을 향상시킬

수 있는 새로운 관점을 제시하고자 한다.

[P2-7]

다성분계 용질원소 첨가를 통한 넓은 과냉각 액체영역을 가진 Al

계 비정질 합금 개발: *김완, 박은수; 서울대학교 재료공학부 신

소재공동연구소.Keywords: Al-based metallic glass, Minor addition, Electronegativity,

Supercooled liquid region, High thermal stability

Al-TM(transition metal)-RE(rare earth metal) 삼원계 시스

템의 비정질형성능 및 과냉각 액체영역은 첨가원소들 간의 전기

음성도차이 및 원자직경차이에 의존한다고 보고되고 있다. 하지

만 그 과냉각 액체영역은 20 K 수준으로 매우 좁아 thermo-

plastic forming(이하 TPF)을 통한 정밀 성형에 한계를 가지므

로 복잡한 형상의 구조재료로서 TPF 가공을 통해 활용하기가

어렵다. 이러한 Al계 비정질 합금의 열적 특성을 향상 시키기

위하여 Al-Ni-RE 비정질 시스템에서 TM 및 RE 원소를 다성

분계 첨가해 넓은 과냉각 액체영역 가져 TPF 공정에 적합한

Al계 비정질 신합금 조성을 개발하고자 하였다. 등가원소비로

첨가해주는 용질원소의 종류가 증가함에 따라 원자간 결합력 차

이 및 비정질 기지의 불균일성이 증가하게 되어 이로 인하여

결정화 저항성이 증가하게 되므로 과냉각 액체영역이 넓어지는

것을 확인하였다. 이와 더불어 이러한 다성분계 용질원소 첨가

200

가 비정질 형성능, 과냉각 액상의 점도 변화 및 기계적 물성

변화에 어떻게 영향을 미치는지에 관해 체계적으로 규명하고자

비정질 형성 평가 인자, Thermo-mechanical analyser를 통한

점성 및 fragility 평가 및 나노인덴테이션을 통한 물성 평가를

진행하였다. 본 연구를 통해 넓은 과냉객 액체영역을 가져 열적

으로 안정한 Al계 비정질 신합금 개발을 위한 최적 합금 설계

기준을 제시하고자 한다.

[P2-8]

단일 고용체 합금의 혼합 엔트로피 증가에 따른 열물성 변화 분

석: *류채우, 이제인, 오현석, 박은수, J. Brillo1, A. Meyer1; 서

울대학교 재료공학부 RIAM. 1Institut für Materialphysik imWeltraum DLR.

Keywords: Single solid solution, Entropy of mixing, Electromagnetic

levitation, Thermophysical property, Excess volume

전자기방식 공중부양장치(Electromagnetic Levitation, EML)를

이용할 경우 비접촉 방식으로 합금을 가열하고 냉각시키는 것이

가능하고, 용융 합금의 물성을 측정하는 것이 용이하다. 최근,

다섯 종류 이상의 원소를 5~35 at.%의 몰분율로 혼합하여 나타

나는 높은 배열 엔트로피에 의해 단일 고용체를 형성하는 것을

특징으로 하는 하이엔트로피 합금(HEA)이 개발되었으나 기존

연구의 경우 미세 구조 분석 및 기계적 특성 제어에 집중되어

신 합금에 대한 열 물성 연구가 미비한 상황이다. 본 연구에서

는 fcc 결정 구조를 갖는 FeNiCoCrAl HEA와 이들의 구성원

소로 이루어진 2,3,4 성분계의 단일 고용체합금계를 설계하여,

배열 엔트로피 증가에 따른 열물성 변화 양상을 분석하고자 하

였다. 전자기방식 공중부양장치(Electromagnetic Levitation,

EML)을 이용하여, 각 합금의 냉각 곡선, 온도에 따른 밀도 및

열팽창 계수를 측정하였으며, 측정값과 이상 용액(ideal solution)

값과의 비교를 통해 excess volume의 변화 양상을 계산하였다.

나아가 비접촉 냉각 환경 하에서 배열 엔트로피의 증가에 따른

구조 변화 양상을 체계적으로 분석하기 위해 냉각 후 합금 시

편을 수거하여 XRD 및 전자 현미경 분석을 수행하였다. 엔트

로피 증가에 따른 액상에서의 물성 변화 양상에 대한 본 연구

결과는 엔트로피 제어를 통한 단일 고용체 합금의 물성제어에

관한 새로운 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

[P2-9]

Ni-Ti계 형상기억 나노구조체 제조 및 특성분석: *김소연, 김진우, 박

은수; 서울대학교 재료공학부 신소재공동연구소.Keywords: Phase separation, Selective dissolution, Ni-Ti-X

shape memory alloy, Nanostructured material, Deformation

behavior

금속에서는 온도 및 응력 조건에 따라 안정상의 결정구조가

달라진다. 형상기억효과와 초탄성이라는 특수 변형거동으로 주목

을 받은 형상기억합금의 경우, 온도가 높거나 가해진 응력이 작

을 때에는 B2 구조의 오스테나이트 상을, 온도가 낮거나 가해

진 응력이 클 때에는 B19 구조의 마르텐사이트 상을 안정상으

로 취한다. 이 때, 오스테나이트와 마르텐사이트는 결정구조가

매우 다르기 때문에 상변화가 발생하면 힘을 가한 듯이 재료의

형상이 변화하며, 특정 조건하에서는 본래 형상의 회복 또한 가

능하다. 이러한 독특한 현상에 대해 수년간 많은 연구가 이루어

져왔으며, 연구 결과들을 바탕으로 구조재료로써의 활발한 응용

이 모색되고 있다. 나노 스케일의 형상기억합금에 대해서도

nanopillar 및 MD simulation을 이용한 연구가 활발히 이루어

지고 있지만, 벌크 재료와 변형거동의 차이가 나타나는가에 대

해서는 아직까지 논란의 여지가 있다. 이 때, 대부분의 기존 연

구에서 nanopillar 제작에 활용한 집속 이온빔 조사기법은 Ga

이온에 의한 표면 손상이 발생하고, 제작 소요시간이 길다는 단

점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 상분리 현상과 선택적 용해

법을 이용해 상온에서 B2 구조를 가진 Ni-Ti계 형상기억 나노

구조체를 제조하고자 하였다. 일반적으로 양의 혼합열 관계의

원소 쌍을 포함할 경우 용해도 갭을 통해 액상 상분리가 가능

하며, 냉각속도를 제어하여 다양한 크기를 가진 상분리된 미세

구조를 얻을 수 있다. 따라서, 빠른 냉각속도 하에서 나노구조

로 분리된 상들 가운데 한가지 상만을 선택적으로 용해함으로써

빠른 시간 내에 다양한 크기를 가지는 나노구조체를 제조할 수

있고, 불혼합 구간의 형상과 공정조건을 바탕으로 그 조성을 제

어할 수 있다. 이렇게 얻은 나노구조체에 대해 SEM 내에서

실시간 압축 시험을 진행하여 변형거동을 분석함으로써, 형상기

억합금의 크기 및 형상 제어에 의한 형상기억능 조절에 관한

새로운 가이드라인을 제시하고자 하였다.

[P2-10]

W-Ta 완전 고용체의 엔트로피 변화에 따른 강화 거동 고찰:

*김일환, 이제인, 오현석, 박은수*, 강동희, 이근우1; 서울대학교 재

료공학부 신소재공동연구소. 1한국표준과학연구원.Keywords: W-Ta alloy, Complete solid solution, Entropy control,

Cooling curve, Hardening mechanism

기존의 고온 구조용 소재로 주로 사용되는 합금인 니켈계 혹

은 코발트계 초합금은 1400oC 이상의 초고온에서 고온 기계적

특성이 매우 하락한다는 문제점을 보인다. 이러한 문제점은 초

합금의 주 원소인 Ni, Co의 녹는점이 1500oC 내외이기 때문

에 발생하며 핵융합로의 1차벽과 같이 초고온을 견뎌야 하는

구조용 소재로는 사용이 어렵다. 따라서 이를 대체할 초고온 구

조용 소재에 대한 연구가 필요하나 하나의 대안으로 제시되고

있는 세라믹계열 내열소재는 취성이 매우 크기 때문에 부하가

걸리는 구조용 소재로의 활용에는 제약이 따른다. 이에 반해,

녹는점이 2000oC 이상의 내화금속원소들은 기계적 특성이 하락

하는 온도가 기존 초합금보다 높게 형성되며 세라믹보다 연성이

높기 때문에 초고온 구조용 소재로 사용하려는 연구가 진행 중

에 있다. 일례로 최근 Senkov는 다섯 가지 이상의 원소들을

5~35%의 동일한 비율로 합금화 시켜 고용체를 형성하는 고엔

트로피 합금 설계 컨셉을 이용하여 내화금속원소계 고엔트로피

합금을 제조하였고 실제 고온 압축시험을 통하여 고온 기계적

성질이 초합금보다 향상됨을 확인하였다. 하지만 아직까지 합금

구성원소의 엔트로피 변화가 실제 강화 거동에 미치는 영향에

관한 체계적인 고찰은 미비한 실정이다. 이러한 사실에 기초하

여 본 연구에서는 완전 고용체를 형성하는 W-Ta 이원 합금계

에서 Ta 함량 변화에 따른 엔트로피 변화가 이원 합금의 기계

적 특성 변화에 미치는 영향을 고용강화적 측면과 미세구조적

측면에서 설명하려 한다. 부연하면, 고용강화적 측면에서는 고용

강화 모델 중 Labush 모델을 사용하여 solute atom 농도에

따른 강화 정도를 설명하고자 하고, 미세구조적 측면에서는

containerless 정전기 공중부양 실험을 이용한 응고시 과냉각 정

도 측정과 이를 통하여 결정핵 생성과 성장에 주목하여 결정립

크기가 합금 강화에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고자 한다.

본 연구를 통해 향후 다성분계 고용체에서 엔트로피 변화가 기

계적 강화 효과에 미치는 영향을 고찰하는 연구의 시금석을 제

공하고자 한다.

201

[P2-11]

HSLA 강에서 NbC 석출물의 석출 강화 효과 Modelling: *KangKyungSoo, Lee Kyung Jong; HanYang University Phase

Transformation Modeling Lab.

Keywords: NbC, HSLA, Precipitate hardening, Orowan, By-

passing

HSLA 강에서 Nb원소는 다양한 효과를 일으킨다. 강 내부의

Nb 원소는 solute drag effect를 일으켜 grain boundary의 이

동도를 감소시켜 재결정을 억제하고, NbC 석출물은 Zener

pressure 효과를 일으켜 재결정의 구동력을 감소시킨다. 또한 석

출 강화 효과로 그 항복강도를 증가시키는데, 일반적으로 탄질

화 석출물은 그 강도가 강하여 전위가 석출물을 자르며 지나가

는 shearing 현상은 일어나기 힘들고 주위를 감싸고 지나가는

by-passing 현상이 지배적이라 생각된다. 이러한 석출 강화 효

과 부분을 Ashby-Orowan equation을 이용하여 수식적으로 계

산하고, double deformation method를 이용하여 얻어낸 연화

분율과 재결정 분율을 계산하여 동일 조건내의 실험 결과와 비

교하여 본다.

[P2-12]

Nb 첨가 강에서 Gibbs-Thomson 효과에 미치는 합금 성분의

영향 해석: *노현성, 이경종; 한양대학교 신소재공학과.Keywords: Gibbs-Thomson effect, Dilute solution model,

Precipitate, Phase-transformation, Nb-steels

상변태 중 Gibbs-Thomson(G-T) 효과는 초기 성장 거동에

상당한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러나 다성분계의

G-T 효과는 수식이 복잡하여 2성분계와 같이 단순하게 사용하

기가 용이하지 않다. G-T효과에 대한 연구는 많이 진행되었지

만 다성분계, 복합석출상에 대한 해석은 충분히 연구되지 않았

다. 본 연구에서는 다성분계의 Nb 첨가 강에서 G-T효과를 분

석하였다. 유한 희석 모델을 사용하여 정확하며 간단히 계면에

너지 효과의 해석 방법을 제안하였다. 유한 희석 모델을 이용하

여 Fe-rich의 고용상과 석출상의 자유에너지를 1개의 부격자 구

조로 취급하였고, 화학구동력의 미분을 간단히 표현하였다.

NbC와 cementite의 석출을 중심으로 계면에너지 효과를 해석하

였고, 추가적인 합금성분이 G-T 효과에 미치는 영향을 분석하

였다.

[P2-13]

Nb첨가에 따른 Ti-Sn 극미세 공정합금의 미세조직 및 기계적특

성 변화: *김영석, 박혜진, 김정태, 홍성환, 서진유1, 김기범*; 세

종대학교. 1한국과학기술연구원.Keywords: Mechanical properties, Eutectic alloy, Martensite

transformation

Ti-based nano-structured dendrite eutectic composites have

been engendered considerable interest due to their good

mechanical and physical properties such as high strength, high

toughness, corrosion resistance and wear resistance compared to

conventional microcrystalline materials. It is responsible for

outstanding mechanical properties featured by the volume

fraction, size, morphology, chemical composition difference and

distribution of the constituent phases with different length scale,

which consist of the micron-scale dendrites and the ultrafine

eutectic matrix. In particular, interaction of the the soft dendrite

and nano-scale eutectic matrix during deformation can achieve a

novel high strength composites combined with large plasticity. In

this study, the high strength (T82Sn18)100-xNbx (x = 0~15)

ultrafine eutectic composites with large plasticity are developed.

Nb is selected because it is known as β-Ti stabilizer and Nb has

large solubility in Ti than Sn. The addition of Nb in the Ti-Sn

eutectic composite has a strong effect to decrease the size of the

duplex colony and to increase the volume fraction of the β -Ti

solid solution phase. Finally, The alloy is composed of a single β

-Ti solid solution phase. These micro-structural evolutions in Ti-

Sn-Nb alloys are effective to improve both strength and

plasticity. In particular (Ti82Sn18)100-xNbx alloy with x = 11 exhibit

excellent combination of the high yield strength (~1327 Mpa)

and large plasticity (~36.5%) at room temperature compression.

[P2-14]

Study on the Microstructure and Mechanical Properties

of Ce-Zr Alloys with the Different Cooling Rate: *Hee Ra

Jo, Jeong Tae Kim, Hee Jin Kim, Hyo Jin Park, Hae June

Jeong, Ki Buem Kim*; Sejong University.

Keywords: Immiscible alloys, Miscibility gap, Microstructure,

Mechanical properties

Immiscible alloys with a stable or metastable miscibility gap in

the liquid state have been of increasing interest in recent years.

The alloys have potential for practical application due to their

good physical and chemical properties. The solidification

behavior of the immiscible alloys, such as stable Al-based and

metastable Cu-based systems, was investigated experimentally

and by numerical simulation. It has been found that the

development of the microstructure upon solidification is mainly

determined by alloy composition, cooling rate, etc. Considerable

efforts were focused on the controlling length scale and

distribution of the second phase in the matrix to accelerate

industrial applications of immiscible alloys. In this study, the

microstructure and mechanical Properties of Ce-Zr alloys with a

meta-stable miscibility gap in liquid state was investigated with

different cooling rate at each composition. The Ce-xZr (x = 20,

40, 60 wt. %) binary alloys with cone-type specimens have been

designed and manufactured by injection method. Their

microstructure and phase were investigated using Scanning

electron microscope (SEM) and X-ray diffraction method.

Mechanical properties of these alloys were examined by Nano-

Indentation and compression test. From these results, we

discussed the influence of different cooling rate and composition

on microstructure and mechanical properties of Ce-Zr alloys.

[P2-15]

Ti-Zr-Cu-Pd 비정질기지 복합재의 기계적 특성 제어: *박선용, 임

가람, 나영상, 김승언, 최윤석1; 한국기계연구원부설재료연구소. 1부

산대학교.Keywords: Glassy, Cooling, Microstructure, Mechanical property,

Composit

비정질 합금은 높은 강도와 낮은 탄성계수 및 높은 내식성

등 물리적, 화학적 특성이 뛰어나다. 하지만 취성이 강해 구

조용 재료로 적용하기에는 어려움이 따른다. 따라서 비정질기

지에 B2상을 생성시켜 연성을 향상시키는 비정질 기지 복합

202

재에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는

Ti40Zr10Cu36Pd14 비정질합금을 대상으로 응고 조건, 특히 냉각

속도에 따른 B2상의 생성거동과 이에 따른 비정질기지 복합재

의 미세조직 변화에 대한 연구를 수행하였다.플라즈마 아크 용

해법으로 Ti40Zr10Cu36Pd14 합금을 제조 후 suction casting을

통해 cone 형태의 시편을 제조하였다. X-선 회절 및 주사전자

현미경을 이용하여 미세조직을 분석한 결과 비정질 기지에 B2

상이 생성된 것을 확인하였고, 냉각속도가 느릴수록 B2상의 부

피분율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 시차열분석(DSC)을

통해 냉각속도가 빠른 조건, 즉 B2상의 분율이 적을수록 발열

량이 커지는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 냉각속도에 따

른 B2상의 변화를 정량적으로 고찰하고자 하였다. 또한, 압축시

험 및 nanoindentation을 통해서 B2상의 변화에 따른 기계적

특성을 측정한 결과 B2상이 비정질 matrix 보다 상대적으로

낮은 탄성계수와 경도값을 갖고, B2상이 증가 할수록 소성율이

증가됨을 알 수 있었다.

[P2-16]

Ti-(50.0, 50.3)Ni-(15-x)Hf-xZr 형상기억합금의 변태거동: *하

익, 남태현1, 염종택2, 김재일; 동아대학교 금속공학과. 1경상대학교.2재료연구소.Keywords: Shape memory alloy, dsc, Thermal cycling tests, Strain

temperature curve

Ti-Ni 합금은 우수한 형상기억효과와 초탄성 효과, 단위면적당

높은 에너지 밀도, 내식성과 안전성 등의 장점을 활용하여 소형

화와 경량화 되고 있는 IT, 모바일, 의학 기기의 마이크로 액츄

에이터로서 응용되고 있다. 하지만 낮은 열응답성으로 인한 구

동속도 저하와 낮은 변태온도 및 온도 변화에 따른 높은 변태

변형률을 가진다는 단점이 있다. 단점중 하나인 낮은 변태온도

를 보완하기 위해 Pd, Pt, Hf, Zr 등 제 3의 원소를 첨가함으

로 이를 극복하려는 연구가 진행되고 있다. 그중 Pd, Pt는 귀

금속으로 매우 고가이며 Zr은 열싸이클 효과가 좋지 못한 단점

이 있다. 이에 따라 Hf이 제 3의 원소로 많이 사용되어 활발

히 연구가 진행되고 있다. 그러나 Hf 역시 Zr에 비해 10배 가

격이 비싸기 때문에 실용화에 있어서 매우 제한적이다. 이에 따

라 본 연구에서는 Hf을 Zr으로 치환하여 Ti-Ni-Hf-Zr 4원계

합금의 고온형상기억특성에 대하여 조사하였다. 합금 제작은 진

공 용해 아크로를 통해 용해하였으며 편석방지를 위하여 6회

반복하여 용해하였다. 용해 후 1000oC, 10 h, Ar 분위기에서

균질화처리 실시 후 로냉하였다. 각 시편의 변태온도를 축정하

기 위해 800oC, 1 h 용체화 처리 후 DSC를 측정 하였다. 또

한 Ti-Ni-Hf-Zr 형상기억합금의 B2(Austenite)↔B19’(Martensite)

상의 반복적인 변태에 의한 거동의 변화를 조사하기 위해 Ti-

Ni-Hf-Zr 합금의 전반적인 조성에 걸쳐 열사이클을 수행하였다.

정하중 열사이클을 측정하기 위해 균질화 처리된 시편을 3 mm

와이어 컷팅 후 약 0.8 mm 두께로 열간압연하였다. 그 후

30% 냉간가공을 실시하였다. 본 연구에서는 Ti-Ni-Hf-Zr 합금

의 변태거동을 확인하고자 하였다.

[P2-17]

Effect of P Addition on the Thermal Properties and

Crystallization Behavior of Al-Ni-Y Amorphous Alloy: *김

영성, 김강철, 나민영, 박성현, 김도향, 김원태1; 연세대학교. 1청주

대학교.Keywords: Al amorphous alloy, Crystallization

Al계 비정질 합금은 높은 비강도와 좋은 내식성을 갖고 있으

나, Ca 또는 Mg 계 비정질 합금과같은 다른 경량 금속계 비

정질 합금에 비해 낮은 비정질 형성능과 비정질 구조의 낮은

열적 안정성 등의 한계를 가지고 있어 이를 해결하기 위한 많

은 연구가 진행 되어져 왔다. 본 연구에서는 Al 비정질 합금

중 높은 비정질 형성능을 가지는 Al-Ni-Y 합금계에 P를 첨가

함에 따른 비정질 구조의 열적 특성과 결정화 거동을 DSC,

XRD 분석을 통하여 살펴보았다.

[P2-18]

DC magnetron sputtering을 이용한 TiNi 형상기억합금 박막

제작: *이현석, 주현우, 노정필; 경상대학교 해양과학대학 에너지기

계공학과.Keywords: DC magnetron sputtering, TiNi Shape memory alloy,

Thin film

고온에서 임의의 형태로 형상을 기억시킨 합금을 마르텐사이

트 변태온도 이하에서 변형한 후 오스테나이트 변태온도 이상으

로 가열하면 본래의 형상으로 되돌아가는 것을 형상기억효과라

고 한다. 최근 형상기억합금은 우수한 형상기억특성과 초탄성특

성을 이용하여 공업적으로 폭넓은 분야에서 이용되고 있다. 특

히 TiNi계 합금은 가공성이 뛰어나고 형상기억효과가 우수하기

때문에 Cu계나 Fe계 합금에 비하여 많은 연구가 진행되고 있

다. 최근 MEMS(Microelectromechanical system)기술과 Nano

기술의 발전으로 마이크로 로봇과 같은 초소형 시스템개발이 활

성화되고 있으며, 이를 구동하는데 필요한 마이크로 엑츄에이터

에 대해서도 많은 연구가 이루어지고 있다. 형상기억합금박막은

마이크로 엑츄에이터로 사용될 수 있는 여러 가지 후보 중의

하나이며, 이를 엑츄에이터로 이용하기 위해서는 박막의 조성

및 두께의 정밀한 제어가 필수적이다. 본 연구에서는 DC

magnetron sputtering을 이용하여 TiNi 형상기억합금박막을 제

조함에 있어서 박막의 두께와 상태에 영향을 주는공정변수에 대

해 조사하였다. 초기진공도는 5 × 10-6 Torr, Ti과 Ni의 전력은

각각 180 W, 62 W로 고정하였으며, Ar gas 주입량, 작업진공

도, 기판온도의 변화에 따른 박막의 두께와 상태를 조사하였다.

증착된 박막의 두께측정 및 표면형상은 SEM(Scanning electron

microscope)을 이용하여 관찰하였으며, 박막의 조성 및 결정구

조 분석을 위하여 EDS(Energy dispersive X-ray spectoscopy)

와 XRD(X-ray diffraction)를 이용하여 조사하였다.

[P2-19]

STB2 베어링강의 구상화 열처리 Cycle 조건 변화가 미세조직 및

기계적 특성에 미치는 영향: *강수환, 강기범, 박상준, 김헌태;

(주)일진글로벌.Keywords: STB2, Bearing steel, Workablilty, Spheroidizing, Heat

treatment cycle

STB2 베어링강은 고탄소 Cr강으로써 자동차용 휠 베어링에

널리 사용되고 있는 강종이다. 자동차용 휠 베어링은 고강성 및

내마모성을 필요로 하기 때문에 일반적인 탄소강에 비해 높은

탄소 농도 및 경도를 가진다. 고강성 및 높은 내마모성을 가진

강은 절삭 가공을 하는데 어려움이 있기 때문에 현재 베어링

제조 시 구상화 열처리를 통해 조직을 연하게 하여 절삭 가공

성을 향상시키는 방법이 사용되고 있다. 그러나 구상화 열처리

는 가공성 향상의 장점이 있으나 장시간의 열처리 시간을 필요

로 하는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 STB2 베어링강의

구상화 열처리 Cycle 조건 변경을 통해 변화된 구상화 형상에

203

따른 미세조직의 차이와 구름 접촉 시험, 인장 시험을 통한 기

계적 특성의 차이를 연구해 보고자 한다.

[P2-20]

STB2 베어링강의 불완전 소입 조직 함량에 따른 기계적 특성 변

화와 피로 수명 연구: *박상준, 김헌태, 신철수; (주)일진글로벌.Keywords: STB2, Quenching & tempering, Fatigue test, Bearing

steel

STB2 베어링강은 현재 베어링 제조시 사용되는 범용강종으로

자동차용 휠 베어링용 강으로 널리 사용되고 있다. 일반적으로

STB2 베어링강은 Q/T 열처리를 통해 베어링 제품을 전경화

시키고 고강성 및 내마모성, 부식성 등을 증가 시키는 열처리가

널리 사용되고 있다. 그러나 베어링 제품은 이러한 특성 이외에

도 피로 수명이 제품의 품질에 영향을 미치는 중요한 요소이다.

이러한 피로 수명 향상을 위해 오스템퍼링 열처리를 비롯하여

다양한 열처리가 연구되고 있다. 그러나 오스템버링 열처리는

제품의 열처리 비용 증가와 함께 장시간 열처리를 해야하는 단

점이 있다. 그러므로 Q/T 열처리는 현재까지 일반적으로 널리

사용되고 있으나 고탄소 베어링강의 Q/T 열처리 시 공정상의

문제로 냉각이 지연되는 경우가 발생한다. 이러한 냉각 지연 현

상은 제품 내 불완전 소입 조직을 발생시키고, 불완전 소입 조

직 발생에 따라 베어링 제품의 기계적 특성과 피로 수명에 영

향을 미칠 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 구상화된

STB2 베어링강의 불완전 소입조직의 함량에 따른 기계적 물성

과 피로 수명 변화에 대해 알아 보고자 한다.

[P2-21]

Ti 계 벌크 비정질 합금 개발 및 기계적, 화학적 특성 분석:

*장지훈, 이승훈; 경북대학교 신소재공학부.Keywords: Metallic glass, Mechanical properties, Ti-based,

Lightweight

현대 산업분야의 빠른 변화에 따라, 소재의 다양화와 고성능

화가 요구되고 있다. 그 중, Ti 합금의 경우, 우수한 비강도와

내부식성 및 생체적합성을 가지고 있어 현대사회에 맞춰 빠르게

개발되고 있는 소재이다. 특히, 비정질 구조의 Ti계 합금은 결

정질 합금보다 우수한 비강도 및 내부식성을 가지므로 활발히

연구되고 있다. 현재까지 개발된 Ti계 벌크 비정질 합금은 비강

도를 저하시키는 원소(Cu, Zr, Ni 등)를 함유하는 합금이 대부

분이며, 비강도가 높은 Ti계 벌크 비정질 합금의 경우, 인체 유

해물질인 Be (>15 at%)을 다량 함유하는 경우가 대부분이다.

따라서, Be 최소화와 더불어 비강도 특성을 확보한 Ti 합금 개

발이 요구 된다. 본 연구에서는 인체 유해한 Be의 최소화와 더

불어 비강도 특성을 최대한 확보하여 Ti 계 벌크 비정질 합금

을 제작하고, Suction caster를 이용하여 제작 된 봉상 시편의

비정질 형성 여부확인 하였다. 그리고 압축 강도 및 부식 테스

트를 통해 기계적, 화학적 특성을 분석하였다.

[P2-22]

Influence of Additional Elements on the Microstructure

and Mechanical Properties of TiZrHfNiCu(Co, Nb, Fe) High-

entropy Alloys: *Hae Jin Park, Sung Hwan Hong, Jeong Tae

Kim, Young Seok Kim, Jin Man Park1, Ki Buem Kim*; Sejong

University. 1Samsung Electronics Co.

Keywords: High entropy alloys, Equiatomic substitution,

Microstructure, Mechanical properties

The conventional strategy for developing metallurgical alloys

has been based mainly on one principal element. This alloy

concept reaches the limit therefore the development of a new

paradigm of advanced metallic materials of interest in high-

entropy alloys (HEAs) is emerging. In previous study, describe

the microstructure and mechanical properties of (Ti33Zr33Hf33)-

(Ni50Cu50). Series of HEAs have been designed using an

equiatomic substitution alloy strategy, so that their microstructure

and mechanical properties could be compared to see the effect of

different elemental contents. (Ti33Zr33Hf33)60(Ni50Cu50)40 composites

with equiatomic components show the best properties. Based on

these results, in this study equi-atomic substituted TiZrHfNiCu,

TiZrHfNiCuCo, TiZrHfNiCuNb and TiZrHfNiCuFe high-entropy

alloys (HEAs) were produced by suction casting method. The

TiZrHfNiCu HEA exhibits single C14 Laves phase (MgZn2-

type) with fine homogeneous microstructure. When Co, Nb and

Fe elements are added, morphologies are slightly modulated

toward well-developed dendritic microstructure, phase constitutions

are significantly changed from single Laves phase to mixed

multi-phases as well as mechanical properties are also altered.

This clearly reveals that the selection and addition of additional

elements based on the formation rule for HEAs in TiZrHfNiCu

HEAs play an important role on the evolution of phase,

microstructure and mechanical properties.

[P2-23]

Ti-Cu계 비정질 합금에 소량의 Zr, Ni, Be 첨가가 산화 거동에

미치는 영향: *박성현, 나민영, 김강철, 김영성, 김참일, 김병진, 김

원태1, 김도향; 연세대학교. 1청주대학교.Keywords: Ti-Cu based metallic glass, Oxidation, Supercooled

liquid region

벌크 비정질 금속은 대부분 내산화성이 우수하여 구조재료로

사용하기 위해 연구되어 왔으나, 최근 기능재료로 사용하기 위

한 연구가 활발히 진행 중이다. 기존의 연구는 일정한 낮은 온

도에서의 비정질 금속의 산화가 주로 다루어졌다면, 본 연구에

서는 Ti계 비정질의 고온에서 산화와 continuous heating 중에

일어나는 산화 과정에 대하여 알아보고자 한다. 본 연구에서는

Ti계 비정질의 과냉각 액상 구간에서 continuous heating중에

일어나는 산화 과정에 대하여 알아보고자 한다. Ti계 비정질의

대부분을 차지하는 Ti-Cu계 비정질에서 산화거동을 알아보고,

이에 소량의 Zr, Ni, Be을 첨가한 비정질 합금의 과냉각 액상

구간에서의 산화를 비교하는 실험을 하였다. 실험은 TGA를 사

용하여 Dry air 분위기에서 1073 K까지 40 K/min으로 가열하

였으며, SEM, XRD, TEM 등을 활용하여 표면과 단면을 관

찰하고 상분석을 하였다. Ti-Cu계 비정질에 Zr의 첨가하면 양

에 따라 비정질 합금 간에 내산화성의 급격한 차이를 보이고,

이에 Ni이나 Be을 첨가했을 경우 과냉각 액상 구간에서 산화

거동이 바뀌는 것을 발견할 수 있었다. 이러한 Ti-Cu계 비정질

합금간의 산화 매커니즘에 대하여 고찰해 보았다.

[P2-24]

CoCrFeMnNi, CrCuFeMnNi high-entropy alloy에서 cooling

rate에 따른 미세조직 변화: *현재익, 공경호, 김강철, 김원태1, 김

도향; 연세대학교. 1청주대학교.Keywords: High-entropy alloy, Rapid quenching, Annealing,

204

Twinning, TEM

High-entropy alloy는 5개 이상의 합금 원소가 5~35 at%의

비율로 합금화하기 때문에 높은 혼합 엔트로피를 가져 고온에서

안정한 solid solution을 형성해 기존의 합금과는 다른 특성들을

가진다. 따라서 high-entropy alloy는 높은 내식성, 기계적 특성

등 우수한 특성들이 많이 보고되었고 고온재료, 코팅재료, 에너

지재료 등 다양한 분야에서 새로운 재료로 관심을 끌고 있다.

특히 single fcc solid solution으로 알려진 CoCrFeMnNi 합금

은 우수한 기계적 성질을 갖는다고 알려져 있고 고온열처리, 열

간압연, 냉간압연 등 다양한 가공 이후의 미세조직 변화와 그에

따른 기계적 성질을 변화에 대해 많은 연구가 보고되어왔다. 하

지만 cooling rate 차이에 의한 미세조직 변화에 대한 연구는

보고된 바가 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 CoCrFeMnNi과

CrCuFeMnNi 합금을 rapid quenching 하였을 때 생기는 미세

조직 변화 XRD, SEM, TEM을 통해 확인하였고, 이 합금들

을 900oC, 1000oC에서 열처리 하였을 때 미세조직 변화를 살

펴보았다. CoCrFeMnNi, CrCuFeMnNi 합금을 rapid quenching

할 때는 melt spinning을 이용해 40 m/s의 속력으로 100 µm

정도의 두께로 만들었고, 열처리는 button은 24시간 ribbon은

1시간 동안 진행하였다.

[P2-25]

Martensitic Transformation Behaviors of Ti-Ni-Mo Alloy

Fibers: *조병구, 강정우, 남태현1, 김연욱; 계명대학교 재료공학과

급냉응고실험실. 1경상대학교 공대 나노신소재공학부 기능재료실험실.Keywords: Shape memory alloy, Martensitic transforamtion,

TiNiMo, Fibers, Porous, Biomaterial alloy

Porous shape memory alloys have attracted great interest as

low-weight materials with high energy dissipation properties. In

the biomedical field, owing to their biocompatibility and their

promise to exhibit high strength and low modulus, porous Ti-Ni

alloys have been tested as bone implant materials, successfully

exhibiting a significant amount of bone ingrowth. In order to use

the excellent superelastic property of shape memory alloys in

many medical applications, the austenite transformation finish

temperature (Af) must be 37oC which is human body temperature.

In this study, the transformation temperature could be controlled

through the substitution of Mo for Ni in a Ti-Ni alloy.

[P2-26]

Improving the GFA of Ni-Cu-Zr-Ti-Si-Sn Bulk Metallic Glasses

by Controlling Atomic Ratio between Ti and Zr Contents:

*Hyo Jin Park, Sung Hwan Hong, Ki Buem Kim*; Sejong

University.

Keywords: Bulk metallic glass, Ni-base alloy, Glass forming

ability, Amorphous alloy

BMGs have taken notice as one of the most promising new

materials for structural and functional applications, due to their

unique combination of chemical and mechanical properties. For

the BMGs, the Ni-based BMGs exhibits much stronger than

other BMGs. However, the Ni-based BMGs have been limited

for using industrials due to their low GFA. In order to overcome

this drawback, researchers have attempted to improve GFA of

Ni-based BMGs through alloy designs. Ni-Zr-Ti-Si-Sn-Cu

BMGs were designed from Ni-Zr-Ti ternary system. In the Ni-

Zr-Ti alloy system, the addition of minor elements, such as Si

and Sn, enhanced the GFA of Ni-based BMGs by 3mm.

Moreover, the addition of Cu content also led to improve the

GFA of Ni-based BMGs. For alloy designs, recently, the GFA of

BMGs was improved by controlling the atomic ratio of including

alloy elements without addition of other elements. In this work,

we study that the ratio control of Zr to Ti on GFA of

NiCu(ZrxTiy)SiSn (x + y = 36, ratio of x to y is 3:1, 2:1, 5:4, 1:1,

4:5, 1:2, 1:3) alloy system was investigated to explore the

possibility for improving of the GFA. The samples were prepared

by the injection casting. Their microstructure and phase were

investigated using Scanning Electron Microscope (SEM), X-ray

Diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy

(TEM). The thermal and mechanical properties were analyzed by

Differential Scanning Calorimeter (DSC) and Universal Testing

Machine (UTM), respectably.

[P2-27]

TiNi 형상기억합금 박막의 상변태 거동 및 형상기억특성 변화 연

구: *주현우, 이현석, 노정필; 경상대학교 해양과학대학 에너지기계

공학과.Keywords: TiNi, Shape memory alloy, Thin film, DC magnetron

sputtering

형상기억합금은 일정한 온도에서 형상을 기억시키면 변형을

시켜도 특정 온도에서 기억시킨 형상으로 되돌아가는 특성을 지

닌 금속으로 일반적인 금속합금에서는 찾아볼 수 없는 형상기억

효과와 초탄성 거동을 보인다. 이러한 형상기억합금에는 대표적

으로 TiNi계, Cu계, Fe계가 있으며 이들 중 TiNi계 형상기억

합금이 다른 합금계에 비하여 형상기억효과 및 안정성이 우수하

여 가장 주목 받고 있다. 또한 가공성, 내 부식성, 생체적합성

등이 뛰어나 의료 및 공업 분야에 활용될 수 있다. 최근, 형상

기억합금 박막에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. Bulk형 형

상기억합금은 낮은 냉각 비율로 인해 열 응답시간이 느리다는

단점이 있다. 하지만, 박막으로 제조함으로써 열 응답속도를 향

상시킬 수 있기 때문에 마이크로 로봇과 인체 삽입용 마이크로

의료기기 등의 actuator로 사용 할 수 있다. 본 연구에서는

DC magnetron sputtering 증착에 의해서 만들어진 TiNi 형상

기억합금 박막의 상변태 거동 및 형상기억특성을 조사하였다.

기판으로 Si wafer를 사용하였으며 초기진공도는 5 × 10-6 Torr,

Ar gas량은 15 SCCM, 작업진공도는 1.5 × 10-3 Torr에서 박

막을 증착하였다. Ti과 Ni의 전력은 각각 183 W, 62 W로

고정하였으며, 증착시간은 180분이었다. FE-SEM을 이용하여

측정한 박막의 조성과 두께는 각각 50.1Ti49.9Ni, 3.7 µm이

었다. 박막의 결정구조를 분석하기 위하여 XRD를 측정하였으

며, 변태거동을 측정하기 위해 DSC와 TGA를 측정하였다.

Nano indentation을 이용하여 박막의 기계적 성질을 조사하

였다.

[P2-28]

철계 비정질 합금의 Si, Cr 함량에 따른 결정화 온도 이후의 산

화거동에 대한 연구: *윤성권, 이승훈; 경북대학교신소재공학부.Keywords: Oxidation, Fe base, Amorphous

비정질 금속은 기존 결정질 금속과 달리 단범위 규칙성의 무

질서한 원자배열을 가지며 전위나 결정립 같은 결함이 없으므로

기계적 특성과 내부식성 및 내마모성이 우수하여 내화물 강화제

205

로 응용이 가능하다. 또한 기존 스테인리스강 대비 저함량의

Cr 함량으로도 동등 내지 우수한 내산화성을 나타내며, 유연성

이 뛰어난 리본형 합금으로 제조가 가능하여 많은 양의 비정질

리본을 fiber ball 형성없이 각종 몰타르와 균일하게 혼입할 수

있다. 그러나 철계 비정질 합금의 결정화 이상 영역의 고온에서

의 산화거동에 대한 연구는 매우 미비한 상황이다. 따라서 본

연구를 통해 철계 비정질 합금의 산화거동을 속도론적 측면과

미세조직 측면에서 고찰하였다.합금설계는 강의 내산화성 및 내

부식성의 향상을 위해 Si과 Cr 함량을 조절하며 계획하였고,

합금은 생산 단가 절감을 위해 용선과 여러 함급철을 이용하여

Ar 분위기 하에서 용융하여 모합금을 제조하였다. 그리고 멜트

스피너를 통해 Ar 분위기 하에서 비정질 리본을 제조하였고

TGA, 수평로 등을 통해 대기분위기에서 열처리 후 상분석과

속도상수를 계산하였다.

[P2-29]

Mechanical Properties and Shape Memory Properties of

TiNi/TiNiCu Functionally Graded Shape Memory Alloys:

*김민성, 남태현1, 김연욱; 계명대학교 재료공학과 급냉응고실험실.1경상대학교 공대 나노 신소재공학부 기능재료실험실.Keywords: Functionally graded alloys, Shape memory alloy,

Martensitic transformation, TiNiCu

Ti-Ni based alloys are well known for their excellent shape

memory behaviors. Thus, they are attractive for various technical

applications. FGMs(Functionally graded shape memory alloys)

has showed a gradual strain due to smaller changes in

temperature, the better responsive to heat. therefore, The

spotlight as the next generation of smart materials. This paper

introduced an idea of geometrically grading Ti-Ni to obtain an

stable deformation response to loading from Ti-Ni/Ti-Ni-Cu

which is originally unstable during Stress-induced martensitic

transformations. Ti-Ni-Cu alloys have attracted a lot of attention

due to their high performance of shape memory effect and

decrease in thermal and stress hysteresis in comparison with Ti-

Ni binary alloys, their poor workability restraints the practical

applications of Ti-Ni-Cu shape memory alloys. The purpose of

the present study is to investigate the transformation behavior,

mechanical Properties and shape memory characteristics of

FGMs shape memory alloys.

[P2-30]

TiAl합금의 nitride상 형성에 따른 미세조직 변화 및 기계적 특

성: *하순봉; 경북대학교 금속공학과 나노구조재료연구실.Keywords: TiAl alloy, Titanium aluminide alloy, Nitride

티타늄 알루미나이드 합금은 높은 내산화성과 크리프 특성,

특히 고온 내열재료 중 상당히 우수한 비강도, 고온강도를 지니

고 있어 차세대 고온경량 재료로 큰 주목을 받고 있다. 이러한

특성으로 인해, 고온 재료에 쓰이는 Ni계 초내열합금의 대체

재료로 업계의 관심 또한 커지고 있어, 이 분야에 대한 연구가

필요하다. 탄소 또는 질소를 첨가한 TiAl 합금은 상온 연성의

감소 없이 인장강도와 크리프 저항이 향상되는 것으로 보고되었

다. 본 연구는 위 결과에 착안하여 기존의 TiAl 합금에 sputtering

target용 99.5% TiN을 첨가하여 nitride상이 형성 되었을 때,

이에 따른 기계적 특성 및 미세조직을 분석하여, 기존의 보고된

TiAl 합금의 특성들과 비교했다.

[P2-31]

Ag첨가에 따른 과냉각된 Ti-Zr-Ni 액체의 결정화 거동, 구조, 그

리고 형성능 변화에 대한 연구: *전상호, 강동희1, 이윤희2, 이수

형2, 이근우; 과학기술연합대학원대학교. 1서울대학교. 2한국표준과학

연구원.Keywords: Electrostatic levitation, Ti-Zr-Ni alloys, Quasicrystal,

Icosahedral phase, Undercooling

Ti-Zr-Ni 준결정체는 정20면체 구조(icosahedral structure)로

회전 대칭성만으로 결정성을 형성하는 물질로써, 과냉각된 액체

와 유사한 단거리 구조 질서를 가지고 있으므로 액상과 고상간

의 핵생성 장벽 및 결정화 거동에 관한 연구에 적합하다. 또한

일정한 압력과 온도 범위 내에서 많은 양의 수소를 가역적으로

흡수하는 장점이 있어서 수소 저장 물질로써도 큰 관심을 끌고

있다. 최근 Ti-Zr-Ni 준결정체에 소량의 원소를 첨가함으로써

안정성과 비정질 형성능을 증가시키는 연구가 보고되고 있는데,

그 중 소량의 Ag는 준결정체의 크기와 열적 안정성을 크게 증

가시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 Ag가 Ti-Zr-Ni 준결정체

의 구조에서 어떠한 자리에 위치하며, 그로부터 어떻게 열적으

로 안정적인 준결정체를 형성하는지에 대한 구체적인 이해는 아

직 미흡한 실정이다.따라서 본 연구에서는 Ag가 Ti-Zr-Ni 준결

정체의 구조 변화 및 열역학적 거동에 미치는 영향에 대해서

보고하고자 한다. 먼저 0~6 at. %의 Ag 첨가에 따른 준결정

체의 크기 및 열적 안정성의 변화를 관찰하기 위하여 X-선 회

절(XRD) 및 시차주사열량 측정(DSC) 실험을 수행하였다. 그리

고 정전기장 부양 장치(electrostatic Levitation: ESL)를 사용하

여 Ag 첨가에 따른 액체 → 준결정 → 결정으로의 상변태 변

화 과정을 관찰하였다. 마지막으로 Ti-Zr-Ni glass 시료의 구조

분석을 통하여 Ag가 준결정체의 국부구조에 미치는 영향에 대

해서 보고하며, 결정화 거동과 열적 안정성, 그리고 국부구조와

의 상관관계에 대해서 보고하고자 한다.

[P2-32]

용선기반 철계 비정질의 기계적 특성 및 파단면 분석: *문재원,

이승훈; 경북대학교 금속공학과 나노구조재료연구실.Keywords: Fe-based, Amorphous, Pig iron, Mechanical property

비정질 합금은 결정질 합금과 다르게 단범위 규칙성을 가지

고 있어 화학적으로 균일한 조성 분포를 가지고 있으며 입계

및 전위와 같은 결함이 존재하지 않아 뛰어난 기계적 특성 및

내식성을 가진다. 그러나 높은 급랭 속도를 요구하는 공정의 특

수성으로 인한 생산 단가 상승으로 산업 현장 적용에 있어 단

점으로 작용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 타 재료에 비해

낮은 단가를 가진 용선을 기반으로 제작된 Fe79C11B8Si2 조성의

비정질 리본을 제작하여 인장 및 굽힘 시험을 통해 기계적 특

성을 알아보고 파괴의 메커니즘을 파악하기 위해 파단면에 대한

분석을 진행하였다. 특히 베이스 조성에서 Cr 및 Mo 같은 내

식성과 관련된 원소를 첨가함에 따른 파단면 변화에 집중하여

연구를 진행하였다.

[P2-33]

디알로잉을 통한 다공성 나노 구조 제조: *공경호, 김우철, 김강

철, 김참일, 김원태1, 김도향; 연세대학교. 1청주대학교.Keywords: Dealloying, Nanoporous, Composite, SEM, TEM

디알로잉을 통한 나노포러스 재료는 높은 비 표면적을 가짐

에 따라 촉매/광촉매, 에너지 변환 및 저장 장치, 각종 센서 및

바이오 센서등 많은 분야에 적용하기 위한 노력이 있었다. 특히

206

나노스케일의 높은 전기 전도도를 갖는 리가먼트 사이즈를 조절

가능함에 따라 연료전지, 태양전지, 슈퍼캐패시터 및 리튬이온

배터리 등의 에너지 저장 장치 분야에서 큰 효율 향상이 기대

되고 있다. 최근에는 에너지 분야에서 효율 향상을 위해 나노포

러스 금속/금속 복합재의 형태를 만들기 위한 연구가 활발히 진

행되고 있으며, 귀금속 나노포러스 구조에 금속산화물이 공존하

는 형태를 만든 연구가 보고되었다. 그러나 금속 기반의 복합재

형태의 나노포러스 구조가 형성되는 메카니즘은 아직까지 명확

하게 밝혀지지 않았으며, 가격적인 측면에서 경제적인 귀금속이

아닌 Ni, Fe, Co, Ti 등 천이 금속에서 나노포러스 구조를 만

들기 위한 연구 또한 요구 된다. 본 연구에서는 저가격, 무독성

으로 광촉매, 태양 전지 등 다양한 분야에 적용되고 있는 TiO2

를 디알로잉을 통해 나노포러스 TiO2를 만들기 위한 연구를 하

였다. 다양한 산용액에서 전위를 변화 시켜주는 전기화학적 방

법을 통해 나노포러스 TiO2가 형성되는 과정을 SEM을 통해

관찰하였다.

[P2-34]

Mechanical Properties and Microstructure of Al-(CoFeNi)

System Alloy: *Elyorjon Jumaev, Hae Jin Park, Yong Seok

Kim, Sung Hwan Hong, Jeong Tae Kim, Ki Buem Kim*;

Sejong University.

Keywords: Mechanical properties, Microstructure, High entropy

concept

Al-(CoFeNi) alloy is fabricated using near equi-atomic ratio

for Co, Fe and Ni content in order to develop the high entropy

alloy system. Actually, high entropy alloys are usually defined as

the kind of alloys with at least five principle components, each

component has the equi-atomic ratio or near equi-atomic ratio,

and the high entropy alloys can have very high entropy of

mixing, forming simple solid solution rather than many complex

intermediate phases. In this study, mainly about the mechanical

properties and microstructure of Al-(CoFeNi) alloys system.

During experiment period we can see B2 phase. Because usually

these types of elements create B2 phase. Using by these elements

and with attending B2 phase may to invite high entropy alloy

system. During experiment period will check these all details by

using high entropy concept. The crystal structure, microstructure,

density, micro hardness and mechanical properties of Al-

(CoFeNi) alloys developed by high entropy concept. Will be

investigated using by X-ray, DSC, and compression test.

[P2-35]

Effect of Thermal and Mechanical Cycling on Martensitic

Transformation Behavior of Ti-(27-3x)Nb-xMo Alloys: *김

동조, 남태현, 김은수, LI Shuanglei; 경상대학교.Keywords: Ti-Nb-Mo alloys, Martensitic transformation, Shape

memory effect, ω phase

Ti-based alloys have been used extensively in many fields,

including biocompatibility, light weigh, excellent corrosion

resistance, low Young’s modulus, good workability and high

strength. In certain Ti-based alloys containing β-stabilizing

elements, martensitic transformation from disordered β phase(bcc)

to the orthorhombic α'' martensite phase takes place during

cooling or loading. The corresponding reverse martensitic

transformation during heating or unloading is responsible for the

shape memory effect and superelasticity, respectively. Another

important metastable phase in Ti-baesd alloys is ω phase. The ω-

phase received great interest owing to its pronounced effect on

mechanical and anomalous electrical properties. The ω phase

affects the shape memory effect(SME) and martensitic

transformation behavior. However, the ω phase can cause the

mechanical properties to deteriorate. In a previous study, the

shape memory properties of Ti-Nb-Mo alloys were systemtically

investigated and compared with those of Ti-Nb alloys. It was

found that the Ti-27Nb, Ti-24Nb-1Mo, Ti-21Nb-2Mo and Ti-

18Nb-3Mo alloys exhibited the most stable superelasticity, with a

narrow stress hysteresis for Mo contents of 0, 1, 2 and 3 at.%,

respectively. It was also claimed that the composition dependence of

shape memory properties is strongly related to the ω phase.To the

authors’ knowledge, there has been no systematic study on the

effect of thermal cycling on transformation behavior of Ti-Nb-

Mo alloys. Ti-(27-3x)Nb-xMo(at.%)(x = 1~3) alloys was investigated

by means of differential scanning calorimetry (DSC), x-ray

diffraction (XRD), electrical resistivity measurement, tensile test

and vickers hardness tests.

[P2-36]

Microstructures and Martensitic Transformation Behavior

of Superelastic TiNiAg Scaffold: *LI SHUANGLEI, Tae-

Hyun Nam, Eun-Soo Kim, Dong-Jo Kim; 경상대학교 금속재

료공학과 구조재료실험실.Keywords: TiNiAg alloy scaffold, Martensitic transformation,

Rapid solidification process, Superelasticity

In this study, 49Ti-50.3Ni-0.7Ag (at.%) scaffolds were

fabricated successfully by sintering rapidly solidified alloy fibers.

Microstructures and transformation behavior of the alloy fibers

and sintered scaffolds were investigated by means of electro

probe micronanlyzer (EPMA), differential scanning calorimetry

(DSC), X-ray diffraction (XRD). The B2-R-B19’ transformation

occurred in alloy fibers and sintered scaffolds. The stress-strain

curves obtained by using dynamic mechanical analyzer (DMA)

showed that alloy fibers had good superelasticity with measured

superelastic recovery ratio of 93% after annealing heat treatment.

The as sintered Ti-Ni-Ag scaffolds possessed three-dimensional

and interconnected pores and had the porosity level of 80%. And

the sintered scaffolds after aging heat treatmnet not only had an

elastic modulus of 0.67 GPa, which match well with that of

cancellous (spongy) bone, but also showed excellent superelasticity

with superelastic strain of 2.52% at human body temperature.

Furthermore, the aged Ti-Ni-Ag scaffolds showed the property of

stabilization during the compression cyclic test.

[P2-37]

Influence of Zr Content on Phase Transition and Mechanical

Behavior of Ni-Ti-Hf-Zr Shape Memory Alloys: *Sung Hwan

Hong, Jeong Tae Kim, Hae Jin Park, Young Seok Kim, Jin

Yoo Suh1, Young Sang Na2, Ka Ram Lim2, Ki Buem Kim*;

Sejong University. 1Korea Institute of Science & Technology.2Korea Institute of Materials Science.

207

Keywords: Shape memory alloy, Phase transformation,

Mechanical properties, Double yielding behavior

The shape memory effect (SME) exhibited by shape memory

alloys (SMA) is of significant academic interest. The SME is

originated from a diffusionless transformation of austenite phase

to the martensite phase with change in temperature. Another

feature of SMA is the pseudoelasticity at certain temperature and

stresses by aging, which is mainly related to the SME. However,

a significant limitation of NiTi SMA is their relatively low

transformation temperatures (<373 K) that restricts the use of

these alloys to applications close to ambient conditions. To

increase the transformation temperature, high-temperature SMA

has been developed by addition of ternary elements. For

example, NiTiHf alloy developed by substitution Ti of Hf

undergoes diffusionless phase transformation from austenite

phase to martensite phase above 373 K. However, NiTiHf SMAs

have still awaiting solution from relatively easy plastic

deformation due to their low yield strength. Therefore, it is

necessary to improve the yield strength of NiTiHf SMAs. One

way to enhance the mechanical properties of the SMAs is

addition of other alloying elements. This method is effective to

improve mechanical properties of alloys. In this work, Ni-Ti-Hf-

Zr shape memory alloys containing different Zr content (0~15

at.%) have been prepared by arc meting and suction casting. The

addition of Zr content led to increase transformation temperature

as well as yield strength. Moreover, the these alloys exhibited

different mechanical behavior by amount of Zr content. With the

addition of Zr content up to 7 at.%, the alloys exhibited double

yielding behavior. In contrast, alloy containing Zr content of 10

and 15 at.% exhibited single yielding behavior. Through detailed

investigations on the thermal characteristics, mechanical

behavior and structural evolution of the alloys, it is feasible to

elucidate the relationship between phase transition and double/

single yielding behavior of Ni-Ti-Hf-Zr shape memory alloys.

[P2-38]

Investigation of Mechanical Properties and Deformation

Behavior of Co-Cr-Mo-(Cu) Eutectic Alloy: *Jeong Tae Kim,

Sung Hwan Hong, Hae Jin Park, Young Seok Kim, Jin Yoo

Suh1, Ki Buem Kim*; Nano and Advanced Materials Engineering

Sejong University. 1Korea Institute of Science and Technology.

Keywords: Co-Cr-Mo, Mechanical properties, Deformation,

Eutectic alloys

In the present study, the microstructural evolution and

modulation of the mechanical properties have been investigated

in Co-Cr-Mo (CCM) ternary eutectic alloy by addition of the

small amount of copper content. The microstructures of the CCM

and CCMCu alloys exhibit that the small addition of Cu dose not

brings the notable microstructural evolution and shows only

formed Co dendrite phase slightly in eutectic colonies. Moreover,

the Cu-free CCM ternary eutectic alloy displays the high yield

strength, ~2500 MPa but limited plasticity (~0%) at room

temperature. However, CCMCu0.5 alloy, exhibiting similar

microstructure of CCM ternary eutectic alloy, shows much

higher plasticity (~10%) without typical tradeoff between yield

strength and plasticity. To understanding about these mechanical

evolutions, the fracture/lateral surfaces are investigated.

Furthermore, the macro-scale Vickers indentation on interface-

bonded specimens was carried out and then, subsurface

morphologies were observed using SEM. From these analyses, it

is found that CCM and CCMCu alloys are exhibit obviously

different fracture and lateral morphology. The CCMCu alloy

shows more rough and complex surface morphology compare to

CCM ternary eutectic alloy. Moreover, the deformation region

underneath the Vickers impression also shows a significant

difference between the CCM and CCMCu alloys, which CCMCu

alloy displays the larger heavily deformed area than that of CCM

alloy. These results suggest that the small amount of Cu addition

on Co-Cr-Mo ternary eutectic alloy has a positive effect on the

macroscopic mechanical plasticity without the drop of yield

strength.

[P2-39]

청동방짜수저의 항살균효과에 미치는 미세조직 요인 분석: *최병

학, 전원표, 서석민, 강효인, 고형순1, 박경균2, 김유찬2; 강릉원주대

학교. 1강원문화재연구소. 2참방짜.

청동으로 만들어지는 방짜수저는 잉고트 주조 후 방짜라고

불리는 단련에 의해 제조되는 수저이다. 고대로부터 만들어지는

일반 공정인데, 특히 우리나라는 방짜기법을 수저에 적용시킨

거의 유일한 기술을 가지고 있다. 최근 메르쓰에 의해 많은 희

생이 일어났고 주의가 요청되는 시점이다. 메르스와 같은 균 또

는 바이러스는 금속에 살균되는 특성을 보인다. 금속 중에서도

항살균 효과는 구리합금에서 특별히 큰 것으로 보고되는데, 본

연구에서는 구리합금 중에서 청동합금이며, 방짜란 단련기법에

의해 만들어지는 우리나라 고유기술 수저제품에 대한 항살균 효

과를 고찰하고자 하였다. 합금의 미세조직과 상변태가 항살균

효과에 영향을 주는지와, 스테인레스강 등 타 합금 및 그 미세

조직의 항살균 효과를 비교 분석하였다.

[P2-40]

용접부 파손사례에 관련되는 용접 미세조직 요인 분석: *최병학,

정가빈, 심종헌1, 박찬성1, 김진표1, 박남규1; 강릉원주대학교. 1국립

과학수사연구원.

일반 민간 사용 및 산업설비의 용접부에서 발생되는 파손사

고 사례가 종종 보고된다. 이러한 용접부 파손은 사용상/기계작

동상 오류나 용접공정 오류가 그 원인일 수 있다. 본 연구에서

는 용접공정으로부터 야기되는 용접부 미세조직적인 오류가 파

손사고에 이어지는 사례를 소개하고자 한다. 용접부 미세조직은

결함/균열과 같이 직접적인 사고로 유발되는 요인은 아니지만,

재질취성을 야기시켜 가벼운 충격에도 균열 및 파손을 유발하는

손상요소를 내재한다. 이러한 파손사고 방지를 위해서는 용접부

미세조직을 Base Metal/HAZ/Weld Metal 구분하여 재질별로

구분하고, 강성 및 인성에 적합한 열처리 공정을 확립할 필요가

있다. 본 연구를 통해 용접부 미세조직 불량의 파손사례를 분류

하고, 방지방안을 제시하고자 한다.

[P2-41]

수소가압분위기의 상변태 현상 분석: *이범규, 최병학, 이윤희1, 백

운봉1, 남승훈1, 김우식2, 김영욱3; 강릉원주대학교. 1한국표준과학연

구원. 2한국가스공사. 3한양대학교.

208

수소가압 및 고온수소 분위기에서 사용재질은 심각한 수소손

상을 겪게 된다. 이것은 수소부식 또는 수소부식 또는 수소취성

으로 볼 수 있는데, 수소취성 형태로는 수소추성균열 [HIC] &

수소취성기공 [HIV] 형태로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 강

및 합금들을 수소가압/고온분위기에 노출시키고, 수소에 의한 상

변태 현상을 분석하고자 하였다. 수소에 의한 상변태는 bcc &

fcc 재질로 구분하여 고찰될 수 있다. 일반 탄소강과 같은 bcc

계열의 재질은 극심한 수소취성에도 불구하고 아직 상변태 현상

이 보고된 바가 없다. 이에 비하여 스테인레스강과 같은 fcc

계열의 재질은 수소에 의해 다양한 상변화 현상이 발생된다. 이

러한 수소 상변태를 재질별/조건별로 체계적으로 분류하고 변태

기구를 해석함이 본 연구의 목적이다.

[P2-42]

수소가압분위기의 재질등급저하 현상 분석: *이범규, 최병학, 심미

선, 윤주성, 고승희, 백운봉1, 남승훈1; 강릉원주대학교. 1한국표준과

학연구원.

수소가압분위기에서 재질은 일반적으로 수소에 의한 재질열화

를 겪을 수 있다. 수소는 사용재질에 확산침투하여 다양한 형태

의 손상결함 및 균열을 야기한다. 이러한 현상을 통틀어서 수소

부식 또는 수소취성으로 볼 수 있는데, 수소취성 형태로는 수소

추성균열 [HIC] & 수소취성기공 [HIV] 형태로 분류할 수 있

다. 본 연구에서는 강 및 합금들을 수소가압분위기 노출시키고,

수소에 의한 재질열화를 분석하고자 하였다. 재질열화는 재질등

급저하의 정성/정량적 평가로 구분하고 각 합금들에 대한 열화

요인을 파악하고자 한다. 이를 통하여 재질의 수소사용 안정성

및 수명평가 기반을 마련하고자 한다.

[P2-43]

해상구조물 부방식 설계를 위한 재질강도 및 미세조직 적용 분

석: *이범규, 최병학, 정가빈, 김용혁, 김경호, 홍기용1, 이강수1; 강

릉원주대학교. 1선박해양플랜트연구소.

해상구조물은 해수 분위기의 극심한 부식환경에 노출되어 사

용된다. 따라서 부방식 설계와 적용 재질의 강도 및 미세조직

제어는 필수적인 엔지니어링 요소이다. 본 연구에서는 해상구조

물 설계에 적용되는 부방식 CODE를 분석하고, 이에 적합한

재질선정을 고찰하고자 한다. 적용 재질은 강성뿐만 아니라 부

식/피로 등 사용환경에 대응할만한 미세조직 제어도 필수적이다.

적용되는 미세조직은 적합한 제조 및 열처리 과정을 거쳐 제조

되고 표면처리 등 방식설계를 필요로 한다. 부방식 설계에 따르

는 재질강도 및 미세조직 제어 방안을 도출하고자 한다.

Memo

209

[P3-1]

고주파수용 Mn-Zn 페라이트의 Cobalt oxide 첨가제에 따른 미

세구조 및 자성특성에 대한 연구: 남경진(발표자), 유명재, *이우

성; 전자부품연구원.

Keyword: Mn-Zn, Ferrite, CoO 첨가제, 투자율

고주파수용 Mn-Zn 페라이트의 Cobalt oxide 첨가제에 따른

미세구조 및 자성특성에 대한 연구 페라이트서 소재는 전자기기

의 전원을 공급하기 위한 소자로서 활용이 있다. 전자기기의 소

자는 소형·경량화되고 있으며 이를 만족하기 위해서 고주파수화

하고 이에 따른 고투자율 자성재료가 필요한 상황이다. 본 연구

에서 고투자율, 저 손실 재료를 위한 소재의 특성 개선을 위해

서 Mn-Zn 페라이트에 cobalt oxide 첨가하였다. 합성 된 페라

이트 분말은 900oC에서 하소 분쇄한 후에 1200oC에서 2시간

소결하였다. 소결된 시편은 MHz 대역에서의 투자율(u'), 복소

투자율(u''), 및 비저항(ρ)을 측정하였으며 미세구조는 화학에칭

및 열에칭을 하여 확인하였다. cobalt oxide 첨가량에 따라 초

투자율이 감소하고 복소투자율 역시 감소하였다. cobalt oxide의

소량 첨가는 고주파수에서의 주손실인 와전류 손실을 줄여 전력

손실을 감소하는데 기여하였다.

[P3-2]

The Electrochemical Reaction Mechanism of Maricite

NaFePO4 for Na Ion Battery: Combined First-principles

and Experimental Study: *김종순, 서동화1, 강기석2; 한국원자

력연구원. 1MIT. 2서울대학교.Keywords: NaFePO4, Maricite, Na ion battery

Maricite NaFePO4 can function as an excellent cathode

material for Na ion batteries, an unexpected result since it has

been regarded as an electrochemically inactive electrode for

rechargeable batteries. Our investigation of the Na re-

(de)intercalation mechanism reveals that all Na ions can be

deintercalated from the nanosized maricite NaFePO4 with

simultaneous transformation into amorphous FePO4. Our quantum

mechanics calculations show that the underlying reason for the

remarkable electrochemical activity of NaFePO4 is the significantly

enhanced Na mobility in the transformed phase, which is one

fourth of the hopping activation barrier. Maricite NaFePO4, fully

sodiated amorphous FePO4, delivered a capacity of 142 mAh g-1

(92% of the theoretical value) at the first cycle, and showed

outstanding cyclability with a negligible capacity fade after 200

cycles (95% retention of the initial cycle).

[P3-3]

입도변화에 따른 Al분말의 Ni코팅 및 산화거동 연구: *우재열, 김

창기1, 최윤정1, 김경태; 재료연구소(KIMS). 1국방과학연구소.

Keywords: Al powder, Ni coating, TGA/DSC, 자전열합성(SHS)

알루미늄(Al) 소재는 산화특성이 매우 높은 금속 중 하나로

에너제틱 재료(energetic materials)로 가장 많이 사용되고 있다.

에너제틱 물질은 외부의 에너지가 주입되면 내부에 가지고 있던

화학적 에너지를 급격하게 열에너지로 방출하는 물질로서 추진

체(propellents), 폭발물(explosives), 연소기폭제(initiator) 등 국

방 및 민수용 소재에 광범위 하게 사용되는 재료를 의미한다.

그러나 Al의 경우 산화특성이 매우 높은 반면에 공기 중에서

아주 치밀한 산화막이 형성되어 본연의 폭발 성능을 나타내지

못하는 경우가 대부분이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연

구에서는 각각 25 µm, 45 µm, 75 µm의 입도를 가지는 Al분말

을 활용하여 입도별로 산화반응속도와 경향을 상대 비교분석하

였다. Al분말의 표면 산화막을 화학적 공정으로 제거함과 동시

에 표면 안정화를 위하여 Al분말 표면에 니켈(Ni)을 코팅하는

연구를 수행하였다. Ni은 Al과 반응할 경우 NiAl, Ni2Al 등을

형성하며 자전열합성(self propagation heating synthesis, SHS)

반응으로 발열특성을 나타내기 때문에 Al의 점화온도를 낮추고

연소반응을 활성화 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 Al

의 입도변화에 따라 Ni 코팅의 효과를 동시에 확인 할 수 있

었다.본 연구에서는 Al 표면에 형성 되어 있는 산화막(Al2O3)을

화학적 공정으로 제거한 뒤 Al 표면에 Ni을 코팅하기 위하여

무전해도금법을 사용하였다. 니켈(Ni)이 코팅된 Al 분말의 미세

조직 특성은 SEM/EDS로 분석을 하였고, 열적특성및 산화반응

성은 TGA/DSC 및 화염점화(flame ignition) 측정방식을 통하

여 평가하였다. 그 결과 Ni이 팅 된 Al 분말은 Ni 코팅으로

인하여 Al 분말의 표면 산화막 생성이 억제되었고, Ni 첨가에

의하여 Al 분말의 산화반응성을 향상시킬 수 있다는 것을 확인

하였다. 이 결과를 통해 Al 분말의 크기가 작아질수록 점화 및

연소특성이 향상되는 것을 확인하였다. 본 연구는 국방과학연구

소의 국방개별기초사업 고반응성 금속분말 산화억제연구과제

(계약번호:UD130033GD)의 지원으로 수행되었습니다.

[P3-4]

에너제틱 응용을 위한 Teflon 코팅된 알루미늄 분말의 산화거동:

*우재열, 김창기1, 최윤정1, 김경태; 재료연구소(KIMS). 1국방과학연

구소.Keywords: Al, Teflon, Powder, TGA, Ignition

에너제틱재료(Energetic Materials)는 외부의 에너지가 주입되

면 내부에 가지고 있던 화학적 에너지를 급격하게 열에너지로

방출하는 물질로서 추진체(propellents), 폭발물(explosives), 연

소기폭제(initiator) 등 국방 및 민수용 소재에 광범위 하게 사

용되는 재료를 의미한다. 에너제틱 물질 중에 대표적인 재료가

Al이며 분말의 형태로 응용이 되고 있다. 그러나, Al의 경우

공기 중에서 아주 치밀한 산화막이 형성되어 본연의 폭발성능을

나타내지 못하는 경우가 대부분이다. 이러한 문제를 해결하기

위하여, 본 연구에서는 Al의 표면 산화막을 제거하고 Al의 반

응성을 향상시키기 위하여 Teflon을 Al 분말표면에 코팅하는

연구를 수행하였다. Teflon은 Al과 반응할 경우 느린 가열속도

에서는 테프론은 Al 입자 표면 산화물층을 파괴시키는 것으로

알려져 있으며, Teflon 코팅에 의한 산화막 제거 및 산화막 방

지 효과가 기대된다. 본 연구에서는 Al 표면에 형성되어 있는

산화막(Al2O3)을 화학적 공정으로 제거한 뒤 Al 표면에 Teflon

을 코팅하기 위하여 무전해도금법을 사용 하였다. Teflon 도금

이 된 Al 분말의 미세조직 특성은 SEM/EDS로 분석하였고,

열적특성은 TGA/DSC, 화염점화(flame Ignition)을 통하여 평

가하였다. 제조 된 Teflon 코팅으로 인하여 Al 분말의 표면 산

화막(Al2O3) 생성이 억제되고 Al의 점화 및 연소특성을 향상

시킬 수 있는 효과를 확인하였다. 본 연구는 국방과학연구소의

국방개별기초사업 고반응성 금속분말 산화억제연구과제(계약번호:

UD130033GD)의 지원으로 수행되었습니다.

P3 : 에너지재료Room 전시장, 10월 29일

210

[P3-5]

수중 플라즈마를 활용한 그래핀 담지 팔라듐 촉매의 합성 및 촉

매적 특성 향상에 관한 연구: 조유근, 김성민, *이상율; 한국항공

대학교.Keywords: Plasma discharge in solution, Direct formic acid fuel

cells, Catalyst, Pd/graphene composites

팔라듐은 백금 대비 가격이 저렴하고 백금과 거의 비슷한 촉

매 활성도를 나타낼 뿐만 아니라 CO 피독에 대한 저항성이 뛰

어나기 때문에 개미산 연료전지의 백금 대체 촉매 물질로 활발

히 연구되고 있다. 특히, 촉매 물질의 담지체를 카본블랙 대신

그래핀을 적용할 경우, 팔라듐 나노입자의 분산성을 개선시켜 개

미산 산화반응의 촉매 활성도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단

된다. 본 연구에서는 수중 플라즈마 방전을 활용하여 다양한 전

기장 조건에서 그래핀 지지체에 팔라듐 나노입자를 합성시키고

개미산이 포함된 수용액에서 촉매 특성을 평가하였다. 나노입자

합성을 위해 그래핀과 PdCl2가 혼합된 용액 내부에 한 쌍의 텅

스텐 전극을 수평으로 놓고 높은 인가전압을 통해 방전을 유도

하였으며, 실험 변수는 전극 사이의 전기장을 16~64 kV/cm

범위로 적용하여 실시하였다. 그래핀 담지체 팔라듐 촉매 (Pd/

G)의 결정구조, 형상, 크기 및 분산도를 분석하기 위해 X-선 회

절 분석기와 고분해능 투과 전자 현미경이 사용되었다. 합성된

Pd/G의 촉매 특성은 1 M의 개미산 수용액에서 순환전압 전류법

과 정전압 실험을 통해 평가하였다. HR-TEM 분석 결과, 기존

의 카본블랙 담지체 보다 그래핀 담지체에서 향상된 분산도를

가지는 것으로 확인되었다. 또한, 수중 플라즈마 공정에서 전기

장을 증가시킴에 따라 팔라듐 나노입자의 크기는 5.9 nm에서

3.4 nm로 감소되며, 동시에 분산도는 증가하는 것을 관찰할 수

있었다. 순환전압 전류법을 통해 각 시편의 전위 전류 곡선을

분석한 결과, 가장 작은 입자 크기를 가지며 분산도가 가장 좋

은 64 kV/cm의 전기장 조건으로 합성된 Pd/G가 개미산 산화

반응에 대해 가장 높은 전류 밀도를 보였다. 이는 작은 입자

크기와 안정된 분산도 때문에 반응 표면적이 증가하여 개미산

에서의 전기화학적 촉매 성능이 향상된 것으로 판단된다.

사사의 글 : 본 연구는 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구

재단의 지원을 받아 수행되었습니다(No. 2013R1A1A2060918).

[P3-6]

Furfuryl Alcohol-derived Vitreous Carbon Coating on Si/

Silicide Composite Anode for Li-ion Batteries: *Juyoung

Jang, Inyeong Kang1, Kyung-Woo Yi2, Young Whan Cho3; Seoul

National Univ. / Korea Institute of Science and Technology.1Yonsei Univ. / Korea Institute of Science and Technology. 2Seoul

National Univ. 3Korea Institute of Science and Technology.

Keywords: Si alloy, Carbon coating, Vitreous carbon, Furfuryl

alcohol, Li ion battery

Si has been widely studied as anode materials for lithium ion

batteries because of high gravimetric and volumetric capacity. The

main problem is, however, the large volume expansion (about 3

times in respect to the initial volume) which occurs during the

lithiation of silicon. One of the methods to mitigate this problem is

to use two-phase Si alloys which consist of an inactive

intermetallic phase that does not react with lithium and free Si that

reacts with lithium. The introduction of the inactive phase reduces

the amount of overall volume expansion/contraction to a

considerable extent. Another option is to coat the anode material

with carbon, which can effectively increase the electrical

conductivity, improve the chemical and/or physical properties of

the surface layer, and protect the anode particles from direct

contact with electrolyte, leading to enhanced cycle life. Most of the

carbon coating layer tried so far is graphitic starting from different

types of aromatic hydrocarbon sources. Here, we have adopted a

new approach to existing carbon coating with vitreous carbon

derived from furfuryl alcohol. The vitreous carbon structure,

formed after carbonization heat treatment at relatively lower

temperatures, with inherently higher strength, hardness, resistance

to chemical reaction, as well as lower porosity and permeability

will result in better carbon coating layer.

[P3-7]

Designing Microstructure with Voids of Si-based Anode

Materials for Li-ion Batteries: *Inyeong Kang, Juyoung Jang1,

Jin-Woo Park2, Young Whan Cho3; Yonsei University / Korea

Institute of Science and Technology. 1Seoul National Univ. /

Korea Institute of Science and Technology. 2Yonsei University.3Korea Institute of Science and Technology

Keywords: Silicon anode, Microstructure control, Water-soluble

compounds, Li-ion battery

Silicon has been regarded as one of the most promising anode

materials for Li-ion batteries because of its higher specific

capacity than carbon anodes. However, there is a fatal problem

that the structure of Si materials changes a lot during lithiation/

delithiation process. This large volume change results in the

following sequential processes; pulverization, breakage of solid

electrolyte interface (SEI), exhaustion of electrolyte, and finally

sudden capacity drop. Among many attempts to solve these

problems, the microstructure control with voids showed notable

progress in improving the cycle performance. But the synthetic

methods adopted so far were too complicate to apply to

commercial processes. Here, we designed a microstructure of Si-

based anode materials with voids using water-soluble compounds.

The role of water-soluble compounds is to make enough spaces

within the anode particles so that they can expand without

generating excessive crack on the surface during the

electrochemical reaction. We synthesized active anode materials

using high energy ball milling with ferrosilicon alloy and water-

soluble compound mixtures as starting materials. After coating

with a carbon precursor followed by carbonization heat

treatment, they were washed with distilled water to remove the

water-soluble compounds. The evidences of the removal of the

water-soluble compounds were provided by X-ray diffraction,

SEM/EDS, and BET analysis. The present study shows that our

new approach is more simple and practical for industrial

applications to realize an ideal microstructure of Si-based anode

for rechargeable Li-ion batteries.

[P3-8]

Electrochemical Characteristics of GeS as an Anode for

Rechargeable Li-ion Batteries: *성건규, 박철민; 금오공과대학교.Keywords: Li-ion secondary batteries, Electrochemistry, Anode,

Ge, Nanocomposite

211

리튬이온이차전지 시스템은 전 세계적으로 가장 널리 사용되

고 있는 대표적인 에너지 저장 시스템이다. 하지만, 리튬이온이

차전지의 음극재료로 사용되고 있는 흑연은 이론용량이 372

mAh/g으로 상대적으로 낮고, 고율특성 또한 좋지 않다. 이러한

리튬이온이차전지의 단점들을 극복하기 위한 대안으로 리튬이온

이차전지의 고용량화에 대한 연구들이 진행중이고, 특히 높은

이론용량을 가지고 있는 Ge, Sn, Si 등 4족원소를 이용한 음

극재료를 개발중 이지만 부피팽창으로 인한 수명특성 저하등 많

은 문제점들을 갖고 있다. 4족계 원소중 하나인 Ge과 6족계

원소인 S의 화합물인 GeS는 부분적인 층상구조를 가지고 있고,

1470 mAh/g이라는 높은 용량을 가지고 있어서 차세대 이차전지

의 음극물질로 높은 가능성을 가지고 있다. 본 연구진은 GeS를

이용하여 충방전시 일어나는 전기화학적 반응 메커니즘을 분석

하였다. 나아가 전기화학적 성능 향상을 위하여 탄소 나노복합

체를 제조하였으며, 새로운 고용량 리튬이차전지용 음극 재료로

써의 가능성을 조사하였다. Acknowledgements: This work was supported by the National

Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the

Korea Government (MSIP) (NRF-2014R1A2A1A11053057).

[P3-9]

Systematic Analysis on Ionic Conductivity of LiBH4 Infiltrated

into Mesoporous Scaffolds: *Yong Seok Choi, Kyu Hwan

Oh1, Young-Su Lee2, Young Whan Cho2; Seoul National Univ.

/ Korea Institute of Science and Technolgy. 1Seoul National

Univ. 2Korea Institute of Science and Technolgy.

Keywords: LiBH4, Solid electrolyte, Li ion battery

It has been known that LiBH4 has an orthorhombic crystal

structure with a low ionic conductivity (~10-8 S/cm) at room

temperature, but undergoes a reversible phase transformation at

~110oC to a hexagonal crystal structure with a high ionic

conductivity of ~10-3 S/cm. Interestingly, the confinement of

LiBH4 in the mesoporous scaffolds changes the stability of the

different structural phases, which raises the ionic conductivity as

high as ~6 × 10-5 S/cm even at room temperature. However, it is

still unclear which mechanism, i.e. crystal structure transition or

increase of interface between LiBH4 and SiO2, governs the ionic

conductivity enhancement of infiltrated LiBH4. We therefore

systematically investigate the ionic mobility of LiBH4 melt-

infiltrated into a mesoporous silica scaffold (MCM-41). In order

to synthesize the fast Li ionic conductor, the LiBH4 was ball

milled, and melt-infiltrated into MCM-41 by annealing under

hydrogen atmosphere. In order to identify the dominant factor for

the conductivity enhancement, we changed the amount of active

materials, and milling condition before the melt-infiltration. The

evidence for the infiltration of the LiBH4 into MCM-41 was

provided by X-ray diffraction analysis. The ionic conductivity

was measured by electrochemical impedance spectroscopy as a

function of temperature. We believe that such kind of systematic

analysis can be useful for designing a fast ionic conductor for

lithium ion battery.

[P3-10]

Electrochemical Characteristics of Te as a New Battery

System: *성건규, 박철민; 금오공과대학교.

Keywords: Li, Secondary batteries, Electrochemistry, Li-Te

system, Nanocomposite

리튬이온이차전지 시스템은 전 세계적으로 가장 널리 사용되

고 있는 대표적인 에너지 저장 시스템이다. 하지만, 리튬이온이

차전지의 음극재료로 사용되고 있는 흑연은 이론용량이 372

mAh/g으로 상대적으로 낮고, 고율특성 또한 좋지 않다. 따라서

리튬-황 이차전지시스템과 같은 새로운 전지시스템은 기존 리튬

이온 이차전지의 단점을 극복하기 위한 대안으로 소개되었지만,

리튬과 황의 반응도중 황화합물의 융출로 발생하는 용량감소 및

수명특성 저하, 낮은 전도도등의 다양한 문제점들이 발생하였다.

황과 같은족 원소인 텔루륨(Te)은 리튬과 단일 과정인 Li2Te 상

으로 반응하여 높은 부피당용량(2621 mAh/cm3, 420 mAh/g)을

가지고 있고, 리튬-황 이차전지시스템에서 문제로 나왔던 전해질

로 융출하는 문제등이 발생하지 않아 더욱 안정한 새로운 이차

전지 시스템으로써의 가능성을 가지고 있다. 본 연구에서는 텔루

륨(Te)을 이용하여 새로운 전지시스템에 적용 하였고 충방전시

일어나는 전기화학적 반응 매커니즘을 분석하였다. 또한 기계적

환원법을 이용하여 TeO2와 탄소를 텔루늄탄소 나노복합체로 제

조하여 고용량의 새로운 이차전지 시스템을 설계하였다. Acknowledgements: This research was supported by the

MSIP (Ministry of Science, ICT and Future Planning), Korea,

under the C-ITRC (Convergence Information Technology

Research Center) (IITP-2015-H8601-15-1011) supervised by

the IITP (Institute for Information & communications

Technology Promotion).

[P3-11]

Characterization of Disproportionated SnO and Its Nano-

composites for High-performance Li-ion Battery Anodes:

*박재완, 박철민; 금오공과대학교신소재공학과.Keywords: Li-ion batteries, Anode materials, Tin oxide,

Disproportionated SnO

현재 가장 널리 사용되고 있는 리튬이온이차전지의 흑연 음

극재료는 높은 가역성과 경제성, 우수한 싸이클 특성이라는 장

점을 가지고 있지만, 낮은 이론용량(372 mA h g-1) 때문에 고

용량 이차전지 음극재료로써 한계가 있다. 따라서 이러한 단점

을 극복하기 위해서 리튬 합금계 음극 활물질재료들이 전 세계

적으로 연구되어지고 있다. 리튬과 합금반응이 가능한 원소들

중에 주석(Sn)은 리튬과 반응하여 최종상인 Li4.4Sn를 형성하며

이론용량은 993 mA h g-1로써 고용량 이차전지 음극활물질 재

료로 높은 가능성을 가지고 있다. 반면 비가역상 형성에 따른

초기용량 손실과 충 방전이 진행됨에 따라 발생하는 부피팽창으

로 인하여 저조한 싸이클 특성을 가지는 단점이 있다. 본 연구

에서는 주석과 주석산화물 음극 소재의 단점을 보완하기 위해서

산화주석(SnO)을 이용하여 불균화 반응된 나노구조의 Sn/SnO2

복합체를 간단히 제조하였으며, XRD, TEM 및 EXAFS 등의

여러 분석기기를 이용하여 분석하였다. 또한 탄소가 포함된 나

노 복합체를 제조하여 리튬이온이차전지의 음극재료로써의 가능

성을 확인하였다. Acknowledgements: This work was supported by the National

Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the

Korea Government (MSIP) (NRF-2014R1A2A1A11053057).

[P3-12]

Electrochemical Partial Recombination Reaction of Tin

212

Oxides for Li-ion Battery Anodes: *박재완, 박철민; 금오공

과대학교신소재공학과.Keywords: Litihum batteries, Anode materials, Tin oxides,

Reaction mechanism

신재생에너지의 중요성이 널리 퍼지기 시작하면서 세계적으로

에너지 저장장치 개발의 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라 리

튬이온이차전지를 활용한 에너지 저장 장치의 시장이 커지고 있

으며, 현재 리튬이온이차전지에 음극재료로 사용되고 있는 저

용량의 흑연을 대체하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 리

튬이온전지의 음극재료로써 주석산화물((SnO & SnO2))은 이론

용량 1273 mA h g-1(SnO)과 1494 mA h g-1(SnO2)의 고용

량 발현이 가능하여 많은 연구가 진행되고 있다. 일반적으로 알

려진 연구에 따르면, 주석산화물의 반응메커니즘은 Li2O상과

Sn이 만들어지는 비가역적인 conversion 반응과 Li4.4Sn상이 만

들어지는 가역적인 alloying 반응으로 진행된다. 하지만 몇몇

연구에서 가역용량을 초과하는 현상들이 종종 발견되었으며, 이

에 대한 확실한 반응메커니즘은 아직까지 밝혀지지 않았다. 본

연구에서는 리튬과 주석산화물((SnO & SnO2))의 전기화학적인

특성을 분석하기 위해 XRD, TEM, XAFS 등 여러 분석기기

를 이용하였으며, 비가역적인 conversion 반응이 부분적으로 가

역반응이 이루어지는 것을 확인할 수 있었다.

Acknowledgements: 본 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기

술진흥센터의 ICT융합고급인력과정지원사업의 연구결과로 수행되

었음(IITP-2015-H8601-15-1011).

[P3-13]

폐열전모듈로부터 열전소재 추출 및 텔루륨 산화물 분말 제조:

*장대환, 양재교, 공만식; 고등기술연구원.Keywords: Wasted thermoelectric, Ultrasonic spray pyrolysis,

Tellurium, Tellurium dioxide

최근 들어, 친환경적인 소재의 연구개발이 급증하면서 열전소

재를 기반으로 한 에너지 시장이 각광받고 있다. 특히나, 전기

에너지 모터, 항공 우주 및 군사용, 가전제품 등 다양한 산업분

야에서 열전소재를 광범위하게 적용되고 있어 점차 수요가 증가

하는 추세이다. 하지만, 열전소재의 자원량은 한정적이며, 수급

현황이 편중되어 있어 공급가격이 불안하다. 따라서, 대체에너지

개발보다 낭비되고 있는 폐제품을 회수하여 전기에너지로 변환

하여 연료효율을 향상시키는 에너지 하베스팅 기술 개발이 필요

하다. 본 연구에서는 폐열전모듈로부터 열전소재를 회수하여 화

학적인 방법으로 텔루륨을 추출하고, 이를 이용하여 전구체 제

조를 통한 초음파분무 열분해장치(Ultrasonic Spray Pyrolysis,

USP)로 텔루륨 산화물 분말을 제조하였다. 이에 제조된 텔루륨

산화물 분말의 형상 및 크기, 상 분석을 평가하였다.

[P3-14]

Outstanding Cycle Performance of Si-Fe-B Composite as

an Anode for Li-Ion Batteries: *Yulsang Lee, Sunghwan Hong,

Jeongtae Kim, Haejin Park, Jongsoo Cho1, Seungwhan Lee1,

Kibuem Kim*; Sejong University. 1MK Electron.

Keywords: Si anode, Li-Ion batteries, Si-Fe-B composite

Lithium-Ion batteries(LIBs) are essential to use a variety of

portable electronic devices and electric vehicles as a power

supply. Generally LIBs are developed using the graphite-based

anode due to electrochemical stability. Despite such high stability

of the graphite-based anode, they are limited to utilize

applications due to their low theoretical capacity. On the other

hand, the Si-based anodes are one of the most promising

materials because of higher theoretical capacity. However, the

large volume expansion of Si-anodes during a rotation of charge

and discharge sequences leads to occurrence of cracks and

pulverization. This faculty results in deduction of cycling

performance of LIBs. To overcome this drawback, many Si-

based anodes have being developed such as Si-Al, Si-Cr, Si-Mg

and Si-Fe alloys. Especially, Si-Fe alloy have the merit of

competitive price. And tiny size of powder have an effect on

controlling the volume expansion, so it exhibits the outstanding

cycling performance. In this study, in order to enhance both

cycling performance and the price competitiveness, ferro-Si was

prepared. Also, the contents of Fe are substituted for B in Si-Fe

alloy. Because boron additives alloys accompanied by

advantages of physical, chemical and mechanical properties

compared with boron free alloys. Si-Fe-B powders were

fabricated using high energy planetary ball mill and wire

400mesh. Influence of B addition on the phase formation and

microstructure of Si-Fe alloy is systemically investigated.

Additionally, the cycling performance of each alloy including

different amount of B is also evaluated.

[P3-15]

아토마이저 분말의 입도별, 시간별 산화 영향에 따른 소결자석의

특성 연구: *주은아, 김현아, 박유정, 김택수1; 인천대학교 신소재

공학과. 1한국생산기술연구원.Keywords: Gas atomizing, NdFeB permanent magnet, Oxidation,

Sintering

가스 아토마이저를 이용해 제조된 Nd-Fe-B 분말은 다른 분

말제조공정에 비해 공정단축으로 단시간 내에 자석제조가 가능

하다. 그러나 Nd은 산소와의 높은 반응성으로 인해 분말이 급

격히 산화되고 결과적으로 소결자석의 자성 특성 저하를 유발한

다. 따라서 본 연구에서는 가스 아토마이저를 이용하여 Nd-Fe-

B 분말을 제조하고, 분말의 입도를 25 μm 이하, 25~45 μm,

45~63 μm, 63~90 μm로 분급한 뒤, 10분, 1시간, 3시간 간격으

로 산소 농도 분석기를 이용하여 산소의 농도를 측정하였다. 그

리고 분말의 미세조직의 변화는 입도별, 시간별로 광학현미경,

SEM, Auger, TEM으로 관찰하였다. 소결자석은 분말 제조

1시간 이내와 이후로 구분하여 SPS 법으로 제조하였고, 제조된

소결자석의 자성특성은 VSM을 이용하여 측정하였다.

[P3-16]

SOFC 금속 분리판 적용을 위한 La2O3 또는 CeO2가 분산된

SUS430강의 산화거동 연구: *김기정, 황민제, 허주열, 송락현1; 고

려대학교. 1한국에너지기술연구원.Keywords: Solid oxide fuel cell, Oxidation, Powder metallurgy,

Rare-earth element, SUS430

페라이트계 스테인레스강은 고체산화물 연료전지(SOFC)의 분

리판 소재로 사용되어 온 세라믹 재료를 대체하기 위해 널리

연구되어 왔다. 페라이트계 스테인레스강은 SOFC 분리판 재료

의 요구조건에 부합하는 열적, 기계적, 전기적 특성을 가졌음에

도 고온의 SOFC 작동환경에서의 산화문제가 있어, 내산화성을

확보하기 위해 과거부터 다양한 시도가 있어 왔다. SOFC용 금

속 분리판의 경우 일반적으로 산화막 성장을 억제하기 위한 보

213

호막 코팅이 요구되고 이는 추가적인 SOFC 제조 비용의 증가

를 야기한다. 본 연구에서는, 무코팅 상태에서 사용 가능한

SOFC 금속 분리판 소재를 개발하기 위해 La2O3 또는 CeO2가

분산된 스테인레스강의 산화거동을 Crofer22APU 합금의 산화

거동과 비교 분석하였다. SUS43강 분말에 나노크기의 La2O3

또는 CeO2 분말을 각각 0.5, 1.0, 3.0 wt% 혼합한 후, 1400oC

H2 분위기에서 소결하여 상대밀도 95% 이상의 시편을 제작하였

다. 각 소결 시편은 SOFC작동환경인 800°C 가습환경에서

1000 h 동안 산화실험을 거쳤고, 산화막의 성장거동을 확인하기

위해 일정 시간마다 무게를 측정하였다. 또한 표면산화막의 성

분 및 미세조직을 확인하기 위하여 X-선 회절분석(XRD), 주사

전자현미경(SEM), 백열광 방사 분광법(GD-OES)을 이용하였으

며, 2-probe 4 wire 방법을 통해 산화막의 면저항(ASR) 분석

하였다. 이를 통해 SUS430강에 분산된 희토류 원소 산화물이

SOFC 작동환경에서 산화막의 성장과 전기전도도에 미치는 영향

을 확인하였다.

[P3-17]

Raney Nickel 코팅층의 leaching 거동과 촉매 특성 향상: *정지

혜, 백경호; 충남대학교 신소재공학과.Keywords: Raney nickel, Alkaline electrolysis, Hydrogen

production, APS

알칼리 수전해 장치에 사용되는 스테인레스 강 평판 전극은

알칼리 용액에서의 부식과 낮은 비표면적으로 인하여 수전해 효

율이 매우 낮은 문제점이 있다. 본 연구에서는 수전해 전극 표

면에 촉매 코팅층 특성을 향상시키기 위하여 Ni plate 모재에

대기 플라즈마 스프레이로 Raney Ni 코팅층을 형성하였으며,

Al의 leaching 공정과 후열처리에 따른 코팅층의 특성 평가와

전기화학적 특성평가를 수행하였다. Raney Ni 코팅층은 NiAl,

NiAl3, Ni2Al3의 상으로 존재하며 Al의 leaching 공정 후 다공

성의 Ni 상으로 존재하게 된다. Al의 leaching은 코팅용 분말

의 입자 크기가 45 µm 이상으로 증가할수록, 대기플라즈마 코

팅시 출력 조건이 600A로 감소할수록 효과적으로 일어났으며

기공의 크기가 더 증가하게 된다. 이에 따라 HER(Hydrogen

evolution reaction) 구간의 LSV(Linear Sweep Voltage) 그래

프에서 Ni plate 모재와 비교하였을 때 같은 전압 값에서 높

은 전류밀도 값을 나타내며 전기화학적 특성이 향상됨을 확인

하였다.

