SiC 입자강화 6061 알루미늄 복합재료의 미세조직적 파괴기구에 관한 연구

김헌주 漢陽大學校 1991 국내박사

무가압침투법에 의해 제조된 탄화물 입자강화 6061 및 7075 AI 합금 기지 복합재료의 미끄럼마멸 거동

강신철 國民大學校 大學院 2003 국내박사

금속기지 복합재료(MMCs)는 기지 금속에 비하여 높은 비강성 및 비강도를 지니므로 우주항공산업, 방위산업 및 자동차산업 등으로 적용분야가 점차 확대되고 있다. 또한 이 소재는 우수한 마찰과 마멸특성 및 열적 안정성을 겸비하므로 수송기기의 엔진, 브레이크 로터, 실린더 라이너 등과 같은 마찰학적 조건이 격심한 응용분야에 적용될 수 있다. Al 기지 복합재료의 마멸특성은 지난 10 여 년 간 많은 연구자들에 의해 연구되어왔다. 재료의 마멸특성이 그 시험 조건에 따라 크게 달라지는 것은 잘 알려져 있는데, Sannino와 Rack은 여러 연구자들이 발표한 Al 기지 복합재료의 마찰과 마멸거동의 연구들을 종합하여, 적용하중, 미끄럼속도, 시험온도, 상대재의 종류 등과 같은 외적인 요소와 강화상의 종류, 크기, 부피분율 및 형태 그리고 기지 조직 등과 같은 내적인 요소가 모두 복합재료의 마멸특성에 영향을 미친다고 보고하였다. 일부 일치하지 않는 결과들도 있으나, 일반적으로 복합재료의 마멸속도는 기지 금속에 비하여 낮고, 미소마멸(mild wear)에서 격렬마멸(severe wear)로의 천이가 발생하는 임계 하중이 복합재료에서 증대되는 것으로 알려져 있다. 이와 함께 몇몇 연구자들은 강화상의 부피분율이 증가하고 크기가 증가하면 마멸속도가 감소한다는 연구결과도 보고하였다. 일반적으로 Al 합금과 Al 기지 복합재료의 마멸 거동은 미소마멸(mild wear)과 격렬마멸(severe wear)의 두 형태로 나눌 수 있다. 그 실험 조건에 따라 다르지만, 강(steel)을 상대재로 한 건식 미끄럼 마멸의 경우 미소마멸에서 격렬마멸로의 천이는 주로 적용하중과 미끄럼 속도에 의존한다. 이 두 형태의 마멸 특성은 이미 잘 알려져 있는데, 미소마멸 거동을 보인 마멸면의 중요한 특성중의 하나는 상대재에서 천이된 Fe가 접촉 표면에서 기지와 기계적으로 혼합된 산화물 층, 즉 MML (Mechanically Mixed Layer)의 형성이다. 이에 반해 격렬마멸 시에는 접촉표면에서 MML이 형성되지 않고 오히려 상대재로 기지금속의 천이가 발생하며, 큰 소성변형에 의한 표면손상이 수반된다. 한 예로 Zhang과 Alpas는 6061 Al 기지 합금의 미소마멸에서 격렬마멸로의 천이를 연구하였다. 그들은 이 천이가 적용하중, 미끄럼 속도 그리고 미끄럼 거리에 따라 발생하며, 접촉 표면온도가 Al 합금의 용융 온도의 약 0.4배를 초과 할 때 천이가 발생됨을 관찰하였다. 그들은 격렬마멸은 재료의 열적 연화에 의해 발생하는 많은 양의 소성변형과, 미소마멸은 MML의 형성과 파괴와 관련된다고 설명하였다. 강화상에 따라 강화상의 파괴인성 및 경도가 각기 다르고 또한 복합재료의 제조방법과 제조 조건에 따라 기지와 강화상 계면에 발생하는 계면생성물이 각각 다르기 때문에 강화상/기지의 계면강도는 차이가 있다. 따라서 복합재료에 첨가되는 강화상과 복합재료의 제조방법은 마멸거동을 결정짓는 중요한 변수가 된다. Yang과 Chung은 강화상과 기지간의 계면강도가 마멸특성에 큰 영향을 미친다고 주장하였다. Alpas와 그 동료들은 적용하중에 의존하는 복합재료의 세 마멸 영역에 주시하였는데, 복합재료는 낮은 하중에서 강화상의 하중지지 효과와 MML의 형성 때문에 기지 합금에 비하여 낮은 마멸속도를 나타내고(영역 Ⅰ), 하중이 증가함에 따라 강화상이 파괴되고 강화상/기지 계면에 균열생성이 촉진되어 복합재료는 기지 합금과 유사한 마멸속도를 보이고(영역 Ⅱ), 마지막으로 더 높은 하중에서, 접촉 표면 온도가 임계 값에 도달했을 때 발생되는 복합재료의 격렬 마멸로의 천이는 기지 합금보다 더 높은 하중과 온도에서 발생하고 강화상의 부피분율이 증가하면 천이 하중이 증대된다고 그들은 보고하였다(영역 Ⅲ). 이와 유사하게 Chen과 그 동료들은 용융 교반법에 의해 제조된 NiAl과 SiC 입자로 강화된 Al 기지 복합재료의 미끄럼 마멸시험을 행하고 이와 비슷한 결과를 보고하였다. Alpas 등은 SiC 와 Al2O3 입자로 강화된 Al 기지 복합재료의 마멸거동을 연구하고 SiC 입자강화 복합재료의 내마멸성이 우수하다고 발표하였다. 그들은 이 결과는 Al2O3 강화상과 비교하여 SiC 강화상의 경도와 파괴인성이 높기 때문으로 해석하였다. Sato와 그 동료들은 다양한 종류의 강화입자로 강화된 복합재료의 마멸특성에 대해 조사하였고, SiC, TiC, Si3N4 및 Al2O3 입자로 강화된 복합재료는 기지 합금보다 더 높은 내마멸성을 보이고, 이중에서도 TiC 강화상의 입자강화 효과가 SiC 입자강화 효과보다 근소하게 높인다고 보고하였다. Roy와 그 동료들은 20% 부피분율의 SiC, TiC, B4C 그리고 TiB2 입자로 강화된 Al 기지 복합재료를 분말야금법으로 제조하고, 복합재료의 강화상의 종류가 미끄럼 마멸거동에 미치는 영향을 자세히 연구하였는데, 이들은 시험된 복합재료 중 TiC 입자로 강화된 시편의 내마멸성이 다소 낮다고 보고하면서, 복합재료의 마멸속도는 강화상의 크기와 종류에 의존하지 않는다고 결론지었다. 이에 반하여 Shipway와 그 동료들은 주조법에 의해 제조된 TiC 입자강화 356 Al 합금 기지 복합재료와 Duralcan사에서 제조된 동일 기지를 갖는 SiC 입자강화 복합재료의 미끄럼 마멸거동을 비교 연구하고, TiC 입자강화 복합재료가 더 높은 내마멸성을 갖는다고 보고하였다. 