Cold Spray 코팅의 Al-Ni, Al-Ti 중간상 화합물 형성에 대한 코팅 압력 조건의 효과
Effect of gas pressure on Al-Ni, Al-Ti intermetallic compounds formation of cold sprayed coatings
- 주제(키워드) cold spray + pressure + intermetallic compounds + kinetic spray
- 주제(KDC) 530
- 주제(DDC) 620
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 고경현
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 재료공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
콜드스프레이의 가스 압력 조건의 변화에 따른 코팅층의 물성 변화와 결함의 형성 그리고 이것에 의한 중간상 화합물 형성의 변화에 대한 연구가 실행되었다. 코팅층의 물성은 콜드스프레이의 공정조건에 의하여 변화되고, 이중에서도 가스압력은 코팅층의 물성을 좌우하는 가장 중요한 공정조건이다. 가스압력에 의한 효과를 조사하기 위해 Ni, Ti 기판위에 0.7MPa부터 2.5MPa까지 압력을 변화시켜 Al layer를 코팅하여 계면에 대한 분석을 실시하였다. 추가적으로 composite 내에서 압력변화에 대한 금속간 화합물 형성에 대한 변화의 연구를 위하여 Al-Ni, Al-Ti mixed powder를 이용한 composite 코팅을 실시하여 분석하였다. Ni 기판위의 Al layer 코팅의 경우 압력이 감소할수록 코팅되지 않는 입자가 증가하여 peening효과가 증가하게 된다. 이로 인해 코팅층은 높은 경도와 전위밀도를 가지고 이것은 연속적인 중간상 화합물 형성을 가져온다. 반대로 코팅압력이 증가 할수록 peening 효과가 감소하게 되고 낮은 전위밀도를 가지게 된다. 이것은 국부적인 중간상 화합물을 형성하게 되는 이유이다. 저압의 코팅막은 peening효과에 의해 높은 밀도의 코팅막을 가지게 되고, 입자간의 계면이 cold welding되어 계면의 부피가 줄어들게 되어 bulk diffusion을 통하여 금속간 화합물이 형성되게 된다. 하지만 고압조건의 코팅에서는 loose한 코팅막을 형성하여 입자간 계면을 유지하게 되고, 이것이 high diffusivity path로 작용하게 된다. 이것이 고압조건의 Al 코팅이 두꺼운 중간상 화합물을 형성하게 되는 이유이다. Ti기판위의 Al layer 코팅의 경우 Ti 기판의 높은 경도와 이로 인한 peening효과와 Al 코팅층의 전위밀도 증가, Al-Ti 금속간화합물의 낮은 형성에너지(critical nucleation energy)로 인해 모든 압력조건에서 연속적인 금속간 화합물을 형성했다. 또한 Al-Ti의 낮은 상호 확산지수로 인해 압력 차이에 의한 금속간 화합물의 두께차이는 관찰 할 수 없었다. Al-Ni mixed composite 코팅의 경우 저압에서 peening 효과에 의해 증가된 열역학적 불안전성에 의한 상태도 강하로 eutectic pore의 생성이 고압에 비해 크게 증가되었다. 한편 Al-Ti mixed composite은 상태도에서 공정구간이 존재하지 않기 때문에 pore의 생성은 관찰 할 수 없었다. 하지만 Ti의 높은 코팅 임계 속도에 의해 1.5MPa까지 높은 경도와 peening효과의 흔적을 관찰 할 수 있었다. 반응 생성물을 관찰하기 위해 XRD를 측정하였으며, 미세구조를 관찰하기 위하여 SEM과 EDX로 관찰하였다. 전체적인 반응의 경향을 살펴보기 위해 광학현미경을 통해 관찰하였으며, 압력에 따른 코팅 morphology확인을 위하여 Charpy Test로 파단 하여 각 시편의 파단면을 관찰하였다. 이것으로 압력변화에 따라 코팅층의 물성 변화와 금속간 화합물의 생성에 변화가 있다는 것을 관찰하였다.
more목차
1. 서 론 1
2. 이론 고찰 2
2-1. Cold Spray 역사와 동향 2
2-2. Cold Spray 코팅의 원리 3
2-3. Cold Spray 코팅막의 특징 7
3. 실험 방법 10
3-1. 실험재료 10
3-2. 시편제작 12
3-3. 코팅막의 분석 16
3-3-1. XRD 분석 16
3-3-2. EDS 분석 16
3-3-3. OM 분석 16
3-3-4. Fractography 관찰 17
3-3-5. Hardness Test 17
3-3-6. Image Analysis 17
4. 결과 및 고찰 18
4-1. Al layer on Ni substrate 18
4-1-1. Al layer on Ni substrate의 XRD 분석 18
4-1-2. Al layer on Ni substrate의 EDX 분석 22
4-1-3. Al layer on Ni substrate의 OM 분석 26
4-1-4. Al layer on Ni substrate의 파단면 분석 34
4-1-5. Al layer on Ni substrate의 경도시험 39
4-2. Al layer on Ti substrate 41
4-2-1. Al layer on Ti substrate의 XRD 분석 41
4-2-2. Al layer on Ti substrate의 EDX 분석 45
4-2-3. Al layer on Ti substrate의 OM 분석 49
4-2-4. Al layer on Ti substrate의 경도시험 56
4-3. Al-25wt% Ni coating on Al substrate 58
4-3-1. Al-25wt% Ni coating on Al substrate의 XRD 분석 58
4-3-2. Al-25wt% Ni coating on Al substrate의 EDX 분석 62
4-3-3. Al-25wt% Ni coating on Al substrate의 OM 분석 66
4-3-4. Al-25wt% Ni coating on Al substrate의 파단면 분석 76
4-3-5. Al-25wt% Ni coating on Al substrate의 경도시험 78
4-4. Al-5wt% Ti coating on Al substrate 82
4-4-1. Al-5wt% Ni coating on Al substrate의 XRD 분석 82
4-4-2. Al-5wt% Ni coating on Al substrate의 EDX 분석 86
4-4-3. Al-5wt% Ni coating on Al substrate의 OM 분석 90
4-4-4. Al-5wt% Ni coating on Al substrate의 파단면 분석 98
4-4-5. Al-5wt% Ni coating on Al substrate의 경도시험 100
5. 결 론 104
Reference 107