[P3-18]

A Reconfigurable Rectified Flexible Energy Harvester via

Solid-State Single Crystal Grown PMN-PZT: *Dong Hyun

Kim, Geon Tae Hwang, Keon Jae Lee; Korea Advanced Institute

of Science and Technology.

Keywords: Solid-state crystal growth (SSCG), Flexible piezoelectic

energy harvester, PMN-PZT, Reconfigurable rectifying circuit

The high-performance flexible piezoelectric energy harvester

was demonstrated by using highly piezoelectric single crystalline

PMN-PZT thin film which was grown via solid state crystal

growth (SSCG) method. The flexible PMN-PZT energy

harvester successfully converted biomechanical energy into

electric output up to 100 V and 20 μA. The optimization of

circuit design was studied to enhance energy delivery efficiency

from the piezoelectric harvesting device to the electronic devices.

From the study, we have developed a reconfigurable rectifying

circuit system composed of flexible piezoelectric harvester, low-

loss active rectifier, and reconfigurable capacitor charger array,

which enabled to transfer 4 times higher electric energy into an

external load compared to a conventional rectifying circuit.

Lastly, a self-powered military boot was fabricated by integration

of the flexible PMN-PZT energy harvester on the combat shoe

for operating consumer portable electronics. By slight heel

bending of military boot from human walking and running, the

self-powered military boot generated maximum output signals of

12V and 1.2 μA, which were large enough to directly turn on a

light emitting diode (LED) and liquid crystal display (LCD).

[P3-19]

Topographically-Designed Triboelectric Energy Harvester

via Block Copolymer Self-Assembly: *Hee Seung Wang,

Chang Kyu Jeong, Keon Jae Lee; Korea Advanced Institute of

Science and Technology.

Keywords: Block copolymer (BCP), Self-assembly, Surface

morphology, Triboelectric nanogenerator (TENG), Energy

harvesting

The triboelectric nanogenerator (TENG) has emerged as a

promising technology for mechanical energy harvesting with

incomparable output performance, low fabrication cost, and

processability of device. In this research, we demonstrate a facile

and robust method to nanoscale tunable triboelectric nanogenerators

realized by the formation of highly functional and controllable

nanopatterns using block copolymer (BCP) self-assembly. Our

strategy is based on the formation of diverse silica nanostructures

derived from the self-assembly of Si-containing BCPs to

improve the characteristics of TENGs by modulating the contact

surface area and the frictional force. The nanomeshes based-

surface modification for BCP-TENGs presented a 2.5-fold

increase of generated current and 6.3-fold improvement of power

output compared to the non-patterned TENG. Simulation data

also showed that the nanopatterned morphologies are effective

for triboelectric generation. This novel nanotechnology for

triboelectric energy harvesting can encourage a series of new

device innovations in triboelectricity and widely expand its

applications as not only efficient energy sources but also various

sensor systems.

[P3-20]

WS2/Al 도핑된 Nd-Fe-B 소결자석의 DyH2 입계확산 처리가 미

세구조 및 자기적 특성에 미치는 효과: *배경훈, 이성래, 김효준1,

이민우2, 장태석2; 고려대학교 공과대학 신소재공학과. 1자화전자

R&D 센터. 2선문대학교 신소재공학과.

Dy 원소 첨가 없이 Nd-Fe-B 소결자석의 보자력을 향상 시

키는 효과적인 방법 중 하나는 소결 및 열처리 공정 동안 발

생하는 입자성장을 억제 하는 것이다. WS2와 같은 고융점 황

하물을 Nd-rich 상의 융점강하 원소인 Al과 동시에 첨가하면

W-함유 상을 입계에 선택적으로 석출시켜 입자성장을 효과적으

로 제어 할 수 있다[1]. 그러나 입계에 형성된 석출물은 역자

구의 핵 생성 영역으로 작용할 수 있다. 따라서 입자성장은 억

제되지만 보자력 향상을 극대화하기는 힘들다. DyH2 입계확산

공정으로 이방성 자계가 높은 Dy-rich core-shell 미세구조를

214

입계에 형성하면 석출상에 의한 문제점을 해결 할 수 있을 것

으로 기대된다. 본 연구에서는, WS2/Al 분말 첨가의 단점을 보

완하고 입자성장 억제 효과를 극대화 하기 위하여 WS2/Al이

첨가된 Nd-Fe-B 소결자석에 DyH2를 입계확산 처리하여 미세

구조와 자기적 특성 변화간의 상관관계를 연구하였다. Al이

0.3 wt.% 첨가된 (Nd29.0Dy3.0)-Febal.B1.0M2.5 분말에 WS2 분말을

0~0.9 wt.% 첨가하여 1,070도에서 4시간 동안 소결 하였다.

이후, DyH2 용액에 담근 후 이상적인 열처리를 하였다. WS2

첨가량 증가에 (0 à 0.6 wt.%) 따라, 입계 핀닝 효과로 인해

평균 입자크기는 7.6에서 6.4 μm 감소하였고 보자력은 20.7에

서 21.4 kOe로 증가 되었다. 그러나, 0.6 wt.% 보다 첨가량이

초과 될 경우, 석출상이 입계 뿐만 아니라 입내에도 불균질하게

분포하면서 입자 성장 억제 효과가 감소하고 자기적 특성도 감

소하였다. DyH2 입계확산공정 처리 이후 자석의 보자력은 잔류

자화 감소 없이 24.4 kOe로 증가하였으며, WS2/Al 첨가하지

않은 자석보다 1 kOe 이상 높았다. DyH2 입계확산 자석은

Dy-rich core shell이 입계 영역에 형성되면서, 입계에 존재하는

석출물 뿐만 아니라 다양한 구조적 결함에 따른 역자구 핵생성

의 가능성을 줄였다. 또한, WS2과 Al 분말을 동시에 첨가하면

Nd-rich 입계상의 연속성과 균질성이 향상되고 희토류 응집 산

화물상 형성을 억제하여 Dy 입계 확산 깊이도 향상 되었다.

결론적으로, WS2/Al 첨가자석에 DyH2 입계확산공정을 적용하

여 평균입자 크기를 효과적으로 감소시켰고 Dy-rich core-shell

미세구조를 형성시켜 입계에서 역자구 핵생성이 적절히 억제되

어 13.8% 보자력이 향상되었다.

참고문헌 [1] K.H. BAE, S.R. Lee, H.J. Kim, M.W. Leeand T.S. Jang, Presented at International Conference on

Magnetism, ICM’20, Barcelona, Spain, 2015.

감사의 글: 본 연구는 지식경제부 지원의 기술 혁신사업 (No.

10043780)의 연구비 지원으로 수행되었습니다.

[P3-21]

SA508에서 열적 처리에 따른 파괴인성의 감소와 격자 수축:

*김성수, 박덕근; 한국원자력연구원 원자력재료안전연구부. Keywords: Nuclear reactor pressure vessel, SA508, Fracture

toughness, Impact energy, Lattice contraction

최근 원자로 압력용기 재료는 300-330oC의 고압을 유지하는

가동 조건에서 중성자 조사량이 낮은 경우에도 입계 파괴를 현

상을 나타낸다는 것이 보고되어 있다. 러시아는 중성자 조사량

이 아주 낮은 압력 용기 상부에 열적 처리 효과만을 확인하는

감시시험편을 설치하여 열적 처리 효과를 감시하고 있으며, 이

시험편에서 입계 파괴 현상을 동반한 파괴인성 감소를 보고하고

있다. 입계 파괴는 재료의 종류를 막론하고 여러 가지 원자로

환경에서 취성을 증가시키는 손상의 하나로 매우 주목받고 있는

현상이다. 이방적인 격자의 수축은 결정립계의 compatibility를

만족시킬 수는 없도록 하기 때문에 입계 파괴를 유발하는 중요

한 원인이다. 본 연구는 원자로 가동 환경에서 압력 용기 재료

의 파괴인성 감소와 격자 수축 사이의 관계를 체계적으로 조사

하였다. SA508을 350-420oC에서 2,250시간 동안 열적 처리하

고 충격시험편을 사용하여 파괴인성의 변화와 격자 수축을 조

사하였다. SA508에 대하여 2,250시간의 열적 처리는 파괴인

성을 5-25% 정도 감소시키고, 격자를 0.02% 정도 수축시켰

다. 파괴인성의 감소는 격자 수축에 따라 감소하며, 따라서

파괴인성의 감소는 격자 수축과 밀접하게 관련되어 있음을 확

인하였다.

[P3-22]

Ni 합금 성분 제어를 위한 ESR 슬래그 조성 설계에 관한 열

역학적 연구: 양준길, 이상훈1, 강성태1, 김동수1, *박주현; 한양대

학교. 1두산중공업.Keywords: Ni base superalloy, Electro slag remelting, CaO-

Al2O3-CaF2 slag, Slag-metal equilibrium, Composition-activity

relationship

우수한 내열특성 및 강도, 내산화성을 가진 Ni기 초내열합금

은 600oC 이상의 고온에서 작동하는 증기터빈 및 화력발전소 등

에 사용되고 있으며, 상업적으로는 ESR(Electro Slag Remelting)

공정을 거쳐 불순물이나 비금속 개재물을 제거함으로써 생산이

가능하다. 그러나 ESR 공정 중에 합금내의 성분이 용융 슬래

그와의 반응으로 인해 electrode와 ingot의 성분이 불일치하게

된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 CaO-Al2O3-

CaF2 3원계 슬래그에 TiOx를 일정량 첨가하며 슬래그-메탈 간

평형실험을 진행하였다. Ni기 합금으로는 Ni-Al-Ti 모재를 이용

하였으며, 수직 관상로 내부에 CaO-Al2O3-TiOx-CaF2 슬래그와

Ni-Al-Ti 합금을 장입한 탄소도가니를 위치시켰다. 실험 분위기

는 p(O2)=10-16 atm로 유지하였으며, 실험온도는 1500oC로 설정

하여 B-type 열전대를 이용해 오차범위 1oC 이내로 제어하였

고, 8시간 동안 평형을 유지하였다. 실험 후 합금 및 슬래그의

성분을 각각 ICP와 XRF 분석을 통해 분석하였고, 열역학 계

산프로그램인 FactSage6.4를 활용하여 슬래그의 조성-활동도 관

계를 예측함으로써 ESR 공정 전후에 초기 electrode와 ingot간

의 성분 변화를 최소화 할 수 있는 슬래그 조성을 도출하였다.

[P3-23]

화강석 석분 슬러지를 이용한 흡착제용 담체 제작 및 특성 분

석: 진상범, 김병준, *김정현; 국립한밭대학교 공대 신소재공학부 응

용소재공학.Keywords: Stone sludge, Carrier, Adsorbent

현재 흡착제의 담체로 사용되는 Al2O3는 고온에서의 상 변화

와 높은 단가로 인하여 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다. 이를

해결하기 위하여 폐기물로 분류되는 석분 슬러지를 재활용하여

석분을 이용한 탈황용 흡착제 제조를 진행하였다. 석분은 주로

Al2O3와 SiO2를 주성분으로 이루어져 있었으며 열처리 시 함유

된 Al2O3와 SiO2에 의하여 촉매 형상을 유지하는 것으로 나타

났다. 본 연구에서는 다양한 방법을 이용한 흡착제 제작과정에

대해서 논의하며 그 특성에 대해서 분석하였다.

[P3-24]

Fe을 치환한 이중층 페로브스카이트 산화물의 전기전도특성: 진상

범, 김근수1, *김정현; 국립한밭대학교 공대 신소재공학부 응용소재

공학. 1한국기계연구원.Keywords: Solid oxide fuel cell, Layered Perovskite, Nano

composite, Electrical conductivity

중 저온 형 Solid Oxide Fuel Cell(SOFC)에서 사용되는 공

기극 물질은 주로 ABO3의 구조를 보이는 페로브스카이트 산화

물을 이용하고 있다. 최근에는 이중층페로브스카이트 구조를 보

이는 산화물을 SOFC의 공기극으로 적용하고 있다. 본 연구에

서는 높은 산소 이온 전도도를 가지고 있는 이중층페로브스카이

트(Layered Perovskite) 물질 중 SmBa0.5Sr0.5Co2O5+δ(SBSCO)

의 전기 전도도를 측정하였으며 주로 전기 전도도에 영향을 주

는 Fe를 B-site에 치환함으로써 전기전도도 변화를 관찰하였다.

또한 Gadolinium Doped Ceria(GDC)를 Nano Composite하여

215

복합전극이 갖는 전기 전도도를 비교하여 성능 변화를 확인하

였다.

[P3-25]

La0.4Sr0.6Ti0.8Mn0.2O3±δ을 함침한 고체산화물 연료전지용 Ni/8YSZ

연료극의 미세구조와 전기전도도 특성: 박대수, *김정현; 국립한밭

대학교 공대 신소재공학부 응용소재공학.Keywords: Solid oxide fuel cell, Anode, Infiltration, Micro

structure, Electrical conductivity

다양한 연료를 사용할 수 있는 고체산화물 연료전지의 연료

극으로 Ni/8YSZ Cermet이 가장 많이 사용되고 있지만 탄화

수소 계열의 연료를 사용했을 때 고온에서 탄소침적이 발생하

여 내구성 및 장기성능에 문제가 발생한다. 본 연구에서는 이

를 해결하기 위해서 일축가압성형공정을 통해 NiO/8YSZ를

제조하고 환원한 후 La0.4Sr0.6Ti0.8Mn0.2O3±δ(LSTM)을 단계별

함침을 실시 하였으며, 500oC 및 1200oC 온도별 열처리를

통해 최종적인 시편을 제조하였다. Ni입자 계면이 코팅되는

모습은 SEM 미세구조 분석을 통해 확인할 수 있었다. 제조

된 시편을 H2 분위기에서 전기전도도 특성을 측정한 결과

500oC와 1200oC 열처리한 시편은 800oC에서 41.0 S/cm와

210.4 S/cm의 전기전도도 값으로 약 5배 이상 향상된 성능을

나타내었다.

[P3-26]

연료전지자동차용 수소의 제조, 저장 그리고 운반 기술동향: *황

용길, 길상철1; 동아대학교 명예교수 ReSEAT 전문연구위원. 1한국

과학기술정보연구원.Keywords: Hydrogen manufacture, Hydrogen storage, Transportation

system, Organic chemical hydride method, Steam methane

reforming, Pressure swing adsorption

화석연료를 사용하는 선박이나 자동차는 CO2 가스를 과대하

게 발생함으로써 지구 온난화에 영향을 주고 있으며, 지구환경

보호차원에서 CO2 가스를 발생하지 않는 화석연료 대체 청정

에너지를 사용하는 수소연료전지자동차(FCV)가 크게 각광을

받고 있다. 우리나라는 현대자동차가 FCV 자동차를 미국, 일

본, 독일 등의 선진국들과 경쟁적으로 개발하고 있다.수소는

제철소의 코크스 공장, 정유, 화학공장의 부산물로 얻으며, 석

탄, 메탄가스 등을 고온에서 증기와 반응시키거나 물을 전기분

해하여 제조한다. 수소의 저장은 수소용기에 수소를 압축하는

방법과 액화수소로 저장하는 방법이 일반적인데, 최근 수소화

물이나 유기케미컬하이드라이드법으로 저장하며, 도시가스를 수

소스테이션에 인입하여 메탄 수증기개질법과 압력스윙 흡착방

법으로 수소를 제조하거나 또는 멤브레인 막분리기술을 이용한

수소분리형개질방법으로 고순도 수소를 제조하여 저장용기에

고압으로 저장한다. 우리나라는 현재 13개소의 수소스테이션이

가동 중에 있으며, 향후 43개소를 설치할 계획이다. 이 연구

는 이러한 연료전지자동차용 수소의 제조, 저장, 그리고 운반

에 관한 최근 정보를 조사, 분석하여 관련 과학기술자에게 제

공함으로써 국가경제발전과 친환경사회 구축에 도움을 주고자

한다.

[P3-27]

Characteristics of a Flexible Thin Film Supercapacitor Using

Submicron-size Activated Carbon: *Jung Joon Yoo, Jong-

Huy Kim, Yongil KIm; Korea Institute of Energy Research.

Keywords: Supercapaictor, Thin film, Flexible, Activated carbon

A new scalable fabrication approach for making a thin film

supercapacitor has been proposed, and its electrochemical and

mechanical characteristics were also evaluated. The total

thickness of a packaged device was ~0.30 mm and the dimension

of the electrodes was 25 cm2. Moderate areal capacitance was

achieved and there was no degradable performance after 1,000

cycles of bending test with the radius of 10 mm. We also figured

out that the device has the superior long-term thermal stability

that was tested for 2,000 hours at 60oC. It indicated that the

unique film-type energy storage device for commercial subminiature

electronic applications has been developed.

[P3-28]

Development of PZT Vibrator with the Enhanced Piezoelectric

Constant(d33): *Seully Koo, Hyo-Soo Lee, Sang-Woo Kim1,

Sang Woo Kim; Korea Institute of Industrial Technology.1Sunggyunkwan University.

Keywords: PZT, Piezoelectric, Piezoelectric stain constant, d33

It has been known that the Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 showed superior

piezoelectric constant. Therefore, it has been used invarious

applications such as sensors, actuators, ultrasonic motors, and

piezoelectric transformers. These components are recently

needed to have excellent properties even with similar size and

shape.It has been reported in order to enhance the piezoelectric

constant of Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 that the addition of dopant and the

sintering process should be optimized due to mobility of electron

carrier. We investigated in the study that the various sizes of

Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 powders were affected on piezoelectric constant,

where the sizes of powder were controlled by secondary ball

milling process. The characterization of Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 powders

such as the particle sizes and morphology were carried out by

Particle Size Analyzer (PSA), Scanning Electron Microscope

(SEM) and X-ray diffraction (XRD). And also the piezoelectric

constant (d33) was measured by Piezometer System.

[P3-29]

Si 합금 팽창 거동에 대한 통계적 분석 방안 제시: *김슬참, 최

용석, 한상섭, 조영환1, 서진유1, 조종수2, 오규환; 서울대학교 재료

공학부 재료가공공정연구실. 1한국과학기술연구원 고온에너지 재료

센터. 2MKE 전자.Keywords: Silicon, Li ion batteries, Cycled microstructure,

Volume expansion, Electrode analysis, Image processing

실리콘은 고용량 구현이 가능한 장점을 가진 소재이나

(3600 mAh/g) 부피 팽창에(400%) 의해 장기적 수명 확보가

어려운 단점이 있다. 따라서 실리콘의 팽창 거동에 대한 연구가

많이 진행되고 있다. 그러나 현재 대부분의 연구가 In-Situ

TEM 등의 방법을 통해 개별 입자에 대한 방법으로 진행되고

있으며 실제 배터리에 적용 된 상태에서의 분석은 잘 이루어

지지 않고 있다. 특히 실제 배터리 작동 조건하에서의 팽창율과

다른 재료와의 상호 작용에 대한 규명에 대한 연구가 필요한

실정이다. 본 연구에서는 실제 배터리에 적용 된 극판의 단면을

SEM을 이용하여 관찰하고 Image processing을 이용한 통계적

분석 방법을 제시함으로서 다수의 입자에 대한 실제 배터리에서

의 팽창 거동에 대한 연구를 수행하였다.

216

[P3-30]

Sn 입자 내 Na 확산에 따른 부피변화 거동 탐구: *변영운, 이

현정1, 안재평1, 이재철; 고려대학교 신소재공학과. 1한국과학기술연

구원 특성분석센터.Keywords: In-situ, Sodiation, Tin, Na ion battery, Volume

expansion

Na-Sn계 배터리 전극재료는 높은 이론 용량(847 mAh/g) 및

경제성을 바탕으로 차세대 에너지저장장치로서의 가능성을 인정

받고 있다. 하지만 이 합금계 전극재료는 충·방전 과정에서 전

기화학반응에 의하여 여러 단계의 상전이가 발생하고, 이러한

상전이는 큰 부피변화를 수반한다. 이러한 부피변화는 전극재료

의 성능을 저해하는 주된 원인으로 알려져 있다. 오늘날 분석

기술의 발달과 함께 이 합금계 전극재료의 상전이 현상을 분석

하기 위한 많은 연구가 진행되었다. 하지만 이 연구들은 Li-Si

계 전극재료의 연구에 비하여 많은 부분이 아직 미지의 영역으

로 남아 있다. 따라서 본 연구에서는 Sn 내에 Na 이온의 확

산 시 상전이에 따른 부피팽창 거동에 대하여 정량적으로 접근

하고자 한다. 5~10 미크론의 Sn 입자를 FIB 내에서 Na 금속

과 접촉하여 확산을 일으킨 뒤 전체 과정을 SEM을 이용하여

실시간으로 관찰하였다. 그리고 Sn 입자가 NaxSn 합금을 형성

하면서 크기가 변화하는 과정을 추적함으로써 전체 상전이 과정

에서 부피팽창거동을 분석하고자 하였다.

[P3-31]

Sn내 Na 확산 시 직경 및 결정 배향이 미치는 영향 탐구:

*변영운, 최용석, 서종현1, 이지영1, 허가현2, 안재평1, 이재철; 고려

대학교 신소재공학과. 1한국과학기술연구원 특성분석센터. 2한국과학

기술연구원 계산과학센터.Keywords: In-situ, Sodiation, Tin, Size effect, Orientation effect

Na-Sn계 배터리 전극재료는 높은 이론 용량(847 mAh/g) 및

경제성 덕분에 가까운 미래에 중대형 에너지저장장치를 구성하

는 주된 소재로 각광받고 있다. 하지만 이 합금계 전극재료에

대한 연구는 Li-Si계 전극재료의 연구에 비해 아직 많은 부분

이 미지의 영역으로 남아 있다. 따라서 본 연구에서는 Sn 내에

Na 이온의 확산 거동에 대하여 속도론적인 측면에서 접근하고

자 한다. 초기 직경 200~1800 nm) 및 결정배향(-211 등)을

제어한 Sn 필라 구조체를 FIB를 이용하여 제작하였으며, 이

구조체와 Na의 두 금속재료를 FIB 내에서 직접 접촉함으로써

상온에서의 확산을 유도하였다. 이후 SEM을 이용하여 실시간으

로 확산 과정을 관찰하고, 이를 제1원리 기반의 전산모사(Ab-

initio MD)에서 예측한 확산 계수와 비교하였다.

[P3-32]

Electrochemical Characteristics of SnSe-based Nanocomposite

for Li-ion Batteries: *이동훈, 박철민; 금오공과대학교.Keywords: Li-ion batteries, Tin selenide, Electrochemistry,

Lithium, Tin

무선기기의 발달과 전기자동차의 개발, 그리고 화석연료의 고

갈을 대비한 신재생 에너지의 발달로 인한 에너지저장시스템

(ESS) 개발의 필요성 등으로 인해 이차전지에 대한 수요가 증

가하고 있다. 현재 가장 널리 이용되는 리튬이차전지에는 음극

재료로 흑연계가 쓰이고 있다. 흑연계 음극재료의 경우 우수한

싸이클 특성과 효율을 가지고 있는 것이 특징이나, 용량이 372

mAh/g에 불과하다는 단점을 가지고 있다. 휴대기기의 발달이나

ESS를 실현하기 위해서는 보다 높은 용량의 음극재료의 연구

및 개발이 필요하다. 이런 고용량 음극재료를 구현하기 위해 리

튬 합금계 음극재료들에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

4족 원소인 주석(Sn)은 리튬과 반응하여 Li4.4Sn의 상을 형성하

며, 993 mAh/g의 높은 이론 용량을 가진다. 이러한 높은 이

론 용량에도 불구하고 큰 부피팽창으로 인해 싸이클 특성이 좋

지 않아 실질적으로 사용하기에는 무리가 있다.본 연구에서는

이러한 Sn의 단점을 보완하기 위해 셀레늄(Se)과의 합성을 통

해 SnSe 화합물 및 SnSe/C 나노복합체를 다양한 방법으로 제

조하여 이차전지 음극소재로의 가능성을 조사하였다. 또한, 여러

분석기기(XRD, TEM, EXAFS 등)를 이용하여 Li의 삽입/탈리

시 반응메커니즘을 세계 최초로 증명하였다. 이를 토대로,

SnSe/C 나노복합체의 고용량 Li-ion 이차전지 시스템으로써의

적용 가능성을 확인하였다. 본 연구는 2015년 정부(교육부)의

재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었음(NRF-2015-2014025569).

[P3-33]

Investigation of Reaction Mechanism between ZnS and

Li: *남기훈, 박아람, 이동훈, 김성훈, 이승수, 박철민; 금오공과대학교.Keywords: Li-ion batteries, Anode materials, Zinc sulfide,

Electrochemistry, Lithium

화석연료의 고갈문제 및 화석연료로 인한 대기오염의 문제로

인해, 화석연료를 대체할 수 있는 고용량 배터리에 관련된 연구

가 활발히 진행되고 있다. 현재, 리튬이온이치전지의 음극재료인

흑연은 우수한 싸이클 특성과 효율을 가지고 있지만, 372

mAh g-1이라는 낮은 이론용량 때문에 대형기기 및 에너지 저

장장치로 사용하기에는 제한이 있다. 따라서, 고성능 리튬이온

이차전지를 위한 고용량 합금계 음극재료에 관련된 많은 연구가

이루어지고 있다. 리튬과 합금반응이 가능한 합금계 음극재료

중 황화아연(ZnS)은 합성이 용이하고, 높은 이론용량 820

mAh g-1을 갖고 있어, 고용량 음극재료로 각광을 받고 있으나,

충전 및 방전이 진행됨에 따라 과도한 부피팽창으로 인해 나쁜

싸이클 특성을 보이는 단점이 있다. 또한, ZnS와 Li간의 정확

한 반응 메커니즘에 관련된 연구는 아직 보고되지 않는 실정이

다. 본 연구에서는 ZnS의 Li 삽입 및 탈리 시 반응메커니즘을

여러 분석기기(XRD, TEM 및 EXAFS 등)를 이용하여 명확하

게 밝히고자 하였으며, 이를 토대로 그 열화원인을 밝혀, 차세

대 고용량 음극재료로의 가능성을 살펴보고자 하였다. 또한,

ZnS/C 나노복합체를 제조함으로써 가역성 향상을 시도하였다.

본 연구는 2015년 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지

원을 받아 수행되었음(NRF-2015-2014025569).

[P3-34]

Highly Stretchable Two-Dimensional Fabrics for Wearable

Triboelectric Nanogenerator under Harsh Environment:

*김경남, 천진성, 김진웅, 이근영1, 박장웅, 김상우2, 왕종린1, 백정

민; 울산과학기술대학교(UNIST). 1조지아공과대학교 (Jeorgia tech).2성균관대학교 (SKKU).Keywords: Fiber, Fabric, Triboelectric nanogenerator, Stretchable,

Wearable device

Highly stretchable two-dimensional fabrics are prepared by

weaving fibers for fabric-structured triboelectric nanogenerator.

The fibers mainly consist of Al wires and polydimethylsiloxane

(PDMS) tubes with high-aspect-ratio nanotextured surface with

vertically aligned nanowires. The fabrics were produced by

217

interlacing the fibers, which was bonded to a waterproof fabric

for all-weather use for fabric-structured triboelectric nanogenerator

(FTENG). It showed a stable high output voltage and current of

40 V and 210 μA, corresponding to the instantaneous power

output of 4 mW. The FTENG also exhibits high robustness

behavior even after 25% stretching, enough for use in smart

clothing applications and other wearable electronics. For wearable

applications, the nanogenerator was successfully demonstrated in

applications for foot-step driven large-scale power mats during

walking and power clothing attached to the elbow.

[P3-35]

(La,Ce,Pr)(Ni,Mn,Al)5 합금의 수소 흡방출 특성: *권한중, 유정

현, 조성욱; 한국지질자원연구원광물자원연구본부.Keywords: Hydrogen absorbing materials, Metals, Hydrogen,

Melting, X-ray diffraction

상용(La,Ce,Nd,Pr)(Ni,Co,Mn,Al)5 합금과 동일한 특성을 갖

는 저비용(La,Ce,Pr)(Ni,Mn,Al)5 합금의 조성을 제시하였다. 저

비용 조성은 상용 조성에서 Nd와 Co를 제외하는 대신 Ce,

Ni, Mn을 증가시켰으며 저비용 조성의 합금은 수소 저장 용량,

평탄압, 반복 특성을 측정하여 상용 합금에 대한 대체 가능성을

확인하였다. 결과적으로 저비용 조성의 합금은 상용 조성 합금

과 수소 저장 특성이 유사하였으며 1000회의 반복 특성 평가

후에 약 9% 수준의 특성 저하만을 보여 활용 가능성이 클 것

으로 예상되었다.

[P3-36]

Sn-Metal Oxide-C Composite as a High-performance Anode

Material for Li-ion Batteries: *Moon-Soo Kim, Jae-Hun Kim;

School of Advanced Materials Enginneering, Kookmin University.

Keywords: Lithium secondary batteries, Sn-based composite,

Metal oxide, Anode

Recently, Li-ion batteries have been used as the power source

of hybrid vehicles (HEVs), electric vehicles (EVs), and energy

storage systems (ESSs) due to their higher energy densities than

other secondary batteries. For lithium-ion batteries, grphite is the

most commercially used anode materials. Although graphite

shows good cycling performance thanks to the lithium intercalation

mechanism, it has a relatively low theoretical capacity

(372 mAh/g), which cannot meet the current high-capacity and

high-energy density demand. Recently, Li-alloy materials such as

Si and Sn have attracted great attention because of their high

gravimetric capacities. However, the materials exhibit the

drawback of capacity fading due to mechanical failure of the

active materials by the volume changes during Li insertion and

extraction upon cycling. Numerous research efforts have been

devoted to the development of Li-alloy based materials by

adopting various strategies such as nanoengineering and carbon

incorporation. In this study, we propose a composite material by

using both concepts of nanotechnology and carbon composite. A

nanostructured Sn-Metal oixde-C composite is synthesized by a

simple mechanical ball-milling method. This sample is tested by

various analytical methods and the reaction mechanism is

discussed.

[P3-37]

Enhanced Photovoltaic Performance in Quantum Dot-

sensitized Solar Cell: *김수경, Chandu V.V.M. Gopi, C. Justin

Raj1, 김희제; 부산대학교. 1동국대학교.Keywords: Quantum dot-sensitized solar cell, Photo-electrode,

Counter-electrode

최근, 화석연료의 고갈 및 CO2 절감 정책으로 인하여 태양

광 발전 시스템에 대한 관심이 증가하고 있는 가운데 차세대

태양전지로 양자점 감응형 태양전지(Quantum dot-sensitized

solar cell; QDSC)가 각광받고 있다. QDSC는 무기반도체인

양자점을 광감응제로 이용하며 양자점의 크기를 조절하여 밴드

갭을 조절할 수 있으며, 하나의 광자를 흡수하여 두 개 이상의

전자-정공 쌍을 생성할 수 있어 (Multiple exciton generation;

MEG) 태양전지의 이론적인 에너지 전환 효율 44%까지 달성할

수 있을 것으로 전망한다. 본 연구에서는 QDSC의 성능 강화

를 위하여 광전극 및 상대전극 물질의 개발 및 특성분석을 수

행하였다. i) 양자점 감응형 태양전지에서 TiO2와 전해질 계면

에서의 전자 재결합을 방지하기 위해서 표면처리를 통해

Al2O3, MgO, BaTiO3를 TiO2 나노입자 표면에 core-shell 구

조로 코팅하였다. 또한, 패시베이션 효과를 최적화하기 위해 다

른 물질을 사용한 재결합 방지 용 더블코팅 기술을 도입하여

double-coated Barrier layer를 제작하였다. ii) QDSC에서 일반

적으로 사용되던 CdS/CdSe 양자점 구조에 PbS 양자점을 추가

하여 CdS/CdSe/PbS/ZnO 나노로드 기반의 QDSC를 제작하였

다. PbS 양자점 추가로 인해 광 흡수 파장대역에 크게 상승하

였다. iii) 화학적 용액 성장 법 (Chemical Bath Deposition;

CBD)을 이용하여 Cobalt Sufide (CoS), Nickel Sulfide (NiS),

CoS/NiS 적층 구조를 가진 상대전극을 QDSC에 접목하여 제

작하였다. QDSC의 광전 변환 효율을 측정한 결과, CoS/NiS

적층 구조의 효율은 3.40%로 다른 샘플들과 비교하여 현저히

높은 성능을 확인할 수 있었다(CoS (2.53%), NiS (2.61%), Pt(1.47%)).

Memo

218

[P4-1]

모터용 철분말의 인산 및 산화물을 이용한 복합 산화물 절연 코

팅에 대한 연구: *신세희, 이우성; 전자부품연구원.Keywords: Fe, Insulation coating, Lubricant, Core loss, Density

최근 다양한 형상의 전기 모터, 변압기, 발전기 등에서 활용

하기 위한 분말 형태의 자성재료에 대한 요구가 확대되고 있다.

본 연구에서는 모터에 활용되는 철분말소재의 특성 개선을 위한

연구를 수행하였다. 교류에서 철손과 히스테리시스손실을 감소시

키기 위해 철분말표면에 절연처리를 하였으며, 열처리를 통해서

히스테리 손실을 감소시켰다. 본 실험에서는 Water Atomized

철분말을 활용하여 고자속밀도를 갖게 하였다. 철분말에 절연효

과를 상승시키기 위해서 인산코팅과 산화물 코팅을 위해 산화물

등 다양한 첨가물을 활용하였다. 절연코팅된 소재는 1000 MPa

에서 성형하였으며 400oC 이상의 고온에서 열처리하여 잔류응

력을 제거하였다. 본연구를 통해서 1 KHz 1T에서 전력손실이

160 W/kg 이하이며 95%(7.48 g/cm3) 밀도인 성형체가 제조되

었다.

[P4-2]

적층 제조기술을 통해 만들어진 AISI H13 강의 인장 특성: 박

준석, 이민규, 조용재, 황선광, 성지현, *김다혜; 한국생산기술연구원.Keywords: Additive manufacturing, Metal 3D printing, Tensile

property, H13 tool steel

최근 3D 프린팅 기술은 기존의 가공 제조방식을 대체할 새

로운 제조공정기술로 주목을 받고 있다. 원하는 입체형상의 설

계도에 따라 소재를 한 층씩 적층하여 제품을 구현하는 방식으

로 복잡한 형상의 제품을 쉽게 생산할 수 있으며 기존에 절삭

을 통해 낭비되는 소재가 없어 친환경적이고, 공정단계를 단순

화하여 경제적인 에너지 절감형 제조 방식이다. 높은 관심 속에

서 3D 프린팅 기술은 급속하게 향상되고 있고, 다양한 소재를

활용한 3D 프린팅 기술이 소개되고 있지만 현재까지는 거의

플라스틱으로 제한되고 있다. 특히, 금속 적층 제조기술을 통해

제작된 금속재료의 물성에 대한 보고는 매우 부족한 실정이다.

금속재료를 활용한 적층 제조기술은 금형의 제작 및 보수, 금형

냉각채널설계, 시제품 제작 등에 적용이 가능하여 기대를 받고

있다. 본 연구에서는 적층 제조기술을 통해 제작된 AISI H13

강의 인장 특성을 분석하였다. DED(Directed Energy Deposition)

기술을 응용한 DMT(Insstek, Korea) 장비를 활용하여 인장시

편을 제작하였다. 적층 형상을 달리하여 각 방향에 따른 인장

특성을 비교 분석하였으며, 금속 적층 제조기술이 주로 활용되

고 있는 기존 소재 위 부분적 적층시 부품의 내구성을 평가하

기 위해 열처리된 H13 소재 위에 동일 소재의 분말 적층 후

시편을 제작하여 인장시험을 실시하였다. 모든 시편은 ASTM

E8M 규격에 맞추어 제작하였다. 인장특성과 함께 전계 방사

주사전자현미경을 이용하여 미세조직 및 파단면 분석을 수행하

였으며 그 결과를 바탕으로 기존 제조방식을 대체하여 적층 제

조기술의 적용 가능성을 검토하였다.

[P4-3]

금속 3D프린팅 공정으로 제조된 차량 구동계 부품의 기계적 특

성 연구: *최광훈, 우승걸, 민경호, 박현성, 양주석; 현대자동차.Keywords: 3D Printing, Addictive manufacturing, Connecting

rod, Mechanical properties, Micro-structure

최근 3D 프린팅 기술은 제조업의 새로운 패러다임을 제시할

수 있는 혁신적인 기술로 각광받아 오고 있으며, 기계, 자동차,

항공, 조선 및 의료분야까지 다양하게 접목되어 그 활용성이 확

장되어지고 있다. 특히 국내 자동차 분야에서는 설계 자유도 향

상, 시작품 제작기간 단축, 금형품질 및 생산성 향상 등의 장점

으로 인하여 3D 프린팅 기술의 중요성이 크게 부각되고 있으

며, 유럽/미국 등의 선진 완성차 업체의 경우 이미 차량 디자인

검증, 시작품 제작, 지그 제작 등의 분야에 3D 프린팅 공정을

활용하여 생산성 향상과 원가절감 효과를 동시에 추구하고 있

다. 본 연구에서는 금속 3D 프린팅 공정의 실차 부품 적용성

검증을 위하여 SLM(Selective Laser Melting) 방식의 Concept

laser M2 장비를 이용, 엔진 구동계 부품인 커넥팅로드를 적층

제조하였으며, 기존 소결공정 제작품과 치수정밀도 및 기계적물

성을 비교/평가하여, 3D 프린팅 기술의 차량 부품 적용 가능성

을 확인하였다. 또한 추가적으로 실 구동환경을 모사한 리그테

스트를 통하여 A/S 스페어파트 부품 적용에 대한 내구 타당성

을 검증할 예정이다.

[P4-4]

마그네슘 분말의 밀링거동 고찰: *김혜성, 구성모; 부산대학교 나

노과학기술대학.Keywords: Mechanical alloying/milling, Pure magnesium, X-ray

diffraction pattern, TEM microstructure, Processing control agent

본 연구에서는 평균입도가 600 µm인 아토마이제이션법으로

제조된 순 마그네슘의 분말의 공정제어제 유·무와 밀링 시간에

따른 미세구조 변화를 조사하고, 제조분말의 기계적 특성을 상

호 비교하여 보았다. 위의 실험으로부터 순 마그네슘 분말을 기

계적 밀링 시 일반적으로 사용하고 있는 스테아린산 공정제어제

(PCA)의 사용 없이도 마그네슘 분말표면에 형성된 산화물에 의

하여 압접에 따른 분말 간 덩어리화(agglomerate)를 막을 수

있으며, 안정화 단계 이후에 얻어지는 최종 결정립 크기 및 물

성이 공정제어제를 첨가한 경우와 차이가 없고, 공정제어제 첨

가에 따른 불순물의 오염원도 최소화 할 수 있음을 보고하고자

한다.

[P4-5]

가스센서용 TiO2-Cu 분말의 센서 특성에 미치는 Y첨가의 영향:

*조영기, 유연태1, 박제신1; 전북대학교 일반대학원 금속공학과. 1전

북대학교 신소재 공학부.Keywords: TiO2, Sensing, Mechanical Alloying

나노크기의 세라믹 및 금속 입자를 세라믹 기지에 분산시킨

나노복합재료(nanocomposite)는 단상의 세라믹 재료보다 독특한

전자기적, 화학적 특성이 있어 많은 연구가 이루어지고 있다.

이들 중 TiO2는 n-type 반도체형 가스센서로서 널리 알려져 있

다. TiO2의 제조법에는 공침법, 화학환원법, 기상반응법, 수열합

성법 등이 있다. 본 연구는 위의 방법과 다른 기계화학적 방법

을 이용한 Gas-solid 반응에 의해 TiN-Cu 합성 및 산화 공정

을 통하여 4at%Cu를 첨가한 TiO2에서, CO 가스센서 특성이

가장 높은 감응도를 가지는 것을 조사한 바 있다. 이를 바탕으

로 입자 미세화 효과가 있는 Y을 첨가하여 XRD, 미세구조는

TEM을 이용하였으며 비표면적 등 분말특성 변화를 조사하였다.

Y의 첨가량에 따른 입자미세화가 TiO2 센서의 CO 가스 감지

P4 : 분말재료Room 전시장, 10월 29일

219

특성에 미치는 영향, 특히 가스 감지시간과 회복시간에 미치는

영향을 조사하였다.

[P4-6]

기계적 합성법에 의해 제조된 TiO2-ZnO 분말의 미세구조와 CO

센서 특성: *김새한, 유연태1, 박제신1; 전북대학교 일반대학원 금

속공학과. 1전북대학교 신소재공학부.

Keywords: ZnO TiN-ZnO 분말 기계적합성법 센서 TiO2

금속산화물 복합재료는 센서, 가스필터, 촉매 등 표면반응 기

능성 재료 및 내열/내식용 소결 부품 등의 분야에서 많은 관심

의 대상이 되고 있다. 그들 중 TiO2와 ZnO는 n-type 반도체

형 가스센서로서 널리 알려져 있다. 이들 가스센서용 ZnO 및

TiO2의 일반적인 제조법에는 공침법, 화학환원법, 기상반응법,

수열합성법 등이 있다. 본 연구는 기존의 방법과는 다르게 상온

에서 기계화학적인 방법으로 질화물의 산화과정을 이용한 미세

조직의 제어를 통하여 TiO2-ZnO 복합상의 분말을 제조하였다.

분말에 Air을 가압하여 기계적합성법을 이용하여 TiN-ZnO 분

말을 합성하였다. TiN-ZnO 분말을 열처리 후 TiO2 및 ZnO가

생성 되었다. 각 분말의 상분석 및 미세구조는 XRD, SEM,

TEM, BET를 이용하여 조사하였다. 본 연구를 통해 TiO2-ZnO

의 미세구조와 CO가스감지특성의 관련성에 관하여 보고 할 예

정이다.

[P4-7]

PIT 법에 의해 제조된 MgB2 초전도 선재의 다이스 특성에 따

른 신선성과 임계전류밀도 특성: *김주홍, 황덕영, 이광진, 김효성;Kiswire Advanced Technology Ltd.

Keywords: MgB2, Superconducting wire, Mono wire, Multi wire,

Dies

MgB2 초전도체는 저온 초전도체인 NbTi, Nb3Sn 등에 비해

임계온도가 39K로 높기 때문에 고가의 액체 헬륨을 사용하지

않고도 일반 냉동기로 초전도 특성의 구현이 가능하며 초기 원

료 분말의 가격이 저렴하다. 또한 고온 초전도체에 비해 긴

coherence length를 가지고, 강한 이방성을 보이지 않는 장점으

로 인해 다양한 분야의 응용이 가능하므로 현재 실용화를 위한

연구들이 진행되고 있다. 하지만 상대적으로 작은 upper

critical field (HC2)와 약한 flux pinning strength로 인하여

낮은 임계전류밀도를 나타내는 단점이 있다. 이와 같은 문제를

해결하기 위해 MgB2 선재 내부에 flux pinning 강화를 위한

입계 형성, grain 미세화, carbon 첨가 등을 통한 임계전류밀도

향상 및 선재 가공 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있

다.본 연구에서는 MgB2 선재의 임계전류밀도 향상을 위해 신

선(인발)가공성과 선재특성의 관계에 대해서 조사를 하였다. 인

발가공에 적용되는 다이스의 감면율과 Shape factor에 따라 단

심 및 다심 선재의 NonSC/SC, Nb barrier 및 초전도 특성을

OM, SEM 및 특성평가를 실시하였다. 결과적으로 다이스의 감

면율과 Shape factor에 따라 선재 내부 변형이 달라지며 초전

도 영역 및 Barrier의 불균일 변형이 발생하는 것을 확인하였으

며, 이는 선재제조 시 단선을 유발하고 MgB2 초전도 선재의

특성에 상당한 영향을 끼치는 것으로 조사되었다.

[P4-8]

수분사 Fe-Cr 합금분말의 CO에 의한 환원거동: *박성훈, 정병

하, 손용익, 손호상; 경북대학교신소재공학부.Keywords: Water atomization, Iron powder reduction, Carbon

monoxide reduction, Boudouard reaction, Carbon deposition

용철을 수분사하여 철분말을 제조하는 공정에서는 철분말의

표면이 산화되어 필연적으로 환원 공정을 거쳐야 한다. 또한 합

금성분에 따라 산화층이 상이하게 나타나므로 별도의 환원조건

을 설정할 필요가 있다. 본 연구에서는 반응온도와 환원시간,

가스 분압 등 여러가지 환원조건에 따라 수분사된 Fe-Cr 합금

분말의 환원거동 및 환원반응속도에 대하여 고찰하였다. 환원실

험 중 열처리에는 10 kW 급 전기로(수평 관상로)를 사용하였

으며, 환원분위기는 CO 가스와 탈산한 Ar가스를 송입하여 제

어하였다. 환원반응 중 배출되는 가스는 가스분석기(NOVA9K)

를 통해 분석하였으며, 반응이 완료된 후 시료 중에 잔류한 C

와 O 농도는 N/O 분석기와 C/S 분석기를 이용하여 분석하였

다. 환원실험결과, 송입하는 CO 가스의 농도가 높을수록 CO2

발생량과 잔류 C 농도가 증가하였고, 환원온도가 높을수록 환

원속도가 상승하였으며 950oC, 100%CO 환원조건에서 가장 높

은 환원속도를 나타내었다. 환원 초기에 CO2 배출량이 최대치

를 나타낸 이후에, 서서히 감소하며 지속적으로 CO2 가스를 배

출하였다. 이는 부도아반응의 CO 가스 분해에 기인한 것으로

사료되며, 이에 따른 C의 흡착반응으로부터 생성된 탄화물로

인해 잔류 C 농도가 증가한 것으로 확인된다.

[P4-9]

Ni-Cr-Al계 분말 다공성 소재의 고온 압축 변형 거동에 미치는

strut 두께의 영향: 강병훈, 김철오, 박만호1, *이기안; 국립 안동

대학교 신소재공학부. 1(주)Alantum.Keywords: Ni-Cr-Al, Powder porous metal, Strut thickness, High

temperature, Compressive behavior

본 연구에서는 분말 공정으로 제조된 1200 μm 기공 크기,

Ni-Cr-Al계 분말 다공성(open porous type) 금속의 고온 압축

변동 거동에 미치는 strut 두께의 영향을 조사하였다. 이를 위

해 분말 다공성 소재의 초기 제조 공정 중 순수 Ni의 두께를

다르게 제조하여 strut 두께가 다른 Ni-Cr-Al계 분말 다공성

금속을 제조하였다. 다공체 구조 분석 결과 두 소재의 strut 두

께는 각각 121um(A)와 165um(B)로 확인되었다. XRD를 이용

한 상 분석 결과 주로 γ, γ’ 상과 일부 산화물로 구성되어 있

었다. 고온 압축 변형 거동을 알아보기 위하여 상온, 500,

650, 800oC 온도 조건에서 10-3/s의 초기 변형률 속도로 압축

률 60%까지 상온에서 수행하였다. 압축 실험 결과 모든 압축

온도 조건에서 elastic, plateau, and densification region이 나

타났다. Strut 두께에 관계없이 온도가 증가 할수록 압축 강도

는 감소하였으며, strut 두께가 큰 소재의 압축 강도가 더 높게

나타났다. 이와 함께 고온 압축 실험 후 파단면 관찰을 통하여

Ni-Cr-Al 분말 다공성 소재의 변형 거동에 대해서도 고찰해보

았다. 본 연구는 전략적핵심소재기술개발사업의 지원으로 수행되

었으며, 이에 감사 드립니다.

[P4-10]

Properties of Nanostructured NbSi2-TiSi2 Composite Rapidly

Sintered: *손인진, 김동기; 전북대학교.Keywords: Composites, Nanostructures, Ceramics, Mechanical

properties

Interest in refractory metal silicides has increased significantly

in recent years because of their potential application as high-

temperature structural materials. This class of materials has an

attractive combination of properties, including high melting

220

temperature, high modulus, high oxidation resistance in air, and a

relatively low density. Furthermore, the disilicides, in particular

TaSi2, TiSi2, MoSi2, NbSi2, and WSi2, have been used as Schottky

barriers, ohmic contacts, gate materials, and interconnectors in

intergrated circuits, as a result of their low electrical resistivity,

high stability, and good compatibility with silicon substrates.

However, as in the case of many similar compounds, the current

concern about these materials (TiSi2 and NbSi2) focuses on their

low fracture toughness below the ductile-brittle transition

temperature. To improve the mechanical properties of these

materials, the fabrication of a nanostructured material and

composite material have been found to be effective. Nanopowders

of Ti, Nb, and Si were fabricated by high-energy ball milling. A

dense nanostructured TiSi2-NbSi2 composite was simultaneously

synthesized and sintered by the pulsed current actuvated heating

method within three minutes using mechanically activated

powders of Ti, Nb, and Si. A high-density TiSi2-NbSi2 composite

was produced under simultaneous application of an 80-MPa

pressure and a pulsed current. The hardness and fracture

toughness of the nanostructured TiSi2-NbSi2 composite were

higher than those of monolithic TiSi2 or NbSi2. This is believed

to suggest that TiSi2 and NbSi2 in the composite may deter the

propagation of cracks and TiSi2 and NbSi2 have a nanocrystalline.

[P4-11]

Properties of 2Co-ZrO2 Composite Sintered from Mechano-

chemical Synthesized Powders: *손인진, 곽봉원; 전북대학교.Keywords: Sintering, Composite, Nanomaterial, Mechanical

properties, Co-ZrO

It is well known that the attractive physical and mechanical

properties that can be obtained with metal matrix composites,

such as high specific modulus, strength-to weigh ratio, fatigue

strength, and temperature stability and wear resistance, have been

documented extensively. ZrO2 has a density of 5.98 g cm-3, a

Young,s modulus of 210 GPa, excellent oxidation resistance and

good high-temperature mechanical properties. Co has a density

of 8.9 g cm-3, a Young,s modulus of 209 GPa and good fracture

toughness. Hence, microstructure consisting of Co and ZrO2 may

be able to satisfy the good oxidation resistance and high

temperature mechanical properties requirements of successful

high temperature structural material. Despite of many attractive

properties, the low fracture toughness of ZrO2 ceramic limits its

wide application. One of the most obvious tactics to improve the

mechanical properties has been to add a reinforcing agent to

formulate a nanostructured composite materials. Nanopowders of

Co and ZrO2 were synthesized from 2CoO and Zr by high energy

ball milling. The powder sizes of Co and ZrO2 were about 27 nm

and 37 nm, respectively. Dense nanocrystalline 2Co-ZrO2 composite

was consolidated by pulsed current activated sintering method

within two minutes from the mechanically synthesized powders

(2Co-ZrO2). The average hardness and fracture toughness values

of nanostuctured 2Co-ZrO2 composite were also investigated.

[P4-12]

Mechanical Properties of (W,Ti)C and (W,Ti)C-FeAl3

Sintered by Pulsed Current Activated Heating: *손인진,

곽봉원; 전북대학교.Keywords: Nanomaterials, Sintering, Hardness, Fracture Toughness

(W,Ti)C has a high melting point and high hardness. In this

regard, the transition metal carbide is primarily used as cutting

tools and abrasive materials as a single phase or composite

structures. In the case of cemented (W,Ti)C, Co or Ni is added as

a binder for the formation of composite structures. However, the

high cost of Co or Ni and the low corrosion resistance of the

(W,Ti)C-Co or (W,Ti)C-Ni cermet have generated interest in

recent years to find alternative binder phases. It has been reported

that iron aluminides show a higher oxidation resistance, a higher

hardness and a cheaper materials compared to Co and Ni.Using a

pulsed current activated sintering (PCAS) method, the

densification of (W,Ti)C and (W,Ti)C-FeAl3 hard materials were

accomplished within 3 minutes. The advantage of this process is

not only rapid densification to near theoretical density but also

the prohibition of grain growth in nano-structured materials.

Highly dense (W,Ti)C and (W,Ti)C-FeAl3 with a relative density

of up to 99% were obtained within 3 minutes by PCAS under a

pressure of 80 MPa. The average grain sizes of the (W,Ti)C and

(W,Ti)C-FeAl3 e were lower than 100 nm. The hardness and

fracture toughness of the dense (W,Ti)C and (W,Ti)C-FeAl3produced by PCAS were also investigated.

[P4-13]

WC/Co 합금 산화물 환원/침탄 반응에 미치는 기계적 밀링의 영

향: *정해영, 이길근, 하국현1; 부경대학교신소재시스템공학과. 1한국

기계연구원부설재료연구소.Keywords: Hardmetal powder, Mechanical milling, Carbothermal

reduction, Milling energy

WC/Co 초경합금은 내마모성, 내식성이 우수한 재료로써 가

공용 공구, 광산, 노즐제품에 적합하다. WC/Co 초경합금의 원

료인 W와 Co는 매장량이 제한적이며, W의 경우 고융점의 희

유원소로써, 매장이 일부 국가에 편중되어 전량 수입에 의존하

고 있다. 안정적 원료 수급을 위해 폐초경 스크랩의 재활용이

필요한 실정이다. 이러한 희유 금속을 재자원화하는 방법으로는

용융법, 아연 처리법, 염화 처리법 등이 개발되어 상용화되고

있으나, 초기 초경 분말에 비해 물성이 현저히 저하되고, 또한

유독한 산을 사용하기 때문에 환경적 측면에서 문제가 되고 있

다. 최근 친환경적인 재활용 기술의 하나인 건식 산화/환원 침

탄 공정에 의해 초경합금을 재자원화하고자 하는 기술 개발이

시도되고 있다. 건식 산화/환원 침탄 공정은 크게 초경 스크랩

의 산화, 분쇄/혼합, 환원/침탄 과정으로 이루어져 있으며, 초경

스크랩으로부터 고품위의 초경합금으로 직접 변환이 가능한 친

환경적 기술이다. 본 연구에서는 분쇄/혼합 공정에서 기계적 밀

링에 따라 WC/Co 초경 스크랩 산화물의 환원/침탄 반응에 미

치는 영향을 검토하고자 하였다. 본 연구는 지식경제부의 글로

벌전문기술개발사업의 지원으로 수행되었습니다.

[P4-14]

RF-Plasma 공정에 따른 Ru powder 제조 및 소결체 특성 분

석: *장규봉, 임성철; 한국생산기술연구원.Keywords: RF-plasma, Ru powder, Sputtering target

루테늄은 전자산업에서 하드 디스크 제작에 많이 사용되며,

221

저장매체 내부에 박막화 시 기억 용량이 4배 증대되는 픽시 더

스트(Pixie dust) 효과가 있어 차세대 반도체 메모리, 헤드, 캐

피시터의 웨이퍼 등에 전극층 및 시드층 형성을 위해 고순도

스퍼터링 타겟으로 제조되어 사용되고 있다. 기존의 반도체용

고순도 스퍼터링 타겟은 주조와 같은 습식법이 주를 이루었으

나, 긴 제조시간과 복잡한 공정 및 많은 에너지를 필요로 하여

문제가 되고 있다. 최근에는 습식공정을 보완한 Powder

Metallurgy를 이용한 건식법의 연구가 진행되고 있다. 따라서

본 연구에서는, 폐Ru Target을 분쇄 후 DC-Plasma 처리한

Ru powder를 Jet-Mill로 건식 분쇄하여 RF-Plasma 공정을

거친 고순도 및 구형화된 Ru powder를 Hot Press로 소결하

여 분말의 입도에 따른 소결체의 결정립 및 상대밀도를 분석

하였다.

[P4-15]

레이저 클래딩 공정으로 제조된 Fe-Cr-Al 코팅층/STS316 모재

의 고온 산화 특성: 이지혜, 김지원, 박순홍1, *이기안; 국립 안동

대학교 신소재공학부. 1포항산업과학연구원.Keywords: Laser cladding, Fe-Cr-Al, High temperature oxidation

본 연구에서는 레이저 클래딩 공정을 이용하여 STS316 모재

위에 Fe-Cr-Al 코팅층을 제조하고 모재와 코팅된 소재의 고온

내산화 특성을 비교, 조사하였다. 레이저 클래딩 공정은 높은

에너지의 레이저 열원을 이용하여 분말을 용융시켜 코팅층을 제

조하는 공정이다. 이 공정을 이용하여 STS316 모재에 22~

52 µm의 입도를 가지는 Fe-22Cr-5Al-3Mo (wt%) 분말을 사용

하여 코팅층을 제조하였다. 제조된 코팅층은 기공도 0.09%, 두

께 1 mm로 얻어졌다. 미세조직 조직 관찰 결과, 코팅층은 매우

조밀하게 제조된 것을 확인할 수 있었다. STS316 모재와 모재

에 Fe-Cr-Al이 코팅된 소재의 고온 산화 특성을 비교하였다.

산화 특성 평가는 79% N2+21% O2 분위기 하에서 900oC,

1100oC의 두 가지 온도로 24시간 열 중량 분석(TGA)법을 사

용하여 수행하였다. 그 결과 900oC와 1100oC 모두 레이저 클

래딩으로 코팅된 소재의 고온 산화 중량 증가가 현저히 작은

것(우수한 내산화 특성)을 확인할 수 있었다. 또한 산화 온도가

증가할수록 코팅된 소재와 모재간의 산화 중량 증가의 차이가

커지는 것을 알 수 있었다. 산화 실험 후 상분석 결과, 코팅된

소재의 경우 α-Fe 단상과 Al 산화물(α-Al2O3) 등이 주로 검출

되었으며, 산화된 비교 모재에는 Fe 산화물, Cr 산화물 등이

다량 생성됨을 확인할 수 있었다. 즉 레이저 클래딩 Fe-Cr-Al

코팅층에 의해 생성되는 보호성 피막(α-Al2O3)이 코팅층/모재

소재의 우수한 내산화 특성의 원인임을 유추할 수 있었다. 상기

결과들과 함께 레이저 클래딩 공정으로 제조된 Fe-Cr-Al 코팅

층의 고온 산화 기구에 대해 고찰해보고, 내산화 코팅층 제조

공정으로서 레이저 클래딩 공정의 새로운 가능성에 대해서도 검

토해보았다. 본 연구는 지역혁신창의인력양성사업의 지원으로 수

행되었으며 이에 감사 드립니다.

[P4-16]

복합 밀링 공정으로 제조된 산화물 분산 강화(ODS) 합금 강의

어닐링 열처리에 따른 미세조직 및 고온 기계적 특성: 권진한, 김

정한1, *이기안; 국립 안동대학교 신소재공학부. 1국립 한밭대학교 신

소재공학과.Keywords: Ball milling, Oxide dispersion strengthening,

Microstructure, High temperature mechanical

산화물 분산 강화(Oxide Dispersion Strengthened; ODS)

합금 강은 수~수십 nm 크기의 미세한 산화물 입자가 Fe 기지

내에 다량 분포하여 고온-응력, 산화, 중성자 조사 등의 극한

환경에서 사용하기 적합한 소재로 주목을 받아 왔다. ODS 합

금 강의 강도 및 인성을 동시에 향상 시키고자 산화물 분산

목적으로 수행되는 기계적 합금화 단계에서 다양한 종류의 밀링

공정을 복합적으로 도입해 보았다. 본 연구에서는 복합 밀링 공

정으로 제조된 ODS 합금 강의 미세조직 및 고온 기계적 특성

을 조사하였으며, 추가적인 인성 및 고온 물성 향상을 위해 수

행한 어닐링 열처리에 따른 미세조직 및 기계적 특성 변화에

대해서도 알아보았다. 제조된 시편의 미세조직 관찰 결과 1 μm

이하의 미세 결정립들이 압출 방향으로 연신되어 나타나며, 열

처리 후 약간의 조대화가 일어나는 것이 관찰되었다. 조직 내

분포하는 산화물 입자는 100~200 nm의 조대 산화물 입자와

5~30 nm의 미세 산화물 입자들로 확인되며, 입자를 이루고 있

는 원소는 Cr, Ti, Y, O인 것으로 분석되었다. 상온 인장 시험

결과 열처리 전 항복 강도 1320 MPa, 인장 강도 2245 MPa,

연신률 4.2%로 나타났으며, 열처리 후 항복 강도 1161 MPa,

인장 강도 2020 MPa, 연신률 5.5%로 나타났다. 즉, 초 고강도

를 나타내면서도 항복 강도와 인장 강도가 큰 차이 폭을 보이

며(넓은 소성 영역) 간접적으로 높은 인성을 나타냄을 알 수

있었다. 이와 함께 두 가지 조건의 시편에 대하여 상온~900oC

의 고온 압축 실험을 실시하고 비교하였다. 파면 관찰 결과 거

시적으로는 분말 입자 계면을 따라 형성되는 파면 형태를 보였

으며, 미시적으로는 연성 입계 파괴 형태를 나타내었다. 상기

결과들을 바탕으로 복합 밀링 공정으로 제조된 ODS 합금 강

의 미세조직과 고온 변형/파괴 거동의 상관 관계에 대해서도 고

찰해 보았다. 본 연구는 산업통상자원부 ‘핵심방산소재 기술개발

사업’의 지원으로 수행되었으며, 이에 감사 드립니다.

[P4-17]

액상 소결 공정으로 제조된 과공정 Al-Si 합금의 미세조직 및 고

온 기계적 특성에 미치는 T6 열처리의 영향: 권진한, 허준영, 박

종관1, *이기안; 국립 안동대학교 신소재공학부. 1대한소결금속(주).Keywords: Liquid phase sintering, Hypereutectic Al-Si,

Microstructure, High temperature mechanical

과공정 Al-Si 합금은 Si 함량이 12.6 wt.% 이상인 알루미늄

합금으로 초정 Si 입자들이 다량 분포하여 경도 및 강도 향상,

무게 대비 내마모성 극대화, 낮은 열팽창성 등의 특징을 갖는

소재이다. 기계적 특성에 주요한 영향을 끼치는 초정 Si 입자의

크기, 분포를 균일하게 제어하기 위해 분말 야금 공정 중 액상

소결로 과공정 Al-Si 합금을 제조하려는 시도가 이루어지고 있

다. 본 연구에서는 액상 소결 공정으로 제조된 과공정 Al-Si

합금의 미세조직과 고온 기계적 특성을 조사하였으며, T6 열처

리에 따른 미세조직과 기계적 특성의 변화도 함께 알아보았다.

미세조직 관찰 결과 다량의 초정 Si 입자들이 Al 기지에 고르

게 분포하고 있으며, 여러 석출 상들이 입내 및 입계에 미세하

게 분포하는 것으로 나타났다. T6 열처리 후 초정 Si 입자의

크기 및 형태는 변화가 없었으며, 석출 상들의 종류, 크기 그리

고 분포에는 변화가 있음을 알 수 있었다. 경도 측정 결과 as

sintered는 97.36HV, T6 heat treated는 142.5HV로 측정되었

다. 상온에서 300oC까지 압축 시험을 수행하여 상온 및 고온

기계적 특성을 알아보았다. 그 결과 모든 온도에서 as sintered

(상온~300oC: 210~89 MPa)보다 T6 heat treated (상온~300oC:

351~93 MPa)의 항복 강도가 더 높았으며, 소결 직후와 열처리

후 모두 200oC 부터 비교적 연성적인 압축 파단 거동을 나타

222

내었다. 파면을 분석한 결과 온도 조건에 따라 차이는 있었지만

대부분 초정 Si 입자와 기지의 계면을 따라 균열이 진전되었다.

이와 함께 T6 열처리 후에는 CuAl2 상의 재석출 및 재분포에

기인하여 조금 더 취성 모드의 파괴 거동을 나타내었다. 이상의

결과들을 바탕으로 액상 소결 공정으로 제조된 과공정 Al-Si

합금의 미세조직과 고온 변형/파괴 거동의 상관 관계에 대해서

도 고찰해 보았다.

[P4-18]

진화 최적화 연산을 이용한 나노 알루미늄 복합재의 분말 사출 성

형용 바인더 및 탈지 공정 탐색 연구: *이진웅, 김성훈1, 김지식; 경

북대학교 나노소재공학부. 1경북대학교 소프트웨어공학과.Keywords: NSGA II, HTE, Binder, NPIM

본 연구에서는 자체 개발하는 다양한 휴리스틱 기반의 바인더

탐색 알고리즘 및 고속 합성(HTE) + 고속 분석(Characterization)

시스템 구축을 통해 금속분말과의 반응 유무, 가열 유동성, 금

속분말에 대한 누설성, 바인더 사이의 상용성, 성형체의 보형성,

열분해 특성 등이 고려된 새로운 형태의 자동차 부품용 Al 기

지 나노분말사출 소결부품 바인더를 개발하고 및 신 조성 바인

더 시스템이 적용된 후속 탈지 공정을 최적화 해보고자 하는

것이다. 여기에 더하여 이러한 목표를 단기간에 동시 가능케 하

는 통합 지능형 최적화 및 고속합성/분석 연계 재료개발 시스템

을 새롭게 제시해 보고자 하였다. 이러한 목적하에 본 연구에서

는 우선 다양한 휴리스틱 기반의 통합형 다층 최적화 알고리즘

개발 하고 진화연산 연계형 고속 합성/분석(Characterization)

시스템 개발 및 구축 함으로써 최적화 알고리즘을 이용한 초고

도 난형 나노분말사출 소결부품용 적정 바인더 조성을 새롭게

제시 하였다.Acknowledgments: This research was supported by a National

Research Foundation of Korea Grant funded by the

National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded

by the Korea government (MPIS) (No.2014R1A2A01003275).

[P4-19]

다이아몬드공구용 WC-W2C-Co계 초경 복합 금속본드의 Master

Sintering Curve 개발: 전동술, *안경준; 한국생산기술연구원.Keywords: Sintering, Master sintering curve, Activation energy

Mater Sintering Curve(MSC)는 소결 시 소결체에 동일한

열에너지를 가할 경우 최종적으로 동일한 소결밀도를 얻을 수

있다는 개념을 가지고 있다. 본 연구에서는 고강도 아스팔트 및

콘크리트 절삭에 사용되는 다이아몬드공구용 초경 복합 금속본

드를 이용하여 다양한 승온 및 가압 조건에서 소결 모델링 실

험을 진행하였으며, 실험적으로 얻은 소결밀도값을 이용하여 소

결이 시작되는 물질 고유의 활성화에너지값을 도출하였으며, 최

종적으로 초경 복합 금속본드의 소결밀도가 가해진 열에너지 수

치의 유일함수라는 것을 MSC 개발로 증명하였다.

[P4-20]

A Comparative Study on the Diffusion Behavior of

Dysprosium and Neodymium in Magnesium: *Yongsu Kim,

Nam-Woo Nam1, Bum-Sung Kim2, Kyoung-Tae Park1, Seok-

Jun Seo2, Teak-Soo Kim1; 한국과학기술연합대학원대학교. 1RareMetals Group. 2Korea Institute of Industrial Technology.

Keywords: Dysprosium, Magnesium, Neodymium, Liquid metal

extraction(LME), Permanent magnet

Dysprosium (Dy), one of the seventeen rare earth elements,

has been identified as a critical metal for low-Carbon energy

technologies. Dy is extensively being used for the production of

high quality permanent magnets, especially for the applications

needing high coercivity. Moreover, partial replacement of Nd by

Dy to improve the magnetic properties of Nd-based magnets is a

common practice nowadays. So, shortage in the supply of Dy

may occur. Recycling of Dy from permanent magnet scrap is,

therefore, necessary to ensure a sound usage.In this study, liquid

metal extraction (LME) method to recycle Dy form permanent

magnet scrap has been investigated. To check the possibility of

the diffusion of Dy into liquid Mg, a sample was prepared by

placing Dy and Mg metal into mild steel crucible. The sample

was then induction hated in Ar atmosphere at a constant

temperature of 1073 K and variable time of 30 min, 60 min, and

120 min. Further, the ternary Dy-Fe-B system and Quaternary

Nd-Dy-Fe-B system at 1073 K was analyzed. Phase diagram of

these systems shows that the liquid phase is present at this

temperature. Samples was oil quenched and then analyzed with

the help of SEM, XRD and DTA to check the composition of the

liquid phase and the transformation temperature. It is expected

that this data will be helpful to find the diffusion behavior of Dy

into Mg.

[P4-21]

A Study on the Magnetic and Mechanical Properties of

Nd-Fe-B Sintered Magnets According to Sintering

Temperature: *김진호, 박승연1, 임경묵1, 현승균; 인하대학교 신

소재공학부. 1한국생산기술연구원.Keywords: Magnetic and mechanical property, Microstructure,

Permanent magnets, Sintered Nd-Fe-B magnet

The effect of sintering temperature on the magnetic and

mechanical properties of Nd-Fe-B sintered magnets has been

investigated in this study. The sintering temperature changed

from 950oC to 1120oC. While remanence and hardness of the

magnets increased with increasing sintering temperature, the

coercivity first increased, and then decreased. The optimum

magnetic and mechanical properties of the magnets were

obtained at the sintering temperature of 1050oC. In order to

clarify the reason for the variation on magnetic and mechanical

properties of the magnets, we systematically analyzed the

microstructure.

[P4-22]

Fabrication of Nd-Fe-B Magnet Using Gas Atomization

Powder by Hot Deformation: *이종환, 김범성1, 박경태1, 서

석준1, 이우영2, 김택수1; 한국생산기술연구원/연세대학교. 1한국생산

기술연구원. 2연세대학교.Keywords: Nd-Fe-B magnet, Gas atomization, Hot deformation

Nd-Fe-B permanent magnet comes into general use for the

whole industry due to its high hard magnetic properties.

Especially, Nd2Fe14B phase embedded in Nd-Fe-B magnet

composition becomes the source of the magnetism. In order to

synthesize the magnet, melt spinning process, a rapidly

solidification, is usually used. Nevertheless, melt spinning

223

process is extremely complex. So new method is attempted such

as gas atomization process. It was possible to produce fine

powders of Nd-Fe-B alloy with particle size below 50 µm which

consisted of Nd2Fe14B and Nd-rich phase without α-Fe phase as

characterized by X-ray diffraction. But this powder has not good

magnetic properties. because It has isotropic structure. In this

research, we have studied about the fabrication of Nd-Fe-B

magnet using hot deformation process in order to improve

magnetic properties of NdFeB powder by gas atomization.

[P4-23]

유성볼밀링으로 제조된 TiB2 입자강화 Fe기 복합재료분말의 방전

플라즈마소결: *배선우, 배상원, 최우진, 김병기, 김지순; 울산대학

교 공대 첨단소재공학부.Keywords: Fe-TiB2, Spark plasma sintering, Planetary ball-mill,

in-situ

고에너지볼밀링으로 제조된 Fe-TiB2 복합재료 분말을 방전플

라즈마소결로 치밀화하여 소결성을 조사하였다. 원료 분말 Fe,

FeB, TiB2, TiH2를 스테인리스스틸 재질의 vial에 투입 후

Planetary ball-mill로 700 rpm, 3 hour 밀링하여 최종 조성이

40 vol% TiB2가 되도록 복합재료 분말을 제조하였다.(a) Fe,

TiB2 분말의 직접 혼합 분쇄 한 분말 (b) FeB, TiH2 분말의

혼합 분쇄 후 고온에서 합성 열처리하여 Fe 기지 내에 TiB2가

in-situ 생성되도록 한 분말 준비된 혼합 분말을 1100oC, 50oC/

min, 50 MPa, 5 min holding time 조건으로 방전플라즈마소결

하여, 소결 과정의 수축율 곡선, 치밀화속도 곡선, 미세조직 관

찰과 상 분석 등을 실시 후 소결 거동 및 소결성을 비교 분석

하였다. 분석결과 (a) 분말보다 (b) 분말이 높은 소결 수축율과

소결 밀도를 나타내었으며, 이는 (b) 분말이 (a)분말보다 TiB2

입자가 더 미세하고 균일 분산되어있기 때문이라고 판단된다.

[P4-24]

TiH2 분말 특성에 미치는 밀링에너지의 영향: *배상원, 배선우, 최

우진, 김병기, 김병우1, 김지순; 울산대학교 공대 첨단소재공학부.1울산대학교 공대 전기공학부.Keywords: TiH2, Mill energy, High energy milling

유성 볼밀링을 이용하여 TiH2 분말을 분쇄하고, 밀링에너지가

분말 특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 밀링에너지 측정

을 위해 밀링에 소모되는 전력값을 측정하였며, 밀링 변수에 따

른 에너지값을 얻기 위해 밀링 속도 300, 400 rpm과 밀링 시

간 2 h에 각각 3, 5 mm Stainless Steel Ball과 5 mm WC-

Co Ball을 사용한 6가지 조건을 변수로 두었다. DSC 분석으로

Ti + H2 분해 온도를 측정하여 실제 투입된 에너지를 계산하

였고 FE-SEM, EDS, X-Ray Mapping, XRD, LPSA를 이용

하여 분말 형상, 조성 분석, 상 분석, 평균 입도와 입도 분포

등을 조사하였다. 그 결과 밀링에 투입된 에너지에 따라 분말

특성이 다르다는 것을 알 수 있었다. 따라서 밀링에 투입된 에

너지를 알고 있다면 밀링 후의 분말 특성을 예측할 수 있다는

것을 알 수 있었다.

[P4-25]

Synthesis of Ti-Nb Alloy via Magnesiothermic Reduction

Process: *Soyeon Kim, Kyun-Suk Choi1, Kyoung-Tae Park,

Il-Sohn1, Yong-Ho Choa2, Taek-Soo Kim; Korea Institute of

Industrial Technology. 1Yonsei University. 2Hanyang University.

Keywords: Ti-Nb alloy, Solid state reaction method, Magnesiothermic

reduction

Recently, Titanium-Niobium (Ti-Nb) based alloys have been

considered for shape memory alloys, biomedical materials,

superconductors in magnets and other applications instead of

existing Titanium alloys. Conventionally, Ti-Nb alloy is

synthesized by first reducing Ti and Nb metal from their

respective oxides and then subsequent melting or ball-milling

process. This is a complex process with high energy consumption

especially the kroll process which is used for the production of Ti

metal and is not suitable because it is a batch type process and

limits the productivity of the overall process. Magnesiothermic

reduction of titanium dioxide is one suitable way to overcome the

limitations associated with the kroll process. In this study, the

possibilities of synthesizing Ti-Nb alloy by magnesiothermic

reduction process has been investigated. Titanium dioxide and

Niobium pentoxide powders were first mixed and heat treated at

1200?C to synthesize Ti-Nb-O phase. Magnesium metal was

then utilized as reducing agent to convert Ti-Nb-O phase into Ti-

Nb alloy. The characterization of the intermediate products and

final products were done by using XRD, SEM and EDS analysis.

[P4-26]

실리콘 함량이 Fe-Si-Cr 합금분말의 투자율에 미치는 영향: *장

평우, 이태경1; 청주대학교 이공대학 응용과학부. 1(주)창성.Keywords: Fe-Si-Cr powder, Ordered phases, Electrical resistivity,

Permeability

모바일기기가 급속히 보급됨에 따라 전자부품의 크기도 소형

화, 고성능화가 진행되고 있으며 이에 따라 인덕터의 작동 주파

수도 10 MHz 이상으로 높아지게 되었다. 또한 고주파화와 함

께 구동전압의 저전압화, 대전류화가 진행되어 모바일 기기 전

원으로 DC/DC 컨버터 회로가 많이 사용되고 있고, 여기에 사

용되는 인덕터는 스위칭 주파수의 고주파수에 의한 인덕턴스의

감소와 대전류에 대한 직류저항의 감소가 동시에 요구되고 있다.

이러한 조건을 만족시키기 위해선 잘 알려진 Fe-6.5%Si으로는

비저항이 너무 낮아 고주파에 대응할 수 없어 실리콘의 함량이

더 높은 조성이 더 적합하다. 이와 같이 실리콘 함량이 10%

근처로 높아지면 B2, DO3의 규칙상의 생성이 촉진되고 이들의

분포 거동에 따라 자성분말의 전자기적 특성이 영향을 받는다.

본 연구에서 가스분무된 직경 25 um 이하의 Fe-7, 9, 11%Si-

Cr 분말을 질소분위기에서 25-650oC까지 1시간 열처리하여 규

칙상의 생성거동, 그리고 이들의 분포 거동에 따른 전자기적 특

성과 미세구조 변화를 조사하였다. 분말의 미세구조변화는

XRD로 분석하였으며, 정자기특성, 투자율은 각각은 VSM,

precision impedance analyzer로 측정하였고, 전기저항은 분해능

0.1 um의 고정도 마이크로미터에서 2단자법으로 측정하였다.

[P4-27]

High Energy Milling을 통한 Fe계 ODS 제조에 관한 연구:

밀링 시간 및 PCA 첨에 따른 공정 변수의 영향: *한덕현, 김

건홍, 공만식, 안병민1; 고등기술연구원 신소재공정센터. 1아주대학교

재료공학과.Keywords: High Energy milling, Planetary milling, ODS, Powder

microstructure

산화물 분산강화는 열적 안정성이 뛰어난 산화물 입자를 분

224

말 내에 미세하게 분산시켜 고온강도를 증가시키는 방법이다.

분산 강화를 진행하는 것은 mechanical alloying(MA) 방법을

이용하여 분산하였다. 실험에 사용한 Fe계 분말은 MA956(Fe-

18.7%Cr-5.60%Al- 0.63%Ti-0.22%Y-0.07%Ni)을 사용 하였으

며, 분산재로 사용한 산화물은 Y2O3이다. 본 연구에서는

Planetary mill을 이용한 기계적 합금화 공정의 milling 시간

및 회전속도와 PCA 첨가에 따른 수득량 및 분말의 미세조직에

관한 분석을 실시하였다. 혼합물은 각각 300, 450, 600 rpm에

서 산화물을 분산하였으며, milling 시간은 6, 12, 18, 24 hr에

서 수행하였다. 미세조직의 변화에 대해 XRD, SEM, PSA 및

TEM을 이용하여 분석하였으며, milling이 진행된 분말들의 특

징 변화에 대하여 연구하였다.

[P4-28]

열처리온도에 따른 Fe-Si-Cr 합금분말의 전기저항변화: *장평우,

최광보1; 청주대학교 이공대학 응용과학부. 1(주)창성.Keywords: Fe-Si-Cr powder, Electrical resistivity, Ordered

phases, Permeability

모바일기기가 급속히 보급됨에 따라 전자부품의 크기도 소형

화, 고성능화가 진행되고 있으며 이에 따라 인덕터의 작동 주파

수도 10 MHz 이상으로 높아지게 되었다. 또한 고주파화와 함

께 구동전압의 저전압화, 대전류화가 진행되어 모바일 기기 전

원으로 DC/DC 컨버터 회로가 많이 사용되고 있고, 여기에 사

용되는 인덕터는 스위칭 주파수의 고주파수에 의한 인덕턴스의

감소와 대전류에 대한 직류저항의 감소가 동시에 요구되고 있다.

이러한 조건을 만족시키기 위해선 잘 알려진 Fe-6.5%Si으로는

비저항이 너무 낮아 고주파에 대응할 수 없어 실리콘의 함량이

더 높은 조성이 더 적합하다. 이와 같이 실리콘 함량이 10%

근처로 높아지면 B2, DO3의 규칙상의 생성이 촉진되고 이들의

분포 거동에 따라 자성분말의 전자기적 특성이 영향을 받는다.

가스분무된 Fe-9%Si-Cr 분말을 질소분위기에서 25-650oC까지

1시간 열처리하여 규칙상의 생성거동, 그리고 이들의 분포 거동

에 따른 전자기적 특성과 미세구조 변화를 조사한 이전 연구에

서 550oC 이하에서 열처리하면 DO3상은 생성되지 않았으며

550oC에서 열처리하면 DO3상의 크기는 12 nm 정도이며

650oC에서는 48 nm로 성장하였음을 XRD에서 확인할 수 있었

다. 그러나 TEM SAD 패턴분석에 의하면 모든 분말에서

DO3상의 회절패턴을 확인할 수 있어 낮은 온도에서 열처리하

면 DO3상이 매우 미세하게 분포하고 있음을 확인하였다. 본

연구에서 Fe-Si-Cr 분말 한 개의 전기저항을 측정하여 열처리

온도에 따라 분말의 전기비저항의 변화를 조사하였다. 분해능

0.1 um의 고정도 마이크로미터에서 2단자법으로 열처리온도 및

분말입경의 변화에 따른 분말의 전기저항을 측정하였다. 측정결

과 열처리온도가 증가할수록 전기비저항이 감소하였음을 확인할

수 있어 낮은 온도에서 열처리한 분말의 높은 투자율의 원인을

보자력의 거동과 연관하여 설명하고자 한다.

[P4-29]

Nd-Fe-B 자석분말의 분쇄공정에 따른 분말의 입자미세화 및 자

기적 특성 평가: 신동원, 박영철1, 김동환1, *김정곤; 인천대학교 신

소재공학과. 1성림첨단산업(주).

Keywords: NdFeB, 입자미세화, 결정립, 보자력

Nd-Fe-B는 높은 최대에너지적((BH)max) 값을 갖는 고특성 영

구자석으로 전기자동차 및 풍력발전의 모터에 사용되고 있으며

그 수요가 증가하는 추세에 있다. 이러한 Nd-Fe-B의 특성을

향상시키기 위해서 첨가되는 Dy는 영구자석의 보자력을 향상시

키지만 자원이 한정되어 있고 전세계적으로 높은 가격을 형성하

고 있다. 따라서 보자력을 향상시키기 위해서 그 대안으로 소결

자석의 결정립을 미세화하는 기술을 연구 중에 있다. Nd-Fe-B

합금은 strip-casting법을 이용하여 strip으로 제조하고, strip은

HD(Hydrogen Decrepitation) 공정 및 Jet-milling을 이용하여

미세한 입자의 분말을 제조하였다. 그리고 제조된 분말은 분말

의 입자 크기, 성형 압력 및 소결 온도에 따라 Nd-Fe-B 소결

자석을 제조하였다. 각각의 strip, 소결자석은 SEM을 이용하여

미세조직을 관찰하였고 B-H tracer를 이용하여 자성특성을 측정

하였다.

[P4-30]

수증기(수산화물)를 이용한 sendust 합금 분말 표면에 절연막 형

성: *최광덕, 김상훈, 장평우1, 변지영; 한국과학기술연구원(KIST).1청주대학교.Keywords: Sendust, Soft magnetic, Insulator

본 연구는 수증기를 이용하여 sendust 합금 분말의 표면을

산화시켜 aluminum oxide 및 silicon oxide를 함유한 절연막

을 sendust 합금 분말 표면에 균일하게 형성시키는 방법에 관

한 것이다. sendust 합금 분말로 연자성 분말 코아 제조시 분

말 표면에 코팅된 절연막은 분말 코아의 비저항을 높이고 재료

내부에서 분말간의 접촉을 막아 와전류 손실을 감소시킨다. 따

라서, 합금 분말의 표면에 절연막이 균일하게 코팅되지 않거나

분말 코아 성형 후 소둔 중에 파괴되면 와전류 손실이 증가한

다. 그러므로, sendust 합금 분말 표면에 절연특성이 우수한 절

연막을 균일하게 코팅하여야 한다. 또한, 합금 분말 표면의 절

연막은 10 nm~1 um의 일정한 두께를 요구한다. 10 nm 이하일

때, 절연효과가 없어지므로 와전류가 증가하고, 1 um 이상일

때, 자계의 투과를 방해하고 성형 밀도가 감소하여 철손이 증

가한다. 현재까지의 절연코팅방법으로 인삼염, 물유리 등의 고분

자를 이용한 방법과 sol-gel법을 이용한 MgO, Al2O3를 코팅하

는 방법이 있으나, 이는 내열성, 균일성 등에서 문제가 된다.

본 연구에서는 sendust과 Mg(OH)2를 혼합하여 static H2 분위

기에서 열처리를 하였다. Mg(OH)2는 573 K에서 분해반응으로

산화막 형성에 필요한 수증기를 공급한다. 수산화물에서 분해되

어 발생하는 수증기가 고온에서 sendust 합금 분말의 표면의

Al과 Si이 선택적으로 반응하여 Al2O3 및 SiO2를 함유한 산화

막을 균일하게 형성하게 된다. 이로부터 static H2 분위기에서

Mg(OH)2의 분해에 의해 발생한 수증기는 모두 sendust 합금

분말 표면에서 Al 및 Si 산화에 사용된다. 따라서, 첨가하는

Mg(OH)2의 양을 조절하면 코팅되는 절연막의 두께를 조절 할

수 있다. 또한, 수증기를 이용한 기상방법이므로 적층된 모든

분말에서 균일하게 절연막이 형성된다. 실험 결과 TEM 분석을

통하여 절연막이 균일하게 형성되어 있는 것을 확인하였으며,

DC 측정기를 이용하여 Mg(OH)2양에 따라 두께의 변화에 의한

연자성 분말 코아의 철손을 측정하였다.

[P4-31]

확산접합을 이용한 유압기기용 동합금 밸브플레이트 개발: *박나

라, 송준혁, 정일웅1, 이재철2; (재)한국탄소융합기술원. 1(주)티엠시.2고려대학교 신소재공학부.Keywords: Powder metallurgy, Sintering, Valve plate, Density,

Mechanical properties

유압장치에 사용되는 밸브플레이트(Valve Plate)는 유압력을

225

발생시키는 핵심 부품으로, 350 Bar 이상의 고출력을 확보하기

위하여 실린더 블록과 밸브플레이트가 20,000 rpm 이상의 고속

회전 한다. 밸브플레이트의 동합금판은 내부에 고체 윤활제

(Pb)가 사용되고 있어서 동판재로 제조할 수 없다. 따라서 동합

금 전체를 가공하여 사용하는 방안과 동합금 소재를 연속주조

방식으로 연주봉을 제작하고, 연주봉을 얇게 Slicing 하는 방법

으로 동합금판을 제조하고 가공 및 이종접합 공정을 거쳐 밸브

플레이트를 제조한다. 이러한 기존의 공법은 원재료의 손실률이

높을 뿐만 아니라 연속주조, 가공, 접합 등의 다양한 공정을 거

쳐 경제적이지 못하다. 본 연구에서는 분말야금법을 이용하여

원재료의 손실률을 최소화 하였으며, 공정을 간소화하여 보다

경제적인 제조공법을 적용하였다. 분말야금법을 이용하는 경우

내부에 존재하는 기공으로 인한 강도저하와 내부식성의 문제점

이 발생될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 소결 및 접합공정의

중요변수인 온도, 시간, 압력 변화를 통하여 내부에 존재하는

기공을 5% 이내로 줄여 소결밀도를 향상시켰으며, 치밀하고 균

일한 접합층을 형성시켰다. 접합층의 미세조직 및 성분분석은

SEM과 EDAX를 통하여 분석하였으며, 동합금 접촉면의 고속

회전을 요구하는 밸브플레이트 특성에 따라 제조된 동합금을

pin-on-disc type의 마모테스트를 실시하였으며, 로크웰 경도계를

이용하면 표면경도를 측정하였다.

[P4-32]

Ni기 분말 초내열합금의 열간등압성형 조건에 따른 미세조직 특성:

*김동훈, 김홍규, 심인옥, 홍성석, 윤은유1, 이영선1; 국방과학연구소

(ADD). 1재료연구소(KIMS).Keywords: Ni-based superalloy, Hot isostatic pressing, Microstructure,

Mechanical properties

Ni기 초내열합금은 우수한 고온 강도 및 산화 저항성을 갖기

때문에 항공기, 유도무기 및 발전용 가스터빈 엔진의 고온·고압

부위에 적용되며, 가스터빈 엔진의 성능을 좌우하는 핵심 소재

이다. 특히 고온의 환경에서 매우 빠른 속도로 회전하는 디스크

부품의 경우 우수한 고온 강도 및 피로저항성 확보를 위한 결

정립 미세화, 편석 억제 및 미세 강화상 석출 등이 요구된다.

미세한 합금분말 및 열간등압성형을 활용한 Ni기 초내열합금의

제조공정은 결정립 미세화 및 균질한 미세구조를 얻을 수 있기

때문에 기존의 주조합금 및 단련합금의 한계를 극복 할 수 있

는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 Ni기 초내열합금 분말의

열간등압성형 조건에 따른 미세조직 변화를 분석하였다. 또한

상온 및 고온에서의 기계적 특성 평가를 통하여 미세조직과의

상관관계를 분석함으로서 최적의 열간등압성형 조건을 도출하고

자 하였다.

[P4-33]

합금원소 첨가가 스테라이트 합금의 분말 소결거동에 미치는 영

향: *김덕규, 임인택, 강동석, 한관희; 영남대학교 공과대학 신소재

공학부.Keywords: Stellite 6, Wear resistant alloy, Powder forming,

Sintering, Densification

탄소함량이 높은 Co-Cr-W-C계 코발트합금인 스텔라이트 6

내열특성이 우수하고 내마모성이 뛰어난 소재로 알려져 있다.

주로 사형주조에 의해 만들어지는 이 합금은 경질재료로서 가공

성이 좋지 못하다. 초정으로 면심입방구조를 갖는 a-Co 상과

공정상인 a-Co와 Cr7C3 탄화물의 공정조직인 비교적 조대한 조

직을 나타낸다. 이 합금을 분말야금법에 의해 성형하고 제조함

에 있어, 융점강하 원소로 알려진 보론, 동 등의 원소첨가가 소

결거동에 어떠한 영향을 미치는 가에 대하여 조사하였다. 소결

온도와 소결시간에 따른 상변화와 미세조직 변화, 그리고 치밀

화도의 변화를 x-선 상분석, 광학 및 전자현미경을 이용하는 조

직 및 상조성물의 분석, 그리고 경도변화를 조사하여 그 결과

로부터 치밀화에 미치는 효과에 대한 첨가원소의 역할을 검토하

였다.

[P4-34]

분말야금법으로 제조된 316L 스테인리스 스틸의 소결분위기에 따

른 필터특성: *손용국, 조의제, 배기창, 김용환, 박용호; 부산대학교.Keywords: 316 stainless steel, Porous metal, Microstructure,

Sintering atmosphere, Filtration properties

반도체 제조 중 이온주입 공정 및 화학기상증착(CVD)에 사

용되는 고부식성가스(HCl, BCl3, CF4 등)는 반응챔버와 가스배

관의 부식을 발생시키는 가스이다. 이러한 제조공정 중 사용되

는 특수가스 부식에 의해 생성된 불순물 입자들이 반응챔버의

오염 및 가스배관의 손상을 발생시켜 챔버의 노화발생 및 가스

배관의 성능을 저하시킨다. 따라서 제조공정 중에 사용되어지는

가스라인의 극청정성을 유지하기 위해 불순물 입자제어용 가스

필터에 의한 미세 오염 입자 유입의 효율적인 제어가 필요하다.

현재 사용되고 있는 반도체용 필터재는 0.3 µm 이하의 미세오

염입자의 포집성능을 높이기 위해 특정 크기의 분말이 사용되고

있으며, 30 µm 이하 기공크기의 균질한 기공분포, 단위체적당

48~50%의 기공률 및 약 10 MPa 정도의 압축 강도가 요구된

다. 그러나, 금속 분말 자체를 사용하여 소결하므로 30~40%의

낮은 기공률과, 낮은 충진밀도로 인한 균일한 기공 형성 및 크

기의 제어가 어려워 미세입자 제어가 어려운 문제점을 가지고

있다. 그러므로 필터재로써의 사용을 위해 최적화된 미세구조를

제어하기 위한 소결공정이 필요하다. 본 연구에서는 분말야금법

으로 제조된 316L 스테인리스 스틸의 소결분위기에 따른 필터

특성을 연구하였다. 316L 스테인리스 스틸 분말과 폴리메틸크

릴레이트 분말을 60:40의 질량비로 혼합하였으며, 진공, 질소,

아르곤 분위기에서 30분동안 소결을 진행하였다. OM을 통하여

각각의 다른 분위기에서 소결된 소결체의 미세조직 분석을 하였

으며, Pressure drop, Pore size distribution, Pore size factor

실험을 통한 소결체의 필터특성 측정하였다.