그들은 이러한 결과를 비록 TiC와 SiC 입자강화 복합재료의 마찰계수는 유사하였지만, TiC 입자강화 복합재료의 경도가 SiC 입자강화 복합재료 보다 더 높기 때문으로 설명하였다. 세라믹 입자강화 알루미늄 복합재료는 대부분 주조법과 분말야금법을 이용하여 제조되고 있다. 그러나 이 제조법들은 강화상의 손상과 편석으로 인해 기계적 성질이 크게 저하되는 문제점을 지닌다. 무가압침투법으로 알루미늄 기지 복합재료를 제조하면 강화상의 부피분율 조절이 용이함으로 높은 강성률, 마멸저항 및 낮은 열팽창계수를 목적으로 하는 경우, 세라믹상의 부피분율을 50% 이상으로 높게 할 수 있고, 매우 균일한 세라믹상의 분포를 얻을 수 있다. 또한, 강화상으로 첨가되는 세라믹상의 종류 및 형태와 관계없이 복합재료를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구는 무가압침투법으로 제조된 6061 및 7075 Al 합금 기지 복합재료의 마멸특성 분석을 목적으로 수행되었다. 하중과 마멸 상대재를 변수로 미끄럼 마멸시험을 행하여 탄화물 입자강화 복합재료의 강화상의 종류, 크기 및 부피분율의 영향과 T6 열처리를 통하여 미세조직이 마멸특성에 미치는 영향 그리고 마멸 상대재에 따라 마멸면에 형성된 산화물층이 마멸속도 천이에 미치는 영향을 분석하였다. 구해진 미끄럼 마멸시험 결과는 6061 및 7075 Al 합금 기지 복합재료의 압축 시험을 통하여 얻어진 기계적특성과 연계하여 분석되었고, 마멸면 직하의 미소경도를 측정하여 기지의 특성 변화를 분석하였다. 또한 마멸면과 마멸단면 그리고 마멸입자를 SEM, TEM 및 EDS로 분석하여 마멸기구를 고찰하였다. Dry sliding wear behavior of SiC, TiC and B4C particle reinforced 6061 and 7075 Al matrix composites that were manufactured by a pressureless infiltration technique was investigated. Pin-on-disk wear tests were performed on the composite disk specimens against hardened AISI 52100 steel and alumina balls at various applied loads. Wear resistance of the composites was always higher than that of the monolithic alloy under all test conditions. The resistance increased with the increase of the size and volume fraction of the reinforcing particles. Subsurface deformation and delamination of the deformed (comminuted) layer was a major wear mechanism of the composites at high wear rates, while at low wear rates, the composites displayed abrasive wear. Among the composites, the SiC reinforced composite showed the lowest wear resistance. Wear resistance of all the composites increased remarkably after T6 heat treatment, which was explained by the suppression of subsurface deformation in the heat-treated composite matrix. At low loads, the wear rates of the composites worn against a steel counterpart were lower compared with those worn against a alumina counterpart because of the formation of the MML (Mechanically Mixed Layer) that transferred from the steel counterpart on contact surface in the former case. But at intermediate loads, the wear rates of the composites worn against a steel counterpart reversed because in the composites worn against a steel counterpart, the MML was fractured and adhesion force between the composite specimen and steel counterpart was more strong than that between the composite specimen and a alumina counterpart. On the other hand, at high loads, the wear rates of the composites were similar to both of the counterpart materials because in this regime, the wear rates were controlled by massive plastic deformation rather than the effects of mechanical properties of counterpart materials.