226

[P5-1]

Al, Cr코팅을 이용한 SUS316L의 내부식성 증진방안 연구: *김

민정, Muhammad Ali Abro, 정석우1, 황상연1, 이지은1, 이동

복; 성균관대학교 자연과학캠퍼스. 1고등기술연구원.

Keywords: IGCC, 집진필터, H2S, SUS316L, Elestroplating

화력, 원자력 설비 등 고온/고압 환경이나 해수 접촉부품 등

에 널리 사용되는 SUS316L은 우수한 연신율, 강한 충격 강도

뿐만 아니라 우수한 내부식성을 가진 것으로 알려져 있다. 그로

인해 석탄 가스화복합 화력발전 설비 중 후단 집진필터의 필터

소재로 SUS316L이 이용되고 있다. 하지만 석탄 가스화복합 화

력발전은 일반 화력 발전과 달리 반응 시 생성되는 합성가스에

H2S가 포함되어 있어 설비 부품 소재 표면에 치명적인 황화합

물이 만들어져 이를 개선할 수 있는 필터 소재의 개발이 요구되

고 있다. 이에 본 연구에서는 우수한 내부식성을 갖는 집진필터

를 개발하기 위해 SUS316L 표면에 Al, Cr원소를 electroplating,

sputtering, e-beam evaporation 한 후 N2-0.1%H2S 분위기에

서 300~800oC까지 부식실험을 실시하여 내부식성을 살펴보았

다. 그 결과 Al 원소를 코팅한 시편의 무게증가량이 Cr 원소

를 코팅한 시편에 비해 적어 더 우수한 내부식성을 보였으며,

electroplating = sputtering > evaporation 순으로 내부식성이

증가되었다.

감사의 글: 2014년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지 기

술평가원(KEPTEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다.

(No.20143030050070)입니다.

[P5-2]

내마모특성 향상을 위한 WC-CoFe 분말의 초고속 화염용사 코

팅 및 레이저 열처리: *주윤곤, 이재현1, 윤재홍1; 창원대학교 ERC.1창원대학교 금속신소재공학과.Keywords: HVOF, Wear, Taguchi, WC-CoFe

Inconel718의 경도 및 마찰마모 특성을 향상시키기 위해서

초고속화염용사법으로 WC-CoFe 분말을 코팅하였고, 레이저 열

처리를 실시하였다. 초고속화염용사법의 최적 공정 조건을 도출

하기 위해 용사의 주요공정조건(용사거리, 분말공급량, 산소 및

수소 유량)에서 3수준 4인자 다구찌 실험계획법을 적용하였다.

레이저 열처리 후 코팅층의 결정구조, 표면 거칠기, 기공도, 경

도 및 마찰 마모특성에 대하여 연구하였다. 레이저 열처리 동안

탄화물의 분해 및 확산으로 WO3, Cr3C2 상이 새롭게 나타났

고, W2C 상이 증가하였고, 기공이 사라지면서 코팅층이 치밀해

지면서 두께가 감소하였다. WC-CoFe 코팅층의 경도는 Hv

1118에서 Hv 1441로 증가하였다. 상온에서의 마찰마모시험결과

레이저 열처리 후 마모율과 마찰계수가 감소하였는데 이는 경도

증가와 레이저 열처리에 의해 생성된 WO3가 마모시험 중 고

밀도 마찰박막을 형성하여 용사코팅층의 마찰 마모특성도 증가

하였다.

[P5-3]

고주파 유도가열을 이용하여 증발 증착한 Zn-Mg 박막의 미세조

직에 관한 연구: 라정현, 배기태, *이상율, 남경훈1; 한국항공대학

교. 1포스코 기술연구소.

Keywords: Zn-Mg coatings, Evaporation deposition, Induction

heating, Chemical composition, Microstructure

고주파 유도가열은 빠른 가열속도와 높은 에너지 효율을 나

타내기 때문에, 금속의 표면 열처리 및 주조 공정에서 널리 사

용되고 있다. 이러한 장점을 나타내는 고주파 유도가열을 진공

증착의 열원으로 사용하여 박막 합성 효율 및 속도를 높이고자

하는 연구가 최근 진행되고 있다. 본 연구에서는 진공 증착법의

효율 향상 및 안정화를 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 도출된

최적형상의 유도가열 코일을 이용하여 Zn-Mg 박막 합성을 실

시하였다. Zn-Mg 박막 합성은 Zn droplet과 Mg droplet을 동

일 부피로 장입 후 증착 시점을 제어하며 실시하였으며, 공정

중 Zn과 Mg의 진공 중 증발 거동, 박막의 미세구조 및 조성

변화, 합금상 형성 유무 등의 평가를 통해 박막 합성 공정의

경향성 파악 및 안정화를 실시하고자 하였다. Zn와 Mg의 융점

은 각각 419.5oC와 650oC로 차이가 나기 때문에 droplet이 승

온되면서 Zn가 우선적으로 용융 및 증발이 발생하며, Mg의 증

발은 이후에 발생하게 된다. 이러한 현상으로 인해 박막 합성

전 장입한 Zn droplet과 Mg droplet의 무게 비율에 비해 합성

된 Zn-Mg 박막의 Mg wt.%는 감소하였으며, 잔류하고 있는

droplet의 Mg wt.%는 증가하였다. 또한 합성 시점에 따라 Zn-

Mg 박막의 조성은 변화하여, 증발 개시 시점에서 합성한 Zn-

Mg 박막의 경우 Mg 조성은 낮은 값을 보이며 점차 Mg 조성

이 증가하는 경향을 보였다. Mg 조성 변화에 따라 Zn-Mg 박

막의 미세구조 또한 변화하였으며, Mg의 함량이 높을수록 미세

구조가 치밀하게 형성되었다. 증발 증착을 통하여 합성된 Zn-

Mg 박막은 droplet의 용융 및 증발되어 합성되는 공정이기 때

문에 Zn-Mg 박막 내 Mg2Zn11상, MgZn2상 등의 합금상이 활

발하게 형성되었다. 또한 박막 증착 후 잔류한 Zn-Mg droplet

을 채취하여 합금상 분석 결과 박막과 유사한 합금상이 형성되

었고, 이를 통하여 Zn droplet과 Mg droplet이 박막 합성 공

정 중에 혼합이 이루어졌다고 판단되었다.

사사의 글: 본 연구는 산업통상자원부의 WPM(World Premier

Materials) 사업을 수행하는 스마트 강판소재 사업단의 연구비

지원에 의하여 연구되었습니다.

[P5-4]

기판 바이어스 전압에 따른 CrZrSiN 코팅의 내열성에 관한 연

구: 김회근, 라정현, 배기태, *이상율; 한국항공대학교.Keywords: CrZrSiN coating, Sputtering, Nanocomposite structure,

Hardness, Thermal stability

최근 산업의 발전으로 난삭재의 사용량이 증가하였으며, 이를

가공하기 위한 공구 또한 우수한 기계적 특성이 요구되고 있다.

특히, Si 원소가 첨가된 천이금속 질화물 코팅은 결정상과 비정

질상이 혼재된 나노복합구조체를 형성함으로써 내열성이 향상되

기 때문에 공구의 공정 효율 증가를 위해 활발히 연구되고 있

다. 본 연구에서는, 결정질상과 비정질상의 분산도에 따른 코팅

의 내열성의 변화를 연구하기 위해 기판 바이어스 전압을 제어

하며 CrZrSiN 박막을 합성하였다. 기판 바이어스 전압은 0,

-100, -200 V로 제어하였으며, 고순도 Cr, Zr, Si 타겟과 텅스

텐 카바이드 모재를 사용하여 다양한 CrZrSiN 박막을 합성하

였다. 합성된 CrZrSiN 박막의 미세조직, 결정구조, 경도 및 탄

성계수는 Field emission scanning electron microscopy, X-

ray diffractometer, Fischer scope를 활용하여 분석하였다. 또한

CrZrSiN 박막의 내열성을 측정하기 위해 박막을 furnace에 넣

어 고온에서 30분 동안 열처리 후 경도의 변화를 평가하였다.

P5 : 표면처리Room 전시장, 10월 29일

227

X-ray 회절 패턴 분석 결과, CrN (200)과 ZrN (200) 사이에

서 CrZrN peak이 발견되었으며, 기판 바이어스 전압이 증가함

에 따라 peak의 세기가 감소하며, 이를 통하여 비정질의 분포

가 증가하였다고 판단하였다. CrZrSiN 박막의 미세조직의 경우

기판 바이어스가 증가할수록 미세한 주상조직이 점차 사라져 비

정질 박막의 형상을 나타내었으며, 박막의 표면 거칠기 또한 감

소하였다. CrZrSiN 박막의 내열성 테스트 결과, 기판 바이어스

전압을 인가하지 않은 박막은 800oC에서 열처리 후 경도가 급

격히 감소하였으나, -100, -200 V를 인가하여 증착한 박막은

1000oC에서 열처리 후에도 25 GPa 이상의 높은 경도를 유지

하였다. 기판 바이어스 전압인가를 통하여 CrZrSiN 박막 내에

SiNx 비정질상이 고르게 분포되며, 이로 인해 박막의 내열성이

향상된 것으로 판단된다.

사사의 글: 본 연구는 산업통상자원부 우수기술연구센터(ATC)사

업 및 산업기술혁신사업(10047864)의 연구비 지원으로 수행되

었습니다. 이에 감사드립니다.

[P5-5]

전기도금법에 의한 나노다이아몬드-니켈 복합도금층의 내식성 연구:

*손경식, 김연주, 성다혜, 김용환; 한국생산기술연구원.Keywords: Diamond particle, Composite plating, Nickel plating

복합도금은 도금 시 이종의 물질을 용액 중에 분산, 도금 층

내 분산시키는 기술로 내마모성, 내식성, 특수 기능성 부품류의

표면처리에 다양한 형태로 적용되고 있다. 최근 나노분말의 합

성법 개발에 따라 도금분야에서도 나노 분말을 이용한 복합도금

의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구는 니켈 도금층의

내식성 향상을 위하여 최근 폭발법, 콜로이드 합성법 등 다양한

방법에 의해 대량 합성이 시도되고 있는 나노 다이아몬드 입자

를 니켈과 함께 복합도금한 복합재에 대해 수행되었다. 니켈설

퍼메이트 도금액에 평균 10 nm 미만의 입도를 갖는 나노다이아

몬드를 분산시켜 전류밀도 및 다이아몬드 첨가량에 따라 전기도

금을 실시하였다. 도금 조건에 따른 기계적 물성에 대하여 조사

하였으며 동전위 분극실섬을 통해 도금 조건이 시편의 내식성에

미치는 영향에 대하여 조사하였다.

[P5-6]

펄스 전류 조건이 경질 크롬 도금의 마이크로 크랙 발생에 미치

는 영향: *정은철, 한동원, 이욱진, 권아람; 한국생산기술연구원.Keywords: Pulse plating, Chromium, Micro-crack

경질 크롬 도금은 높은 경도와 내마모성, 내식성을 가지고

있어 항공 산업, 자동차산업 등에 유용하게 활용되는 전기도금

방식이다. 최근 이들 산업의 부품이 더욱 가혹한 환경에서 사용

되는 뿐만 아니라 제품의 장수명화를 위해 더 우수한 내식성과

기계적 물성을 확보할 필요가 있다. 그러나 경질 크롬 도금의

경우 도금 과정에서 발생하는 마이크로 크랙에 의해 제품의 내

식성의 저하가 나타나며, 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으

로 본 연구에서는 펄스 전류를 적용하여 마이크로 크랙을 억제

할 수 있는 방안을 연구하였다. 도금욕은 sergent 욕을 이용하

였고, duty ratio, 주파수, 전류밀도를 조절하여 도금층 두께 변

화에 따른 마이크로 크랙의 발생을 조사하였다. 도금층 내 표면

및 단면 관찰을 통해 도금층 내 마이크로 크랙을 관찰함과 아

울러 이 때의 경도를 측정하였다. 또한 분극시험 등을 통해 내

식성을 조사함으로써 마이크로 크랙과 내식성과의 상관관계를

도출하였다.

[P5-7]

표면거칠기에 따른 TiO2 나노튜브 형성 거동과 내식성 평가:

*민경국, 전용선, 김형철, 윤정모, 이민호1, 박일송; 전북대학교 신

소재공학부 금속시스템공학전공 및 신소재개발연구센터. 1전북대학교

치의학전문대학원 치과생체재료학교실 및 구강생체과학연구소.Keywords: TiO2 nanotube, Surface roughness, Biocompatibility,

Anodization

티타늄과 그 합금은 기계적 성질, 생체적합성이 우수하며 내

부식성이 높아 치과용 임플란트 재료로서 주목 받아왔다. 일반적

으로 티타늄의 내부식성은 티타늄 표면에 형성되는 부동태피막

(TiO2)에 기인하지만 자연적으로 생성되는 TiO2는 균질하지 못

하고 불안정하며 생체불활성 특성을 나타내는 단점이 있어 표면

처리를 통해 이를 개선시키는 방법이 연구되어 왔다. 다양한 표

면처리 방법들 중 양극산화법은 공정이 간단하고 재료의 형상에

관계없이 치밀하고 균일한 피막 형성이 가능하며, 양극산화 조건

에 따라 다양한 크기 및 형태를 갖는 기공을 형성시킬 수 있는

장점을 가지기 때문에 이에 관한 활발한 연구가 이루어지고 있

다. 이에 본 연구에서는 티타늄의 표면 상태에 따라서 양극산화

에 의하여 생성되는 나노튜브의 성장거동 및 특성을 평가하고자

하였다. 티타늄 표면의 상태변화를 주기 위하여 SiC paper를

사용하여 각기 다른 거칠기(220, 400, 800, 1500, 경면)를 부여

한 후 양극산화 처리를 실시하여 표면에 나노튜브를 형성시켰다.

생성된 나노튜브의 길이, pore-size 등의 형태학적 구조와 결정

상을 분석하기 위하여, 주사전자현미경(SEM)과 X-선 회절분석

(XRD)을 실시하였으며, 부식저항성 및 유사체액 내에서의 적합

성을 평가하였다. 이를 통하여 표면거칠기와 나노튜브의 생성거

동 및 표면특성과의 상관관계에 대한 평가를 실시하였다.This work was financially supported by ‘National Research

Foundation of Korea (NRF) funded by the Korea government

(MSIP) (No. 2011-0028709 and 2014R1A4A1005309).

[P5-8]

물리기상증착 방법을 활용한 금속 표면 나노구조 제어: *정지혜,

한민아, 김현종, 이호년; 한국생산기술연구원.Keywords: SERS, Nano structure, Metal substrate

현대의학의 발전에도 불구하고 질병으로 인한 환자 수는 지속

적으로 증가하고 있으며, 이를 줄이기 위해 질병에 대한 예방,

진단, 치료 등 관련 기술이 활발히 연구되고 있다. 암과 같은

위험 질병의 경우 치료효과를 위해 새로운 방법이 꾸준히 제시

되고 있지만 환자마다 다르게 나타나는 질병의 특성과 치료 영

향력의 차이 때문에 효과는 기대보다 낮다. 따라서 치료보다는

조기진단을 통한 질병예방에 대해 사람들의 관심이 높아졌다.

쉽고 빠른 질병진단을 위해 인체 내에 있는 소량의 바이오마커

(bio-marker)를 이용한 초고감도 센서가 요구되며 최근 표면라만

증강산란(surface enhanced Raman scattering(SERS))의 연구개

발이 활발히 진행중이다. 본 연구에서는 바이오마커의 검지감도

를 극대화하기 위하여 SERS 기판 구조를 최적화하였다. SERS

기판의 표면 나노구조 크기, 형상, 밀도 등에 검지감도가 변화되

기 때문에, 이의 제어를 위하여 증착 공정변수 변화를 통하여

표면에 형성되는 나노구조를 변화시켰다. 또한 형성된 나노구조

의 기초물성 분석을 위하여 SEM, XRD를 사용하였으며, 입자

크기 및 네트워크 구조를 확인하기 위하여 TEM을 활용하였다.

최적화된 SERS 기판을 활용하여 Rhodamine 6G의 신호가

1 × 105 이상의 enhancing factor를 나타내는 것을 확인하였다.

228

[P5-9]

Copper-carbon Nanotube Hybrid Film Embedded on the

Surface of Polymer Substrate for Highly Stretchable

Electrode: *Hyeonjin Eom, Hyunjin Moon1, Seung Hwan Ko1;

Korea Institute of Industrial Technology (KITECH). 1Seoul

National University.

Keywords: Copper, Carbon nanotube, Hybrid, Electroless

deposition, Flexible electrode

Copper-carbon nanotube (CNT) hybrid film embedded on the

surface of polydimethylsiloxane (PDMS) was investigated for

highly bendable and stretchable electrode. These highly electrical

conductive and flexible electrodes were formed by incorporating

CNT structures on the surface of PDMS substrate and synthesizing

the nano-crystalline copper film on the CNT structures by

filtration, transfer and electrochemical method. The highly

electrical conductive nano-crystalline copper films were selectively

synthesized on the surface of CNT film performing as working

electrode in electroplating system. Various electrochemical pre-

treatment processes such as electrochemical oxidation and

activation were performed on the CNT film to obtain the suitable

wettability and reactivity of CNT film for uniform copper

electroless deposition. The morphologies of nano-crystalline

copper film were controlled by pre-treatment processes and

electroless deposition. Mechanical properties and adhesion

characteristics of these copper-CNT hybrid structures embedded

on the surface of PDMS were investigated by cyclic bending test

and peel test. These proposed copper-CNT hybrid films

embedded on the surface of polymer substrate show advanced

mechanical characteristics and will be useful for the applications

in which electrical conductive electrodes of wearable devices are

directly affected by mechanical bending and stretching.

[P5-10]

플라즈마 표면처리시 산소와 수소 분압의 변화가 기판과 코팅층

계면의 부착 특성에 미치는 영향: *김동용, 박홍석, 김종구, 배광

진, 조영래; 부산대학교.Keywords: Surface energy, O2 flow rate, H2 flow rate, Adhesion

strength, interface

표면에너지(surface energy)는 계면특성을 지배하는 핵심인자

로 디스플레이의 터치 스크린 패널 증착 공정, 이종소재의 접

합, 금속의 클래딩 등 실제 산업에 있어서 매우 중요하다. 특

히 반도체 등의 소재에서 전극(electrode) 재료를 코팅해야 할

경우 접착력(부착력)이 문제가 되고 있다. 부착력 (adhesion)이

낮으면 코팅 면이 잘 떨어져 나가거나, 본딩한 제품의 박리

(delamination)가 생겨 제품을 사용하지 못하는 문제가 발생한

다. 본 연구에서는 플라즈마 표면처리시 산소와 수소 분압의 변

화에 따른 기판의 표면에너지와 기판과 코팅층의 부착력 변화에

대해 조사하였다. 연구의 주요 기판으로는 유리, ITO 기판을

사용하였고, 표면에너지 변화를 확인하기 위해 기판을 상온·상압

플라즈마에 노출시켰다. 플라즈마는 아르곤(Ar)의 공급량을 1,

3, 5 LPM으로 고정한 후 산소와 수소의 분압을 각각 0 sccm

에서 50 sccm까지 10 sccm 간격으로 변수를 주었다. 표면에

너지 값은 기판 위에 형성된 액체의 접촉각을 통해 도출하였으

며 측정 액체로 극성인 증류수(deionized water)와 비극성인 디

오도메탄(diiodo-methane)을 사용하였다. 아르곤과 산소를 같이

투입할 경우 산소의 분압이 20 sccm에서 최대값인 76 mJ/m2

으로 증가한 후 30 sccm부터 포화되어 더 이상 증가하지 않았

다. 아르곤과 수소를 같이 투입할 경우 기판이 소수성을 띄며

표면에너지 값이 점차 감소하였다. 기판의 코팅층으로 증착된

크롬 박막의 부착력은 스크래치 테스트를 통해 관찰하였다. 표

면에너지의 변화와 비례하게 부착력의 경향이 나타났다. 즉,

산소를 포함한 플라즈마 표면처리는 친수성의 경향을 나타내며

수소를 포함함 플라즈마 표면처리는 소수성의 경향을 나타낸다.

기판과 코팅층의 부착력 변화 원인을 알아보기 위해 auger

electron spectroscopy(AES) 분석을 진행하였다. 또한 계면의

화학적 결합 상태를 알아보기 위해 X-ray photoelectron

spectroscopy(XPS) 분석을 진행하였다. 이 연구를 통해 산소와

수소를 포함한 플라즈마 표면개질이 기판과 코팅층의 부착력 변

화에 영향이 있음을 확인할 수 있었다. 또한 이를 응용하여 부

착력의 변화가 필요한 다양한 분야에서도 쉽게 적용시킬 수 있

을 것이다.

[P5-11]

Investigation of Arc Temperature during Micro Arc Oxidation

Process of AZ91 Mg Alloy Through Analysis of the Melting

Behavior of Incorporated ZrO2 Particles: *Gye Won Kim,

Ki Ryong Shin, Yeon Sung Kim, Young Gun Ko1, Dong Hyuk

Shin; Hanyang University. 1Yeungnam University.

Keywords: AZ91 Mg alloy, Micro arc oxidation, ZrO2, TiO2,

Melting temperature

This study evaluated the arc temperature during micro arc

oxidation (MAO) of AZ91 Mg alloy through analysis of the

melting behavior of incorporated particles. To incorporate TiO2

and ZrO2 particles into a magnesium oxide layer, MAO process

was carried out under AC condition in an electrolyte containing

TiO2 and ZrO2. After MAO coatings, ZrO2 particles were clearly

observed in the MAO-treated oxide layer while TiO2 particles

were scarce in the oxide layer. It was found that the temperature

of the arc was between the melting temperature of the TiO2

particles and that of the ZrO2 particles. The structure and

constituent phases of incorporated particles into the oxide layer

were analyzed through XRD patterns, TEM images, and SAED

patterns. The temperature of arc was estimated to be in the range

of 2116-2643 K.

[P5-12]

Formation of Oxide Layers on 7075 Al Alloy by Micro

Arc Oxidation in Phosphate Electrolyte Containing Sodium

Tungstate: *Yeon Sung Kim, Ki Ryong Shin, Gye Won Kim,

Young Gun Ko1, Dong Hyuk Shin; Hanyang University.1Yeungnam University.

Keywords: 7075 Aluminum alloy, Micro arc oxidation, Sodium

tungstate, Black ceramic layer, Coloration

The formation of black oxide layer produced by micro arc

oxidation (MAO) coating has been investigated using a

phosphate electrolyte with Na2WO4. A series of MAO coatings

was carried out on aluminum alloy sample in a phosphate

electrolyte with and without sodium tungstate (Na2WO4). The

formation behavior of oxide layer on 7075 Al alloy was observed

via a scanning electron microscope and their constituent

229

compounds were characterized by qualitative observation based

on X-ray diffraction. As the coating time increased, the amount

of tungsten element in the ceramic layer increased, resulting in

the black ceramic layer. Such incorporation could lead to the

enhancement of the hardness and wear resistance of the MAO-

coated Al sample.

[P5-13]

Effect of Simultaneous Aging and Low Temperature Plasma

Nitrocarburizing treatment on the Characteristics of Surface

Layers of SUS 630: *이인섭, Abhik Barua; Dongeui University.Keywords: Plasma nitrocarburizing, Martensitic precipitation

hardening stainless steel, Aging, Corrosion resistance

SUS 630 is a martensitic precipitation hardening stainless

steel. Aging helps to increase the hardness of the sample by

precipitation hardening. The aging process is generally carried

out at 400°C for a controlled amount of time. After aging Plasma

nitrocarburizing was performed on the samples at 430oC with a

gas mixture of H2, N2 and CH4 for 15 hrs with changing

discharge voltage, temperature and total gas flow. After treatment

the behavior of the surface layer was investigated by optical

microscopy, X-ray diffraction, GDOS analysis and micro-

hardness testing. The aging process increased the bulk hardness

around 430 HV0.05 and the surface hardness of the nitrocarburized

sample up to 1300 HV0.05. The aging process also helped to

increase the hardened layer of plasma nitrocarburized sample

about 2 µm more than the usual nitrocarburizing. A Potentiodynamic

polarization test was also used to evaluate the corrosion

resistance of the samples.

[P5-14]

Improving the Surface Properties of Low Temperature Plasma

Nitrided Martensitic Precipitation-Hardening Stainless Steel

by Carbon Addition: *이인섭, Abhik Barua; Dongeui University.Keywords: Plasma nitrocarburizng, Corrosion resistance, 630

martensitic precipitation hardening stainless steel

In this experiment, different nitriding treatments were

experimented on 630 martensitic precipitation hardening stainless

steel samples. Methane (CH4) was used as a carbon containing

gas in the treatment atmosphere. After treatment the behavior of

the surface layer was investigated by optical microscopy, X-ray

diffraction, GDOS analysis and micro-hardness testing.

Potentiodynamic polarization test was also used to evaluate the

corrosion resistance of the samples. Usually nitriding forms

hardened layer known as expanded martensite (α’N) on the

surface of the sample. This layer increases with increasing

process temperature, process voltage and amount of N2 content in

the gas flow. In these experiments, nitriding increased the value

of the hardened layer thickness and surface hardness up to about

38 µm and 1270 HV0.05 respectively. But they showed very poor

corrosion resistance, even worse than the untreated one. Addition

of CH4 decreased the surface layer thickness but sharply

improved their corrosion behavior. Surface hardness values

altered very little. Considering the best corrosion behavior

nitriding with 4% CH4 content showed best result. The hardened

layer thickness and surface hardness values of that sample were

about 11 μm and 1290 HV0.05 respectively.

[P5-15]

금속 핵연료 제조를 위한 용탕과 Yttria 코팅된 그래파이트 도가

니의 반응 특성: *국승우, 오석진, 류이슬, 김기환; 한국원자력연구원.Keywords: Plasma spray coating, Yttria coating, Metallic nuclear

fuel materials, Reaction property

4세대 원자로를 위한 금속 핵연료 제조를 개발하기 위한 도

가니 반응 특성을 평가하였다. 그래파이트 도가니와의 반응성을

평가하기 위하여 원통형의 20 × 3 mm 그래파이트 시편을 제

작하였으며, 시편은 플라즈마 스프레이 코팅법을 사용하여

yttria(Y2O3)를 300 µm 두께로 코팅하였다. Yttria 코팅된 시편

은 thermal cycling test를 통하여 thermal shock을 평가하였으

며, 동일한 시편은 U-Zr, U-Zr-RE(Rare Earth Elements)의

금속핵연료 용탕에 담궈 반응성 평가를 하였다. X선 회절을 통

한 상 분석과 주사전자현미경, 에너지 분광분석법을 통한 미세

조직 분석을 통하여 코팅된 그래파이트 시편의 미세조직을 분석

하고 반응성을 평가하였다. 본 연구를 통하여 플라즈마 스프레

이 분사법으로 yttria 코팅시킨 그래파이트 도가니와 U-Zr 금속

핵연료의 반응성을 확인하였으며 yttria 코팅된 도가니의 활용

가능 여부를 판단할 수 있었다.

[P5-16]

The Effect of CH4 Gas Addition on the Characteristics

of Surface Layers of Low Temperature Plasma Nitrided

Inconel 800 Ni Alloy: *In Sup Lee, Ho Jun Kim; Dongeui

University.

Keywords: Plasma nitrocarburizing, Corrosion resistance, Hardness,

Area reduction ratio, Plasma Nitrocarburizing, Corrosion

Resistance, Hardness, Ni Alloy

In this experiment, different nitrocarburizing treatments were

experimented on Inconel 800 Ni Alloy Samples. Plasma

nitrocarburizing was performed on the samples with a gas

mixture of H2, N2, and CH4 for 15 hrs with changing N2 percent

and CH4 percent at a fixed temperature of 450oC and discharge

voltage of 400 V and pulse Frequency of 100 kHz and Duty

Factor 80%. After treatment the behavior of the surface hardened

layer was investigated by optical microscopy, X-ray diffraction,

micro-hardness testing and GDOS analysis. Potentiodynamic

polarization test were also used to evaluate the corrosion

resistance of the samples. With increasing N2 percentage, surface

hardened layer thickness reached up to about 8.3 µm and surface

hardness increased up to 842HV0.05 when nitrided with 10%

percent N2 content and the corrosion behavior was very good.

Moreover, with the addition of 2% CH4 content during nitriding

surface hardened layer thickness increased up to about 18 µm

and surface hardness increased up to about 1259HV0.05 and

corrosion behavior was relatively good compared with higher

amount of CH4 content.

[P5-17]

Duplex Stainless Steel의 Plasma Nitrocarburizing 처리 시

압연방향 및 압하율에 따른 S-phase 거동: *이인섭, 김호준, 이

면학1, 임태홍2, 이민수2; 동의대학교. 1(주)트리스. 2한국생산기술연

230

구원.Keywords: Plasma nitrocarburizing, Corrosion resistance,

Hardness, Area reduction ratio

주)포스코특수강에서 열간압연을 한 Duplex Stainless Steel

mother tube를 (주)트리스에서 2차 가공하여 얻은 Pilgering 강

관을 일정한 크기로 절단하였다. 일정한 크기의 강관을 압연방

향인 길이 방향(Pilgering 방향)으로 다시 절반으로 절단 하였

다. 1/2로 나누어진 강관을 압연기를 이용하여 판재형태로 만들

었고, 다시 압연 (30%, 50%, 70%)을 하였다. Pilgering 방향

과 같은 방향으로 압연을 한 시편(R)과 필거링 방향과 수직으

로 되는 방향으로 압연을 한 시편(R-P)을 400oC 및 430oC에

서 Pulse Frequency 100 kHz 및 Duty Factor 80%를 이용

하여 200 SCCM 가스량으로 Plasma Nitrocarburizing을 실시

하였다. Plasma Nitrocarburizing 처리 후 소재를 절단하여 마

운팅 및 경면연마 후 에칭을 하여 광학현미경을 이용하여 미세

조직사진을 관찰하였다. 표면경도는 마이크로 비커스 경도계(하

중 0.1 kgf, 하중시간 10 sec)를 이용하여 표면경도를 측정하였

고, 각 시편의 표면 내식성을 분석하기 위해 동전위 분극시험을

실시하였다. Plasma Nitrocarburizing 처리 후 시편에 압연 방

향과 상관없이 질소가 과포화된 경화층(S-Phase)이 생성되었고,

400oC 경우 30%는 약 12 µm 생성되었고 70%는 약 15 µm

생성되었고, 430oC 경우 30% 약 17 µm 생성되었고 70%는

약 21 µm 생성되었다. Plasma Nitrocarburizing 처리 전 표면

경도는 평균 420 HV0.1이었으나 Plasma Nitrocarburizing 처

리 후 표면경도는 430oC에서 약 1500 HV0.1로 약 3.5배 증

가하였다. Plasma Nitrocarburizing 처리 전의 경우 압하율이

증가할수록 내식성이 저하하였고, 압연방향에 따라 내식성이 달

라진다. R-P 방향은 부식전류밀도가 약 10배 증가하여 내식성

이 R 방향에 비하여 감소하였다. Pilgering 시편을 Plasma

Nitrocarburzing 처리하면 처리 전 보다 내부식 특성이 저하되

고 400oC가 430oC와 비교하여 내식성이 더 우수하였다. R방향

으로 압연된 Pilgering 시편을 Plasma Nitrocarburzing 처리

시 400oC는 압하율이 증가할수록 내부식 특성은 미약하게 증가

하였고 R-P 방향은 부식전류밀도가 약 8배 증가하여 내식성이

R 방향에 비하여 감소하였다. 430oC의 경우는 Pilgering 보다

좋지만 압하율에 따른 차이 거의 없었다. 430oC 경우는 400oC

보다 고온이라 표면부에 과도한 질소의 침투로 인하여 Cr2N

석출로 인해 내식성이 미약하게 감소한다고 판단된다. R-P 방

향은 부식전류밀도가 약 30배 증가하여 내식성이 R 방향에 비

하여 감소하였다.

[P5-18]

STS316L의 Plasma Nitrdcarburizing 처리 시 압하율에 따른

S-phase 거동: *이인섭, 김호준, 임태홍1, 이민수1: 동의대학교.1한국생산기술연구원.Keywords: Plasma nitrocarburizing, Corrosion resistance,

Hardness, Area reduction ratio

STS316L 판재를 압연(30%, 50%, 70%)한 다음 준비된 시

편을 400oC 및 430oC에서 Pulse Frequency 100 kHz 및

Duty Factor 80%를 이용하여 200 SCCM 가스양으로 Plasma

Nitrocarburizing 실시하였다. Plasma Nitrocarburizing 처리 후

소재를 절단하여 마운팅 및 경면연마 후 에칭을 하여 광학현미

경을 이용하여 미세조직사진을 관찰하였다. 표면경도는 마이크로

비커스 경도계(하중 0.1 kgf, 하중시간 10 sec)를 이용하여 표면

경도를 측정하였고, 각 시편의 표면 내식성을 분석하기 위해 동

전위 분극시험후 표면을 실체현미경으로 관찰하였다. Plasma

Nitrocarburizing 처리 후 질소가 과포화된 경화층(S-Phase)이

생성되었고 단면에 상관없이 경화층은 0%의 경우 약 10 µm

생성 되었고 30%의 경우 약 13 µm으로 증가 하였는데 이유는

압연에 의해 결정립이 미세해져서 입계면적이 증가하므로 질소

침투가 용이해지기 때문이다. 압하율이 더 증가(50%, 70%)할

경우 압연에 의해 결정립이 질소의 침투 방향과 수직으로 길게

늘어나서 질소 침입이 어려워져서 경화층이 미약하게 감소하였

다 430oC 경우 경화층은 0%의 경우 약 18 µm 생성 되었고

30%의 경우 약 22 µm으로 증가하였고 압하율이 더 증가(50%,

70%)할 경우 400oC의 경우와 같이 경화층이 미약하게 감소하

였다. Plasma Nitrocarburizing 처리 전 경도는 약 350 HV0.1

이었고 430oC 처리 후 약 1200 HV0.1로 약 3.4배 증가하였

다. 압하율 및 처리온도가 증가할수록, 즉 경화층의 두께가 증

가함에 따라 표면경도 또한 증가하는 것을 알 수 있다. 동전위

분극시험 결과 Plasma Nitrocarburizing 처리 전 압하율이 증

가할수록 부식전류밀도가 증가하여 내식성이 미약하게 감소하는

것을 알 수가 있다. 400oC 및 430oC로 Plasma Nitrocarburizing

처리 후 압하율이 증가할수록 부식전류밀도가 낮아져 내식성이

좋아졌고, 430oC 경우 내부식 특성이 더 증가한 것을 알 수

있다. 그 이유는 압하율 및 온도가 증가할수록 표면에 질소가

더 많이 침투 하여서 표면에 질소농도가 높으므로 산성의

Pitting에서 NH4+를 생성하여 산성분위기를 중화시키는 역할을

하여 내식성이 좋아진다.

[P5-19]

프레스 금형강(SKD11)의 Plasma Radical Nitriding처리 시 공

정변수가 복합코팅층의 미세조직에 미치는 영향: *이인섭, 김호준; 동

의대학교. Keywords: Radical nitriding, Hardness, Roughness, Diffusion

layer, CrN coating

일반적인 프레스 금형(SKD11)강의 경우 현장에서 사용 시

열처리 후 발생하는 뒤틀림 현상으로 인해 큰 문제가 되고 있

다 이런 뒤틀림 현상을 최소화 시킬 수 있는 열처리중 하나는

Plasma Radical Nitriding 있다. Plasma Radical Nitriding은

저온에서 처리하므로 모재의 변형 및 표면조도 변화가 거의 없

으므로 추후 연마공정이 없이 바로 PVD 처리가 가능한 기술

로서 프레스 금형에 적용하기에 적합한 기술이다. 공정변수는

처리온도(450oC), 총 가스량(150 SCCM), 처리시간(15 Hr)을

유지하고, 수소:질소 가스비(3:1, 2:1) 및 공정압력(1.5~3.0

torr) 등을 변화시켜 SKD11강 및 QT 처리된 SKD11(QT)강 시

편에 Plasma Radical Nitriding을 실시하였다. Plasma Radical

Nitriding 처리 후 SKD11강 및 SKD11(QT)강 모두 표면에

화합물층이 생성되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 질소량이 증

가할수록 경화층의 깊이와 경도가 증가하나, 표면 거칠기도 증

가하여 표면조도가 나빠지는 경향을 보인다. SKD11의 경우 수

소:질소(2:1) 가스비에서 공정시 SKD11강의 경우 공정압력이

1.5 Torr에서 3.0 Torr로 증가할수록 경화층의 깊이가 101 μm

에서 126 μm로, 표면경도는1149 HV0.1에서 1252 HV0.1로

증가하였다. 표면 거칠기는 0.19 μm에서 0.25 μm로 증가하여

표면조도가 감소하였다. 공정압력이 3.0 Torr에서 SKD11(QT)

강의 경우 경화층의 깊이는 SKD11강(126 μm)과 비교하여

78 μm로 감소하나, 표면경도는 1252 HV0.1에서 1366 HV0.1

로 증가하였다. 표면조도는 0.19 μm에서 0.29 μm로 증가하여

표면 거칠기가 심화되었다. SKD11(QT)강과 Plasma Radical

231

Nitriding 처리된 SKD11(QT)강을 복합코팅(CrN)한 경우 코팅

층은 각각 8 µm 생성되었고, 표면경도는 2300 HV0.1로 증가

하였다. CrN 코팅한 SKD11(QT)강과 Plasma Radical Nitriding

처리 후 CrN 코팅 한 SKD11(QT)강의 스크래치 시험 시

Buckling이 일어났을 때 SKD11(QT)강 시편은 CrN 코팅층과

기판 사이의 낮은 밀착력(36 N)을 보였고, Plasma Radical

Nitriding처리된 SKD11(QT)강은 CrN 코팅층과 기판 사이의

밀착력(86 N)은 월등히 좋다. 그리고 마모시험을 통해 마찰계

수 및 마모량을 확인 하니 마모량은 SKD11(QT)강은 1908.89

µm2 측정되었고 Plasma Radical Nitriding처리된 SKD11(QT)

강은 표면 경화층이 단단하여 측정할수 없었다. 마찰 계수는

SKD11(QT)강은 0.88 Plasma Radical Nitriding 처리된

SKD11(QT)강은 0.293 측정되었다.

[P5-20]

Bending Effect of the Multilayered Coating on Surface of

Ti-based BMGs: *Hancharlesdonny, Haejin Park, Youngkoon

Park1, Ki Buem Kim*; 세종대학교공대나노신소재공학부. 1(주) YG-1.

Keywords: Multilayer, Coating, Sputtering, Mechanical behavior,

Bending effect

Development of high efficiency machining technology is

ongoing due to rapidly increase percentage of the ultralight and

high-hardness difficult-to-machine materials such as Inconel, Ti

and composite materials focused on high-tech industries.

Recently, in the aerospace and the automobile industry, although

rates of applications of high-strength and lightweight materials

are going up, these state-of-the art materials as high stiffness and

toughness substances difficult to cutting is the lowest machinability.

With these issues, it is significant to develop coating technology

and increase its properties as the corrosion-resistant, heat-

resistant and oxidation-resistant coating for difficult-to-machine

processing tools. In order to deal with these necessity, it is

necessary to investigate “Bending Effect” which is fulfilled to

probe the mechanical behavior by the application of various

stress of coating layer forming on the flexible substrate. In this

study, to accomplish desired results, we conducted experiments

to bend various coating layers utilizing the ductility of BMGs as

substrates. According with this survey, Ti-based multilayered

coating was fabricated on surface of Ti-based BMGs with

different coating design. These coating layers were systemically

investigated by structural identification, evaluation of thermal,

microstructure and mechanical properties. Based on these results,

the propagation of fracture and shear band with Ti-Nitride

coating layers on Ti-based BMGs applied with compressive and

tensile strength were found. We discussed the influence of

“Bending Effect” on the mechanical behavior of Ti-based

multilayered coating.

Acknowledgment: This work was supported by the Technology

Innovation Program (or Industrial Strategic technology development

program, 10046966, Carbide End mill for heat resisting alloy

(Inconel, Titanium) of aerospace) funded By the Ministry of

Trade, industry & Energy (MI, Korea).

[P5-21]

열간 금형강용 H13강의 냉각제어에 따른 미세조직, 기계적 특성,

변형에 미치는 영향: *신현정, 김동배, 이락규, 유가영, 김성철1, 이

충규1, 이호성2; (재)대구기계부품연구원. 1미래써모텍. 2경북대학교.Keywords: H13, Tool steel, Cooling speed, Thermal fatigue,

Control cooling

대표적인 열간 금형강 H13강은 우수한 강도와 피로특성을

갖고 있어, 온·열간 단조, 압출, 압연 가공용 금형재료로 널리

사용되고 있다. 하지만 성형소재 뿐만 아니라 금형도 고온의 작

업환경에 지속적으로 노출되기 때문에 이로 인해 발생되는 열피

로와 연화거동을 최소화 할 수 있는 소재 및 열처리공정에 대

한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 최근 일본의 금형소재 기업은

금형강의 진공열처리(Quenching & Tempering)시 급속 냉각에

의한 변형문제의 대안으로 냉각방법 및 속도의 변화를 통해

기계적 특성의 저하없이 변형량을 최소화하는 반냉(Half

Temperature) 기술을 개발하여 상용화한 사례를 보고하였다. 그

러나 국내의 경우 금형 소재 개발은 국가적으로 추진 중이나

열처리 공정조건에 대한 다양한 시도를 통한 DB 구축이 미비

한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 오스테나이트화 후 500oC,

600oC, 700oC, 800oC까지 진공로 내에서 냉각한 후 질소가스

를 투입 급랭시키는 냉각제어가 H13강의 미제조직, 기계적 특

성 그리고, 형상 및 치수 변형에 미치는 영향을 분석하고자 조

건별 열처리 및 시험분석을 실시하였다.

[P5-22]

고부가가치 컬러 건자재 제조를 위한 촉매반응 분석: 박대수, 김

민경, 박교리, *김정현; 국립한밭대학교 공대 신소재공학부 응용소

재공학.Keywords: Coloring effect, Infiltration, Granite, TEC(Thermal

Expansion Coefficient)

석재산업의 발전으로 인해 건축물의 다양화와 고급화를 위한

연구가 진행되고 있다. 기존 천연 석재를 촉매기술과 나노공정

기술을 적용하여 부가가치가 높은 컬러 석재 제조함으로써 공급

량이 적은 유색석재에 가격 경쟁력이 우수한 제품을 창출할 수

있다. 또한 인조석 및 염색석재의 경우 에 비하여 환경적인 문

제도 부담이 없으며 매장량이 풍부하므로 한가지 석재로 다양한

컬러제품을 만들 수 있다. 본 연구에서는 다공성 YSZ 지지체

를 이용하여 촉매물질(BK, BR, R, YF 및 CO)을 적용한 후

열처리 온도에 따른 색상 변화를 비교하였다. 또한 화강석의 열

팽창 계수 측정을 통해 화강석의 열특성을 분석하였다.

[P5-23]

알루미늄 박막의 조직 변화가 부식 특성에 미치는 영향: *정재인,

양지훈; 포항산업과학연구원.Keywords: Film microstructure, Deposition method and conditions,

Aluminum film, Corrosion resistance, Physical vapor deposition

알루미늄 박막의 미세조직은 증착 공정이나 변수에 따라 그

특성이 달라지는데, 특히 기판을 기울인 상태에서 증착하는 빗

각증착을 이용하면 조직 변화가 더욱 심화된다. 본 연구에서는

다양한 증착 방법으로 알루미늄 박막을 제조한 후, 피막의 미세

조직을 비교하고 미세조직의 변화가 피막의 특성에 미치는 영향

을 조사하였다. 한편, 스퍼터링에 의해 알루미늄 박막을 제조하되

비평형 마그네트론 스퍼터링(Unbalanced Magnetron Sputtering;

UBM)을 이용하여 외부 자기장의 변화에 따른 조직변화를 관찰

하였고 빗각 증착 기술을 이용한 박막 제조를 통해 빗각의 조

건과 미세조직과의 상관성을 조사하였다. 또한 UBM 소스의 외

232

부 자기장 조건과 빗각증착 기술을 조합하여 다양한 조건에서

박막의 미세조직 변화를 관찰하였고 염부분무시험을 통해 서로

다른 조직이 내식성에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 증착

조건에 따라 치밀한 형상의 알루미늄 박막 제조가 가능함을 확

인하였고, 조직이 치밀할수록 내식성이 향상되며 특히 UBM과

빗각증착의 적절한 조합을 통해 기존 박막 대비 3배 이상의 내

식성을 얻을 수 있음을 확인하였다.

[P5-24]

금속연료-피복관 상호반응 방지를 위한 Cr 도금 피복관 기술: *

김준환, 우제웅, 천진식, 김기환, 김성호; 한국원자력연구원.Keywords: Sodium-cooled fast reactor, Metal fuel, FCCI,

Electroplating, Cr

소듐냉각 고속로(Sodium-cooled Fast Reactor, SFR)는 핵연

료 재순환이 가능하여 경수로에서 발생한 사용후 핵연료의 양을

저감할 수 있어 향후 건설될 차세대 원자로 중 유력하게 고려

되고 있는 후보 중 하나이다. 금속연료는 높은 열전도도 및 핵

확산 저항성을 갖는 특징으로 SFR의 핵연료로 유력하게 고려

되고 있는 반면, 금속연료의 주요 구성원소인 U 및 Pu가 피복

관 재료인 스테인리스강과 운전온도에서 상호반응 및 공융현상

을 일으켜 피복관의 두께를 감소시켜 핵연료의 건전성을 약화시

키는 단점(FCCI)을 갖는다. 이러한 FCCI를 방지하기 위하여

피복관 내벽에 확산방지용 기능성 물질을 코팅하는 방안이 제시

되었으며 이를 구현하기 위하여 증착법, 전해도금법, 산/질화법

이 고려되고 있다. 본 연구는 전해도금법을 이용하여 피복관 내

부에 Cr을 코팅하는 기술을 개발하고 이의 성능을 평가하고자

하였다. 피복관 내부에 Cr을 전해도금할 시험장치를 고안하였으

며 외경 7.4 mm, 두께 0.5 mm HT9 피복관 및 외경 5.8 mm,

두께 0.45 mm 두께 HT9 피복관 내면에 20 µm 두께의 Cr층

을 균일하게 도금하였다. 도금한 피복관의 성능을 평가하기 위

하여 피복관 제원에 맞는 확산쌍 시험 지그를 제작하였으며 모

의 금속연료를 이용한 확산쌍 시험을 수행하였다.

[P5-25]

순수한 알루미늄 열분사된 STEEL의 내삭마 특성: *김민석, 김

영주, 이정호, 김민규, 김정민, 박준식; 국립한밭대학교 신소재공학과.Keywords: Thermal plasma coatings, Steel, Surface protection

일반적인 Steel이 고온의 화염에 노출될 경우, 표면 용융 및

산화로 인하여 보호피막의 코팅을 필요로 한다. 표면 코팅에는

다양한 방법이 있지만, 본 연구에서는 순수한 알루미늄을 열분

사하여 Steel의 표면을 보호하고자 하였다. 코팅된 시험편과 코

팅되지 않은 시험편은 LPG/O2 가스 토치를 이용하여 최대 10

분까지 노출 한 후에 시험편의 조직변화 및 무게변화를 고찰하

였다. 시험편을 1273 K 이상에서 노출하였을 경우, 코팅을 하

지 않은 시험편은 표면 용융 및 박리가 일어난 반면, 알루미늄

을 용사한 시험편은 표면 박리가 일어나지 않았고, 초기의 외관

을 유지하고 있음을 알 수 있었다. 이는 표면에 생성된 Al2O3

층 및 기공의 존재로 인하여 이러한 내삭마 특성이 나타났다고

사료된다. 본 연구에서는 생성상 및 조직변화 및 무게변화를 조

사하여 이러한 표면 보호의 기구를 고찰하고자 하였다.

[P5-26]

경질분말 적용 마찰교반표면처리된 SM45C 강재의 미세조직:

*이광진, 임영석1; 한국생산기술연구원. 1전북대학교 신소재공학부 금

속시스템학과.

Keywords: Hard powder, Friction stir, Surface processing,

SM45C, Microstructure

저자의 그룹은 마찰교반(Friction Stir)의 원리를 이용하여 금

속 소재의 국부 영역에 대한 선택적 개질(Modification) 및 강

화 (Strengthening)에 관한 연구를 진행해오고 있다. 본 연구에

서는 대표적인 고융점 금속재료인 철강소재의 기계구조용 소재

인 SM45C 강재에 대하여 경질인 텅스텐-카바이드(WC) 분말

을 적용하여 마찰교반표면처리(Friction Stir Surface Processing)

를 실시하였다. 시공 영역에 대한 기계적 특성 평가 결과, 모재

대비 시공재의 경우가 인장 특성, 마모 특성, 충격 특성이 현저

히 개선되는 결과를 나타내었다. 본 실험에서는 경질분말 적용

마찰교반표면처리(Hard Powder Aided Friction Stir Surface

Processing) 영역에서의 미세조직의 형성 및 거동, 경질분말의

분포 등을 상세히 조사하였으며, 기계적 특성의 개선에 미치는

미세조직의 영향을 분석하였다.

[P5-27]

경질분말 마찰교반표면처리를 통한 SM45C 강재의 기계적특성의

개선: *임영석, 이광진1; 전북대학교 신소재공학부. 1한국생산기술연

구원.Keywords: Hard powder, Friction stir, Surface processing,

SM45C, Mechanical property

1991년 영국의 TWI에 의해 제안된 마찰 교반(Friction Stir)

원리를 이용하여 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등의 경금속을

비롯하여 철강소재로 대표되는 고 융점 금속재료의 고상 접합

(Solid State Joining)이 성공적으로 상용화되었다. 최근에는 이

원리를 이용하여 금속재료의 국부 영역에 대한 선택적 표면개질

(Strengthening)을 목적으로 마찰교반표면처리(Friction Stir Surface

Processing)에 관한 연구가 진행되고 있다. 저자의 연구실은 탄

소소재의 분산에 의해 열전도 특성이 향상된 알루미늄 합금 판

재 및 제조공정 기술, 경질 분말의 분산에 의해 내마모 특성이

향상된 기능성 부품 및 제조공정 기술에 대하여 연구하고 있다.

본 실험에서는 대표적인 기계구조용 탄소강인 SM45C에 대하여

표면에 경질 분말 충진을 위한 Hole을 가공한 후, 경질 분말을

충진하고 마찰교반 공정을 수행하였다. 마찰교반 툴(Tool)은

PCBN 재질의 Q60(Megastir)를 사용하였다. 시공된 영역에 대

하여 인장시험, 충격시험, 마모시험 및 피로시험을 진행하였으

며, 아래와 같은 결과를 얻었다. 인장시험 결과, SM45C 모재

와 HPA-FSP 시공재의 인장강도가 각각 700MPa, 860MPa로

HPA-FSP를 통해 약 20%의 인장강도 개선 효과가 확인되었다.

샤르피 충격시험 결과, 파단에 이르기까지 흡수된 에너지가 각

각 1.66 J/mm2, 2.3 J/mm2으로 HPA-FSP 시공재가 SM45C모

재대비 약 40% 정도 충격 특성이 향상되었다. 마모시험의 경

우에도, 마모량이 각각 13 g과 1 g으로 HPA-FSP 시공재가

10배 이상 내마모 특성이 현저히 향상되는 것으로 확인되었다.

이 결과로부터, 경질분말을 적용한 마찰교반표면처리를 수행한

SM45C 강재의 경우, 기계적특성이 현저히 향상되는 것을 확인

하였다.

[P5-28]

고속화염용사 표면처리된 WC-Co/Al7075합금 코팅층의 미세조직

및 기계적 특성: *김대영, 권의표1, 손규송1; 전북대학교 공대 신

소재공학부 금속시스템공학. 1한국생산기술연구원 융복합부품·농기계

그룹.Keywords: Al7075, HVOF

233

고강도를 필요로하는 구조용 재료로 철합금등이 사용되었으나

최근 경량화에 따른 구조재로 알루 미늄 합금이 대체되고 있는

실정이다. 즉, 선박, 항공, 차량 등 여러가지 구조재에 많은 부

분이 고강도 알루미늄합금으로 대체되고 있으며 이러한 구조재

는 동하중을 받는 상태에 있으므로 고강도, 고인성, 응력부식저

항, 내마모성등을 필요로한다. 7000계 알루미늄 합금의 경우 대

표적인 고강도 경합금으로 현재 Al합금중 최고의 강도를 유지

하고 있으나 내마모성이 기존 철합금에 비해 현저히 떨어져

WC-12Co를 이용한 고속용사코팅을 통한 표면처리 기술개발이

진행중에 있다. 본 연구에서는 고속용사(HVOF) 표면처리된

Al075 합금의 코팅층 미세조직과 경도, 접착강도, 내마모성등의

기계적특성을 알아보았다. 각 코팅공정조건에 따른 미세조직 및

기계적 특성 분석을 통해 높은 내마모성을 얻을수 있는 최적공

정 조건 도출이 가능하였다.

[P5-29]

Microstructure Analyses of Interface between Electroless-

plated Cu and Carbon Substrate: *신아리, 한준현; 충남대

학교 공과대학 신소재공학과.Keywords: Electroless plated Cu, Surface treatment, Interface

Carbon nano tube(CNT)나 carbon nano fiber(CNF)와 같은

탄소 재료를 강화재로 사용한 구리/탄소복합재료는 높은 열전도

도와 낮은 열팽창계수 특성으로 인해 열관리 재료에 적합하다.

그러나 탄소와 구리는 매우 높은 온도에서 일부 소량의 탄소가

구리에 고용될 뿐 서로 반응하지 않아 화합물을 만들기 매우

어렵고 탄소와 구리의 젖음성이 나빠 탄소/구리 복합재료는 약

한 계면 접합을 가진다. 이러한 탄소와 구리 간의 약한 계면

접합은 기계적 성질을 떨어트릴 뿐만 아니라 열 전달을 방해하

는 장애물로 작용하여 복합재료의 열전도도를 떨어트리는 주요

요인이 된다. 따라서 열관리 재료로 적용 가능한 탄소/구리 복

합재료 개발을 위해서 탄소와 구리의 계면 연구는 필수적이다.

본 연구에서는 복잡하고 관찰이 어려운 CNF나 CNT 대신 비

교적 간단하게 계면 관찰이 가능한 평평한 탄소재료를 기판으로

사용하고 표면 개질 처리, 민감화 활성화 공정 및 무전해도금법

을 이용하여 탄소 표면에 구리 코팅을 하여 시편을 제작하였다.

선정 된 기판은 그라파이트 블록과 Highly Oriented Pyrolytic

Graphite(HOPG)로 시편의 방향성 유무에 따른 코팅 된 구리의

원자 배열을 관찰하였다. 또한 표면 개질 방법으로 산 처리를

택하여 탄소 재료 기판의 표면을 활성화 시켜 표면 개질처리가

무전해 구리 코팅층과 기판 간의 계면에 미치는 영향을 SEM

과 TEM 등의 다양한 심층 구조 분석 장비를 이용하여 관찰하

였다.

[P5-30]

TiN coating처리된 STS304, STS316, STS430의 PEMFC

금속 분리판의 전기화학적 특성에 관한 연구: *문민석, 유명한, 송

준혁, 오제하, 강신재1, 우기도1; (재)한국탄소융합기술원. 1전북대

학교.Keywords: PEMFC, TiN, STS304, STS316, STS430, Bipolar plate

석유류를 비롯한 화석연료의 매장량의 유한성에 따라 새로운

에너지원의 개발과 상업화를 위한 노력이 요구되어지고 있다.

이와 더불어 환경오염 문제가 세계적 이슈가 되어져 있다. 따라

서 이러한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 선진

국을 비롯한 세계 각국은 차세대 신재생 에너지 사업에 대한

연구와 투자를 진행하고 있다. 연료전지 분야도 신재생 에너지

사업의 새로운 분야로써 환경 친화적이면서, 발전효율이 우수하

여 많은 관심을 보이고 있는 연구분야이다. 수소에너지의 경우

환경공해가 없는 청정에너지로서 차세대의 유력한 에너지원으로

대두되고 있다. 따라서 수소를 이용한 연료전지에 대한 연구는

오랜 역사를 갖고 있지만, 상용화 및 산업화 기술 개발에는 많

은 연구가 진행되어져야 할 실정이다. 일반적으로 연료전지는

화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜주는 장치로써 원리가

배터리와는 다른 발전을 하는 시스템이다. 기존의 터빈 발전보

다 에너지 효율이 높고, 수소와 산소를 이용함으로써, 공해 배

출이 거의 발생되지 않기 때문에 최근의 지구의 온난화, 환경오

염, 에너지 자원 고갈 등의 문제를 손쉽게 해결시켜줄 수 있는

대안으로 주목 받고 있는 실정이다[1,2]. 고분자 전해질 연료전

지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 고분

자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서 여러 가지 연료전지 중

작동온도가 낮고, 전류밀도 및 출력밀도가 높아 차량의 동력원

및 가정용, 우주용, 군사용 등 매우 다양한 분야에 응용될 것으

로 기대하고 있다[3,4]. 하지만, 현재까지 개발된 고분자 전해질

연료전지는 높은 가격과 짧은 수명 등의 문제로 여전히 상용화

에 이르지 못하고 있는 실정이다. 고분자전해질 연료전지의 스

택 가격을 부품별로 분석하면 분리판이 전체 스택 가격의

60~70% 정도로 가장 높은 비중을 차지하고 있다[5]. 현재까지

분리판 재료로 대부분 사용되고 있는 소재는 고밀도 흑연

(Graphite)이다. 이 소재의 경우 충격에 약하여 가공과정에서 깨

지기 쉬운 문제점을 갖고 있고, 내부에 존재하고 있는 기공으로

인해 연료전지에 사용되고 있는 기체투과를 막기 위해서는 일정

한 두께를 가져야 하기 때문에 스택의 부피출력 밀도가 낮다.

본 연구에서는 기존 사용되고 있는 고밀도 흑연을 대신할 수

있는 소재로 통상 사용되고 있는 austenite base인 STS304와

STS316 그리고, ferrite base인 STS430의 스테인레스 강을 모

재로하여 TiN coating 처리된 소재의 연료전지 성능 시험을 수

행하였다.

[P5-31]

S-작용기를 가지는 광택제 첨가에 따른 Ni-Diamond 복합 도금

의 영향: *손경식, 김동현1, 김용환, 권아람, 정원섭1; 한국생산기술

연구원. 1부산대학교.Keywords: Nickel plating, Composite, Dispersion, Diamond

particles, Additice

The electrodeposition of Ni-diamond composites was

investigated to improve the dispersion of the diamond particles,

and thus, increase the performance of cutting tools. The

additives, so called first-class brighteners, benzoic sulfimide,

benzene sulfonamide, and benzene sulfonic acid were used as

dispersants. The dispersivity was analyzed with Image-Pro

software, which was used to asses optical microscopy images,

and the number of individual diamond particles and area fraction

were calculated. In addition, electrochemical tests were

performed, including zeta potential and galvanostatic measurements,

and the adhesion strengths was tested by evaluating the wear

resistance. The dispersion and adhesion of the diamond particles

were enhanced when benzoic sulfimide was added to the plating

bath at a concentration of 0.06 g/l.

234

[P5-32]

Study of Heat Sink Coating Method to Enhance the Heat

Dissipation Performance on LED Module: *Kim Donghyun,

Lee Junghoon1, Kim Junho2, Choi Chang-Hwan1, Chung

Wonsub; Pusan National University. 1Stevens Institute of

Technology. 2Korea Institute of Industrial Technology.

Keywords: Heat dissipation, LED, Cold spray, Composites, Heat

sink

Composite coating composed of cupric oxide and silicon based

resin was applied to the aluminum alloy heat sink for a light

emitting diode (LED) module. The purpose of composite coating

is to improve a heat dissipation performance of heat sink by

enhancing thermal radiation emission. Heat dissipation performance

was investigated in terms of LED junction temperature and

thermal resistance using thermal transient method. The CuO/

silicon based resin composite coating showed a higher emissivity

than that of bared aluminum alloy substrate and resin coating.

Lower junction temperature and thermal resistance of heat sink

were achieved using the composite coating on the heat sink. A

composite coating proposed here showed an improvement of

heat dissipation performance of aluminum alloy heat sinks.

[P5-33]

Study on Titanium Electropolishing in Non-aqueous Electrolyte

by Added Ethanol: Sung Dahye, *Kim Donghyun1, Kim Young-

Hwan; Korea Institute of Industrial Technology. 1Pusan National

University.

Keywords: Titanium, Electropolishing, Ethanol, Ethylene glycol,

NaCl

Ti electropolishing was performed to improve the surface

roughness in non-aqueous electrolyte, such as ethylene glycol-

NaCl-ethanol. The concentration of ethanol was controlled, and

DC power was applied. The electropolishing range was obtained

from I-V curve as a function of the amount of ethanol. Surface

morphologies with roughness (Ra) and chemical composition

were examined using optical microscope (OM), field emission

scanning electron microscopy (FE-SEM) and X-ray photoelectron

spectroscopy (XPS). When 20 vol.% ethanol was added to the

electrolyte, a mirror-like surface was observed, and a pure Ti was

detected on the electropolished surface. In addition, the value of

Ra was the minimum, 2.341 nm, by removing titanium

tetrachloride (TiCl4).

Memo

235

[P6-1]

페라이트/마르텐사이트계 산화물분산강화 강과 고상확산접합부의 고

온 기계적 특성: *최병권, 김기백, 노상훈, 강석훈, 김대환, 김태규;

한국원자력연구원 원자력소재개발부.Keywords: Oxide dispersion strengthened steel, Diffusion

bonding, Tensile properties

산화물분산강화(Oxide dispersion strengthened, ODS) 강은

고온 강도, 조사 저항성 및 양립성 등이 우수하여 소듐냉각고속

로와 같은 제4세대 미래 원자력시스템의 노심 구조재료로 주목

을 받고 있다. ODS 강은 조사 저항성이 우수한 페라이트/마르

텐사이트 강 기지에 열적 안정성이 매우 우수한 수 nm 크기의

산화물을 균일하고 고밀도로 분산시켜 고온 크리프 특성과 조사

저항성을 획기적으로 향상시킨 합금으로 주목을 받고 있는 소재

이다. ODS 강을 고성능 미래 원자력시스템의 노심 구조부품으

로 적용하기 위해서는 우수한 고온강도 특성의 확보뿐만 아니라

구조부품을 제작하기 위한 접합기술 개발도 중요한 이슈 중 하

나이다. 그러나 ODS 강을 접합하기 위해 용융-고화 프로세스가

동반되는 기존 용접법을 적용하면 미세 결정립의 조대화와 더불

어 균일 분산된 나노 석출물의 응집이 발생하여 접합부에서는

ODS 강 특유의 우수한 고온 기계적 특성을 상실하게 된다. 본

연구에서는 ODS 강과 고상접합부의 고온 기계적 특성 평가를

통하여 미래 원자력시스템 노심 구조부품 소재로서 적용 가능성

을 평가하고자 하였다. ODS 강은 합금의 균일성, 생산성 및

재현성을 고려하여 페라이트/마르텐사이트 상을 가지도록 설계하

였으며 기계적 합금화, 열간등방가압 및 열간압연 공정을 통하

여 제조하였다. 미세조직분석 결과, ODS 강은 미세하고 치밀한

마르텐사이트 상과 조대한 페라이트 상이 혼재된 결정립 조직을

나타내었으며 내부에는 직경 10 nm 이하의 Y-Ti-O계 복합 산

화물이 고밀도로 분산된 미세조직을 가지는 것을 확인하였다.

또한, 이러한 미세조직은 기존의 페라이트/마르텐사이트 강에 비

하여 월등히 우수한 고온인장 및 크리프 강도를 나타나게 하였

다. 한편, 고상확산접합법을 활용하여 ODS 강과 페라이트/마르

텐사이트 강의 이종재료접합을 실시하였으며 접합부의 고온 인

장특성을 평가하였다. 그 결과, ODS 강의 접합부는 접합결함이

발생하지 않은 양호한 접합계면이 생성되어 모재에 필적하는 우

수한 고온인장특성을 나타내었다. 본 연구결과에 의해 페라이트/

마르텐사이트계 ODS 강은 매우 우수한 고온 크리프 특성을

나타내어 미래 원자력시스템과 같은 극한환경에 적용이 가능하

며 고상확산접합 기술은 노심 구조부품 제작에 유용하게 활용될

수 있을 것으로 기대된다.

[P6-2]

페라이트/마르텐사이트계 산화물 분산 강화강의 판재 제조 및 기

계적 특성 평가: *진현주, 노상훈, 강석훈, 최병권, 김기백, 김가언,

김태규; 한국원자력연구원.Keywords: ODS steel, Cold rolling, Intermediate heat treatment,

Microstructure, Hardness

미래 원자력시스템을 구현하기 위해서는 고온/고방사선의 극한

환경에 적용이 가능한 고성능의 노심소재가 필요하다. 이로 인

해 고온 크리프 특성과 조사 저항성을 획기적으로 향상시키기

위한 목적으로 조사 저항성이 우수한 페라이트/마르텐사이트

(Ferritic/Martensitic, FM)강 기지에 열적 안정성이 우수한 수

nm크기의 산화물을 균일하게 분산시킨 산화물분산강화(Oxide

Dispersion Strengthened, ODS) 강이 주목을 받고 있다. 이러

한 FM ODS 강의 경우 기존의 상용 합금에 비해서 고온 강

도가 우수한 장점이 있지만, 재료 자체의 고강도 특성으로 인하

여 가공성이 좋지 못하고, 균질한 기계적 특성의 확보가 어려운

단점이 있다. 특히 이러한 부분을 해결하고 고성능의 피복관을

제조하기 위해선 적합한 냉간가공 조건의 도출과 열처리 공정의

최적화가 반드시 필요하다. 본 연구에서 10Cr-1Mo계 FM

ODS 신합금을 열간 압출 후 4.0T를 가지는 판재형태로 제조

한 후 1.0T까지 냉간 압연하는 공정을 수행하였다. 가공공정

최적화를 위하여 다양한 가공 압하율과 중간열처리 조건을 적용

하였고, 도출된 냉간가공조건을 판재 제조에 도입하여 FM

ODS 합금 내부에서의 미세조직 및 기계적 특성 변화를 추적하

였다. EBSD를 이용하여 재료의 이방성과 균일도를 평가하고

TEM을 이용하여 10Cr-1Mo계 ODS 모재 내부의 미세산화물의

분포 변화를 분석하였다. 또한 제조된 판재에 대하여 상온 및

고온 인장 특성을 평가하였다. 본 연구를 통해 도출된 냉간 압

연 조건과 중간열처리 공정에 대한 결과들은 FM ODS 신합금

에 대하여 안정적으로 가공을 진행시킬 수 있을 뿐만 아니라,

재료의 내부응력을 이완 및 이방성을 완화시키고 추가적인 압연

가공 중 균일한 결정립을 확보할 수 있게 하여, 향후 미래 원

자력시스템의 노심재료용 FM ODS 강을 개발하는데 있어 최

적의 냉간가공 공정기술을 결정하는데 매우 유용하게 활용될 것

으로 기대된다.

[P6-3]

고압수소 환경 하에서 고망간강의 수소 취성: 정상우, 강준영, 백

운봉1, 남승훈1, *황병철; 서울과학기술대학교 신소재공학과. 1한국표

준과학연구원.Keywords: High-Mn steel, Hydrogen embrittlement, High

pressure gaseous hydrogen environment

수소 에너지는 미래의 친환경 에너지로서 주목 받는 대체에

너지 중 하나이다. 현재 기체 및 액체 수소를 저장하는 소재로

는 금속 및 복합재료 등이 많이 사용되고 있지만, 금속의 경우

수소와 반응하여 연성이 급격히 저하되는 문제점을 가지고 있

다. 실제로 수소 원자가 금속 내에 침투할 때 최종적으로 금속

의 취성 파괴나 균열을 발생시키는 수소 취성이 일어날 수 있

다. 현재까지 금속의 수소 취성을 평가하는 방법으로 전기화학

적 수소 주입 방법이 주로 사용되고 있으나, 실제 수소 환경

하에서의 수소 취성은 이들과 차이를 나타낼 수 있다. 연구자들

은 고압수소 하에서 수소 취화 기준을 SFE와 오스테나이트 안

정도와 주요 변형기구를 사용하여 평가하고 있으며 오스테나이

트계 스테인리스강의 수소 취성에 대해서는 이미 많은 연구가

진행되어 수소 취화 발생의 임계 Ni 함량을 정한 바 있다. 그

러나 오스테나이트계 스테인리스보다 SFE가 낮으며, 주요 변형

기구가 평면슬립 과 변형쌍정인 고망간강은 보다 큰 수소 취화

경향성이 있어 많은 연구가 필요한 실정이나 아직까지 미흡한

실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fe-24.5Mn-4Cr-0.45C, Fe-

30Mn-1.5Al-0.2C 고망간강을 각각 10 MPa, 70 MPa 고압 수

소 및 아르곤 환경하에서 인장시험을 수행하여 수소취성을 평가

하였다. 그 결과 수소 주입에 의한 인장특성과는 다르게 항복강

도의 변화는 없어 HELP 모델로는 설명할 수 없으며 연신율과

인장강도가 크게 감소하였다. 또한 1.5Al이 첨가되었음에도 불

P6 : 재료강도Room 전시장, 10월 29일

236

구하고 시편의 파단면 중심부까지 수소에 의한 입계파괴와 일부

입내파괴가 발생하였고 수소 환경에 의한 파단면에서 조성과 주

요 변형기구가 다름에도 공통적으로 발생하는 silp trace가 관찰

되었다.

[P6-4]

A New Approach to Grain Boundary Design and Its Effect

to Creep Resistance of Alloy 617 at 950°C: *이지원, 홍

현욱*; 창원대학교.Keywords: VHTR, Alloy 617, Heat treatment, Grain boundary

serration, Creep

다가 올 수소경제 시대를 대비하여 수소를 경제적으로 대량

생산할 수 있는 유력한 방법으로 손꼽히는 초고온 가스로는

냉각재의 원자로 출구온도를 950°C까지 올려 경제성과 안전성

을 획기적으로 향상시킨 제 4세대 원자로형 중 하나이다. 이

러한 초고온가스로의 핵심 부품인 중간열교환기(Internal Heat

Exchanger, IHX)는 초고온의 열악한 환경에서 장시간 노출되

므로 균열의 위험이 클 것으로 사료된다. 그에 따라 고온에서의

크리프 특성이 뛰어난 Ni-Cr-Co-Mo 계의 Alloy 617이 후보

소재로 고려되고 있다. 하지만 최근 이 합금이 VHTR 환경에

서 장시간 노출 되면, 취약한 입계로부터 균열이 발생한다고 보

고되고 있다. 따라서 본연구에서는 Alloy 617 합금의 초고온에

서 입계 강화를 위한 파형입계 효과를 도입하였다. 이 연구는

파형입계 형성 필수 조건이라고 여겨졌던 높은 분율의 γ' 상이

존재하는 합금이 아닌, 약 5% 정도의 매우 낮은 γ' 상 분율을

가지는 Alloy 617 합금에 파형입계를 도입한다는 것에 큰 의

의가 있다. 먼저, 이전 연구로부터 Alloy 617 합금의 파형입계

를 위한 특수 열처리 방법이 성공적으로 설계되었으며, 최종 시

효온도가 800°C 일 때 파형입계의 분율은 91%이고, 평균 진

폭은 약 2.3 μm로 관찰되었다. 한편, 최종시효온도가 1000°C일

때 파형입계의 분율은 82%로 감소하고, 평균 진폭은 1.9 μm로

작아져 최종 시효 온도가 낮을수록 파형입계가 유도되는

driving force가 크게 작용하는 것을 관찰하였다. 또한 파형입계

가 상을 비롯한 석출물과는 별개로 생성된다는 것을 확인하기

위하여 TEM을 통하여 관찰한 결과 입계와 그 주변에는 아무

런 석출물이 없는 것을 확인하였고, 직선의 입계에 비하여 파형

입계는 저지수 면으로 형성되었다는 것을 알 수 있었다. 이와

같은 결과로부터 최종 시효온도에 따른 파형입계 시편과 표준시

편에 대하여 초고온 크리프 시험한 결과, 파형입계 시편의 크리

프 수명이 표준시편 대비 2배 이상 향상됨을 알 수 있었다. 크

리프 곡선으로 보아 초기 빠른 크리프 변형에 비해 200시간부

터 변형률 속도가 느려져 마침내 제일 긴 수명을 나타낸

S1000 시편에 대하여 크리프 중단 시험을 실시한 결과, S800

시편과 비교하여 입내에 약 10 nm가 채 되지 않는 크기의 미

세 탄화물들이 시편 전체에 균일하게 분포하고 있음이 관찰되었

다. 이것은 S1000 시편은 냉각에 의한 시효 과정이 S800 시

편에 비하여 짧았고, 탄화물 석출이 비교적 덜 왕성한 1000°C

에서 시효 되었기 때문에, 크리프 시험 초기에 입내 미세탄화물

을 생성 시킬 수 있는 고용 탄소가 상대적으로 더 많이 남아

있기 때문이라고 사료된다. 크리프 시험과 더불어 초고온 크리

프 파단에서의 주요 손상 기구 중 하나인 재결정률을 EBSD를

통한 orientation spread 이미지 표현을 통하여 나타낸 결과 표

준시편에서는 59%, S800 시편에서는 35% 그리고 S1000 시

편에서는 8.2%의 매우 낮은 분율로 측정됨으로써 파형입계가

재결정 발생을 효과적으로 억제하며, S800 시편에 비해 S1000

시편에서 그 효과가 더욱 큼을 알 수 있었다. 이러한 성공적인

실험 결과와 더불어 향후 진행되는 연구에서는 파형입계 형성

메커니즘에 대한 원인도 다양한 방법으로 규명해야 할 것이다.

[P6-5]

SA 508 Gr.2 저합금강의 충격물성 검증 및 국가참조표준개발:

*김경호, 박덕근, 이경근; 한국원자력연구원.Keywords: SA 508 Gr.2 Low Alloy, Pressure vessel, Impact

Tes(ASTM E23), Absorbed energy, Standard reference data

SA 508 Gr.2 저합금강은 칭-템퍼링 열처리를 통해 최적의

재료 물성을 제어하여 원자로 압력용기로 사용된다. 원자로 압

력용기는 고온 고압에서 장시간 노출됨에 따라 경년열화 중성자

조사 등에 의해 금속학적/기계적 손상(취화)이 발생할 가능성이

증가한다. 따라서 압력용기의 건전성을 확보하기 위해서는 주기

적인 감시시험이 수행되어져야 한다. 본 논문에서는 중성자 조

사량 3.938 × 1019 n/cm2, (E > 1.0 MeV)의 SA 508 Gr.2 저

합금강을 가지고 시험규격 ASTM E23으로 충격시험을 수행한

후 생산된 충격물성(흡수에너지와 횡팽챙량) 데이터를 국가참조

표준 원자력구조재료역학물성 세부평가절차 및 기준에 따라 검

증하고 불확도를 추정하였다. 또한 역학물성에 대한 측정/평가

품질보증체계 기반으로 국가참조표준데이터 검증 등급부여를 확

보하였다.

[P6-6]

바나듐의 기계적 거동 및 미세조직에 미치는 산소와 질소의 영향:

*조민구, 강성규, 고윤석, Phaniraj Madakashira1, 윤진국1, 서진

유1, 한흥남; 서울대학교. 1한국과학기술연구원.Keywords: Vanadium, Impurity, Oxygen, Nitrogen, Mechanical

behavior

바나듐은 수소에 대해 높은 용해도와 내부에서의 높은 수소

확산계수를 가지고 있어 혼합가스에서 수소를 선택적으로 분리

할 수 있는 수소 분리막으로의 응용이 기대되는 금속이다. 하지

만 바나듐은 수소뿐만 아니라 산소와 질소에 대해서도 높은 용

해도를 갖고 있어서 고온에 노출될 경우 다량의 산소와 질소를

격자 내부로 흡수되고, 그에 따라 바나듐의 기계적 물성 또한

변한다. 따라서 미량의 산소와 질소가 바나듐 격자 내부에 존재

할 때 바나듐의 기계적 거동 및 미세조직에 미치는 영향에 대

해 알아볼 필요가 있다. 본 연구에서는 ppm 단위로 제어된 산

소, 질소 농도를 갖는 바나듐 시편을 냉간 압연, 어닐링, 분위

기조절 열처리 등을 통해 만들었다. 인장 시험, 나노 인덴테이

션 등으로 기계적 물성을 평가하였으며, XRD, SEM, EBSD

등으로 미세조직에 대하여 분석하였다. 그 결과 낮은 농도 영역

에서 질소에 의한 고용강화 효과가 산소에 비해 상대적으로 컸

으며, 격자상수 변화에 미치는 영향 또한 질소가 산소보다 컸

다. 일정농도 이상의 질소에서는 바나듐은 취성파괴를 보이며,

그 파면이 입내파괴에서 입내파괴와 입계파괴가 혼합된 파면이

나타났다. 이는 일정농도 이상에서는 질소가 입계를 취약하게

하는데 작용한 것이라 사료된다.

[P6-7]

Alloy 617 ODS 합금의 미세조직과 기계적 특성에 미치는 공

정변수의 영향: *이보영, Xiaodong Mao, 천영범, 홍순익1, 장진

성; 한국원자력연구원. 1충남대학교.Keywords: Alloy 617, Oxide dispersion strengthened, Tensile

properties, Microstructure

237

기존 원자로에 비해 차세대 원자로 시스템은 고온 및 고방사

선의 극한 환경에서 운전될 것이므로 더욱 가혹한 환경에서 안

전하게 거동할 수 있는 우수한 구조재료가 필요하다. 니켈 기

초 내열 합금 중 alloy 617 합금은 니켈 기지상에 Cr, Co,

Mo 등의 첨가물에 의한 고용 강화된 합금으로 고온강도, 내산

화성 및 내부식성 등이 우수하여 초고온가스로의 중간 열 교환

기 후보재료로 알려져 있다. 본 연구는 초고온가스로(VHTR)의

열 교환기 소재적용을 목표로 Alloy 617 조성을 갖는 니켈합

금에 고온에서 안정한 산화물인 Y2O3를 기계적 합금 공정을

통해 분산 강화시킨 Alloy 617 ODS 합금 개발을 위한 기초

연구이다. Y2O3 함량, MA 분말의 수소환원, 열간압출 온도,

열간압출 비 등 합금조성 및 공정변수를 다르게 하여 미세조직

및 인장특성에 미치는 공정변수 영향에 대해 분석하였다. 산화

물 함량, MA 분말의 수소환원, 열간압출 비등의 공정조건에

변화를 준 합금의 고온강도 값에는 큰 변화가 없었지만, 압출온

도가 높았던 합금의 고온강도 값은 증가 하였다. 그리고 산화물

함량의 감소와 압출비가 증가한 경우에는 고온 연성이 향상되는

것을 확인하였다. EBSD 분석 결과 결정립 크기의 증가에 의해

고온영역에서 연신율 값이 증가한 것으로 나타났으며, 높은 고

온강도는 분산된 산화물의 pinning 현상에 의한 것으로 판단

된다.

[P6-8]

Type 316H 스테인리스강의 반복변형 특성에 미치는 동적변형시

효의 영향: *윤지현, 김영춘, 홍석민, 이봉상, 구경회; 한국원자력연

구원.Keywords: Reactor pressure vessel, Type 316H, Cyclic deformation,

DSA, SFR

우리나라에서 개발 중인 소듐냉각고속로(Sodium-cooled Fast

Reactor, SFR)의 압력용기강의 유력한 후보재료는 Type 316H

고온용 오스테나이트계 스테인리스강 이다. Type 316H 스테인

리스강은 고온강도를 비롯한 기계적 특성과 내식성이 우수한 강

으로서 일반적인 구조용 재료로 적합한 것으로 알려져 있으나

SFR의 가열과 냉각의 반복에 따라 발생하는 열주기적 열응력에

의하여 비탄성 변형이 발생할 수 있다. 그러나 동적변형시효에

의해 물성에 변화가 발생할 수 있는 SFR 가동온도 구간에서의

Type 316H 스테인리스 강의 반복변형(cyclic deformation

behavior)에 대한 연구결과는 거의 전무한 실정이다. 따라서 본

연구에서는 Type 316H 스테인리스강에 대해 SFR 가동온도를

포함한 상온-650oC 구간에서 완전반복 피로시험(fully cyclic

fatigue test) 및 라체팅(ratcheting) 시험을 통해 반복 비탄성변

형 데이터를 얻었다. 또한, 비탄성변형 시험 전후의 전위구조

(dislocation structure)의 변화를 관찰과 동일 재료에 대한 인장

시험 결과를 분석함으로써 동적변형시효(dynamic strain aging,

DSA)가 Type 316H 스테인리스강의 반복변형 특성에 미친 영

향을 고찰하였다.

[P6-9]

The Effect of Substrate Temperature on the Properties

of TiC Thin Film Deposited by Magnetron Sputtering: *Gao

Zhongchen, Jun-Young Cho, Jang-Won Han, Chan Park; Seoul

National University.

Keywords: TiC thin film, Magnetron sputtering, Effect of

Substrate temperature

TiC has been widely used as hard protective coating and

tribological coating due to its high hardness, low friction

coefficient and outstanding wear resistance. The commercial film

deposition was usually carried out at high temperature up to 1050

degree C by conventional CVD, which is too high for substrates

with a poor thermal resistance. For example, cemented

carbides—a hard material used in machining tough materials

such as carbon steel or stainless steel, typically needs a TiC

coating to increase the tool life time. However, the high

temperature used in TiC deposition by conventional CVD leads

to decarbonization of cemented carbides. Magnetron sputtering

can be used to deposit TiC film at temperatures lower than that

by CVD. During magnetron sputtering, the substrate temperature

can have strong influence on the quality of the thin films. In this

study, titanium carbide(TiC) thin films were deposited at various

substrate temperature Ts by magnetron sputtering in order to

investigate the effect of substrate temperature on the properties of

sputtered TiC film. Films of TiC were deposited at various

temperatures on (100) silicon substrate by RF-DC magnetron

sputtering using dual target—Ti and carbon in solid form.

Characterizations by Field Emission Scanning Electron

Microscopy(FESEM), X-Ray Diffraction(XRD), X-ray Photoelectron

Spectroscopy(XPS), Atomic Force Microscopy(AFM) have been

carried out for elemental analysis, structure analysis, surface

composition and morphology observation. Hardness and young’s

modulus were measured via nanoindentation, and friction

properties of the thin films were analyzed via Friction Force

Microscopy(FFM) Imaging.

[P6-10]

Fabrication and Characterization of SUS304-CNT (carbon

nanotube) Nanocomposite: *Hyo-Haeng Jo, Sangyeob Lim1,

Junhyun Kwon1, Chansun Shin; Myoungji University. 1Korea

Atomic Energy Research Institue.

Keywords: Metal-matrix composites (MMCs), Powder processing,

High temperature mechanical properties

SUS304-CNT nanocomposite was fabricated using powder

metallurgy process: CNTs (3 vol%) mixed with SUS304 powder

by mechanical alloying, the mechanically alloyed powder

compacts using spark plasma sintering (SPS) process and hot

press (HP). The microstructures of the powder and the

nanocomposite were observed by SEM, TEM and optical

microscopy. CNTs were found to be successfully distributed in

SUS304 matrix region. The mechanical properties at ambient

temperature to 250oC of the nanocomposite were tested using

tensile test, micro-mechanical testing techniques, e.g., nanoindentation

and micropillar compression tests. The SUS304-CNT nanocomposite

exhibited improved yield strength, UTS and decrease of

elongation.

[P6-11]

한국표준형 원전 원자로압력용기용 SA508 Gr.3 Mn-Mo-Ni계 저

합금강 보존재의 미세조직 비교 분석: *김민철, 이초롱1, 홍석민,

이봉상; 한국원자력연구원. 1과학기술연합대학원대학교/한국원자력연

구원.Keywords: Reactor pressure vessel, SA508 Gr.3 steel, Mn-Mo-

238

Ni low alloy steel, VCD, Microstructure

SA508 Gr.3 Cl.1 Mn-Mo-Ni계 저합금강은 상용원전 원자로

압력용기, 증기발생기, 가압기 등 원전 1차측의 많은 부품에 사

용되고 있다. 특히, 원자로 압력용기는 수십 년의 가동기간 중

교체가 불가능하고, 원전 가동중 중성자 조사에 의해 파괴인성

이 낮아지는 조사취화현상이 나타난다. 따라서 가동압력과 온도,

중성자조사 등의 가혹한 환경에 견딜 수 있는 충분한 강도와

파괴인성의 확보가 매우 중요하다. 한빛 3, 4호기 이후 건설된

국내 원전에는 두산중공업에서 제작된 SA508 Gr.3 소재를 사

용하고 있다. 초기 제작된 소재는 진공탄소탈산(vacuum carbon

deoxidation) 정련법을 적용하여 제강하였고, 이후 VCD 정련강

에 Al을 첨가하는 VCD+Al 정련법을 거쳐 현재에는 Si 탈산

및 Al을 첨가하는 Si+Al 정련법이 주로 적용되고 있다. 본 연

구에서는 한국 표준형 원전에 사용된 모든 원자로압력용기강의

미세조직을 비교분석 하였다. 원전에 보관되어있는 총 8종의 원

자로압력용기강 보존재를 이용하였으며, 기계적 특성평가를 위한

기준 위치인 두께방향 1/4t 위치에서 미세조직 시험편을 채취하

여 방향성을 고려하여 미세조직을 관찰하였다. 이를 통해 원전

호기별 조직분포, 결정립 크기/형태의 변화를 비교하였으며, 석

출물 정량화를 통하여 석출물 분포/형태/크기의 차이도 비교하였

다. 일련의 관찰을 통하여 제작시기 및 공정에 따른 미세조직의

변화를 고찰하였다. 또한 기존에 보고되어 있는 baseline 특성

평가 결과를 활용하여 미세조직과 기계적 특성과의 상관관계도

고찰하였다.

[P6-12]

Modified 9Cr-1Mo강의 파괴인성 특성에 미치는 동적변형시효

의 영향: *김치원, 권순일, 김우곤1, 이형연1, 홍현욱*; 국립창원

대학교. 1한국원자력연구원.Keywords: Gr.91 Steel, J-R Fracture resistance, Dynamic Strain

Aging (DSA), Tensile test

제4세대 원자력 시스템으로 고려되는 소듐냉각고속로(Sodium

Fast Reactor, SFR)용 핵심부품에 Gr.91강이 후보소재 중 하나

로 꼽히고 있다. Gr.91강은 열팽창 계수가 낮고 수증기 시스템

에서의 응력부식 균열에 대한 저항성이 좋으며, 고온에서의 지

속적 노출에 대한 미세구조의 안정성 때문에 고온용 구조재료로

고려되고 있다. SFR의 고온구조 파단전누설 설계 개념은 이

합금의 파괴인성 물성치를 필요로 하므로 J-R 파괴저항 시험을

통하여 물성치를 얻고자 하였다. J-R 파괴저항 특성은 400oC

부근에서 최저로 나타났으며, 이는 동적변형시효(Dynamic

Strain Aging, DSA)와 연관된다고 추정된다. DSA와의 연관성

을 분석하기 위하여 상온과 고온영역에서 특정 변형속도에 대한

인장시험을 시행한 결과, 변형속도 6.67 × 10-5/s의 조건에서는

300~350oC, 6.67 × 10-4/s의 조건에서는 300~400oC, 6.67 × 10-3/s

의 변형속도에서 400oC의 온도 구간에서 인장곡선의 Serrated

flow 구간이 관찰되었고, 이 구간에서 항복강도와 인장강도가

유지되고 연성이 감소하므로 DSA가 발생할 때의 현상과 일치

하였다. DSA는 침입형 원소와 전위와의 상호작용으로 인해 발

생한다는 측면에서 열적 활성화 과정이라 할 수 있으며 인장시

험을 통하여 그 구간의 활성화 에너지는 75~141 kJ/mol임을

알 수 있었다. 이로부터 탄소, 질소와 전위와의 상호작용으로

DSA가 발생한다고 판단된다. DSA는 전위의 거동과 관계가 있

으므로 이를 확인하기 위해 DSA가 일어났다고 판단되는 영역

과 그 전후의 미세구조를 TEM을 통해 관찰하였다. DSA가 발

생하기 전이라고 판단되는 조건(below DSA)에서 전위가 서로

상호작용하며 특별한 움직임 제한 없이 쉽게 활주하는 배열이

확인된 반면, DSA가 발생했다고 판단되는 조건에서는 전위가

bowing되어 있고, 움직임이 제한되어 pinning된 듯한 거동이

관찰되었다. DSA가 발생하고 난 뒤의 조건(above DSA)에서는

전위가 특별한 제한 없이 반듯하게 활주하는 배열이 관찰되었다.

J-R 파괴저항이 가장 낮게 나타난 400oC에서의 균열선단의 유

효변형속도를 계산한 결과, DSA 영역내에 존재하는 조건으로

확인되었고, 이때의 전위구조는 인장시험의 DSA 영향을 받는

구조와 동일하게 전위 debris와 pinned된 전위가 주로 관찰되

었다. 이러한 결과로부터, Gr.91강의 J-R 파괴저항 특성은

DSA에 의해 영향을 받는다고 판단된다.

[P6-13]

투명교정장치용 고분자 소재의 가열 및 냉각 후 역학적 특성 변

화 분석: 김민주, *전은채, 정지영, 최대희, 제태진; 한국기계연구원.Keywords: Mechanical property, Clear aligner, Heat treatment

고분자 소재를 이용한 투명교정장치는 기존 교정장치에 비해

뛰어난 심미성으로 새로운 치열교정시장을 형성했다. 시장이 확

대됨에 따라 투명교정장치에 대한 국내 기술 개발이 필요한 가

운데, 소수 기업의 과점으로 장치를 성형하기 위한 고분자 소재

의 물성이 잘 알려져 있지 않다. 이에 지난 연구에서는 ISO

527규격을 적용하여 3개 사의 투명교정장치용 고분자 소재에

대한 역학적 특성을 상온에서 분석하였다. 실제 공정에서 고분

자 소재는 고온과 압축의 과정을 거친 뒤 투명교정장치로 성형

되기 때문에 성형 전후 소재의 물성 변화를 살펴볼 필요성이

있다. 본 연구에서는 이를 위하여 소재를 가열 및 냉각 후 상

온에서 그 특성을 분석하고 가열 전의 특성과 비교하였다. 실제

성형 조건을 감안하여 3개 사의 고분자 소재 시트를 두께 별로

125oC, 100oC, 75oC로 가열한 결과, 125oC에선 말림과 일그러

짐 현상으로 평탄도와 두께 균일도가 매우 좋지 않았으며

100oC에서는 125oC보다는 완화되었으나 평탄도와 두께 균일도

가 좋지 않았다. 반면, 75oC로 가열한 경우, 평탄도와 두께 균

일도의 변화가 관찰되지 않았다. 실제 공정에서 압축을 가하기

전에 소재가 변한다면 제품 불량이 발생하기 때문에 육안으로

변형이 없었던 75oC와 변형이 발생하기 시작한 100oC 사이의

온도에서 변형이 되지 않는 최대 온도를 찾았다. 그 후 찾은

최대 온도로 가열한 소재를 ISO 527규격에 맞춰 인장시편을

제작하여 소재의 물성 변화를 파악하였다. 인장속도는 5 mm/

min으로 설정하였고 인장시험은 R&B사에서 자체 제작한 측정

장비를 이용하였다. 인장시험 결과, 소재의 가열하기 전과 후의

Elastic Modulus 및 인장강도는 큰 변화가 없음이 보였다. 반

면 인장변형률(연신율)은 가열 전에 비해 1.1배 정도로 늘어났

다. 이는 투명교정장치의 고분자 소재가 열가소성 수지이기 때

문에 온도가 상승하여도 소재의 구조 변화는 거의 없어서 기본

적인 역학특성은 변화가 없으나 온도 상승에 의한 어닐링 효과

가 일부 발생하여 연신율이 약간 증가한 것으로 생각되며 추가

적인 분석이 필요하다. 추후 연구에서는 성형 과정 중 소재의

역학적 특성 변화를 알아보기 위하여 고온에서 인장시험을 실시

할 예정이다.