粒子强化マグネシウム基複合材料に關する硏究

임석원 名古屋大學 1993 해외박사

본 논문에서는 금속의 용해, 입자첨가및 교반의 프로세스가 간단한 용탕교반법을 이용하여,입 자강화마그네슘기복합재료에 있어서 중요인자인 입자혼입시간및 입자분산상태에 미치는합금원소응�검토함으로써 최적제조조건을 찾고, 그 조건에서 제작된 입자강화마그네슘기 복합재료의 기계을 측정함과 동시에 이 재료특성의 관점에서 본 용탕교반법의유효성에 대해 연구하여 이하에 요쒼掃隙�얻었다. 제2장에서는, 용융마그네슘중SiC입자 분산거동에 미치는 합금원소의 영향에 대해였다. 순마그네슘중으로의 SiC입자혼입시간은 순알루미늄의 경우에 비해 현저히 짧고, 입자분산뺑藍逑臼눼� 또한, Al,Cu,Si의 첨가량이 증가함에 따라 입자혼입시간은 조금씩 길어지는데, 입자봇〈째탔�영향을 미치지 않는다. 특히, 용탕중에 Ca을 첨가함에 따라 입자혼입시간이 점차로점차지며, 입자분산상태도 매우 나빠졌다. 제3장에서는, SiC 입자강화마그네슘기복합재료의기계적 특치는 각종 인자의 영향에 대해 검토하였다. 특히, 마그네슘기복합재료에관한한 용탕교반법으로 �iC 입자강화복합재료의 강도는, 용탕단조법으로 제작된위스커강화복합재료와 필적하며, 제조방뮌�옳求募�것이 판명되었다. 제4장에서는,용융마그네슘중 Tic 입자분산거동에 미치는 합금원소염愾鄂臼눼� 특히, TiC 입자는용탕중에서 안정하기 때문에, Sic입자의 경우와는 달리 Ca에 의한 산상태의 악화는나타나지 않았다. 제5장에서는, Tic입자강화마그네슘기복합재료의 기계적 특성에합금원소의 영향에 대해 검토하였다. 이상, 본 논문에서는, 용탕교반법에 의한 입자강화마그네슘재료의 제조를 시도하여, 입자혼입시간및 입자분산상태에 미치는 합금원소의영향, 또한 입경, 입합률, 교반시간, 응고속도등의 영향에 대해 검토함으로써,입자강화마그네슘기복합재료에 대한 최조건을 제시하였다. 또한 그 제조조건에서제작된 SiC 입자 및 Ti 입자강화복합재료의 기계적 특성壙� 저코스토로 경량화를추구하는 자동차부품용 재료에 적합하다고 사려된다.