[P6-14]

Compressive Behavior of CoCrFeMnNi High Entropy Alloy:

*Min Ji Jang, Soo Hyun Joo1, Jien-Wei Yeh2, Che-Wei Tsai2,

Hyoung Seop Kim; MSE POSTECH. 1CAAM POSTECH.2National Tsing Hua University.

239

Keywords: High entropy alloy, Compressive behavior, Finite

element method, Friction

High entropy alloys (HEA) has been well known to have

exceptional mechanical properties: high strength, high

elongation, and high toughness. Among them, CoCrFeMnNi has

a single phase FCC structure and show promising properties at

cryogenic and elevated temperatures as well as room

temperature. Though the tensile behavior of the CoCrFeMnNi

alloy has often been investigated, the compressive behavior of

this alloy has not been investigated as far as the authors know.

Thus, in this study, compressive tests were conducted and the

results were analyzed using the finite element method. An

equimolar CoCrFeMnNi alloy was cold rolled to 5 mm, and then

homogenized at 1100°C for 6 hours with subsequent water

quenching. The specimens were cut into a cylindrical shape with

a diameter of 4.5 mm and height of 4.5 mm. Compression tests

were conducted at room temperature. Microstructures were

investigated using electron backscattered diffraction (EBSD), and

vicker’s hardness is measured.

[P6-15]

핵융합로용 저방사화 구조재 ARAA의 물리적, 열적, 자기적 및

기계적 특성: *천영범, 이창규, 이동원, 조승연1, 오용준2; 한국원자

력연구원. 1국가핵융합연구소. 2한밭대학교.

Keywords:저방사화 소재, 핵융합로, 크립특성, 충격특성

핵융합로용 블랭킷은 열교환 및 삼중수소 증식을 담당하는

구조부품으로 고온 및 고에너지/고선량의 중성자 조사 분위기에

서 가동된다. 따라서 블랭킷용 구조재는 우수한 취화저항성 및

크립저항성이 요구되며, 또한 사용후 폐기물 처리 문제를 경감

하기 위해 저방사화 특성을 갖추어야 한다. 현재 유럽이나 일본

에서는 자체 개발한 Eurofer 97이나 F82H와 같은 8-9Cr계 저

방사화 페라이트-마르텐사이트(RAFM, reduced-activation ferritic-

martensite) 강을 핵융합로 구조재로 활용할 예정이다. 한국원자

력연구원과 국가핵융합연구소는 2012년에 한국형 RAFM강 개

발을 시작하여 현재 Zr이 첨가된 ARAA(advanced reduced-

activation alloy)를 개발하였고, 이에 대해 5톤급 대용량 소재를

제조하여 물성평가를 진행해왔다. 본 연구에서는 ARAA의 밀도,

녹는점, 상변태 온도 등의 기초적인 물리적 특성과 열전도도,

열확산도, 열팽창계수 등의 열적특성, 포화 자화, 잔류 자화 및

보자력 등의 자기적 특성 및 인장, 충격, 피로, 크립-피로 등

의 기계적 특성을 평가하였고, 이를 Eurofer 97의 특성과 비

교하였다.

[P6-16]

계장화 압입시험을 이용한 API X80 강관의 확관 전/후 잔류응

력 분석: *정소희, 김성웅, 이동언; (주)세아제강.Keywords: Residual stress, API, X80, JCOE, Expanding

잔류응력(Residual Stress)은 재료에 외력이 작용하지 않는

상태에서 그 재료 내에 존재하는 응력이다. 가공이나 열처리 조

건 등에 따라 큰 인장 잔류응력이나 압축 잔류응력이 남아있게

되면 제품의 변형이나 파괴의 원인으로 작용할 수 있다. 그러므

로 적절한 공정을 통해 잔류응력을 제어하는 것이 바람직하다.

당사에서는 API X80재를 사용하여 SAW 제조 공정 중 하나

인 JCOE 공정을 통해 28” × 19t의 Pipe를 조관하였으며, 비파

괴적 잔류응력 분석 방법 중 하나인 계장화 압입 시험법

(Instrumented Indentation Technique)을 이용하여 확관(Expanding)

전/후 상태의 잔류응력을 비교 분석하였다. 또한, 확관 툴

(Expanding Tool) 접촉/비접촉부의 잔류응력 비교 및 길이방

향으로의 확관 중복/비중복부의 잔류응력에 대하여 비교 분석

하였다.

[P6-17]

A319 주조재 합금의 미세조직 변화에 따른 고온 피로 특성: 진

보라, 이지은, 김현수, *정창열; 동국대학교 원자력에너지시스템공

학과.Keywords: A319, Cylinder head, Dendrite arm spacing, Low-

cycle fatigue, High-cycle fatigue

미래형 친환경 자동차 개발에서 최우선 과제는 고내구 알루

미늄 합금 설계 기술 확보를 통한 내구성 향상 기술로, 특히

환경규제가 강화되고 있는 디젤 엔진 및 디젤 하이브리드 분야

에서는 그 시급성과 중요성이 대두되고 있다. 이를 만족하기 위

해서는 디젤 엔진의 연비와 성능향상은 필수적이며 점차 고온,

고연소압의 가혹한 사용 환경에 대응할 수 있는 소재 개발이

필수적이다. 특히 출력 및 연소압 증가로 인하여 발생하는 고온

피로는 필수적인 해결과제로 지속적인 연구를 필요로 하고 있

다. 본 연구에서는 실린더헤드 소재로 사용되는 A319(AC2B)

알루미늄 주조재 합금에 대하여 냉각속도에 따른 미세조직 및

열적 특성을 분석하였고, 실린더헤드 작동 온도 조건에서의 고

온 기계적 특성을 평가하였다. 냉각속도의 증가에 따라 DAS

(dendrite arm spacing) 값은 감소하며 조직미세화에 따라 기계

적 특성은 향상되고 특히 고주기 및 저주기 피로 수명이 크게

증가하는 결과를 나타내었다. 실험온도가 증가함에 따라 피로

주기의 진전에 따른 반복연화현상은 증가하였으며, 특히 250oC

온도에서는 모든 조건에서 반복연화현상이 관찰되었다. 피로 수

명을 소성 변형 범위(plastic strain range)로 평가할 경우 실험

온도가 증가함에 따라 신율 증가에 의해 피로수명이 증가하는

결과를 나타내었으나, 한주기 당 소모된 에너지 개념인 히스테

리시스 에너지(hysteresis loop energy)로 피로 수명을 평가할

경우 실험온도에 무관하게 동등한 저주기 피로 수명을 나타내

었다.

[P6-18]

송전용 INVAR35 합금 선재의 비틀림 특성에 미치는 미세조직

의 영향: *한승엽, 장선아, 강권호, 박환서, 김수영1, 박은서1, 김재

열1, 이상권1; 한국원자력연구원. 1고려특수선재(주).Keywords: INVAR, Fe-Ni alloy, Twisting property, Microstructure

송전선 재료가 가져야 할 특성은 낮은 열팽창 계수를 가지

면서, 송전 용량 증대에 따른 송전선 치수 증가를 위해 높은

인장강도를 확보해야 한다. INVAR 합금은 인장강도 증가를

위해 냉간가공에 의한 가공경화와 함께 열처리를 통한 탄화물

석출강화를 이용하게 되며, 이로인해 비틀림 변형에 의해 파괴

될 가능성이 크다. 일반적으로 송전선 심선용 선재의 비틀림

변형 내구성은 20회 이상으로 요구되고 있으며, 본 연구에서

사용된 INVAR 합금은 비틀림 변형 내구성이 60회 이상으로

매우 우수하다. 미세조직 분석 결과, 신선 및 열처리 과정에

의해 결정립 미세화와 함께 입계, 입내에 형성되었던 조대한

탄화물은 점차 미세한 탄화물로 관찰되었다. 본 연구에서는 우

수한 비틀림 특성을 갖는 송전용 INVAR 합금 선재의 신선

및 열처리에 따른 탄화물 분포 및 미세조직 변화에 대해 자세

히 분석하여, 미세조직과 비틀림 특성간의 상관관계를 규명하였

240

으며, 최적 미세조직을 구현할 수 있는 공정 및 열처리 조건을

제시하였다.

[P6-19]

Inverse Mechano-luminescence and Its Loading Rate

Dependent Hysteresis under Dynamic Cyclic Torque in

ZnS:Cu: *조민영, 김기우1, 김지식; 경북대학교 나노소재공학부. 1

경북대학교 자동차공학부.Keywords: Mechano-luminescence, ZnS:Cu, Dynamic rotational

torque

The use of inverse mechano-luminescence in ZnS:Cu enabled

to suggest a optical technique for the determination of the

dynamic rotational torque instantaneously in contactless

method. Dynamic cyclic waveforms with frequencies ranging

from 0.5 to 3 Hz were used for identifying the torque and its rate

dependent (i. e., frequency-dependent) nonlinear hysteresis. The

torque rate-dependent hysteresis of inverse mechano-luminescence

(ML) in response to a dynamic sinusoidal torsion have been

analyzed on the basis of phosphorescence quenching mechanism

in ZnS:Cu. The reliable integral compensation derived from

the ad hoc heuristic characterization has also successfully

demonstrated the possibility of EMI free torque measurement

system.

Acknowledgments: This research was supported by a National

Research Foundation of Korea Grant funded by the National

Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea

government(MPIS) (No.2014R1A2A01003275).

[P6-20]

Creep Deformation Behavior on the Pre-strained TP347H:

*Jia Dachong, Ji Won Lee, Byeonguk Kong1, Hyun Uk Hong*;

Changwon National University. 1Doosan Heavy Industries &

Construction.

Keywords: Boiler tube, TP347H, Pre-strain, Stabilizing Heat

treatment, Creep

TP347H stainless steel is widely accepted for using as

superheater tubing in boilers due to its good combination of

elevated temperature strength with hot corrosion resistance and

good pressures. But the fracture is often occurred at the curve

region of pipe. Moreover, a study related to the curve region

fracture is nonexist. Therefore this study will consider the effect

of prestrain to the creep at high temperature. Additionally,

necessity of post-stabilize heat treatment will be conducted

together. Prestrain was conducted to obtain 0%, 3%, 5%, 10%,

15% strained specimen for reproducing the curve region. The

stabilizing heat treatment was performed at 870°C for 20

minutes. Creep test was conducted at 650°C under 200 MPa. It

was found as cold deformation increases the creep life. However,

stabilize heat treatment reduces the creep life. On the basis of

creep result, the relationship between microstructure and creep

result will be considered by SEM, TEM and EBSD.

[P6-21]

순수 타이타늄의 인장특성에 미치는 열화학적 표면처리시간의 영

향: *김창림, 이용태1, 이동근; 순천대학교. 1재료연구소.

Keywords: Surface gradient hardening, CP Titanium, Tensile

property

타이타늄의 표면에서 내부로 경사기능적으로 강화하는 방법인

열화학적 처리방법을 이용하여 표면내마모성이 약한 타이타늄의

표면을 개선시킬 수 있다. 본 연구에서는 열화학처리 공정기술

을 이용하여 일정온도에서 표면처리시간을 30분에서 2시간까지

변화시켜 경사기능적 경화처리를 실시하였으며, 이때 경사기능적

경화원소로서 침입형 원소인 질소가스(N2)를 주입시켰다. 질소원

자의 고온확산현상에 의한 경사기능적 경도구배를 갖는 Inner-

layer 코팅층의 조직변화와 기계적 물성 등 강화표면의 특성을

비교분석하였다. 타이타늄 표면에 형성된 Inner-layer 경화층의

단면을 분석한 결과 Ti[N] 확산층을 포함한 전체 경화층은 유

지시간이 증가함에 따라서 질소원자의 확산층이 형성되었으며,

표면경도의 경우 표면처리하지 않은 시편보다 시간을 달리하여

열화학처리된 시편의 경도가 약 3~4배 정도 높은 특성을 나타

냈다. 한편, 이러한 표면경화의 특성이 인장특성에 미치는 영향

을 알아보고자 열화학처리된 인장시편을 제작후 인장시험을 수

행하였으며, 그 결과를 분석고찰하였다. 표면에 형성된 Inner-

layer 경화층의 두께 변화에 의해 항복현상과 파괴특성에 미치

는 영향을 분석하였으며, 표면처리시간에 따른 기계적 특성변화

에 대하여 고찰하였다.

[P6-22]

Native oxide shell을 갖는 Al 단결정 나노선의 인장시험에서 나

타나는 Strain field 분석: *김성훈, 김한성1, 서종현1, 김홍규, 이

재철, 안재평1; 고려대학교 신소재공학부. 1한국과학기술연구원 특성

분석센터.Keywords: FCC nanowire, Twin, Plastic, Tensile, Strain mapping

fcc 금속은 많은 슬립계를 갖기 때문에 벌크재료에서는 대부

분 슬립에 의해서 변형이 일어나지만, 재료가 나노화가 됨에 따

라 낮은 전위밀도등의 나노 효과에 의해 낮은 SFE를 갖는

Au, Cu 등의 금속들에서 쌍정에 의한 소성변형이 보고되었다.

일반적으로 SFE가 높은 금속은 쌍정 생성이 어렵다는 기존의

관점대로 Au, Cu 와는 다르게 Al에서는 쌍정이 잘 발견되지

않았지만, 극저온과 높은 변형률, 극한 변형등과 같은 극적인

조건에서 2003년 처음 Al 내에서의 쌍정이 발견된 이후 국소

부위에서의 3~4층의 atomic level의 쌍정이 몇차례 보고되었다.

하지만 이러한 연구들은 대부분 발생 이후 쌍정의 생성 여부만

관찰 할 수 있었고, 다른 fcc에서의 쌍정변형이 높은 소성을

동반하는 독특한 변형을 보였기 때문에, Al의 경우에도 쌍정에

대한 보다 면밀한 연구가 필요하다. 기존에 보고된 연구들의 형

태인 나노결정립의 물질은 소성변형과정에 많은 변수를 포함하

고 있어, 쌍정형성 메커니즘에 관해 명확하게 이해하기 어렵다.

나노선은 높은 결정성과 낮은 결함밀도, 결정방위의 선택적 사

용이 가능하다는 큰 장점 때문에 소성변형에 관여하는 여러 변

수들을 제어할 수 있어 높은 SFE를 갖는 물질의 소성변형을

탐구하는데 적합한 재료이다. 따라서 본 연구에서는 앞서 Al

나노선을 인장하여 기존의 Al에서 발생한 쌍정과는 다르게 약

5~10 nm 폭을 갖는 쌍정 쌍을 관찰하는데 성공하였다. 하지만

Al에서 생성된 쌍정은 기존의 다른 fcc 와는 다르게 제한된 폭

과, 지그재그 형태의 쌍정을 형성하였다. 이를 분석하기 위해

본 연구에서는 TEM내에서 Topspin(Strain mapping) 분석을

통해 Al 나노선 인장시 Al에 생성되는 strain field를 분석하

고, 이를 토대로 Al에서 생성되는 지그 재그 형태의 쌍정이 생

성되는 원리에 대해 탐구하였다.

241

[P6-23]

보론 개량화된 Ti-2Al-9.2Mo-2Fe 합금의 기계적 특성 변화: *

김태용, 임가람, 이용태, 조경목1, 이동근2; 한국기계연구원 부설 재

료연구소. 1부산대학교. 2순천대학교.Keywords: Low cost beta-titanium, Boron effect, Grain refinement,

Pinning effect

타이타늄은 높은 비강도, 저영률, 우수한 내식성 및 생체적합

성을 가지므로 다양한 산업에 사용되는데, 베타형 타이타늄 합

금은 성형성이 우수하므로 우주항공산업에 주로 사용되며, 임플

란트 등 생체재료에도 쓰이고 있다. 이러한 베타형 타이타늄 합

금 중 LCB(Low-Cost Beta) 타이타늄 합금은 고가의 베타 안

정화원소인 Nb, Zr, Ta 등을 사용하지 않고 비교적 저가의 베

타 안정화원소인 Mo, Fe 등을 사용하여 경제적 이점을 가지는

합금을 말한다. 따라서 이러한 LCB 타이타늄 합금의 기계적

물성치를 향상시키기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 이때

LCB 타이타늄 합금에 미량의 보론을 첨가하였을 경우, 주조잉

곳에 미세한 TiB의 생성으로 인한 pinning effect로 인해 결정

립 미세화 효과가 나타났다. 이러한 TiB의 결정립미세화 효과

가 초기 주조잉곳을 열간단조 및 용체화처리 등의 소성가공 및

열처리 이후에도 유지되는지 확인하였고, 그에 따른 기계적 물

성의 변화 등을 측정하였다.

[P6-24]

저온용 압력용기용 탄소강의 Ni함량에 따른 PWHT 특성 고찰:

*문종걸, 김기현; 동국제강주식회사 후판사업본부.Keywords: Ni alloy, PWHT, Low temperature pressure vessel,

Plate, DQT

LNG 또는 에탄올 등을 저장하기 위하여 사용되는 강판은

Ni 성분이 2.5~9% 첨가된 탄소강 또는 합금강이 주로 사용되

고 있다. 압력용기을 제작하는 과정에 용접행하게 되고 이에 따

라 용접후열처리를 하게 된다. 또한 제작과정에 보수 용접을 하

게 되면 또 용접후열처리를 하게 된다. 이러한 과정에서 모재는

여러 번 또는 장시간 용접후열처리 받게 된다. 모사 용접후열처

리를 통하여 Ni 성분이 2.5~9% 첨가된 탄소강 또는 합금강에

대하여 용접후열처리 시간에 따라 기계적 특성 및 미세조직을

관찰하여 고찰하였다. 또한 제조공정별 용접후열처리 시간에 따

른 특성 거동을 고찰하였다.

[P6-25]

고강도 라인파이프용 강의 제조조건에 대한 미세조직 및 HIC 저

항성의 영향: *성준호, 문종걸, 박병규, 조경목1; 동국제강주식회사

후판사업본부 후판연구팀. 1부산대학교 재료공학부.

Keywords:라인파이프, 제조조건, 미세조직, 수소유기균열

원유 및 천연가스 수송에 사용되는 라인파이프용 강은 사용

환경에 따라 고강도, 저온인성 및 내부식 등의 다양한 특성이

요구된다. 이러한 특성들은 파이프라인의 사용환경, 수송의 효율

성 그리고 석유나 천연가스에 포함된 불순물과 같이 다양한 요

소에 의해 결정된다. 최근에는 쉽게 채굴할 수 있는 석유나 천

연가스(Easy oil & Gas) 등의 자원들이 점차 고갈되어감에 따

라 강재에 요구되는 특성들은 더욱 까다로워지고 있으며, 따라

서 다양한 요구 특성을 맞추기 위한 고난도의 제조 기술이 요

구된다. 라인파이프용 강재의 다양한 요구 특성 중 수소유기균

열 저항성은 강의 청정도, 화학성분 및 미세조직 등에 영향을

받는다. 특히 후판 밀(Mill)에서 실질적으로 수소유기균열 저항

성을 제어 할 수 있는 부분은 압연 및 냉각조업을 통한 미세

조직 제어이다. 본 연구에서는 고강도 라인파이프용 강의 제조

조건에 따른 다양한 미세조직들을 구현하였고, 이를 통하여 수

소유기균열 저항성을 평가하였다.

Memo

242

[P7-1]

미래 원자력시스템용 페라이트/마르텐사이트계 산화물분산강화 강의

확산접합: *노상훈, 강석훈, 김태규; 한국원자력연구원 원자력소재개

발부.Keywords: ODS steel, Diffusion bonding, TLP bonding

산화물분산강화(Oxide dispersion strengthened, ODS) 강은

기존 철강소재에 비해 고온강도, 내조사성이 월등히 우수하여

고속로 및 핵융합로 등의 미래 원자력시스템용 구조부품 소재로

주목을 받고 있다. 하지만, 다양한 형상의 구조부품을 제작하기

위해서는 동종/이종재료의 접합이 필요한데, 용융-고화과정을 동

반하는 통상의 용접법을 적용할 경우 ODS 강 특유의 미세구

조가 파괴되어 우수한 특성을 저하시키는 단점이 발생한다. 이

때문에 ODS 강을 구조부품소재로 적용하기 위해서는 접합부의

특성 저하를 최소화할 수 있는 새로운 접합기술의 적용이 요구

된다. 본 연구에서는 확산접합법을 활용하여 ODS강의 동종/이

종재료 접합을 실시하고 접합특성을 평가했다. 확산접합에는 삽

입소재를 사용하지 않은 고상확산접합과 insert foil을 사용한

천이액상확산접합, 분말소재를 사용한 소결접합을 실시하여 모재

와 특성을 비교하였다. 그 결과, ODS 강의 확산접합부는 접합

결함이 발생하지 않은 양호한 접합계면이 생성되어 모재에 필적

하는 우수한 고온인장특성을 나타내었다. 그러나 ODS 강의 천

이액상접합부에서는 일시적인 모재 용융에 의해 조대한 산화물

이 석출되어 접합부의 연신율 감소를 초래하였다. 본 연구결과

에 의해 ODS 강의 확산접합 기술은 미래 원자력시스템의 노

심 구조부품 제작에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

[P7-2]

Inconel 740H와 P92강/TP316H강과의 이종용접부의 미세조직

및 크리프 파괴 특성 평가: *신경용, 이지원, 홍현욱*, 공병욱1; 창

원대학교. 1두산중공업.Keywords: Dissimilar welding, Fusion line, Weld metal, Inconel

740H, Micro-structure analyis

전 세계적으로 화석연료의 연소로 인해 발생되는 온실가스는

지구 온난화에 매우 심각한 문제가 되고 있다. 이러한 문제를

해결하기 위해 국내외적으로 다양한 연구가 진행 중에 있으며,

가장 현실성이 높은 대책안은 발전소의 발전효율을 향상시키는

것이다. 이를 위해서는 발전소 증기터빈의 작동 온도와 압력조

건을 높이는 것이며, 따라서 보일러에 사용되는 증기관의 재료

는 기존재료에 비해 더 우수한 고온강도, 경도, 내산화성 및 용

접성 등 고온 물성이 요구된다. 따라서 고온의 극한 환경에서

신뢰성을 보장할 수 있는 동종, 이종재료 용접부의 용접품질,

야금학적 재질변화, 고온 크리프 강도 등에 관하여 체계적이고

실제적인 연구가 선행되어야 한다. 지금까지 사용된 재료는 Fe

계 P92강, TP316H강로서 최대 670oC 운전온도의 한계를 가

지고 있다. 특히 P92강은 화력발전소의 배관과 튜브에 사용되

고 있으나, 균열로 인해 파열사고가 빈번히 발생되고 있다. 이

로 인해, 고온 응력이 우수한 Ni계 석출경화형 Inconel 740

초내열합금을 응력과 열이 집중되는 일부 구간에 사용하고자 하

며, 기존의 철계합금들과 이종용접을 해야 한다. 따라서, 본 연

구에서는 Inconel 740과 기존 철계합금 즉 P92강, TP316H강

과의 이종용접성과 미세조직, 나아가 고온 크리프 특성에 대한

고찰을 하고자 한다. 각각의 이종용접부 취약부분인 열 영향부

의 파괴거동에 미치는 영향을 분석하기 위하여 미세조직 멀티스

케일 분석을 통한 상안정성, 고온변형, 파단기구, 크리프 수명

고찰 및 파괴 기구에 미치는 미세조직 변화를 해석하였다. 또한

경도 실험을 통하여 용접부의 미세조직과 경도의 관련성을 고찰

하였다. 크리프 결과, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 비커스

경도값이 가장 낮은 부분의 미세조직을 분석하였다. 용접과정에

서 740H-P92 이종용접부와 740H-TP316H 이종용접부의 용융

선(Fusion line), 용접금속(Weld metal)에서 각각 연화가 발생

하여 균열이 시작되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 경도 분석

결과 투과전자현미경(TEM)의 관찰 결과결부터 미세조직 변형,

파단기구, 고온 크리프 특성에 대해서 토론하고자 하였다.

[P7-3]

박판 삽입금속을 이용한 CP-Ti의 브레이징 접합 특성: *김동주, 이

지운, 최현진, 정택균, 주대헌1, 김용수1, 현승균; 인하대학교 신소

재공학부. 1(주)에코에프엠.Keywords: Amorphous alloy, Brazing, Ti alloys, Bonding

characteristics

타이타늄은 넓은 온도범위에서 우수한 기계적 특성을 나타내

며 비강도가 높고 내식성이 우수하여 항공우주기기, 자동차, 전

자부품, 의료 분야 등에서 널리 활용되고 있다. 더불어 저융점

삽입금속을 이용한 브레이징에 관한 연구로 모재의 기계적 손실

을 최소화 하는 방향으로 진행되고 있다. 본 연구는 접합부의

우수한 특성을 확보하기 위해 여러 종류의 박판 삽입금속을 접

합부에 균일하게 밀착시키고 모재와의 젖음성 및 계면을 분석

하였으며 기계적 특성을 평가하였다. X-선 회절분석기(XRD)를

통해 삽입금속들은 비정질 임을 확인하였으며, 성분분석 및 시

차열량측정법(DSC)을 이용하여 열적 거동을 분석한 결과를 토

대로 삽입금속 융점온도 45oC 이상으로 접합온도를 선정하였다.

선정된 온도에서 진공도 5.0 × 10-5 torr의 분위기에서 10oC/min

로 가열한 후 3 MPa의 압력으로 5분 동안 가압하여 브레이징

실시 후 노냉하였다. 삽입금속의 젖음성을 분석 하고자 접합온

도에서 5분 유지 후 노냉하여 접촉각을 측정하였으며, 브레이징

후 SEM/EDX를 이용하여 모재의 계면 및 성분분석을 분석하

였다. 삽입금속에 따라서 열특성 및 공정온도의 차이를 보였고,

그 결과 브레이징 후의 기계적 강도 및 미세구조 또한 변화하

였다. 이 연구는 2015 중소기업청의 재원으로 (주)에코에프엠의

지원을 받아 수행한 연구과제(필러메탈 및 모재의 종류에 따른

브레이징 조건도출 및 접합특성평가를 통한 모재별 적합한 필러

메탈의 선정) 입니다. 이에 관계자 여러분께 감사 드립니다.

[P7-4]

표면활성화 접합된 Ti-Al laminate의 열처리 조건에 따른 계면

거동 및 접합강도 변화: *이창빈, 정택균, 최현진, 방성식, 김동주, 현

승균, 박재성1, 양승호1, 기호1; 인하대학교. 1(주)희성금속.Keywords: Surface activated bonding, Metal clad, Heat treatment,

Peel strength, Intermetallic

Metal clad(laminate)는 서로 다른 두 금속소재의 장점을 조

합하여 성능을 향상시킨 부품소재로 배관용 파이프에서부터 전

기전자용 하우징 및 건축용 외관자재까지 그 적용범위가 넓다.

그 중에서 Ti-Al clad(laminate)는 낮은 비중, 우수한 내부식성

및 우수한 기계적 성질로 인하여 다양한 metal clad 중에서도

주목을 받고 있으며, 박판 클래드의 경우에는 휴대폰용 하우징

P7 : 용접접합Room 전시장, 10월 29일

243

및 케이스 등에 적용이 가능하다. 기존에는 박판 클래드를 제조

하기 위해 두꺼운 Slab를 접합하여 압연하였으나, 두 이종소재

의 다른 유동특성으로 인한 압연결함, 계면결함 및 가공한계로

인하여 박판으로 제조하기에는 어려움이 있었다. 최근에는 표면

활성화접합(SAB: Surface Activated Bonding)이 박판 클래드

의 제조를 위하여 적용되고 있으며, 두 이종 박판소재를 저압에

서 접합하기 때문에 기존 공정에서 발생하는 문제를 해결할 수

있을 뿐만 아니라 계면에서의 원자확산을 최소화 할 수 있다는

장점을 가지고 있다. 또한, 접합강도를 향상시키기 위해서 추가

적인 열처리공정이 이루어지기도 하며, 이로 인한 원자의 확산

은 접합강도를 향상시킬 수도 있으나, 새로운 계면의 생성으로

인하여 접합강도가 감소할 수도 있기 때문에 이에 대한 정확한

고찰이 필요하다. 본 연구에서는 두께 100 µm의 Titanium foil

과 두께 30 µm의 Aluminum foil을 표면활성화 접합시켰다.

표면활성화 접합된 Ti-Al laminate의 접합강도(180o Peel)는 약

1.2 N/mm로 측정되었다. 열처리는 진공(2 × 10-5 torr)에서 250~

500oC까지 열처리를 수행하였으며, 이에 따른 계면특성 및 접합

강도의 변화를 조사하였다.

[P7-5]

주조합금 IN 718 전자빔 용접부의 극저온 충격인성 향상을 위

한 Laves상의 제어: *권순일, 도정현1, 조창용1, 홍현욱*; 국립창

원대학교. 1재료연구소 내열재료연구실.Keywords: Superalloy, Electron beam welding, Post weld heat

treatment, Laves, Charpy impact toughness

현재 석출강화형 Ni기 초내열합금 IN 718은 액체로켓 연소

기 헤드의 재료로 고려되고 있다. 하지만 연소기 헤드는 구조상

용접이 불가피하며, 내부에서의 액체연료의 폭발로 추진력을 얻

기 때문에 극저온 환경에서의 강한 압력을 견뎌낼 수 있는 용

접부 설계가 요구되고 있다. 따라서 보다 우수한 용접부를 얻기

위해 전자빔 용접을 실시하고 용접에 의해 저하된 극저온 기계

적 특성을 개선하기 위한 용접 후열처리에 대한 연구가 필수적

이다. 하지만 기존 용접 후열처리를 적용하고 미세구조를 분석

한 결과, 조대화 된 Laves 상에서부터 균열이 쉽게 생성되고

γ"의 석출에 의해 경화된 기지가 균열 선단에서의 micro-plastic

zone을 작게 만들어 균열전파를 억제하지 못하기 때문에 극저온

충격인성이 매우 저하됨을 확인하였다. 따라서 균열시작점으로

작용하는 Laves가 용접부에 존재하지 않는다면 극저온 충격인

성을 향상시킬 수 있다고 판단되며, Laves를 제거하기 위한 용

접 후열처리를 개발하였다. 새로운 용접 후열처리는 기존의 용

체화 처리 온도보다 더 높은 온도인 1100oC에서의 용체화 처

리로 Laves를 완전용해 또는 최소화 시키고 953oC까지 노냉으

로 δ 석출을 유도하며 Nb 과포화를 위해 상온까지 급냉을 실

시한다. 이후 이어지는 이중 시효처리로 γ" + γ?을 석출과 동시

에 δ 주변에 γ" 고갈지역 형성을 유도하는 것이 목적이다. 이

러한 열처리 과정을 통해 균열 시작점인 Laves를 최소화와 동

시에 γ" 고갈지역을 통해 micro-plastic zone을 확장시켜 균열

전파를 최대한 억제하는 것이 새로운 용접후열처리의 목적이다.

새로운 용접 후열처리를 적용한 결과, 전자빔 용접부의 극저온

충격인성이 모재보다 1.7배 향상되었다. 미세구조를 비교해본 결

과, 기존의 용접 후열처리들의 용접부에서 관찰되던 조대화 된

Laves는 용해되어 사라지고 관찰되는 대부분의 particle들은

NbC로 분석되었다. 또한 GCP상인 NbC는 균열시작점으로 작

용하지 않기 때문에 새로운 용접 후열처리의 극저온 충격인성이

향상된 것으로 판단된다. 이런 결과를 바탕으로, 본 연구에서는

극저온 기계적 특성을 향상을 위한 최적의 IN 718 주조합금

전자빔 용접부 미세구조에 대해 고찰하고자 한다.

[P7-6]

Zr-Ti계 비정질 삽입재에 의해 브레이징 접합된 Ti-6Al-4V 접합

부의 미세조직 및 기계적 특성: *소윤지, 이준혁, 이진규; 공주대

학교 신소재공학부.Keywords: Zr-Ti, Ti-6Al-4V, Rapid solidification, Brazing, Filler

metal

Ti-6Al-4V 합금은 높은 비강도 및 내식성, 내열성 등의 특성

으로 의료, 우주, 항공, 화학, 해양산업 등 여러 분야에서 활용

도가 높아 지고 있으며, 합금의 β-변태 이상의 접합온도에서 수

행 되었을 시, 모재의 치수변형 및 강도가 저하 될 수 있는

단점을 가져 올 수 있어 상변태 온도보다 낮은 온도에서 접합

이 가능한 삽입재의 개발이 요구되고 있다. 비정질 합금은 급속

응고법에 의하여 얇은 리본 형태로 용이하게 제조될 수 있으며,

균일한 화학 조성 및 가공성(workability)이 우수하여 삽입재로

사용하고자 하는 연구가 진행 중에 있다. 또한 낮은 융점, 좁은

용융구간과 균일한 접합부를 가질 수 있다. 본 연구에서는

Zr,Ti을 기본 조성으로 사용하였으며 융점의 저하를 위해 Ni,

Cu, Co를 첨가하여 melt-spinning을 사용하여 비정질 삽입재를

리본의 형태로 제조하였다. 시차열분석기(DTA)를 이용하여 삽입

재의 고상온도(TS)와 액상온도(TL)을 분석하였으며, 제조된 삽

입재를 이용하여 Ti-6Al-4V 합금을 진공 브레이징법으로 접합

하였다. 접합부의 미세조직 및 상분석을 위하여 주사전자현미경

(SEM) 및 전자탐침 미량분석(EPMA)을 행하였으며, 인장시험

(tensile test)을 통해 접합부의 기계적 특성을 확인하였다.

[P7-7]

Cu 함량에 따른 Ag-CdO/Ag-Cu 접점재료의 미세조직 및 특성:

*민홍, 송재영1, 이진규; 공주대학교 신소재공학부. 1(주) 신생금속공업.Keywords: Contact point, Multi-layer, MPC, Brazing, Ag-Cu,

Ag-CdO

전기 접점 재료는 전기회로의 접촉 또는 개폐의 접촉 부분에

해당하는 소재로 사용되고 있다. 현재 국내·외에서 상용화 되고

있는 접점재료는 금속산화물(Metal Oxide, MO)계로 Ag-CdO/

Ag를 구조로 하는 Two-layer가 대표적이며, 구리단자에 부착하

는 추가 브레이징 공정이 필요하다. 최근에 연구되고 있는

Multi-layer 접점재료의 경우, Ag-CdO/Ag의 구조에서 B-CuP를

추가한 Ag-CdO/Ag/B-CuP 구조이다. 이 공정은 추가 Brazing

공정에 대한 해결과 더불어 용접재 절감으로 인한 비용 절감

효과를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 Ag

사용량 저감을 위해 Ag-CdO와 B-CuP의 중간층을 이루는 Ag

더미층의 일부를 Cu로 치환한 후, Ag-Cu를 MPC (Magnetic

Pulsed Compaction)를 이용하여 Disc 형태로 제작하였다. Ag-

Cd와 Ag-Cu를 브레이징 접합 후 Ag-CdO 형성을 위해 고온산

화 공정을 진행하였다. 제조된 Ag-CdO/Ag-Cu 접점재료의 계면

미세조직 및 상분석을 위하여 주사전자현미경(SEM)을 이용하였

으며, 공정변수에 따른 산화 전·후의 계면 미세조직을 관찰하였

다. 그리고 비커스 경도계를 이용하여 기계적 특성과 전기전도도

측정장비를 이용하여 전기적 특성을 평가하였다.

[P7-8]

하나로핵연료 봉단마개의 전자빔 용접 최적조건에 관한 연구: *소

원재, 이윤상, 이돈배, 김수성; 한국원자력연구원.

244

Keywords: Electorn beam welding, Aluminum 1060, End plug,

Weld defect

한국원자력연구원에서는 다목적 연구용 원자로인 “하나로”의

구동연료인 우라늄 실리사이드 분말 핵연료 집합체를 자체 생산

하고 있다. 하나로 핵연료는 원자로에서 조사된 핵연료의 누출

을 방지하기 위하여 알루미늄 피복층과 연료봉 양 끝 단의 봉

단마개를 용접하여 완전히 밀봉하는 공정을 거치게 된다. 이 용

접은 매우 얇은 두께의 순수 알루미늄간의 용접이므로 일반적인

용접 방법이 아닌 비드폭이 좁으면서도 깊은 용입 특성을 가진

전자빔 용접(Electron beam welding)을 사용한다. 이 때, 가속

전압, 용접전류, 용접속도 등의 용접 변수 가운데 용접전류

(18 mA~23 mA)에 따른 기공의 크기 및 개수를 Real Time

X-ray Radiography 를 이용하여 파악하고 단면 절단검사를 통

하여 용입 깊이 및 형상을 확인하여 하나로 핵연료 봉단마개의

최적 용접 조건에 관하여 연구하고자 한다.

[P7-9]

품질 자동판단용 휴대용 점용접 초음파검사장비 개발: *김용, 권

성근1, 박창림2; 고등기술연구원. 1경일대학교. 2(주)웰탑테크노스.Keywords: Ultrasonic testing, Spot welding, Mobile type,

Automation

현재 자동차 생산라인에서 적용되는 용접부 검사는 외관검사

와 샘플 채취 후 드라이버 체크를 통한 검사가 주를 이루어

검사방식의 개선이 필요한 상황에 있다. 이에 따라 최근 초음파

검사장비에 품질판단 알고리즘을 적용하여 점용접부 품질 판단

을 자동으로 진행하는 장비의 도입이 개발되어 일부 차체 현장

에 적용되고 있으나, 이는 전적으로 해외 기술에 의존하는 실정

이다. 따라서 본 연구에서는 전용 품질판단 알고리즘 적용을 통

해 용접불량의 자동판단이 가능할 뿐만 아니라, 무선 통신을 통

한 모바일 기반으로 검사 및 품질관리가 간편하면서도 저가의

가격으로 현장 적용이 용이한 국산 초음파 검사시스템을 시작품

으로 개발하였다. 본 기기는 6가지 점용접의 대표적인 품질에

대해 자동으로 품질판단 기능을 가지고 검사자의 검사기량에 의

존하지 않고 사용이 가능한 장비이며, 기존 장비와의 성능비교

측면에서 90% 이상의 정확도를 나타내었다. 최종적인 기술적

보완을 통해 현재의 성능을 점검하고 향후 보완사항에 대해 정

리하였다.

[P7-10]

Zr계 및 Ti계 필러메탈을 이용하여 진공브레이징된 CP-Ti 및

Ti6Al4V의 계면 및 접합특성: *김동주, 이지운, 최현진, 정택균, 주

대헌1, 조동철1, 김용수1, 현승균; 인하대학교 신소재공학부. 1(주)에

코에프엠.Keywords: Amorphous alloy, Brazing, Ti alloys, Bonding

Characteristics, Joint strength

티타늄은 높은 비강도, 우수한 내부식성 및 생체적합성 등의

특성으로 인하여 항공우주, 자동차, 전자부품, 의료 분야 등에서

널리 활용되고 있다. 그러나 원소재의 높은 가격과 접합기술이

어려워 여전히 자양한 산업으로의 적용에 어려움을 겪고 있다.

티타늄의 접합에 있어서는 다양한 기술이 개발되었으나, 높은

온도에서의 산소와의 반응 및 기계적 특성의 손실로 인하여 최

근에는 진공 브레이징에 대한 관심이 각광을 받고 있으며, 이를

위한 다양한 필러소재의 개발이 이루어지고 있다. 본 구에서는

세 가지의 필러메탈을 순티타늄과 티타늄 합금(Ti06Al-4V)에

적용하여 브레이징성과 접합강도 및 계면특성을 조사하였다.

필러메탈은 융점이 다른 지르코늄계 2종과 티타늄계 1종을

(주)ECO FM에서 제공받았다. 진공브레이징은 진공도 5.0 × 10-5

torr의 분위기에서 필러메탈의 융점보다 약 50oC 이상, 모재의

β천이온도 이하로 10oC/min로 가열한 후 선정온도에서 3 MPa

의 압력으로 5분 동안 가압하였다. 이와 함께 삽입금속의 젖음

성을 분석 하고자 접합온도에서 5분 유지 후 노냉하여 접촉각

을 측정하였다. 젖음성은 모든 필러재에 대하여 우수한 젖음성

이 확인되었으며, 각 브레이징 조건에 따라 다양한 계면조직을

나타내었다. 접합강도는 모든 필러재에 대하여 순티타늄은 모재

파단이 발생하였으나, 브레이징온도가 높을수록 접합부에서의

Bulging 및 모재의 강도저하가 확인되었다. 반면에 티타늄합금

(Ti-6Al-4V)의 경우 지르코늄계 필러재는 항복점 이하에서 계면

파괴가 발생한 반면, 티타늄계 필러재는 모재에서 파단이 발생

하였으다. 특히, 티타늄계 필러재의 경우 모재의 강도저하 없이

항복강도가 900 MPa 이상 우수한 기계적 특성을 유지할 수 있

었다.

[P7-11]

회주철 아크용접부 금속조직의 특성에 관한 연구: *정호신, 오창

수1, 방국수2, 박찬; 부경대학교 공과대학 재료공학과. 1부경대학교

대학원 재료공학과. 2부경대학교 공과대학 재료시스템공학과.Keywords: Gray cast iron, Shielded metal arc welding, TIG

welding, Preheating

회주철은 소재의 특성상 연성 및 변형능이 매우 낮고, 그에

따라 열충격에 매우 취약하여 용융용접하기 매우 어려운 소재이

다. 그러나 회주철을 용접하거나 국부적으로 보수 용접하여야

하는 경우가 많지만 높은 온도로 예열하거나 특수한 처리를 하

여야 하는 등 매우 번거로운 방법을 사용하여야 용접할 수 있

다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 가능한 한 입열량을

줄이고 또 예열하지 않고도 용접이 가능한 용접조건을 찾아내는

것이 본 연구의 주 목표이다. 이에 따라 용접입열량에 영향을

미치는 용접 전류, 용접속도 등을 변수로 하고, 각 용접조건별

로 그에 따라 얻어지는 용접부의 현미경조직을 가장 바람직한

형태로 제어하기 위한 조건을 정립하여 회주철 용접부의 균열

발생을 방지하거나 최소화할 수 있는 적정 용접조건을 정립하고

자 하였다. 특히 TIG 용접방법을 적용하고, 또한 열충격을 최

소화하기 위하여 오스테나이트계 스테인리스나 니켈 소재로 미

리 클래딩한 후 용접하는 등의 예비처리가 용접부의 물성에 미

치는 영향에 대해서도 검토하였다. 또한 용접부 균열 발생의 가

장 큰 원인이 되는 레데브라이트조직 생성을 억제할 수 있는

최적의 용접조건을 정립하여 회주철을 용융용접할 수 있는 조건

을 정립하였다.

[P7-12]

자동차 차체 용접을 위한 아연도금강판 특성 연구: *이순재, 정

도현, 최두열1, 정재필; 서울시립대학교 신소재공학과. 1POSCO 글

로벌 R&D센터.Keywords: Brzaing, Galvanized steel, Brazing speed, Fume

아연도금강판은 주로 자동차 외판 부품(roof, C-fillar, Trunk

lid 등)에 사용되며 내식성과 도장성이 우수하다. 아연도금강판은

크게 GI(Hot-dip Galvanized Steel Sheets), GA(Galva-annealed

Steel sheets), EG(Electro-Galvanized Steel Sheets) 세가지로

나뉘는데, GI와 GA는 용융도금을 이용하여 강판에 아연을 도

금하고 EG는 전기도금을 통하여 아연을 도금한다. 용융도금을

이용한 GI와 GA는 합금화 공정의 유무에 따라 GI와 GA로

245

구분하게 된다. 본 연구에서는 아연도금강판별 브레이징 특성을

연구하여 설비 시설 및 원가와 제품의 우수성을 비교할 수 있

도록 하였다. 실험은 시편의 크기를 80 × 100 mm인 시편을 오

버랩 기법을 이용하여 브레이징 하였고 오버랩 길이는 10 mm

로 하였다. 실험의 변수로 브레이징 속도를 80 cm/min에서 전

류를 50-80 A로 변화하며 진행하였고, 전류 70 A에서 브레이징

속도를 60-90 cm/min으로 변화하면서 진행하였다. 또한 브레이

징시 강판별 흄의 양을 측정하기 위하여 브레이징 전류를 70 A

로 고정하고 31 s동안 브레이징 한 후 흄의 양을 측정하였다.

모재의 손상과 브레이징 모양을 분석하여 최적의 브레이징 속도

와 전류를 선정하였고 흄의 양은 GI, GA, EG 순으로 많은

것으로 나타났다.

[P7-13]

핵연료 피복관 재료인 HT9의 봉단용접의 미세조직 및 기계적 성

질: *류이슬, 김기환1, 국승우1, 이정원1, 홍순익; 충남대학교 공대

신소재공학과 에너지기능재료실험실. 1한국원자력연구원 차세대핵연

료기술개발부.Keywords: HT9, Laser welding, TIG welding, Post-weld heat

treatment

현재 한국원자력연구원에서는 2018년에 사용될 소듐냉각고속

로의 핵연료 연료봉 소재로써 우수한 중성자조사 저항성을 갖는

고 크롬 페라이트/마르텐사이트 강인 HT9강을 고려하고 있다.

따라서 HT9강을 피복관 재료로 사용하여 연료봉 봉단용접 후,

열처리 후 미세조직을 비교/분석하였다. 본 연구에서는 HT9강

의 열처리 조건에 따른 미세조직 변화를 비교/분석하고, 레이저.

Tig 용접 전후 상변화 및 기계적 특성을 알아보았다. 시편의

열처리 조건에 따른 구조 및 변화의 차이를 SEM, TEM을 이

용하여 관찰하였고, 상변화를 확인하기 위하여 XRD를 사용하

였고, 기계적 특성을 비교하기 위해서 비커스경도기를 사용하여

관찰하였다.

[P7-14]

대입열용 HSA 500 강재개발 및 대입열 SAW 용접부/열영향부

특성분석: *김성진, 안태홍, 한일욱; (주)POSCO.Keywords: High heat input, SAW, CGHAZ, HAS 500

대입열 건축구조용 강재(High-strength rolled steel for

architecture (HAS) 500)는 인장강도 500 MPa 급의 기존 개

발강재 대비 용접입열량을 3배 정도로 높이더라도 용접열영향부

의 우수한 강도 및 충격인성이 보증되도록 설계된 것으로, 용접

시간을 현저히 감소할 수 있어 용접 시, 높은 생산성을 보증토

록 한다. 이는 중질소 첨가로 조직 내 미세 TiN이 고르게 형

성되어 분포함에 따라 결정립 미세화와 열영향부의 조대결정립

영역(Coarse-grained heat affected zone)의 면적 감소에 따른

결과이다. 본 연구에서는 기존 상용재(SM490B)와 중질소

Concept으로 개발된 대입열용 강재(HSA 500)를 대상으로 각

각 Submerged arc welding(SAW)의 용접 Process를 적용하

되, 200 kJ/cm의 대입열 용접조건 하에서 용접부/열영향부의

미세조직 변화를 분석하고, 강도 및 충격인성 등의 물성변화를

고찰하고자 한다.

Memo

246

[P8-1]

Microstructure and Mechanical Properties of Bio-inspired

BMG Composites: *Je In Lee, Eunsoo Park, Amy Wat1, Robert

O. Ritchie1; Department of Materials Science Seoul National

University. 1University of California Berkeley.

Keywords: Bio-inspired materials, Ceramic brick, BMG mortar,

Reactive infiltration, Mechanical properties

조개, 뼈와 같은 생체 구조재료의 고강도, 고인성 특성이 재

료 내 연질, 경질의 서로 다른 상들이 이루는 복잡한 3차원 구

조에 기인하는 것으로 알려지면서, 이들의 구조를 모방하여 우

수한 기계적 특성을 갖는 신소재를 개발하기 위한 연구가 최근

활발하게 이루어지고 있다. 특히 최근에는 물과 같은 용매의 방

향성 응고를 통해 다공성의 폼을 제작하는 프리즈 캐스팅 공법

을 이용하여 조개껍질과 같은 층상구조의 금속, 세라믹 다공체

를 만드는 방법이 각광을 받고 있다. 이 방법을 통해 제조된

고분자/세라믹 복합재료의 경우 그 독특한 미세구조에 근거하여

단일 고분자, 세라믹 재료에 비해 월등하게 좋은 기계적 특성이

나타나는 것으로 확인되었으며, 최근에는 이를 바탕으로 고분자

재료를 금속으로 대체하여 고온의 환경에서도 우수한 기계적 특

성을 보이는 생체모방형 재료의 개발에 대한 화두가 새롭게 던

져진 바 있다. 본 연구에서는 벌크 비정질 합금을 프리즈 캐스

팅 공법을 통해 제조된 세라믹 다공체에 침투시켜 생체모방형

금속/세라믹 복합재료를 제조하였다. 침투 공정의 조절을 통한

금속/세라믹 계면 제어 및 프리즈 캐스팅 공정의 조절을 통한

세라믹 2상 구조 제어를 통해 다양한 조합의 미세조직을 갖는

복합재료를 제조하였으며, 압축 시험, 삼점 굽힘 시험 및 파괴

인성 측정 시험을 통해 미세조직 변화에 따른 복합재료의 기계

적 특성의 변화를 체계적으로 고찰하였다. 본 연구를 통해 고

강도, 고인성의 우수한 기계적 특성을 갖는 금속/세라믹 복합

재료 생체모방형 재료의 개발에 대한 가이드라인을 제시하고자

하였다.

[P8-2]

금속 인터레이어를 통한 탄화규소 세라믹스의 저가압식 접합: 정

양일, *김선한, 박정환, 김현길, 김원주; 한국원자력연구소 핵연료피

복관신소재개발.Keywords: TiSi2, Ti3SiC2, SiC

고온 구조용 소재로 개발되어 왔던 고전 세라믹스인 탄화규

소(SiC)가 최근 원자력 분야를 중심으로 고온 내산화성 후보

소재로 다시 주목받고 있다. 본 연구는 SiC 소재의 접합기술에

대한 것으로 SiC 접합기술은 세라믹 기반 원전 소재가 상용화

되기 되기 위해서 반드시 확보해야 하는 분야이다. 통상적인

SiC 접합에는 다양한 방법이 보고되고 있으나, 경수로 환경에는

양립할 수 없는 기술이 대부분이다. 본 연구에서는 Ti 소재의

금속 인터레이어를 활용하여 SiC 소재와 확산반응 및 반응생성

물에 의한 확산접합을 수행하였다. 또한 확산반응을 활성화하여

접합강도를 높일 목적으로 Si 코팅이 추가적으로 이루어졌다.

접합공정은 일축 가압에 의한 접합을 실시하였으나, 접합 하중

은 약 0.1 MPa 수준으로 낮게 제어하여 세장형 튜브에 적용

할 수 있도록 하였다. 접합 강도는 비틀림 실험을 통하여 5

MPa에서 20 MPa로 얻어졌으며, 미세조직 분석을 통하여 TiSi2Ti3SiC2 등의 계면상이 형성되었음을 확인하였다.

[P8-3]

다층 금속판재의 열전도 특성에 미치는 단층 금속판재의 영향:

*김종구, 김동용, 한병동1, 조영래; 부산대학교. 1재료연구소.Keywords: Clad metal, Thermal conductivity, Thermal diffusivity,

Specific heat, Light flash analysis

고휘도 LED, 고집적 CPU, 전력 반도체 등 각종 전자기기들

이 소형화, 집적화, 고성능화 됨에 따라 전자부품에서 발생하는

높은 발열이 문제가 되고 있다. 발생된 열을 효과적으로 방출시

킴으로써 전자부품의 특성, 수명 및 신뢰성을 높일 수 있는 미

래형 열관리 복합소재의 개발이 필요하다. 또한, 재료의 열전도

도는 조성, 밀도, 불순물, 계면 등에 민감하게 영향을 받기 때

문에 새로운 방열소재의 개발에는 많은 어려움이 있다. 복합재

료, 박막재료 및 후막재료의 열적특성은 벌크재료(bulk materials)

의 특성과 큰 차이를 나타낸다. 후막재료와 박막재료에 대해 신

뢰성 있게 열전도도를 측정하는 것은 중요하다. 따라서, 복합소

재의 열전도도 예측모델을 제안하여 측정 및 평가기술을 개발하

고자 한다. 복합소재의 열전도도 측정에 앞서 다층 금속소재의

열전도도가 혼합법칙을 적용시켜 단층소재의 물성을 이용해서

계산될 수 있는지에 대한 연구를 수행하였다. 단층 금속소재와

다층 금속소재(클래드재)의 열전도도를 측정하였고, 혼합법칙으로

계산한 값과 비교하였다. 시편의 금속소재로는 STS304, STS439,

Al1050, Al1060가 사용되었다. 열전도도의 측정을 위해 비열,

열확산도, 밀도를 각각 측정하였다. 열확산도는 light flash

analysis (LFA)를 사용해 25°C의 N2 분위기에서 측정 하였

다. 비열은 differential scanning calorimetry (DSC)를 사용

해 0~200°C 범위를 승온속도 10°C/min으로 N2 분위기에서

측정하였다. 밀도는 아르키메데스법을 이용하여 측정하였다. 단

층소재의 경우 측정된 열전도도와 계산된 열전도도가 거의 일치

했다. 반면, 다층소재의 열전도도는 측정된 값이 계산된 열전도

도에 비해 크게 낮은 것을 나타냈다. 본 연구의 결과로, 계면

(interface)의 존재는 열전도도의 감소에 크게 영향을 주는 것을

알 수 있었다. 계면의 물리적 특성이 열전도도의 변화에 어떻게

영향을 미치는지에 대한 결과를 발표하고자 한다. 본 연구의 결

과는 향후 고성능 복합소재의 열적특성 예측에 유용하게 활용될

것으로 보인다.

[P8-4]

304 스테인리스-탄소나노튜브 복합체의 제조 및 고온특성평가: 조

효행, 임상엽1, 진형하1, 권준현, *신찬선; 명지대학교 신소재공학과. 1

한국원자력연구원 원자력재료기술개발단.Keywords: Metal-matrix composites(MMCs), Powder processing,

High temperature mechanical properties

탄소나노튜브는 높은 강도 대 중량비(strength-to-weight ratio)

와 함께 우수한 기계적 특성과 물리적 특성(전기전도도, 열전도

율 등)을 가지고 있다. 이러한 탄소나노튜브를 강화재로 한 탄

소나노튜브/금속 나노복합재료의 개발을 위한 연구가 전 세계적

으로 활발히 수행되고 있다. 이를 통해 최근 탄소나노튜브가 균

질 분산되고 금속과 강한 계면 결합을 이루는 구리, 알루미늄,

니켈, 코발트 등의 순금속/탄소나노튜브 나노복합소재의 제조가

가능하게 되었다. 개발된 재료를 구조용 소재, 전자파차폐 소재,

수소저장 소재, 연료전지 전극소재 등으로 응용 분야를 확대하

기 위한 특성평가와 특성규명 연구가 필요하며, 관련연구가 활

P8 : 복합재료Room 전시장, 10월 29일

247

발히 진행 중이다. 하지만 상온이 아닌 고온에서의 탄소나노튜

브 강화 소재의 기계적 특성에 대한 연구는 극히 제한적이다.

이 연구에서는 304 스테인리스-탄소나노튜브 복합체는 304 스

테인리스 분말에 3% 탄소나노튜브를 기계적합금화 방법을 이용

하여 분말을 만든 후, 방전플라즈마소결법(SPS)과 열간압축법

(HP)를 이용하여 벌크소재를 제조하였다. 분말과 복합체의 미세

구조는 광학현미경(OM), 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경

(TEM)으로 관찰하였다. 나노압입시험, 마이크로원기둥압축시험,

소형인장시험을 이용하여 복합체의 상온에서 250도까지의 기계

적 물성을 측정하였다. 304 스테인리스-탄소나노튜브 복합체의

온도에 따른 항복강도와 최대인장강도 및 연신율의 변화를 정량

적으로 평가하였다. 이 연구 결과로부터 탄소나노튜브/금속 나노

복합재료에 분산된 탄소나노튜브의 고온에서의 구조적 안정성과

복합재의 최대 사용가능 온도에 대해 논한다.

[P8-5]

용탕가압침투법으로 제조한 하이브리드 CNT+SiCsf/AS52 Mg 복

합재료의 마모특성: *이병우, 조대현, 남지훈, 박익민; 부산대학교.Keywords: Metal matrix composites (MMCs), Carbon nanotube

(CNT), Wear properties

자동차 중량의 약 10%를 점유하는 자동차 파워트레인부품의

경량화와 파워트레인 부품의 약 15% 중량을 점유하는 실린더

블록의 경량화는 자동차 연비향상의 유력한 해결방안으로 제시

되고 있다. 자동차 파워트레인 실린더 블럭 보어 소재는 고온에

서 지속적인 마모와 응력을 받는 가혹한 작동환경에 놓여있어

높은 내마모성과 내응착 마모성 그리고 압축 및 인장 등의 특

성이 요구되며 경량화 추세에 따라 Al 및 Mg 합금이 실린더

보어 소재로 적용되기 시작하고 있다. 그러나 경량 Mg 합금의

경우, 단일소재로는 이러한 특성을 발현 하기에 한계가 있으므

로 강화재를 첨가하여 내마모성과 내열성 등을 가지게 하는 금

속복합재료의 개발 적용이 기대 되고 있다. 탄소나노튜브

(carbon nanotube: CNT)는 기존에 강화재와 비교하여 뛰어난

강도 및 열적특성을 가지는 차세대 복합재료 강화재로 주목받고

있으나 제조 시 CNT 응집현상으로 인한 CNT의 특성이 저하

되는 문제가 지적되고 있다. 따라서 CNT 특성을 충분히 발현

하기 위한 제조 공정 연구가 필요하다. 용탕가압침투공정

(squeeze infiltration)은 분말야금 공정에 비해 near-net-shape

으로 대량 생산할 수 있는 장점을 가져 자동차 부품 용 CNT

강화 금속복합재료 제조공정으로 검토 되고 있다. 본 연구에서

는 자동차 실린더 보어용 Mg MMC를 개발하기 위한 연구로

서 용탕가압침투공정을 응용하여 하이브리드 CNT+SiCsf 복합재

료를 제조하여 마모특성을 평가하였다. CNT간의 응집현상을 해

소하기 위한 방안으로 균일 분산된 하이브리드 예비성형체 제조

하여, SF6+CO2 분위기하에서 fluxless 용해법으로 용해한 Mg

용탕을 예열된 금형에서 가압침투시켜 하이브리드 CNT+SiCsf/

AS52 Mg 복합재료를 제조하였다. 기지 재료는 열적으로 안정

한 Mg2Si 상이 형성되는 AS계(Mg-Al-Si) 내열 Mg 합금을

사용하였다. 제조된 하이브리드 CNT+SiCsf/AS52 Mg 복합재료

의 마모율, 마찰계수를 측정하고 투과전자현미경(TEM), 3D

confocal laser microscopy와 Raman spectroscopy 분석을 통

하여 마모면을 관찰하여 CNT 부피분율에 따른 마모특성을 검

토하였다.

[P8-6]

A Biomimetic Nanocomposite from Self-Assembled Chitin

Nanofibers and Silk Fibroin Matrix: *진정호; 울산대학교.Keywords: Chitin nanofibers, Silk fibroin protein, Self-assembly,

Biomimetic, Nanocomposite

Natural structural materials such as bone, tooth, wood,

arthropod cuticle, crustacean exoskeleton, and mollusk shell are

inspiration for sustainable structural composites. In these

materials, the intimate assembly of components into a complex

hierarchical structure results in outstanding mechanical

properties coupled with low weight. Examples include the

toughness of nacre, the hardness of the chiton tooth, and the

tensile strength of the Stomatopod Dactyl shrimp club. These

materials have in common a biomineralized organic phase with

exceptional fracture toughness based on chitin nanofibers often

embedded in a silk-like protein matrix. Despite these desirable

properties, artificial bio-inspired composites based on chitin

nanofibers have been difficult to produce due to chitin’s

insolubility in most organic solvents. Here, we introduce a

biomimetic composite from the solution co-assembly of self-

assembled ultrafine (3 nm) chitin nanofibers in a silk matrix. This

lightweight biomimetic composite has excellent mechanical

properties and is even stiffer than chitin, the stiffest component.

These properties derive from chitin-silk hydrogen bonding that is

created during the co-assembly process. With the ease of solution

processing, natural abundance of the material constituents, and

biodegradability, this chitin-silk biocomposite may find

applications in naturally-derived plastics as well as biomedical

devices.

[P8-7]

A Study on the Tensile Fracture Behaviors and Strengthening

Mechanisms of a Novel Infiltrated TiC-steel Composite:

*오누리, 황금철1, 이상관2, 홍현욱*; 창원대학교. 1대화알로이테크.2재료연구소 복합재료연구본부.Keywords: Composite, Orientation relationship, Infiltration,

Fracture behavior, Tensile test

재료의 비강도를 증가시키기 위한 효과적인 방법 중 하나로

다량의 세라믹 입자를 금속 기지로 분산시켜 우수한 효과를 얻

을 수 있는 금속복합소재가 있다. 대부분의 금속복합소재는 분

말야금공정으로 제조되고 있지만 복잡한 공정과정, 난삭재 가공

으로 인한 고비용과 제품 형상 및 크기 한계 등 여러 문제점

을 동반하는 것으로 알려져 있다. 따라서 고체적률, 대형화가

실현 가능하며 near-net 형상으로 인한 가공비용 절감 등 큰

장점을 지니는 용융가압함침공정으로 제작된 금속복합재의 인장

파괴 특성 및 강화기구에 대하여 고찰하였다. 두 공정으로 제작

된 금속복합재를 미세구조적 관점에서 분석한 결과, 분말야금재

와 용융가압함침재의 분율이 각각 45%, 64%임을 확인하였고

용융가압함침재가 상대적으로 균일한 강화재 분포를 보였다. 또

한, 주사전사현미경을 사용하여 TiC-TiC 사이에서 Cr-carbide

bridging의 형성과 TiC-matrix 계면이 [-111]SKD11//[001]TiC, (1-

12)SKD11//(220)TiC 및 [012]SKD11//[110]TiC, (200)SKD11//(-224)TiC

의 방향 관계를 가지는 semi-coherent nature를 이루어 우수한

계면 강도를 보이는 것을 확인하였다. 25oC 및 700oC 인장 시

험을 실시하였고, 비강화재와 비교하여 항복강도가 각각 18.6%,

180% 증가하였다. 이러한 결과로부터 25oC에서 Modified

shear-lag model이 적용되지만, 700oC에서는 Modified shear-

248

lag model과 더불어 TiC-matrix 간 큰 열팽창계수 차이에 의

해 야기된 전위밀도 증가가 항복강도 향상에 기인함을 확인하였

다. 추가적으로 NaCl과 같은 결정구조를 가지는 TiC의 100,

110, 111면들 사이의 Ti-C 결합수가 각각 1개, 2개, 3개로

100면을 따라 벽계파단이 일어날 가능성이 높다고 판단되었

고, 파단된 TiC 입자의 벽계면를 고찰하고자 후방산란전자회절

(EBSD)을 사용하여 TiC가 우선적으로 100면에서 벽계파단

(cleavage fracture)되어 균열이 기지로 전파되어 파괴되는 양상

을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는, 함침처리된 TiC-steel 복

합재의 미세조직 및 인장시험 온도에 따른 인장파괴거동과 강화

기구에 대해서 토론하고자 한다.

[P8-8]

성형 및 소결 압력에 따른 Ti3SiC2 제조거동: *김선한, 정양일,

김현길, 박동준, 박정환, 박정용, 구양현; 한국원자력연구소 핵연료

피복관신소재개발.Keywords: Ti3SiC2, Reaction-bond, SiC, Ti

기존 경수로용 핵연료 피복관은 지르코늄 기반의 핵연료 피

복관이다. 후쿠시마 사고 이후 고온내산화성과 변형저항성이 우

수한 사고저항성 강화 핵연료 피복관을 개발이 요구되고 있고

이에 따라 많은 연구가 진행되고 있다. 사고저항성 강화 핵연료

피복관의 가장 중요한 기술은 고온 산화저항성이 크게 향상됨과

동시에 변형이 억제되어야 한다는 것이다. 이러한 문제를 해결

하기 위한 기술적 접근방법으로는 우수한 소재의 개발 또는 기

존 소재의 융복합기술로 요약되고 있다. 융복합기술의 하나인

내부에 세라믹 라이너를 가지는 금속/세라믹 복합구조의 피복관

의 경우 내부의 세라믹을 Ti와 SiC를 반응결합하여 만들어지는

Ti3SiC2 상을 사용하여 제조된다. 세라믹을 Ti3SiC2 상을 사용함

으로써 기존의 SiC가 갖고 있는 낮은 인성과, 취성 및 낮은

가공성에 대한 부분을 해결할 수 있다. 본 연구에서는 Ti3SiC2

을 제조 시 성형 및 소결 압력에 따른 차이에 대해 알아보았

다. Ti 분말과 SiC 분말의 비는 3:2로 하였고, 1450oC에서

2시간 가열하였으며 성형 또는 소결 압력에 변화를 주어 실험

하였다. 완성된 시편을 SEM를 이용하여 관찰 후 XRD,

EBSD 등의 성분 분석을 실시하였다.

[P8-9]

Pt 코팅을 이용한 고분자 멤브레인 이온이송 제어연구: 정선아, 이

성웅, 윤현정, 윤재성, 유영은1, *김정환; 한국기계연구원(KIMM).1과학기술연합대학원대학교.Keywords: Platine, PTFE membrane, Electrically active filtration,

Evaporation

현재 다기능성 고분자 멤브레인 소재에 관한 연구가 전 세계

적으로 활발히 수행되고 있다. 그 중에서도 특히 해수담수화나

특정 이온추출, 혈액 순환 암세포(CTC, Circulating Tumor

Cell) 검사 등과 같이 에너지 산업, 의학 산업에서의 적용으로

다기능성 고분자 멤브레인에 대한 수요가 더욱 급증하고 있다.

그 중 고분자PTFE멤브레인은 우수한 내화학성 및 내마모성으로

수처리 장치 등에 활용되고 있다. 하지만 PTFE 소재는 고분자

물질이기에 금속과 비교하여 강도와 열에 약하며, 또한 부도체

이기 때문에 전기적 능동여과(Electrically active filtration)를

하기에는 부적합하다. 따라서 본 연구에서는 PTFE멤브레인에

금속 박막 코팅을 함으로써 금속/PTFE 융합 멤브레인을 제

작하여 전기를 이용한 특정 이온 이송제어기능을 연구하고자

한다.

[P8-10]

Al-GFRP 복합소재의 사용 수명 예측: *임옥동, 강남수, 홍수빈, 강

창우, 공영식; (주)오토젠.Keywords: Thermal accelation, Fatigue, Al-GFRP

세계적으로 연비, 환경 규제가 강화됨에 따라, 자동차 업계에

서는 차체 경량화 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 시장

환경 변화에 따라 본 연구는 Aluminum과 GFRP를 조합한 복

합소재를 개발하여 경량 차체 부품을 적용하고자 하였다.

Aluminum-GFRP 복합소재는 우수한 열차폐 능력을 바탕으로,

철강 대비 50% 이상 경량화가 가능하므로 차체 제품의 적용성

이 우수하다. 그러나 제품에 고분자 소재가 적용되므로 내열성

과 사용수명에 대해서는 참고 가능한 Data가 부족한 실정이다.

이를 극복하고자 복합소재의 사용 수명을 예측하고자 하였다.

수명 예측을 위하여 열피로 가속 실험 시스템을 개발하고, 실차

환경을 측정하였다. 측정된 Data를 기반으로 실차 운행 조건과

가속 피로 조건을 설정하고, 동일한 조건의 Aluminum-GFRP

복합소재에 대하여 각각 실험을 수행하였다. 이후 두 실험 결과

를 분석함으로써 복합소재의 사용수명을 예측하였다.

[P8-11]

Steel과 열가소성수지 복합재료의 접합거동 관찰: *임옥동, 공영식,

강남수, 홍수빈, 강창우; (주)오토젠.Keywords: Thermoplastic, Bonding

해마다 강화되는 연비/배기가스 규제에 대응하기 위해, 자동차

업계에서는 차체 경량화 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 비

철금속과 복합소재는 경량 소재로써 각광받고 있지만, 철강과

달리 용접 조건이 까다롭기 때문에 제품 간 결합에 제약이 있

다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 고분자 Binder를 연구

하여 이종 소재 접합에 활용하고자 하였다. 고분자 Binder의

연구를 위하여 열가소성 Binder를 선정하고, Steel, 복합소재와

같은 이종 소재를 시간, 압력, 온도 조건 별로 접합하여 시험편

을 제작하였다. 이후 접합계면의 미세조직을 분석하여 공정 조

건에 따른 계면의 거동을 관찰하고, 최적의 접합 공정 조건을

확보하였다.

[P8-12]

Fabrication of Web-type SiC fiber Reinforced Copper Matrix

Composite by Electroless Copper Plating: *이기환, 한준현;

충남대학교 신소재공학과.Keywords: Electroless plating, SiC fiber, Cu, Thermal conductivity,

Thermal expansion

탄화규소(SiC)는 내구성, 고온내산화성 및 고온고강도의 소재

로 탄화규소섬유를 이용한 복합재료는 항공우주소재와 핵융합로

와 같이 특수물성이 요구되는 구조재로서 많은 관심을 받아왔

다. 특히, 전기방사법(Electro Spinning)에 의해 제조된 Web-

type의 탄화규소 섬유는 Web-type 특유의 형상으로 인해 복합

재료 제조 시 분말의 분산성과 섬유의 방향성을 동시에 가질

수 있다. 또한, 구리 기지의 탄화규소 섬유 복합재료는 높은 열

전도도, 낮은 열팽창율과 중성자 조사 안전성으로 인해 핵융합

로의 방열소재로서 많은 연구가 이루어져왔다. 따라서 본 연구

에서는 방열 소재로서 Web type의 탄화 규소 섬유를 이용하여

구리 기지의 복합재료를 제조하고자 하였다. 일반적으로 탄소섬

유강화 복합재료 제조 시 탄소섬유와 금속기지간의 낮은 젖음성

은 복합재료의 물성을 저하시키므로 본 연구에서는 무전해도금

법(Electroless Plating)을 이용하여 탄화규소섬유와 구리 기지간

249

의 낮은 젖음성을 개선하고자 하였다. 또한, 도금시간과 초음파

조사와 같은 도금 조건 조절을 통해 무전해 구리 도금층의 표

면 조도를 조절하여 최소한의 기공도를 갖는 최적의 소결 조건

을 찾고자 하였으며 열전도도와 열팽창율을 측정하여 방열소재

로서의 특성을 평가하였다.

Memo

250

[P9-1]

구상화 열처리된 고탄소강의 초기 미세조직에 따른 미끄럼 마멸

거동의 차이 분석: *허하리, 권혁우, 구본우, 김용석; 국민대학교 신

소재공학부.Keywords: Sliding wear, High carbon steel, Spheroidizing,

Tempered martensite, Wear mechanism

본 연구에서는 펄라이트와 마르텐사이트 조직을 초기 미세조

직으로 갖는 고탄소강을 구상화 열처리하고 그 미끄럼마멸 거동

의 차이를 분석하였다. 1 wt.% C 탄소강을 다른 조건으로 열

처리 하여, 펄라이트(pearlite) 조직과 마르텐사이트(martensite)

초기 조직을 얻었다. 펄라이트 조직 시편은 700oC에서 12, 24,

48, 100시간 동안 열처리하여, 마르텐사이트 조직 시편은

650oC에서 30분, 1, 3시간 동안 템퍼링 처리하여 각 조직의

시멘타이트를 구상화시켰다. 100시간의 구상화 열처리를 거친

구상화 펄라이트 조직과 3시간의 템퍼링을 거친 템퍼드 마르텐

사이트 조직은 페라이트 기지 내에 비슷한 크기와 형태의 구상

화된 시멘타이트가 존재하였다. 미끄럼마멸 시험은 pin-on-disk

시험기를 이용하여, 열처리된 1 wt.% C 탄소강 시편을 디스크

(disk)로, 상대재인 핀(pin)으로는 알루미나(Al2O3) 볼을 사용하

였다. 마멸시험은 상온 대기중에서 습도를 40 ± 2%로 유지하고,

미끄럼 거리 300 m, 적용 하중 100 N, 미끄럼 속도 0.1 m/s,

마멸 트랙 반경 9 mm의 조건으로 수행되었다. 미끄럼 마멸

시험 결과, 100시간의 구상화 열처리를 거친 구상화 펄라이트

조직이 3시간의 템퍼링을 거친 템퍼드 마르텐사이트 조직보다

상대적으로 경도가 더 낮았으나, 두 시편은 유사한 미끄럼 마멸

속도를 보였다. 초기 미세조직이 다른 두 구상화 조직 시편의

미끄럼 마멸 거동 차이(마멸기구의 차이)를 규명하기 위해, 미끄

럼 마멸 시험 후의 마멸면과 마멸단면을 SEM으로 관찰하여

마멸면에 생성된 균열의 형태와 변형층을 비교하였고, 마멸면

직하의 깊이에 따른 마멸단면 미소 경도를 측정하여 두 구상화

조직의 가공경화능의 차이를 분석하였다.

[P9-2]

드릴링 횟수에 따른 임플란트용 드릴 표면의 마모에 미치는 재료

인자 고찰: 김보라, 전나희, 황슬기, *신찬선; 명지대학교 신소재공

학과.Keywords: Implant drill, Drill wear, Surface topography,

Nanoindentation

치과용 임플란트 드릴(Drill)은 최대 20,000 rpm의 속도로

뼈를 삭제하는 데 사용되는데, 사용 기간에 따라 마모가 발생하

고 드릴의 표면 거칠기가 증가한다. 부적절한 드릴의 표면 상태

는 뼈 삭제 시 주위 뼈의 온도를 증가시키고 뼈 조직에 손상

을 주어 시술 후 임플란트와 뼈가 잘 달라붙지 못하는 결과를

초래한다. 따라서 사용 횟수에 따른 드릴의 마모를 정량화 할

필요가 있다. 이 연구에서는 마르텐사이트계 스테인리스강 소재

의 임플란트용 드릴의 마모도를 평가하기 위해 치과용 핸드피스

를 이용하여 소 늑골을 드릴링 후, 드릴링 횟수에 따른 마모정

도를 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용하여 정량화

하였다. 마르텐사이트계 스테인리스강 소재는 경도를 증가시키기

위해 진공에서 열처리를 수행하는데, 열처리 조건에 따라 표면

에 탈탄층이 형성되거나 입계에 크롬 탄화물이 형성되는 것으로

알려져 있다. 표면의 탈탄층이 형성되면 마모 저항성 뿐만 아니

라, 부식 저항성, 경도와 인장 강도 및 파괴 저항성이 감소하는

것으로 알려져 있다. 그러므로 드릴의 마모도에 영향을 미칠 수

있는 재료인자를 찾아내기 위해 드릴의 미세구조를 광학현미경

(OM), 주사전자현미경(SEM) 등으로 관찰하였고, 나노압입시험

을 통해 드릴의 표면으로부터의 나노경도의 변화를 측정하였다.

이를 통해 드릴의 열처리 시 발생하는 탈탄현상이 드릴의 마모

에 미치는 영향에 대해 고찰한다.

[P9-3]

TiAlN 코팅 금속부품의 상온 및 고온 입자침식 거동: *김규형, 백

경호; 충남대학교.Keywords: TiAlN, Solid particle eriosion, High temperature

eriosion test

TiAlN 코팅 금속부품의 상온 및 고온 입자침식 거동 발전설

비의 스팀부품들은 600°C 이상의 고온과 10-300 m/s의 고속으

로 비행하는 산화물 입자들의 충돌에 의해 심각한 침식손상을

입는다. 본 연구에서는 금속부품의 고온 침식특성을 향상시키기

위한 방안으로 후막 TiAlN 코팅층을 형성하였으며, 이에 대한

상온 및 고온에서의 고상 입자 침식 저항성을 평가하였다. 아크

증착법에 의해 제조된 TiAlN 코팅층은 Ti-layer와 TiAlN-layer

의 반복-연속적인 다층으로 이루어져 있었다. TiAlN 코팅층은

100 g 하중에서 1478 ± 153 Hv의 표면경도와 985 ± 97 Hv의

단면경도를 나타내었으며, 온도가 증가함에 따라 점차적으로 감

소하였다. TiAlN 코팅층의 높은 경도로 인하여 코팅층의 상온

및 고온에서의 입자침식 저항성은 금속모재의 것과 비교하여 크

게 향상되었다. 침식입자의 속도가 증가함에 따라 그리고 침식

시험 온도가 증가함에 따라 TiAlN 코팅층의 침식저항성은 모든

충돌각도에서 감소하는 경향을 나타내었다. 침식입자 충돌각도

45-90o에서 TiAlN-layer의 부분적인 박리와 Ti-layer의 압축변형

흔적이 관찰되었으며, 충돌각도 15-30o에서 sliding 손상이 주된

손상기구이었다.

[P9-4]

순수 알루미늄 및 알루미늄 합금 AA2024-T6의 마모거동에 대

한 연구: *정제기, 옥정중1, 유병철, 박용호; 부산대학교 재료공학

과. 1부산대학교 GCRC-SOP.Keywords: Pure aluminum, AA2024, Microstructure, Mechanical

property, Wear behavior

에너지 소비 가속화에 의한 자원고갈 문제가 사회적 이슈로

부각됨에 따라, 에너지 소비 효율화 정책 및 그와 관련된 산업

분야 규제들이 강화되고 있다. 이에 수송기기 산업 분야에서는

알루미늄 합금의 사용이 증가하는 경향을 보이고 있다. 이는 연

비향상을 위해 기존 철계부품보다 비강도 및 내식성이 우수한

알루미늄 합금으로 대체 됨에 따른 결과이며, 관련 알루미늄 합

금의 특성개선을 위한 많은 연구가 진행되고 있기 때문이다. 순

수 알루미늄의 경우, 열전도성 및 가공성이 우수하지만 낮은 강

도를 가지는 단점이 있다. 알루미늄 합금은 Cu, Mg, Mn, Si

등을 첨가한 강도개선 관련 연구들이 보고 되었다. 알루미

늄 합금은 첨가원소에 따라 1XXX계부터 7XXX계로 분류

가 되며, 그 중에 대표적인 주조용 합금인 Al-4.4Cu-1.5Mg-

0.8Mn(AA2024)는 Cu를 주요 첨가원소로 한 Al-Cu계(2xxx

series) 알루미늄 합금이다. 열처리를 통하여 강도를 향상시켜

항공기 날개부분, 자동차 차체, 기어 등 극한 마찰환경에 노출

P9 : 마찰마모Room 전시장, 10월 29일

251

된 부품에 사용되고 있다. 특히, 수송기기 내부의 동력전달부품

(스프라켓) 등에 폭 넓게 사용 되기 위해서는 마모거동에 관한

연구가 필수적이다. 현재 마모에 관한 연구가 부족한 상황이기

에, 수직하중, 선속도 등의 다양한 마모환경에서 알루미늄의 마

모거동 및 마모특성에 관한 종합적인 연구가 수행 되어야 한다.

따라서, 본 연구에서는 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금

AA2024-T6에 대하여 Ball-on-disc식 마모시험을 수행하여 선속

도 및 수직하중의 변화와 마모거동과의 상관관계를 고찰하였다.

Memo

252

[PM-1]

Ca가 첨가된 Mg-Gd-Y-Zn 계 마그네슘 압출재 합금의 부식거

동 연구: *정석환, 김용주, 공경호, 김병진, 조태희, 임현규1, 김원

태2, 김도향; 연세대학교. 1한국생산기술연구원. 2청주대학교. Keywords: Mg-Gd-Y-Zn alloy, Extrusion, Micro structure,

Corrosion behavior

마그네슘 합금은 경량화 소재로 에너지 절감을 위한 구조재

료로 응용범위가 넓다. 그러나 이러한 마그네슘 합금의 보다 폭

넓은 응용을 위해서는 내식성 향상이 요구되고 있다. 최근 Mg-

RE(Rare Earth) 합금의 경우 강도와 내식성이 우수함 보고된바

있으며, 이에 본 연구에서는 Mg-Gd-Y-Zn 합금을 바탕으로 Ca

가 첨가된 압출재를 제조하여, 염수환경(3.5 wt.% NaCl)에서

부식거동을 관찰하였다. 제조된 압출재는 압출비 10:1의 조건으

로 봉상형태로 제조하였다. 제조된 압출재는 압출온도별 조건과

후 열처리 조건에 따라 시편을 준비하여, 이에 따른 미세조직과

염수환경에서 부식거동의 상관관계를 OM, XRD, SEM을 이용

하여 관찰 하였다. 이는 마그네슘 합금의 고성능을 요구하는 구

조재료 및 부품에 적용 가능성을 넓혀 주리라 기대된다.

[PM-2]

Effect of Mn on Grain Refinement of Mg-4Zn-0.5Ca

Biodegradable Material: *조대현, 이병우, 남지훈, 조경목, 박익

민; 부산대학교.Keywords: Biomaterial, Casting, Grain ferinement, Solidification

behavior, Magnesium alloy

마그네슘은 인체 구성 필수 원소로 높은 생체적합성(bio-

compatibility)을 보이며, 기존 생체 금속 재료인 Ti alloy,

Stainless steel, Co-Cr alloy와 달리 체내 완전히 분해 흡수되

는 biodegradable metallic biomaterial로 혈관 확장용 stent 등

에 응용 되기 시작하였다. 또한 Mg은 인체 뼈(human bone)와

유사한 elastic modulus를 가져 stress shielding effect가 유발

되지 않아 orthopedic bone implant용 재료로 연구가 매우 활

발히 이루어 지고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 Mg

은 낮은 절대 강도 및 생체 내에서 취약한 부식 저항성은 극

복 해야 할 주요한 문제점으로 지적 되고, 이를 해결하는 방법

의 하나로 주조 응고 시 결정립 미세화 처리 방법이 있다. 마

그네슘 합금의 대표적인 결정립 미세화 방법으로는 superheatingmethod, the Elfinal process, carbon or Zr inoculation,

solute element addition 방법 등이 있으나 이러한 결정립 미세

화 기구의 대부분이 Mg-Al based alloy에서 국한되어 왔다.

또한 생체 재료의 경우 Al은 알츠하이머병 유발 및 뼈에 축적

되어 다량 사용이 불가능하므로 Al 화합물에 의한 Mg-Al합금

계에서 결정립 미세화는 경우 기대할 수 없다. 따라서 생체흡수

성 Mg 합금의 grain refiner원소로 적용되기 위해서는 생체 내

에서 독성을 나타내지 않는 원소만이 적용 할 수 있다. 최근

생체흡수성 Mg 합금으로는 생체적합성이 뛰어난 Zn(daily

allowance: 0.8 g), Ca(daily allowance: 0.7 g) 원소를 중심

으로 Mg-Ca, Mg-Zn, Mg-Zn-Ca alloy 등이 연구되었고

biomedical application으로 적용 되기에는 강도와 부식 특성이

충분치 못하였다. 따라서 우리는 Mg-4Zn-0.5Ca 합금을 중심으

로 기계적 특성과 부식저항성을 높이는 방안으로 Mg-4Zn-

0.5Ca-0.6X 합금(X = Sn, Si and Mn)에 대한 연구를 수행 하

였었다. 그 결과 0.6 wt% Mn을 첨가한 경우 결정립 미세화

효과가 가장 큰 것으로 나타났으며, 이로 인해 항복강도, 인장

강도와 부식특성이 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 Mn

첨가에 따른 Mg-4Zn-0.5Ca 합금의 미세화 기구를 밝히지 못

하였으며, Al-free Mg 합금 내 Mn 첨가시 발생하는 결정립

미세화 관련 연구 발표도 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는

생체 흡수성 재료용 Mg-4Zn-0.5Ca 합금 내 Mn(0, 0.4 and

0.8 wt%) 첨가에 따른 결정립 미세화 효과 현상에 대한 원인

규명을 하고자 연구를 수행하였다. 먼저 용융 상태에서 응고시

cooling curve를 측정하여 과냉 발생 및 냉각속도를 측정하였으

며, DSC 분석을 통해 각 합금별 용융 잠열 및 과냉 정도를

정량적으로 비교하였다. 또한 최종 응고부 내 용질 분포를 파악

하기 위해 FE-EPMA, SEM-EDS로 분석하여 Mn 첨가에 따

른 미세조직 및 과냉 분석을 통해 grain refinement 효과를 면

밀히 검토 고찰하였다.

[PM-3]

Al첨가에 따른 Mg-Li 초경량 합금의 미세구조 및 기계적 특성:

*정해준, 김영석, 홍성환, 이율상, 김기범*; 세종대학교 공과대학 나

노신소재공학과.Keywords: Specific strength, Mg-Li, Lightweight, Quasycrystal,

Low density

최근 석유 및 광물 자원의 고갈로 인해 에너지를 효율적으로

쓰는 방안이 이슈가 됨에 따라 항공 및 자동차 등의 산업분야

에서 경량화 합금의 개발은 필수적인 요소로 자리잡았다. 현재

까지 보고 된 Mg-Li 합금은 Mg계 합금 중에서 가장 낮은 밀

도를 가지고 있으며 이에 따른 비강도, 연성 등이 우수하다. 하

지만 높은 Li의 함량은 고비용, 부식저항성, 고온에서의 기계적

특성을 저하시키기 때문에 Li의 함량에 따른 미세조직과 기계적

특성을 최적화하는 연구가 필요한 실정이다. 이를 위해 본 연구

에서는 Mg-Li 2원계 상태도상 Li의 무게비에 따라 각기 다른

상을 나타내는 조성범위(5~15 wt.%Li)에서 합금 조성에 따른

미세조직과 기계적 특성을 조사하였다. Mg-Li 합금의 우수한

비강도를 유지하면서 2원계 공정조성을 중심으로 1,5 wt.%Al을

첨가하여 결정립 미세화를 유도하고, 기지내 준 안정상(θ)을 발

생시켜 미소 경도치를 증가시키는 연구가 진행 중이다. 위 Mg-

Li-Al 합금은 Induction melting 방법, 5Φ 봉상 시편으로 제

작하였다. 시편을 etching시킨 후 OM(optical microscope)을

사용해 결정립 크기를 측정하였고, X-선 회절 분석과 SEM

(scanning electron Microscope)을 사용하여 상 또는 미세조직

분석을 실행하였다. 또한 첨가된 Al이 기계적 물성에 미치는

영향을 확인하기 위하여 상온 압축 실험을 실행하였다.

[PM-4]

Gd 및 Y 첨가에 따른 Mg-xLi 합금의 미세조직 및 기계적 특

성변화(x = 4, 8 and 12 wt%): *유효상, 김용호1, 김정한, 이성

희2, 손현택1; 한국생산기술연구원/목포대학교. 1한국생산기술연구원.2목포대학교.Keywords: Mg-Li alloy, Extrusion, Microstructure, Mechanical

property

마그네슘 합금은 높은 비강도, 우수한 가공성 등으로 인하여

최근 자동차, 항공기, 방위산업 그리고 일반기계에 사용량이 점

점 증가 추세에 있다. 또한 마그네슘 합금의 밀도는 상용 합금

PM : 마그네슘Room 전시장, 10월 29일

253

중에서 가장 낮은 밀도를 가지는 구조용 재료로 노트북, PC,

핸드폰 등 전자제품 케이스로 널리 사용되고 있다. 이러한 장점

에도 불구하고 마그네슘 합금은 HCP 결정구조를 갖기 때문에

기저면 슬립에 의해 지배되므로 독립적인 슬립 시스템의 수가

적어 상온에서의 성형이 어렵다. 하지만 마그네슘에 Li이 첨가

되면 마그네슘의 결정구조가 변화하게 되는데 Li의 양이 6%까

지는 α(HCP) 단상이며, 6~11%까지는 α+β의 2상 구조를 갖게

되고, 11% 이상 첨가할 경우 결정 구조가 α(HCP) 구조에서

β(BCC) 구조로 변화되어 가공성을 향상시킬 수 있다. 이러한

Mg-Li계 합금에 Y, Ce, Nd, Gd, Sm 등의 희토류 금속을 첨

가하게 되면 고온 강도 및 내크리프 특성을 향상시키는 효과가

있다. 본 연구에서는 마그네슘 합금에 Gd 및 Y을 첨가하여

Li 첨가량을 변화시킨 후 SF6와 CO2 혼합가스 분위기에서 중

력 주조하였으며, 제조된 합금을 350oC에서 4시간 균질화 처리

하였다. 균질화 처리된 빌렛을 이용하여 봉상 형태로 온간 압출

하였으며, 제조된 주조재 및 압출재의 미세조직은 광학현미경,

주사전자현미경 및 XRD를 통해 조사하였고, 인장시험을 통해

기계적 특성을 평가하였다.

[PM-5]

AZ31 압출재의 상온 및 고온 인장 특성에 미치는 CaO 첨가

의 영향: 강연지, 백민석, 함기수, 김세광1, 임현규1, *이기안; 안동

대학교 신소재공학부. 1한국생산기술연구원.Keywords: AZ31 alloy, CaO addition, Microstructure, Elevated

temperature tensile, Fractography

본 연구에서는 압출 공정으로 제조된 AZ31(Mg-Al-Zn 계

마그네슘 합금)을 비교재로, 0.5%CaO가 첨가된 Eco-AZ31 압

출재의 상온 및 고온 인장 특성을 조사하였다. 미세조직 관찰을

위해 OM, XRD, SEM, EPMA 장비를 사용하여 분석하였으

며 기계적 특성 평가를 위해 경도 시험, 상온 인장 시험, 고온

인장 시험을 수행하였다. 미세조직 관찰 결과, AZ31의 결정립

크기는 TD, LD 방향으로 각각 6.01 µm, 10.07 µm이었고 Eco-

AZ31은 각각 3.89 µm, 3.44 µm로 모든 방향에서 ECO-AZ31

합금의 결정립 크기가 AZ31 합금보다 더 미세한 것으로 측정

되었다. XRD 분석결과 AZ31 두 합금에서 Mg17Al12,, Al2Mg

와 Al11Mn4의 동일한 석출상들의 존재를 확인하였다. CaO가

첨가됨에 따라 석출물의 크기가 미세하고 고르게 분포하고 있음

을 관찰할 수 있었으며 추가적인 Al2Ca의 경우 grain boundary

에 존재하고 있음을 확인할 수 있었다. 상온, 고온 인장시험은

ASTM E8, ASTM E21 시험법에 따라 상온, 250, 300, 350,

400oC의 온도에서 수행하였으며, INSTRON 8501, MTS 810

장비를 사용하여 변형율 속도 = 110-3/s로 실시하였다. AZ31 합

금과 ECO-AZ31 합금 모두 온도가 상승함에 따라 항복 강도,

인장 강도가 낮아지고 연신율이 증가하는 일반적인 경향을 보였

다. 특히 ECO-AZ31 합금의 인장 특성이 AZ31 합금보다 더

우수하게 확인되었다. 상기 실험 결과와 함께 온도에 따른

AZ31 합금과 ECO-AZ31 합금의 인장 파단면 분석을 통하여

CaO 첨가에 따른 AZ31 합금의 인장 변형 거동을 미세조직과

연계하여 고찰해 보고자 하였다.

[PM-6]

AZ91합금의 압출 조건에 따른 미세조직 및 기계적 특성: *조태

희, 정석환, 김용주, 김원태1, 김도향; 연세대학교 신소재공학과.1청주대학교 레이저광정보공학과.Keywords: AZ91, Extursion, Microstructure, Recrystallization

마그네슘합금은 Al과 Fe 등등 기타 합금계에 비해 비중이

낮아 가벼운 합금으로 경량재료로써 우수한 합금계이다. 일반적

으로 많이 사용되고 있는 상용 합금계인 Mg-Al계에는 상온에

서 기계적 특성과 주조성이 우수한 합금으로 폭넓게 이용되고

있다. 그중에 AZ91 합금이 대표적이다. AZ91 합금은 우수한

기계적강도와 부식특성이 우수하다. 그러나 고온특성과 기계적

특성을 저하시키는 β상(Mg17Al12)은 불연속적으로 석출이 되

어 있을시 기계적특성을 저하시켜, 이를 보완하기 위한 연구가

상당히 지속이 되어왔다. 불연속석출을 억제하기 위하여 새로운

원소를 첨가하는 것과 시효온도와 시간에 따라 달라진다. T5인

압출 후 시효처리를 통한 기계적 특성의 향상 된다고 보고가

되어있다. 그러나 이때 형성되는 β상(Mg17Al12)이 입내에 존재

하여, 고온에서의 기계적성질을 약화시킨다. 주조재에서 Sn을

첨가하여, 불연속석출상인 β상(Mg17Al12)을 억제하여, Sn의 효

과로 기계적 성질이 향상이 되었다는 보고가 되어 있다. 압출재

에서도 Mg-Al 합금에서 Sn의 첨가로 인한 효과를 알아보기

위해 실험을 진행을 하였다. Sn을 첨가하여, 결정립 크기를 작

아지고, 기계적성질이 향상이 되었으며, 압출재의 미세조직과 기

계적 특성은 압출조건에 따라 크게 영향을 받는 것으로 알려져

있다. 압출시 온도(270~360도)에 따른 변화로 관찰을 하였고

압출비는 20과 35대 1로 실험하였다. 미세조직은 광학현미경과

주사전자현미경 그리고 전자투과현미경 그리고 EBSD를 이용하

여 관찰을 하였다.