Study of Fabrication Process, Aging Behavior and Wear Resisting Property in Al/SiCp Composites by Squeeze Casting

김완기 Chonbuk University 2000 국내석사

최근 금속기 복합재료 중 SiC 입자강화 알루미늄 복합재료가 널리 연구되어 활용되고 있다. 이러한 입자강화 복합재료는 whisker 및 섬유강화복합재료에 비해서 이방성이 적고 소성가공성이 좋으며 제조비가 저렴하다는 장점과 함께 기지금속내에 분산된 입자의 경도 및 내 열성에 의한 우수한 내열 및 내마멸 특성을 지니기 때문에 주로 내열 및 내마멸성이 필요한 자동차, 우주항공의 엔진부품인 피스톤, 팬블레이드 등으로 사용되고 있다. 본 실험에서는 우수한 내열 및 내마멸 특성을 지니는 Al-Si-Cu-Mg 기지금속에 첨가원소의 영향을 관찰하였다. 또한 강화입자의 크기에 따른 복합재료의 기계적 성질과 시효특성, 미세조직의 변화를 조사하였다. 실험결과 복합재료의 경도값은 시효상태에서나 주방상태에서 SiC 입자의 크기가 줄어들수록 높아지는 결과를 나타냈으며 이는 SiC 입자의 균일한 분포에 의한 것으로 사료된다. 또한 복합재료의 시효특성을 보면 SiC 입자의 크기가 줄어들수록 최대경도값을 나타내는 시효시간은 단축되는 결과를 나타내었다. 이는 강화재의 동일한 분률에서 SiC 입자의 크기가 줄어들수록 도입된 전위의 밀도가 증가 한데서 비롯된 결과로 생각된다. 복합재료에서 첨가원소의 영향을 보면 Ni을 첨가한 복합재료가 내열성 및 내마멸성이 향상되었다. The current trends of R/D on new Al-composites have been carried out to apply the excellent properties of ceramic fiber and particle for metal matrix composites (MMCs). Nowadays, it is considered that the desired complex properties to endure the given extreme performance conditions can be obtained by the combination of properties of Al alloy and ceramic. Particularly, ceramic particle reinforced composites have good characteristics that is good formability, lower fabrication cost, good heat and wear resistant due to unique particle's properties and dispersion as compared to the fiber reinforced composites. As of the most promising MMCs, Al-composites will be excellent engineering materials in the nearest future. For necessity of good heat and wear resistance properties for new industrial materials, that is, automobile brake system parts, etc. This is mainly to offer the applying data and manufacturing techniques of Al-Si-Cu-Mg-(Ni)-SiCp composites which have excellent heat and wear resistance properties for industrial articles by combination of alloying design and squeeze casting. Also, this study aims to investigate the effects of alloying elements and heat treatment on the microstructures and wear and heat resistance of Al-Si-Cu-Mg-(Ni)-SiCp manufactured by duplex process developed in this study, which consists of squeeze- infiltration (1st process) and squeeze casting(2nd process). The hardness increased according to the decrease of SiC particle size in both as cast specimens and aged specimens owing to homogeneous distribution of the fine SiCp. And aging time obtained the maximum hardness was shortened in 3㎛ SiCp reinforced Al composite because of high density of dislocation. But composite with 10㎛ SiCp have the lowest wear amount out of composites with 3㎛, 5㎛ and 10㎛. Composites with 10wt.% SiCp(3, 5 and 10㎛) decreased wear amount according to the increase in the sliding speed because abrasive wear occurs in high sliding speed and wear debris with block type occurs in low sliding speed.

AZ91D 마그네슘 合金과 bimodal SiC粒子强化 Mg기 復合材料의 流動性 및 機械的 特性에 關한 硏究

배철홍 成均館大學校 大學院 2002 국내석사

Recently, reduce of natural energy resources and environmental pollution problems are issued in global society. These problems amplify a sense of impending crisis for the survival of mankind. Therefore the world makes an effort to restrain environmental pollution by strengthening restrictions. Especially the exhaust fumes of transportation vehicles are indicated as a major greenhouse factor. For that reason lightweight activity of vehicles are fast dispersed by CAFE(Corporate Average Fuel Efficiency) restriction. Thereby lightweight programs of automobile components for expense efficiency elevation of the fossil fuel are proposed and visible results appeared. Magnesium alloys are the lightest structural metal and therefore are very suitable for application in the transportation industry. For example, Volkswagen 3l-Lupo and the Audi A2 have air-cooled engines and gearboxes which are the main components that are produced using the Mg alloys AS41, AZ81 and make up of roughly 20kg of the vehicle weight. Magnesium alloy components are usually produced by various casting processes. The most applicable methods are high-pressure die-casting and gravity casting, particularly sand and permanent mold casting. Magnesium alloys offer particular advantages for casting processes. Most alloys show high fluidity, which allows the casting of intricate and thin-walled parts. Magnesium has a low specific heat per unit volume compared with other metals, thereby allowing faster cycle times and reduced die wear. They have high gate pressures because of the low density of magnesium, and iron from the dies has very low solubility in magnesium alloys, which is beneficial because it reduces any tendency to sticking. Besides, composites consisting of SiC particle reinforced Mg are of particular current interest, because of their potential as low weight, high modulus and strength, high wear resistant materials. Another advantage is processing flexibility, since these composites can be processed via a conventional foundry route. In the latest study, main emphasis is to develop a complete production line in the molten state for particle reinforced magnesium. The RCM(Rotation-Cylinder Method) allows the production of the U-shaped laminar melt surface even at high rotation speed. The melt surface shape of the RCM significantly reduces particle agglomerations and gas entrapment so that a sound composite can be produced in conjuction with gravity permanent or investment casting. Gravity casting is also one of the reasonable solutions for the composites that suffer difficulties in machining and forming in the solid state due to the presence of SiC particles and the HCP structure of magnesium. In this point of view, this study focus on the gravity casing for the economical practical usage of magnesium alloy and particle reinforced magnesium composite. when the gravity casting applied for the shaping process fluidity of the melt operates major factor for sound castings acquisition. Melt and mold preheating temperature are the major factor of fluidity. In this point of view, Casting conditions of commercial AZ91D magnesium alloy are varied. Based on the above results, bimodal SiCp/AZ91D composite is fabricated by RCM. For the tailoring of the composite effect, fracion of the reinfocement is fixed but mixing ratio is varied. Fluidity, microstructure and mechanical properties of the gravity cast AZ91D magnesium alloy and bimodal SiCp/AZ91D composite are investigated with regard to melt temperature and mold preheating temperature. Fluidity was measured by a spiral fluidity mold. The microstructural features were investigated by optical, scanning electron microscopy(SEM) with energy dispersive spectroscopy(EDS). Mechanical properties with hardness, tensile strengthand proof strength, grain shape and size of the as-castings were also evaluated. Finally, casting parameters for gravity cast AZ91D magnesium alloy and bimodal SiCp/AZ91D composite are optimized.