[PM-7]

마그네슘 열환원 및 응축 향상공정 기술 개발: *김장원, 백의현,

권의혁, 김병철, 한길수1, 한정환; 인하대학교 신소재공학과. 1포항산

업과학연구원(RIST).Keywords: Magnesium, Dolomite, Silicothermic reduction,

Condensation

마그네슘은 열환원법의 Pidgeon process를 이용하여 주로 생

산하고 있으며 세계시장의 88.5%를 차지하고 있다. 일반적인

열환원 방식의 경우 수평으로 반응관(retort)이 삽입되어 이용되

어지며, 여러가지 단점을 가진다. 우선적으로 많은 공장부지가

필요하며 단속적인 조업방식에 전 공정이 수동으로 이루어져 많

은 노동력이 필요하다. 또한 구조방식에서 열 및 물질전달이 비

효율적으로 평가되며 대량 및 자동생산에 부적합하다. 이러한

난점을 극복하기 위해 magnetherm process와 MTMP(Mintek

Thermal Magnesium process)등의 액상으로 마그네슘을 얻는

공법들이 개발되었으나 arc를 이용한 공법으로 설비비용이 고가

이며 비교적 마그네슘 순도가 낮다.최근 국내에는 세계 최초로

수직형 열환원법(Pidgeon process)을 적용, 인근에 풍부하게 매

장된 백운석(돌로마이트)에서 마그네슘을 생산한다. 수직형 열환

원법은 기존 Pidgeon process를 개량한 방법이며 상대적으로

작은 공장부지 내에서 대량생산이 용이하고 자동생산 적용이 가

능하다. 본 연구는 마그네슘 제련 공정의 품질 및 생산성을 향

상 시킬 수 있는 방안을 모색하고자 한다. 마그네슘 열환원 공

정 해석을 통해 환원 및 응축거동을 알아보고 축소실험을 통해

비교하였다. 공정온도는 1200°C에서 0.5 × 10-2 torr로 실시되었으

며 공정시간에 따른 환원량과 응축량을 확인하였다. 주요 변수로

는 응축기의 냉각능과 소결온도이며, 냉각능에 따른 응축변화를

확인하였고, 환원 전처리로 소결 온도를 변화하여 실시되었다.

[PM-8]

Mg-15%Al 합금의 미세구조와 내식성: *김영신; 홍익대학교 공대

254

신소재·화공시스템공학부 고온재료실험실.Keywords: az151 magnesium aluminuim az91D Zinc

마그네슘 합금은 나중 비중으로 인한 경량화 특성, 전자파

차단 및 진동 감쇠능 등의 특성을 가지고 있다. 그러나 마그네

슘 합금의 취약한 부식 특성으로 인하여 내식성 확보가 필수적

이며 이에 마그네슘 합금으로써 여러가지 조성의 재료로 인한

합금화로써 내식성 확보, 기계적 성질 향상등을 노릴 수 있었다.

그중에서도 AZ151(Mg-15 wt%Al) 합금과 AZ91D(Mg-9 wt%)

합금의 미세구조 관찰 및 비교와 질량감소, 분극 실험을 통한

내식성 비교 분석해 보았다.

[PM-9]

AZ31 Mg 합금의 용탕 중 초음파 인가 시간에 따른 합금의 미

세조직 변화 평가: *윤정일, 이영기, 최진주, 조혜성, 김영직, 박정

욱1; 성균관대학교. 1(주)디알 액시온.Keywords: AZ31, Grain refining, Ultrasound, Eutectic phase,

Intermetallic compound

첨단 운송기기의 사용 연료 효율 증대를 위한 구조용 재료의

경량화는 필수적 요소이다. 최근 개발된 보인 787의 경우, 탄소

복합재료 및 Al 합금 등의 사용율을 획기적으로 상승시켜, 기

존 유사크기의 항공기 대비 약 20%의 연료 효율 상승 및 유

해가스 배출 감소를 이루었다. 실용금속 중 최경량인 Mg 합금

은 결정구조 상, 다양한 형상구현이 어려워 주로 주조공정에 의

존하여 제품을 생산하였으나, 최근에 발전된 소성가공 기술로

다양한 전신재 합금의 설계와 적용이 가능하여, 이러한 경량화

에 상당한 기여를 할 것으로 기대된다. AZ31은 대표적인 전신

재용 Mg 합금으로 기존 주조용 합금 대비, Al 첨가량을 낮추

어 가공에 취약한 Mg17Al12상의 생성분율을 감소시켜 압출

및 압연에 의해 제품 생산이 가능하다. 이러한 공정을 위한 빌

렛은 첨가원소가 균일하고, 소성가공시 인가 압력 감소 및 품질

향상을 위해 미세한 결정이 요구된다. 그러나 Mg 합금의 결정

미세화를 위한 공정으로 제시된 용탕 과열의 경우, 온도 제어가

용이하지 않고, Zr 첨가를 통한 미세화는 AZ31의 경우, Al-Zr

화합물 생성으로 효율적인 미세화 빌렛 획득이 불가하다. 이런

관점에서 본 연구에서는 AZ31 용탕 중 초음파 인가를 통해

결정을 미세화하는 NEUMT (Nucleation Enhanced Ultrasonic

Melt Treatment)에 관한 연구를 수행하여왔다. 기존 연구와 달

리 고액공존영역이나 응고중 초음파 인가가 아닌 용탕에 직접

에너지를 인가하여 미세화 효율을 향상 시키는 NEUMT 공정

은 미세화 기구에 대한 해석을 바탕으로 신공정으로의 개발도

가능하다. 이번 연구에서는 공정의 핵심 인자인 용탕 중 초음파

인가 시간에 따른 조직 변화를 고찰하고자 하며, 이에 AZ31

합금 용탕에 0, 1, 3, 5, 7, 10분간 초음파를 인가하고 이에

대한 공정상 및 생성 화합물상 등의 분포와 균일성을 확인하였

다. 이러한 연구를 통해 결정 미세화를 위한 최적의 초음파 인

가 시간을 획득하였으며, 기지(Matrix)내 Al 원소 고용량 및

용질 변화에 따른 화합물의 조성 및 형태에 대해 고찰할 수

있었다.

[PM-10]

결정립 미세화와 어닐링효과가 Mg-Zn-Ca 합금의 바이오 내식성

에 미치는 영향: *임양균, 김우진1; 홍익대학교 공대 신소재·화공시

스템공학부 고온재료실험실. 1홍익대학교 공대 신소재공학과.

Keywords:강소성이속압연, 결정립 미세화, 어닐링

마그네슘합금은 뼈와 유사한 탄성계수를 지니고 있어, 생분해

성 임플란트재료로서 주목을 받고 있다. 그러나 불균일한 이차

상들의 분포로 인한 낮은 내식성이 의료용 재료로서의 적용에

주된 문제점이다. 강소성이속압연을 통해 이차상들이 나노 사이

즈로 분해되고 결정립 내부와 결정립계에 균일하게 분포되었으

며 결정립의 크기도 매우 작아졌다. 침전실험결과 및 분극실험

의 결과는 주조재에 비해 강소성이속압연을 통한 압연재가 낮은

내식성을 보였다. 또한 250C에서 열처리 시간을 늘림에 따라

결정립 성장을 통해 결정립의 크기가 커졌으며 1시간 어닐링까

지는 분극실험과 침전실험의 결과가 내식성이 낮아지는 결과를

보였지만, 2시간 6시간 12시간 어닐링을 통해 내식성이 다시

향상되는 결과를 보였다.

Memo

255

[P10-1]

ZnS:Mn 나노형광체 Mn/Zn비율 및 NaPO3 첨가에 따른 입자

특성 연구: 이지선*, 이유진, 노경재, 황귀현; 한국산업기술대학교 신

소재공학과.Keywords: ZnS:Mn phosphor, Nano phosphor, Quantum

confinement, Photoluminescence

나노 결정에 관한 연구는 입자 크기에 따른 독특한 물리적,

화학적 특성변화가 일어남으로 그 잠재적 응용성이 기대되는 분

야이다. 그 중 양자점 형광체는 양자구속효과를 통해 높은 발광

효율을 가질 뿐만 아니라 입자 사이즈를 제어함으로써 모든 가

시광 영역의 빛을 낼 수 있는 소재로서 많은 연구가 진행되어

왔다. 하지만 지금까지의 양자점 형광체는 유해성 광물인 카드

뮴을 포함하고 있어 이의 대체 소재 개발이 필요한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 전구체로 Zn(CH3COO)2·2H2O와 Na2S

그리고 Mn(CH3COO)2·4H2O를 선택하여 ZnS : Mn 나노형

광체를 액상반응법으로 합성하였으며, Mn/Zn의 비율과 분산안

정제인 NaPO3의 첨가에 따른 나노형광체의 입자사이즈, 결정성

및 광특성 변화에 대해 연구하였다. TEM, XRD를 이용하여 형

광체 입자 사이즈와 결정성을 확인하였으며, PL Spectroscopy를

이용하여 광특성 분석을 하였다. 나노 형광체 합성결과 균일한

3~4 nm 입자의 ZnS:Mn를 얻을 수 있었으며, 365 nm의 여기

파장을 인가하였을 때 595nm의 파장을 방출하였다. Mn/Zn의

비율이 증가함에 따라 PL Intensity가 증가하였으며 Mn

8 wt% 이상에서는 농도소광현상으로 인하여 PL Intensity가 감

소하였다. 가장 높은 PL Intensity를 가진 Mn 8wt%는 벌크형

광체의 활성제 포화농도의 10배 이상에 해당 하는 비율이며,

나노 형광체가 높은 활성제 포화농도를 가지는 것은 나노형광체

의 표면적이 증가하여 공명에너지 전달을 방해하기 때문이라 사

료된다. 분산안정제인 NaPO3 5 g 첨가하였을 때 입자사이즈와

응집도가 작아졌으며, PL intensity가 증가하였다. 또한 peak이

600 nm에서 595 nm로 전이한 것을 확인 할 수 있었다. 하지만

NaPO3을 5 g 이상 첨가하였을 때 오히려 분산제가 이온결합력

을 증가시켜 응집을 촉진하였으므로 Intensity가 감소하는 경향

을 보였다.

[P10-2]

비수계 전해질에서 펄스 전해법을 이용한 금 나노 닷 제조: 장

정근*, 이철경; 금오공과대학교 신소재공학부.Keywords: Gold, Nano dot, Ionic liquids, Electrolysis, Redox

금은 열 및 전기 전도도가 우수하며, 내식성이 강하여 산업

전반에 걸쳐 사용되고 있다. 또한 금의 나노 닷(Nano-dot)은

벌크 상태의 금에서 나타나는 특성보다 다양한 광학적, 전기적

특성을 가지고 있어 생물의학 및 생물분석 등의 의료 분야나

전자, 광학, 촉매 등 다양하게 응용될 수 있다는 것이 입증되고

있다. 금 나노 닷을 제조하는 방법으로 졸-겔법, 열분해법, 화학

적 증착법(CVD), 물리적 증착법(PVD) 등의 많은 방법이 존재

하지만, 입자의 크기 및 분포 조절이 어려우며, CVD 및 PVD

같은 제조 방법은 진공이 필요하여 고가의 장비가 사용되거나,

증착속도가 느리고, 사용하는 기체가 매우 위험한 물질이라는

단점이 있다. 하지만 전해법을 이용하면 간단한 전해장비와 전

해조건의 조작으로도 빠르고 간단하면서 연속적인 생산이 가능하

다.이온성액체는 전기화학적으로 안정하여 다양한 분야에서 연구

되고 있으며, 낮은 융점, 낮은 증기압, 높은 열 안정성 등의 우

수한 물성으로 금의 침출 및 추출용매로 연구되고 있다.본 연구

에서는 금의 상온전해를 위한 전해질로 이온성액체 EMIMTFSI(1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)

를 사용하고, AuCl3의 용해도를 높이기 위해 EMIMCl (1-

ethyl-3methylimidazolium chloride)를 혼합하였다. 우선 금의

전기화학적 거동을 조사한 후 펄스 전해법을 이용하여 3 nm이

하의 나노 닷을 제조하고자 하였다. 본 연구는 환경부 글로벌

탑 환경기술개발사업 중 폐 금속 유용자원 재활용 기술개발사업

의 지원에 의하여 연구되었으며 이에 감사드립니다. (과제번호:GT-11-C-01-230-0)

[P10-3]

기계적 합금화로 제조된 Fe-10Cr-5Y2O3 합금 분말에서 형성된

나노산화물의 미세조직: 김가언*, 김영도1, 노상훈, 김태규 ; 한국원

자력연구원. 1한양대학교.Keywords: ODS, Mechanically Alloying, Nano-Oxide Particle

고온강도 및 고방사선 저항성이 우수한 산화물분산강화(Oxide

Dispersion Strengthened, ODS) 합금을 제조하기 위해서는 고

온안정성이 우수한 나노 크기의 산화물을 합금 기지에 균일하게

분산시키는 것이 중요하다. 본 연구에서는 기계적 합금화

(Mechanically Alloying) 공정으로 제조한 Fe-10Cr-5Y2O3 합

금분말에서 형성된 나노산화물의 미세조직을 분석하고자 하였다.

기계적 합금화로 제조된 Fe-10Cr-5Y2O3의 합금분말을 열간일축

가압(Uniaxial Hot Pressing) 방법으로 1150oC 온도에서 1시간

동안 열처리하여 모델합금을 제작하였다. 기계적 합금화로 제조

된 Fe-10Cr-5Y2O3 합금분말은 평균 10 µm 입도였으며 Y2O3

분말은 파쇄 및 분해되어 Fe 기지에 강제적으로 고용되었다.

기계적 합금화 분말에서 Y2O3 결정상은 관찰되지 않았지만 열

간가공 후에는 YFeO3 및 Y3O5Fe12 결정구조 형태의 새로운

복합산화물 결정상이 확인되었다. 석출물은 1150oC 온도가 되면

5~30 µm까지 성장되고 약 10 nm 이하의 크기를 가지는 나노

산화물과 기지는 정합관계를 가지고 있었다. 이러한 결과는 기

계적 합금화로 Y2O3 결정구조가 변하고 기지에 강제고용되어

있다가 열처리 공정 중 새로운 복합산화물로 형성된다고 판단된

다. 또한 석출된 복합산화물은 일정 크기로 성장되며 기지와 정

합관계를 가지는 석출물은 크기와 관련이 있다고 여겨진다.

[P10-4]

Atomic Layer Deposition of Lanthanum Oxide Gate

Dielectrics with Thickness Scaling: Growth and

Characterization: SangJin Kim*, Sang-Min Kim, Jae-Hyun

Kim, Seung-Mo Lee, Yongseong Kim1, Hyun-ju Choi1 ; Korea

Institute of Machinery & Materials (KIMM). 1Kyungnam

University.

Keywords: La2O3, T-ALD, High-k gate insulators

Lanthanum Oxide (La2O3) is the most promising insulator for

next-generation high-k gate insulators to achieve higher

drivability as well as lower gate leakage. Characteristics such as

high permittivity (κ=25~30), large band gap (Eg = 5.8 ev), and

high band offset with respect to silicon are important for

miniaturization. In this work, we demonstrate the growth

characterization and electrical properties of a La2O3 thin film

P10 : 나노소재Room 전시장, 10월 30일

256

with a thickness down to 30 nm using thermal atomic layer

deposition (T-ALD). La2O3 thin film was grown by T-ALD

including La-precursors (alkylmides, cyclopentadienyls) and

H2O was used as an oxygen] source. The results showed the

dependence of film thickness and growth rate on the deposition

temperature. This study is expected to contribute to additional

scaling of gate oxide and to the improvement of semiconductor

efficiency.

[P10-5]

Probing and Tuning Surface Trap Density of PbS Quantum

Dot Nanocrystals: 김영준*, 조성은, 박병남; 홍익대학교.Keywords: PbS, Trap Density, Pentacene, FET

Surface charge trapping is a major limitation to the efficiency

of quantum dot(QD) based electronic and optoelectronic devices.

And the exact understanding of the intrinsic properties of QD

remains largely unidentified due to high density of surface traps.

We have assessed size dependent surface trap density of PbS

nanocrystal(NC) using an Pentacene/PbS bilayer FET. Threshold

voltage can be controlled by surface localization of the carrier.

Threshold voltage shift could be used to estimate the surface trap

density of NCs. Measurement under red light could lead us to

better insight into the charge transport at QD interfaces.

[P10-6]

The Dirinving Force of Charge Dissociation via Band

Bending at Interface: 조성은*, 박병남; 홍익대학교 공대 신소

재·화공시스템공학부 신소재공학전공 K412.Keywords:

The solar water splitting cell can harvest the solar energy by

converting it into the chemical energy. It is a combined concept

of the solar and electrolysis cell. So, it can be utilized to

investigate excitions behavior at interface from two kinds of

perspective: Photonic and Electronic We show the relationship

between the conversion efficiency and the band bending using

the solar water splitting. We modulated the energy state and band

bending at the interface via controlling the size of PbS. We

synthesized three kinds of PbS and adjusted extent and direction

of the band bending. Our research may help the understanding of

charge transport behavior at the interface from a photoelectric

vantage point.

[P10-7]

Novel Synthesis of PANI–CNT Nanocomposites via N-

doped Sites of Carbon Nanotubes: Ho Jin Lee*, Atta UI

Haq, Joonwon Lim, Sang Ouk Kim; KAIST.

Keywords: Carbon nanotubes, Grafting, Polyaniline, Conducting

polymers, Supercapacitor

Polymer grafting from graphitic carbon materials has been

attracted for several decades in a variety of potential applications.

Unfortunately, most available methods cause severe degradation

of chemical structure and material properties due to harsh

reaction environment. Herein, we reports the direct growth of

polyaniline chain from the nitrogen(N)-doped sites of carbon

nanotubes. Owing to the synergistic effects of the outstanding

conductivity of CNT and the high reaction activity of

polyaniline, the resultant materials exhibit excellent

electrochemical performance, and can be adopted as electrodes

of the high performance supercapacitor. This approach introduces

a facile route to hybrid systems consisting of conducting

polymers directly grafted from graphitic dopant sites.

[P10-8]

차량 Al전선 하네스용 Cu합금 단자의 내식성 향상을 위한 나노

세라믹 입자 코팅: 김학준*, 김기호, 홍순직1 ; 경신전선. 1공주대학교.Keywords: Corrosion, Ceramic coating, Al wire, Automotive

wire, Sol-gel coating

전세계적으로 환경 및 연비규제의 강화로 인하여 자동차 산업계에

서도 경량화, 내구성, 고효율화를 위하여 새로운 소재기술의 개발이

절실히 요구되고 있다. 특히, 자동차 전선의 경우 기존의 Cu합금

전선을 Al으로 대체하고자 하는 노력들이 증가하고 있다. 그러나 차

량내 유입되는 염수 및 수분의 환경하에 Al합금전선과 Cu합금단

자는 서로 다른 전기화학적 포텐셜 (potential)차이에 의해서 갈바

닉 (Galvanic) 부식이 발행하는 문제가 있다. 이러한 문제는 전기

저항을 증가시켜 스파크 발생을 초래할 뿐 만 아니라 자동차의 신

호전달 체계의 오작동을 일으켜 차량의 안전에 영향을 미칠 수 있

다. 이러한 문제를 해결하고자 금속, 고분자를 이용한 코팅법, 레

이저를 이용한 표면처리법, 구리스(grease) 도포법, 그리고 Si을 도

포하는 공법이 사용되고 있으나 여러 공정문제와 단가상승으로 인

하여 제한되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이와 같은 문제를 해

결하고자 Sol-gel법에 의한 나노 세라믹 입자(Y2O3, ZrO2)를 표

면에 코팅함으로써 Al과 Cu합금과의 갈바닉 부식 문제를 해결하

고자 하였다. HCl, H2SO4및 NaCl의 용액에서 부식시켜 시간에 따

른 무게증가를 측정함으로써 Al합금의 부식저항성을 평가하였으며

또한 코팅 조건의 변화에 따른 부식거동을 관찰 하였다.

[P10-9]

기공크기에 따른 산화알루미늄의 반사도 연구: hyung-won Shin*,Kim Ji Hee1, Lee Hyo Soo1, Jung Seung Boo, Myung-Sik

Choi1; Sungkyunkwan University. 1KITECH.

Keywords: Reflectivity, Anodic Aluminum Oxide, Pore size,

Color material, CIE 1976 Luv

Existing color material are produced an organic solvent

painting process on steel sheet, but there is a limit of emotion

color realization. Color material has a problem does not required

emotional needs of customer for restrictions on use of organic

solvent and simple color material. Anodic Aluminum Oxide is

one of the emotional material technology for using the aluminum

in a variety of metal materials. The AAO produced by anodic

aluminum oxide process is excellent color and texture better than

other materials. In this study, we were made the AAO by pore

size to implement a natural color and texture instead of a simple

and artificial colors through anodization. We measured the

reflectivity according to incident wavelength and analyzed the

color of the AAO by pore size. Also, we have studied the

mechanism that the relationship between the reflectivity and pore

of AAO by analysis of the microstructure and surface properties.

[P10-10]

Controlling the Orientation of Large Graphene Oxide/

257

Polydimethylsiloxane Composite by Liquid Crystal

Behavior: Sung Hwan Koo*, Kyung Eun Lee, Ji Sun Park1,

Sang Ouk Kim; KAIST. 1KETI.

Keywords: Large graphene oxide, Liquid crystal, Composite

Graphene has been considered as a promising material due to

its mechanical, electrical, and thermal properties with a single

atomic layer of sp2 carbon lattice. Due to its various properties,

graphene shows potential for broad applications. To date,

polymer has been incorporated to graphene to reinforce existing

properties as well as modify unique properties. In spite of the

importance of the orientation that has a significant effect on the

composite properties, there has been little effort to control the

aligned orientation of the graphene in graphene based

composites. Here, we report the facile route towards aligned

large graphene oxide (LGO) composites in polydimethylsiloxane

(PDMS) via liquid crystal behavior. Due to its shape anisotropy

of LGO, it exhibits a liquid crystal behavior in aqueous solution.

Aligned orientation of the LGO dispersion is firstly induced by

geometric factor followed by freeze-drying and penetrating of

PDMS matrix. This approach is simple, scalable solution process

and shows opportunity to control the orientation of LGO that

would show interesting properties that can be applicable to

various composite materials.

[P10-11]

Electrical and Optical Properties of Vapor-Deposited

Perovskite Films: 박유진*, 조성은, 박병남; 홍익대학교.Keywords:

Exciton dissociation at the interface between Perovskite films

(CH3NH3PbI3-xClx) and ZnO nanocrystals was probed using field

effect transistors in combination with solar cell devices.

Perovskite films were vacuum-deposited on an electron

accepting layer with different compositions. Composition

dependent ionization energy of perovskite was investigated using

photoemission spectroscopy in air. Energy band bending at the

interface was correlated with the open-circuit voltage of the solar

cell devices.

[P10-12]

Two-minute Self-assembly of Large-area Pristine Graphene

Film: Taeyeong Yun*, Sang Ouk Kim ; Korea Advanced Institute

of Science and Technology(KAIST).

Keywords: Graphene, Self-assembly, Thin film

We report a remarkably rapid method for assembling pristine

graphene platelets into a large area transparent film at a liquid

surface. Some 2−3 layer pristine graphene platelets temporally

solvated with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are assembled at

the surface of a dilute aqueous suspension using an evaporation-

driven Rayleigh-Taylor instability and then are driven together

by Marangoni forces. The platelets are fixed through physical

binding of their edges. Typically, 8-cm-diameter circular

graphene films are generated within two minutes. Once formed,

the films can be transferred onto various substrates with flat or

textured topologies. This interfacial assembly protocol is

generally applicable to other nanomaterials, including 0D

fullerene and 1D carbon nanotubes, which commonly suffer from

limited solution compatibility.

[P10-13]

Field Emission of Vertical ZnO Nanowires/Graphene

Hybrids with Transparency and Flexibility: Jungjae Oh*, Jin

Ok Hwang1, Sang Ouk Kim ; Korea Advanced Institute of Science

and Technology(KAIST). 1Agency for Defense Development.

Keywords: Graphene, ZnO Nanowires, Field emission

Here, we present vertically aligned ZnO NWs grown on

reduced graphene oxide/PDMS substrate for transparent and

flexible optoelectronic material. Large area of reduced graphene

oxide film on PDMS substrate is facilitated by aqueous graphene

oxide dispersion which is made by chemical exfoliation of

natural graphite and subsequent thermal reduction. ZnO Nws

were hydrothermally grown on the reduced graphene oxide film

substrate and maintained their structural uniformity even in

highly deformed states. Electric force microscopy(EFM) is

employed for straightforward measuring of the electrical contact

between semiconducting ZnO NWs and a metallic graphene

film. Result shows a typical metal-semiconductor ohmic contact

without a contact barrier. The ZnO NWs/reduced graphene oxide

hybrids show excellent field emission properties due to the

mechanical flexibility, transparency, and low contact barrier.

[P10-14]

아민 리간드를 가진 Ag 나노입자의 표면개질이 소결에 미치는 영

향: 이영종*, 김나래, 구자현, 이창수, 추초롱, 이혁모; 한국과학기

술원(카이스트).Keywords: Ag nanoparticles, Synthesis, Ligand exchange, Low

temperature sintering, Conductive ink

Ag 나노입자는 높은 전기전도도와 공기 중에서 비교적 안정

한 성질로 인하여 전도성 잉크의 재료로써 많이 연구되었고 최

근 상용화 단계에 이르러 있다. 이러한 나노입자는 불안정한 표

면 성질 때문에 입자간 뭉침 현상이 심하게 일어나는데, 이를

해결하기 위해 합성단계에서 고분자, 유기물 등의 분산제를 첨

가하여 입자를 안정시켜 주며 장기간의 보관을 가능하게 해준다.

하지만, 이러한 리간드 물질들은 실제 사용에 있어서 제품의 전

기적인 접촉을 저해하는 요소로 작용하며, 소결을 통해 제거해

주어야하는데 본 연구에서 사용된 oleylamine은 350oC 이상에

서 기화하기 때문에 고온소결의 직접적인 원인이 된다. 따라서

아민기에 비해 Ag 나노입자와 친화력이 좋은 카르복실기를 갖

는 카르복실 산을 적정 비율로 나노입자에 넣어주어 특성을 관

찰 하였다. 카르복실산 체인 길이에 따라 구조적으로 변화하는

특성을 TEM, XPS를 이용하여 분석 하였고, 카르복실산 농도

에 따른 나노입자의 변화를 동적광산란법과 전기영동법을 이용

한 입도분석방법으로 분석 하였다. 마지막으로 실제 소결온도에

따른 전기적인 특성의 변화를 4-point probe를 이용하여 측정

하여, 전기적 특성이 크게 개선되는 결과를 보였다.

[P10-15]

Sub-10 nanometer Block Copolymer Patterning with Atomic

Layer Deposition: Jun Soo Kim*, Hyoung-Seok Moon1, Se

Hun Kwon2, Sang Ouk Kim; KAIST. 1KITECH. 2Pusan National

University.

258

Keywords: Block Copolymer, Sub-10 nanometer Patterning

Block Copolymer Patterning has distinct advantages in diverse

morphology variation, periodic structural ordering and parallel

processing. However, low χ value of P(S-b-MMA) which limits

the patterning below 10 nanometer feature size. Here we report

sub-10 nanometer block copolymer patterning with inorganic

space layer deposited by atomic layer deposition (ALD). This

ALD induced block copolymer patterning offer potential

functionality in semiconductor applications which requires

nanoscale patterning.

[P10-16]

나노임프린트 기판을 이용한 수소센서용 Au-Pd core-shell 나노

입자 정렬: 김민규*, 오용준1 ; 국립한밭대학교 신소재공학부. 1국립

한밭대학교 신소재공학과.Keywords: Nano imprint, Thin film, Dewetting, Core-shell, Silica,

Hydrogen

Palladium(Pd)은 상온에서 수소를 흡수 방출하는 탁월한 성질

로 인해 수소 감지물질로 주목 받고 있다. 본 연구에서는 광

플라즈몬 센싱과 고효율의 수소감지를 위한 목적으로 비젖음

(dewetting) 기법과 화학적 합성법을 사용하여 나노임프린팅을

통해 역상 피라미드의 실리카 요철을 형성시키고 이 위에 Au-

Pd 나노입자의 2차원 평면 정렬 구조를 제조하였다. 나노임프린

트를 위해 몰드를 제작한 후, 고분자 MTEOS에 임프린트하여

역상피라미드 요철을 제작하였다. 제작된 투명 실리카 기판 위

에 Au 박막을 증착하고 고온 비젖음 현상을 이용하여 규칙적

인 Au나노입자를 생성시켰다. 이 입자들 위에 화학적 합성법을

통해 Pd 층을 형성하여 Au-Pd 코어쉘 구조의 나노입자를 2차

원 평면에 규칙적으로 정렬할 수 있었다. 제조된 입자 구조는

나노입자형 Hydrogen Sensor 등에 적용 가능성이 높을 것으로

기대된다.

[P10-17]

나노표면 요철기판을 이용한 비혼합성 NiAu 합금박막의 나노입자

제조: 이혜정*, 오용준1 ; 한밭대학교. 1한밭대학교 신소재공학과.Keywords: Thin films, Annealing, Diffusion, Scanning electron

microscopy(SEM), Dewetting, Alloy

나노입자의 형성은 나노와이어 성장을 위한 촉매, 자기기록

매체, 태양전지의 고효율화등의 면에서 주목 받고 있다. 금속

박막은 고온으로 가열될 경우 불안정하여 입자로 뭉쳐지는 비

젖음(dewetting)현상이 발생한다. 한편, Ni-Au 합금과 같은

immiscible 합금은 고온에서 spinodal 반응으로 상 분리가 동

시에 일어날 수 있다. 본 연구에서는 나노표면 요철을 갖는 실

리콘 기판위에 Ni-Au합금 박막을 증착시켜 로 어닐링 통해 나

노입자를 생성시켰다. 생성된 입자의 성분 분리 현상과 입자의

형상에 미치는 초기 박막 두께 및 어닐링 온도의 영향을 분석

하였다. 실리콘 기판위에 Pulsed Laser Deposition(PLD)을 이

용하여 두께 12 nm의 Ni/Au합금 박막을 증착하였으며 500oC

및 800oC의 N2 gas분위기에서 어닐링 시간을 다르게 하여 샘

플을 제조하였으며, 관찰을 위해 관찰을 위해 전계방출 주사전

자현미경(FE-SEM) 및 투과전자현미경(200 Kv)을 이용하였다.

12 nm의 초기 박막 두께에서 약 20~200 nm직경의 정렬된 Ni-

Au 나노입자를 제조할 수 있었다. 고상 비젖음에 의해 생성된

나노입자는 초기에 Au의 군집이 우선적으로 발생하였으며, 화학

적으로 분리되는 모양을 보였다. TEM관찰결과, Au가 우선적으

로 응집되었고 Ni는 응집 되지 않은 형태로 남아있으며, 응집

된 입자는 Au와 Ni가 Bi-metal의 형태로 관찰된다.

[P10-18]

Directed Block Copolymer Self-Assembly for Multicomponent

Nanopatterns: Jaeeun Lee*, Dong Ok Shin1, Jeong Ho Mun,

Sang Ouk Kim ; KAIST. 1ETRI.

Keywords: Block copolymer, Self-assembly, Nanopattern,

Multicomponent

Multicomponent nanopatterns such as binary superlattices,

consist of two or more kinds of chemically or morphologically

dissimilar nanocomponents. Unlike single component

counterparts, multicomponent nanopatterns offer enormous

diversities in the pattern shape, chemical composition and

corresponding functionality. Moreover, complex nanopatterns

integrating diverse nanocomponents are crucial requirements for

advanced photonics and electronics. Currently, such

multicomponent nanopatterns are principally created by colloidal

nanoparticle assembly, which is usually mediated by electrostatic

forces or biomolecular or other specific interactions, where large-

area processing of highly ordered nanostructures raises

significant challenge. We present multicomponent nanopatterns

enabled by block copolymer (BCP) self-assembly. BCP self-

assembly provides lithography templates for dense sub-10 nm

scale features with high-throughput manufacturability, which is

hardly attainable by other patterning methods. Generally, the

self-assembled nanopatterns in BCP thin films consist of single-

shape monodisperse nanodomains of spheres, cylinders or

lamellae. We develope nanopatterns direct the nanoscale lateral

ordering of the overlaid second level BCP nanopatterns to create

the superimposed multicomponent nanopatterns incorporating

nanowires and nanodots. This approach introduces diverse

chemical composition of metallic elements including Au, Pt, Fe,

Pd, and Co into sub-10-nm scale nanopatterns. As immediate

applications of multicomponent nanopatterns, we demonstrate

charge-trap memory device with Pt-Au binary nanodot pattern

and synergistic plasmonic properties of Au nanowire-Pt nanodot

pattern.

[P10-19]

Facile Synthesis of Ag-Cu2O Core-Shell Nanoparticles and

their Photocatalytic Application: Changsoo Lee*, Na Rae Kim,

Jahyun Koo, Yung Jong Lee, Cho Rong Chu, Hyuck Mo Lee ;

KAIST.

Keywords: Coreshell nanoparticles, Thermal decomposition,

Plasmonic photocatalyst

In this work, we synthesized Ag-Cu2O core-shell

nanoparticles using a facile one-step process that is thermal

decomposition. The core-shell structure of the nanoparticles

was confirmed through characterization using transmission

electron microscopy (TEM), energy-dispersive spectroscopy

(EDS), and X-ray diffraction (XRD). Furthermore, we

investigated the photocatalytic property of the Ag-Cu2O core-

shell nanoparticles using methyl orange (MO) method compared

to Cu2O nanoparticles. The Ag-Cu2O core-shell nanoparticles

259

exhibit photocatalytic activity over an extended wavelength

range because of the localized surface plasmon resonance

(LSPR) effect of the Ag core nanoparticles. So, the Ag-Cu2O

core-shell nanoparticles showed the better photocatalytic activity

than Cu2O nanoparticles. This work has indicated that the Ag-

Cu2O core-shell nanoparticles can be a superior visible-light

plasmonic photocatalyst.

[P10-20]

Xenon Flash lamp-Induced Multilayer Graphene Growth

for various applications: Dae Yong Park*, Keon Jae Lee;

Korea Advanced Institute of Science and Technology(KAIST).

Keywords: Xenon, Flash lamp, Graphene, Transparent electrode

Graphene, the two-dimensional (2D) carbon materials, has

great potential for various applications such as transparent

electrode, high speed semiconductor, flexible display and sensor

owing to its outstanding electrical, mechanical, thermal, chemical

and optical properties. To apply these remarkable properties of

graphene to real-consumer electronic devices, many researchers

have made a great efforts to find graphene synthesis method that

satisfy both fast growth rate and large scale growth. Hong et al.

succeeded the large-scale graphene synthesis by using chemical

vapor deposition (CVD) method in 2009, however, this technique

has limitation to mass production of graphene because it takes a

few hours to proceed heat treatment including heating and

cooling process.In this study, we demonstrated a new synthesis

method for high fast fabrication of graphene by flash lamp-

induced heat treatment. Due to the light duration of our xenon

flash lamp is 3 or 15ms, all thermal process containing heating,

synthesis and cooling to room temperature will take place within

3 or 15ms. This process is more 4 orders of magnitude faster than

conventional CVD method. Flash lamp-induced graphene

synthesis method would not only be one of the best ways to

mass-production of graphene, but also facilitate graphene-based

device applications.

[P10-21]

Flexible GaN LED for the Future Consumer Electronics:

Han Eol Lee*, Seung Hyun Lee, Keon Jae Lee; KAIST.

Keywords: GaN, Inorganic, LED, Laser

Inorganic Light-emitting diodes (ILEDs) have superior

advantages in long-term stability, high efficiency, strong

brightness and stability in humidity compared to conventional

incandescent lamps. With these advantages, ILEDs have

expanded its applications to consumer electronics such as energy

efficient light lamp, back-light unit (BLU). Recently, the

fabrication of lighting sources on flexible substrates has attracted

a great interest for further advanced display applications. Flexible

organic LEDs (OLEDs) have been studied actively in the past

decades with the feasibility of flexible displays. However,

OLEDs are limited in terms of their compatibility due to short

life time, low efficiency, and low brightness compared to

inorganic LEDs (ILEDs). These problems can be handled by

standard micro-fabrication and soft lithography techniques in

which the thin film on bulk substrate followed by high

temperature annealing and then transferred onto flexible

substrates. Since the first invention of flexible III-V materials in

2005, Rogers’ group has presented flexible inorganic LEDs by

using micro-structured GaAs/GaN. Recently in 2011, Lee et al.

established the flexible waterproof GaN ILED on a liquid crystal

polymer substrate for biomedical application by using micro-

structure transferring process. Although this work proposed the

feasibility for flexible LED and its application to biosensor, the

light efficiency, stability and lifetime of the previous f-LED that

is transferred from Si sacrificial substrate is worse than the

current GaN LED technology built on sapphire substrate. Herein,

we demonstrate the first flexible GaN ILED from GaN epitaxy

layer on sapphire substrate using wet etching or universal soft

lithographic transferring protocol. Due to the advantage of high

quality GaN thin film properties originally grown on sapphire

substrate, we can achieve higher brightness flexible ILEDs ever

made and provide the opportunities for the promising future

flexible displays.

[P10-22]

Sol-Gel Process를 활용한 (Ni-Zn)0.4 Cu0.6 Fe2O4 나노파우

더의 Spinel Structure 형성과 소프트 마그네틱 물성 분석: 김

정곤*, 양수원; 인천대학교 공대 신소재공학과.Keywords: Soft magnetic, Ferrite, Ni-Zn Cu, Spinel,

본 연구에서는 Sol-Gel process를 이용하여 (Nia-Znb)0.4

Cu0.6 Fe2O4 (NZCF06)의 GEl을 형성하였고, 이를 300oC~

1000oC까지 다양한 열처리 온도와 유지시간을 변수로 하여 입

자사이즈와 구조를 분석하였다. 열처리 온도에 따른 나노입자

사이즈의 변화를 측정하였고 이에 따른 소프트마그네틱의 물성

변화를 측정하였다. 열처리 온도 700oC 3시간 열처리를 한 결

과 Ni-Zn Cu ferrite의 spinel 구조가 형성 되었고, 이 이외의

온도에서는 magnetite, tenorite가 형성되었다. 700oC를 제외한

나머지 열처리 조건에서는 spinel 구조가 형성되지 않는 것으로

나타났다. Tenirite가 형성되는 것으로 보아 Cu의 함량이 높은

것으로 판단된다. 이를 기본으로 VSM을 측정하였고 온도별

XRD 결정상과 VSM으로 측정한 soft magnetic 물성간의 상관

관계에 대해 알아보았다.

[P10-23]

Surface Modification of Amine Based Ag-Cu Nanoparticles

for the Electrode in Flexible Devices: Na Rae Kim*, Yung

Jong Lee, Jahyun Koo, Changsoo Lee, Cho Rong Chu, Hyuck

Mo Lee ; KAIST.

Keywords: Oleylamine, Surface, Hydrophilic, Hydrophobic,

Sintering temperature, nanoink

Thermal decomposition based on oleylamine is well known as

a simple, stable wet-synthetic approach. In general, oleylamine

and/or oleic acid are/is used for capping the synthesized

nanoparticles which prohibit aggregating of nanoparticles and

boost dispersion stability in hydrophobic solvent such as

hexadecane, toluene, hexane etc. However, these capping

molecules requires a high temperature in order to completely

decompose which is higher than 350oC. If residue of capping

surfactant is remained among the nanoparticles, it acts as a

resistance layer so, the nanoink base on oleylamine capped

260

nanoparticles show high electrical resistivity. To solve this

problem, we change surface capping molecule of oleylamine to

other materials decomposed at lower temperature than 300oC.

Thermal stability of surface modified nanoparticles is analyzed

by thermogravimetric analyzer and electrical resistance with

different sintering temperature is measured by 4-point probe.

Motion of nanoparticles with increasing temperature is identified

with In-situ TEM which show certain difference between

oleylamine capped nanoparticles and surface modified

nanoparticles. This low temperature sinterable nanoink can be

used on a flexible substrate such as polyimide for flexible device

application

[P10-24]

Low Temperature Processing of Copper Nanowire for

Transparent and Flexible Electrode: Cho Rong Chu*, Jahyun

Koo, Na Rae Kim, Yung jong Lee, Hyuck Mo Lee; KAIST.

Keywords: Copper nanowires, Water based synthesis, Chemical

treatment, Transparent electrode

Copper nanowires (CuNWs) are promising candidate materials

to replace indium tin oxide (ITO) and silver nanowires (AgNWs)

in the transparent electrode (TE) applications due to low cost and

high conductivity. However, to synthesize the copper nanowires

in the water-based process, it is fundamental to understand the

relation between morphology of CuNWs and reaction

temperature. In this study, we modulated the reaction temperature

to controlled lengths and diameters to optimize the synthesis

condition in the water-based process. The obtained copper

nanowires are analyzed by transmission electron microscopy

(TEM), scanning electron microscope (SEM), and X-ray

diffraction measurements (XRD). Also, we fabricated the TEs

using copper nanowires ink. However, before annealed at high

temperature (180oC), the TEs have high sheet resistance caused

by the residue of organic materials such as surfactant,

nitrocellulose. Therefore we realized chemical treatment to

effectively remove the residue of organic and allow directly

contact between the nanowires. We found that the residue of

organic materials had gradually disappeared and the sheet

resistance decreased. We also found the chemical treatment was

effective to remove oxide layer of CuNWs. The oxide layer was

observed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The

fabricated TEs are analyzed by SEM, UV spectrometer and four

point probe station. When applied in light emitting diode (LED),

the TEs operated well to turn on brightly with bending.

[P10-25]

화학처리된 sub-100 nm 두께 PEDOT:PSS 박막의 인장 특성

: 우정현*, 김시훈, 김나향, 김주영; 울산과학기술대학교(UNIST).Keywords: PEDOT:PSS, Free standing, Tensile test

PEDOT:PSS는 전도성 고분자이며 그 중에서도 전도도가 높

고 가시광 영역에서 투과도가 높아 투명전극, OLED, 플렉서블

디바이스에서 사용되기 위해 널리 연구되고 있다. PEDOT:PSS

의 전도성을 향상시키기 위하여 황산처리공정이 제안되었으며,

황산처리를 진행할 경우 비결정질로 뭉쳐있던 PEDOT:PSS가

결정화 되고 과잉의 PSS가 제거되는 변화가 발생하게 된다.

PEDOT:PSS를 플렉서블 디바이스에 사용하기 위해서는 소재의

인장 물성이 중요한 요소로 작용한다. 그에 따라 본 연구에서

는 황산처리에 따른 PEDOT:PSS의 인장 물성 변화를 평가하

기 위하여 일축 인장시험을 진행하였다. 시험편을 제작하기 위

해 SiO2와 PMMA를 희생층으로 사용하였고, PEDOT:PSS를

스핀코팅한 후 photo-lithography와 RIE 공정을 이용하여

dog-bone shape의 인장시험편을 제작하였다. 제작한 인장 시

험편의 두께가 매우 얇아 직접적인 핸들링이 제한되어 두꺼운

PR을 photo-lithography 공정을 통하여 가이드를 제작하여 사

용하였다. 황산처리 공정의 경우 희생층의 사용이 제한되어

photo-lithography와 RIE 공정을 이용하여 dog-bone shape의

인장시험편을 제작한 뒤 가이드로 전사시키는 방법을 사용하였

다. 제작된 시험편들을 사용하여 인장시험을 진행한 후 얻어진

인장 물성을 분석하여 황산처리에 따른 인장 물성의 변화를 비

교 분석하였다.

[P10-26]

레이저를 이용한 구리 나노잉크의 미세 패터닝: 민형석*, 이명규

; 연세대학교 공과대학 신소재공학과.Keywords: ITO Glass, Copper, Laser, Patterning

스마트폰과 테블릿 PC 시장이 급속도로 성장하면서 기기에

적용되는 터치스크린에 대한 개발 또한 활발하게 이루어지고 있

다. 터치스크린 패널에 쓰이는 ITO glass는 높은 광 투과율과

전도성을 보이는 소재로써 이러한 특성을 유지하면서 각종 전자

기기에 적용하기 위해서는 미세한 금속 배선을 형성하는 기술이

필요하다. 본 발표에서는 레이저에 의한 구리 나노잉크의 소결

과 패터닝 동시 공정을 소개하고자 하는데, 이는 레이저에 의해

조사된 영역만 소결되어 전도성 패턴을 형성하고 여타 부분은

나노잉크 제조에 사용된 용매에 의해 다시 녹여낼 수 있는 점

에 바탕을 두고 있다. 상업적 구리 나노잉크를 스핀코팅에 의해

ITO glass 기판에 증착한 후 355 nm 파장의 집속된 UV 레이

저와 스캐너를 이용하여 패턴을 형성하였으며, 레이저의 파워와

스캔속도의 변화에 따른 미세구조와 전도도 특성을 분석하였다.

고정된 레이저 파워 조건에서 스캔속도가 높아질수록 선폭이 줄

어들었으나 패턴의 중간 부분이 ablation 현상으로 인해 전도도

가 떨어지는 것으로 확인되었으며, 일정한 스캔속도 조건에서

또한 파워가 낮아질수록 선폭은 줄어들었으나 가운데 부분의

ablation으로 인해 전도도가 떨어지는 현상이 관찰되었다. 결론

적으로 높은 전도도의 미세 구리 패턴을 형성하기 위해서는 낮

은 스캔속도와 높은 파워의 조건이 필요함을 확인하였다.

[P10-27]

Synthesis of N-doped Graphene on SiC substrate by

Pulsed Laser Annealing: 임태홍*, 최인성; 한국과학기술원 신

소재공학과.Keywords: SiC, CVD, Graphene, Pulsed laser irradiation, XPS

In the carbon material studies, chemically doped graphene has

been studied to applicate high performance electronic device.

Gas-phase doping on graphene by chemical vapor deposition

(CVD) requires complicated transfer process which can cause

unintentional doping and defects creation. In this work, we report

a solid-phase synthesis of N-doped graphene on N-doped silicon

carbide (SiC) substrate by pulsed laser (XeCl, 308 nm)

irradiation. Laser-induced synthesis provides a direct growth of

nitrogen doped graphene on an insulating substrate without

261

additional transfer procedure. The XPS analysis demonstrates

that the C-N bonding conformation of the N-doped graphene was

pyridinic-N type. Also, G band shift in Raman spectra shows that

solid-phase doping can provide precise controllability of doping

concentration by changing the dopant concentration of the SiC

substrate

[P10-28]

Quantum Efficiency Control of Green Emitted InGaN/GaN

LEDs by Electrophoresis Deposition of CdSe@CdZnS-

ZnS QDs: Sudarsan Raj*, Min Sang Lee1, Ganpurev Adilbish,

Rama Krishna Chava, In Hwan Lee, Yeon Tae Yu; 전북대학

교. 1Ecolumy Company Ltd.Keywords: InGaN/GaN LEDs, Eelectrophoresis deposition,

CdSe@CdZnS-ZnS QDs

Light emitting efficiency enhancement of GaN/InGaN multi-

quantum-well (MQW) structures and MQW light emitting diodes

(LEDs) due to quantum confinement of Quantum dots (QDs) at

the interface with the semi-conducteur film is now well

documented. The hetero structure QDs are of great interest due to

consequently reduce or even suppress blinking, decrease auger

recombination, better confinement of the excited carriers,

decreasing trap emission and increasing photoluminescence

quantum yield. Among various deposition method, in spin

casting the majority of the used QDs solution is spun off the

substrate, unrecoverable and also disordered QDs films are not in

a mechanical equilibrium. The benefit of electrophoresis

deposition (EPD) as compare to spin casting method is the

efficient use of the starting colloidal QD solutions. EPD is a

slower deposition process that can allow QDs to assemble of

arbitrary size, shape, and texture, confirming the deposited film

to the electrode geometry and pack in a more energetically

favorable structure on the surface of the substrate. In this study,

to enhance the light emitting efficiency of InGaN/GaN LEDs the

CdSe@CdZnS-ZnS QDs were electrophoretically deposited on

InGaN/GaN LEDs which shows enhanced orange emission along

with source green emission. The photo luminescence (PL) peak

of the QDs solution used in this study appears at a wavelength of

λ = 596 nm, and each QD-ligand complex is between 5 nm and 7

nm in diameter. AFM images reveal that the number of QDs

deposited on the substrate increased with prolonged deposition

time and voltage. PL peak intensity also increased with

deposition time due to the close packing of QDs films. AFM

roughness measurements show the films having smooth

roughness < 2 nm. The excess deposition also decreased the PL

intensity which was confirmed by the increased roughness value.

[P10-29]

Durability Study of Pt/TiO2–C Electrodes Prepared by

Pulsed Electrophoresis Deposition for PEMFC: Ganpurev*,

Rama Krishna Chava, Jin-nyeong Jo, Yeon-Tae Yu ; 전북대학교.Keywords: Titania-carbon black supports, TiO2 content, durability,

pulsed electrophoresis deposition, Pt/TiO2-C electrode

The main objective in Polymer Electrolyte Membrane Fuel

Cells (PEMFCs) is to develop low cost, high-performance and

durable materials. However, current fuel cell systems have high

intrinsic costs and fairly poor durability. Recently, a new

approach to prepare membrane electrode assembly (MEA) with

ultra-thin Pt catalyst layers at the polymer electrolyte membrane/

carbon black electrode interface based on pulsed electrophoresis

deposition (pulsed EPD) was reported in our previous work. The

pulsed EPD process can effectively save more of Pt catalyst

loading on electrodes in PEMFC, as compared to conventional

spray method through the similar level of power performance for

PEMFCs. Additionally, present PEMFCs suffer from severe

durability issues (the electrochemical corrosion of carbon

supports and the dissolution of Pt in highly acidic environment).

To solve these problems, titanium dioxide-based materials have

attracted increasing attention because of their cost effectiveness,

nontoxicity, and excellent corrosion resistance and stability in

acidic and oxidative environments. In this work, Pt nanoparticles

have been deposited on the mixture of carbon black (Vulcan XC-

72) and commercial TiO2 nanoparticles (Degussa P25) by pulsed

EPD method. TiO2 nanoparticles was used to improve the

electro-catalytic activity and stability of Pt/C electrode for

hydrogen oxidation (HOR) and methanol oxidation reactions

(MOR). Titania-carbon black electrodes were prepared with

different TiO2 (2.5; 5; 10 and 15 wt.%) and carbon black (87.5;

85; 80 and 75 wt.%) amounts on the carbon paper substrate,

keeping Nafion ionomer content in the electrodes constant at

10 wt%. To prepare the Pt/TiO2-C electrode using pulsed EPD

method, titania-carbon black electrode (carbon paper coated with

carbon black-TiO2 ink and Nafion ionomer) was used as the

working electrode, and Pt colloidal solution was applied as a

plating bath. Electrochemical experiments were conducted on

Potentiostat/Galvanostat (Gamry instruments Reference 3000

Potentiostat/Galvanostat/ZRA) in three-electrode cell. In each

experimental case, pH level of Pt colloidal solution, pulse current

density, cycle time, and duty cycle were held constant at 2, 30

mA/cm2, 1 s, and 25%, respectively. The electrophoresis

deposition time used in this study varied from 0.5 s to 20 min.

The Pt/C electrode without TiO2 additive was used as a

reference. The prepared Pt/TiO2–C and Pt/C electrodes were

characterized by FESEM, EDX, ICP and half-cell

electrochemical measurements. Also, the accelerated durability

tests (ADT) were employed to evaluate the long-time stability of

the Pt/TiO2–C and Pt/C electrodes.

[P10-30]

Synthesis, Characterization and Gas Sensing Performance

of a p-type sensor based on Au@NiO Core-shell

Nanostructures: Sanjit Manohar Majhi*, Gautam Kumar Naik,

Rama Krishna Chava, Yeon-Tae Yu; 전북대학교.Keywords: Core-shell NPs, Schottky barrier, Gas sensor,

Au@NiO, Sensitivity

In the past few years, mainly two types of metal oxide

semiconductors (MOSs) such as n-type (SnO2, ZnO, In2O3, TiO2

etc) and p-type (CuO, NiO, Co3O4, Cu2O etc), have been studied

as gas sensing materials for monitoring of harmful gases, volatile

organic compounds (VOCs) and ambient air quality. However, as

262

compared to n-type MOSs, the gas sensing properties of p-type

MOSs have not been studied rigorously, which may be due to

their lower sensitivity and selectivity characteristics toward few

analyte gases. Therefore, it is necessary to more study on p-type

MOSs to improve the sensitivity as well as selectivity properties

by designing a new type of sensing material. It is known that

introduction of noble metals can improve the sensing

performance of MOSs due to their excellent catalytic activities.

Recently, noble metal core-semiconductor shell hybrid structures

have been used in gas sensing application to improve the

sensitivity and selectivity, respectively. In particular, by

encapsulating metal catalyst in the protective semiconductor

shell, such core-shell structure could increase the stability of

catalyst against aggregation during the gas sensing measurement

at elevated temperature. With the aim of developing the sensor

with enhanced sensitivity, in this work, we report the synthesis of

Au@NiO core-shell structure for gas sensing application for the

first time by a facile solution route. The transmission electron

microscope (TEM) study showed that the overall size of

Au@NiO core–shell nanostructures (NSs) are ranges from 70-

120 nm, which is composed of 10-20 nm Au nanoparticles (NPs)

as core and 30-50 nm as NiO shell. The crystal structure, optical

properties and further morphological studies will be carried out

by XRD, UV-visible spectra and HRTEM. The gas sensing

properties of Au@NiO core-shell NSs will be investigated for

various gases such as CO, ethanol, H2, NO2, acetaldehyde at

different temperatures, and compared with that of pristine NiO

NPs.

[P10-31]

Microwave Hydrothermal Synthesis of Au@In2O3 Core-

shell Nanoparticles: A Hybrid Metal-semiconductor

Heteronanostructures with Enhanced Gas Sensing

Properties: RAMA KRISHNA*, Sudarsan Raj, Jin-nyeong Jo,

Sanjit M. Majhi, Yeon Tae Yu ; 전북대학교 공대 정보전자재료

대학원.Keywords: Microwave hydrothermal synthesis, Au@In2O3 core-

shell nanostructures, Gas sensing

Due to growing awareness about environmental pollution and

occupational safety issues over the recent decades, there has

been much attention focused on creating high performance

sensors. Metal@metal oxide core–shells NPs have attracted

great interest in gas sensing applications because of formed

heteronanostructures can leads to synergetic effects that enhance

gas sensing properties. In fact from practical point of view when

metal is as a core it not affected by surrounding medium and

consequently corrosion or dissolution metal will not occur.

Furthermore, because metal is as a core, it will not decrease

effective surface area of metal oxide for sensing application.

Therefore, Core–shell NPs with metal core and semiconductor

shell become increasingly among the strongest candidates as

sensor due to their controllable chemical and colloidal stability

within the shell and charge transfer between the metal core and

semiconductor. Indium oxide (In2O3), as a typical n-type metal

oxide semiconductor with a direct band gap of 3.55–3.75 eV,

could potentially be used to detecting number of gases because of

its high electrical conductivity, abundant defects. In2O3 with high

specific surface areas and hierarchical structures have been

shown to be promising for sensing applications. Moreover, if

noble metal nanoparticles can be encapsulated into In2O3

nanostructures enhanced activity and sensitivity can be expected

because they can improve the adsorption of gas molecules and

accelerate the electron exchange between the sensor materials

and target gas. In this point of view, we are interested to design a

novel Au@In2O3 core-shell hybrid heteronanostructures by

microwave hydrothermal method for gas sensing applications.

The enhanced gas sensing property of such Au@In2O3 core-shell

nanostructures over In2O3 was investigated by comparing the

sensing performance of Au@In2O3 with that of pure In2O3

prepared by microwave hydrothermal method.

[P10-32]

Synthesis of Au@TiO2 Core-shell/ g-C3N4 Sheet Hybrid

Nanocomposite Photocatalyst for Hydrogen Evolution

Under Visible Light Irradiation: Gautam Kumar Naik*, Sanjit

Manohar Majhi, Sudarsan Raj, Rama Krishna Chava, Yeon Tae

Yu; 전북대학교 공대.Keywords: Au@TiO2 core-shell, g-C3N4, H2 evolution,

Photocatalysis, Heterojunction

Photocatalytic hydrogen (H2) production from water splitting

has been proven to be the most promising, but challenging

strategy for solving the global energy and environmental

problems. Production of hydrogen by photocatalysis water

splitting on the surface of metal oxide photocatalyst has been

regarded as the most economical and environmental friendly

process. Noble metal nanoparticles (NPs) are known to exhibit

surface plasmon absorption and size dependent specific catalytic

activity. But these are hardly use because of their instability in

dispersion medium. So core-shell structure consisting of noble

metal core and metal oxide shell will overcome the above

problems. In this contrast, Au@TiO2 core-shell is a very

prominent candidate. The photocatalytic activity of Au@TiO2

core-shell can further increased by the coupling with visible light

responsive semiconductors to form a heterojunction. In this

regards graphitic carbon nitride (g-C3N4), a metal free

semiconductor, having more negative conduction band than that

of TiO2 is more interesting. In this present work, Au@TiO2 core-

shell NPs have been successfully coupled with g-C3N4 sheet by a

two step microwave assisted hydrothermal and sol-gel route. The

microstructures and morphologies of as prepared photocatalysts

were characterized by transmission electron microscopy (TEM),

scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD)

and UV-visible diffuse reflectance spectroscopy (DRS) spectra

etc. The photocatalytic H2 evolution properties of Au@TiO2/g-

C3N4 hybrid composites have compared with that of bare

Au@TiO2 core-shell NPs, commercial TiO2 (Degussa P25) and

bare g-C3N4 sheet, respectively. The experimental results indicate

that Au@TiO2/g-C3N4 show higher rate of hydrogen evolution

from water than bare Au@TiO2 and g-C3N4. The reason behind

the higher H2 evolution ability is attributed to unique band

263

coupling between Au@TiO2 core-shell and g-C3N4 which

facilitates the electron-hole separation.

[P10-33]

Magnetically Assisted Growth of Crystalline Bismuth

Nanoparticle Arrays: 노진서*, 박종환, 이호석1 ; 가천대학교. 1고

려대학교.Keywords: Bi nanoparticles, MAGBIN, Co-sputtering, Cobalt,

Hexagonal shape

Crystalline bismuth (Bi) nanoparticle arrays were grown in situ

by the support of a ferromagnetic material. A physical method

termed “magnetically assisted growth of Bi nanoparticles

(MAGBIN)” was utilized for the growth, which is a co-

sputtering technique from Bi and Co targets at an elevated

temperature. Almost monodisperse, crystalline Bi nanoparticles

with hexagonal shape were formed on a Si substrate within a

minute. The average size, overall morphology, and the density of

Bi nanoparticles were dependent on several parameters such as

the relative powers applied to Bi and Co targets, substrate

temperature, and process time. The size of Bi nanoparticles grew

bigger as a power applied to Co relative to Bi decreased while

the process time increased. At a certain power combination, a

higher substrate temperature led to more perfectly facet-

structured Bi nanoparticles. The MAGBIN could be explained on

the basis of several physical mechanisms including Co

agglomeration, diamagnetic repulsion, element-selective growth,

and Ostwald ripening.

[P10-34]

Low-Temperature Solution Growth of ZnO Nanostructures

and Seeded Growth of ZnO Hexagonal Twins and Nanorod

Arrays: Nguyen Thanh Son*, Jin-Seo Noh; 가천대학교.Keywords: ZnO nanostructures, Hexagonal morphology, ZnO

nanorod arrays, Solution growth, Seeded growth

Different morphologies of ZnO nanostructures were

synthesized at low temperatures from various aqueous chemical

solutions. Well-developed hexagonal or uniform conical ZnO

nanorods were grown from solutions of zinc nitrate and sodium

hydroxide with the supporting of ethylenediamine (EDA).

Through this EDA-assisted growth method, the morphology,

dimensions, and the crystallinity of ZnO nanostructures could be

controlled by the elaborate adjustment of experimental

conditions such as NaOH concentration, EDA concentration, and

temperature. Uniform conical ZnO nanorods were achieved at a

near-room temperature without templates or catalysts, while

nanoplatelets were synthesized at higher temperatures. On the

other hand, twinned hexagonal ZnO nanorods or ZnO nanorod

arrays were grown on silicon (Si) substrates by another solution

method (chemical bath deposition method) using zinc nitrate and

hexamethylenetetraamine (HMTA), in which the substrate was

immersed in the growth solution without stirring. Twinned

hexagonal ZnO nanorods were developed on the bare Si

substrate, whereas vertically aligned ZnO nanorod arrays were

obtained from ZnO seeds preformed on the Si substrate.

[P10-35]

Nanosheet-based Coaxial Antireflective Layers for

Enhanced GaAs Solar Cell Performance: Hye Jin Lee*,

Jae Won Lee, Hee Jun Kim, Dae-Han Jung, Ki-Suk Lee, Sang

Hyeon Kim1, Dae-myeong Geum1, Chang Zoo Kim2, Won Jun

Choi1, Jeong Min Baik ; Ulsan National Institute of Science

and Technology (UNIST). 1Korea Institute of Science and

Technology (KIST). 2Nano Process Division Korea Advanced

Nano Fab Center.

Keywords: Antireflection, AR coating, ZnO nanowire, ZnO

nanosheet, Bandgap Control

A series of hierarchical ZnO-based antireflection coatings with

different nanostructures (nanowires and nanosheets) is prepared

hydrothermally, followed by means of RF sputtering of MgF2

layer for coaxial nanostructures. The structural analysis showed

that both ZnO had highly preferred orientation along direction

with highly crystalline MgF2 shell uniformly coated. However, a

small amount of Al was present in nanosheets, originated from

the Al diffusion from the Al seed layer, resulting in an increase of

the optical bandgap. Compared with the nanosheets-based

antireflection coatings, the nanowires-based ones exhibited a

significantly lower reflectance (~ 2%) in ultraviolet and visible

light wavelength regions. In particular, they showed perfect light

absorption at the wavelength less than approximately 400 nm.

However, GaAs single junction solar cell with nanosheets-based

antireflection coatings showed the largest enhancement (43.9%)

in power conversion efficiency. These results show that the

increase of the optical bandgap of the nanosheets by the

incorporation of Al atoms allows more photons enter the active

region of the solar cell, improving the performance.

[P10-36]

고출력 레이저 주사에 따른 산화철 나노클러스터와 생체분자 간

의 상호작용 분석: 박범철*, 김유진1, 김영근 ; 고려대학교 신소재

공학과. 1고려대학교 창의부품소재사업단.Keywords: Magnetic nanoparticle, Nanocluster, laser, Phase

transformation, Photo luminescence

산화철 나노입자는 생체친화적이며 다양한 기능기 도입을 통

해 표면특성 조절이 가능하기 때문에 약물전달시스템, 온열치료

등의 치료분야와 생체 내 이미징, 세포 및 생체분자 분리 등의

진단분야에 응용하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나

생체환경과 자성나노소재 간의 상호 작용에 대한 이해가 부족하

여 바이오메디컬 분야에 응용하는데 어려움이 있다. 본 연구에

서는 다광자 레이저를 주사할 때 나타나는 생체 분자와 자성나

노클러스터의 특성 변화를 분석하여 생체 내 환경에서 일어날

수 있는 반응을 분석했다. 공초점 형광현미경을 이용한 고출력

레이저 주사 시에 자성나노클러스터(직경 = 100 nm)를 함입한

세포의 형광 세기 변화를 발견했고 가시광 영역 전체에 걸쳐

형광이 나타나는 것을 확인했다. 엑스선회절분석기(XRD), 투과

전자현미경(TEM)을 통해 레이저 조사 전후의 산화철 나노입자

가 마그네타이트(magnetite)에서 뷔스타이트(Wustite)로 상이 변

화한 것을 확인했다. 또한 광학적 특성 변화가 조사 이후의 생

체분자에서 나타나는 것을 확인했다. 푸리에 변환 적외선 분광

기(FT-IR), 열중량분석기(TGA)를 이용하여 생체분자의 구조변화

를 분석하고 나노입자와 생체분자 간의 상호작용에 의한 생성물

264

을 분석했다.

[P10-37]

코발트-바나듐 나노튜브의 미세 구조 및 자기적 특성 분석: 전유

상*, 김수효, 김영근; 고려대학교 신소재공학과.Keywords: Co-V nanotube, Magnetic properties, Microstructre,

Electrodeposition

1 차원 자성 나노재료들은 그들의 형태 이방적인 특성으로

인해 전자 소자, 생체분자 센서 등에 활용될 수 있을 것으로

큰 기대를 모으고 있다. 일례로 Ni 나노선 어레이의 경우 표면

에 다양한 화학적 생체 분자들을 수식함으로써 기존의 결과보다

매우 높은 민감도를 보이는 심근경색용 진단 플랫폼이 제작 되

었다. [1] 하지만 나노튜브는 외부뿐만 아니라 내부에 노출된

표면을 추가적으로 가지고 있기 때문에 비표면적 관점에서 나

노선보다 더 큰 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 200 nm

크기의 기공을 가지고 있는 양극산화 알루미늄 (Anodic

aluminum oxide) 을 이용하여 코발트-바나듐을 나노튜브를 합

성 하였다. 제작 과정에선 동일한 전류밀도를 인가함으로 이온

들을 환원 시킬 수 있었다. VO2+은 정전기적 인력으로 인해

벽면에 좀 더 흡착되려는 성질을 보인다는 것이 보고 되었다.

[2] 이를 활용하기 위해 소량의 강산과 함께 바나딜 황산염

(vanadyl sulfate hydrate) 을 용액에 추가적으로 첨가 하였다.

첨가된 VO2+ 이온은 코발트 이온이 나노선이 아닌 나노튜브로

합성될 수 있도록 보조 역할을 해줄 것으로 기대 하였으며 이

렇게 합성된 나노튜브를 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경

(TEM)을 이용하여 확인하였다. 그림. 1은 나노튜브의 형태, 미

세구조, 성분분석 결과를 보여주고 있다. 나노튜브는 내부 반지

름길이를 약 80 nm 정도 가지고 있는 것으로 확인되었으며 성

분분석 결과를 이용하여 바나듐 이온이 코발트 나노튜브 모체

내부에 균일하게 분포 되어 있음을 알 수 있었다. 그림 2. 는

상온에서 진동시료자력계를 이용하여 측정한 나노튜브의 자기적

특성을 보여주고 있다. 예상되는 결과처럼 자화용이축은 강한

형태 이방성으로 인해 나노튜브 축에 평행한 방향으로 되어 있

음을 알 수 있었다.

[P10-38]

산화철-다공성 실리카 코어-쉘 나노입자의 합성 및 자성특성: JIN

SUYUE*, 박범철, 함우승, 김영근; 고려대학교 신소재공학부.Keywords: core-shell nanoparticle, Magnetite, Mesoporous silica,

Nanocomposite

다공성 실리카는 비표면적이 큰 장점을 가지고 있어 바이오

응용분야에서 많은 연구자들의 관심을 모으고 있다 [1]. 특히,

마그네틱 다공성 실리카 나노복합체는 동시에 자기적 특성과 다

공성 구조를 가지고 있으므로 약물전달, MRI 이미징, 및 중금

속 분리 등 분야로의 응용이 활발히 진행되고 있다. 하지만 기

존의 대수 연구자들은 초상자성 마그네타이트를 코어재료로 사

용하여 나노복합체의 포화자화값이 낮은 것으로 인해 자기장에

대한 응답능력이 떨어진다 [2]. 본 연구에서는 페리마그네틱 다공

성 실리카 나노입자의 합성 및 그의 미세구조와 특성에 대해 제

시하고자 한다. 마그네타이트 코어는 폴리올 합성법[3]으로 합성

하였고 졸겔 반응을 통하여 실리카 쉘을 합성하였는데 그 중 다

공성 구조는 계면활성제 cetyltrimethylammonnium(CTAB)을 통

하여 완성하였다. 미세구조와 형상은 투과전자현미경(transmission

electron microscopy, TEM)을, 자성특성은 시료진동자력계

(vibrating sample magnetometer, VSM)를 이용하여 측정하였

다. 합성된 나노복합체의 코어는 100나노미터이고 쉘의 두께는

각각 30, 50나노미터이며 전구체의 농도조절을 통하여 쉘 두께

를 쉽게 제어할 수 있다. 또한, Brunauer-Emmett-Teller(BET)

및 Barrett-Joyner-Halenda(BJH)를 통하여 포어 사이즈가 2.43

나노미터임을 확인하였다. 시료진동자력계로 측정한 마그네타이

트와 코어쉘 나노복합체의 자기이력선은 연자성을 보어주었으며

보자력과 잔류자화값의 변화를 보여주었다. 마그네타이트와 코어

쉘 나노입자의 포화자화값은 각각 90(벌크 상태와 비슷함), 53

emu/g임을 확인할 수 있다.

[P10-39]

습식공정을 이용한 ZnS:Mn계 QD의 합성 조건에 따른 광 특

성 변화 연구: 차지민*, 이윤지, 문성철, 이성의; 한국산업기술대학교.Keywords: ZnS:Mn Quantum dot, PL Spectrum, Mn/Zn ratio

최근 정보 표시 소자의 급속한 발전으로 인한 고화질 및 고

효율의 디스플레이 소자의 연구가 요구되고 있고, 특히 크기에

따라 다양한 발광 스펙트럼으로 인한 다양한 색재현성을 나타

낼 수 있고, 발광 소멸 시간이 감소되는 양자 구속효과의 특성

을 갖는 나노 형광체 합성 연구가 진행 중이다. 최근 양자 효

율이 높고 크기 제어로 다양한 색 재현이 용이한 Cd 계, InP

계 QD가 주로 연구가 되고 있지만 환경 및 인체에 유해하며

공정 안정성이 요구된다. ZnS계 나노 형광체는 인체에 무해하

며, 3.6eV의 넓은 밴드 갭을 나타내어 전이 금속 도핑을 통하

여 발광 스펙트럼을 조절이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 본

연구는 상온 액상법을 적용하여 ZnS:Mn2+ Quantum dot을

합성하였고, QD 합성 시 교반 속도와 초기 Mn/Zn ratio를 조

절하여 합성된 ZnS:Mn Quantum dot의 입자 변화에 따른 물

리적 및 광학 특성을 관찰하였다. ZnS:Mn 양자점들을 입자 특

성을 확인하기 위해서 XRD, TEM, Photo-luminescence (PL)

로 측정하였다. XRD 결과 ZnS:Mn의 전형적인 XRD Pattern

을 나타내었으며, 이는 ZnS:Mn 합성이 안정적으로 되었음을

확인 할 수 있었다. ZnS (111)에서 교반 속도가 200rpm에서

600 rpm으로 증가하였을 때 XRD Peak가 왼쪽으로 전이되었고,

이는 교반 시 합성 속도에 의하여 격자 내 결함에 의한 것으

로 사료된다. PL Spectrum 분석 결과 ZnS:Mn 합성 시 교반

속도 200 rpm에서 가장 높은 PL 특성을 나타내었으며, 교반

속도가 증가함에 따라 Blue Emission Peak가 상승하였으며,

이는 XRD의 결과와 일치되는 격자 내 결함이 증가하는 것을

나타낸다. 또한 Mn/Zn ratio의 Mn 비율이 높아질수록 ZnS

격자 내에 Zn2+이온이 Mn2+로 치환되는 양이 늘어나면서 PL

Intensity가 증가하였으며, Mn2+ 이온의 영향으로 PL Peak가

오른쪽으로 첨가량 0.1wt% 대비 9wt%일 때 8.5nm 이동하였

다. XRD 결과 Peak가 ZnS의 (111) Peak 위치에서 왼쪽으로

전이는 Zn2+ 이온보다 크기가 작은 Mn2+ 이온의 치환양이

늘어나 브래그 회절 법칙에 의해 낮은 XRD dgree를 나타낸다

고 사료된다. ZnS:Mn 합성 반응 속도 및 Mn 비율은 격자 및

격자 내 결함에 영향을 주며, 이에 따라 다양한 발광 스펙트럼

을 제어하였다.

Memo

265

[P11-1]

Duplex Stainless Steel의 마르텐사이트 변형에 미치는 Strain

partitioning effect 분석: 이재은*, 고지연, 이근호, 조재형1, 황시

우2, 박경태2, 최점용3, 한흥남; 서울대학교 재료공학부. 1재료연구소. 2

한밭대학교 신소재공학과. 3POSCO 기술연구소.Keywords: Duplex stainless steel, Deformation-induced martensitic

transformation, Strain partitioning, Electron-backscatter diffraction,

Nanoindentation

Duplex stainless steel은 Ferrite상과 Austenite상이 혼합된

스테인리스강이다. 이는 페라이트계 스테인리스강보다 우수한

기계적 물성을 가지며, 오스테나이트계 스테인리스강보다 가격

이 저렴하고 응력부식균열에 대한 저항성이 뛰어나다는 장점을

지닌다. 최근 포스코에서 개발한 최대 인장 강도 800 MPa

이상, 연신 70% 이상의 질소 첨가 Duplex stainless steel을

개발하였다. 고강도, 고연신이 나타나는 요인을 살펴보고자

Ferrite scope, in-situ EBSD, TEM 분석을 실시하였고, 그

결과 변형유기 마르텐사이트 변태 (Deformation-induced

martensitic transformation, DIMT) 거동이 주요 메커니즘임을

확인하였다. DIMT에 영향을 미치는 Ferrite와 Austenite 간의

Strain partitioning 효과를 조사하기 위해 Crosscourt를 이용하

여 10% 인장 변형 시편에서 각 상의 잔류 변형량을 분석하였

고, Nanoindentation curve의 Pop-in 거동을 분석하여 각 상의

전위가 생성되는 최대 응력을 비교 분석하였다. 그 결과 상대적

으로 Austenite 상에 변형이 더 집중되는 것을 확인할 수 있었

고, 이러한 Strain Partitioning 효과가 Duplex stainless steel

에서의 DIMT 거동을 유도한 것으로 판단된다.

[P11-2]

열연 재가열온도(SRT)가 마르텐사이트강의 굽힘가공성에 미치는 영

향: 신효동*, 문인기, 황인석; 현대제철연구소.Keywords: Slab reheating Temperature, Bendability, Band

Structure, Martensite steel

최근 자동차사에서는 차체 경량화 및 정면/측면 충돌특성 향

상을 위하여 초고장력강판 적용 비율을 높이고 있는 추세이다.

이와 같이 초고장력강판의 자동차 부품 적용을 확대하기 위해서

는 초고장력강판의 성형성 확보가 매우 중요하다. 초고장력강판

의 굽힘가공성을 향상시키기 위해서는 균일한 미세조직 확보가

필수이다. 본 연구에서는 열간압연 및 냉연 열처리 공정을 통해

마르텐사이트 조직을 갖는 초고장력강 소재에 관한 연구이며,

열연 재가열 온도를 변화시켜 Mn Band structure의 변화에 따

른 냉연재 굽힘가공성을 평가하였다. 평가결과 재가열 온도가

높을수록 열연조직의 두께 방향 Mn Band Structure가 감소하며

이로 인하여 냉연재 굽힘가공성이 향상 되는 것을 확인 하였다.

재가열 온도가 낮아지면 고온에서의 Mn의 고용영역 분산효과가

감소하여 Mn Band Structure 증가로 굼힘가공성에 악화를 초

래한 것으로 판단된다.

[P11-3]

용강 탈황속도에 미치는 래들 슬래그 조성의 영향: 강진규, 박주

현*; 한양대학교.

Keywords: Desulfurization, Ladle refining, Slag-Metal reaction

kinetics, Refractory corrosion, Mass transfer

강 중의 S는 황화물(FeS, MnS)로서 입계에 석출되어 균열을

야기하고 응력을 집중시켜 기계적 특성을 저하시키는 것으로 알

려져 있다. 이러한 황화물의 양을 최소화하기 위해 2차정련 공

정에서 용강 중 S 정련이 필수적이다. 래들 정련 공정에서 용

강 중 S는 Slag-Metal 반응을 통해 제거되며, 이러한 S 정련

에 있어 고염기도 슬래그의 사용이 필수적이다. 그러나 과잉의

염기도는 2CaO.SiO2와 같은 고상 석출로 인한 액상슬래그의

분율 감소 및 유동성 저하를 야기하며, 슬래그의 유동성 향상을

위한 과잉의 CaF2 첨가는 내화재 손상의 가속화를 초래한다.

따라서, 탈황속도를 증가시킴과 동시에 내화재의 수명에 미치는

영향을 최소화할 수 있는 최적 슬래그 조성의 도출이 매우 중

요하다. 이와 같은 배경 하에, 본 연구에서는, 탈황효율 및 내

화재의 용출 거동에 미치는 슬래그 조성의 영향을 규명하고, 탈

황속도를 용강 중 S의 물질전달 측면에서 검토하였다.

[P11-4]

High-Temperature Corrosion Behavior of Metallic Alloys

Exposed to Supercritical Carbon Dioxide Environments:

채호병*, 서석호, 정용찬1, 이수열 ; 충남대학교. 1전력연구원.Keywords: Supercritical carbon dioxide, Corrosion, Oxidation,

Steel, Ni-based Alloy

The Supercritical Carbon Dioxide Brayton Cycle has drawn

much attention due to its high efficiency and stability in the

power plants. Evaluation of the corrosion behavior and

mechanical properties as the essential parts of the power plant is

of great importance for structural integrity assessment. In this

work, a thorough review on the corrosion behavior of structural

materials used in high-temperature supercritical carbon dioxide

environments of the power plant is provided. The three types of

the possible candidate materials are chosen to examine high-

temperature thermal stability and corrosion resistance under the

supercritical carbon dioxide environment: i) ferritic-martensitic

steels (T92), ii) austenitic steels (304L & 316L), and iii) Ni-

based alloys (Alloy 600 and 738LC). Development of weight

change and corroded oxide layer of the materials is obtained as

functions of time at the given elevated temperatures. The

corrosion behaviors of the materials are evaluated from weight

change, composition and thickness of oxide scale, and analyses

of surface and cross-section morphologies. A fundamental

understanding on the corrosion behavior of structural materials used

in high-temperature supercritical carbon dioxide environments of

the power plant will be provided.

[P11-5]

Fe-Mn-Al-C 경량철강의 인장 성질에 미치는 Aging의 영향: 이

석규*, 송혜진, 손석수, 곽재현1, 이병주, 이성학 ; 포항공과대학교 신

소재공학과. 1Sheet Products & Process Research Group, POSCO.Keywords: Lightweight steel, Aging, k-carbide

최근 강화되는 환경규제들과 더불어 자동차 연비 향상을 위

한 자동차 강판의 경량화에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

특히 0.1~0.7 wt.%의 C, 5~30 wt.%의 Mn, 3~10 wt.%의 Al

조성을 가지는 경량철강은 페라이트와 오스테나이트로 이루어진

Duplex 조직으로 강판의 경량화, 저합금을 통한 가격경쟁력 확

P11 : 철강Room 전시장, 10월 30일

266

보, 우수한 강도와 연성을 보이며 새로운 자동차 강판용 소재로

떠오르고 있다. 본 연구에서 사용한 강재 조성은 0.2~0.5 wt.%

C, 5~15 wt.% Mn, 4~7 wt.% Al이다. 경량 철강의 고질적인

문제인 냉간 압연 취성을 해결하기 위해 냉간 압연 전에 소둔

공정을 진행하고, 성공적으로 제조된 냉연판의 우수한 인장 성

질을 확보하기 위하여 900oC에서 1분 소둔하였다. 소둥 후 강

도 향상을 위해 Aging 열처리를 하면, Duplex 조직 혹은 k-

carbide 조직을 포함한다. Aging 온도 및 시간을 다양하게 조

절하여 미세조직 변화를 살펴보고, 이들이 인장 성질에 미치는

영향에 대해 분석하고자 한다.

[P11-6]

평형상태도를 이용한 오스테나이트계 내열주강의 미세조직 및 고

온 기계적 성질에 대한 연구: 조용희*, 정승문, 이형수, 손석수, 도

정현1, 이병주, 이성학, 장성식2, 김형준3 ; 포항공과대학교. 1AdvancedMetallic Materials Division, Korea Institute of Materials. 2R&D

Center Keyyang Precision Co. 3Ltd. Gimcheon.

Keywords: Turbocharger housing, Austenitic cast steel, High

temperature tensile strength, Equilibrium phase diagram

배기가스, CO2, Euro-X와 같은 환경규제에 대응하여 자동차

엔진 부품의 친환경 고연비화가 중요시 되고 있으며, 연료 소비

효율 향상 및 엔진 경량화를 위한 터보차저의 사용이 증가하고

있다. 고온의 배기가스가 통과하는 터보차저 재료는 800°C 이

상의 고온 환경에 놓이게 되며 터보차저 재료의 요구사용 온도

또한 증가하고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 열역학 계

산을 통한 오스테나이트, 페라이트 그리고 카바이드의 평형상태

도를 활용하여 W, Mo 그리고 Al 함량이 다른 3가지 조성의

오스테나이트계 내열주강의 고온인장특성과 미세조직 분석을 하

였다. 주조과정이 평형상태가 아니기에 액체 용해 온도 아래에

서 two-step calculation method를 적용하여 열역학 계산을 하

였다. W2Mo1Al1 조성의 상온과 고온 각각의 평형상태도와 실

제 미세조직에서 페라이트가 존재했으며 이는 학계에서 보고된

바 없었다. 페라이트 조직에서 Void의 개시와 결합이 발견되었

고 고온강도를 악화시키는 원인이 되었다. 열역학 계산을 통한

평형상태도는 오스테나이트계 내열주강에서의 페라이트 생성 유

무 예측에 효과적이었다. 또한 각 시편들의 미세조직 분석을 통

하여 카바이드 조직의 분포에 따른 Crack 형성 및 전파를 관

찰하였으며 이것이 고온인장 특성에 미치는 영향을 분석하였다.

[P11-7]

Cu첨가 강의 고온 열이력에 따른 열간 연성 거동 변화: 이석

환*, 윤선룡, 손광석, 김동규; 동아대학교 금속공학과.Keywords: Continuous casting, Hot ductility, Cu alloyed steel,

Thermal history

강의 연속 주조 시 주편 표면에는 다양한 종류의 결함들이

발생한다. 특히 주편 표면 및 가장자리에 생기는 균열은 최종

제품의 품질을 저하시키는 주요 요인이다. Cu와 같은 tramp

element들은 Fe의 우선 산화로 인해 scale/steel 계면에 잔류하

여 열간 취성을 유발하고, 연속 주조 시에 균열을 발생시켜 공

정상의 문제점을 증가시키는 것으로 보고되고 있다. 이와 같은

결함을 해결하기 위한 방안으로는 주편의 조직을 미세화 할 필

요가 있으며, 특히 고온에서 변형 전 오스테나이트 상태의 결정

립 크기를 제어함으로써 열간 연성을 향상시킬 수 있다고 보고

되고 있다. 본 연구에서는 Cu가 첨가된 저합금강 시편을 이용

하였으며, 1400oC에서 용체화 처리 후 다양한 열이력에 따른

오스테나이트 조직의 미세화 정도를 조사하고, 이에 따른 열간

연성 거동의 변화를 검토하였다.

[P11-8]

고 Mn강의 산화 스케일 형성에 미치는 냉각조건의 영향: 윤선

룡*, 이석환, 손광석, 이순기1, 서인식1, 김동규 ; 동아대학교 금속공

학과. 1포스코 기술연구소.Keywords: Hiigh Mn steel, High temperature oxidation, Scale

breakage

고 Mn강의 후판 압연 시 발생하는 표면 스케일의 부분적

박리 및 탈락 현상은 고 Mn강 후판재의 제품 표면 품질을 현

저히 저하시킨다. 또한 강재의 화학조성과 후판재 두께에 따른

냉각속도 차이에 따라 표면 스케일의 형성 및 박리 현상의 편

차가 큼에 따라, 압연 후 냉각 공정 및 합금 조성에 따른 표

면 스케일 형성거동 분석에 대한 전반적 검토가 필요하다. 본

연구에서는 고 Mn강 시편과 Cr이 첨가된 시편을 이용하여, 고

Mn강의 후판 압연 시 조업 후 냉각 조건 및 Cr첨가에 따른

산화 및 표면스케일 박리 거동에 대해 연구하였다. 산화는 TG

를 이용하여 dry air 분위기에서 실시하였으며, XRD, SEM,

EDS 를 이용하여 산화 스케일의 상 분석 및 형상을 관찰하였

다. 산화 스케일의 박리는 Cr 첨가 여부와 무관하게 산화 중량

증가분이 임계 중량 증가분 이하에서는 관찰되지 않고, 산화층

이 두꺼울수록 저온에서 박리 및 탈락하였다. Cr이 첨가된 고

Mn 강은 Cr이 첨가되지 않은 고 Mn강에 비해 산화속도가 늦

고 온도구간 별 산화량, 산화물의 형상 그리고 조성도 상이한

결과를 나타내었다.

[P11-9]

Fe-23Mn-(3.5-5)Al-(0.2-0.4)C 고망간강의 열간압연시 발생하는

균열 현상 분석: 임현석*, 조윤, 황병철; 서울과학기술대학교.Keywords: Hot rolling, Cracking phenomenon, High-Mn steel,

Microstructural analysis

최근 들어 수송기기의 연비를 향상시키기 위하여 고강도와

고성형성을 동시에 만족시키는 경량 소재에 대한 개발이 활발히

이루어지고 있다. 그 중에서도 다량의 망간과 알루미늄을 함유

한 경량강판 소재가 주목받고 있는데, 이는 고강도와 경량화를

경제적으로 모두 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 이들 강판의

경우 주조나 압연과 같은 실제 생산 과정에서 발생하는 문제점

에 대한 연구가 아직까지 미비한 실정이다. 특히 압연 과정, 그

중에서도 열간 압연은 미세조직에 따른 열간 가공성을 고려하여

작업이 이루어져야 함에도 불구하고, 합금설계나 공정 상의 어

려움 때문에 열간 균열이 빈번하게 발생하고 있다. 또한 주조

직후 압연 과정에서 급격한 온도 변화에 의한 열응력과 압연롤

에 의한 기계적인 응력으로 인하여 판재의 가장자리에서도 의도

치 않은 결함이 발생되기도 한다. 이러한 결함들은 판재의 손실

을 유발시키거나 기계적 특성을 저하시키기 때문에 이들 결함의

발생 원인에 대한 체계적인 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에

서는 그 한가지 예로서 다양한 조성을 가진 Fe-23Mn-(3.5-

5)Al-(0.2-0.4)C 고망간강의 열간압연시 발생한 균열을 미세조직

학적으로 분석함으로써 균열 발생에 대한 원인을 조사하였다.

[P11-10]

A Feasibility Study on Microstructure Control of Alumina-

Forming Austenitic Stainless Steel: 박현화*, 문준오1, 이태

호1, 홍현욱*; 창원대학교 신소재공학부. 1재료연구소 철강재료연구실.

267

Keywords: Alumina-forming austenitic stainless steel, Creep,

Laves, NbC, Dislocation

최근 전세계적으로 높은 에너지 효율이 요구되고 CO2 배출

규제가 엄격해지는 가운데, 고효율·저공해 발전설비의 필요성이

대두되고 있다. 특히 HSC(Hyper Super-Critical)급 화력발전의

경우 증기조건이 700oC 이상의 고온과 30 MPa 이상의 고압에

서 운용하는 것을 목표로 유럽, 일본, 미국, 중국, 인도 등에서

실증 실험과 건설을 위한 핵심소재의 R＆D가 활발히 이루어

지고 있다. 기존의 Fe계 오스테나이트계 내열강은 600~650oC

까지 고온 강도가 나오고, 산화 저항성이 부족하기 때문에 Ni

기 초내열합금이 고려되고 있으나, 고가의 소재이므로 대형 발

전부품에 사용하기에는 제한적이다. 그러나 최근 ORNL(Oak

Ridge National Laboratory)에서 기존의 오스테나이트계 스테인

리스강을 개선하여 Fe-14Cr-20Ni-0.9Nb-2.5Al 조성을 가진

AFA(Alumina-Forming Austenitic Stainless Steel)강을 개발하

였다. 이는 기존의 낮은 산화 저항성을 보완하기 위해 적정량의

Al을 첨가하여 기존에 형성되는 Cr2O3 대신 Al2O3를 표면에

형성하여 산화 특성을 향상시켰으며, 미량의 Nb첨가로 입내에

미세한 MX 탄화물을 석출시켜 전위의 움직임을 막아 크리프

강도를 향상시켰다. 또한 Nb 첨가로 인해 일반적으로 유해하다

고 알려진 Laves상(Fe2Nb)이 입계에 석출되는데, 최근 연구에

따르면 고온에서 취약한 입계를 고온에서 안정한 Laves상이 입

계 강도를 높여준다는 결과가 나온 바 있다. 이러한 AFA강의

변형 및 손상기구 고찰을 통한 고온 기계적 특성을 저하시키는

미세조직학적 인자들과 이를 제어하는 연구에 대해서는 아직 보

고된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 AFA강의 고온 인장

및 크리프 변형동안 손상기구를 살펴보고, 이를 제어하여 보다

더 향상된 기계적 특성을 얻는 미세조직 제어에 관한 가능성을

고찰하고자 하였다. AFA강을 780oC/ 80 MPa의 조건에서 크리

프 시험 시 입계에서 균열이 발생이 되며, 반면에 미량의 텅스

텐을 첨가시켜 입계에 Laves상을 더 많이 석출시킨 AFAw의

경우 입계 보다는 입내에 존재하던 조대한 NbC 계면에서 분리

가 일어나는 경향을 보였다. 780oC 고온 인장의 경우 AFA/

AFAw 둘 다 조대한 NbC가 존재하는 입계에서 균열이 발생되

었다. 고온인장과 크리프 시험 후 변형 조직관찰로부터, 결정립

계 강화와 NbC의 입내 미세석출에 대한 제어가 중요하다고 판

단하였다. 미세조직 제어 방안의 예로서, 결정립계 serration, 조

대 NbC 용해를 위한 균질화조건을 설계 그리고 입내 미세석출

을 위해 5% pre-strain을 가하는 방법 등 여러 제안을 하였으

며, 이를 토대로 이상적인 미세조직 제어안을 설계하였다. 설계

된 미세조직을 실구현하기 위한 공정방안을 성공적으로 제안하

였으며, 제어된 초기 미세조직들과 고온 기계적 특성과의 상관

성을 고찰하고자 하였다.

[P11-11]

준정적 변형률 속도하에서 극저온용 고망간강의 상온 인장특성: 이

승용*, 오선근, 황병철; 서울과학기술대학교.Keywords: High-Mn steel, Tensile properties, Quasi-static, Strain

rate

최근 원자재 가격의 급등으로 극저온용 소재로 쓰이는 Ni이

함유된 오스테나이트계 스테인리스강과 9% Ni강의 제조원가가

상승하여 이를 대체하기 위한 소재 개발이 활발히 진행 중이다.