3D 프린팅용 방사선 차폐 복합 필라멘트 개발과 응용에 관한 연구

최우전 부산가톨릭대학교 대학원 2020 국내박사

목적: FDM방식은 타 방식보다 장치의 구조와 프로그램이 간단하여 가격과 유지보수에 대한 비용이 낮으며 다양한 제품 제작이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 장점 때문에 국내 프린트 산업의 가장 높은 점유율을 차지하고 있으며 주된 재료로 사용되는 열가소성 플라스틱이 가장 높은 점유율을 차지하고 있다. 하지만 프린팅 된 고분자 제품은 기하학적 복잡성을 가질 수 있고 기계적 강도와 기능성 부재는 광범위한 응용분야의 여전히 큰 과제로 남아 있다. 이에 다양한 분야에서 요구되는 기계적인 특성 및 기능적인 특성을 구현하기 위해서 고분자 바탕재(Matrix)에 단섬유 또는 기능적 입자의 강화재(Reinforcement)로 복합하는 복합과정의 재료화를 하는 게 가장 효율적이며 효과적인 방법론으로 거론되고 있다. 그중 금속 입자 강화 복합재료는 주로 금속분말을 입자 강화재로 사용하여 만든 복합재료 필라멘트가 있다. 금속의 높은 원자번호와 밀도는 방사선 차폐효과를 가져올 수 있다. 이에 본 연구는 금속 입자가 함유된 필라멘트 물성과 방사선 차폐능력을 평가한다. 이를 토대로 바탕재의 종류를 바꿔 필라멘트를 제작하여 인장강도, 밀도, X선 회절분석, 무게 및 방사선 차폐능력을 평가하여 3D 프린트를 통해 방사선 차폐체의 제작의 기초자료를 제공하고자 한다. 재료 및 방법: 첫 번째로 금속입자 강화재가 함유된 금속 필라멘트 5가지를 선정 후 ASTM의 평가방법을 이용하여 인장강도, 밀도, X선 회절 분석, 무게측정 및 방사선 차폐능력을 알아보았다. 두 번째로, 앞선 연구를 토대로 새로운 바탕재인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 비스무트 분말(Bi)을 선정하고 필라멘트 압출기를 통하여 복합 필라멘트를 제작하여 인장강도, 밀도, X선 회절분석, 무게측정 및 방사선 차폐능력을 평가하였다. 결과: 금속입자가 함유된 복합 필라멘트의 시험편출력 후 물성 평가 및 방사선 차폐능력 평가이다. 각 필라멘트의 출력의 난이도는 PLA보다 ABS가 더 까다로웠으며 ABS계열 출력 시 수축이 잘 일어나 배드 온도가 높아야지 출력이 성공하는 것을 확인할 수 있었다. 물성평가 중 인장강도는 PLA + SS가 가장 높았고 ABS + W가 가장 낮음을 확인 할 수 있었으며 이는 바탕재의 성질에 따라 다르게 나타나는 것으로 확인 되었다. 복합필라멘트의 밀도는 ABS + W가 3.13 g/cm3 가장 높게 나타났으며 실효 원자번호가 높고 밀도가 높을수록 밀도가 높은 것을 확인 하였다. X선 회절 분석 결과 시험편 표면에 대한 패턴이 각 입자 강화재 분말 금속의 패턴과 일치함을 확인 할 수 있어 프린트된 시험편이 분말금속이 함유되었음을 확인하였다. 3D 프린트 복합 필라멘트별 차폐효과는 ABS + W, ABS + Bi, HDPE(60%) + Bi(40%), PLA + SS, PLA + Cu, HDPE(70%) + Bi(30%), HDPE(80%) + Bi(20%), PLA + Al의 순서로 실효 원자번호 밀도에 비례하여 높은 선량감소효과를 보였다. 새롭게 개발된 HDPE(60%) + Bi(40%) 필라멘트는 PLA + SS와 ABS + Bi 사이의 차폐능력을 확일 할 수 있고 무게는 동일 두께 대비 ABS + W의 약 1/3 수준임을 확인할 수 있었다. 결론: 본 연구에서는 강화재로 금속 분말이 함유된 금속입자 복합 필라멘트는 방사선의 차폐능력을 가지는 것이 확인되었으며 가격이 낮고 재활용이 가능한 HDPE를 바탕재로 하는 복합 필라멘트의 방사선 차폐능력을 확인함으로써 향후 방사선 차폐용 필라멘트의 사용가능성을 확인하고 3D 프린트를 활용한 방사선 차폐체 제작의 기초자료로 활용될 것으로 생각된다. Purpose: Compared with other methods, the FDM method has a simpler structure and program, which lowers the cost and maintenance cost of the device and enables the production of various products. Because of this advantage, it occupies the highest share in the domestic printing industry, and thermoplastics used as the main material occupies the highest share. However, printed polymeric products can have geometrical complexity and mechanical strength and functional absence remain large challenges for a wide range of applications. In order to realize the mechanical and functional properties required in various fields, it is considered as the most efficient and effective methodology to materialize the complex process that combines the reinforcement of short fibers or functional particles with the polymer matrix. Among them, the metal particle-reinforced composite material mainly includes a filament of a composite material made of metal powder as the particle reinforcement material. High atomic numbers and densities of metals can lead to radiation shielding effects. Therefore, this study evaluated the physical properties and shielding ability of filaments containing metal particles, fabricated filaments by changing the type of base material, and evaluated the physical properties and shielding ability of radiation through basic 3D printing. Material and Methods: Firstly, after selecting five metal filaments containing metal particle reinforcing materials, to evaluate the properties of tensile strength, density, XRD, and weight measurement and to evaluate the radiation shielding ability using ASTM evaluation method, The radiation shielding rate was obtained according to the flow test method. Second, based on the previous research, high-density polyethylene (HDPE) and bismuth powder (Bi) were selected, and composite filaments were fabricated through a filament extruder to evaluate radiation shielding ability along with tensile strength, density, XRD and weight measurement. Results: Evaluation of physical properties and radiation shielding capacity after specimen output of composite filaments containing metal particles. The difficulty of output of each filament was more difficult than ABS than PLA, and it was confirmed that the output was successful when the temperature of the bed was high because the shrinkage occurred well during the output of the ABS series. Tensile strength of PLA + SS was highest and ABS + W was lowest among the physical properties, which was found to be different depending on the properties of the substrate. The composite filament had the highest density of ABS + W (3.13 g / cm3) and the higher the effective atomic number and the higher the particle reinforcement density, the higher the density. XRD results confirmed that the XRD peak pattern of the particles on the surface of the specimen coincided with the pattern of each particle reinforcement powder metal, and confirmed that the printed specimen contained powder metal. Shielding effect of 3D printed composite filaments showed high dose reduction effect in proportion to effective atomic number density in the order of ABS + W, ABS + Bi, PLA + SS, PLA + Cu, PLA + Al. Based on this, a composite filament was fabricated and evaluated by mixing new high density polyethylene (HDPE) and bismuth (Bi). Tensile strength was slightly lower than ABS and density was higher than PLA + Al. The radiation shielding performance can confirm the shielding ability between PLA + SS and ABS + Bi, and confirmed the radiation shielding performance, and the weight was about 1/3 of ABS + W compared to the same thickness. Conclusion: In this study, it was confirmed that metal filament composite filament containing metal powder as reinforcement had radiation shielding ability and radiation shielding ability of composite filament based on low cost and recyclable HDPE was confirmed. It is expected to be used as a basic data for confirming the availability of filament and for manufacturing radiation shield using 3D printing.