그 중 Mn과 그 외의 합금원소를 첨가하여 상온 및 극저온에

서도 높은 오스테나이트 안정도를 유지하며 우수한 기계적 특성

을 가지는 극저온용 고망간강이 개발되어 여러가지 구조용 소재

로 이용될 전망이다. 고망간강의 기계적 특성은 변형시 발생하

는 변형 쌍정에 의해 높은 가공경화율과 응력집중 완화로 국부

적인 네킹을 억제하기 때문에 높은 인장강도와 연신율을 동시에

가지는 장점이 있다. 그러나 특정한 온도와 변형률속도 하에서

변형률 속도가 증가함에 따라 인장강도가 감소하는 음의 변형률

속도 민감도를 나타내는 특징이 있어, 가공 속도가 빠른 생산공

정 또는 가공 후 표면 노치나 미세구조적 결함에 기계적 특성

이 더욱 민감해 질 수 있는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서

는 Fe-24.5Mn-4Cr-0.4C 고망간강을 준정적 변형률 속도(10-4

~10-1 s-1) 하에서 상온 인장시험 후 OM, SEM, EBSD를 이용

한 미세조직 및 파면관찰을 통하여 고망간강의 인장특성에 미치

는 변형률 속도의 영향을 조사하였다.

[P11-12]

해양구조용 강재의 미세조직과 기계적 성질에 미치는 합금성분과

열처리 조건의 영향: 김은영*, 강주희, 김성대, 오창석, 김종철1, 황

성두1, 박기정1, 서용찬1 ; 한국기계연구원부설 재료연구소. 1현대제철

기술연구소.Keywords: Offshore steel plate, Microalloying, Reheat quenching

and tempering, Microstructure, Mechanical property

신흥국을 중심으로 한 대폭적인 에너지 수요증가에 따라 극

한지, 심해저 석유자원 개발에 의한 에너지원 확보가 주요 경제

산업적 이슈로 부각되고 있으며, 이에 따라 해양플랜트 시장의

지속적인 성장이 예상되고 있다. 엄격한 구조적 안정성이 요구

되는 해양구조물용 후판재에는 우수한 용접열영향부 인성이 필

요하며, 결정립 제어에 의한 고강도화 및 고합금화에 따른 용접

성, 인성저하 방지가 요구된다. 이를 위하여 다양한 가공열처리

및 열처리 기술이 적용되어 왔으나, 균일한 오스테나이트 결정

립 크기를 확보할 수 있고 템퍼링 시 탄화물 석출에 의해 고

강도와 고인성 특성을 동시에 만족할 수 있는 재가열-소입-템퍼

링(RQT)공정이 해양구조물용 후판재 제조에 널리 적용되고 있

다. 본 연구에서는 합금성분과 열처리 조건이 후판재의 기계적

성질에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 탄소당량이 서로 다른

2가지 SiMnCrMoNiV 판재를 진공유도용해, 조압연, 열간압연을

통하여 제조하였다. 열연판재를 오스테나이트 단상영역인

900~950oC에서 재가열, 수냉 후 600~650oC에서 템퍼링을 실

시한 시편을 대상으로 일축인장, 샤피충격시험을 실시하였다. 광

학현미경, 주사전자현미경, 전자후방산란회절 미세조직을 관찰하

고 금속조직학적 인자와 기계적 성질의 상관성을 검토하였다.

[P11-13]

Microstructural Evolution of Advanced Reduced Activated

Alloy (ARAA) under Low Cycle Fatigue and Creep-Fatigue

cycling: Ebo A.Kizzie-Hayford*, Won-Doo Choi1, Young Bum

Chun2, Seung Yon Cho3, Yong-Jun Oh ; Dept. of Materials

Science and Engineering HBNU. 1Center for Research Facilities

HBNU. 2Korea Atomic Energy Research Institute. 3National

Fusion Research Institute.

Keywords: Advanced reduced activated alloy (ARAA),

Microstructure, Creep-fatigue, Compressive dwell

In developing structural materials for fusion reactor

applications, the Korean RAFM steel named as (ARAA) has

been designed by adjusting major alloying elements such as C,

Cr, W, V, Ta, N and Ti. Considering its primary application in

withstanding complex loading cycles at elevated temperature, it

268

is expected that the alloy design exhibits mechanical properties

comparable or better to the conventional RAFM steels like

Eurofer and F82H. In this study, the microstructural evolution of

advanced reduced activated alloy (ARAA) under low cycle

fatigue and creep-fatigue loading has been investigated. Low

cycle fatigue tests were run at total strain ranges from 0.4% to

1.2% at 550oC while an imposed compressive dwell of 450

seconds for each of the total strain ranges from 0.8% to 1.2% at

550oC for creep-fatigue. The creep-fatigue life was reduced to

half the magnitude observed for that of low cycle fatigue. SEM

examination of the fractured surfaces revealed clearly marked

striations at low strain ranges while that of the high strain ranges

are characterized by cleavage fractured mode. Crack initiation

and propagation occurred at multiple sites and in a transgranular

manner respectively. Optical micrographs showed high density

narrow crack branching with increasing total strain range in low

cycle fatigue while creep-fatigue showed cracks which were

wide and propagated straightly. TEM examination of the samples

before and after cyclic loadings were carried out and the

microstructural changes were discussed.

[P11-14]

극저온용 고망간강의 인장특성에 미치는 결정립 크기의 영향: 이

상인*, 이승완, 황병철; 서울과학기술대학교.Keywords: high-Mn steel, Tensile properties, Grain size,

Cryogenic applications

최근 극저온 에너지 저장용 합금으로 주로 사용되고 있는 알

루미늄 합금, 오스테나이트계 스테인리스강이나 9%Ni강, 인바합

금 등은 가격이 비싸기 때문에 이를 대체하기 위한 극저온용

고망간강에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 일반적으로

고망간강의 경우 높은 망간 함량과 적절한 탄소, 알루미늄 및

크롬 함량에 의해 상온조직이 오스테나이트 단상으로 되어있다.

이러한 오스테나이트 단상 조직의 고망간강은 적층결함 에너지

에 의해 기계적 쌍정, 변형유기 마르텐사이트 및 전위 활주 등

의 변형조직이 나타나 기계적 물성에 큰 영향을 준다. 한편 이

들의 오스테나이트 결정립 크기는 어닐링 온도 및 시간 변화에

의해 결정되며, 이에 따라 미세조직과 변형 거동이 차이를 나타

낸다고 보고되고 있다. 하지만 고망간강의 경우 합금원소에 의

해 오스테나이트 상의 안정도가 달라져, 인장특성에 미치는 결

정립 크기의 영향이 연구자들 마다 다르게 나타나고 있어 추가

적인 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 극저온용

고망간강의 어닐링 시간 및 온도를 조절하여 다른 오스테나이트

결정립 크기를 갖는 시편을 제조 한 후 OM, SEM, XRD,

TEM 등을 이용하여 각 오스테나이트 결정립의 크기와 분율 및

변형조직을 관찰하고, 인장시험을 실시하여 극저온용 고망간강의

인장특성에 미치는 결정립 크기의 영향을 분석하였다.

[P11-15]

합금 원소 편석이 ERW 용접 강관의 미세조직에 미치는 영향:

남지훈*, 조대현, 이병우, 최윤석, 김성준1, 박익민; 부산대학교. 1포

스텍 철강대학원.Keywords: Electric resistance welding(ERW), Heat treatment,

Mechanical properties, Corrosion, Field emission electron probe

micro analyzer(FE-EPMA)

중,대형 110ksi급 용접강관 제조에 널리 쓰이는 Electric

Resistance Welding 공정은 용접 속도가 매우 빨라 생산성이

우수하며 낮은 생산 단가로 인해 현재 유정용 강관 제조공정의

약 65% 를 차지 하고 있다. 하지만, ERW 공정 중 부분 용

융 후 가압 응고 시 발생하는 Mn, Si 등의 합금원소들의 편

석은 hook crack, hydrogen induced cracking 생성 및 내부

식성 저하를 발생 시키는 등 용접관의 기계적, 화학적 물성을

저하시키는 것으로 보고 되고 있다. 본 연구에서는 이와 같은

합금원소의 편석이 110ksi급(Q110) ERW 용접강관 열영향부

(HAZ)의 미세조직에 미치는 영향을 고찰하였다. 이를 위하여

ERW 강관의 Quenching ＆ Tempering (QT) 열처리 시 발생

하는 미세조직 변화가 합금원소의 편석에 의하여 어떠한 영향을

받는지를 SEM-EDS, FE-EPMA를 이용하여 조건별로 분석하였

으며, 인장시험 및 미세경도시험을 통해 기계적 특성을 분석하

였다.

[P11-16]

Effect of Slag Composition on Dissolution Behavior of Cu

in Molten Slag: Eun-hack Jang*, Youn-Bae Kang; Graduate

Institute of Ferrous Technology(GIFT), POSTECH.

Keywords: Copper, Solubility, Basicity, Dissolution

Amount of steel scrap has been gradually increasing in Korea,

and recycling of the scrap is important to provide a new steel

source and to follow the demand to decrease CO emission during

ironmaking and steelmaking process. However, some of

transition metals, in particular Cu, prohibits from full utilization

of the scrap for the recycling. Many approaches regarding Cu

removal have been proposed, but most of them were focusing on

the extent of Cu removal from the molten steel. However, it is

also important to understand the fundamental mechanism for the

Cu removal. In the present study, it was attempted to elucidate

the dissolution mechanism of Cu in molten oxide slag containing

S, by a chemical equilibration method. Cu solubility in CaO-

SiO2-Al2O3 slag in equilibrium with metallic Cu was measured

under controlled gas atmosphere containing S at 1773 K, varying

CaO/SiO2 ratio in order to clarify the effect of basicity. The role

of basicity and S in the slag are discussed.

[P11-17]

Development of Piping-simulation Technique Using Sheet

Bending and Flattening: Jong Un Moon*, Hyeok Jae Jeong,

Soo Hyun Joo, Ki-Seok Kim1, Hyoung Seop Kim; 포스텍(포

항공과대학교). 1POSCO PAC.Keywords: Pipe manufacturing process, Bauschinger effect, 3-

point bending, FEM, Digital image correlation

Plastic properties of metallic materials are history-dependent,

hence prediction of the final plastic properties of engineering parts

from the initial material is very important. In particular, measuring

the mechanical properties of steel pipes requires significant time,

costs, labor, and efforts. Therefore, it is necessary to develop a

method of mimicking pipe manufacturing processes, i.e., bending-

unbending-flattening, which can well reproduce mechanical

properties after the pipe manufacturing process. Due to the

Bauschinger effect which reduces the material’s plastic yield

strength under opposite directional deformations, it is difficult to

predict the mechanical properties of pipes by simply analyzing

269

stress-strain curves. In this research, suitable 3-point bending

experiments for simulating the pipe manufacturing process was

designed. To verify the reliability of the proposed method in terms

of strain distribution and plastic deformation behavior, digital

image correlation of the experimentally measured strain and the

finite element analyses were employed. Consequently, the FEM

result analogous with the experiment was obtained and confirmed

that the 3-point bending has reliability to simulate the pipe

manufacturing process.

This work was financially supported by POSCO.

[P11-18]

Effects of Austenite Stability and Existence of Ferrite Phase

on Hydrogen-Induced Delayed Cracking in Stainless Steels

after Cup Deep Drawing: Seok Hwan Jung*, Seok Weon

Song, Young Jin Kwon, Chong Soo Lee; Pohang University

of Science and Technology.

Keywords: Hydrogen delayed cracking, Deep drawing, Stainless

steel, Austenite stability

The effects of austenite stability and existence of ferrite phase

on hydrogen-induced delayed cracking after cup deep drawing

were investigated by using three different stainless steels, two

metastable austenitic stainless steels and a duplex stainless steel.

The results revealed that the delayed cracking behavior was

considerably different with the material, i.e., delayed cracking

resistance: duplex stainless steel > austenitic stainless steel with

high Ni content (high austenite stability) > austenitic stainless

steel with low Ni content (low austenite stability). The different

behavior of hydrogen-induced delayed cracking was explained in

terms of hydrogen sensitivity related to austenite stability and

existence of ferrite phase.

[P11-19]

1.3 GPa 고강도 12Mn-TRIP강의 인장 성질에 미치는 소둔 온

도의 영향: 조민철*, 손석수, 송혜진, 송태진1, 이병주, 이성학 ; 포

항공과대학교 신소재공학과. 1POSCO HIMASS Research ProjectTeam.

Keywords: TRIP, a'-martensite, 12Mn, Ultra High Strength Steel,

Annealing

최근 지구 온난화에 따른 환경규제 강화가 의무화되며, 자동

차 산업에서도 이산화탄소 배출 저감 및 연비 향상을 위한 연

구가 활발히 진행되고 있다. 연비 향상뿐만 아니라 안정성 향상

을 위해 고강도, 고연성을 동시에 만족하는 차세대 자동차 강판

의 개발에 대한 관심이 고조되고 있다. 본 연구에서 사용한 강

재의 냉연판은 100% a’-martensite로 구성되어 있지만, 2상 소

둔을 거치면 a’-martensite와 austenite의 2상 조직을 갖는다.

이 12Mn-TRIP강은 소둔 온도에 따라 다양한 인장 성질을 나

타내고, 특히 630oC에서 10분 열처리 하였을 때, 항복강도

980 MPa, 인장강도 1330 MPa, 연신율 26%의 우수한 기계적

성질을 나타낸다. 본 연구에서는 소둔 온도 조절에 따른 미세조

직 변화와 인장 특성 변화를 살펴보았고, 이들의 상관관계를 분

석하고자 한다.

[P11-20]

고 Mn강의 가열로조건에서의 산화: 이동복*, 김민정, 박순용, 지

권용; 성균관대학교.Keywords: High Mn steel, Reheating furnace, Oxidation, Scale

고 Mn강은 복잡한 형상으로 쉽게 성형되는 성형가공성과 충

돌에 의해 쉽게 파손되지 않는 강도 특성을 가져 차세대 고강

도 자동차강판으로 최근 활발히 연구되고 있다. Fe-18%Mn-

1.5%Al-0.5%Cr-0.5%Si 조성의 고 Mn 강을 가열로(reheating

furnace)조건인1150-1250oC, 85%N2-10%CO2-5%O2 혼합가스에

서 1시간동안 산화시킨 후, 생성되는 산화막을 조사하였다. 산

화는 급격히 진행되어 두꺼운 산화막과 내부산화층이 생성되었

다. 산화막은 양이온의 외방확산에 의해 성장하며, FeO, Fe2O3,

MnO, MnAl2O4, FeMn2O4로 구성되었다. 내부산화층에는 원

모재의 결정립계를 따라 기공이 존재하였으며, 이를 통해 산소

의 내방확산은 촉진되었다. 결정립계와 결정립내에 존재하는 내

부산화물에는 주로 Mn-Fe-Al-Si-Cr-O가 편석되었다.

감사의 글. 본 연구는 2014년도 산업통상자원부의 재원으로 한

국에너지 기술평가원(KEPTEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과

제입니다. (No.20143030050070)

[P11-21]

Effect of Hydrogen on Low-cycle Fatigue Behavior in Fe-

Mn-C-Cu TWIP Steel: Young Jin Kwon*, Seok Weon Song,

Chong Soo Lee; Graduate Institute of Ferrous Technology(GIFT),

POSTECH.

Keywords: Twinning induced plasticity steel, Low-cycle fatigue,

Hydrogen embrittlement, Copper

It is well known that the twinning-induced plasticity (TWIP)

steel possesses the excellent combination of tensile strength and

elongation. However, the deterioration of mechanical properties

by internal and environmental hydrogen (i.e. hydrogen

embrittlement) limits the application of this material to the severe

hydrogen environment such as hydrogen gas containers and pipe

lines. At the previous studies, Cu-added TWIP steel

demonstrated the superior resistance to hydrogen embrittlement

(HE) compared to Fe-Mn-C TWIP steel during the slow strain

rate test. However, this research was limited to the uniaxial

tensile deformation mode. The fracture phenomenon in steel is

frequently caused by the cyclic loading condition (i.e. fatigue

fracture), which is distinct from the tensile loading condition.

Therefore, the investigation of fatigue properties of Cu-added

TWIP steel under hydrogen environment is necessary. Fe-

17%Mn-0.8%C and Fe-17%Mn-0.8%C-2%Cu TWIP steels

(weight %) were used to study the hydrogen and Cu addition

effects. Hydrogen was charged into the samples with an electro-

chemical method and then low-cycle fatigue (LCF) tests were

conducted under strain-controlled method. The effect of

hydrogen on fatigue behavior was interpreted based on a fatigue

crack initiation, propagation and cyclic hardening behavior. In

addition to this, the internal hydrogen behavior during the cyclic

loading condition was traced using a thermal desorption analysis

(TDA) method. The detailed analysis is on progress

[P11-22]

Quantitative Investigation on Mechanism of Metallothermic

Recovery of Al-Sc Alloy by CaO-CaCl2 Flux: 고재웅*, 한

용욱, 민동준; 연세대학교 신소재공학과.

270

Keywords: Scandium, Metallothermic recovery, Al-Sc alloy,

Solubility, Mechanism

저품위 니켈 산화광(Limonite)을 이용한 건/습식 하이브리드

제련 공정을 통한 페로니켈 제조 공정 개발 중, 유가금속인 Sc

의 경제적/효율적 회수를 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.

열환원법을 이용한 Al-Sc 합금 제조 공정에서의 Sc2O3 의

환원반응기구를 정량적으로 평가하였다. CaO-CaCl2 flux로부

터 Ca(g)에 의한 Sc2O3환원반응을 평가하였다. PCao=1.48×10-3

atm의 상태의 밀폐된 Stainless chamber내에서 W 도가니 중

에 Sc2O3를 함유한 CaCl2 flux의 반응을 진행하였다. 또한,

Alumina 도가니를 이용한 실험을 병행하였으며, Sc2O3 용해반

응 기구를 1273 K 및 1373 K에서의 Sc2O3용해도에 미치는 염

기도의 영향과 산소분압의 영향을 통하여 평가하였다. Sc2O3

용해도에 미치는 염기도 영향으로부터 CaO 활동도와 직선관계

가 도출되었으며, log scale plot의 기울기는 1인 것으로 확인

되었다. 또한, Sc2O3용해도에 미치는 산소분압의 영향성을 평가

한 결과, 산소분압(log PO2=-14~-21)의 범위에서 Sc2O3 용해도

에 독립적인 거동을 하는 것으로 나타났다. 이를 통해 얻어진

Sc2O3의 용해 거동은 식으로 확인되었다. 총괄반응식은 다음과

같다. Sc+3/4O2+O2-=ScO2.52- 위의 용해반응을 바탕으로 밀폐실

험을 진행하였다. Sc 원소가 Al 용탕에 용해되는데, flux내

Al2O3의 용해로 인한 CaO의 활동도 감소에 의하여 Al용탕 내

Sc 농도가 증가하였다.

[P11-23]

The Effect of Basicity and Cationic Species on the Sulfide

Capacity and the Chloride Capacity in MgO-Al2O3-SiO2

Slags: 최준성*, 한용욱, 민동준; 연세대학교 신소재공학과.Keywords: Sulfide Capacity, Chloride Capacity, Cationic Effect,

Charge Compensation

제강 및 전기로 공정의 슬래그 Capacity는 불순 원소의 흡수

제거 가능 한계를 나타내는 물성으로서 염기도와 온도만의 함수

로 정의된다. 기존의 연구에 의하면 탈황능 및 탈염소능은 염기

도에 비례하는 성질 이외에 Silicate 슬래그에서 양이온과 황의

상호 작용이 염기성 산화물 간의 치환 효과에 영향을 받는 것

으로 밝혀져 있다. Alumino-Silicate 슬래그에서 Ca2+, Mg2+

의 양이온 상호작용이 슬래그 물성에 영향을 미치는 것으로 알

려져 있지만, 양이온 치환 효과에 따른 탈황능의 변화에 관한

연구가 아직도 이루어지고 있지 않은 실정이다. 한편, CaO계

슬래그에 대한 많은 연구에도 불구하고 저염기도인 MgO-

Al2O3-SiO2 슬래그에서의 연구는 매우 미비한 실정이다. 따라서,

본 연구에서는 MgO-Al2O3-SiO2 슬래그에서의 탈황능과 탈염소능

에 대한 염기도와 양이온 치환 효과의 영향성을 평가하고자 하였

다. 1873K에서 기체-슬래그 평형 실험을 통한 탈황능과 탈염소

능을 Pt-10%Rh 도가니에서 평가하였다. (Ar+CO+CO2+SO2)와

(Ar+H2+CO2+HCl) 혼합기체와의 평형에 의해, 탈황능 및 탈염

소능은 염기도에 선형적 관계를 나타내고 있었으며, CaO-

Al2O3-SiO2 슬래그와 CaO-MgO-Al2O3-SiO2 슬래그 간에는

MgO 영향을 나타내고 있었다. 염소 정련능의 경우, 염기도의

의존성은 탈황능과 유사한 경향을 나타내었다. Aluminate와

Ca2+의 Charge Balancing 영역에 따라 탈황능이 증가하지 않

는 구간이 존재하였으며, Per-aluminous 영역에서는 Ca2+이

aluminate와의 charge compensation에 의해 황 이온간의 인력

에 영향을 미치지 않은 것으로 판단되었다. 한편, Per-alkaline

영역에서는 황 이온과의 인력에 의해 탈황능이 증가하고 있음을

확인하였다. 따라서, Ca2+은 aluminate의 경우에 비해 Mg2+보

다 우선적으로 charge compensation하는 경향을 나타내었으며,

탈황능은 Ca2+중에서도 charge compensation에 참여하지 않는

자유 Ca2+ 이온에 의해 의존되는 것으로 평가되었다.

[P11-24]

A Thermodynamic Study on Spinel Dissolution Behavior

in MgO, Al2O3, Containing Slag System: 윤철민*, 박영주, 민

동준 ; 연세대학교 신소재공학과.Keywords: Alumina, Magnesium Aluminate Spinel, MgO

Solubility, Refractory

제강공정의 MgO계 내화재의 수명은 조업 중 슬래그로

MgO 용출의 최소화에 의해 지배되는 것으로 알려져 있다. 최

근 Al2O3가 포함된 슬래그와 내화재 계면에 Spinel층을 생성하

여 내화재의 용출을 감소시키는 Spinel Slag Lining Process를

사용하고 있다. 이와 관련하여 계면에 Spinel상이 생성에 따른

슬래그의 침투와 부식억제 현상에 관해 많은 연구가 진행되고

있지만, 슬래그 조성에 의한 MgO 평형용해도에 관한 연구는

미비한 실정이다. Spinel의 용해거동을 연구하기 위해 관상로에

서 MgO 도가니를 이용해 평형실험을 실시하였고, 슬래그 조성

을 제어하여 도가니와 슬래그의 계면에 Spinel을 임의적으로 형

성시켜 용해도를 측정 하였다. 또한 슬래그 중 Alumina가

Spinel의 용해반응에 미치는 영향을 확인하기 위해 27Al Solid

NMR을 이용하여 슬래그 내 Al이온의 배위수를 확인하였다.

MgO는 염기성 산화물로 MgO 용해도는 슬래그 내 염기도가

증가함에 따라 감소하는 반비례관계를 나타내는 것으로 알려져

있으나, 높은 Al2O3 성분이나 저염기도 슬래그에서는 MgO의

용출에 따라 슬래그의 초정상이 Spinel로서 형성되는데, 이 때

슬래그의 MgO용해거동은 생성된 Spinel의 용해거동에 의해 지

배되는 것으로 판단 된다. 즉, Spinel에 포함된 Al2O3 성분에

의해 Spinel의 용해거동이 기존의 MgO 용해거동에서 변화한다.

실제 Spinel 평형 영역에서 슬래그 염기도 변화에 따른 MgO

용해도 경향성이 기존의 Magnesio-wüstite 영역에서의 결과와

다르게 변화하는 것을 확인하였다. 이를 통해 Spinel 평형 영역

에서 슬래그 내 Alumina의 거동이 MgO 용해도에 미치는 염

기도 영향성을 연구하였다.

[P11-25]

Reassessment of TiN(s)=Ti+N Equilibration in Liquid Iron:

구름*, 남홍식, 서석효, 장정목, 박종진; 한양대학교 재료공학과.Keywords: Titanium, Nitrogen, TiN, Interaction parameter

Ti은 기계적 특성과 내식성 향상을 위해 다양한 강종에 첨가

되며 용강 내 질소와의 친화력이 매우 크기 때문에 TiN 생성

이 용이하다. 일반적으로 TiN 생성은 강재의 성형성을 향상시

키지만, 연속주조 시 과다한 TiN 생성은 최종제품의 표면결함

을 발생시키므로 이의 제어가 필요하다. 하지만, 용강 중 TiN

생성에 관한 기존 열역학적 data는 1600oC 또는 그 이상의 온

도범위에서 측정되어 있다. 따라서, 연속주조공정 시 용강의 온

도 강하에 따른 TiN 생성을 정확히 예측하기 위해서는 용강의

융점 부근(1550oC)에서의 열역학적 data 확보가 중요하다. 최근

본 연구 그룹에서는 1600-1700oC 범위에서 Ti함유 용강 내 질

소 용해도 및 TiN 생성에 관한 열역학적 연구를 발표한 바 있

다. 본 연구에서는 1550-1600oC 범위에서 용강 내 Ti-N-TiN

평형 관계를 실험적으로 도출하였으며, 이들 결과로부터 용강

내 Ti 및 N 간의 상호작용 계수를 1550-1700oC 범위에서 도

271

출하였다. 특히, 본 연구결과와 반대로 과거 많은 연구자들에

의해 측정된 용강 내 N과 Ti 간의 상호작용 계수는 큰 온도의

존성을 갖는 값으로 발표되었다. 이는 Darken의 Quadratic

formalism을 이용하여 용강 내 N과 Ti간 상호작용의 온도의존

성을 검토하였다.

[P11-26]

바인더 함량 및 종류에 따른 산화철 펠렛의 고온 및 그린강도에

관한 연구: 김종배*, 손일; 연세대학교 신소재공학과.Keywords: Pellet, Green strength, Hot strength

본 연구에서는 산화철 파우더 펠렛광 제조 기술 개발을 위한

펠렛의 저온과 고온에서의 소성 및 바인더 종류 및 함량에 따

른 영향을 확인하였다. 모든 펠렛은 비가압 성형으로 제작하여

그린강도를 측정하였다. 저온 소성의 경우 1,3,5,7일의 경시강도

를 측정하여 시간 및 바인더 함량에 따른 영향을 확인하였다.

고온 강도의 경우 300oC에서서 30분간 고온용 바인더와 함께

고온 성형한 후 1일 강도를 측정하였다. 저온용 바인더로 당밀,

물유리, CMC 및 bentonite가 사용되었으며 고온용 바인더로CaOH2, CMC(carboxymethyl cellulose), coal tar, LEXAN

141R resin, PEI 및 아스팔트 조인트가 사용 되었다. 그린강도

는 바인더 함량 및 시간 증가에 따라 증가하는 것으로 확인

되었다. 같은 기준 상태에서 CMC의 강도가 가장 큰 것으로

확인되었다. 고온성형 펠렛은 아스팔트 조인트를 바인더로 사용

했을 때 가장 크게 나타났으며 시간에 따른 강도변화는 나타나

지 않았다.

[P11-27]

염기도 변화에 따른 탄재내장 산화철 성형물의 환원특성: 권재

홍*, 권의혁, 김장원, 김주훈, 이기우, 김강민, 김병철, 한정환; 인

하대학교 신소재공학과.Keywords: Direct reduction, Low-grade raw material, Carbon

composite iron oxide

세계적으로 철강 업계는 저품위 원료 활용 및 에너지 절감이

큰 이슈가 되고 있다. 이를 해결하기 위해 연구가 진행되고 있

다. 기존 소결 공정의 경우 소결 베드 하단부에서 과잉 열량이

존재하기 때문에 이를 활용하면 에너지 측면에서 효율적이다.

따라서, 탄재내장 산화철 성형물을 소결 베드의 하단부에 편석

장입한다면, 과잉의열량을 직접환원 반응에 활용하고 환원성 향

상에 기여 할 수 있다. 이러한 목적에서 사용되는 탄재내장 산

화철 성형물의 경우 저품위의 산화철분과 분탄을 사용하기 때문

에 필연적으로 맥석과 같은 불순 인자들이 존재하게 되고, 이는

산화철과 환원제의 직접환원을 억제하는 역할을 한다. 따라서,

Flux를 첨가하여 탄재내장 산화철 브리켓의염기도를 변화시켜

그에 따른 환원 특성을 알아보기 위해 실험을 진행했다.

[P11-28]

HE조사 스테인레스 316L재료의 분석: 임상엽*; 한국원자력연구소

원자력재료안전연구부.

Keywords: HE조사, 스테인레스316L, Hardness, 조사편석, TEM

스테인리스 강은 부식안전성과 강도와 연성이 우수하여 원자

력시스템 구조재료로 광범위하게 사용된다. 하지만 중성자 조사

에 의한 입계편석과 핵분열의 비평형반응시 발생하는 He에의한

Void의 형성, 전위발생으로 인하여 운영기간 동안 재료의 강도

증가 하지만 인성이 저하되는 문제가 제기된다. 본 실험에서는

중성자 조사에 의한 재료의 방사화를 피하기 위하여 이온조사를

선택하였다 또한 중성자 조사 시 문제로 여겨지는 입계편석과

Void의 분포변화를 관찰하기 위하여 14MeV He를 스테인리스

316L재료 상온과 400도의 두조건에서 조사한 후 TEM을 통하

여 변화를 관찰하였다. 이후 STEM-EDS의 Line scanning법을

통하여 재료의 원소의 변화를 측정하고 Nano-indenter를 통하

여 경도의 차이를 분석 하였다. 상온에서 조사시킨 재료에서는

입계주변에서 조성의 변화를 관측하지 못하였으나 400도에서 조

사시킨 재료에서는 입계를 중심으로 Cr과 Ni의 농도변화를 찾

아볼 수 있다. 또한 재료의 Hardness는 Void의 분포가 고른

상온조사 샘플이 400도 조사조건보다 강도가 증가하는 것으로

나타났다. 이러한 현상은 원소의 이동도에 따른 HE Void의 고

른 형성으로 인하여 전위의 이동이 방해 받은 이유로 생각된다.

[P11-29]

Effect of Flame Straightening Heating and Air Cooling

Conditions on Mechanical Properties and Micro Structures

of NORSOK-Y30 Steel Plates: 김기혁*, 조수철, 문인준, 박

병규, 김기원1, 이광석2 ; DONGKUK STEEL. 1PUSAN NATIONALUNIVERSITY. 2KIMS.

Keywords: Flame straightening, Mechanical properties

Recently, the maximum flame temperature of the high strength

steel plate for offshore construction has become an issue between

ship builders and ship owners. Ship owners are proposing the

upper limit of the flame temperature to be 550oC. However it is

very hard to carry out flame straightening at this temperature.

Therefore, various reliable experimental results regarding the

straightening condition of high strength TMCP steel plate are

needed. In this study, it was intended to carry out a flame

straightening for Y30 steel plate with several conditions, and to

review the possibility of flame straightening at over the limited

temperature through the consideration of mechanical property

and microstructure. The test plate has a chemical composition of

0.08%C-0.30%Si-1.45%Mn-0.010%P-0.003%S, added with a

small amount of Nb and Ti. Ceq is 0.33 and Pcm is 0.16. SCT is

over 750oC, FCT is below 600oC and accelerated cooling speed

above 15oC/sec under the conditions of 44t TMCP plate was

prepared. Chemical composition and mechanical properties

satisfy with Norsok (EN 10225 S420G2+Q/G2+M) standard.

The tensile strength is the medium level of the requirement, and

the CVN impact toughness at -40oC is excellent with 340J at 1/

2t. The flame temperature and the dwelling time are set with the

following three conditions in reference to the yard investigation

and the CEN standard. Firstly, Short-term surface heating (900oC

reheating and then 30sec Dwell-Air Cooling). Secondary, Short-

term full thickness heating (700oC reheating and then 30sec

Dwell-Air Cooling). Lastly, Long-term full thickness heating

(650oC reheating and then 300sec Dwell-Air Cooling). Raw

material and three tested conditions satisfy with Norsok standard.

YS, HV and 1/2t toughness were decreased at 900oC. YS

increases a little due to the tempering effect in conditions at

650oC and 700oC. The reheated zone of over the RST was

transforming to pearlite and polygonal ferrite. Grain size of 1/2t

became coarsened and carbides were formed at the grain

boundary. In case of high strength Nb-Ti contained TMCP steel,

on flame straightening with high temperature, YS and 1/2t

272

toughness may be decreased by the metal phase transformation,

the grain growth, and carbides formation even during the short

dwell time. The heating temperature is a core factor, which can

affect more on the mechanical property than dwell time. The Y30

steel plate has proved flame straightening is possible to propose

more than 550oC.

[P11-30]

과공석 강선에 B첨가 시 미세조직 및 기계적 성질 비교: 박정

훈*, 안강석, 정신웅1, 남원종; 국민대학교 공과대학 신소재공학부.1국민대학교 신소재공학과.Keywords: Hypereutectoid, Boron, Drawing, Pearlite, Bainite

펄라이트 조직의 과공석 고강도 선재가 상용화되었지만, 탄소

함량 증가로 인하여 항온변태 시 초석시멘타이트 생성으로 신선

가공성 저하가 문제되고 있다. 따라서 과공석 선재의 고강도화

를 위해서는 초석시멘타이트 생성 억제를 통한 소재 연성 증가

가 필요한 실정이다. 일반적으로 boron은 강에서 미량 첨가하여

경화능을 향상시키는 목적으로 사용되는데, boron 원자가 오스

테나이트 결정립계에 편석 되어 상부 베이나이트 또는 페라이트

의 핵생성을 지연시키기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 과공

석강에서 boron 첨가가 항온변태온도에 미치는 영향과 초기 미

세조직 변화에 따른 신선가공성을 비교하였다. 460에서 항온

변태하여 상부 베이나이트 조직을 형성, 580에서 항온 변태하

여 펄라이트 조직을 형성하였고 신선가공성 비교를 위해 진변형

률 3.5 이상 신선가공을 수행하였다. 주사전자현미경(SEM)을

이용하여 미세조직을 관찰하였으며 인장강도, 단면감소율, 염회

치 결과를 토대로 기계적 성질과 딜라미네이션 발생 경향을 분

석하였다.

[P11-31]

공석강 펄라이트 강선의 연성에 영향을 주는 미세조직 인자: 안

강석*, 박정훈, 정신웅, 남원종; 국민대학교 공과대학 신소재공학부.

Keywords: 펄라이트 강선, 항온 변태, 연성(단면감소율), 파단면

공석강 펄라이트 강선에 있어서 초기 강선의 연성 확보는 신

선가공 공정에서 중간에 실시하는 열처리인 페이턴팅(patenting)

의 생략을 가능하게 하는 장점을 가지며 또한 가공변형량의 증

가로 고강도를 얻는 데 효과적인 방법이다. 일반적으로 공석강

펄라이트 강선의 연성에 영향을 미치는 미세조직 인자는 초기

오스테나이트 결정립 크기, 시멘타이트 두께, Block 크기,

Colony 크기, 등으로 알려져 있다. 이러한 미세조직 인자는

오스테나이징, 항온변태과 같은 제조공정의 온도와 시간으로

제어가 가능하다. 본 연구에서는 제조 공정 인자에 따른 공석

강 펄라이트 강선의 연성인 단면감소율의 경향을 분석하였다.

이를 위해 상변태 온도에 따른 2차 상(Upper bainite와 Free

ferrite)의 분율을 측정하였고 인장 시험 후 시편의 파단면을 조

사하여 fracture mode를 구분하였다. 미세조직과 파단면은

SEM을 이용하여 분석하였으며, 오스테나이트 결정립 크기 측정

은 광학현미경을 이용하였다.

[P11-32]

장입슈트 형태에 따른 소결원료 장입거동 연구: 김강민*, 김주훈,

이기우, 권재홍, 김병철, 한정환; 인하대학교 신소재공학과.Keywords: Size segregation, Sintering process, DEM, Bed

permeability

철광석의 소결공정은 고로장입원료를 제조하는 대표적인 공정

으로 일정 입도 이하의 분광석과 코크스, 석회석을 혼합한 소결

원료를 소성하여 용융결합시키는 단광법이다. 소결원료를 장입,

적층하여 소결원료층 상부에서 점화하면 코크스가 하부 방향으

로 흡인되는 공기를 따라 연소되어 그 연소열에 의해 소성이

진행된다. 이 때, 연소의 진행방향으로 열량이 누적되기 때문에

원료층 상부에서는 미소성, 하부에서는 과소성에 따른 용융적하

현상이 발생하는 등의 문제점이 있다. 따라서 소결원료 장입시

상대적으로 입도가 작은 코크스가 상부에 위치하도록 층후방향

으로 입도편석을 유발하는 것이 중요하다. 일반적으로 잘 알려

진 William의 궤도편석 메커니즘에 따르면 소결원료의 장입슈

트 이탈속도의 수평성분이 클수록 낙하거리가 증가하여 소결원

료층의 수직편석을 촉진함과 동시에 장입밀도를 감소시켜 통기

성 향상과 그에 따른 생산성의 증가를 기대할 수 있다. 따라서

소결원료층의 편석도 및 통기성 향상을 위한 적정 공정조건 도

출과 장입장치의 개발이 필요하지만 공정특성상 설비규모가 크

기 때문에 소결원료 장입실험에 막대한 시간과 자금이 소모된다.

이를 해결하기 위한 한 가지 방법으로 DEM을 이용하여 소결

공정을 전산모사하였으며 이를 통해 각기 다른 형상의 3종류

장입슈트를 사용하였을 때의 소결원료 장입거동을 조사하여 입

자이탈속도, 소결원료층 내 공극률 및 편석도를 측정하였다.

[P11-33]

탄 첨가량에 따른 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원특성: 이기

우*, 김주훈, 김강민, 권재홍, 김병철, 한정환 ;인하대학교 신소재

공학과.Keywords: Carbon-iron ore composite, Briquette, Reduction of

iron oxide, Carbon content

최근 제선공정에서는 에너지 효율 증대, CO2 발생 저감 및

고품위 철광석 자원의 한계점에 대응하기 위해 새로운 제철기술

개발의 필요성이 요구되고 있다. 그 중 탄재 내장 성형물의 환

원법이 주목되고 있으며, 그 제조방법이나 환원반응 기구에 관

해 많은 연구가 진행되어 왔다. 탄재 내장 성형물은 저급의 분

철광석과 분탄을 혼합/성형하여 환원함으로써 원료비를 절감할

수 있으며, 비교적 낮은 온도에서 환원이 용이하여 연료비가 낮

다. 또한, 반응 계면적의 증가로 환원반응 속도가 빠르며, 이산

화탄소 방출량이 적어 친환경적이다. 본 연구에서는 탄재 내장

산화철 브리켓을 대상으로 탄 첨가량이 환원거동에 미치는 영향

을 조사하기 위해 분말 상태의 철광석과 일반탄을 이용하여 브

리켓을 제조, 가스의 주입과 배출이 용이한 반응기를 사용하여

환원실험을 진행하였다. 환원실험 중 가스분석을 통해 환원율을

계산하였고, 정량분석을 통해 금속화율을 측정하여 탄 첨가량에

따른 탄재 내장 브리켓의 환원성을 평가하였다.

Memo

273

[P12-1]

Bi-Se-Te계 n-type 열전 소재의 소결 조건에 따른 열전 특성 평

가: 기호*, 박재성, 양승호; 희성금속.

Keywords: Bi-Te, Bi-Se-Te계 n Type, 급속응고법, 스파크 플라

즈마 소결법 (SPS)

과학기술 발전과 함께 환경문제가 이슈가 됨에 따라 최근

에너지 절감 및 친환경 소재기술의 개발요구가 주목을 받고

있다. 이러한 친환경 소재개발 기술의 하나인 열전재료는 열과

전기에너지를 상호 변환하여 발전소자 또는 냉각소자를 구성하

는 무공해 에너지 변환소재로 각광받고 있다. 열전소재로 잘

알려진 Bi-Te계 합금은 200~500 K 범위의 상온 부근에서 열

전 성능이 우수하여 상온용 열전소재로 이용되고 있으며

Bi2Te3에 Sb2Te3, Bi2Se3를 고용한 p Type 및 n Type로 활용

된다. Bi-Te계 열전 재료 중 Bi-Se-Te계 n Type 열전재료는

기계적 밀링법, 화학공정, 급속 응고법 등에 의한 제조공정으로

연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Bi-Se-Te계 모합금 제조

후 급속응고법을 이용하여 Bi-Se-Te계 Ribbon를 제조하고 제조

된 열전 Ribbon을 분말형태로 스파크 플라즈마 소결법 (SPS)

을 이용하여 소결하였으며 소결 조건 변화에 따른 열전 특성을

평가하였다.

[P12-2]

다이아몬드 분산 Bi-Te계 열전복합재료의 제조 및 특성연구: 엄

영성*, 우재열, 손인준1, 김경태; 한국기계연구원 부설 재료연구소.1경북대학교 금속신소재공학과.Keywords: Diamond, BixSb2-xTe3, Thermoelectric, Powder

열전소재의 에너지 변환 효율은 그 소재의 성능지수라 불리

는 ZT(ZT=σα2/k, σ:전기전도도, α:제백계수, k:열전도도)로 나

타낸다. 열전변환 성능지수 ZT값을 향상시키기 위해 전기전도도

와 열전도도를 독립적으로 제어하여야 한다. 본 연구에서는 다

양한 열전소재 중에서 상온 근처에서 탁월한 ZT값을 보이는

Bi-Te계 열전소재의 미세조직에 다이아몬드 입자를 첨가함으로써

열전도도를 저감시키는 연구를 수행하였다.열전도도를 효율적으

로 감소시키기 위해 나노 크기의 다이아몬드 입자를 Bi-Te계

열전소재의 미세조직에 분산시켰다. 열전기지재료에 골고루 분산

된 나노 크기의 입자들은 효과적으로 포논을 산란시켜 열전도도

를 감소시키고 결국에는 ZT값이 향상되리라 예상된다. 따라서,

본 연구에서는 다이아몬드를 Bi-Sb-Te합금 기지의 열전소재에

분산시킬 경우 열전도도 저감을 실제로 가져올 수 있는지 그리

고 이로 인하여 ZT값의 향상이 가능한지를 확인하고자 하였다.

다이아몬드 소재를 열전기지재료에 복합화시키기 위하여 고에너

지 기계적 합금화 공정을 이용하여 다이아몬드 입자가 분산된

BixSb2-xTe3분말(diamond/BixSb2-xTe3)을 제조하였다. 제조된

복합분말을 스파크 플라즈마 소결(Spark plasma sinteing)공정

을 이용하여 다이아몬드가 0.05, 0.1, 0.2 wt% 첨가된 복합재료

로 소결하여, 다이아몬드를 첨가하지 않고 제조한 BixSb2-xTe3

분말 소결체 샘플과 특성을 비교하였다. 제조된 소결체의 밀도,

제백계수, 전기비저항, 열전도도를 평가하였고 이들 데이터를 바

탕으로 ZT값을 계산하여 비교하였다. 본 연구는 미래창조과학부,

글로벌프론티어사업 (Code No. NRF2014-063704)의 지원으로

수행되었습니다.

[P12-3]

Bi-Te계 열전소재의 특성에 미치는 그래핀 산화물 첨가 효과 연

구: 엄영성*, 우재열, 손인준1, 김경태; 한국기계연구원 부설 재료연

구소. 1경북대학교 금속신소재공학부.Keywords: Graphene, BixSb2-xTe3, Thermoelectric, Powder

최근 열전소재는 배·폐열을 활용한 자가 독립 발전 및 무소

음 냉각 장치로서 많은 관심을 받고 있다. 열전소재의 에너지

변환 효율은 그 소재의 성능지수라 불리는 ZT(ZT=σα2/k, σ:전

기전도도, α;제백계수, k:열전도도)로 나타낸다. 최근 ZT값을 향

상시키기 위해 열전소재의 미세조직을 나노 구조화하거나 열전

소재에 나노입자를 첨가하는 방법 등으로 전기전도도나 열전도

도를 각각 제어하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서

는 상온 근처에서 우수한 ZT값을 보이는 Bi-Te계 열전소재에

2차원 나노구조를 가진 그래핀 소재를 첨가하여 ZT값의 변화를

확인하는 연구를 수행하였다. 그래핀 소재는 우수한 열 및 전기

적 성질과 구조적으로 안정한 2차원 탄소 고리에 의해 탁월한

기계적 특성을 나타내는 소재로서 이들을 활용한 복합재료 제조

에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히 그래핀은 탄소나노튜브와

달리 외벽과 내벽의 표면을 함께 사용할 수 있기 때문에 재료

내부에 분산될 경우, 확보할 수 있는 표면적이 매우 넓다. 본

연구에서는 그래핀의 이러한 특성을 활용하여 ZT값 향상 여부

를 확인하고자 하였다.Ball-milling공정으로 제조된 복합분말을

spark plasma sintering(SPS) 방법을 통해 시편 제조 후 그래

핀 산화물이 첨가된 시편과 첨가되지 않은 시편을 비교하였다.

FE-SEM과 TEM을 통해서 분산된 그래핀를 확인하였고 제조된

소결체의 밀도, 제백계수, 전기비저항, 열전도도를 평가하였다.

이러한 데이터를 바탕으로 ZT값을 계산하여 비교한 결과 열전

소재에 분산시킨 Graphene oxide가 열전도도를 감소시켜 ZT값

을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 미래창조과학부,

글로벌프론티어사업 (Code No. NRF2014-063704)의 지원으로

수행되었습니다.

[P12-4]

The Effect of Nano-grains on the Thermoelectric Properties

of Bulk Copper Selenide: Jun-Young Cho, Tae-Ho An, Jang-

Won Han, Jaehyeon Nam, Mi-Duk Yoo, Sooyoung Shin, Chan

Park ; Seoul National University.

Keywords: Thermoelectric, Nanostructure, Cu2-xSe, Copper

selenide

Thermoelectric(TE) materials, which can directly convert heat

energy to electrical energy through the Seebeck effect, are

expected to help save energy by utilizing waste heat from many

sources. Thermoelectric efficiency is generally determined by the

dimensionless thermoelectric figure of merit ; zT = S2T/ρ(kL+kC),

where S is the Seebeck coefficient, ρ is the electrical resistivity, T

is the absolute temperature, kL is the lattice thermal conductivity

and kc is the carrier thermal conductivity. To improve zT,

reducing kL is considered as an effective way. Recently, Cu2-xSe

was reported to be one promising candidate for the TE material

with high efficiency, due to the “phonon-liquid electron-crystal”

(PLEC) concept with a high charge carrier mobility and a low

lattice thermal conductivity. The concept of PLEC was proposed

to explain the extraordinarily low thermal conductivity and high

P12 : 열전재료Room 전시장, 10월 30일

274

thermoelectric performance in the superionic phase of Cu2-xSe.

The advantages of liquid-like copper ions for high performance

PLEC thermoelectrics include very strong phonon scattering as

well as the additional reduction of specific heat due to the

suppression of transverse phonon modes. In this study, to

investigate the TE properties of nanostructured Cu2-xSe, Cu2-xSe

nanoparticle were prepared using mechanical-alloying. And then,

spark plasma sintering was used to fabricate bulk Cu2-xSe.

Different sintering conditions were used to study the effect of the

sintering parameters on the TE properties and the microstructure

of Cu2-xSe. XRD analyses were used to identify the phases of the

sintered samples, and the microstructure of each sample was

observed by FE-SEM. The Seebeck coefficients, electrical

conductivities and thermal conductivities were measured and

used to study the effect of nanostructure on the thermoelectric

properties of Cu2-xSe.

[P12-5]

Thermoelectric Performance of n-type Bi2Te2.7Se0.3 with

Addition of Nanoparticles: 손지희*, 주성재, 류병기, 이지은, 김

봉서, 민복기, 이희웅, 박수동; 한국전기연구원.Keywords: Bi2Te3, Thermoelectric properties, Nanoparticle,

Al2O3, ZnO

Bi2Te3-based compounds have shown the best thermoelectric

performance around room temperature. Many efforts to enhance

the thermoelectric properties of Bi2Te3-based compounds were

fulfilled, which includes addition of alloying elements, the

microstructural variation, grain size control, addition of

nanoparticles, and so on. Recently, It was reported that

nanoparticle induce phonon scattering effect, which reduce the

lattice thermal conductivity. In this research, we fabricated n-type

Bi2Te2.7Se0.3 samples by ball milling and sintering method and

the addition of Al2O3, ZnO nanoparticles for phonon scattering.

The results showed the thermal conductivity decreasing with

nanoparticles addition, and about 20% enhancement of the ZTs

compared to the n-type Bi2Te2.7Se0.3.

[P12-6]

방전 플라즈마 소결법(SPS)을 통해 제조한 Bi-Te계 N형 열전

소재의 열전 특성: 김종배*, 양승호, 박재성, 기호, 연병훈, 최종일

; 희성금속.Keywords: Thermoelectric, Bi-Te, N type, SPS

최근 에너지 자원 고갈 및 환경 문제로 인하여 열에너지의

유효 이용에 대한 사회적인 필요성이 증가되고 있으며, 이에 따

른 에너지 절감 및 친환경 소재에 대한 기술이 주목받고 있다.

이러한 친환경 소재 중 하나인 열전 재료는 사용 온도별로 저

온, 중온, 고온 등으로 나뉘며, 각각 상이한 재질을 사용하고

있다. 이중 상용화에 가장 근접한 재료는 Bi-Te계로 통상

200 K~500 K범위에서 사용되며 Bi2Se3을고용하여 N type으로

활용된다. 이러한 Bi-Te계 열전재료는 통상적으로 분말제조, 소

결, Slice, Dicing등의 공정을 통하여 소자로 제조되고 있으며,

각각의 공정별로 다양한 기술들이 활용되고 있다. 본 연구에서

는 N type Bi-Te계 모합금 제조 후 급속 응고법으로 Ribbon을

제조하고, 제조된 Ribbon을 분말형태로 방전 플라즈마 소결법

(SPS)을 이용하여 소결체를 제조하여 열전 특성을 평가하였으며,

Ribbon의 분쇄 유무에 따른 열전 특성 변화를 관찰하였다.

[P12-7]

Bi-Te-Sb계 p-type 열전 소재의 제조 및 소결조건에 따른 열전

특성 평가: 연병훈*, 박재성, 양승호, 윤원규; 희성금속주식회사.Keywords: Bi-Te, Bi-Sb-Te, Thermoelectric Materials

최근 에너지자원의 다양화와 열에너지의 유효 이용에 대한

사회적 필요와 더불어 환경문제가 이슈가 됨에 따라 최근 에너

지 절감 및 친환경 소재기술의 개발요구가 주목을 받고 있다.

이러한 친환경 소재개발 기술의 하나인 열전재료는 열과 전기에

너지를 상호 변환하여 발전소자 또는 냉각소자를 구성하는 무공

해 에너지 변환소재로 각광받고 있다. 열전소재로 잘 알려진

Bi-Te계 합금은 200~500 K 범위의 상온 부근에서 열전 성능이

우수하여 상온용 열전소재로 이용되고 있으며 Bi2Te3에 Sb2Te3,

Bi2Se3를 고용한 p Type, n Type로 활용된다. Bi-Te계 열전

재료는 기계적 밀링법, 화학공정, 급속 응고법 등에 의한 제조

공정으로 연구가 진행되고 있다.본 연구에서는 Bi-Te-Sb계 모합

금 제조 후 급속 응고법을 이용하여 Bi-Te-Sb계 Ribbon을 제

조하고 제조된 열전 Ribbon을 분말 형태로 방전플라즈마소결법

(SPS)을 이용하여 소결하였으며 소결조건에 따른 열전 특성을

평가하였다.

[P12-8]

Bi-Te-Sb계 p-type 열전 소재의 제조 및 Ribbon 성형 제어에

따른 열전 특성 평가: 최종일*, 박재성, 양승호, 윤원규; 희성금속

주식회사.Keywords: Bi-Te, Bi-Sb-Te, Thermoelectric Materials

최근 에너지자원의 다양화와 열에너지의 유효 이용에 대한

사회적 필요와 더불어 환경문제가 이슈가 됨에 따라 최근 에너

지 절감 및 친환경 소재기술의 개발요구가 주목을 받고 있다.

이러한 친환경 소재개발 기술의 하나인 열전재료는 열과 전기

에너지를 상호 변환하여 발전소자 또는 냉각소자를 구성하는

무공해 에너지 변환소재로 각광받고 있다. 열전소재로 잘 알려

진 Bi-Te계 합금은 200~500 K 범위의 상온 부근에서 열전

성능이 우수하여 상온용 열전소재로 이용되고 있으며 Bi2Te3

에 Sb2Te3, Bi2Se3를 고용한 p Type, n Type로 활용된다.

Bi-Te계 열전재료는 기계적 밀링법, 화학공정, 급속 응고법 등에

의한 제조공정으로 연구가 진행되고 있다.본 연구에서는 Bi-Te-

Sb계 모합금 제조 후 급속 응고법을 이용하여 Bi-Te-Sb계

Ribbon을 제조하고 제조된 열전 Ribbon을 분말 형태로 방전플

라즈마소결법(SPS)을 이용하여 소결후 열전 특성을 평가하였다.

또한, 급속 응고법시 Ribbon 성형제어가 열전 특성에 미치는

영향을 고찰하였다.

[P12-9]

Thermoelectric Properties of Mg2Si0.6Sn0.4+Sbx: 장정인*, 이

지은1, 박수동1, 김봉서1, 민복기1, 류병기1, 주성재1, 이희웅1, 이호

성; 경북대학교. 1한국전기연구원.Keywords: Thermoelectric, Magnesium silicide

Recently, Mg2Si1−xSnx based solid solutions are considered as

promising candidates for the middle-high range of temperature

applications due to their low cost, nontoxicity and abundance of

its constituent elements. However, it is very difficult to prepare

high quality magnesium silicide compounds by conventional

melting and solidification methods, due to the large melting point

275

difference between constituent elements, the high saturated vapor

pressure of Mg, and various contaminations problems in material

processing. In this study, we have investigated Mg2Si0.6Sn0.4+Sbx

compounds with x=0.001, 0.005, 0.009, 0.013, 0.017 and

0.021. Mg2Si0.6Sn0.4+Sbx compounds were prepared through a

solid state reaction method using flux. By flux method,

Mg2Si0.6Sn0.4+Sbx compounds can be synthesized in air

condition, and reaction of magnesium with quartz tube can be

avoided. In order to obtain the dense and regular bulk samples

without cracks, hot-pressed under a pressure of 100 MPa at

993 K for 2 h. The thermoelectric properties of the each sample

were investigated in the temperature range from 298 K to 823 K.

The maximum ZT values were obtained at 723 K for x=0.013.

[P12-10]

Bi-deficiency가 BiCuOSe의 열전특성에 미치는 영향: 안태호*,

임영수1, 서원선1, 박철희2, 유미덕, 박찬; 서울대학교. 1한국세라믹기

술원. 2LG화학.Keywords: Thermoelectric, BiCuoSe, Bi-deficiency

BiCuOSe 는 본질적으로 낮은 열전도도를 가지고 있어 열전

재료로 각광을 받고 있지만 낮은 전기전도도를 단점으로 가지고

있다. Bi자리에 1가 또는 2가원소 도핑 및 Cu-deficiency를 통

해 낮은 전기전도도를 개선하려는 연구가 진행되고 있다. 반면

Bi-deficiency의 영향 관련 체계적 연구가 진행된 바 없어 본

연구에서는 Bi-deficiency를 통해 전기전도도를 개선하고 Bi-

deficiency가 BiCuOSe의 열전특성에 미치는 영향에 대하여 연

구하였다. Bi-deficiency 양이 증가할수록 BiCuOSe의 전기전도

도는 증가하고 제백계수는 감소하는 모습을 보였다. 이는 Bi-

deficiency가 형성되면서 자유 정공을 형성하게 되고 이로 인해

전하농도가 증가하였기 때문이다. 반면 Pisarenko’s plot에서 다

른 도펀트들과 비교하였을 때 제백계수가 급격하게 감소하는 모

습이 관찰되었다. 이는 BiCuOSe가 본질적으로 가지고 있는 양

자구속효과의 붕괴로 인한 것으로 보인다. 열전도도의 경우 전

하농도의 증가로 인하여 Bi-deficiency 양이 증가할수록 증가하

는 모습을 보였다. 최적화된 출력인자로 인해 Bi0.975CuOSe

조성에서 가장 높은 ZT = 0.4 (810K)를 나타내었다

[P12-11]

산화물 환원공정에 의한 Bi-Te-X(X:Sb, Se) 열전분말 합성: 임

채선*, 위승민, 이길근, 하국현1 ; 부경대학교 신소재시스템 공학과. 1

한국기계연구원 부설 재료연구소.Keywords: Thermoelectric material, Bi-Te, Thermoelectric

properties

열전재료는 열에너지와 전기에너지를 고체상태에서 상호 변환

시키는 무공해 에너지 변환재료로 발전소자 또는 냉각소자를 구

성할 수 있는 재료이다. Bi-Te계 열전 재료는 상온에서 높은

성능지수(ZT)를 나타내는 재료이고 Sb　또는 Se를 치환 하여

P, N형 거동을 나타낸다. 종래의 열전재료 제조방법으로는 단결

정성장법과 용해+분쇄법이 이용되고 있으며, 기계적 합금화법,

고에너지 밀링법, 급속응고법, 기상응축법 등도 시도되고 있다.

대부분의 제조방법은 고가, 고순도의 원료를 사용하는데 반해,

저자 등이 새롭게 제안한 산화물-환원법은 비교적 저가, 저급의

산화물을 출발원료로 하여 기계적 밀링, 하소 열처리, 환원 열

처리를 거쳐 고성능의 p형 Bi-Te-Sb계, n형 Bi-Te-Se계 열전분

말을 제조할 수 있는 장점이 있다. 따라서 저자 등이 새롭게

제안한 산화물 환원공정으로 제조된 Bi-Te-X(X:Sb, Se)열전분

말의 열전 특성을 검토하고자 한다.

[P12-12]

La1-zNdzFe4-xCoxSb12계 이중 충진 스커테루다이트의 합성 및 열

전특성: 송권민*, 신동길, 김일호*; 한국교통대학교.Keywords: Thermoelectric, Skutterudite, Charge compensation,

Double filling

충진형 스커테루다이트(filled skutterudite) 화합물은 RM4X12

인 화학식을 갖는다. 여기서 R은 충진 원소(filler), M은 전이

금속, X는 니코젠 원소이다. 충진과 전하보상을 통해 skutterudite

의 상을 안정화시키고, 캐리어 농도와 열전 성능을 최적화시킬

수 있다. 또한 서로 다른 원소를 이중 또는 다중 충진할 경우

더 많은 포논 산란 효과를 기대할 수 있고, 이는 격자 열전도

도를 감소시켜 열전 성능 향상을 도모할 수 있다. 이번 연구에

서는 La/Nd를 이중 충진하고 Co를 전하보상한 p형 스커테루다

이트 La1-zNdzFe4-xCoxSb12를 진공 밀폐 용해법과 열처리를 통

해 분말을 합성한 후 열갑 압축성형을 통해 시편을 제작하였다.

La과 Co 함량이 증가함에 따라 캐리어 농도 감소로 인해 전기

전도도가 감소하였고 제벡계수는 증가하였다. La0.75Nd0.25Fe4Sb12

가 823 K에서 3.0 mWm-1K-2의 최대 출력인자와, ZT = 0.82

의 최대 성능지수를 나타내었다.

[P12-13]

Pr1-zYbzFe4-xCoxSb12 Skutterudite의 합성 및 열전특성: 신동

길*, 김일호*; 한국교통대학교.Keywords: Thermoelectric, Skutterudite, Double filling, Charge

compensation

Skutterudite계 화합물은 PGEC(Phonon-Glass and Electron-

Crystal) 개념에 의한 열전도도 감소 및 전기적 특성의 증가로

높은 전자 이동특성을 갖기 때문에 중-고온 영역에서 높은 열

전성능을 보이는 열전재료이다. Skutterudite는 unit cell 당 2

개의 공극이 존재하고, 이 공극에 충진원소를 충진할 경우 충진

원소의 rattling 효과에 의해 격자 열전도도를 크게 감소시켜

열전성능을 크게 개선시킬 수 있다. 이를 filled skutterudite라

하며, RM4X12(R: 알칼리, 알칼리토류 또는 희토류 원소, M:

전이금속, X: 니코젠 원소)의 조성식으로 나타낼 수 있다. 열전

재료의 실용화를 위해서는 n형과 p형 열전재료간의 열전모듈화

가 이루어져야 하는데, n형의 Co-based skutterudite(Co4Sb12)는

우수한 열전성능을 보이는 반면, p형의 Fe-based skutterudite

(Fe4Sb12)는 비교적 낮은 열전성능을 보인다. 또한 p형 Fe4Sb12

는 68개의 최외각 전자를 갖고 있기 때문에 열전성능의 개선과

전자구조적 안정화를 위해 공극 충진과 Fe 자리에 Co 또는

Ni의 전하보상이 이루어져야 한다. 최근 p형 skutterudite의 열

전성능을 개선시키기 위한 많은 연구들이 진행되었고, 특히 공

극에 두 가지 이상의 원소를 충진하여 더 넓은 범위의 포논산

란을 통한 격자 열전도도 감소에 효과적인 double- 또는

multiple-filled skutterudite가 우수한 열전성능을 갖는 것으로

보고되었다. 따라서 이번 연구에서는 skutterudite 공극에 Pr/Yb

를 이중 충진하고, Fe 자리에 Co를 전하보상한 Pr1-zYbzFe4-

xCoxSb12를 제작하여 Pr/Yb의 충진 비율과 Co 전하보상량에

따른 열전특성 및 이동특성을 평가하였다.

[P12-14]

(La/Ce/Yb)zFe4-xNixSb12 스커테루다이트의 열전특성에 미치는 Ni

276

전하보상 효과: 이우만*, 신동길, 김일호*; 한국교통대학교.Keywords: Thermoelectric, Skutterudite, Charge compensation

충진된 스커테루다이트는 중·고온대역 열전발전 재료로 각광

받고 있다. n형의 경우 RzCo4Sb12계 스커테루다이트가, p형의

경우 RFe4Sb12계 스커테루다이트가 주로 연구되고 있다(R은

충진원소, z는 충진분율). 최근 n형 스커테루다이트에서는 ZT

= 1.4~1.7의 높은 성능지수가 보고되고 있지만, p형 스커테루

다이트에서는 n형에 비해 낮은 성능지수가 보고되고 있다. 공

극충진과 전하보상을 통해 스커테루다이트 구조의 안정화와 운

반자 농도의 최적화가 가능하다. 충진과 전이금속의 치환을 통

한 포논산란과 이온화된 불순물산란으로 열전도도를 감소시켜

열전특성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 La, Ce 또는 Yb

가 단일충진된 스커테루다이트에 Ni로 전하보상한 (La/Ce/

Yb)zFe4-xNixSb12계 p형 스커테루다이트를 제작하여 열전특성에

미치는 Ni의 전하보상 효과를 연구하였다. 온도가 증가함에 따

라 전기전도도가 감소하는 축퇴 반도체 특성을 보였으며, 주 운

반자가 정공인 p형 전도특성을 보였다. Ni 전하보상의 효과로

제벡계수의 증가와 열전도도의 감소로 인하여, 무차원 성능지수

가 향상되었다.

[P12-15]

Bi2Te3-ySey:Im고용체의 기계적 합금화 및 열전특성: 음아영*, 정

우진, 김일호*, 최순목1, 이순일2, 서원선2, 박재성3, 양승호3 ; 한국

교통대학교. 1한국기술교육대학교. 2한국세라믹기술원. 3희성금속(주).Keywords: Thermoelectric, Bismuth telluride, Mechanical

alloying, Hot pressing

상온에서 우수한 열전 성능을 갖는 Bi2Te3계 화합물은 일반적

으로 Bi2Se3 또는 Sb2Te3와 고용체를 형성시켜 n형 Bi2(Te,Se)3

와 p형 (Bi,Sb)2Te3로 활용된다. 열전모듈은 n형과 p형의 접합

으로 통해 구성되며, n형 Bi2Te3계 화합물의 성능지수가 p형에

비해 낮기 때문에 n형 Bi2Te3계 화합물의 열전특성의 향상이 매

우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 도핑을 통한 캐리어 농도의

최적화로 출력인자를 향상시켜 성능지수를 개선하고자 하였다.

Iodine이 도핑된 n형 Bi2Te3-ySey:Im (y=0~0.6, m=0~0.01)

고용체 분말을 기계적 합금화로 합성하고 열간압축 성형하여 제

작하였고, Se의 고용량과 I의 도핑 농도에 따른 전자 이동특성

및 열전특성을 조사하였다.

[P12-16]

(La/Ce/Yb)zFe4-xCoxSb12 스커테루다이트 열전재료의 열전특성:

주경석*, 신동길, 김일호*; 한국교통대학교.Keywords: Thermoelectric, Skutterudite, Double filling, Charge

compensation

스커테루다이트(skutterudite)계 열전재료는 500 K에서 900 K

의 폐열을 이용한 열전발전 시스템에서 우수한 성능을 보이는

재료로서, 에너지 회수의 한 방안으로 많은 주목을 받고 있다.

특히, n형 스커테루다이트는 최근 3중 충진(filling) 및 도핑

(doping)을 통해 ZT = 1.8에 이르는 높은 성능지수가 보고되

어 활용 기대치가 더욱 높아지고 있다. 그러나 p형 스커테루다

이트는 ZT = 1.0 정도로 n형에 비해 열전특성이 낮아 활발한

연구가 요구되고 있다. 최근 많은 연구진들이 충진, 도핑, 나노

구조화 등을 통해 p형 스커테루다이트의 성능 향상을 위한 여

러 방안을 제시하고 있으며, 이 중에서 희토류 원소의 충진이

가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 p

형 스커테루다이트의 기본형인 R4+[Fe4Sb12]4-에 Co를 전하 보

상재로 사용하고, R 자리에 La, Ce, Yb을 단일 또는 이중 충

진하여 전하보상 및 전기전도도, 열전도도의 제어를 통한 열전

특성의 향상을 도모하였다.

[P12-17]

La/Ce/Yb이 충진된 RzFe4-xNixSb12계 스커테루다이트의 합성 및

열전 특성: 전봉준*, 신동길, 김일호*; 한국교통대학교.Keywords: Thermoelectric, Skutterudite, Double filling, Charge

compensation

스커테루다이트계 화합물은 중·고온대역의 열전발전에서 매우

유망한 재료로서 천이금속의 치환으로 운반자 농도 및 이동도의

제어와 공극 충진으로 격자진동을 억제하여 열전도도를 감소시

킬 수 있다. 따라서 여러 가지 충진 원소를 이용하여 열전성능

을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서

는 La, Ce, Yb를 충진하고 Fe의 일부를 Ni로 전하 보상한 p

형 스커테루다이트를 합성하여, 단일 충진과 이중 충진에 따른

열전특성의 변화를 조사하였다. 열처리에 의해 스커테루다이트

상을 성공적으로 합성하였지만, 미량의 FeSb2가 검출되었다. 모

든 시편이 온도가 증가함에 따라 전기전도도가 감소하는 축퇴반

도체 특성을 보였으며, 주 운반자가 정공인 p형 전도특성을 나

타내었다. 이중 충진은 단일 충진한 시편보다 격자열전도도가

더욱 감소하였지만, 전기적 특성 또한 감소하였다. 무차원 성능

지수는 단일 충진한 시편인 La0.9Fe3.5Ni0.5Sb12가 723 K에서

ZT = 0.82을 보였다.

[P12-18]

마이크로 열전발전소자 형성용 솔더 리플로우 플립칩 공정의 최

적화: 김재환*, 김우준, 김동환1, 오태성; 홍익대학교 신소재공학과. 1

대구경북과학기술원 에너지연구부.Keywords: Reflow, Cu/Sn bump, Flip-chip, power generator,

Electroplating

최근 웨어러블 디바이스의 마이크로 센서나 통신 모듈 등의

미소전원으로 이용하기 위해 에너지 하비스팅을 이용한 마이크

로 발전소자의 필요성이 주목받고 있다. 에너지 하비스팅용 마

이크로 발전기술 중에서 열전발전은 온도차만 있으면 전력생산

이 가능하기 때문에 웨어러블 디바이스에 적용시 체온발전을 통

한 전력원으로 웨어러블 디바이스에 적용하기 위한 많은 연구가

진행되고 있다. 마이크로 열전발전소자의 전력 효율을 높이기

위해서는 소자의 내부 저항을 낮추는 것이 필수적으로, 하부 기

판의 열전 레그들을 상부 기판의 범프 또는 금속 패드들에 플

립칩 공정으로 접합하여 이루어진다. 반도체 패키징에서 칩을

기판에 직접 접속하기 위해 개발된 플립칩 공정은 칩 범프들을

기판 패드에 ACA(Anisotropic conductive adhesive)를 도포한

뒤 열과 압력을 가하여 접속하는 방법과 솔더 리플로우를 이용

하여 접속하는 방법으로 대별할 수 있다. 이중에서 솔더 리플로

우를 사용한 플립칩 공정은 자가정렬(self-alignment)에 의해 칩

과 기판이 정확하게 배열될 수 있고, 전도성 입자로 통전하는

ACA에 비해 플립칩 접속부의 접속 면적이 커져서 접속저항을

최소화할 수 있기 때문에 소자의 저항이 낮을수록 발전 출력이

높아지는 마이크로 열전발전소자의 제작에 적합하다. 본 연구에

서는 마이크로 열전발전소자의 제작에 적용하기 위한 최적화된

솔더 리플로우 플립칩 조건을 찾고자 하였다. 이를 위해 전기도

금으로 Sn의 양을 다르게 한 Cu/Sn 범프를 칩과 기판에 형성

하고 이들을 플립칩 공정으로 접속하여 Cu/Sn/Cu 접속구조를

형성하여 전기적 특성을 분석하였다. 이 결과 얻어진 최적화된

277

솔더 리플로우 플립칩 조건을 적용하여 열전발전소자를 형성하

여 발전특성을 측정하였다.

감사의 글: 본 연구는 한국연구재단의 일반연구자지원사업의 지

원으로 수행되었습니다 (과제번호: 2014R1A1A2004630).

[P12-19]

플립칩 공정을 적용한 Cross-plane 열전박막소자의 마이크로 에

너지 하비스팅 특성 최적화: 김우준, 김재환*, 김동환1, 오태성; 홍

익대학교 신소재공학과. 1대구경북과학기술원 에너지연구부.Keywords: Energy harvesting, Thermoelectric thin film, Cross-

plane device, Bi2Te3, Sb2Te3

열 에너지, 바람 에너지, 진동 에너지와 같이 우리 주변에서

버려지는 에너지들을 수확하여 쓸 수 있는 전기 에너지로 변환

하는 에너지 하비스팅 기술은 에너지 자원 고갈에 대한 접근법

중에서 가장 흥미롭고 독립적인 기술들 중의 하나이다. 열전발

전은 외부온도 대비 체온과 같이 작은 온도차에 의해서도 발전

이 가능하기 때문에 마이크로 에너지 하비스팅에 최적화 된 기

술 중의 하나로, 내구성이 뛰어나고 신뢰성이 높으며 소음이 없

다는 장점이 있다. 열전박막소자는 열 흐름의 방향에 따라 in-

plane 및 cross-plane의 두 가지 종류로 구분할 수 있는데, 기

판의 기생 열전달로 소자 양단의 온도차가 크지 않은 in-plane

소자에 비해 cross-plane 소자는 기판의 기생 열전달이 없고 낮

은 소자저항을 가지기 때문에 열전발전에 더 적합하다. 열전박

막소자의 최대발전출력은 소자의 내부저항에 크게 의존하기 때

문에 열전박막 레그의 단면적이 증가할수록 열전박막소자의 최

대발전출력이 증가하게 된다. 반면 열전박막 레그의 단면적이

증가할수록 모듈을 구성하는 열전박막 레그 쌍의 개수가 감소

하기 때문에 출력전압이 감소하게 된다. 본 연구에서는 cross-

plane 열전박막소자의 열전발전 특성을 최적화 하기 위해, 열

전박막소자를 구성하는 열전박막 범프 크기와 범프 개수를 변

화시키며 이에 따른 발전출력과 출력전압의 변화거동을 분석하

였다. 전기도금공정으로 하부기판에 p형 Sb2Te3 및 n형

Bi2Te3 열전박막 범프들을 크기별로 형성한 후 이들을 상부

기판에 형성한 전극 패드에 플립칩 본딩하여 cross-plane 열

전박막소자를 제작하였다. 이와 같이 제작한 열전박막소자의

양단간에 온도차를 부여하며 오픈 전압과 발전출력을 측정하였

으며, 단면 미세구조를 관찰하였다.감사의 글본 연구는 한국연

구재단의 일반연구자지원사업의 지원으로 수행되었습니다 (과제

번호: 2014R1A1A2004630).

[P12-20]

Thermoelectric Properties Difference of Higher Manganese

Silicide(MnSi1.75-δ) caused by the Degree of Lattice

Orientation: HWIJONG LEE*, GWANSIK KIM, KYOMIN

KIM, WOOYOUNG LEE; Yonsei University.

Keywords: Higher manganese silicide, Lattice orientation,

Lotgering factor

P-type higher manganese silicide(HMS, MnSi1.75-δ) were

prepared by a solids state reaction combined with the spark

plasma sintering method(SSR-SPS). This study intended to

figure out the effect of the degree of lattice orientation of HMS

on its thermoelectric properties. During the SSR process, non-

doped HMS polycrystalline bulks fabricated with separate

temperature and time variables in order to make a difference of

the degree of lattice orientation. The lotgering factor is used to

evaluate the crystallographic orientation of the samples after

being sintered at higher than 900 in vacuum by bulk X-raydiffraction (XRD). The lotgering factor measured in two

directions for each sample – one is perpendicular to the sintering

pressure, whereas the other is parallel – to consider the pressure

direction factor. The samples with different lotgering factor

demonstrate variation in thermal conductivity (κ) and electrical

conductivity (σ) in the temperature range 373- 873K. Using the

relationship between the lotgering factor and thermoelectric

properties in HMS, it is believed to be able to optimize

fabrication condition of high performance HMS.

Memo

278

[P13-1]

미세조직에 따른 TSV에서의 Cu 돌출 관찰: 김상혁*, 임현호, 이

효종, 이의형1; 동아대학교 공과대학 금속공학과. 1삼성전자 반도체사

업부 메모리T기술팀.Keywords: TSV, Micro structure, Annealing process, EBSD

최근 5년간 반도체 성능은 무어(Moore)의 법칙에 반하여 그

상승폭이 둔화되고 있는 추세이며, 향후 TSV(through-silicon

via)를 통한 기술 적용은 전자기기의 미세화, 소형화, 고성능화

를 구현해 줄 수 있을 것이라 기대하고 있다. 최근 활발히

연구가 진행되고 있는 TSV 관련 연구는 메모리 소자 등에

TSV 기술 적용을 통해 기존의 용량을 훌쩍 넘어선 고용량

제품이 개발되고 있다. 하지만 이러한 기술개발에도 불구하고

아직 높은 공정비용과 수율에 대한 향상 등이 상용화를 저해

하는 요인으로 판단된다. 특히, TSV에 전해도금법을 사용하여

구리를 충진시킨 후에 초기 미세한 결정립을 성장시키는 어닐

링(Annealing) 공정이 필수적인데, 그 과정에서 실리콘과 구리

의 열팽창 계수 차이에 의해 구리 표면부의 돌출(Protrusion)

거동이 발생한다. 이 돌출부를 제거하기 위해 CMP(Chemical

Mechanical Polishing)공정이 추가적으로 필요하게 되며, 이는

공정비 상승의 요인으로 작용한다. 본 연구에서는 관통된 실리

콘 비아에 적절한 전해 도금법을 적용하여 충진된 구리 도금층

을 어닐링 온도에 따라 EBSD를 통해 미세조직 차이를 관찰하

였으며, 추가적인 annealing을 실시하여 TSV 후공정에서의 미

세조직 차이에 따른 Cu 돌출 거동의 차이를 분석하였다.

[P13-2]

인발된 구리선재의 열처리 조건에 대한 결정립 성장 거동: 추현

수*, 신한균, 이효종, 이동녕1; 동아대학교 공과대학 금속공학과. 1서

울대학교 재료공학부.Keywords: Deformation texture, Recrystallization texture,

Annealing, Abnormal grain growth, Electron backscatter

diffraction

인발의 경우 신선 힘에 대한 인장응력, 변형 다이(die)에 대

한 압축응력, 윤활조건 및 다이각에 대한 마찰로 인하여 복작한

응력상태가 작용하여 소재형상에 따른 성형해석이 필요하고, 특

히 소재와 다이 사이의마찰력으로 인해 재료의 표면부에서는

전단변형의 영향에 의해 내부와는 다른 가공집합조직이 관찰되

게 된다. 통상의 신선재의 단면감소율이 90% 이상이기 때문

에 신선가공 후에 원형대칭을 갖는 섬유집합조직이 변형집합조

직(deformation textures)으로 관찰된다. 이를 EBSD(electron

backscatter diffraction)분석으로 관찰할 경우 축방향(AD, axial

direction) 성분을 중심으로 주성분이 //AD방위와 부성분으로는

//AD방위의 2중 섬유집합조직을 갖는다. 이를 다시 200oC에서

어닐링(annealing)을 통해 재결정을 하게 되면, //AD방향이 주성

분으로 나타나는 1차 재결정집합조직(primary recrystallization

textures)이 관찰되었다. 또한 400oC 이상 조건에서 열처리를

하게 되면 //AD방위에서 다시 이 주성분이 나타나는 1차 재결

정 후에 중심부로부터 //AD의 방위를 갖는 결정립이 나타나

소위 비정상결정립성장(abnormal grain growth)이 된 것으로

관찰되었다. 본 발표는 신선의 수직방향 및 길이방향의 단면에

대해 EBSD를 통해 미세조직 분석을 실시하고 이 특성을 정리

한 내용을 담고 있다.

[P13-3]

Simulation of the Coarsening of Nano/meso-porous Metal

using the Monte Carlo Potts Model: MinJi Kim*, Youngkyun

Son, Sukbin Lee; 울산과학기술대학교(UNIST).Keywords: Monte Carlo simulation, Coarsening, Nanoporous

metal

In this study, we investigated the coarsening phenomenon in a

nano/meso-porous metal using the Monte Carlo Potts model.

The dynamics of the proposed algorithm is similar to the

Kawasaki dynamics, but substantially different in that direct

diffusion between two phases is allowed as well as grain growth

using the Potts model. We observed that the ligament size, shape

and grain size are the functions of the temperature of the

simulation domain, grain boundary energies, and heterophase

interfacial energies. A comparison of the resultant simulated

microstructure to the real nanoporous gold is presented.

[P13-4]

3성분계 Oxide 물질 배향 분석을 위한 Transmitted EBSD 분

석: 전정훈*, 이주욱, 하동욱, 김청수, 장동일; SK이노베이션.Keywords: Oxide, t-EBSD, TEM, XRD

최근 도입되고 있는 transmitted EBSD는 기존의 Conventional

EBSD가 가지고 있는 공간 분해능의 한계 극복과 비전도성 시

료에 대한 적용 범위 확대 등의 장점으로 널리 이용되고 있다.

본 연구에서는 TEM, EBSD를 활용하여 3성분계 Oxide에 대

한 구조 분석을 진행하였다. 먼저 TEM 분석을 통해 3성분계

입자가 nano-size의 rod형태로 구성되어 있음을 확인하였으며,

XRD 분석을 통해 상 분석을 진행하였다. TEM과 XRD의 가

반 data를 활용하여 t-EBSD 분석을 위한 입자 사이즈 위치 확

인 및 index phase library를 완성하고 본 분석을 진행한 결과

기본 입자는 hexagonal phase를 나타내었으며 이 입자의 결정

은 C축에 수직 방향(ab 결정면)으로 성장한 것을 확인하였다.

[P13-5]

Ni50Cr50 Hanger 파손 시편의 Transmitted EBSD 분석: 전

정훈*, 김청수, 장동일; SK이노베이션.Keywords: t-EBSD, Austenite, TEM

본 연구는 15년간 사용되었던 고온 tube hanger의 미세조직

을 TEM, EBSD 등을 활용하여 분석을 진행하였다. TEM 분

석을 통해 Austenite에서는 nano-size의 BCC Cr-rich needle-

type 이차상이 존재하고 있음을 확인하였으며 기지 조직과 이차

상의 결정 배향성을 분석하기 위해 EBSD 분석을 적용하였다.

TEM분석에서 확인된 nano-size needle-type 이차상은 100 nm

이하의 직경을 나타내었으며 conventional-EBSD의 공간 분해

능 한계로 인하여 transmitted EBSD 기술을 적용하여 분석을

진행하였다. 분석 결과, nano-needle과 기지 조직은 bcc//fcc

orientation relationship을 갖고 있으며, 이에 nano-needle 이차

상은 6 variants방향으로 존재함을 확인하였다.

[P13-6]

KHR45/APMT 용접부 파손 파손 원인 규명을 위한 Chemical-

indexed(chi) EBSD분석: 전정훈*, 박이호; SK이노베이션.

P13 : 집합조직Room 전시장, 10월 30일

279

Keywords: chi-EBSD, KHR45, APMT

기존 Conventional-EBSD를 이용한 분석에서는 Primitive와

FCC, BCC 상을 구별할 수 없으나 EDS를 이용한 chemical

analysis 동시 분석을 통해 phase identification이 가능하다. 본

연구에서는 Primitive, FCC, BCC 구조의 4개의 상이 공존하

는 복잡한 미세조직을 EBSD를 이용하여 분석한 결과를 논의하

고자 한다. 연구에 사용된 시료는 실제 공정에서 사용되었던

KHR45/APMT 이종 접합 경계면을 따라 발생한 균열부위를

채취하였고, 균열을 기준으로 운전 중 형성된 Multi-phase의 분

포를 EBSD를 이용하여 확인 하였다. 먼저 TEM을 이용하여

경계면에 공존하는 4개의 상, NiAl(Primitive), Cr23C6(FCC),

Austenite(FCC), Ferrite(BCC)을 확인하였다. NiAl(Primitive)상

의 존재로 인하여 cubic 결정계 상 구분이 conventional-EBSD

로는 불가하여, 이에 chi-EBSD를 적용, 분석하여 파손부에 균

열이 NiAl 이차상과 Cr23C6을 따라 형성되어 있는 것을 확인

하였으며, 이러한 이차상의 형성이 본 파손 현상에 직접적인 영

향이 있음을 확인하였다.

[P13-7]

AM50 마그네슘 합금에서 고온변형 중 집합조직의 발달: 김기용*,

박용범; 순천대학교 신소재공학과.Keywords: EBSD, Mg alloy, Microstructure, Texture

연속주조 방법을 이용하여 판재로 제조한 AM50 마그네슘

합금을 균질화 처리와 압연 그리고 어닐링하여 최종제품을 제작

하였다. 이 시험편을 고온변형시험기(Gleeble System)를 이용하

여 100~300oC의 온도에서 변형률 속도 10-3s-1으로 인장시험

을 하여 기계적 성질을 조사하였다. 기존의 마그네슘 합금과는

달리, 200oC 보다 변형 온도가 낮아질수록 강도와 연신율이 함

께 증가하였고, 125oC에서 최대 연신율을 나타냈다. 시험 온도

를 다르게 하여 시험편들을 변형시키면서 유동의 각 단계 - 항

복, 소성, 파괴 단계에서 EBSD를 이용하여 미세조직과 집합조

직을 조사하여 변형기구와 집합조직의 상관관계를 고찰하였다.

[P13-8]

전주도금 방법으로 제조한 Invar/Cu 접합박판에서 열처리 중 집

합조질의 발달: 김웅*, 박용범; 순천대학교 신소재공학과.Keywords: Electrodeposition, Invar alloy, Coefficient of thermal

expansion, Texture

전주도금방법으로 제조한 Invar 합금을 Cu 박판에 전착하여

열팽창을 줄이고 방열효과를 높이는 접합박판을 제조하였다.

1.9×10-5/oC의 열팽창계수를 갖는 10 um 두께의 Cu박판에 같은

두께의 Invar 합금을 전착함으로써 열팽창계수를 9.6×10-6/oC

줄일 수 있었다. 이 Invar/Cu 박판을 열처리하면서 온도와 시

간을 변수로 하여 집합조직 변화를 조사하였고, 계면집합조직의

진화를 EBSD를 이용하여 관찰하였다.

[P13-9]

Si 함량과 승온속도가 다른 방향성 전기강판에서 탈탄소둔처리 후

집합조직 거동: 권혁곤*, 박노진, 전성호; 금오공과대학교 신소재공

학과.Keywords: Goss orientation, Electronic steel, Texture, Line speed,

Decarburization

본 연구는 Si함량이 다른 방향성 전기강판에서 승온속도를

다르게 하여 1차 재결정을 완료시킨 후 탈탄소둔처리를 진행하

였을 때 각 시편의 110Goss 방위와 411, 111방위의 거

동을 관찰하고자 하였다. Fe-3.2%Si와 3.4%Si에서 유도가열로

를 이용하여 서로 다른 승온속도로 1차 재결정시킨 시편을 탈

탄소둔 처리하였을 때의 미세조직과 집합조직 거동을 확인하였

다. XRD와 EBSD를 이용하여 실험한 결과 유도가열로를 이용

하여 1차 재결정시킨 탈탄소둔시편의 Goss, 411, 111방위

가 높은 분율을 보였다.

[P13-10]

방향성 전기강판에서 Si함량과 냉간압연 횟수에 따른 집합조직 발

달 거동: 전성호*, 이은진, 권혁곤, 박노진 ; 금오공과대학교 신소재

공학과.Keywords: Oriented Electrical Steel, Goss orientation, Cold

rolling, Fe-Si

방향성 전기강판은 철손을 낮추며 자속밀도와 투자율을 높이

기 위해 많은 연구가 이루어져 왔다. 이러한 방향성 전기강판에

서 자기적 이방성을 제어하기 위해 합금원소 첨가와 가공 및

열처리 기술에 의한 미세조직과 집합조직 제어에 관한 연구는

매우 중요하다. 방향성 전기강판의 특성을 향상시키기 위하여

집합조직 관점에서는 집적도가 매우 높은 110 Goss 방위를

갖게 하는 것이 필수적이며, 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연,

1차재결정, 2차재결정 등의 공정을 제어하여 Goss 집합조직이

매우 강하게 발단한 전기강판을 제조하려는 연구가 진행되고 있

다. 본 연구는 Si함량이 다르고, 1회압연판재와 동일한 압연율

의 압하율이 작은 방향성 전기강판 판재로 실험을 진행하였다.

각각의 조건에 따라 X-ray 집합조직 분석과 EBSD를 이용하여

미세구조 및 결정방위를 분석하였다. 이번 연구에서 압연횟수가

증가함에 따라 Goss와 411, 111 방위가 발달하는 것을 확

인하였고, Goss 방위가 표면에 더 많이 발달하는 것을 확인하

였다.

[P13-11]

알루미늄 합금의 집합조직과 양극산화 특성: 김인수*, 박변현1 ; 금

오공과대학교 신소재공학부. 1OCI.Keywords: AAO, Anodic aluminum oxide, Texture, Nano pore,

Template

알루미늄 합금은 AAO-Template 제조를 위한 실험 과정에서

집합조직이 AAO의 나노 pore의 변화에 미치는 영향을 알아보

았다. 이 때 집합조직을 변화시켰으며 AAO-Nano Template를

제조 후 pore의 형태와 특성에 대하여 비교 실험 하였다. 집합

조직은 XRD 장비로 측정하여 확인 하였다. 양극 산화하기 전

평활한 면을 얻기 위해 다이아몬드분말로 미세연마 하였다. 양

극산화는 세가지 시편 모두 동일한 조건에서 2단계공정까지 진

행하여 반복 실험 하였다. 양극산화 결과는 전계방출 주사전자

현미경(FE-SEM)으로 표면의 나노 pore의 형태를 관찰하여 실

험 조건에 따른 나노 pore의 변화를 비교하였다.

[P13-12]

질산나트륨 Nitriding 한 2상 스테인리스 강의 집합조직 변화: 김

인수*, Jamshid; 금오공과대학교 신소재공학부.Keywords: Salt bath, NaNO3 Nitriding, Dual phase stainless

steel, Texture, Hardness

질산나트륨 (NaNO3) 염욕에 의한 질화는 질소 원자를 철

또는 철 합금에 침입형으로 확산시키는 경도 강화 방법의 하나

이다. 질산나트륨 (NaNO3) 염욕에 의한 질화법을 이용하여 훼

라이트와 오스테나이트의 2상 스테인리스 강의 경도, 인장강도

280

증가와 집합조직의 변화를 알아 보았다. 훼라이트와 오스테나이

트의 2상 스테인리스 강 (두께 = 1.0 mm)을 질산나트륨

(NaNO3) 염욕에서 온도와 시간의 변화에 따른 경도 및 인장강

도 변화를 측정하였다.그리고 질화한 2상 스테인리스 당의 두께

층의 깊이에 따른 집합조직의 변화를 측정하여 온도와 시간에

따른 특성을 알아 보았다.

[P13-13]

마그네슘 합금의 진동감쇠능과 집합조직에 미치는 열처리의 영향

: 곽주호*, 강창룡1, 권한상1, 김권후1; 부경대학교 금속공학과. 1부경

대학교.Keywords: Hot rolling, Damping capacity, Texture, Annealing

마그네슘 합금은 비강도, 진동감쇠능, 전자파 차폐성 등 우수

한 특성을 가지고 있으나, 조밀육방격자 결정구조로 인해 상온

에서 낮은 성형성을 가지므로 상용화에 제한을 받는다. 마그네

슘 합금의 낮은 상온 성형성 개선을 위한 결정립 미세화와 집

합조직 제어에 관련된 연구는 지속적으로 진행되어 왔으나 마그

네슘 합금의 고유 특성에 관한 연구는 다소 미흡하다. 따라서,

마그네슘 합금의 고유 특성 중 하나인 진동감쇠능에 대한 연구

가 필요하다. 특히, 본 연구에서는 진동감쇠능과 집합조직의 상

관관계에 대해 실험적으로 조사했다. 본 연구에서는 673 K에서

30% 압연한 상용 마그네슘 합금 AZ31을 압연면에 평행한 시

편과 압연면에 수직인 시편을 제작했다. 두 종류의 시편을 각각

온도 623 K, 시간 30~180 min에서 등온 어닐링을 실시한다.

이후 각각의 시편은 감쇠능을 횡형 진동법을 이용한 감쇠능 측

정장치를 통하여 측정하고, 광학현미경을 통하여 미세조직을 측

정하였다. 또한, 집합조직과 결정방위분포를 X-선 회절장치와

EBSD를 통하여 측정하였다. 본 연구에서 압연면에 평행한 시

편보다 압연면에 수직인 시편의 감쇠능이 더 높게 나타났으며,

초기 집합조직이 감쇠능에 영향을 미친다는 것을 확인 할 수

있었다. 하지만, 어닐링 과정에서 집합조직의 성분 및 강도의

변화는 거의 관측되지 않았으나 어닐링 시간이 증가함에 따라

결정립 성장을 확인 할 수 있었고, 감쇠능 값이 증가하는 경향

을 나타내었다.

[P13-14]

Cr함유 고망간 강의 열가공 처리에 따른 집합조직 발달: 천영

범*; 한국원자력연구원.

Keywords: 쌍정유기소성 강, 집합조직, 기계적이방성, 변형쌍정

오스테나이트계 철강재료는 우수한 기계적, 내식성 및 가공성

등의 특성을 갖추어 원자력 구조재료로 널리 사용되어 왔으나,

고선량의 중성자 조사에 의한 급격한 팽윤 현상으로 인해 미래

원자력 노심재료로의 활용에 제한이 있다. 이에 미세한 변형쌍

정조직의 형성을 통해 조사팽윤 저항성을 향상시킬 수 있는 가

능성을 찾고자, 고망간 쌍정유기소성(TWIP) 강에 Cr을 첨가하

여 내식성 및 TWIP 특성이 확보된 Cr 함유 TWIP강 개발

프로그램을 진행하였다. 원자력 노심재료의 집합조직에 따른 기

계적 이방성은 중성자 조사 하에서의 재료의 열화 거동에 큰

영향을 미치며, 이에 따라 노심구조 설계 및 해석에 있어 고려

되어야 할 중요한 인자이다. 이에 본 연구에서는 18Mn-2Al-

0.5C 기반의 TWIP강에 Cr의 함량을 9 wt%까지 첨가한 실험

합금을 설계 및 제조하여, Cr의 함량 및 열간압연, 재결정 및

냉간압연과 응력이완열처리로 구성된 열가공처리 공정에 따른

집합조직 발달 양상과 변형쌍정의 발현 여부를 분석하였다. 주

어진 합금계에서 변형쌍정이 활성화 될 수 있는 최대 Cr 함량

은 3 wt%였으며, 그 이상 Cr을 첨가하였을 경우는 쌍정의 발

현이 억제되었다. Cr의 함량이 낮은 고망간 강은 Cr함량이 높

은 합금에 비해 상대적으로 약한 집합조직 강도를 나타내었으며,

이는 냉간압연 공정에서 변형쌍정이 다량 활성화되어 결정방위

를 분산시켰기 때문인 것으로 나타났다.

[P13-15]

고온변형에서의 AZ계 마그네슘 합금의 집합조직 형성거동: 박민

수*, 오카야스 카즈토1, 후쿠토미 히로시1, 김권후2 ; 부경대학교공대

금속공학과. 1요코하마국립대학. 2부경대학교.Keywords: Texture, Compression test, Magnesium

마그네슘합금은 경량합금으로서 비강도가 우수한 특징을 가지

고 있다. 하지만 마그네슘합금은 조밀육방격자의 결정구조를 가

지고 있으며 상온에서 슬립계의 수가 적다. 이로 인해 낮은 성

형성을 나타내고 실용적으로 사용할 수 있는 범위가 제한적인

단점을 가지고 있다. 성형성 개선의 대표적인 방법중의 하나가

집합조직 제어이며 이에 대한 연구가 세계적으로 활발하게 이루

어지고 있다. 앞선 Al-Mg의 고온 가공 시 용질인 Mg의 함량

이 높아짐에 따라 특정 집합조직의 발달이 관찰되는 것을 확인

할 수 있었고 역조성인 Mg-Al합금에서 동일한 결과가 예상된

다. 따라서 본 연구에서는 용질원소인 Al의 함량이 각각 다른

AZ31, AZ61, AZ91을 대상으로 최초 673 K에서 두께 감소량

30%으로 압연을 실시한 후 723 K에서 1시간동안 어닐링을 행

한다. 압축시편을 제작한 후 다양한 변형 조건(온도 : 723 K,

변형율 : -1.0 변형속도 : 5.0×10-2~5.0×10-4s-1)하에서 단축

압축시험을 시행하였다. 압축 시험을 실시한 시료는 X-선 회절

법을 활용한 집합조직의 측정과 EBSD를 통한 결정방위 분포를

측정했다. 본 연구에서의 응력-변형율 곡선은 모든 변형조건에서

가공경화가 나타났으며 변형 조건과 용질인 Al의 첨가량에 관

계없이 섬유집합조직이 형성되었다. 또한 변형율이 진행됨에 따

라 동적재결정이 발생된 것을 확인 할 수 있었고 변형 중 응

력-변형율 곡선에서의 최대응력이 높을수록 (0001)방위가 매우

발달되는 것을 관찰 할 수 있었으며 동일한 변형 조건에서 용

질의 농도가 높은 AZ91에서의 (0001)방위가 평균 극 밀도의

15배 이상의 강도를 나타냈다.

[P13-16]

페라이트계 스테인리스 강 인장시험 시 집합조직이 소성변형 및

네킹거동에 미치는 영향: 김태경*, 이계만, 이찬형, 허무영, 박지

언1, 박수호1 ; 고려대학교 공대과대학 신재료공학부. 1포스코 기술연

구원 STS연구그룹.Keywords: Micro-texture, Orientation colony, Localized necking,

Ferritic stainless steel

동일한 macro-texture를 가지고 서로 다른 micro-texture를

가지는 두 종류의 재결정된 페라이트계 스테인리스 강 시편들을

제조하였다. 이 두 종류의 시료를 rolling direction (RD) 대해

0°, 45°, 90° 방향으로 인장시험하여 orientation colony가 인장

시험 중 네킹거동에 미치는 영향을 분석하였다. 두 시료에서 서

로 다른 네킹거동이 관찰되었다. Orientation colony가 존재하

는 시료의 90° 방향에서 localized 네킹이 매우 빠르게 일어나

시편이 빠르게 파괴되었다.

[P13-17]

Effect of the Existence of Curved Grain Boundaries on

the Local MechanicaL Field Distribution in the Polycrystals

281

Under Tension: Youngju Jeon*, Youngkyun Son, Myeongjin

Lee, Sukbin Lee; UNIST(Ulsan National Institute of Science

and Technology).

Keywords: Polycrystal, Local mechanical fields, Finite element

analysis, Grain boundary curvature

It is believed that intergranular stress has significant role in

stress corrosion cracking (SCC). Especially, the normal stress

component on the grain boundaries is one of the major factors of

SCC. In order to analyze the mechanical fields distribution in a

polycrystalline microstructure, a digital polycrystal is generated

using the Monte Carlo Potts model for normal grain growth,

three-dimensional conformal mesh elements on such a digital

microstructure are created using both in-house codes and a

commercial package, and, finally, a finite element method is used

on the resultant mesh to simulate the mechanical fields inside the

polycrystal. Specifically, the difference in mechanical fields

according to the change of grain boundary curvature in the

polycrystal under uniaxial tension is investigated.

[P13-18]

탄탈륨 판재의 교차압연 각도에 따른 미세조직 균질화 및 집합조

직의 발달: 정효태*, 김순태, 권상철, 조유연1, 이성2, 양성호2, 이

성호2 ; 강릉원주대학교 신소재금속공학과. 1포스텍 철강대학원. 2국방

과학연구소.Keywords: Tantalum, Texture, Microstructure, Cross rolling,

Inhomogeneity

탄탈륨은 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os)에 이어 융점이

높은(3269 K) 고융점 금속이다. 주기율표 5족에 속하는 탄탈륨

의 밀도는 16.65 으로 무거운 소재이다. 또한 탄탈륨은 연성

및 내식성 등 우수한 물리적 특성으로 인해 기계, 화공, 의료분

야 뿐만 아니라 우주산업, 군사산업 등 광범위하게 사용되며 쉽

게 판재로 가공 할 수 있는 소재이다. 탄탈륨은 주로 전기적

성질을 활용하는 용도로 사용하기 때문에 미세조직이나 집합조

직의 제어 없이 불균질한 상태의 판재를 사용하고 있다. 그러나

최근에는 평면 등방성이 요구되는 ?드로잉 소재로서 탄탈륨이

중요시되어 미세조직과 집합조직을 제어하는 것이 필요하게 되

었다. 결정구조가 체심입방정인 탄탈륨은 평면등방의 소성변형을

위해서는 (111)//ND 섬유집합조직이나 무질서 집합조직이 필요

하며, 또한 판재내의 균질한 미세조직 및 집합조직이 필요한 것

은 잘 알려진 사실이다. 이와 같이 집합조직과 미세조직이 매우

쉽게 국부적으로 변화하며 판재내에서 매우 불균질한 특성을 나

타내는 탄탈륨 판재를 다축대각단조(MADF-IPH) 공정 후에

60°와 90°로 교차압연(Cross Rolling)하여 미세조직 균질화 및

우수한 집합조직의 형성방안을 연구하였다. 다축대각단조 공정후

90°로 교차압연하는 것이 모든 공정온도에서 미세조직은 25µm

수준의 균질한 미세조직을 얻을 수 있었으며, 상대적으로 강한

//ND 섬유집합조직을 얻을 수 있었다.

[P13-19]

탄탈륨 판재의 재결정 열처리에 따른 미세조직과 집합조직의 변

화: 정효태*, 권상철, 김순태, 조유연1, 이성2, 양성호2, 이성호2 ;

강릉원주대학교 신소재금속공학과. 1포스텍 철강대학원. 2국방과학연

구소.Keywords: Tantalum, Texture, Microstructure, Recrystallization,

Inhomogeneity

탄탈륨은 고밀도(16.7 g/cm3), 고융점(3269 K)의 체심입방구조

(Body Centered Cubic, BCC)의 금속으로, 최근 탄도학의 한

분야인 폭발성형관통자(Explosively Formed Penetrator, EFP)에

서 구리나, 알루미늄, 철강과 같은 다른 연성재들보다 큰 관통

성으로 주목을 받고 있다. 그러나 미세조직이나 집합조직 제어

에 대한 필요성이 구조재료에 비해 상대적으로 작은 분야인, 전

기적인 성질을 활용하는 분야에서 주로 사용되어 왔기 때문에

미세조직이나 집합조직 등의 제어에 대한 연구가 적은 편이다.

탄탈륨의 집합조직과 미세조직에 대한 연구는 매우 미미한 실정

이지만, 탄탈륨과 동일한 체심입방정 구조인 철강소재 등의 금

속에서는 평면등방 소성변형을 위해서 //ND 섬유집합조직이나

무질서 집합조직이 유리하고 균질한 미세조직이 필요하다는 것

은 잘 알려져 있다. 그러므로, 집합조직과 미세조직이 매우 쉽

게 국부적으로 변화하며 판재내에서 매우 불균질한 특성을 나타

내는 탄탈륨 판재를 먼저 다축대각단조공정을 통하여 균질한 미

세조직과 무질서한 집합조직을 형성하였으며, 재결정열처리를 통

하여 EFP가공을 위한 라이너를 제작하였다. 이 때 재결정 열처

리에 따른 미세조직과 집합조직의 변화는 EFP의 비행안정성에

매우 중요한 인자이므로, 1000oC, 1050oC, 1150oC, 1250oC의

재결정 온도와, 단조, 압연, 재결정열처리 공정순서에 따른 탄탈

륨 판재의 미세조직과 변형 및 재결정 집합조직의 변화를 분석

하였다. 평면등방성을 확보하기 위한 //ND 섬유집합조직은 중간

열처리 없이 다축대각단조– 단조- 압연 공정후에 1150oC에서

최종 열처리를 하는 것이 가장 잘 발달하였다.

Memo

282

[P14-1]

Surface Morphologies of Hydroxyapatite Deposited Surface

of Titanium Alloy after Plasma Eelectrolytic Oxidation: In

Seop Byeon*, Kang Lee, Dae-Seon Moon1, Tae-Heun Ha1,

Yeong-Do Lee1, Han-Cheol Choe ; Chosun University. 1KJ

MEDITECH CO.

Keywords: Plasma electrolytic oxidation, Hydroxyapatite,

Titanium, temperature

Commercially pure titanium is widely used as a dental root

implant material in clinical dentistry and as an orthopedic

implant material. The stable oxide that forms on the titanium

surface has been attributed to its biocompatibility. Surface

modifications are widely used to adjust the properties of the

titanium surface to the specific needs of the particular medical

applications, but there are certain disadvantages such as poor

osseointegration and low corrosive-wear resistance. To achieve

improved osseointegration, there have been many efforts to

modify the composition and topography of implant surface.

Recently, the anodic oxidation treatment of titanium metal has

attracted a great deal of attention. When the positive voltage is

applied to a Ti electrode placed in an electrolyte, and plasma

electrolyte oxidation process occurs, and a porous TiO2 layer

generated by the plasma electrolytic oxidation was found to

significantly improve the cellular activities of Ti. Hydroxypatite

(HAp) has frequently been used as a coating material on Ti

implants to improve the cell responses and osseointegration

because it has chemical and crystallographic similarity to the

inorganic component of hard tissue. However, adhesion form

coating to the metallic substrate was poor because of the

differences of their structure, elastic modulus and line-expansion

coefficient. In order to reduce interfacial stress concentration and

improve adhesion strength, much interest is focused nowadays

on the preparation of HAp deposits on the Ti implant. In this

study, electrochemical deposition of HAp has been carried out

onto plasma electrolytic oxidized Ti (PEO-Ti) surface and

morphology has been researched using various experiments. The

morphology and size of the calcium phosphate were strong

function of electrolyte factors(temperature and concentration).

(Supported by NRF: 2015H1C1A1035241; hcchoe@chosun.ac.kr).

[P14-2]

Corrosion Behaviors of Plasma Electrolytic Oxidized Ti-

6Al-4V Alloy for Dental Implant: Jae In Jang, Kang Lee,

Han-Cheol Choe; Chosun University.

Keywords: Electrochemical properties, Ti-6Al-4V, Dental

implant, Plasma electrolytic oxidation

Commercial pure titanium (CP Ti) and Ti-6Al-4V alloy have

been widely used for orthopedic implant materials and dental

implant materials because of its excellent combination of

biocompatibility, corrosion resistance, and mechanical properties.

Recently, titanium oxide layer has been used for improving the

biocompatibility of implants. The advantage of using titanium

oxide layer is that it can be grown directly on the Ti alloys

surfaces, by cost-effective techniques such as plasma electrolytic

oxidation (PEO). In this study, electrochemical characteristics of

oxide layer formed on Ti-6Al-4V alloy surface have been

investigated. Titanium oxide layers were grown on Ti-6Al-4V

alloys substrates using calcium and phosphorous mixed

electrolytes. A direct current (D.C) power source was used for

the PEO process. For electrochemical measurements, the cell

consisted of conventional three-electrode configuration with Pt

rod and a saturated calomel electrode (SCE) as the counter and

reference electrode, respectively. All experiments were carried

out in 0.9 % NaCl solution at 36.5±1oC. All the electrochemical

data were obtained using a Potentiostat (EG＆G Co.Potentionstat 2273, USA). The obtain data were analyzed using

PowerSuite (version 2.55) for potentiodynamic resuts and

ZSimpwin (version 3.20) for EIS results. (This research was

supported by Innovation and Creativity through the Ministry of

Education and National Research Foundation of Korea

2015HIC1A1035241:hcchoe@chosun.ac.kr)

[P14-3]

The Changes of Microstructure and Mechanical Properties

of Raw and Machined Ti-6Al-4V Alloys for Dental Implant:

Jung-In Kang, Kang Lee, Han-Cheol Choe, Mee-Kyoung Son,

Dae-Seon Moon1, Tae-Heun Ha1, Yeong-Do Lee1 ; Chosun

University. 1KJ MEDITECH CO.

Keywords: Ti-6Al-4V, Microstructure, Mechanical, Implant

The possibility of substituting the hard tissue instrumentations

like artificial bones, artificial hip joints, artificial teeth, and dental

implants for functionally disordered hard tissues like bone and

teeth has been grown recently. Titanium (Ti) and its alloys have

been fast emerged as the most attractive choice for the majority of

medical applications. Commercially pure Ti (CP-Ti) and Ti-6Al-

4V ELI have been an important biomaterial in this field for a long

period, due to its high specific strength, excellent corrosion

resistance, and superior biocompatibility. In this study, the changes

of microstructure and mechanical properties of raw and machined

Ti-6Al-4V alloys for dental implants have researched with various

experimental instruments. Ti-6Al-4V alloy rod(99.99% Ti, USA,

Co) was used for samples, and then heat treatment was carried out

using vacuum furnace for control the microstructures. Samples

were divided into 2 group, one group sample was raw rod type

wire (10mm diameter and 4 mm thickness), and the other group

was machined implant supplied by KJ Meditech, Co. Each sample

was cut and prepared using a high-speed diamond cutting machine

with 2000 rpm speed, followed by polishing with 3 μm Al2O3

paste. The crystallinity and morphology of surface were examined

by OM, FE-SEM, EDX and XRD. The microstructural phases and

phase transformation of Ti-6Al-4V alloys were identified with the

aid of an XRD. And mechanical properties were investigated using

Vickers hardness and tensile test. The microstructure of Ti-6Al-4V

alloys showed alpha + beta phase structure. And the mechanical

properties of Ti-6Al-4V alloys were improved in the case of

P14 : 생체재료Room 전시장, 10월 30일

283

machined surface. (This research was supported by Innovation and

Creativity through the Ministry of Education and National Research

Foundation of Korea 2015H1C1A1035241:hcchoe@chosun.ac.kr).

[P14-4]

The Effect of Applied Voltage on Anodized Ti alloy for

Dental Implant by Plasma Electrolytic Oxidation: Jeong-Jae

Kim*, Kang Lee, Han-Cheol Choe; Chosun University.

Keywords: Ti-6Al-4V ELI, Plasma electrolytic oxidation,

Hemocompatibility, Osseointegration, Valve metal

Commercially pure titanium and its major medical alloy, Ti–

6Al–4V ELI, are widely used clinically in dentistry and

orthopedics because of their good mechanical properties, corrosion

resistance, and hemocompatibility. The biocompatibility results

from a thin titanium oxide (TiO2) layer that is present on the

metal surface; this layer has an important role for

osseointegration at the interface between bone and the implant

material. However, the native TiO2 layer is not bioactive enough

to form a direct bonding with bone, which means the lack of

osseointegration to juxtaposed bone might lead to long term

failure after implantation. An electrochemical method known as

anodization or anodic oxidation is a well-established surface

modification technique for valve metals to produce protective

layers. Plasma electrolytic oxidation (PEO) has been a great

interest because of the promising application prospects of this

technique in the surface treatment of metals. In contrast to other

surface-modification technologies, ceramic coatings prepared by

PEO have a structure with denser inner layers and coarser and

more porous outer layers. During the PEO process, the three

most important factors are the electrolyte, electrical source and

type of valve-metal, which influence the composition, structure

and performances of the prepared ceramic coatings. In the PEO

technique, electrolyte ions in the solution not only provide

electrical conduction, but also participate in physical and

chemical reactions in the PEO discharge zone, thus introducing

Ca and P into the PEO coatings. In the present study, effects of

applied voltages on surface morphology of dental implant alloy

by PEO were researched. For this study, Ti-6Al-4V alloy was

used for samples. PEO was used for composite coatings in

electrolyte solutions containing calcium and phosphate mixed

electrolyte under various applied voltages. Pores were formed on

the specimen surface by anodizing at potentials of 240, 270, and

300 V for 3 min, respectively, in a mixed electrolyte solution

consisting of 0.15 M calcium acetate monohydrate + 0.02 M

calcium glycerophospate at room temperature. The morphology

and crystalline structure of anodized titanium oxide layer on the

Ti-6Al-4V alloys surface were characterized by thin film X-ray

diffractometer and field emission scanning electron microscopy.

Elemental analysis was performed using an energy dispersive X-

ray spectroscopy (Supported by NRF: 2015H1C1A1035241;

hcchoe@chosun.ac.kr).

[P14-5]

Electrochemical Characteristics of Raw and Machined Ti-

6Al-4V Alloys for Dental Implant: Seon-Yeong Park*, Kang

Lee, Dae-Seon Moon1, Tae-Heun Ha1, Yeong-Do Lee1, Han-

Cheol Choe ; Chosun University. 1KJ MEDITECH CO.

Keywords: Ti-6Al-4V, Implant, Corrosion, Microstructure

Titanium and its alloys are known as the most appropriate

materials for biomedical applications, due to their well-

established corrosion resistance and biocompatibility. Among the

Ti alloys, Ti-6Al-4V alloy has been used extensively for many

years as an implantable material mainly in the application of

orthopaedic prostheses. It has been shown on numerous

occasions that its corrosion resistance is far superior to many of

the alternatives presently available such as stainless steel alloys

and even better under most circumstances than alloys based on

cobalt-chromium. They owe their excellent corrosion resistance

to passive oxide film formation at room temperature. This film,

which mainly consists of TiO2, provides chemical inertness in

many aqueous media and assures their biocompatibility as a

biomaterial. In this study, electrochemical characteristics of raw

and machined Ti-6Al-4V alloys for dental implant has researched

using electro chemical methods for the comparison of variation

of surface characteristics by machine treated process and not. Ti-

6Al-4V alloy rod(99.99% Ti, USA, Co) was used for samples.

The samples were cut using a diamond wheel into disk

specimens having (diameter 10mm, thickness 5 mm) a water-

cooled saw. 0.3 μm Al2O3 paste slurry were used for polishing

and then all alloys were ultrasonically cleaned in acetone and

distilled water, respectively. Microstructures and corrosion

morphologies of the alloys were examined by optical microscope

(OM) and field emission scanning electron microscope (FE-

SEM). The microstructural phases and phase transformation of

Ti-6Al-4V alloys were identified with the aid of an XRD. The

electrochemical potentiodynamic polarization and AC impedance

studies for corrosion behaviors were carried out in 0.9 % NaCl

solution at 36.5±1°C using a potentiostat. The potentiodynamic

polarization test with a scan rate of 1.67 mV/s was carried out

from -1500 mV and AC impedance was performed at

frequencies ranging from 10 MHz to 100 kHz. (This research

was supported by Innovation and Creativity through the Ministry

of Education and National Research Foundation of Korea

2015H1C1A1035241:hcchoe@chosun.ac.kr).

[P14-6]

Plasma Electrolytic Oxidation in the Solutions Containing

Ca, P, Sr on the Ti-6Al-4V: Kang Lee, Han-Cheol Choe;

Chosun University.

Keywords: Ti-6Al-4V, Plasma electrolytic oxidation, Strontium,

TiO2

Commercial pure titanium (CP Ti) and Ti-6Al-4V alloy have

been widely used for orthopedic implant materials and dental

implant materials because of its excellent combination of

biocompatibility, corrosion resistance and mechanical properties.

However, being bioinert, the integration of such implant in bone

was not in good condition to achieve improved osseointergraiton,

there have been many efforts to modify the composition and

topography of implant surface. To overcome this drawback,

calcium phosphate (CaP) has been applied as coating materials

284

on Ti alloy implants for hard tissue applications because its

chemical similarity to the inorganic component of human bone,

capability of conducting bone formation and strong affinity to the

surrounding bone tissue. Various mineral elements, such as

strontium (Sr), magnesium (Mg), zinc (Zn), silicon (Si), silver

(Ag), and yttrium (Y) are known to play an important role in the

bone formation and also affect bone mineral characteristics, such

as crystallinity, degradation behavior, and mechanical properties.

Especially, Sr has a beneficial effect on bone. In vitro studies

have shown that strontium enhances the replication of

preosteoblastic cells, and stimulates bone formation in cell and

calvarial cultures in vitro. Furthermore, it has been demonstrated

that strontium ranelate decreases bone resorption in vitro.Plasma

electrolyte oxidation (PEO) is a promising technology to produce

porous and firmly adherent inorganic Sr containing TiO2 (Sr-

TiO2) coatings on Ti surface, and the amount of Sr introduced

into the coatings can be optimized by altering the electrolyte

composition. In this study, a series of Sr-TiO2 coatings are

produced on Ti dental implant using PEO, with the substitution

degree, respectively, at 0, 5, 10 and 20%. Based on the

preliminary analysis of the coating structure, composition and

morphology, a bone like apatite formation model was used to

evaluate the in vitro biological responses at the bone-implant

interface. The enhancement of the bone like apatite forming

ability arise form Sr-TiO2 surface, which has formed the

reduction of the Mg ions. The promising results successfully

demonstrate the immense potential of Sr-TiO2 coatings in

dental and biomaterials applications. (This research was

supported by Innovation and Creativity through the Ministry of

Education and National Research Foundation of Korea

2015HIC1A1035241:hcchoe@chosun.ac.kr)

[P14-7]

Ti-Zr-Nb-Sn 합금의 형상기억특성: 김가영*, 김재일, 최은성; 동아

대학교 신소재공학과.Keywords: Shape memory alloys(SMA), Superelasticity,

Biomaterial alloys, Ti-Nb, Ti-Zr

Ti-Ni계 형상기억합금은 비강도 및 내식성이 우수하고 형상기

억효과와 초탄성 특성은 의료용 기기 및 엑츄에이터 등 광범위

하게 사용되고 있다. 하지만 최근 Ni이 인체에 알레르기를 유

발한다는 연구결과가 보고됨에따라 Ni-free 형상기억합금의 연구

가 진행 되고 있다. 특히 β-Ti계 합금은 뼈와 유사한 낮은 탄

성계수를 가지고 있어 탄성계수차이에 기인한 응력차폐현상을

최소화 할 수 있다. β-Ti계 합금 중 Ti-Nb계 합금은 실온에서

형상기억효과 또는 초탄성 특성이 안정하게 나타나는 것으로 보

고되고 있지만 Ti-Ni계 합금에 비해 낮은 슬립임계응력과 낮은

변태변형률이 단점으로 지적되고 있다. 따라서 본 연구에서는

Ti-Nb계 합금의 변태변형률을 증가시키고 ω상을 억제하기 위해

Zr과 Sn을 첨가하여 Zr의 양이 증가함에 따라 각각 원소의 첨

가량이 Ti-Zr-Nb-Sn합금의 형상기억특성에 미치는 영향을 평가

하고자 한다. 시편제작은 Vaccum Arc Melting을 이용하여 합

금을 제작하여 약 95% 냉간압연 후, 방전가공기를 이용하여

판재형태의 인장시편(1×4.5×0.5 mm)을 제작하였다. 위의 시편을

1173 K에서 1.8 Ks동안 열처리 후 칭하였다. 합금의 형상기

억효과 및 초탄성 거동을 평가하기 위하여 인장실험을 수행하였

다. 또한 합금의 변태온도 평가 및 생체적합성 평가를 위한 탄

성계수측정을 진행하였다.

[P14-8]

SPS로 제조된 다기공 BCP(HA/β-TCP)생체재료의 특성: 이택*,

우기도, 이해철, 오성탁, 곽승미; 전북대학교 공대 신소재공학부 금

속시스템공학.Keywords: Biomaterial, SPS, BCP, Porous material

최근 관절염과 골다공증과 같은 골질환 때문에 인공 뼈 임플

란트에 관심이 증대하고 있다. 그러나 인체 내 뼈는 특수한 구

조 및 기계적 성질로 인해 대체가 어려운 실정이다. 이러한 이

유로 생체 경조직인 뼈 및 치아와 주성분과 유사한 수산화아파

타이트 [Ca10(PO4)6(OH)2; HA]를 생체재료로써 사용하고자 다

양한 연구가 수행되어 왔다. 이러한 HA의 경우, 뼈의 수복재료

로 이용하기 위해서는 인체 내 용해도 또한 중요한 요소 중

하나다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 본 연구에서는 인체 내

생체분해능이 높다고 알려진 β-TCP(Tricalcium phosphate)를

이용하였다. 하지만 경조직 대체재로써 β-TCP 단독으로 이용할

경우, 용해도가 너무 빨라 손상된 뼈가 회복되기 전에 용해되

어버리는 문제가 발생한다. 이를 개선하기 위해 본 연구에서는

HA와 β-TCP 분말을 혼합하여 제조하고자 한다. 이 밖에 생

체재료로 이용되기 위해서는 탄성계수 및 골 내 성장 또한

중요한 요소이다. 이를 조절하기 위해 지지체 [space holder

(S.H.); NH4HCO3]를 β-TCP와 HA 혼합분말에 첨가한 후, 급

속소결법 중 하나인 SPS(Spark plasma sintering)를 이용하여

다기공 구조의 시편을 제조하고자 한다. 그러나 난 소결성 생체

세라믹인 β-TCP의 비정상 입성장을 억제하고 소결을 촉진시키

기 위하여 MgO를 소량 첨가하여 제조하였다. 이와 더불어 미

세기공을 형성시키고 기공의 표면조도를 개선하여 세포흡착력

을 증가시킨다고 알려진 TiH2 (foaming agent; F.A.)를 소량

복합 첨가하여 제조하였다. 본 연구에서는 다기공 HA/β-TCP

생체재료를 골 이식 대체재료로 활용하기 위한 기초 연구단계

로 다양한 기공의 량과 크기를 조절하기 위하여 주 지지체인

NH4HCO3량을 변화시켜 생체친화성이 높은 다기공 HA/β-TCP

생체재료를 급속소결 방법으로 제조하고자 하였다. 아울러 제조

후 밀도의 변화, 기공의 크기 및 량을 조사하고 이들이 생체재

료의 기계적 성질에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다.

[P14-9]

Averge Pore Size of Microporous Ti Implants Using Anodic

Oxidation: 진정은, 이원희*; 세종대학교.Keywords: Anodic oxidation, Titanium, Implant, Porosity

Microporous Ti implants with fully open pore structure were

fabricated by the sintering of spherical Ti powders in a high

vacuum furnace. The porosity and average pore size of

microporous Ti implants were measured with mercury

porosimeter. To decrease average pore size of microporous Ti

implants, the micro porous implants were soaked in 500 ml of ‘β-

GP group (solution included 0.02 M of β-Glycerophosphate

Pentahydrate and 0.2 M of Calcium Acetate)’ and use anodic

oxidation. The surface morphology was observed by Scanning

Electron Microscopy (SEM), surface atomic composition was

analyzed with X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), and

average pore size was measured with mercury porosimeter.

285

[P14-10]

전기방사 공정을 통한 PCL/Chitosan/HAp 나노섬유 합성 및 기

계적특성 평가: 송철한*, 장대환, 박지환1, 양재교; 고등기술연구원.1(주)엠티아이지.Keywords: Electrospinning, Polycaprolactone, Chitosan,

Hydroxyapatite, Implant

티타늄 합금이 생체재료로써 좋은 장점을 가지고 있지만 첨

가되어 원소 중 이온을 방출하여 질병을 유발 시킨다고 보고되

고 있어 생체적합성을 향상시켜 줄 수 있는 표면처리 기술개발

이 필요한 상황이다. 현재 국내외에서 Electrospinning법을 이용

한 생체적합성 및 생체 친화성 향상을 위한 생체고분자 나노섬

유 합성 기술 개발사례가 있다. 따라서 Electrospinning법을 이

용하여 기계적 인성은 취약하지만 뛰어난 생체적합성과 골전도

성을 가진 하이드록시아파타이트(HAp)와 생분해되고 독성이 없

는 생체고분자(키토산)를 복합화 함으로써 생물학적 친화성 및

화학적 친화성, 기계척 친화성 등 모든 부분을 만족 시켜주는

하이브리드 생체소재를 개발을 목표로 본 연구에서는 PCL 고

분자 지지체를 이용하여 HAp/Chitosan 복합 나노섬유를 제조

하고자 한다. 제조된 복합나노섬유를 활용하여 기계적인 특성을

평가하여 기존 상용 소재 HAp와 비교하였다.

[P14-11]

혈관 스텐트용 NiTi계 형상 기억 합금 와이어의 표면특성에 전

해 연마 조건의 영향: 한덕현*, 양현석, 송철한, 공만식, 허신구1,

안병민2 ; 고등기술연구원 신소재공정센터. 1(주)에스엠에이. 2아주대

학교 재료공학과.Keywords: Ni-Ti alloy, Shape memory alloy, Biocompatibility,

Electropolishing, Surface roughness

NiTi계 합금은 초탄성 및 형상 기억 합금의 특성을 가지고

있다고 알려져 있다. 또한 이 합금은 바이오재료의 치열교정용

와이어 및 혈관 스텐트용으로 사용되고 있을 정도로 생체 적합

성이 우수하며, 스텐트의 경우 혈관내의 와이어의 부식저항특성

은 표면의 큰 영향을 받는다. 본 연구에서는 직경 600 µm로

인발된 NiTi계 와이어의 전해연마 후 표면 특성을 다양한 조건

변수에 따른 영향을 분석하였다. 사용한 전해액은 메탄올계 전

해액을 이용하였으며, 전류 밀도 및 연마 시간, 전극 거리의 변

수를 사용 하였다. 전해연마가 진행된 와이어의 표면 조직 상태

관찰은 광학 현미경(OM) 및 주사전자현미경(SEM)을 이용하

였으며, 표면 조도는 원자력 현미경(AFM)을 이용하여 측정하

였다.

[P14-12]

뇌 조직의 재료 모델링을 위한 젤라틴 시편의 실험 장치 구축:

반용*, 최덕기; 단국대학교.Keywords: Brain tissue, Material modeling, Hyperelastic material,

Finite element method, Compression test

인간의 뇌에 대한 연구는 생체역학 분야의 매우 흥미로운 과

제이다. 특히 뇌 조직의 기계적 물성을 이용한 정확한 재료 모

델링에 대해 수많은 연구가 이루워져 왔다. 그러나 뇌 조직의

정확한 기계적 특성을 파악하기 위해서는 실험이 필수적인 요소

인데, 직접적으로 뇌의 거동이나 응력변화등을 측정하는 것이

매우 어렵거나 불가능한 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 뇌

조직과 유사한 거동을 보이는 젤라틴으로 기존 연구에서 실시한

뇌의 압축 실험과 유사한 거동을 보이는 시편을 제작하였다. 이

를 이용하여 같은 조건으로 실험을 실시하기 위하여 압축 실험

장치를 구축하고 실험을 통해 뇌 조직의 기계적 거동의 유사함

을 보였다. 실험 데이터를 이용하여 다양한 초탄성 재료 모델링

을 실시하고, FEM에 적용시켜 해석 결과를 실험과 비교 분석

하였다.

[P14-13]

Ti-Nb-Zr+X 베타 타이타늄합금의 기계적 특성 연구: 박양균*, 김

창림, 황유진, 이용태1, 이동근; 순천대학교신소재공학과. 1재료연구소.Keywords: Ti-Nb-Zr, β titanium, Tensile strength, Bio-material

최근에 인체에 무해한 생체재료로서 뼈와 유사한 탄성을 갖

는 저탄성 타이타늄 합금인 Ti-Nb-Zr+X 합금이 개발되었다.

Ti-Nb-Zr+X 합금은 β 타이타늄 합금으로써 α, α+β 타이타늄

합금에 비해 강도, 인성, 탄성계수 등 기계적/물리적 특성이 우

수하다. 이러한 특성 때문에 Ti-Nb-Zr+X 합금은 생체재료뿐만

아니라 골프클럽, 악세사리, 스포츠용품 등 다양한 분야의 재료

로 활용이 가능하다. 본 연구에서는 개발한 Ti-Nb-Zr+X 합금

이 의료용뿐만 아니라 민수용에도 적용될 수 있도록 합금이 가

지는 기계적 특성을 평가하고 그 원인을 규명하고자 하였다. 해

당 합금에 α 안정화 원소를 첨가함으로써 탄성계수와 인장강도

및 크립강도가 증가하고 가공성 및 주조성을 향상시킬 수 있다.

안정화 원소를 첨가함에 따라 미세조직 및 기계적 특성의 변화

를 고찰하고, 기존 Ti-Nb-Zr 합금과의 비교평가를 통해 그 영

향을 분석하고자 하였다.

[P14-14]

타이타늄 표면의 펨토초 레이저 공정을 통한 효과적인 표면성질

변화 제어: 박재호*, 정용우1, 정홍수1, 김유찬1, 옥명렬1, 석현광1,

정석2, 전호정1 ; 한국과학기술연구원(KIST), 고려대학교. 1한국과학기

술연구원(KIST). 2고려대학교.Keywords: Laser surface modification, Femtosecond laser,

Texturing, Micro/nano, Contact angle

레이저에 의한 표면 개질 공정은, 비접촉식 가공이 가능하고

국소 부위에 따른 선택적인 공정이 가능할 뿐만 아니라 레이저

의 조건에 따라 다양한 공정효과를 기대할 수 있기 때문에 많

은 분야에서 사용되고 있다. 그 중에서도 펨토초 레이저는 다른

레이저에 비해 원자와 원자 사이의 열전달 시간보다 짧은 펄스

로 에너지를 가해주기 때문에 열영향력이 다른 레이저보다 작아,

그로 인한 HAZ(Heat affected zone)이 거의 없다라는 큰 이

점을 갖고 있다. 이러한 레이저의 장점과 더불어, 펨토초 레이

저를 이용한 다양한 공정 효과 중에 표면 텍스처링 공정은 표

면 개질에 있어 효과적인 방법으로 많은 관심을 받고 있다. 텍

스처링 공정은 간단한 조작만으로도 마이크로/나노 구조를 재료

표면에 동시에 구현할 수 있으며, 그로 인한 표면 에너지의 변

화로 표면에 대한 친수성 혹은 소수성의 성질을 제어할 수 있

다. 본 연구에서는 이러한 레이저 효과를 이용하여, 타이타늄

표면에서 다양한 공정 분위기(Air, He, Air, Ethanol)에서의 레

이저 공정으로 생성된 각기 다른 크기의 마이크로/나노 구조를

확인 할 수 있었다. 이를 통하여 레이저 공정에 사용하는 유

체 밀도 및 열 전도도의 차이에 의한 효과에 의해 구조의 차

이가 생긴다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 처리된 표면에서의

접촉각을 측정하여 표면 성질의 변화 또한 확인하였다. 향후,

펨토초 레이저를 이용한 표면처리 방법을 통해서, 여러 합금에

서 표면성질 제어에 효과적으로 사용될 것이라 예상된다.

본 연구는 KIST (2E25260)의 지원으로 수행되었습니다.

286

[P14-15]

건조한 미송나무의 준정적 및 충격하중 시의 응력-변형률 곡선: 양

승용*; 한국기술교육대학교.Keywords: Soft materials, Split hopkinson pressure bar (SHPB),

Stress-strain curve

산업 분야에서 널리 사용되는 건조된 미송나무의 응력-변형

률 곡선을 정적 시험 및 충격시험을 이용하여 측정하였다. 하

중이 매우 천천히 가해지는 정적인 경우에 건조한 미송나무는

이력곡선을 나타내었고 이력곡선의 폭은 변형률에 무과하게 일

정하였다. 하중이 매우 빠른 변화율로 가해지는 충격 하중을

수행하기 위하여 Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) 장

치를 사용하였다. 미송나무와 같은 소프트 재료는 낮은 임피던

스 값으로 인해 기존의 SHPB 장치로는 재료의 성질을 측정

하는데 어려움이 있으므로 시험기 봉의 재질을 PMMA

(Polymethylmethacrylate)로 결정하였다. 미송나무의 응력 변

형률 곡선이 종방향과 횡방향에 대하여 현저히 다름을 확인하

였다.

[P14-16]

탄소성 scaffold 구조물의 유한요소해석: 양승용*; 한국기술교육대

학교.Keywords: Kelvin foam, Porous structure, Finite element analysis

Three dimensional finite element analysis is carried out for

elastic-plastic scaffold structure. The shape of the structure is

Kelvin foam (tetrakaidecahedron) which is porous and

symmetric along the three principal directions. Is is shown that

the structure is high ductile and the yielding stress is low

compared to the solid structure. The porosity is about 80 %.

ABAQUS explicit software is used. It is shown that the

compressive yielding stress is about 4% of that of solid material.

The stress vs strain curve shows three steps. The first is elastic

deformation, and the second is very low hardening plastic

behavior and the third is yielding with steep strain hardening.

[P14-17]

Effects of Distribution of Second Phase on Mechanical

Property and Bio-corrosion Property of Mg Alloys for

Biomedical Application: 정연욱1,2*, 노형진1, 최지원1, 박지민1, 전

호정1, 옥명렬1, 한형섭1, 이지욱2, 김유찬1, 석현광1; 1한국과학기술

연구원, 2국민대학교.Keywords: Biometerial, Implant, Mg alloy

정형외과용 Implant 소재는 대표적으로 비활성 소재인 Ti 합

금, Stainless steel 그리고 Cr-Co 합금이 사용되어 왔다. 그러

나 골에 비해 높은 탄성계수로 인한 응력 차폐 문제와 임플란

트를 제거하는 2차 수술 등은 환자의 삶의 질을 낮추는 문제로

지적되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 마그네슘 특유

의 분해 특성과 생체 적합성을 활용한 생분해성 임플란트 개발

연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 그러나 마그네슘의 낮은 부

식 저항성은 여전히 해결해야 할 문제이다. 열처리와 같은 공정

은 기지 내 제 2상 제거를 통해 부식 저항성을 높이지만 강도

를 낮추는 단점이 있다. 강도가 낮은 경우에는 다양한 응용에

제약이 따르므로 강도를 높이면서도 부식 저항성이 강화된 합금

을 개발하는 것이 중요하다. 이번 연구에서는 생체 적합성이 우

수한 합금 원소들만을 활용한 Mg계 합금에 대하여 기지에 비

해 포텐셜이 높은 제 2상을 적절히 활용하여 강도와 부식 저항

성이 개선된 재료를 개발하고자 하였다. 합금 설계 및 주조, 압

출, 열처리를 통하여 제 2상의 분포를 조절하였다. 만들어진 재

료의 분석을 위하여 광학 현미경(OM), 전자 현미경(SEM)을 활

용하여 미세 조직을 관찰하였으며, 기계적 특성(Tensile test) 부

식 저항성(immersion test) 및 생체 적합성 테스트(cytotoxicity

test)를 통하여 최적화된 공정 조건에 대한 연구를 진행하였다.

사사 – 본 연구는 'KIST-ASAN TRC 연구사업'의 지원으로

수행되었습니다.

Memo

287

[P15-1]

주철주물용생형조형법의 주형재료개발동향: 최창옥*, 길상철, 곽희환1;

한국과학기술정보연구원 ReSEAT사업팀. 1동의과학대학교.Keywords: Green sand mold, Silica sand, Bentonite, Seacoal,

Grey iron casting

주철주물의 주조에 있어서 사용하는 주형의 종류는 주조하고

져 하는 주철주물의 크기에 따라 선택을 하며 이중 소형주물의

경우 생형을 많이 사용하고 있다.생형은 제조비가 가장 저렴하

고 반복사용이 가능하며 주믈의 대량생산도 가능하여 오래전부

터 이용하여왔다.생형을 처음으로 사용한 것은 점토질점결제가

함유되어있는 자연사를 적당히 수분을 첨가하여 수조형법에 의

하여 만들어 사용하였으나 생산하는 주물제품에 문제점이 발생

하여 이를 해결하고져 첨가제를 사용하였으나 자연사만으로는

문제점을 해결 할 수 없어 규사에 자연에서 산출되는목절점토를

첨가한 합성사를 사용하였으나 이후 벤토나이트가 개발되어 벤

토나이트를 점결제로 한 합성사를 사용하였으나 합성사를 개선

하기 위한 각종 첨가제를 사용하여 품질이 우수한 주물을 제조

하였디. 이들 주형재료는 조형기의 발달에 따라 품질개선을 하

고 새로운 첨가제를 개발하여 실용화하고 있다. 사용하는 규사

는 천연규사에서 인조규사와 특수사를 개발하여 대체사용하고

점결제인 벤토나이트도 자연에서 산출되는 Na-벤토나이트, Ca-

벤토나이트 이외에 이를 활성화처리한 활성벤토나이트를 개발

사용하고 있다. 주형의 첨가제로서는 seacoal, dextrine,을 개발

사용하여 생형으로 주물의 품질을 개선하고 있으므로 생형제조

에 사용되고 있는 각종 주형재료의 개발동향을 조사 하였다.

[P15-2]

타이타늄 합금의 주조두께에 따른 주조성 연구: 김원덕*, 김승언, 나

영상, 현용택, 박지원, 강주희, 김성웅, 강창룡1 ; 재료연구소(KIMS). 1

부경대학교.Keywords: Titanium alloys, Fluidity, Metal-mold reaction,

Castability, α-case

타이타늄 합금은 경량성, 고강도성, 내화학성, 인체친화성 등

의 물성이 우수하여 다양한 산업분야에서 이용되고 있다. 그러

나 타이타늄 합금은 활성이 강하고 특히 용융 상태에서 반응이

심하며 유동성이 좋지 않아서 주조에 의한 부품 제조 시 많은

어려움이 따른다. 타이타늄 합금의 주조성은 주조품의 두께에

따라 다를 것이 예상되지만 아직 주조두께에 따른 주조성에 대

한 체계적인 연구가 이루어지지 않은 실정이다. 본 연구에서는

타이타늄 합금계 중 가장 많이 사용되고 있는 순수(CP) Ti,

Ti-6Al-4V 합금과 함께 본 연구팀이 개발한 고강도 타이타늄

합금인 Ti-6Al-4Fe-0.25Si 합금 등 세 가지 합금계에 대하여

다양한 두께의 판형 시편을 주조하여 충전성, 금속-주형 반응성

등의 주조성을 평가, 분석하였다. 합금의 용해는 유도스컬용해로

를 이용하였고 주형재는 ZrSiO4계 산화물을 사용하여 중력주조

하였다. 평가결과, CP Ti, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4Fe-0.25Si 순으

로 충전성이 저하되었다. 반대로 금속-주형 반응에 의한 표면경

화층(α-case)의 두께는 Ti-6Al-4Fe-0.25Si 합금이 가장 작고

CP Ti이 가장 크게 나타났다. 동일한 합금조성에서는 주조두께

가 증가할수록 충전성과 반응성이 증가하였고, 주조두께가 감소

할수록 그 반대의 경향을 나타내었다. 주조시편에 대해서는 미

세조직, 경도, SEM/EDS, X-선회절 분석을 통하여 합금계에

따른 주조성을 고찰하였다.

[P15-3]

차세대 소듐냉각고속로 금속연료 제조기술 개발: 김종환*, 송훈, 오

석진, 이정원, 김형태, 국승우, 금창운, 김기환, 이찬복; 한국원자력

연구원.Keywords: Fuel slug, Fuel rod, Sodium melting/bonding, Endplug

welding, Wire-wrapping

제 4 세대 소듐냉각고속로 원형로인 PGSFR(Prototype

Generation-IV Sodium-cooled Fast Reactor)은 핵연료 재순환

을 통해 핵연료 주기를 완성하기 위한 미래원자력시스템으로 개

발되고 있다. 원자력위원회의 결정에 따라 PGSFR은 2020년까

지 특정설계인허가를 획득하고, 2028년까지 건설을 완료하는 것

을 목표로 하고 있다. 본 연구에서는 고속로에 장입되는 금속연

료심인 U-10 wt%Zr 합금을 개량사출주조법으로 제조하여 주조

변수 최적화 기반을 확보하고, 주조기술 타당성을 확인하였다.

금속연료봉 소듐 용해/접합 공정에서는 금속연료봉 소듐 용해/접

합시험 모의연료봉 및 지그를 설계 제작하여 연료봉 가열온도,

소듐용해온도, 소듐과 연료심 장입순서 등 소듐공정 변수 시험

평가를 통해서, 금속연료봉의 소듐준위 및 소듐결함을 제어하였

다. 연료봉 봉단마개 용접기술을 개발하기 위해, GTAW 용접방

법으로 Ar 가압분위기(2 kg/cm2) 및 헬륨 분위기(대기압)에서

건전한 용융부 형상과 용입깊이 제어를 통하여 향후 조사시험

연료봉 및 원형 연료봉 용접에 적합한 GTAW 용접성능을 평

가하였다. 와이어래핑 성능시험에서는 길이 1 m 금속연료봉에

대한 와이어래핑 공정장치 시험평가를 통하여 와이어래핑 연료

봉 예비시제품을 제조하였다.

[P15-4]

원심분무의 Disk 회전 속도에 의한 U-7 wt%Mo 분말 입도 분

포 관찰: 김종환*, 이윤상, 김기남, 장세정, 김응수; 한국원자력연구원.Keywords: Centrifugal atomization, U-Mo, Uranium

molybdenum alloy, Disk rotation speed, U-Mo powder size

distribution

고농축우라늄(HEU) 핵연료를 저농축우라늄(LEU)으로 대체하

기 위하여 우라늄 밀도가 높은 U-Mo 핵연료분말이 각광받고

있으며, 기장에 건설중인 신형연구로에도 U-7wt%Mo 합금 분

말을 적용할 예정이다. 한국원자력연구원(KAERI)의 원심분무

(Centrifugal Atomization) 기술로 U-Mo 합금 분말을 제조하면

회전하는 디스크의 원심력을 이용하여 미세한 구형분말을 얻을

수 있다. KAERI 원심분무법의 디스크 회전속도를 조정하여 각

각의 U-7wt%Mo 분말을 생산하고, 이렇게 생산된 분말의 입도

분석을 통해 디스크 회전속도와 분말 입도 분포 사이의 관계를

조사한다. 이 조사를 바탕으로 원하는 입도 분포의 분말 생산을

위한 최적의 원심분무 공정 조건을 수립하여 안정적인 U-Mo

핵연료 분말생산에 기여 한다.

[P15-5]

Al-Mg-Cr 합금의 기계적 성질에 미치는 초음파 인가의 영향: 서

정혁*, 김선기, 최경환, 조훈; 한국생산기술연구원.Keywords: Ultrasonic melt treatment, Al-Mg-Cr alloy,

Microstructure, Mechanical Properties

알루미늄 합금 용탕에 초음파를 직접 인가하면, cavitation에

P15 : 주조 및 응고Room 전시장, 10월 30일

288

의해 탈가스 효과와 결정립 미세화 효과를 얻을 수 있다. 특히

Ti 합금 소재의 sonotrode는 알루미늄 용탕의 용손으로 인해

혼입된 Ti 입자가 핵으로 작용하여 결정립 미세화를 기대할 수

있다. 한편, 알루미늄 전신재 합금의 경우 결정립 미세화를 위

해 Al-Ti-B 또는 Al-Ti-C 등의 미세화제를 첨가한다. 알루미늄

전신재 합금 용탕에 Ti 합금 sonotrode를 이용하여 초음파를

직접 인가하면 한 공정으로 탈가스와 결정립 미세화를 동시에

달성할 수 있을 것이다. 현재까지 국내에서 알루미늄 용탕으로

의 초음파 인가에 대한 연구는 주로 주조재 합금에 관해 이루

어지고 있으며 전신재 합금에 대한 연구는 기초적인 수준에 머

무르고 있다. 전신재 합금은 연속주조를 통해 slab, billet으로

제조된 다음 압연, 압출 등의 소성가공공정을 거쳐 제품화되기

때문에 실제 산업현장으로의 적용 가능성을 확인하기 위해서는

기존의 실험실 규모보다 scale-up할 필요가 있다. 따라서 본 연

구에서는 10 kg 용량의 Al-Mg-Cr 합금 용탕에 초음파를 직접

인가하여 4“ billet을 제작하였다. 초음파 인가는 최대 출력

5kw, frequency 18kHz 고출력 magnetostrictive type의 초음

파 장비에 Ti 소재의 sonotrode를 사용하여 시행하였다. 실험변

수는 초음파 인가시간으로 하였으며 초음파 인가시간에 따른 미

세조직 및 기계적 특성을 평가하였다. 알루미늄 합금 billet을

압출공정에 적용하여 초음파 인가에 따른 압출특성의 영향을 비

교 평가해보았다.

[P15-6]

단결정 초내열합금에서 응고속도 및 열처리에 따른 공정조직 변

화: YANGTIANSHU*, 우한별1, 이정석1, 권석환2, 윤병관2, 장병

문2, 이재현1 ; 창원대학교 공대 금속재료공학과 응고실험실. 1창원대

학교. 2한국로스트왁스.Keywords: Directional solidification, CMSX-4, Interdendritic,

single crystal, Superalloy

최근 적용이 확대되고 있는 단결정 블레이드 및 베인은 일방

향 응고법으로 제작되고 있으며, 일방향 응고 시 고/액 계면의

형상은 수지상형 계면을 형성하게 된다. 고온 응력 하에서 결정

입계가 없는 단결정 초내열합금은 주조 시 수지상 사이에 형성

되는 조대한 γ-γ′ 공정 영역으로 의해 특성이 저하되므로, 용체

화 열처리를 통해 조대한 γ′ 상을 재용해시킨 후 시효처리를

통해 미세한 γ′ 상으로 재석출시켜 조직 이방성을 최소화 하고

전체적인 조직의 균질도를 높여 특성 향상을 달성하고 있다. 수

지상 응고 시 수지상 사이에 형성되는 γ-γ′ 공정 영역은 수지

상의 형상에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연

구에서는 CMSX-4 단결정합금을 다양한 응고속도로 일방향 응

고하여 응고속도에 따른 계면의 형상과 그에 따른 γ-γ′ 공정

영역의 형상, 크기, 분율의 변화를 관찰하였으며, 형성된 γ-γ′

공정 영역의 용체화 열처리 시간에 따른 변화를 살펴보았다.

[P15-7]

High-MnAl Steel의 응고속도에 따른 편석거동분석: 이재준*, 정

해창, 주윤곤, 홍현욱1, 이재현1, 서성문2, 박성준2 ; 창원대학교 나

노신소재공학부. 1창원대학교. 2재료연구소.Keywords: Austenitic steels, Manganese steels, Directional

solidification, Segregation

현재 가장 널리 사용되고 있는 철강 재료는 낮은 생산 단가

와 우수한 물성가지는 장점이 있으나, 높은 밀도로 인해 에너지

효율이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 철강 재료를 경량화하기

위해 Al, Si과 같은 원자량이 작은 치환형 경량원소를 첨가하

여 밀도를 낮춘 경량합금이 개발되고 있다. 본 연구에서는 고

MnAl강(Fe-30Mn-9Al-0.9C-0.5Mo)과 Si 1 wt%가 첨가된 고

MnAl강 두 가지로 분류하여 일방향 응고실험을 통해 응고속도

(0.5 µm/s-200 µm/s)에 따른 응고조직 형성 거동을 분석하였다.

느린 응고속도인 0.5 µm/s에서 평면형 응고조직, 1 µm/s에서 셀

형 응고조직, 응고속도가 증가함에 따라 조대수지상 및 미세 수

지상 응고조직을 보여주었다. 응고계면에서 초정은 δ상이 형성

되며 초정주위에 γ 수지상이 형성되었다. 1차, 2차수지상 간격

을 측정한 결과 Si이 첨가된 합금에서 수지상 간격이 미세한

것을 관찰하였다. DSC 분석 및 상평형계산을 통하여 각 합금

에서 델타 및 오스테나이트 상변태 온도를 분석하여 응고조직

형성 거동을 분석하였다.

[P15-8]

Ni기 단결정 초내열합금 CMSX-10의 γ/γ´ 포정응고 형태의 이

상조직 형성 거동: 성창훈*, 구지호1, 이재현 ; 창원대학교 신소재

공학부. 1두산중공업 소재기술개발팀.Keywords: Alloys, Solidification, Microstrucutre, Coupled

peritectic

본 연구에서는 Ni기 초내열합금에서 관찰되는 γ/γ´ 이상조직

(coupled structure)의 응고거동 연구를 위하여 제 3세대 단결정

초내열합금인 CMSX-10으로 일방향 응고실험을 진행 하였으며,

편석에 따른 최종 응고조직 분석과 응고분율에 따른 γ/γ´ 이상

조직의 형성거동을 관찰하였다. 실험은 온도구배 G=12.5 K/

mm, 응고속도 0.5~300 µms-1 범위의 응고조건에서 개량된

Bridigman응고장비를 이용하여 진행 하였다. 또한 대류에 의해

발생하는 액상의 유동을 실험 변수로써 최소화하기 위하여 내경

5 mm 알루미나 튜브에 0.8 mm 미세 튜브를 장입 하여 낮은

속도로 일방향 응고 시켰다. γ/γ´ 이상조직은 γ수지상 사이에서

형성 되었다. 수지상 사이에서 형성된 조직은 조대한 γ/γ´과 미

세한 γ/γ´조직을 포함하는 망상의 구조가 관찰 되었다. 이 γ/γ´

이상조직은 응고 말기에 수지상과 액상 계면에서 용질원소의 재

분배에 의해 γ수지상 계면에서 핵 생성된 γ´상이 동시에 성장

한 것으로 예측된다. 또한 액상의 유동이 거의 없는 미세 튜브

에서는 초정 γ 평면계면 이후 평면 γ´ 단상으로 응고가 완료되

는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 Ni기 초내열합금의 수지상

사이에서 일반적으로 관찰되는 최종조직이 공정응고가 아닌 포

정응고에 의해 형성될 가능성에 대해 고찰하였다.

[P15-9]

Al 합금 용탕 중 초음파 인가시 에너지 유효 범위 정량화를 위

한 감쇄계수 평가: 윤정일*, 이영기, 이종환, 김영직, 최봉재1 ; 성

균관대학교. 1인하공업전문대학교.Keywords: A356, Grain refining, Attenuation coefficient,

Ultrasound, Energy effective range

최근, 초음파 에너지를 주조공정에 활용하고자 하는 연구가

진행되고 있다. 초음파는 진동수가 20 kHz 이상의 음파로서, 파

의 진동방향과 에너지의 전달방향이 동일한 종파 (Longitudinal

wave)이며, 액체 매질내 케비테이션 효과 (Cavitation effect)를

유발한다. 케비테이션 효과는 액체 매질내에 압력 변화를 유도

하여 미세한 기포 (Bubble)의 생성, 성장, 폭발을 발생시키며,

매질내 폭발시 10-2 초 이내에 500 atm 이상의 압력을 전달하

는 것으로 알려져 있다. 주조공정의 경우, 이러한 에너지를 활

용하고자 하는 연구가 수행되고 있으며, Al 및 Mg합금의 결정

미세화와 탈가스 등의 공정에 매우 효과가 있는 것으로 보고되

289

고 있다. 그러나 초음파는 진동에 의해 에너지가 전달되는 특성

상, 한계 범위가 존재하며, 공정 설계를 위해서는 인가 초음파

에너지의 유효 범위를 예측하는 것이 매우 중요하다. 초음파

에너지의 유효 범위란 초음파 인가시 목적하는 효과가 발생되

는 물리적 범위를 칭하며, 매질의 종류에 가장 큰 영향을 받

는다. 특히, 이러한 유효범위의 핵심 인자는 에너지 감쇄계수

(Attenuation coefficient)로서, 초음파 에너지 출력 특성에 대한

정량화 평가는 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 감쇄계수 측

정을 위해 Si 오일 및 A356 용탕 등 매질의 종류, 500~2000

W/cm2의 출력 변화 및 15, 20, 25 kHz의 초음파 주파수를 변

화 시킨 후 인가 범위를 측정하였으며, Stokes–Kirchhoff 관계

식을 이용하여 계산한 감쇄계수와 비교하여 유효성을 검증하고

자 하였다. 이에 기존 제시된 관계식의 경우 매질의 특성에 대

해 캐비테이션이 발생하는 영역과는 매우 상이한 결과를 얻었으

며, 이를 통해 실제 실험결과와 유사하도록 관계식을 보정하여

제시하였다.

[P15-10]

Fabrication of Volatile Metal Fuel Slug by Modified Injection

Casting: 김기환*, 김종환, 송훈, 김형태, 이찬복; 한국원자력연구원.Keywords: Metal fuel slug, Injection casting, SFR

Metal fuels such as U-Zr/U-Pu-Zr alloys have been considered

as a nuclear fuel for a sodium-cooled fast reactor (SFR) related to

the closed fuel cycle for managing minor actinides and reducing

a high radioactivity levels since the 1980s. In order to develop

innovative fabrication method of metal fuel for preventing the

evaporation of volatile elements such as Am, modified casting

under inert atmosphere has been applied for metal fuel slugs for

SFR. Alternative fabrication method of fuel slugs has been

introduced to develop an improved fabrication process of metal

fuel for preventing the evaporation of volatile elements. In this

study, metal fuel slugs for SFR have been fabricated by modified

casting method, and characterized to evaluate the feasibility of

the alternative fabrication method. U-10Zr-5Mn fuel slug

containing volatile surrogate element Mn was soundly cast by

modified injection casting under modest pressure. Evaporation of

Mn during alternative casting could not be detected by chemical

analysis. Mn element was most recovered with prevention of

evaporation by alternative casting. Modified injection casting has

been selected as an alternative fabrication method in KAERI,

considering evaporation prevention, and proven benefits of high

productivity, high yield, and good remote control.

[P15-11]

주조해석을 이용한 Al Brake pedal 다이캐스팅 금형의 최적 주

조방안 설계: 강슬기, 강성하*, 이정호, 조재현, 이은주, 김진욱; 코

다코.Keywords: Die casting, Al Brake pedal, Casting simulation,

Mold design, Computed tomography

고압 다이캐스팅 공정은 치수 정밀도를 가지는 제품을 대량

생산할 수 있는 장점을 가지고 있지만, 주조방안에 따라 미세기

포, 탕경, 미충진 등과 같은 내부결함이 발생될 가능성이 있기

때문에 주조방안의 설계는 제품의 품질에 매우 큰 영향을 미친

다. 특히 Brake pedal과 같이 자동차의 제동에 관련된 부품은

내부결함이 운전자의 안전과 직결됨으로 Al소재 적용시 최적의

주조방안 설계를 통해 내부결함 최소화가 필요하다. 따라서 본

연구에서는 주조해석을 통한 Al Brake pedal 모델의 유동 및

응고특성을 분석하고 그 결과를 바탕으로 최적의 주조방안을 도

출 하고자 하였다. 최적 주조방안 도출을 위해 주조방안을 3가

지 타입으로 선행 설계 하였으며, 실제 다이캐스팅 주조 시 적

용되는 주조 조건을 동일하게 적용하여 해석을 진행하였고, 각

각의 주조 방안에 대해 유동 및 응고특성 분석을 시행하여 결

함인자들을 예측하였다. 또한 3가지 타입의 주조방안이 적용된

실제 주조품으로 컴퓨터 단층촬영 (Computed tomography)을

통해 주조 건전성을 추가 비교 평가하였다.

[P15-12]

주조해석을 이용한 Al-8.7%Mg합금의 고압 다이캐스팅 주조기술

개발: 강성하*, 이정호, 강슬기, 김진욱, 윤영옥1 ; 코다코. 1한국생산

기술연구원.Keywords: Die casting, Al-Mg alloy, Casting simulation, Porosity

defect, Casting condition

최근 주조기술의 급속한 발전과 운송수단의 경량화 추세로

인해 알루미늄 다이캐스팅 부품 적용이 확대 되면서 높은 기계

적 특성과 연신율, 주조성을 동시에 만족하는 합금이 요구되고

있다. Al-Mg계 알루미늄 합금은 높은 연성 및 기계적 강도를

가지나 Mg첨가량이 증가할수록 유동성이 저하되며, 산화개재물

발생확률이 높아지는 단점을 가지고 있고, 이러한 단점 보완을

위해 Mg을 내산화성이 강한 Mg+Al2Ca로 대체하여 유동성 및

산화물 발생을 개선시킨 환경 친화적인 합금이 개발되었다. 본

연구에서는 위와 같이 개선된 고 함량 Al-8.7%Mg합금의 다이

캐스팅 적용을 위해 기존 상용 다이캐스팅 Al-11%Si(ADC12)

합금 대비 주조결함 최소화를 목적으로 주조해석을 활용하여 고

함량 Al-8.7%Mg 합금의 응고 및 수축특성 분석을 통한 다이

캐스팅 주조기술을 개발하고자 하였다. 주조해석 대상 제품은 차

량용 와이퍼 암의 Retainer와 Arm head로 선정하였고, JMatPro

를 이용하여 Al-8.7%Mg 합금의 열물성 data를 입력한 후 주

조해석 진행하였다. Al-8.7%Mg합금과 Al-11%Si(ADC12)합금

의 비교를 위해 유동, 응고, 수축 및 Cycle해석을 진행하였고,

그 결과를 통해 Al-8.7%Mg합금이 적용된 다이캐스팅 주조 시

주조결함 최소화를 위한 주조조건 도출 및 최적의 금형 냉각채널

을 설계하였다. 또한 CT(Computed tomography)를 이용하여 실

제 다이캐스팅 주조 후 Al-8.7%Mg합금과 Al-11%Si(ADC12)합

금의 주조건전성을 비교 평가하였다.

[P15-13]

마르텐사이트계 용접금속의 미세조직 및 개재물이 저온균열에 미

치는 영향: 이명진*, 조경목, 유상근1, 김용덕1, 강남현 ; 부산대학

교 재료공학과. 1현대종합금속.Keywords: Cold cracking, Incluison, Martensite, Acicular ferrite,

Y-groove test

고강도 마르텐사이트계 용접금속에 있어서 미세조직 및 개재

물이 저온균열에 미치는 영향을 분석하기 위하여 고강도 저수소

계 플럭스 코어드 아크 용접금속을 이용하여 분석을 진행하였다.

용접금속의 저온균열 민감도는 Y-groove 시험 방법을 이용하여

측정을 하였다. 용접금속의 미세조직은 대부분 마르텐사이트로

구성되었으며, 일부 침상형 페라이트와 베이나이트도 나타났다.

저온균열 파면은 대부분 입계파괴를 보여주고 있으며, 일부 의

벽개 파괴도 나타났다. 입계파괴의 파면은 주로 베이나이트 및

마르텐사이트 구성되었고, 반대로 의벽개파괴의 파면은 개재물과

290

연관된 침상형 페라이트를 보여주고 있다. 의벽개파괴 영역에서

개재물은 균열 전파 방향을 변경시키거나, 균열 전파를 억제 하

였다. 입계파괴 영역에서 저온균열 파면은 개재물의 방해없이

직선적으로 전파되었다. 마르텐사이트계 용접금속에서 400 nm

이상의 크기를 가진 개재물의 경우 침상형 페라이트의 핵생성에

기여 및 저온균열 저항성을 향상 시켰다.

Memo

291

[P16-1]

Effect of Pr Doping on the Structural, Magnetic and

Magnetocaloric Properties of Double Perovskite Sr2-

xPrxFeMoO6: Imad Hussain*, M. S. Anwar, 구본흔; 국립창원

대학교.Keywords: Double perovskte, Magnetocaloric, Magnetization,

Magnetic entropy

In the recent decades the A-site substituted perovskite oxides

have attracted much attention in the field of material science due

to their various interesting properties and possible applications.

The effects of the partial substitution of Pr for Sr on the

structural, magnetic and magnetocaloric properties of the double

perovskite Sr2FeMoO6 have been investigated. Polycrystalline

Sr2-xPrxFeMoO6 (x = 0.0, 0.3, 0.6, 0.9) samples have been

prepared by using the conventional solid state reaction method.

To avoid the formation of undesirable secondary phases, the

samples were synthesized in the reducing atmosphere, created by

a gas mixture of 5% H2/95% Ar. The structure, microstructure

and phase purity of the samples have been investigated by X-ray

diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).

XRD study shows that all the samples crystallize in a tetragonal

structure with 14/mmm space group. The variation of

magnetization (M) as a function of temperature and applied

magnetic field was carried out. All the samples exhibit a

paramagnetic to ferromagnetic phase transition at the Curie

temperature, TC. A magnetocaloric effect has been calculated in

terms of isothermal magnetic entropy change. A significant

variation in the magnetocaloric properties of the samples was

observed with the increasing Pr content. This investigation

suggests that Sr2-xPrxFeMoO6 can be used as a potential candidate

material for magnetocaloric applications.

[P16-2]

(0.95)La0.7Sr0.3MnO3/(0.05)Mn1-xZnxFe2O4의 자기열량효과: 조

현지*, 김은지, M. S. Anwar, 구본흔; 국립창원대학교.Keywords: Manganite, Magnetic entropy, XRD, Magnetization

최근, 자기열량효과(MCE)를 갖는 페로브스카이트형 강자성체인

망간나이트 산화물은 많은 관심을 받고 있다. 자기 냉동은 기

존 가스냉각시스템을 뛰어넘을 수 있는 성능이 기대되어지고

있으며 이로 인해 상온 부근에서 사용이 가능한 자기 냉동재

료를 찾기 위해 관심이 집중되고 있다. (0.95)La0.7Sr0.3MnO3/

(0.05)Mn(1-X)ZnXFe2O4는 고상소결법을 사용하여 제작하였다. 구

조 및 자기적 특성평가는 X선 회절장치와 Physical Property

Measurement System(PPMS)를 통해 측정하였다. X선 회절장치

(XRD)와 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 단결정상을 확인 하

였으며 자기적 특성평가를 통해 (0.95)La0.7Sr0.3MnO3/(0.05)Mn(1-

X)ZnXFe2O4의 이차 강자성 전이를 확인하였다. RCP(Relative

Cooling Power)값은 1T의 자기장을 가해줬을 때 ~57.14 J/kg으

로 관찰하였다. 결론적으로, 이 연구는 (0.95)La0.7Sr0.3MnO3/

(0.05)Mn(1-X)ZnXFe2O4가 상온에서 자기냉동재료로써 사용할 수

있음을 보여준다.

[P16-3]

PCB 패턴에서의 구리도금 두께 산포에 영향을 미치는 선폭의 크

기와 유기첨가제의 영향: 박채민*, 송영석, 정용호, 문성재1, 박준

호1, 이효종 ; 동아대학교 공과대학 금속공학과. 1삼성전기 부산사업장.Keywords: Electroplating, Thickness uniformity, PCB, Suppressor

본 연구는 PCB 공정의 Cu 도금공정에서 두께 산포에 영향

을 미치는 인자로 패턴의 선폭 크기 및 유기첨가제에 대하여

SEM 단면측정방법과 전기화학분석을 통하여 알아본 결과를 담

고 있다. 평가 샘플은 사진식각공정을 통해 5 µm, 20 µm 및

100 µm의 선폭으로 구성하였으며, 유기첨가제로는 억제제

(suppressor), 가속제(accelerator) 및 평탄제(leveler)로 사용되는

polyethylene glycol(PEG), sulphopropyl disulphide(SPS) 및

Janus Green B(JGB)를 각각 사용하였다. 유기첨가제가 없는

황산구리 도금액 조건에서는 100 µm 패턴 선폭에 대한 5 µm

와 20 µm의 구리도금층의 두께비는 각각 0.29 와 0.42 로 선

폭의 감소에 따른 두께 감소가 크게 나타나는데, 좁은 선폭의

패턴 내부에는 느린 유속으로 인하여 Cu2+ 이온의 물질전달이

어려워진 결과로 보여진다. 이것은 농도 과전압의 증가가 활성

화 과전압을 감소시켜 좁은 선폭의 패턴에서 도금 두께가 낮은

것으로 판단된다. 도금 억제제인 PEG가 첨가되면 좁은 선폭의

패턴에서 도금 두께가 증가하는 것으로 관찰되는데, 이것은 넓

은 패턴에서의 빠른 유속에 의해 첨가제 역시 빠르게 공급되어

도금 억제 작용이 활발해진 결과로서 5 µm와 20 µm 선폭의

두께비는 각각 0.86 와 0.97으로 두께가 개선되었으며, 추가적

으로 JGB가 첨가된 PEG-SPS-JGB 용액에서는 두께비가 각각

0.97 과 0.96으로 개선되었다. 전기화학 측정 결과를 통해 JGB

는 유속의 영향을 크게 받는다는 것으로부터 PEG와 함께 넓은

선폭의 패턴에서 도금 억제작용이 더욱 잘 일어난다는 것을 알

수 있었다.

[P16-4]

Influence of Copper Substrate Preannealing on the Adlayer

Density in Graphene Monolayers Grown Via Chemical

Vapor Deposition: Kiyeol Lee*, Jongpil Ye ; Inha University.

Keywords: Graphene, Preannealing, Monolayer

The self-limiting nature of chemical vapor deposition graphene

growth on copper can often be broken, leading to the formation

of a substantial number of adlayers. To synthesize a highly

uniform monolayer graphene, the formation of adlayers should

be suppressed. We present results showing that the preannealing

of a copper foil strongly affects the adlayer density in a

monolayer graphene. It is shown that the adlayer formation can

be suppressed to from a monolayer graphene of near-perfect

thickness uniformity under a particular annealing condition. The

physical origin of the near-perfect thickness uniformity is

discussed.

[P16-5]

Layer-by-Layer 증착법을 이용한 Low Dielectric Constant를

갖는 Porous Polymer Material의 형성: 정대균*, 이지원, 이

재갑; 국민대학교 공과대학 신소재공학부.Keywords: Layer-by-Layer, Low-k, Porous polymer

전자소자의 고집적 회로 및 성능향상을 위해 scale down이

P16 : 전자재료Room 전시장, 10월 30일

292

계속 개발 중에 있다. 이때 발생하는 문제 중 하나는 pitch 사

이의 간격감소로 인한 소자의 오작동 등이 발생하게 되는데, 이

런 문제를 해결하기 위해서 low dielectric 재료의 개발을 통한

절연특성을 향상시키는 것이 있다. 현재 다양한 low-k 물질 및

새로운 프로세스가 지속적으로 개발되고 있다. 본 연구에서는

낮은 유전율을 가지며 미세한 두께조절이 가능한 polymer

dielectric material의 LbL 자기조립형성층 (Layer-by-Layer

Self-Assembled layer)을 이용하여 다양한 특성을 확인하였다.

본 연구에서 LbL층은 PAH (polyallylamine hydrochloride) 및

PSS (polystyrene sulfonate)를 이용하여 형성하였으며, 이를 이

용한 미세한 두께 조절 및 low dielectric 특성을 평가하였다.

또한 Diffusion Barrier Layer 특성 평가를 위해 고온 vacuum

annealing 시의 Barrier layer 특성 및 통해 Cu와 SiO2와의

계면신뢰성을 하였으며, LbL 자기조립형성층의 특성인 Flexible

특성평가를 위해 nano indentation을 통한 탄성 측정 및 열처

리 시의 stress 감소 효과를 simulation 하였다.

[P16-6]

Property Evaluation of L7L3Z2O12 Compacts for Solid

Electrolyte by a Pulsed Current Activated Sintering Method

Property Evaluation of L7L3Z2O12 Compacts for Solid

Electrolyte by a Pulsed Current Activated Sintering Method:

장준호*, 박현국1, 남효은1, 임재원2, 오익현1 ; 한국생산기술연구원동

력부품센터. 1한국생산기술연구원 동력부품소재실용화그룹. 2전북대

학교 신소재공학부.Keywords: Spark plasma sintering method, LLZO, Solid

electrolyte, Rapid sintering.

Rechargeable (secondary) all-solid-state lithium batteries are

considered to be the next generation high performance power

sources and are believed to solve safety issues existing in the

current lithium ion batteries with liquid electrolytes. A newly

developed inorganic solid state electrolyte material, Li7La3Zr2O12

(LLZO) with garnet structure has attracted increasing attention

over the past few years due to its superior properties, such as

chemical stability against reactions with lithium metal electrode,

high lithium ion conductivity, good thermal and environmental

benignity. The LLZO has two phases (cubic phase and tetragonal

phase). Reports have estimated theoretical bulk Li-ion

conductivity for cubic phase of ~10-3Scm-1 available for

application, compared to ~10-6Scm-1 for the tetragonal phase,

which may not be applied. However, it is difficult to obtain the

cubic phase LLZO. Firstly, lithium is very easy to be lost which

results in the formation of the pyrochlore phase La2Zr2O7.

Secondly, the cubic phase was reported to be obtained in a

narrow sintering temperature range between 1150 and 1230oC.

Thirdly, the pure cubic phase was unstable at room temperature.

Spark plasma sintering method is a combination of a uniaxial

pressing process and a direct passing of electric DC current

through the graphite tool to sinter the material. The production of

Joule heat within tool enables the densification of carious

materials with higher heating rate and shorter dwell times. It is

expected that the high sintering rates of SPS for preparation of

LLZO can extremely reduce the loss of Li and the pressure

during the sintering can densify the sample at the same time.

Moreover, the chemical reaction between the raw materials to

synthesis LLZO and the sintering densification of the compacts

are both accomplished in one step during the SPS method

without any other heat treatment and intermittent grinding. In

this work, SPS is applied for the first time to fabricate the lithium

ion conducting LLZO. The effect of sintering temperature on the

phase compositions, microstructure, density and ion conductivity

of the sintered-body compacts is investigated.

[P16-7]

OLEDs 성능 향상을 위한 MoO3/Au/MoO3투명 전극의 특성과

전극 표면 처리 효과: 김명기*, 임채휘, 김성현, 이재갑; 국민대학

교 공과대학 신소재공학부.Keywords: OLEDs, Transparent Electrode, SAMs, Anode

Modification

OLEDs(Organic Light Emitting Diodes)는 현재 휴대폰,

TV 등 Display 전 분야에 걸쳐 다양하게 쓰이고 있다. 그 이

유로는 제작의 용이성, LCD에 비해 넓은 시야각 등의 장점을

가지고 있기 때문이다. OLEDs를 제작하기 위해 쓰이는 전극으

로 주로 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하는데 ITO는 가격이

높고 취성이 매우 강하기 때문에 Flexible, Foldable, Wearable

Display 제작이 불가능하다. 그래서 우리는 ITO를 대체할 전극

으로 MoO3/Au/MoO3 삼층 막 투명 전극을 제작하여 그 특성

을 확인하고 이를 기반으로 OLED를 제작하여 그 특성을 확인

하였다. 또한 삼층 막 전극 표면에 SAMs(Self-assembled

Monolayers)를 형성하여 전극과 그 위에 증착하는 유기층 간의

에너지 간격을 조절하여 삼층 막 전극을 사용하여 제작한

OLED의 특성이 어떻게 변화하는지 확인하였다. 본 연구에서는,

MoO3/Au/MoO3 삼층막 전극을 제작하여 88%의 투과도와

10 Ω/ 이하의 면 저항을 확보하였다. 이를 기반으로 ITO를

대체하여 MoO3/Au/MoO3/NPB/Alq3:C545T/Alq3/LiF/Al 구조

의 OLED를 제작하여 그 특성을 확인한 결과 ITO를 기반으로

제작한 OLED 보다 더 낮은 5.5 V의 구동 전압과 더 높은

10510 Cd/m2의 휘도를 확인하였다. 또한 삼층 막 전극 위에

SAMs를 형성하여 제작한 OLED의 경우 삼층 막 전극을 이용

해 제작한 OLED보다 더 낮아진 구동 전압(4.6V)와 더 높은

휘도(32930Cd/m2)를 가지는 것을 확인하였다. 이를 기반으로

MoO3/Au/MoO3 삼층 막 전극의 ITO 대체 가능성과 SAMs를

이용한 전극과 유기층 사이의 에너지 간격 및 특성 변화 확인

하였다.

[P16-8]

산화물 반도체식 가스센서의 감지물질 적용을 위한 Ln1-xSrxCoO3-d (Ln

: La, Ce, Pr, Nd, Sm, 및 Gd) 컴플렉스 페로브스카이트의

합성 및 물성 분석: 김채열, 김남규, 김정현*; 국립한밭대학교 공

대 신소재공학부 응용소재공학.Keywords: Semiconductor type gas sensor, Sensing material,

Phase synthesis, Complex perovskite

산화물 반도체식 가스센서는 감도, 응답속도 및 경제성에서

큰 장점이 있으나 가스 선택성, 온습도 저항변화 및 경시열화로

인한 내구성에 취약한 기술적 한계를 가지고 있다. 이를 해결하

기 위하여 국내외 연구들은 금속산화물 반도체 소재 기반 환경

센서 연구를 통하여 고선택성, 고민감도, 저온동작 및 나노구조

물 도입으로 반응성, 선택성, 안정성을 크게 향상시켰지만, 2성

분계 단일 산화물로는 주변 환경에 변화에 따른 신호안정성, 열

화에 재현성, 신뢰성측면에서 상용화까진 요원한 상태이다. 본

293

연구에서는 2성분계 단일 산화물을 대체하기 위해서 Ln1-

xSrxCoO3-d 형태의 컴플렉스 페로브스카이트의 화학 구조를 보

이는 산화물 시스템을 합성하여 물성을 분석하였다.

[P16-9]

PDMS/폴리이미드 구조의 강성도 경사형 신축성 기판에 플립칩 본

딩한 시편의 신축인장과 굽힘 반지름에 따른 저항변화 특성: 한

기선, 박대웅*, 박동현, 오태성; 홍익대학교 신소재공학과.Keywords: Stretchable substrate, PDMS, Metallization,

Polyimide, Wearable electronics

고성능 고사양의 스마트폰 시장이 성숙기에 도달하여 성장률

이 둔화되고 있는 모습을 보이고 있다. ICT 플레이어들은 이

자리를 대신할 수 있는 새로운 수익원으로써 플렉서블을 넘어

스트레처블한 웨어러블 디바이스 산업에 주목하고 있다. 웨어러

블 디바이스 산업은 건강체크 역할부터 네트워크 통신까지 가능

한 스마트 워치나 스마트 글라스가 초기 산업의 중심이 되고

있으며 현재 꾸준히 지속적인 성장을 보이며 향후 전체 시장규

모의 큰 점유율을 차지할 것으로 예상되고 있다. 앞으로 웨어러

블 디바이스 산업이 발전하기 위해서는 신축성 전자소자에 대한

지속적인 연구와 혁신적인 개발이 필요하다. 신축성 전자소자의

대표적인 기판 재료로는 신축성이 뛰어나고 화학적으로 안정한

실리콘 계열의 PDMS(polydimethylsiloxane)가 사용되고 있다.

신축성 기판 위에 배선을 형성하는 공정은 신축성 기판위 에서

인장을 버티기 위해 웨이브 패턴 또는 말굽 패턴을 적용한 금

속박막회로를 형성하는 방법이 많이 적용되고 있다. 그러나 표

면이 매우 안정한 PDMS에 금속배선을 형성할 때 낮은 접착력

문제 때문에 금속배선의 접착력이 낮아져 쉽게 기판으로부터 박

리되며 또한 연성이 낮은 금속이 쉽게 깨지는 문제가 발생한다.

본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 PDMS 위에 강

한 내열성과 내화학성을 지닌 폴리이미드를 중간층으로 적용한

강성도 경사형 신축성 기판에 대한 실험을 진행하였다. 강성도

경사형 기판을 제작한 후 표면개질을 진행하여 배선을 형성하고

상기 강성도 경사형 기판에 전도성 접착제를 사용하여 반도체

칩을 플립칩 본딩하였다. 플립칩 본딩된 시편의 단면을 관찰하

고, 최대 30%의 신축인장에 따른 저항변화와 굽힘 반지름에

따른 저항변화를 분석하였다.

감사의 글: 본 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터

의 정보통신·방송 연구개발사업의 일환으로 수행하였음 [14-000-

11-001, 인간친화형 디바이스(스킨패치, 멀티모달 서피스) 및 디

바이스 소셜 프레임워크 기술 개발].

[P16-10]

Daisy-chain 회로배선이 형성된 강성도 경사형 신축기판 기반의

플립칩 공정 및 접속저항 측정: 박대웅*, 한기선, 오태성; 홍익대

학교 신소재공학과.Keywords: Stretchable electronic, Microelectronics, Packaging,

PDMS, Flip chip

여러 종류의 디바이스들이 인터넷으로 연결되어 소통되는 사

물인터넷(IoT) 시장이 확대됨에 따라 사용자와 항상 연결되는

웨어러블 디바이스의 중요성이 강조되고 있다. 특히 고령화 시

대를 맞아 건강관리에 대한 이슈가 생김에 따라서 사물인터넷,

웨어러블 스마트기기, 빅데이터 등 첨단 IT 기술과 헬스케어

산업이 접목된 스마트헬스케어 산업의 관심이 높아지고 있다.

이미 삼성, 애플, 구글 등 글로벌 ICT 업체들이 새로운 기능을

탑재한 웨어러블 디바이스들을 내놓음으로써 시장 확대에 대한

기대심이 커지고 있다. 그러나 현재의 웨어러블 디바이스는 일

반적인 전자 디바이스에서 사용되던 부품을 사용하기 때문에 인

체와의 정합성이 크게 떨어지는 구조를 가짐으로써 일상생활에

서 착용하기에는 어색하다는 한계성이 있다. 이러한 불편함을

해결하기 위해서는 신축성을 지닌 디바이스의 개발이 이뤄져 밴

드, 파스, 얇은 필름 같은 피부에 직접 밀착되는 방식의 부착형

웨어러블 디바이스의 개발이 필요하다. 이를 위하여 신축전자소

자 구성요소인 신축기판, 신축배선 및 신축전자부품에 대한 기

술적 발전이 요구된다. 현재 신축전자부품에 대한 연구들은 초

기 단계이기에 아직 신축성을 지닌 전자부품을 제작하는 것은

어려우므로, 전자부품을 섬 형태로 배열하고 신축배선으로 연결

하는 방법이 사용되고 있다. 따라서 신축전자소자의 구현을 위

해서는 반도체 칩을 신축배선에 실장하기 위한 플립칩 본딩기술

이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 강성도 경사형 신축기

판에 금속 박막으로 daisy-chain 형태의 회로배선을 형성하고

이에 반도체 칩을 플립칩 본딩한 후, 플립칩 접속부의 접속저항

을 측정하였으며 신축변형에 따른 저항의 변화거동을 분석하였

다.

감사의 글: 본 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터

의 정보통신·방송 연구개발사업의 일환으로 수행하였음 [14-000-

11-001, 인간친화형 디바이스(스킨패치, 멀티모달 서피스) 및 디

바이스 소셜 프레임워크 기술 개발].

[P16-11]

금속박막의 종류에 따른 신축성 스테레인 센서의 전기적 특성 분

석: 신수진, 박동현*, 오태성; 홍익대학교 공대 신소재·화공시스템공

학부 기능재료연구실.Keywords: Strain sensor, Stretchable substrate, PDMS, Metal

thin film, Parylene, Wearable electronics

스트레인 센서는 기계적 변형을 전기적 신호로 검출하는 센

서로, 대상 물체의 변형률을 측정하여 정확한 변형 상태를 알

수 있게 한다. 스트레인 센서는 스포츠 산업, 로봇 산업, 건축

업 등에서 다양하게 활용되고 있으며 의료, 바이오 산업으로도

확대되는 추세이다. 스트레인 센서재료로 금속이나 실리콘이 일

반적으로 사용되고 있는데, 금속 스트레인 센서는 게이지 상수

가 낮으며 변환신호가 적어 증폭부가 필요한 문제점이 있다. 반

면에 실리콘 스트레인 센서는 금속 스트레인 센서보다 게이지

상수 값이 높기 때문에 우수한 분해능과 센서 성능을 나타내는

반면에, 유연성이 없어 곡면에 부착시키는 것이 어려워 응용에

제한을 받는다. 이와 같은 기존 스트레인 센서들의 문제점을 해

결하기 위해 스트레인 센서에 유연/신축성을 부여할 수 있도록

유연한 기판에 금속박막이나 그래핀, 은 나노분말 등으로 구성

한 스트레인 센서에 대한 연구개발이 이루어지고 있다. 본 연구

에서는 신축성과 유연성을 갖는 스트레인 센서를 개발하기 위한

기초연구로서 신축/유연성, 화학적 안정성, 광학적 투과성을 갖

는 PDMS(polydimethylsiloxane)에 여러 종류의 금속박막을 증

착시키고 신축인장의 반복에 따른 금속박막의 저항변화 특성을

분석하였다.

감사의 글 : 본 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센

터의 정보통신·방송 연구개발 사업의 일환으로 수행하였음 [14-

82-11-004, 형태변형이 가능하고 신체 탈착이 편리한 착용형 디

바이스 및 UI/UX 개발].

[P16-12]

웨어러블 디바이스용 유연/신축 기판의 플립칩 공정 및 접속부의

294

신뢰성 분석: 박동현*, 한기선, 오태성; 홍익대학교 공대 신소재·화

공시스템공학부 기능재료연구실.Keywords: Wearable electronics, Stretchable substrate, PDMS,

Flip chip, FPCB

신체에 탈부착이 가능한 착용형 컴퓨터를 의미하는 웨어러블

디바이스에 대한 초기 연구는 1960년대 MIT 미디어랩에서 소

형컴퓨터를 부착하는 타입을 그 시작으로 지금까지 꾸준한 연구

가 이루어지고 있다. 전자패키징 기술과 무선기술의 발전을 바

탕으로 유비쿼터스 컴퓨팅이 등장하고 스마트폰을 위시한 무선

모바일 기기 산업이 발전하면서 전자기기의 소형, 경량화가 가

능하게 되어 초기 웨어러블 디바이스에 비해 착용성과 기능성이

대폭 향상된 웨어러블 디바이스가 개발되고 있다. 그러나 현재

까지 상용화된 웨어러블 디바이스는 모두 단단한 기판 위에 전

자소자가 실장된 형태로 신체의 형상과 움직임에 맞춰 변형이

가능한 궁극적인 웨어러블 디바이스를 위해서는 신축 기판과 유

연 전자소자 기술 개발이 필요한 실정이다. 한편 현대인의 높아

진 건강에 대한 관심과 의료기술의 발달로 고령화 사회로 접어

드는 상황에서 헬스 모니터링에 대한 수요가 날로 증가하고 있

기 때문에 스킨 패치, 신체 이식형과 같은 착용감이 극대화된

유연/신축 웨어러블 디바이스에 대한 연구도 의료산업을 중심으

로 활발히 이루지고 있다. 그러나 유연/신축 전자소자에 대한

연구는 아직 기초단계로 기존의 Si과 금속을 대체할 만한 전자

소자가 개발되지 않고 있기 때문에 신축성 기판위에 칩 접속공

정 기술이 필요하게 된다. 하지만 신축성 기판재료로 일반적으

로 사용되는 PDMS는 200oC 이상의 온도에서 신축성과 같은

물리적 특성이 변하기 때문에 저온 플립칩 본딩 기술이 필수적

으로 요구된다. 본 연구에서는 PDMS 기판에 FPCB를 삽입한

형태의 강성도 국부변환 신축기판에 플립칩 공정을 진행한 유연

/신축 전자소자를 제작하였으며 신뢰성을 분석하기 위해 신축인

장 시험시 저항을 측정하였으며 유연 반복 시험을 통해 내구성

을 평가하였다.

감사의 글: 본 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터

의 정보통신·방송 연구개발 사업의 일환으로 수행하였음 [14-

82-11-004, 형태변형이 가능하고 신체 탈착이 편리한 착용형 디

바이스 및 UI/UX 개발].

[P16-13]

Preparation of Ni-Co-Mn NTC Thermistor and Its Electrical

Properties: 이정일, 김태완, 이보슬, 류정호*; 한국교통대학교 신

소재공학과.Keywords: NTC Thermistor, Ni-Mn-Co, Electrical properties

In the recent years, negative temperature coefficient (NTC)

thermistors have grown as the most influential components in the

thermal sensor industry. NTC thermistors have been extensively

used for various industrial and domestic applications such as

circuit compensation, aerospace, cryogenic, automotive,

temperature measurement and control applications. Due to the

enormous commercial success of NTC thermistors, there has

been an exceedingly growing interest in improving the

performance and reliability of NTC thermistor devices. Ni-Co-

Mn oxide system has been used as the NTC thermistors for

normal temperature applications. Mn-Co-Ni oxide-based

thermistors were sintered at different temperatures for a constant

processing time from 900 to 1300oC for 3 h. The crystal

structure, bulk density, microstructure and chemical composition

were characterized by XRD, FE-SEM and WD-XRF. The plot of

the resistance versus measuring temperature was characterized

for the sintered sample at the 1250oC. Moreover, the relationship

between log resistivity and reciprocal of absolute temperature of

the NTC thermistor was investigated.

[P16-14]

Microstructure and Magnetic Properties of (Nd,Dy)FeB

and (Nd, Pr)FeB Strips: SeungYeon Park*, JinHo Kim,

KyoungMook Lim*; KITECH.

Keywords: Nd-Fe-B, Strip casting, Microstructure, Magnetic

properties, Grain size

This paper investigates the effect of Dy and Pr substitution for

Nd on the microstructure and magnetic properties of Nd-Fe-B

alloys fabricated using the strip casting process. The addition of

Dy and Pr changes the melting temperature of the strips, which

results in differences in undercooling during solidification. The

alteration of undercooling induces variation in the nucleation

frequency and cooling rate in the strips, and changes grain size

and alignment. This microstructural change has a large effect on

the coercivity of the strips. The addition of Dy improves the

coercivity of the strips due to more refined and well-oriented

grains, which are attributed to the high thermal gradient. The

addition of Pr to strips with a low thermal gradient shows

reduced coercivity due to large grain size.

[P16-15]

Effect of Te Doping on the Structural, Magnetic and

Magnetocaloric Properties of Double Perovskite Sr2-

xTexFeMoO6: TSEDENBAL BULGAN*, Imad Hussain, M. S.

Anwar, Bon Heun KOO ; Changwon National University.

Keywords: Magnetization, Magnetocaloric effect, Magnetic

refrigeratioin, Double perovskites, Curie temperature

The effects of the partial substitution of Te for Sr on the

structural, magnetic and magnetocaloric properties of the double

perovskite Sr2FeMoO6 have been investigated. Polycrystalline

Sr2-xTexFeMoO6 (x = 0.0, 0.3, 0.6, 0.9) samples have been

prepared by using the conventional solid state reaction method.

The structure, microstructure and phase purity of the samples

have been investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning

electron microscopy (SEM). XRD study shows that all the

samples crystallize in a tetragonal structure with 14/mmm space

group. The variation of magnetization (M) as a function of

temperature and applied magnetic field was carried out. All the

samples exhibit a paramagnetic to ferromagnetic phase transition

at the Curie temperature, TC. A magnetocaloric effect has been

calculated in terms of isothermal magnetic entropy change. A

significant variation in the magnetocaloric properties of the

samples was observed with the increasing Te content. This

investigation suggests that Sr2-xTexFeMoO6 can be used as a

potential candidate material for magnetocaloric applications.

[P16-16]

Al/PET 필름의 특성에 미치는 UV 조사 영향: 김은지*, 조현지, 구

본흔; 창원대학교.

295

Keywords: PET, Flexible display, UV, XRD, FE-SEM

최근 지구온난화 등의 환경문제로 청정 에너지의 필요성이

높아짐에 따라 태양 전지의 특성을 개선하고 더 실용적으로 태

양 에너지를 수확하기 위해 더 저렴하고 더 효율적인 방법을

모색하는 연구가 많이 진행되고 있다. 활성층의 효율적인 전하

분리를 위해 여러 나노 구조를 사용하여 많은 연구를 진행하였

으며, 효율성을 증가시키는 다른 나노 구조와 비교하여 더 나은

연구라는 것을 증명하였고, 다른 기판상에 나노 구조 성장에 대

한 기술보고 또한 많이 있었다. 본 연구에서는 PET기판 상에

다양한 세기의 UV power 조사에 따른 형태적, 구조적 변화와

영향에 대한 실험을 알아보고자 한다. UV power는 100W,

200W, 300W, 400W로 변화시켰으며, Al/PET 필름의 형태적인

변화와 구조적 특성인 격자 파라미터의 크기는 Field EmissionScanning Electron Microscope (FE-SEM), X-ray diffraction

(XRD) 장비를 사용하여 분석하였다.

[P16-17]

Die Attachment on Cu Plated Alloy 42 and Bare Cu Lead

Frames using Ag/Sn/Ag Transient Liquid Phase Bonding:

Jin Seok Choi*, Jong Soo Lim, Sung Jin An ; Kumoh National

Institute of Technology.

Keywords: Transient liquid phase bonding, High temperature

solder, Ag-Sn alloy

Die attach materials are required to have high melting

temperatures compared with wire bonding process temperature.

Conventional high temperature solder (high Pb alloy and Au-

based solder) are very toxic and expensive substances. Thus, they

should be replaced eco-friendly and inexpensive materials. The

advantage of the transient liquid phase bonding is the low

bonding process temperature and the high remelting temperature.

Sn-Ag alloy, one of various Sn-based alloys, is a candidate

material due to low cost, superior wettability, bonding strength,

and fatigue strength. In this study, we conducted die attachment

on Cu plated alloy 42 and bare Cu lead frame at different

temperatures, then investigated the surface characteristics by

SEM-EDS.

Memo

296

[P17-1]

Atom Probe Tomography(LAWATAP)을 활용한 재료별 분석

사례: 이재혁*, 백경흠, 은영무, 설재복, 박찬경1 ; 나노융합기술원 특

성평가팀. 1포항공과대학교 신소재공학과.Keywords: Atom probe tomography, LAWATAP, AP, Surface

analysis

나노 단위의 구조체와 조성에 따라 재료의 물성이 변화하며,

특이한 성질을 가지는 연구가 발표되면서 2차원의 구조 분석

및 조성 제어에서 벗어나 3차원적인 분석을 시도하는 연구가

늘어나고 있다. 특히 미세영역에서의 원자의 구조와 조성 변화

에 따라 특성에 영향을 크게 끼친다는 연구성과들이 발표되면서

최근 주목을 받고 있는 Atom probe probe tomography 기술

은 원자 수준의 분해능과 수십 ppm수준의 detection limit을

보이는 원자스케일에서 원소의 위치와 농도를 측정하는 분석기

술로서 원자의 구성을 3차원으로 재현하여 구조 및 조성의 정

보를 얻는 것이 가능한 분석기법이라 할 수 있다. 금속시료의

경우 전계 펄스를 이용한 APT분석으로 충분히 분석이 가능한

반면 비교적 높은 전계 증발 강도를 가진 반도나 절연체의 경

우 시편에 전계응력이 발생하여 전계 파괴가 빈번히 발생하였었

다. 하여, 시편 위에 레이저펄스를 조사하여 표면 원자의 에너

지는 순간적으로 높여 원자의 증발을 돕는 Laser-assisted

Atom Probe tomography 분석법으로 인해 최근 연구가 활발히

진행 되고 있는 산화물 반도체 및 wide band gap 재료에 대

한 연구도 가능하였다. 그러나 laser 펄스의 사용으로 인한 표

면원자의 진동으로 인해 공간 분해능의 저하도 발생할 가능성과

과다한 표면 원자 에너지로 인한 surface diffusion 이슈는 충

분히 관심을 갖고 극복해야 할 과제이다. 본 연구에서는 Laser-

assisted wide angel Atom Probe tomography(LAWATAP)를

이용한 철강 재료의 표면 및 입계, 석출상의 분석 사례에 관하

여 소개하였으며, 반도체 소자의 미세 구조 및 조성 분석 사례

와 각각의 소재에서 pulse 방식 및 분석 방법 차이를 소개하였

다. 또한, 현재 활발하게 연구가 진행 중인 생체재료에 대한 분

석 방향에 대한 사례도 소개하였다.

[P17-2]

차량용 휠 베어링강의 기가사이클 피로수명 평가에 관한 연구: 최

윤길*, 이선호, 권오철; 일진글로벌.Keywords: Bearing steel, Very high cycle fatigue(VHCF),

Nonmetallic inclusion, Extreme value analysis(EVA), Fish eye

차량용 휠 베어링에 적용되는 강은 통상적으로 전경화 열처

리강인 STB2 (SUJ2, 100Cr6, 52100), 표면 고주파 경화강인

S55C BQS (Bearing Quality steel)가 주로 사용되며, 이 베어

링강에 대한 고청정강 연구개발 및 청정도 평가 방법도 발전하

게 되었다. 고청정강 연구개발에는 비금속 개재물 크기 및 형태

제어와 저산소화를 들 수 있으며, 평가 방법에는 광학현미경을

이용하는 ASTM E45법, 대형개재물 검출을 위한 UT C-scan

등이 있다. 또한, 강 내에 존재하는 최대 비금속 개재물 크기를

통계적으로 예측하는 극치통계법(Extreme value analysis)이 베

어링강 품질에 대한 지표로 활용하는 추세이다. 이러한 베어링

강의 고청정강 관리 및 개선 요구에 따라 베어링강의 청정도

평가 및 연구개발 외에도 최근 차량의 안정성 확보, 장수명, 경

량화로 가혹한 반복 하중 및 응력을 받는 휠 베어링강의 높은

피로수명, 내구성, 신뢰성에 대한 연구의 필요성이 제기되고 있

다. 따라서, 본 연구에서는 자동차 휠 베어링에 사용되는 강에

대해 기가사이클(109 cycle) 피로수명을 평가하여 Data Base

구축을 목표로 하며, 이를 통해 베어링 품질 향상 및 개선시키

고자 하였다. 베어링강(STB2, S55C BQS)의 원소재 청정도

(EVA)/기계적 물성평가(경도, 인장, 충격), 동탄성계수(ASTM

E1875) 측정, 초음파 피로시편 설계 및 초음파 피로 시험으로

베어링강별 초음파 피로 기가사이클 수명 Data Base 구축하여

피로 수명 성능을 비교/평가 하였다.

[P17-3]

신 열연공정(CEM, Compact Endless Cast ＆ Rolling Mill)

으로 제작된 저탄소강의 실험 및 유한요소해석을 통한 판재 성형

성 평가: 배재웅*, 엄호용, 정혁재, 최강현, 민병진1, 이상현1, 김성

연1, 정제숙1, 서민홍1, 김형섭 ; 포항공과대학교 신소재공학과. 1POSCO.

Keywords: Finite-Element Method, Formability, Deep drawing

test, Erichsen test, GTN-model

금속 판재의 성형성은 재료가 Necking이나 파단이 일어나지

않고 원하는 형상으로 가공될 수 있는 능력을 말한다. 판재의

성형성을 평가하기 위한 가장 기본적인 방법이 인장시험이다.

이로부터 얻어지는 물성값 중 성형성에 영향을 미치는 값은 재

료의 이방성을 나타내는 R 값과 가공경화지수 n 값이다. 즉,

R 값이 크면 재료의 드로잉성이 좋아지고 R 값의 차이(∆R)가

클수록 디프드로잉된 재료의 압연방향과의 각도에 따른 Cup 높

이의 차가 커지며, n 값이 클수록 등이축 인장에서의 성형성이

좋아진다. 이와 관련하여 성형공정에서의 시험을 위하여 고안된

실험법으로 디프드로잉 시험, 에릭슨 시험이 있다. 이러한 성형

성 평가는 신 공정으로 제작된 재료의 사용 가능성 및 적용에

있어 매우 중요한 과정이다. 본 연구에서는 일축인장 실험, 디

프드로잉 시험, 에릭슨 시험 및 유한요소해석을 활용하여

POSCO가 개발한 기존의 열연공정에 비해 생산 시간 및 연

료를 절약할 수 있고, 환경친화적이며 효율적인 생산 공정인

Compact Endless cast ＆ rolling Mill (CEM) 공정으로

제작된 저탄소강의 기초 물성 및 판재의 성형성을 평가하였다.

유한요소해석은 공극체적률(Void volume fraction)에 기초한

Gurson-Tvergaard-Needleman 모델을 활용하였으며, 모델상수

는 유한요소해석 결과와 일축인장 실험의 결과와의 비교를 통

해 도출하였다.

[P17-4]

마이크로 압축시험을 활용한 원자로 압력용기 소재의 기계적 물

성 평가: 고은솔*, 진형하, 권준현 ; KAERI.Keywords: RPV steel, SA508, Linde80, Micropillar, Micro-

compression test

원자력발전소에 사용되는 소재 중 고 에너지 중성자 조사 환

경에 노출되는 원자로 구조재료들은 운전 중 기계적 성질 변화

에 대한 정보가 확보되어야 한다. 이를 위하여 미세시편을 대상

으로 하는 마이크로 역학시험을 활용하여 원자력 소재의 기계적

성질 변화를 평가하고자 하는 연구가 현재 진행 중에 있다. 비

록 마이크로 역학 시험법이 표준화된 재료 시험법으로 확립되어

있지는 않지만 특히 원자력 소재의 중성자 조사에 의한 재료열

화 연구에 있어서 그 활용도는 지속적으로 증가하고 있다. 이

P17 : 재료분석Room 전시장, 10월 30일

297

연구에서는 현재 사용 중인 국내 원자로 압력용기용 강 소재

(SA508Gr3, SA508Gr4N, Linde 80) 대상으로 압입 시험과

압축 시험을 수행하여 마이크로 역학시험법의 적용 가능성을 평

가하고자 하였다. 광학현미경(OM), 주사전자현미경(SEM) 및

투과전자현미경(TEM)을 이용하여 원자로 압력용기용 강 소재

에 대한 미세조직을 관찰하였다. 미세 연마된 대상 재료에 나

노 경도 변화를 Nano-indenter(CSM)를 활용하여 측정하였다.

측정결과, SA508Gr3의 경도값(load 20 mN)은 약 2.6 GPa,

SA508Gr4N는 약 3.1 GPa, Linde 80은 약 3.3 GPa로 각각

평가되었다. 항복강도 평가를 위하여 다양한 직경(200 nm~15

um)을 가지는 미소원기둥을 대상으로 마이크로 압축시험을 수행

하였다. 마이크로 압축시험에 사용될 미소원기둥들은 후방산란전

자 회절방법(Electron BackScattered Diffraction, EBSD)으로

결정방위를 확인한 후 집속이온빔 장비(Focused Ion Beam

milling, FIB)를 활용하여 제작하였다. 원기둥의 크기에 따른 항

복강도 평가 결과와 벌크 상태에서 측정된 항복강도를 비교하여

원자로 압력용기용 강 소재의 항복강도 측정을 위한 마이크로

압축시험의 최적의 원기둥 크기 (15 um)를 결정하였다.

[P17-5]

선진 클린디젤 엔진의 피스톤 소재 및 특성 분석 선진 클린디젤

엔진의 피스톤 소재 및 특성 분석: 김유미*, 최세원, 강창석; 한

국생산기술연구원.Keywords: SKY ACTIVE 2.2, Piston, DLC, Clean disel,

Aluminum

자동차 내연기관에서 피스톤은 엔진의 폭발에너지를 직접 받

는 부품으로 내구성이 매우 중요하다고 알려져 있다. 기술 발전

과 함께 현재 생산되는 대부분의 자동차에서 알루미늄 피스톤을

사용하고 있지만, 엔진의 크기가 작아지고 성능이 고출력화 됨

에 따라 연소실 내 환경은 더욱 열악해지면서 피스톤의 내구성

에 대한 요구 수준도 점점 높아지고 있다. 특히 연소실 폭발

온도가 가솔린 엔진 보다 높은 디젤엔진의 경우 피스톤의 내구

성은 엔진 효율과 연관되므로 더욱 중요하다. 최근 일본 마츠다

사는 실린더 내부 폭발압력을 낮추는 한편 연소효율을 상승시켜

연비까지 향상된 sky active 엔진을 개발하였다. 본 연구는 핵

심 부품/소재 전문 연구 센터의 역할로서 선진사의 기술을 분석

하기 위해 현재 일본에서 생산되고 있는 마츠다사 sky active

엔진의 핵심 부품 중 하나인 피스톤의 화학성분, 초정 Si의 크

기, 스커트 부의 코팅층, 경도 등의 분석하여 선진사의 기술 수

준을 파악하고자 하였다.

[P17-6]

이온조사 원자로 압력용기강의 미세조직 분석 및 기계적 물성 평

가: 진형하*, 고은솔, 임상엽, 권준현 ; 한국원자력연구원.Keywords: RPV steel, SA508Gr3, TEM, Micro-compression test

원자력발전소에 사용되는 소재 중 원자로를 구성하고 있는

구조재료들은 운전 중 고 에너지 중성자 조사와 같은 독특한

열화환경에 노출되고 있다. 따라서 고 에너지 중성자 조사에

의한 미세조직 변화 그리고 이에 따른 기계적 성질 변화에

대한 연구는 중요하다. 이러한 연구를 위하여 연구용 원자로

조사시험 및 감시시험 방법외에 가속기 조사 방법을 활용 중

성자 조사효과를 모사하여 평가하는 방법도 수행되고 있다. 이

연구에서도 현재 국내 원자로 압력용기용 강으로 사용 중인

SA508Gr3 강 소재를 대상으로 고 에너지 철 이온 조사방법을

활용하여 투과전자현미경 관찰기법으로 조사에 따른 미세조직

변화와 마이크로 압축 시험 방법으로 기계적 성질 변화를 평가

하였다. 8 MeV의 에너지를 가지는 철 이온 (Fe 4+) 조사하여

수 마이크로미터 깊이의 조사손상층을 인위적으로 생성시켰다.

미세한 조사 손상층을 가지는 이온조사재의 항복강도 평가를 위

하여 조사 손상층 내부에 직경(~1 마이크로미터)을 가지는 미소

원기둥을 제작하였다. 다양한 이온조사 조건의 원자로 압력용기

용 강 소재에 대한 마이크로 압축시험으로 조사경화량을 평가하

였다. 또한 투과전자현미경(TEM) 분석으로 수 nm 크기를 가

지는 Black dots 형태의 조사결함이 기지 내부에 생성됨을 관

찰하여 이온 조사에 의한 경화 요인으로 평가되었다.

[P17-7]

코팅 공정에 따른 MCrAlY 미세조직 및 내산화 특성 평가: 박

희진*, 유효현, 백경호; 충남대학교.Keywords: MCrAlY, Bond coat, Thermal barrier coating

MCrAlY 코팅층은 고온에서 모재의 내산화성 및 내부식성

을 향상시키고, 세라믹 코팅층과의 접합력을 높여준다. 또한,

모재와 세라믹 코팅층 간의 열팽창계수 차이에 따른 열응력을

완화시켜 열충격에 의한 계면 박리를 예방하는 역할을 한다.

본 연구에서는 진공플라즈마 스프레이, 대기 플라즈마 스프레

이, 고속화염용사를 이용하여 MCrAlY 코팅층을 제조하였으며,

모든 코팅층은 기공도 1area% 이하의 치밀한 조직을 나타내

었다. 진공 열처리에 따른 코팅층의 특성을 평가하였고,

950oC에서 50일까지 내산화 실험을 진행하여 코팅공정에 따른

내산화 특성을 비교하였다. 모든 코팅 공정에 따른 MCrAlY

코팅층의 미세조직은 열처리 후에 등방성의 β-상이 생성되었으

며, 산화 시간이 증가할수록 Al2O3가 형성되는 것을 확인 할

수 있었다. 산화 실험이 길어짐에 따라 MCrAlY 고갈에 따

른 β-상이 표면에서 모재방향으로 점차 확산되는 것을 확인

하였으며, Al 고갈 이후 Cr의 영향으로 spinel oxide가 형성

되는 것을 확인 할 수 있었다.

[P17-8]

Study on Color Metal of Cu-alloy Materials Through Spark

Plasma Sintering and Vacuum Overpressure Casting: Ji

Hee Kim*, Hyeong Won Shin, Hyo Soo Lee, Seung Boo Jung1 ;

Korea Institute of Industrial Technology. 1Sunggyunkwan

University.

Keywords: Heat spreader, Thermal conductivity, LED, Pantone

color, Reflectivity

Existing color materials are generally produced a organic

solvent painting process on steel sheet, but there are restrictions

on environmental concerns and color implementation.

Accordingly, Recent developments of basic technologies about

color sensation and texture of the material itself has been actively

conducted. In this study, we implemented natural colors and

texture of color metal that manufactured by using the SPS and

VOC processes with copper-zinc and copper-tin alloys. We

quantitatively analyzed color metal through spectrophotometer

and marked on the color space of 1976 CIE Luv. In addition, we

visually compared the color of Cu-Sn, Cu-Zn alloy using pantone

book.

[P17-9]

마르텐사이트계 고크롬강의 상분석: 김학현*, 오규찬, 진현호, 이만

298

재, 박중철; 포항산업과학연구원 분석평가센터.Keywords: Martensite, Ferrite, Crack, Microstructure, CCT,

개량형 9Cr1Mo강은 마르텐사이트 계 합금강으로서 화력발전

소용 보일러 튜브와 파이프 재료로 널리 사용되고 있지만 주조

공정에 균열이 발생하여 파단 되는 사례가 발생 되고 있다.

본 시험에서는 크랙재와 정상재의 조직을 비교 분석하였고, 파

단면 주위 내부 미세 조직에 영향을 파악하고자 시편을 연마

부식하여 금속 현미경으로 관찰하였다. 또한 CCT모사 실험으로

페라이트 조직에서 마르텐사이트 조직으로 변태되기까지의 시험

후 연마 부식하여 관찰되는 상을 비교하였다. 최종적으로 δ상, γ

상이 관찰되는 부분에 초미소 경도 시험을 하여 경도 값을 측

정하였다.

[P17-10]

니켈계 내열 합금 탄화물 특성평가: 김학현*, 김진원, 강영환, 윤

병준, 박재현; 포항산업과학연구원 분석평가센터.Keywords: Ni-basealloy, Carbide, Etching, SEM, EBSD,

Microstructure

내 고온 니켈 합금은 다원 합금으로 주조 및 가공용 합금으

로 제조되어 기계적, 열적으로 높은 응력을 받는 구조물에 사용

된다. 내열합금은 고온 크리프 저항성이 높아 대략 1000oC 이

상의 일반 구조재료가 견디기 어려운 극심한 환경에서 사용되는

고성능 합금을 말한다. 본 연구에서는 석유화학공업에서 사용하

는 MO-RE2급, Super22H급 주조재의 탄화물 형상 관찰을 위

해 표면 연마, 부식시험 후 금속 현미경으로 관찰하였다. 또한

자세한 미세 구조와 성분 측정을 위해 EBSD, SEM EDS를

각각 이용하였고, 또한 기지조직과 덴드라이트 조직으로 석출된

탄화물의 물성을 평가 하기 위해 초 미소 경도 측정을 하였다.

이로 인해 Ni기 내열합금의 특성을 파악하여 소재의 신뢰성 평

가에 기여 할 수 있게 되었다.

[P17-11]

송전용 INVAR 합금 선재의 신선 및 열처리에 따른 미세조직의

변화 거동: 장선아, 한승엽*, 강권호, 박환서, 김수영1, 박은서1, 김

재열1, 이상권1 ; 한국원자력연구원. 1고려특수선재(주).Keywords: INVAR, Heat treatment, Microstructure, Carbide

최근 도시 과밀화와 관련하여 전력수요가 증가함에 따라 새

로운 고전압 송전선로를 확보하는 것이 요구되는 실정이다. 하

지만 용지부족, 지가상승 등의 불이익의 문제로 인해 기존의 송

전선로를 이용하여 송전 용량을 증대시키는 것이 바람직하기 때

문에 고압송전선용 INVAR합금 선재에 대한 고강도화 제조기술

개발이 활발히 이루어지고 있다. 현재 상용화된 INVAR합금 선

재는 냉간 가공에 의한 가공경화와 탄화물을 이용한 석출강화에

의해 강도를 증가시키고 있다. 특히 탄화물 석출강화를 위해 다

양한 열처리 조건을 통한 개발이 진행되고 있으나, 공정에 따른

탄화물 분포 및 미세조직 변화에 관련된 연구는 부족한 실정이

다. 본 연구에서는 raw sample인 지름 16 mm의 INVAR 선

재를 최종적으로 4 mm 정도로 신선하였고, 신선 과정 중에 열

처리를 실시하였다. 선재의 횡단면과 종단면에 대해 SEM,

EDS, EBSD 분석을 실시하여 미세조직 변화를 관찰한 결과,

신선 및 열처리 과정에 의해 결정립 미세화와 함께 초기에

raw sample의 입계, 입내에 형성되었던 조대한 탄화물은 점차

미세한 탄화물로 관찰되었다. 열처리 및 공정 조건에 따른 탄화

물 석출 거동 및 특성을 평가하여 향후 INVAR합금 선재의 기

계적 특성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

[P17-12]

Correlation Between Crystal Structure and Photoluminescence

of Yttrium Oxide Thin Films Doped with Europium: Yong

Gyu Lee*, Joo Han Kim; Dept. of Advanced Materials Eng.

Chungbuk National University.

Keywords: Crystal structure, Photoluminescence, Yttrium oxide,

Europium, X-ray diffraction

Europium-doped yttrium oxide (Y2O3:Eu) thin films were

deposited on silicon (100) substrates by radio frequency (RF)

magnetron sputtering. After deposition, the specimens were

annealed at a temperature of 1000oC in an air ambient for 1 hour.

The as-deposited Y2O3:Eu films exhibited a monoclinic β-phase

having a relatively uniform surface. The as-deposited films showed

no photoluminescence (PL), which was due to poor crystalline

quality. After annealing at 1000oC, the films were crystallized in a

cubic polycrystalline α-Y2O3 structure with a random

crystallographic orientation of grains. The diffraction peaks from

the annealed films were sharper and narrower than those from the

as-deposited films, indicating that the crystallinity was

significantly improved by annealing. A series of PL emission

peaks were observed from the annealed Y2O3:Eu films and the

highest intensity peak was centered at around 613 nm. The

emission peaks were assigned to the radiative transitions between

the 4f6 energy levels of the trivalent europium ion, specifically

from 5D0 to 7FJ (J=1,2,3,4). The broad PL excitation band was

observed at wavelengths below 280 nm, which was attributed to

the charge transfer transition of the trivalent europium ion.

[P17-13]

Atom Probe Tomography 분석의 정량 분석 연구: 이지영*, 장

윤정, 김양희, 송재봉, 이연희, 안재평; 한국과학기술연구원.Keywords: Atom probe tomography, Quantificational analysis,

3-dimensional chemical composition analysis

Atom Probe Tomography (APT)는 sub-nm수준의 공간분해

능과 10 ppm 수준의 detection limit을 가지고 수소를 포함한

모든 원소의 분석이 가능하며, 3차원적 조성 분석을 할 수 있

어 기존의 분석법을 대체 및 보완할 수 있는 장치이다. 또한

reference 없이도 정량분석이 가능하다. APT 분석은 시편에 전

계펄스를 인가하여 시편의 끝단에서부터 원소를 뜯어내는 파괴

분석법으로써 재료의 특성에 따라서 다양한 측정 조건을 찾아야

하는 어려움이 있다. 특히 산화물이나 나이트라이드와 같은 물

질에서 레이저에너지에 따라 그 조성비가 균일하게 나오지 않고

다양한 조성비 결과를 보여주고 있어 스탠다드 샘플과 기타 다

른 분석법의 보완이 요구되어지고 있다. 본 연구에서는 레이저

에너지에 따라 조성비가 다르게 측정된다고 보편적으로 알려져

있는 GaN와 GaAs재료의 APT 분석의 신뢰성 연구를RBS와

Dynamic-SIMS 분석의 정량분석 결과를 토대로 그 측정조건에

대한 연구를 수행하였으며, 극미량 도핑 원소 분석의 검출 한계

연구를 수행하였다. 또한 1:1, 1:2, 2:3 등의 다양한 조성비를

갖는 산화물의 APT 분석과 RBS, SIMS 분석을 병행함으로써

APT 분석의 신뢰성 연구를 수행하였다.

[P17-14]

Determination of Trace Elements in High Purity Copper

using HR-ICP-MS: 김선아, 김선혜, 정세훈*; 포항산업과학연구원

299

(RIST).

Keywords:

High purity copper inside flex and plastic materials is widely

used as electricity supplies. The impurity of Cu is closely related

with electrical resistance. The level of impurity in Cu is very

important since it is closely related with electrical resistance.

Therefore, analyzing the contents of trace elements such as Mg,

Al, Si, Fe, Zn, Sn, Sb, and Pb in the high purity Cu is significant.

In this study, high resolution inductively coupled plasma mass

spectrometry (HR-ICP-MS) and glow discharge mass

spectrometry (GD-MS) was used to determination of trace

elements. The analytical concentrations of the Cu samples using

ICP-MS were compared with conventional solution GD-MS. The

samples were completely decomposed by an acid-mixture of

hydrochloric acid and nitric acid at 200oC within 4 hours. The

dissolved sample solution was diluted to 50 ml PFA vessels. This

solution was further diluted 100 times with 2 v/v% nitric acid

because of remove the Cu matrix and hydrochloric acid. The

sample solutions were determined by HR-ICP-MS with indium

as internal standard. The detection limits in the Cu were under 1

ug/g levels. The method was validated using the recovery of

spiked reference material elements, has been applied for the

determination of trace elements in high purity Cu with

satisfactory results.

[P17-15]

Determination of Trace Impurities in Silicon Carbide by

GD-MS: 정세훈*, 김선혜; 포항산업과학연구원(RIST).Keywords: GD-MS, SiC, Silicon carbide, Trace

Silicon carbide (SiC) bears special physical and chemical

properties, such as fire resistance, tenacity, high thermal

conductivity, and immobility Given its overall good

performance, it is widely used in a variety of industrial

applications, such as in semiconductors, cutting materials, and

high-temperature energy conversion systems. It is important to

note that the properties of SiC are significantly influenced by

impurities, even at trace concentrations. Therefore, determining

impurity concentration in SiC powders is of great importance.

Rapid and accurate analysis on impurity levels in SiC powders is

crucial. Glow discharge mass spectrometry (GD-MS) is a

alternative method for rapid, multi elements, and quantitative

analysis in atomic spectrometry by direct analysis. In this study,

fast-flow GD-MS was used for measuring impurities of SiC

powders. The powder samples were prepared with high purity

graphite powder used for a sample binder. The glow discharge

source current and argon gas flow parameters were 40 mA and

400 mL/min, respectively. GD-MS analysis has a good

performance for rapid multi-element analysis of high purity SiC

powders at sub ppm level. The GD-MS results agreed well with

their physical properties. Consequently, GD-MS could be rapid

and quantitative technique to determine trace elements in SiC

powders under mg/kg levels.

[P17-16]

동탄성계수 측정과 초음파피로시험법 이용한 자동차용 Al-Si 주조

합금에 대한 S-N 피로 거동: 김지훈, 전진우, 김경재, 조인식1*,

이창순1, 박인규1 ; 현대비엔지스틸 주식회사. 1선문대학교.Keywords: Ultrasonic fatigue test, Accelerated fatigue testing,

Dynamic elastic modulus, Al-Si cast alloy, S-N Fatigue

초음파피로시험은 20kHz 압전세라믹(PZT) 탄성공진진동방식

을 이용한 피로시험방법이며, 기본적으로 동탄성계수(ASTM

E1875) 측정이 수반되어야 한다. 이는 음향공진과 관련된 소재

의 정확한 탄성계수 측정에 활용될 뿐아니라 초음파 피로시험편

설계와 최대응력진폭환산에 중요한 인자로 결정된다. 자동차 내

연기관 엔진블럭등에 사용되고 있는 경량화 Al-Si 주조합금은

가장 열악한 환경에 있는 주요엔진 부품이며, 기본적으로

150~350oC의 온도 범위에서 고속회전 및 진동을 수반하므로

Al-Si 주조합금은 고온 분위기에서 내마모성, 피로강도 등의 성

능이 우수 하여야 한다. 따라서 Al-Si 주조합금에 대한 상온,

고온에 대한 동탄성계수측정 평가와 S-N 피로거동을 초음파피

로시법을 통해 분석 하고자 하였으며, 추가적으로 초기 Al-Si

주조소재와 스크랩소재에 대한 피로수명평가를 통해 미세합금과

스크랩에 따른 S-N 피로거동을 평가하고자 하였다.

Memo

300

[P18-1]

신축성이 우수한 3D 프린팅용 광경화형 고분자 조성물 제작 및

특성평가: 하민지*, 박성대1, 임호선1, 이우성1 ; 고려대학교

(KoreaUniv)전자부품연구원(KETI). 1전자부품연구원.Keywords: 3D printing, Photo-polymer, Photo-curing, SLA

(Stereo lithography Apparatus), Stretchable

최근 시장의 요구에 따라 3D 프린팅 기술을 이용하여 다양

한 형태의 착용형 제품을 생산하려는 시도가 활발히 연구 중에

있다. 현재 3D 프린팅의 여러 가지 구동방식 중 광경화에 의

해 출력물이 형성되는 SLA 방식은 정밀도가 높고 표면 조도가

우수한 장점을 가진다. 이러한 방식의 3D 프린터를 사용하기

위해서는 광경화용 소재가 이용되어야 하지만 현재 사용되는 소

재는 신축성이 낮아 출력 후 사용범위가 제한될 수 있다. 본

연구에서는 아크릴레이트 작용기가 있는 우레탄계 올리고머를

기반으로 하여 SLA방식의 3차원 프린터에 사용할 수 있는 광

경화용 고분자 조성물을 개발하였다. 신축성 타입의 올리고머와

고경도 타입의 모노머를 각각의 종류와 비율에 따라 혼합한 후

조성물을 제작하였고, 각 변수에 따른 물리적, 기계적 특성을

분석한 결과 100% 이상의 연신율을 나타내는 조성물을 얻을

수 있었다.

[P18-2]

니켈 무전해도금에 따른 PTFE 멤브레인 형상 변화 관찰 연구

: 윤현정*, 정선아, 이성웅, 윤재성, 유영은, 김정환; 한국기계연구원(KIMM).

Keywords: 니켈 도금 무전해도금 PTFE 멤브레인

전기적특성, 내열성, 내약품성 등이 좋은 PTFE 멤브레인 위

에 무전해도금법을 통해 니켈을 도금해준다. 이 후, 무전해도금

의 실험변수에 따라 달라지는 PTFE 멤브레인의 형상 변화를

관찰하였다.

[P18-3]

BN 배향 제어를 위한 바이모달 BN/고분자 방열 복합체 소재에

대한 연구: 원준성(발표자), 박성대, 이우성*; 전자부품연구원.Keywords: Bimodal, BN composite, Thermal conductivity,

Alignement

전자소자의 고집적화에 의해 의도되지 않은 열에 대한 처리

는 장치 작동의 신뢰성 및 수명을 위해 아주 중요하다. 이를

해결하기 위해 고분자 소재에 높은 방열특성을 갖는 세라믹 분

말을 필러로 복합화하고 세라믹을 고충전 하여 열전도 특성을

향상 시키려는 연구가 진행 중이다. 이때 필러로서 활용되는 세

라믹 소재은 Al2O3, MgO, AlN, BN등이 있으며, 이중 BN

(Boron Nitride)은 결정학적으로 이등방성을 가지는 판상형 재

료인데, Z축방향으로는 다른 세라믹소재들보다 낮은 1~3 W/mK

의 열전도도를 갖지만 X-Y축으로는 기존의 세라믹들 보다 높

은 200 W/mK이상의 값을 갖는 소재이다. 수직방향으로 높은

열전도도를 갖는 BN을 이용해 복합체를 제작하는 경우, 고분자

내에 BN이 수평방향으로 배향하게 되어 방열특성이 저하되는

문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 BN을 수직방향으로 배향

시켜 복합체를 제조하는 기술개발이 이루어지고 있다. 본 연구

에서는 BN이 수평방향으로 배향되는 것을 억제하기 위해 판상

형 BN을 spray-dry로 응집한 BN 두 종류의 필러를 이용하여

복합체를 만들었다. 또한 판상형 BN과 응집형 BN의 첨가 비

율을 변화시킨 복합체를 제작하여 BN의 배향정도에 따른 복합

체의 열전도도 특성을 고찰하였다.

[P18-4]

Ex-situ Synthesis of Co3O4/Graphene Nanocomposite

Anodes for High-Performance Lithium Ion Batteries:

Kyunghoon Jang*, Byeong-Yun Oh, Jaewon Jang, Moon-Ho

Ham; Gwangju Institute of Sciecnce and Technology (GIST).

Keywords: Ex-situ method, Hydrothermal reaction, Cobalt oxide

nanoparticle, Lithium-ion secondary batteries, Co3O4/rGO anode

With increased demand of mobile devices, the importance of

lithium ion batteries with high energy and power densities is on

the rise. The transition metal oxides have been extensively

studied as anode materials for high-performance lithium ion

batteries due to their high specific capacities exceeding that of

graphite. However, these materials showed relatively poor

cycling performance because of pulverization. To prevent the

decay of their cycling performance, there have been many studies

about metal oxide composites with graphitic nanomaterials in

various ways. In this study, we report a facile ex-situ route to

fabricating hybrid composites of Co3O4 nanoparticles on

graphene sheets via two-step solution-phase reactions for the use

as an anode in lithium ion batteries. Co3O4 nanoparticles were

synthesized using (C2H3O2)2Co·4H2O as a cobalt precursor by a

hydrothermal method, and mixed with graphene oxides. Then,

Co3O4/graphene composites were formed by a solvothermal

reduction. The composites exhibited the improved reversible

capacity and cyclic stability compared to pure Co3O4 and

graphene anodes.

[P18-5]

Electrochnical Etching of Porous GaN for Efficient Oxygen

Evolution Photoanode: 박준모, 예병욱, 백정민, 김희준*; 울산

과학기술대학교(UNIST).Keywords: GaN Porous material, Water splitting

Hydrogen production by solar water splitting has attracted

considerable interests tostore solar energy to stable and reusable

chemical fuels. In this presentation, fabrication of porous GaN

using electrochemical etching process will be presented. To

harness incedent light and faciltate oxygen evoltion reaction on

GaN surface, microsphere patterning and RIE technique was

used to fabricate pyramidal porous GaN photoanode.

[P18-6]

Mesoporous Pores Impregnated with Au Nanoparticles

as Effective Dielectrics for Enhancing Triboelectric

Nanogenerator Performance under Harsh Environment:

천진성*, 김진웅, 정우석1, 강종윤1, 김상우2, Zhong Lin Wang3,

백정민; 울산과학기술대학교(UNIST). 1한국과학기술연구원(KIST). 2

성균관대학교. 3Georgia Institute of Technology.Keywords: Mesoporous pores, Nanoparticles, Dielectrics,

Triboelectrics, Nanogenerator

P18 : 융합재료Room 전시장, 10월 30일

301

A facile and scalable synthesis of mesoporous films

impregnated with Au nanoparticles (NPs) as effective dielectrics

is demonstrated for enhancing the nanogenerator performance

based on vertical contact-separation mode. This technique is so

simple and scalable, providing a promising solution for

developing large-scale and practical self-powered devices. The

spatial distribution of the Au NPs made it possible to fabricate

the Au NPs-embedded mesoporous triboelectric nanogenerator

(AMTENG) with high output power of 13 mW under cycled

compressive force, giving over 5-fold power enhancement,

compared with the flat film-based TENG under the same

mechanical force. It is proposed that the presence of aligned

dipoles produced due to the charges created by the contact

between Au NPs and PDMS inside the pores can influence the

surface potential energy of mesoporous films. With such an

enhanced power output and unique device design, we

demonstrate various applications such as self-powered shape

mapping sensor, foot-step driven large-scale AMTENG, and an

integrated circuit with a capacitor for powering a commercial cell

phone for realizing self-powered systems from footsteps, wind

power, and ocean waves.

[P18-7]

Charge Enhancing Mechanism in Solar-Assisted Triboelectric

Nanogenerator: ByeongUk Ye*, Jinsung Chun, Sangyun Lee,

Minbok Jeong, Jin Woong Kim, Hyung-Joon Shin, Myoung

Hoon Song, Jeong Min Baik*; UNIST.

Keywords: Contact electrification, Surface electrostatic charges,

Mechanical energy harvesting, Triboelectric nanogenerator,

Organic solar cell

Harvesting energy from ambient mechanical and solar energy

sources is highly desirable for powering portable electronics,

biomedical, and healthcare applications Most recently, a new type

of power generating device, named as triboelectric nanogenerator

(TENG) based on triboelectric effects coupled with electrostatic

effects have been demonstrated as powerful means of harvesting

mechanical energy from living environment. Here, we

demonstrate significantly improved the output performance for

organic solar cell (OSC) structure-based triboelectric

nanogenerator. The fabricated TENG is based on the contact and

separation between the TiOx on the OSC and the polyimide film.

In OSC structure under the light illumination, excitons are broken

up, leading to free electron-hole pairs by effective fields. The

excited electrons are injected into the conduction band of the TiOx

layer. Surface charge density was changed by the injected

electron. By controlling the periodic contact and separation

between a TiOx layer on the OSC and the polyimide film. The

output voltage and current density were increased by a factor of

2.0 and 1.8, respectively, with photon absorption of OSC, because

of the additional charge transfer from TiOx to polyimide film.

To maximize the surface charge density in triboelectric

nanogenerators, a new method of injecting electron into TiOx

surfaces is introduced for the generation of surface charges. This

study demonstrates the possibility of improving the electrical

output of TENG through Photon management.

[P18-8]

Structural Evolution of Chemically-Driven RuO2 Nanowires

and Three-Dimensional Design for Photocatalyst: Jae Won

Lee*, Joonmo Park, Jeong Min Baik ; Ulsan National Institute

of Science and Technology (UNIST).

Keywords: Photocatalyst, RuO2, TiO2, Oxygen evolution reaction

We report a facile method to fabricate three-dimensional RuO2

branched Au-TiO2 nanowire heterostructures and their

application as the photostable electrode for efficient oxygen

generation, due to the high catalytic properties of the RuO2 for

the water oxidation and the plasmonic absorption with efficient

charge separation to TiO2 and Au interface. The RuO2

nanobranches are produced on the Au-TiO2 nanowires by a

thermal annealing process at relatively low temperature of ~

180oC. The real time structural evolution during the growth

verified the direct transition of the amorphous phase of RuO2

precursors to crystalline RuO2 nanoparticles with the tetragonal

crystallographic structure at 180oC, without the intermediate

change formation, supported by the nucleation theory. The RuO2

nanobranches, highly crystalline, are then grown on the

crystalline nanoparticles due to the surface diffusion of the Ru,

followed by the rapid oxidation in O2ambient. The RuO2

branched Au-TiO2 nanowire arrays shows a remarkable

enhancement in the photocurrent density by approximately 60 %

and 200%, in the UV-visible and Visible region, respectively,

compared with pristine TiO2 nanowires. Furthermore, there is no

significant decrease in the device’s photoconductance with UV-

visible illumination during 1 day, making it possible to produce

oxygen gas without the loss of the photoactvity.

[P18-9]

Sputter Al 공정 변수 및 두께에 따른 물성 분석: 오일권*, 윤

창모, 장진욱1, 김형준2 ; 연세대학교 전기전자공학부. 1 삼성전자. 2Test& Package Center.

Keywords: Al sputter, 공정 압력, 공정 power, 성장 온도, 두께

전자 패키지 (Electronic Package)의 가장 중요한 역할 중

하나는 Si Chip과 외부 회로 (External Circuitry)와의 전기적

연결이다. 현재 Wire bonding Technology가 이러한 전기적 연

결의 90% 이상을 점유하고 있다. 이 기술은 주로 Si Chip위

에 형성된 Al Pad와 Au Wire와의 Metallurgical Bonding

을 통하여 이루어진다[1]. 한편 DRAM과 Flash등 Memory

Device를 필두로 소자들의 선폭은 계속 미세해지고 있으며 이

는 필연적으로 Package 구조의 미세함도 동반되게 한다. 이러

한 상황에서 가장 심각한 이슈 중 하나는 Package 신뢰성

(Reliability)의 문제이다. 특히 Package의 가장 겉면에 있는

Molding Compound는 습기에 비교적 큰 Permeability를 보이

므로[2], 만일 Corrosive Environment와 결합할 경우, Al Pad

의 Corrosion에 의한 신뢰성 저하를 피하기 힘들게 된다[3]. 또

한 이와 별도로, 악화되어 가는 환경오염 (Corrosive Species)

과 기후 변화 (고온다습)는 Package 구조의 미세화와 결합되어

신뢰성에 대한 검증의 중요성을 매우 Critical하게 한다. 일반적

으로 Sputtering에 의해서 제조되는 박막의 특성은 증착 조건

및 두께에 따라서 크게 변하며, 화학적 반응성이 높은 Al 또한

예외는 아닌 것으로 생각된다. 본 연구에서는 Sputtering 으로

제조된 Al 박막의 두께 및 증착 조건에 따라서, Al 박막의 구

302

조적 성질을 포함한 여타 Properties들을 체계적으로 연구한다.

먼저 Semiconductor Industry에서 주로 사용하는 증착 조건 및

두께를 Base로 하여 이들 변수들을 조절하여 박막의 특성들을

분석하여, Al 박막의 자체특성을 체계적으로 관찰한다. Al 성장

시, 공정 압력, 파워, 성장 온도에 따라 표면 거칠기가 상이한

것을 확인하였다. 표면 거칠기는 Al Pad의 신뢰성 저하를 일으

키므로, 거칠기의 저하를 위한 최적화 공정에 중점을 두었다.

이러한 Data들을 조합함으로써, 더 높은 신뢰성을 가진 Al

Pad의 제조 및 Design에 대한 제시를 할 수 것으로 기대된다.

참고문헌[1] G. Harman, “Wirebonding in Microelectronics”Chap. 5, McGraw Hill, New York (2010). [2] X.J.Fan

and E. Suhir, Moisture Sensitivity of Plastic Packages of

IC Devices, Chap. 2, Springer 2010. [3] S. H. Ahn, T. J.

Cho, Y. S. Kim, and S. Y. Oh, “Prevention of aluminum

pad corrosion by UV/ozone cleaning,” Proc. 46th ECTC,

p.107 (1996).

[P18-10]

Perovskite Solar Cell Efficiency Improvement by Controlling

the Chloride Dopant: 압둘 커더스*, Rahim Abdur, 정대균, 홍

기하1, Bhabani Sankar Swain, 이재갑; 국민대학교 공과대학 신

소재공학부. 1한밭대학교 신소재공학부.Keywords: Perovskite solar cell, Surface coverage, Chloride

dopant, Mixed halide

Perovskite solar cells (PSCs) based on organometal halide

light absorbers have attracted much attention due to their superb

power conversion efficiency (PCE) along with low cost

fabrication process. A high photovoltaic performance is

attributed to optically high absorption characteristics and

balanced charge transport properties as well as long diffusion

lengths. The perovskite solar cell required glove box for

fabrication especially for perovskite absorber layer and hole

transport layer. Moreover, the PSC encounter with low stability

in moisture and air. We fabricated meso-superstructure

perovskite solar cell with device geometry of FTO/bl-TiO2/m-

TiO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au. In this work, a mixed

halide perovskite of CH3NH3PbI3-xClx is synthesized via two-step

sequential solution deposition by using a mixture of PbI2 and

PbCl2 as well as CH3NH3PbI3 by using PbI2 in N, N-

dimethylformamide (DMF) and spin coated on to mesoporous

TiO2 (m-TiO2) followed by methyl ammonium iodide (MAI)

dipping in air. We added PbI2 with the solution of PbCl2 to

overcome the low solubility of pure PbCl2. In the presence of

PbI2, the solubility of PbCl2 can be significantly increased due to

the common ion effect. The mixed lead halide (PbI2 + PbCl2)

precursor shows better surface morphologies than only PbI2

precursor. We correlate the surface morphologies of CH3NH3PbI3

and CH3NH3PbI (3-x)Clx with device performance. We observed

that there was not much change in Jsc and Voc, but significant

changes in fill factor (ff). Without PbCl2, the size of perovskite

nanocrystals is bigger with poor surface coverage. However,

mixing PbCl2 with PbI2, results a better surface morphology with

fine grained perovskite nanocrystals. This gives high shunt

resistance which improves the ff. The other important reason for

high PCE might be the higher formation energy of chlorine

incorporation into the perovskite matrix than that of iodine. The

Voc, Jsc, ff and PCE of pure CH3NH3PbI3 are 0.95 V, 16.49 mA/

cm2, 0.56 and 8.78% respectively. In case of PbI2:PbCl2=1:1, the

respective values are 0.95 V, 0.64 16.17 mA/cm2 and 9.84%.

[P18-11]

배선 리페어용 패턴된 금속박막의 물성 평가: 이지원*, 정경훈, 변

인재1, 이재갑; 국민대학교 신소재공학부. 1참엔지니어링.Keywords: Display, Repair, Direct writing, Laser chemical vapor

deposition, Laser

최근 디스플레이 산업은 모바일 및 TV 등의 FPD (flat

panel display) 산업을 중심으로 발전해 오고 있다. 이러한 디

스플레이 제품들은 시장의 요구로 점점 더 고해상도화 되어 오

고 있다. 고해상도의 디스플레이 패널의 경우, TFT, pixel,

metal line 등의 패턴 사이즈가 작아지게 되고 집적화됨에 따라

패턴형성 불량, 중복, 단선 등의 불량의 확률이 높아지게 된다.

이러한 불량은 디스플레이 제품의 수율 저하를 발생시킨다. 이

러한 불량을 수리하고 정상화시키기 위해 산업에서는 리페어

(repair) 방법을 사용해오고 있으며, 레이저 화학기상증착법

(Laser Chemical Vapor Deposition)은 가장 일반적으로 널리

사용되는 리페어 방법이다. 레이저 화학기상증착법은 선택적인

증착방법으로 레이저와 전구체를 이용하여 원하는 박막을 기판

에 직접묘사(direct writing)하는 공정이다. 이를 적용하면 리페

어 공정에서 마이크론 영역의 국부적인 불량을 정상화시킬 수

있다. 본 연구에서는 레이저 화학기상증착법을 사용하여 디스플

레이에서의 배선 리페어에 적합한 금속박막 패턴 제작 및 물성

평가를 진행하였다. 리페어 속도를 결정하는 금속박막의 증착율

및 스캔 속도를 공정변수인 레이저 에너지에 따라 변화시켜 확

인하였다. 레이저 에너지 변화에 따라 기판온도 및 광분해율이

변화하면서 리페어 속도가 변하며 이를 특정금속에서 최적화된

결과값으로 도출하였다. 그리고 리페어된 금속박막의 물성을 평

가하기 위하여 비저항, 조성, 스텝커버리지, 표면거칠기 등을 분

석하고 평가하였다. 이를 통하여 실제 리페어 산업에서의 적용

가능성을 확인하였다.

Memo

303

[P19-1]

수정된 열교환법을 이용한 사파이어 단결정 성장 시뮬레이션: 진

민욱*, 유명현, 윤형석1, 김현철1, 차필령; 국민대학교. 1UNID LED.Keywords: Sapphire, HEM, Single crystal, Simulation, Growth

사파이어는 현재 LED용 기판으로 많은 주목을 받고 있다.

기판이 커질수록 경쟁력이 더 높아지기 때문에 사파이어를 대구

경으로 만드는 것은 매우 중요한 일이다. 사파이어 성장법에는

kyropoulos, VHGF법으로 대표되는 a축 성장과, Czochralski,

열교환법등으로 대표되는 c축 성장이 존재한다. a축 성장의 경

우, 성장시킨 잉곳을 다시 c축에 맞춰 절단해야하기 때문에 c축

으로 성장하는 경우보다 효율이 떨어지는 단점이 있다. 반면 열

교환법의 경우 c축 성장으로 상대적으로 수율이 높다. 하지만

이를 시행하기 위해서는 공정 중 정밀한 제어가 필요하게 되며,

이 프로파일을 도출해내는 과정에서 시행착오에 상당한 시간과

비용을 투자해야 한다. 하지만 이를 컴퓨터 시뮬레이션으로 대

체함으로서 이 시간과 비용을 아낄 수 있다. 본 연구에서는 열

교환법을 이용한 초 대구경 사파이어 성장 시뮬레이션을 수행하

였다. 용융과 핵생성, 성장 과정에서 사파이어 잉곳이 성장하는

상황을 확인 하였고, 이 때, 시간에 따른 액상 분율 제어를 통

해 주어진 성장로 구조 내에서 최적의 온도 제어 프로파일을

도출해 낼 수 있었다.

[P19-2]

레스 마르텐사이트의 미세구조 형성에 대한 전산모사 연구: 조민

규*, 김동욱, 최승훈, 차필령; 국민대학교.Keywords: Phase-field, Transformation, Martensite, Elasticity

anisotropy, Microstructure

일반적으로 오스테나이트상의 강을 냉각시키면 냉각속도가 증

가함에 따라 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트의 상으로 변태

를 한다. 마르텐사이트는 강도가 매우 크기 때문에 자동차 강판

과 같이 고강도연성 철강재에 필수적으로 포함된다. 그러나 마

르텐사이트는 연성이 낮은 특징도 가지기 때문에 미세조직을 제

어하는 것이 매주 중요하다. 조성에 따라 판상 또는 레스 모양

을 보이는 마르텐사이트는 변태속도가 음속에 비할 만큼 매우

빨라서 미세구조의 형성과정을 관찰하기가 거의 불가능하다. 이

러한 원인으로 전산모사 기법을 이용해 마르텐사이트 미세구조

를 예측하려는 많은 시도가 시행되고 있다. 본 연구는 미세구조

시뮬레이션 모델 중에 가장 정확하고 효율적인 모델 중 하나인

페이즈필드 모델을 사용한다. 레스 마르텐사이트 미세구조 형성

에 대한 탄성 상호작용의 영향을 분석한다. 이를 위해 상간계면

의 계면에너지 이방성과 각 상과 결정립의 결정학적 방위와 탄

성이방성이 함께 고려된다.

[P19-3]

Coupling of Discrete Element Method and Computational

Fluid Dynamics for the Analysis of Gas- Solid Flow in

Blast Furnace: DEREJE DEGEFA GELETA*, 이준호; 고려

대학교 신소재공학과.Keywords: Blast furnace, Discrete element method, Computational

fluid dynamics, Coupled DEM-CFD, Modelling

A three dimensional blast furnace analysis was modelled based

on the discrete element method (DEM) for the down ward

motion of solid particles and computational fluid dynamics

(CFD) for the fluid flow. The porosity and void fraction in each

computational cell determined by DEM was used as an input in

CFD to calculate the gas flow, temperature and pressure fields.

From the gas velocities and pressure fields, the drag force acting

on each particle and the heat transfer between gas and solid

particles were determined. The drag force was then introduced

into DEM analysis providing more precise information about the

motion of individual particles. In such a way, by coupling DEM

with CFD a better understanding of complex processes in the

blast furnace has been studied. This leads to enhancing blast

furnace efficiency and enables finding a way to reduce

environment pollution by the emitting gases like carbon- dioxide

and carbon mono-oxide.

[P19-4]

다상평형장 모델을 이용한 selective laser melting 공정의 전

산모사: 이범용*, 최광훈1, 허주열; 고려대학교 신소재공학과. 1현대

자동차.Keywords: Metal 3d printing, Powder bed fusion, Selective laser

melting, Multi-phase field simulation

금속 분말을 이용한 3D프린팅 기술은 크게 powder bed

fusion (PB) 방식과 direct energy deposition (DED) 방식으로

나눌 수 있으며, PB 방식 중 레이저를 사용하여 금속 분말층

을 선택적으로 용융하는 selective laser melting (SLM) 기술

이 최근 항공기 및 자동차 부품의 시제품 및 금형 제조를 위

해 산업계에서 크게 주목을 받고 있다. SLM 방식에서는 레이

저의 출력, 레이저의 스캔 속도, 적층두께 등이 주요 공정변수

로 사용된다. SLM으로 제조된 시편은 적층조건에 따라 다양한

비평형 조직, 높은 잔류응력, 미세기공과 같은 다양한 구조적

결함을 갖게 되고 따라서 기계적인 특성이 달라지게 된다. 따라

서 전산모사를 통해 분말소재와 적층조건에 따른 금속 분말층의

용융 및 응고 거동과 기공 생성 거동을 이해한다면 적정 미세

조직을 얻기 위한 공정최적화 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

상평형장 모델(phase field model)은 서로 다른 두 상간의 계

면을 phase field variable φ가 연속적으로 변화하는 diffuse

interface라 가정하여 매 순간 계면의 위치를 추적할 필요가 없

이 계면의 곡률효과와 액상의 젖음성을 정확히 고려할 수 있으

므로 SLM 방법에 의한 금속분말의 용융 및 응고 과정에서의

미세조직 거동을 효과적으로 전산모사할 수 있다. 본 연구에서

는 금속 분말층의 용융과 함께 내부에 trap된 기공의 거동을

전산모사하기 위한 다상평형장(multi-phase field) 모델을 개발하

고, 이를 이용하여 SLM 공정의 적층조건에 따른 용해 및 응

고거동, 기공 분포에 대한 2차원 전산모사 수행하였다. 또한 레

이저의 출력과 스캔속도를 달리 하여 제조된 SUS316 시편의

미세조직을 전산모사 결과와 비교하였다.

[P19-5]

사파이어 단결정 성장에서의 도가니 creep 변형에 대한 전산모

사 해석: 이경은*, 양희철, 문성환1, 장계원1, 나복기1, 김형중1, 차

필령; 국민대학교. 1(주)사파이어테크놀로지.Keywords: LED, Sapphire, Simulation, Creep deformation

LED 시장의 급격한 성장에 따라 LED의 핵심소재인 사파이

P19 : 전산재료과학Room 전시장, 10월 30일

304

어 단결정의 성장 기술 개발은 중요한 요소가 되었다. 사파이어

단결정이 성장하는 데에 있어서 도가니의 변형은 매우 중요한데,

이는 사파이어 결정의 크기가 증가함에 따라 성장로의 도가니에

부과되는 하중이 증가하기 때문이다. 또한, 단결정 성장 공정

시 고온에서 장시간 열이 가해지기 때문에 도가니에서는 creep

변형이 발생하게 된다. 이것은 지금까지 잉곳 성장에서 크게 문

제되지 않았던 도가니의 creep 변형이 대형 결정 성장에서 심

각한 문제를 야기할 수 있음을 의미한다. 이에 전산모사 기법을

활용하여 사파이어 단결정 성장에서의 도가니 creep 변형을 예

측하였고 그에 대한 억제 방안을 모색하였다.

[P19-6]

전기화학적 질소환원을 위한 이원계 금속나노촉매 개발: 신기현*,

류명신, 권순호, 방기훈, 이혁모; 한국과학기술원(KAIST) 신소재공

학과.Keywords: Nitrogen reduction, Electro chemical reaction,

Bimetallic nanocatalyst, Density functional theory

암모니아의 높은 수소저장밀도로 인해서 암모니아의 연료로서

의 가능성을 보는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만 기존에

암모니아를 합성하는 공정은 1900년대 초반에 만들어진 하버-보

슈법으로 고온 고압에서 반응이 진행되는 한계점이 존재한다.

하지만 식물의 내부에 존재하는 니트로게나아제와 같은 박테리

아는 상온 상압에서 질소고정이 가능하다. 이에 따라 많은 연구

자들이 Mo, Fe, Co 기반의 유기금속을 제조하고 질소환원반응

평가를 수행하여 질소환원 분야에 새로운 지평을 열고 있다. 따

라서 본 연구에서는 부피 대비 높은 표면적을 가지고, 양자구속

효과를 가져 촉매에 대한 연구가 많이 진행되고 있는 나노입자

를 이용하였다. 밀도범함수이론 계산을 이용하여 Mo, Fe, Co

기반의 다양한 종류의 이원계 금속나노입자를 만들고 그 구조적

안정성을 반응열 계산을 통해 평가하였고, 실제 나노입자의 합

성가능성을 유추했다. 또한 질소환원반응 메커니즘 중에서 니트

로게나아제에서 일어난다고 알려진 associative 메커니즘에 대한

계산을 수행하여 전기화학적인 나노촉매의 활성에 대하여 평가

하였다.

[P19-7]

CO Oxidation Over MoS2 Supported Gold Catalyst: A

DFT Study: 권순호*, 신기현, 류명신, 방기훈, 이혁모; 한국과학

기술원 신소재공학과 전산재료과학연구실.Keywords: CO oxidation, Gold nanoparticle, MoS2 Support,

DFT study

Carbon monoxide (CO) oxidation have been studied by many

researchers to remove toxic CO gas and is considered as a

representative reaction for measurement of catalytic activity of

nanoclusters. CO oxidation catalytic activity of gold cluster

depends on several factors, such as size and charge state of gold

cluster, environment, preparation method, and so on. Among

these factors, charge state of Au cluster have been considered as

an important factor on CO oxidation. It is studied by many

experimental and theoretical investigations on charge state of

gold cluster. Although charge state of gold cluster largely

depends on substrate, oxygen vacancy of substrate has primarily

considered for changing charge state of gold cluster. Recently,

MoS2 has drawn a lot of interest for many applications including

substrate of nano structures. Here we investigated the CO

oxidation over MoS2 supported Au19 cluster using density

functional theory (DFT) calculations. We found that strain and a

vacancy in MoS2 substrate have a strong influence on charge

state of Au19 cluster, adsorption of molecules, and, therefore,

overall CO oxidation activity. We studied the energetics and

microkinetics of CO oxidation using Langmuir-Hinshelwood

mechanism, two Au-O linkages (TAOL) mechanism on Au19

cluster and reactions on perimeter sites between Au19 cluster and

MoS2 support are also investigated.

[P19-8]

동 제련용 TSL 용융로에서의 냉각에 따른 Lance의 열 거동 분

석: 김대영*, 이종현1 ; 충남대학교 녹색에너지기술전문대학원. 1충남

대학교 신소재공학과.Keywords: Top submerged lance, Heat Transfer modeling, Swirl,

Air cooling

동 드로스의 재활용을 위한 방법으로 유력한 Top Submerged

Lance(TSL) 방법은 용융로상단에 위치한 Lance를 이용하여 화

염을 형성하여 슬래그를 제련하는 방법이다. Lance는 연료 가

스가 내려오는 내부 파이프와 농축 산소가 포함된 공기가 내려

오는 외부 파이프로 이루어져 있고 Lance 외부 파이프에 위치

한 Swirl에 의하여 Lance가 냉각 된다. Lance의 끝 단 부분에

서 화염이 형성되어 슬래그의 유동, 환원을 돕는다. 슬래그의

온도와 화염에 의하여 Lance의 끝 단이 열에 의해 또는 슬래

그의 Lance 내부 침투로 인하여 손상되어 파손을 야기한다.

Lance의 파손은 동 드로스 제련의 공정단가 상승을 초래하여

Lance 손상을 최소화 하여야 한다. 이를 극복하기 위하여 슬래

그의 응고를 통해 Lance 표면에 보호막을 형성시켜 열에 의한

또는 슬래그 침투를 통한 Lance의 손상을 최소화하여야 한다.

Lance의 냉각을 위해 Swirl이 존재하지만 화염형성에 영향을

주기 때문에 최적화된 설계가 필요하다. Swirl에 의하여 Lance

표면에 슬래그가 응고되는 조건을 분석하기 위하여 Lance의 열

전달 해석을 ANSYS 15.0을 이용하여 전산모사 하였다. 공기

에 의한 Lance의 냉각 효율을 계산하기 위하여 Swirl 여부,

공기의 장입량, 공기의 장입 방법에 따른 공정변수를 제어하여

연구를 수행하였다.

[P19-9]

일산화탄소 산화 촉매를 위한 금-티타늄 이원계 나노입자의 제일

원리 계산: 방기훈*, 신기현, 류명신, 권순호, 이혁모; 한국과학기술

원(카이스트).Keywords: Density function thoery, Bimetallic nanoparticle,

Catalyst, Co oxidation

귀금속인 금은 매우 안정하여 쉽게 화학반응을 하지 않는 물

질로 알려져 있다. 하지만 수 나노미터 크기의 금 나노입자는

이와 다르게 매우 높은 활성을 가지는 촉매로써 작용한다. 특히

일산화탄소나 각종 알콜류 물질의 저온 산화 촉매로써 많이 연

구되고 있다. 하지만 순수한 금 나노입자는 이런 높은 활성에도

불구하고 피독이나 구조 붕괴 등이 일어나 시간이 지나면 그

활성을 잃어버리는 등의 다양한 단점이 존재한다. 이런 단점들

을 해결하기 위해서 다양한 방법들이 제시되었는데 그 중 하나

가 다른 금속들을 섞어 이원계 금속 나노입자를 만드는 것이다.

본 연구에선 이원계 원소로서 티타늄을, 지지체로 이산화티타늄

을 선택하여 지지체에 담지된 이원계 금속 나노입자의 구조 안

정성과 일산화탄소 산화 반응의 촉매활성을 제일원리 계산을 이

305

용하여 연구해보았다. 그 결과 티타늄과 이산화티타늄의 강한

상호작용으로 인해 금-티타늄 이원계 나노입자의 높은 안정성을

확인할 수 있었다. 또한 산소의 높은 흡착에너지로 인해 적은

일산화탄소 피독과 낮은 일산화탄소 산화 반응 활성에너지를 가

졌고 이로 인해 금-티타늄 이원계 나노입자의 높은 촉매활성을

기대할 수 있었다. 이로써 본 연구에서는 금-티타늄 이원계 나

노입자가 기존의 금 나노입자 촉매에 비해 우수한 촉매로서의

가능성을 확인하였다.

[P19-10]

전산모사를 이용한 sub-nanometer 금 나노입자의 CO 산화반

응에 대한 반응성 연구: 안혜성*, 하현우, 김현유; 충남대학교 공

대 신소재공학과 응용소재.

Keywords: Au, Nanoparticle, 산화반응, DFT

Au는 Bulk 상태에서는 화학적으로 안정하나 Nano 크기가

되면 대부분의 산화 반응에 대해 높은 활성을 보이는 것이 알

려져 있다. Au 나노입자의 우수한 촉매 반응성이 알려진 1980

년대 중반 이후, Au 나노입자의 촉매 특성이 나타나는 원인을

밝히려는 연구가 꾸준히 진행되어 왔으나 아직 명확한 결론이

내려져있지 않다. 본 연구에서는 Au2부터 Au55에 이르는 sub-

nanometer ~ nanometer 크기의 Au 나노입자들의 구조를 모델

링하고 전자밀도함수 계산을 이용하여 Au 나노입자에서 일어나

는 CO 산화 촉매 반응의 메커니즘과 촉매 반응에 관여하는

반응점을 밝히기 위한 계산을 수행하였다. 계산 결과, 본 연구

에서 테스트한 크기가 다른 15종의 Au 나노입자 중에서 CO

촉매 반응에 필수적인 O2와 CO의 동시흡착이 이루어질 수 있

는 구조는 Au5와 Au7인 것으로 나타났다. 이는 다른 소재와

계면을 이루거나 전자를 교환하지 않고 Au 나노입자 자체로서

CO 산화 반응을 활성화시키기 위해서는 sub-nanometer 크기의

Au motif가 필요함을 나타낸다.

[P19-11]

Al 나노선에서 나타난 취성 거동의 전산모사 관점에서의 구조적 해

석: 김홍규*, 김성훈, 허가현1, 이광렬1, 안재평2, 이재철; 고려대학

교 신소재공학부. 1한국과학기술연구원 계산과학연구단. 2한국과학기

술연구원 특성분석센터.Keywords: Al nanowire, Deformation twinning, Brittle behavior,

MD simulation, In-situ TEM tensile test

순수 Al 금속은 일반적으로 연성 거동을 보인다고 알려져 있

다. 하지만 저자들은 Al 나노선을 TEM 내에서 in-situ 인장시

험하는 과정에서, Al 금속의 취성 거동을 관찰하였다. Al 금속

에서 나타난 취성 거동은 지금까지 보고된 바가 없는 매우 독

특한 실험 결과였으며, 이러한 현상을 구조적으로 해석하기 위

하여 TEM 분석과 같은 실험적 해석뿐만 아니라 분자동력학

전산모사(Molecular Dynamics Simulation)를 이용하여 원자

수준에서의 에너지 변화를 관찰하였다. 실험 및 전산모사를 이

용한 Al 나노선에서의 변형 쌍정 생성 에너지의 이론적 계산과

in-situ TEM을 이용한 실험적 측정으로 변형 쌍정 생성 및 성

장 기구의 해석을 할 수 있었다. 또한 이를 통하여 Al 나노선

에서의 변형 쌍정이 생성, 생성된 변형 쌍정 간의 상호작용을

이론적/실험적으로 해석하여, Al 나노선에서 나타난 취성 거동

을 구조적으로 해석하였다.

Memo

306

[P21-1]

보론강 강관의 핫-스템핑 공정 최적화에 관한 연구: 조재찬*, 임

수근1, 김대환1 ; 경상대학교 재료공정융합공학과. 1경상대학교 금속재

료공학과.Keywords: Hot-stamping, Boron steel, Tensile properties, High-

frequency heat treatment

본 연구는 핫-스템핑 공정에서 보론강 강관의 변형제어와 기

계적 특성 향상을 위해 수행되었다. 본 연구에 사용된 보론강

강관은 직관(STDE)과 열간성형관(SABC) 등으로 구분되며, 직

관의 고주파열처리 최적 조건 설정 후 가열온도를 기준으로 열

간성형관을 핫-스템핑 공정에 적용하여 특성을 평가하였다. 직관

과 열간성형관의 미세조직 및 기계적 특성은 광학현미경과 인장

시험으로 평가하였으며, 변형량은 진직도 측정을 통해 평가되었

다. 직관의 최적화된 조건을 오스테나이트화 가열온도를 기준으

로 열간성형관에 적용한 결과 향상된 특성과 감소된 변형량을

보여주었다. 핫-스템핑 공정 최적 조건 검증 결과 인장강도

1,765 MPa, 항복강도 1,406 MPa, 연신율 9%로 기존 대비 인

장강도 20%, 항복강도 25%, 연신율 50% 정도 향상되었다.

[P21-2]

The Influence of Long-term Degradation on Microstructure

and Mechanical Properties of AISI 304 and 316 Stainless

steel: 이학민*, 공원식, 김정석1 ; 조선대학교 첨단소재공학과. 1조선

대학교 재료공학과.Keywords: AISI 304, AISI 316, Material degradation,

microstructure

본 연구에는 원전 배관 및 구조용 재료로 널리 사용되는 사

용되는 오스테나이트기 스테인리스강인 AISI 304강과 AISI316

강의 장시간 재료 열화에 의한 미세조직과 기계적 성질의 변화

에 대해 연구하였다. AISI 304강과 AISI 316강을 고용화 열

처리를 실행 한 후, 700oC에서 최대 10000시간까지 장시간 열

처리를 실행하여 시간을 변수로 준비하였다. 각각의 시험편에

대하여 광학현미경과 이차전자현미경을 통해 미세조직을 관찰하

였고, 이미지 분석기를 사용하여 각각의 시험편에 대해 결정립

의 크기와 쌍정의 변화를 측정하였다. 페라이트 스코프를 통하

여 기지내 페라이트의 변화를 관찰한 결과 AISI 316강은 시간

에 따라 분율이 감소한 반면 AISI 304강은 증가한 결과를 나

타내였다. 이에 대해 X-선 회절 분석과 현미경 분석을 통해 정

밀하게 고찰하였다.

[P21-3]

용사 코팅에 의한 ZrO2/W/Mo 코팅층의 열처리에 따른 미세조

직 변화에 관한 연구: 안규백*, 김기훈, 최경환, 조규섭, 김상섭1 ;

한국생산기술연구원 융합공정신소재그룹. 1인하대학교 공과대학 신소

재공학부.Keywords: Tungsten, Atmospheric plasma spraying, Graphite,

Interlayer, Heat treatment

사파이어 단결정 성장로의 핫존 재료는 고온에서 장시간 유

지되기 때문에 핫존 재료의 내열 수명 확보가 중요하다. 특히,

흑연은 사파이어 단결정 성장로의 주요 핫존 재료로 사용되고

있으나, 흑연은 고온에서 증기압이 낮으며, 산화되기 쉬운 단점

을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 흑연 판재에 대기 플라

즈마 용사(Atmospheric plasma spraying, APS)로 텅스텐(W)

코팅으로 내구 수명을 향상시키고자 하였다. 고온에서 텅스텐과

흑연간의 열팽창율의 차이에 따른 접합력 저하를 보완하기 위

하여 텅스텐과 흑연 판재 사이에 몰리브덴(Mo) 중간층을 형성

하였다. 또한, 성장로 내부 환원분위기에서 텅스텐 탄화에 의한

재료 특성 저하를 방지하기 위하여 표면층에 지르코니아(ZrO2)

를 형성하였다. 대기 플라즈마 용사에서 준비한 텅스텐 분말의

입도는 평균 27 µm이며, 대기 플라즈마 용사 공정에서 플라즈

마 형성에 아르곤(Ar)과 수소(H2)를 사용하였다. 노출 시험은

사파이어 단결정 성장로 내부에서 2100oC에서 120시간씩 총

3회에 걸쳐 357시간 유지하였다. 노출 시험 전후, 주사전자현미

경(SEM) 및 X-선 분광기(EDS)로 표면 및 단면의 코팅층 성

분 변화와 접합 계면에 대하여 관찰하였으며, 미세경도측정기로

비커스 경도를 측정하여 확산에 따른 텅스텐 코팅층의 미세조

직 변화를 관찰하였다. 또한, 광학현미경(OM)을 통해 기공 분

율을 분석하여 노출 시험을 통한 텅스텐의 미세조직 변화를 관

찰하였다.

[P21-4]

Ti-62222 합금에서 열처리 조건에 따른 미세조직 변화 및 고주

기 피로에 미치는 영향: 송영석, 구지호*, 마영화, 이상훈, 정재석, 석

진익; 두산중공업 기술연구원 소재기술개발팀.Keywords: Ti alloy, Heat treatment, Microstructure, High cycle

fatigue

발전용 증기터빈에서는 고효율 및 친환경 운전조건을 확보하

기 위하여 증기터빈 저압에서 Last Stage Blade가 적용되고

있다. 이를 위해서는 기존의 12%Cr Steel에서 비강도가 우수한

Ti 합금이 적용되고 있다. Ti 합금 중 가장 기계적 성질이 우

수한 것으로 평가되는 Ti-62222 합금이 발전용 증기터빈에서의

적용범위를 확대하고 있다. Ti-62222 합금은 우수한 성형성과

비강도 및 파괴인성을 갖추고 있으며, 적용분야에 따라 미세조

직을 디자인할 수 있다. 일반적으로 우수한 파괴인성이 요구되

는 제품은 Triplex Process로 제조되는 반면, 피로에 민감한 제

품은 Fine Grain Process가 이용된다. 본 연구에서는 Ti-

6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr 티타늄 단조합금에서 열처리 조건에

따른 미세조직 변화와 이에 따른 기계적 성질의 변화를 관찰

하였다. 이를 위하여 Ti-62222 합금의 열처리는 두 가지 조

건에서 수행되었고 각 조건 별 기계적 특성 시험을 수행하였

다. 합금의 열처리는 미세조직 변화에 따른 기계적 성질을 관

찰하기 위하여 Beta 영역에서 Annealing 및 Aging 처리한

조건과 Alpha+Beta 영역에서 Annealing 및 Aging 조건에서

실시하였다. 합금의 미세조직과 기계적 성질의 상관관계를 조사

하기 위하여 각 조건 별 미세조직을 관찰하였고, 이에 따른 경

도 및 인장강도를 포함하여 가장 중요한 특성인 피로강도의 변

화를 관찰하였다.

[P21-5]

자동차 트랜스미션 단조부품의 열처리가 기계적 특성 및 가공성

에 미치는 영향 분석: 전효원*, 김동배, 윤종헌1 ; (재)대구기계부

품연구원. 1한양대학교.Keywords: Heat treatment, Microstructure, Hardness, Machining

workability, S55C

대부분의 자동차 부품은 절삭가공 후 조립이 이루어지며, 절

P21 : 열처리Room 전시장, 10월 30일

307

삭가공 전 열처리를 통하여 각 부품에 요구되는 경도를 만족시

킨다. 본 연구는 자동차 자동변속시 부품 중 하나인 Under

Drive Brake Piston을 이용하여 열처리에 따른 절삭성을 분석

하고자 한다. Under Drive Brake Piston은 자동변속기 내에서

저단 기어의 차폐기능을 담당하는 부품이다. Under Drive

Brake Piston은 구상화 소둔 공정을 거친 S55C 판재(두께

6 mm)를 이용하여 냉간 단조로 성형이 이루어진다. 그 후 열처

리와 절삭가공을 통하여 Under Drive Brake Chamber에 조

립된다. 열처리 공정에서 초기에는 Q.T 열처리를 수행하였으

나, 절삭성 향상을 위하여 Normalizing 처리를 수행하였다.

Normalizing 처리 조건에 따라 결정립 크기 및 기계적 성질을

분석하고, 절삭성을 위한 최적 Normalizing 처리 조건을 도출

하고자 한다.

[P21-6]

진공유도용해된 1Cr-1.25Mo-0.25V강 잉곳의 균질화 열처리 조

건에 따른 편석도 분석: 유가영*, 김동배, 나영상1, 서성문1, 이재

현2 ; 대구기계부품연구원 뿌리산업혁신본부. 1한국기계연구원 부설

재료연구소. 2창원대학교 나노신소재공학과.Keywords: Cr-Mo-V steel, Homogenization treatment, Segregation,

Random sample EPMA

Cr-Mo-V강의 경우 고온 구조용 금속재료로 알려져 있으며,

증기터빈 등과 같이 발전 터빈의 로터샤프트용 소재로 사용되고

있다. 로터샤프트는 자유 단조 작업을 통해서 제품을 형상화 하

는데, 이 때 소재의 초기조직이 단조 후 제품의 특성에 영향을

줄 수 있기 때문에 단조공정 이전의 균질화 열처리 시 온도,

시간 등의 조건이 매우 중요하다고 할 수 있다. 일반적으로

균질화열처리 시 유지시간은 Stanfield equation (1)을 적용하

여 결정하게 된다. t = d2/169 + d/8 + d2/285 (d:잉곳의

직경(inch), t:유지시간(hr)) (1) 최근 로터를 비롯한 요소부품들

의 대형화 및 일체화 추세에 따라 대형 잉곳들이 사용되고 있

다. 만약, stanfield equation을 적용하여 직경 60~70 inch 정도

의 Cr-Mo-V강 잉곳을 1250oC에서 균질화 열처리하는 경우 유

지시간은 약 48시간 이상 소요된다. 이러한 결과는 실제 현장

에 적용하기에 비현실적이며, 실제 적용시 에너지 과소비와 이

산화탄소 과다배출에 의한 환경 및 에너지적 문제를 야기시키게

된다. 이러한 이유로 균질화 열처리의 최적 조건을 설정하는 것

은 제품의 특성 및 환경·에너지적 문제를 해결하는 데에 있어

서 매우 중요하다. 이를 위해서는 stanfield equation 이외의

실질적인 균질화 열처리 조건 산출 기법에 대한 연구가 필수적

이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 진공유도용해로를 이용

하여 용해된 1Cr-1.25Mo-0.25V강 잉곳을 1250oC에서 각 1,

5, 10, 18시간 동안 균질화 열처리 한 후 미세조직의 변화와

EPMA를 이용한 “Random Sample EPMA 정량분석법”으로

균질화 정도를 측정하여 최적의 균질화 열처리 조건을 도출하고

자 하였다.

[P21-7]

IT 부품 성형용 SKH51 전조다이스의 확산층 정밀제어 플라즈마

질화 기술에 관한 연구: 박종민, 안경준*; 한국생산기술연구원.Keywords: SKH51, Plasma nitriding, Nitriding layer, Hardness,

Activation energy

전조다이스는 IT 기기의 구동성능을 좌우하는 구동 요소부품

의 온간성형가공용으로 사용되는 초정밀 금형공구로 우수한 치

수정밀성, 내마모성과 내인성을 필요로한다. 전조다이스의 양산

화, 경량화 및 친환경화를 위해 질화층을 정밀제어하는 플라즈

마 질화 기술이 요구되고 있다.본 연구는 SKH51 하이스강을

이용하여 플라즈마 질화처리를 하였으며, 플라즈마 질화는 스크

린을 사용하여 스크린은 음극으로, 용기벽은 양극으로 하며 N2

분위기에서 H2와 Ar의 량을 일정한 비율로 주입하여 공정온도

와 공정시간을 변화하여 진행하였다. 공정 진행중 시편의 표면

온도를 실시간으로 측정하여 도출된 활성화 에너지를 이용한 제

어를 사용하여 화합물층을 최소화 하면서 확산층을 최대로 하는

공정조건을 찾는 실험을 진행하였다.처리된 시편은 마이크로 비

커스 경도계, 광학현미경을 통하여 화합물층이 생성되지 않는

것을 확인하였고 유효경화층 100 um 이상을 가지며 우수한 경

도를 가지는 공정을 개발하였으며, 그 결과 화합물층 형성에 필

요한 에너지는 100~200 kJ/mol 으로써 유효경화층의 활성화 에

너지인 46 kJ/mol 보다 높아 형성시 더 많은 에너지가 필요한

것을 예상할 수 있었다.

[P21-8]

SCM415 의 공정온도 및 공정시간에 따른 화합물층 정밀제어 플

라즈마 기술에 관한 연구: 박종민, 안경준*, 문경일, 이지환1 ; 한

국생산기술연구원. 1인하대학교 신소재공학과.Keywords: Plasma nitriding, Nitriding layer, Hardness, SCM415,

Activation energy

SCM415는 자동차용 기어 및 기계 구조물에서 광범위하게

사용되는 침탄강으로 우수한 경도와 내마모성을 필요로한다. 기

존의 공정의 단점인 높은 온도와 장시간공정, 대량의 가스사용

등의 문제를 해결하고 화합물층을 정밀 제어하는 플라즈마 질화

기술이 요구되고 있다.본 연구에서는 SCM415강을 이용하여 플

라즈마 질화처리를 하였으며, 플라즈마 질화는 N2분위기에서

H2와 Ar의 량을 일정한 비율로 주입하여 공정온도와 공정시간

을 변화시켜 진행하였다. 공정 진행중 시편의 표면온도를 실시

간으로 측정하여 도출된 활성화 에너지를 이용한 제어를 사용하

여 화합물층을 최소화 하면서 확산층을 최대로 하는 공정조건을

찾는 실험을 진행하였다.처리된 시편은 마이크로 비커스 경도계,

광학현미경을 통하여 10 um 미만의 화합물층이 생성되는 것을

확인하였고 유효경화층 150 um 가지며 800 Hv 이상의 표면경

도를 가지는 공정을 개발하였으며, 그 결과 화합물층 형성에 필

요한 활성화에너지는 133 kJ/mol로써 유효경화층의 활성화에너

지 29 kJ/mol 보다 높아 형성시 더 많은 에너지가 필요한 것

을 예상할 수 있었고 동일한 질화 조건에서 유효경화층이 화합

물층보다 더 빨리 성장하는 근본적인 이유를 알 수 있었다.

[P21-9]

극저온열처리를 통한 고탄소강 기계적 특성 향상: 고영건*, 김병

훈, 박주현, 이용환; 영남대학교.Keywords: High carbon steel, Sub-zero treatment, Mechanical

properties, Scanning electron microscopy (SEM), Electron

backscattering diffraction (EBSD)

본 연구에서는 다양한 극저온열처리 공정변수를 통한 고탄소

강의 미세조직 변화 및 기계적 물성향상에 대한 실험을 실시하

였다. 극저온열처리란 고온으로부터 상온으로 칭하는 일반적

인 공법과는 달리 0oC 이하 온도로 급격히 냉각시키는 공법으

로 현재 절삭공구강 및 고속도공구강과 같이 높은 표면경도를

요구하는 산업분야에서 활발한 연구가 진행되고 있는 신 열처리

공법이다. 이를 위해 950oC에서 30분동안 오스테나이징 균질화

처리된 고탄소강을 각각 -40oC, -180oC로 칭한 후 1시간동

308

안 극저온열처리를 실시하였으며, 이후 250oC, 2시간동안 템퍼

링을 수행하였다. 미세조직 분석을 통해 마르텐사이트 상분율이

증가함을 관찰할 수 있었으며, 이에 따라 미소압입경도 분석을

통해 기계적물성이 증가함을 알 수 있었다. 본 연구결과를 바탕

으로 향후 합금원소가 적은 고탄소강을 통한 공구강 제작이 가

능할 것으로 보인다.

Memo

309

[P22-1]

고압 비틀림 공정을 통한 벌크 비정질 합금 기지 복합재료의 물

성 변화 분석: 이제인*, 오현석, 박은수, 이진규1, Koichi Tsuchiya2 ;

서울대학교 재료공학부. 1공주대학교 신소재공학부. 2NationalInstitute of Materials Science.

Keywords: Bulk metallic glass, Composite, High pressure torsion,

Structural rejuvenation, Mechanical properties

고강도, 고탄성 및 고내식성의 우수한 특성으로 주목을 받고

있는 벌크 비정질 합금이 극단적인 취성 파괴로 인해 구조재료

로써의 적용에 제약을 보임에 따라, 냉간 압연, 숏 피닝과 같은

소성변형을 통해 비정질 합금의 자유 부피를 증가시키고 잔류응

력을 부여하여 합금 내 급작스런 전단 띠의 전파를 방지/제어하

는 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 특히, 고압 비틀림 변형

공정을 통해 벌크 비정질 합금에 강소성변형을 부여하는 경우,

자유 부피 및 전단 변형 영역의 형성을 유발하여 재료의 강도

감소를 유발하지만 이를 통해 벌크 비정질 합금의 인장 연신이

소량 향상되는 것으로 보고된 바 있다. 본 연구에서는 고압 비

틀림 변형 공정을 통한 벌크 비정질 합금 기지 복합재료의 강

소성 변형을 통해 고강도/고인성의 기계적 특성을 부여하고자

하였다. 비틀림 회전 수를 조절하여 재료의 변형량을 증가시킴

에 따라 비정질 합금 기지의 구조적 회복량이 증가하는 것과

더불어 기지 내 연질의 결정질 2 상은 미세화됨과 동시에 고르

게 분산되는 것으로 확인되었다. 복합재료의 고압비틀림 변형에

의해 나타나는 비정질 합금의 구조적 회복에 따른 기지의 강도

감소 및 결정립 미세화에 따른 결정질 2 상의 강도 증가에 의

한 재료의 기계적 특성 변화를 체계적으로 고찰하였으며, 이를

통해 강소성 변형에 의한 비정질 합금기지 복합재료의 미세조직

및 기계적 특성의 제어가 고강도, 고인성의 첨단 구조재료 개발

에 대한 새로운 가능성을 열 수 있을 것으로 기대된다.

[P22-2]

Analysis of Hollow-Cone Band High-Pressure Torsion

Process Using the Finite Element Method: See Am Lee*,

Ho Yong Um, Seong Lee1, Lee Ju Park1, Hyoung Seop Kim ;

Pohang University of Science and Technology (POSTECH).1Agency for Defense Development (ADD).

Keywords: Severe plastic deformation, High-pressure torsion,

Homogenization, Finite element method

In recent years, several emerging methods have been proposed

to produce ultrafine grained (UFG) or nanocrystalline metallic

materials by imposing severe plastic deformation (SPD) which

can apply shear strain. Materials with UFG microstructures show

outstanding mechanical properties such as high strength, high

fatigue strength, high strain rate, and low temperature

superplasticity. High-pressure torsion (HPT), the most promising

SPD process, has been studied in recent years due to its many

outstanding advantages. The HPT process has an ability to

impose an extremely high strain and hydrostatic pressure to

develop microstructures with high angle grain boundaries and

high intrinsic stresses. Hollow-cone high-pressure torsion (HC-

HPT) is a modification of the HPT process to produce hollow-

cone shaped products. However the HC-HPT process has

inhomogeneous strain distributions which result in

inhomogeneous microstructures and material properties. In this

study, hollow-cone band high-pressure torsion (HC-BHPT), a

new HC-HPT process, is developed to improve homogeneity of

microstructure by locally imposing shear strain and hydrostatic

pressure. Using the finite element method simulation, we analyze

stress and strain distributions for each step and compare these

results to the HC-HPT process results in order to evaluate the

homogenization process of HC-BHPT.

[P22-3]

A Study on the Production of Automotice Aluminum Heat

Shield by Roll Forming Process: Woo Jeong Sim*, Sung

Jin Park, Young Rim Choi, Jae Gi Sim1, Tae Wan Kim1, Dong

Kyu Kim2 ; SAEHAN INDUSTRIAL CO. LTD. 1HYUNDAI

MOTOR GROUP. 2DK SOLUTION CO. LTD.

Keywords: Roll forming, Heat Shield, Al composite panels

A recent Car parts trend is to use high performance and

lightweight materials in light of stricter environmental

regulations and a fuel-efficiency improvement. Accordingly,

lightweight materials and forming technology have been

developed. Roll forming technology used in this study is a

technology with a constant section or pattern and it is used to

manufacture sheet products. Because this technology has benefits

of improving qualities and high production rates, it is applied in

automotive, shipbuilding, and architecture industries. Thus, in

this study, high temperature heat from car engines was

intercepted by Al sheet and then thermal damages to other parts

were prohibited. High performance Al heat shield composite

panels which are able to reduce vibrations and noises that

passengers can recognize are also developed through roll forming

technology. The possibility to apply to car parts was verified by

manufacturing heat shield prototypes

[P22-4]

초고강도 핫스템핑소재의 국부연화에 따른 기계적성질변화: 박광

수*, 김숙환, 배충수1, 심우정2, 김동규3 ; 포항산업과학연구원. 1울산

테크노파크. 2(주)새한산업. 3(주)디케이솔루션.Keywords: Hot stamping, Die heating, Sheet forming, Local

softening, Martensite

핫스탬핑(Hot Stamping)은 보론(Boron)이라는 화학성분을 첨

가하여 경화능을 향상시킨 강재를 약 900oC 이상의 고온으로

가열하여, 프레스 금형에서 열간 성형과 급속 냉각을 동시에 실

시하여 마르텐사이트(Martensite) 변태를 통한 고강도의 부품을

제조하는 방법이다. 자동차에 주로 사용되는 600 MPa급 대비

2.5배 정도의 초고강도로서 소재 두께를 줄이는 경량화가 가능

하다. 하지만 핫스탬핑 부품은 TWB 부품과는 달리 전체가 동

일한 고강도임에 따른 충돌에너지 흡수가 취약해지는 단점으로

충돌에너지 흡수 및 주요부 침입 저지를 동시에 구현하기 위한

새로운 접합부 국부연화 공법이 필요하다. 본 논문에서는 접합

부 국부연화 열처리에 따른 기계적 성질 변화에 관하여 연구하

였다.

P22 : 소성가공Room 전시장, 10월 30일

310

[P22-5]

Aluminum Clad 소재의 Acoustic 특성 분석: 임옥동*, 강창우, 공

영식, 강남수, 홍수빈; (주)오토젠.Keywords: NVH, Clad metal, Acoustic

근래의 자동차 구매자들은 안락하고 쾌적한 자동차 환경을

중요한 구매요인으로 여기고 있다. 자동차 업계에서는 변화하는

소비자의 요구를 충족시키기 위해, 다양한 NVH 개선 기법이

연구 중이다. 본 연구는 Aluminum을 활용한 Clad Metal을

차체 소재로 적용함으로써, NVH특성을 개선하는 동시에 경량

화 효과까지 향상시키고자 하였다. Aluminum-Clad계 소재의

NVH특성 연구를 위해, 소음 차폐 시스템을 개발하고, 100~

1,200 Hz의 100 dB 소음원을 생성하였다. 실험 소재는 Aluminum

과 Steel을 응용한 Clad계 소재로써, 0.5~2.2 mm까지 다양한

두께와 조합으로 제작하였다. 이후 준비된 소재로 소음원을 차

폐 한 뒤 음압의 차이를 주파수 영역별로 관찰 하였다. 이를

통해 Clad계 소재의 소음 차폐 특성 Data를 확보하였으며, 경

량화 대비 소음 차폐 효과를 평가하였다.

[P22-6]

두 개의 Ti-3Al-2.5V 튜브의 초소성성형/확산접합으로 제조된 T

형 구조물의 접합부 미세조직 관찰: 이상용*, 유원규, 유영훈1 ; 국

립안동대학교 신소재공학부. 1(주)탈리스.Keywords: Ti-3Al-2.5V, Superplastic forming, Diffusion bonding,

Microstructure

본 연구에서는 Ti-3Al-2.5V 합금으로 된 두 개의 튜브를 이

용하여 T형의 직각형태 구조물로 제조하는 초소성성형/확산접합

기술 개발의 예를 보여주고자 한다. 본 기술에서는 고온에서의

초소성성형과 확산접합이 동시 또는 연속적으로 수행되는 것이

특징이다. 즉, 항공기의 하니콤 구조의 예처럼 초소성성형으로

필요한 형상을 제조한 후 2차 공정으로 확산접합을 수행 하는

것과는 다르다. 동시 또는 연속적으로 수행된 Ti-3Al-2.5V 합

금 튜브의 초소성성형/확산접합에서 나타나는 주요 접합부의 부

위별 미세조직을 관찰하여 기술의 특성을 이해하고자 하였다.

[P22-7]

압연 후 열처리된 Al-Si-Mg 합금의 미세조직 및 기계적 특성:

이성희*, 김정한, 유효상, 안무종, 양지훈, 황주연; 목포대학교.Keywords: Annealing, Casting, Rolling, Aiuminium alloy,

Recycle

최근 환경오염 문제와 에너지 고갈 등의 문제로 인하여 수송

기기의 경량화 및 재활용 소재의 기술 개발이 활발히 이루어지

고 있으며, 특히 자동차의 경량화는 피할 수 없는 당면과제로

급부상 하고 있다.수송기기용 알루미늄 합금은 상변태를 이용한

주조용 알루미늄 합금과 소성가공을 이용한 전신용 알루미늄 합

금으로 나누어 개발되고 있으며, 수송기기에 적용되는 합금만

20종이 넘는다고 알려져 있다.그중 차체와 섀시 부품의 경우 주

조재와 전신재를 접합하여 사용하기 때문에 재활용과 경량화 부

분에서 어려움을 겪고 있다. 따라서 새롭게 주조-전신 겸용합금

이 개발되게 되면 폐부품의 재활용이나 수송기기 경량화로 인한

에너지 절감 등의 문제는 물론 합금원소 함량제한, 유동성 부족,

Fe 함량, 편석, 전용 접합 기술의 부재 등의 문제의 해결도 용

이해 진다. 따라서 본 연구에서는 주조-전신 겸용합금 개발을

목표로 하여 Al-Si-Mg 알루미늄 합금을 495oC에서 24시간 균

질화 처리를 한 후 두께 4 mm, 폭 3 mm, 길이 100 mm의

판재로 가공하여 압하율 75%로 다패스 압연을 진행해 압연 가

공성 평가를 실시하였으며, 온도 별로 30분간 열처리 후 공냉

하여 각 시편의 미세조직 및 기계적 특성을 분석하였다.

Memo