Al복합재료의 Rheo-compocasting시 강화입자와 기지금속의 합체에 관한 연구

양기일 漢陽大學校 大學院 1995 국내석사

SiC粒子强化 6061 알루미늄合金 複合材料의 時效擧動에 관한 硏究

金聲俊 全北大學校 2001 국내석사

The age hardening behavior in the SiC_p/6061 Al alloy composites fabricated by the powder metallurgy(PM) method was investigated using hardness measurement, differential scanning calorimetry(DSC) and transmission eledtron microscopy. The times to reach the peak hardness in 10%SiC_p/6061 Al alloy composites were shorter than that of 6061 Al alloy, and the age hardening was most accelerated in 20%SiC_p/6061 Al alloy composite. It is induced from the high density of dislocations which act as a heterogeneous nucleateion site of precipitates and as a high diffusivity path of alloy elements. The precipitation sequence and the aspect of precipitates in 6061 Al alloy cannot be affected considerably by the presence of SiC_p and the volume fraction of SiC_p. The major strengthening phase was the rod-like intemediate β' phase(Mg_2Si) uniformly distributed in 6061 Al alloy and SiC_p/6061 Al alloy composites. And the activation energies for the formation of intermediate β' in 6061 Al alloy, 10%, 20%SiC_p/6061 al alloy composite were142.6kj/mol, 127.3kj/mol, 106.1kj/mol, respectively. The age hardening behavior of SiC_p/6061 Al alloy composite reinforced with different size of SiC particulate (average diameter ; 0.7㎛ and 0.7㎛) was also investigated. In the case of 170℃ isothermal aging treatment, the peak aging times of 0.7㎛ and 0.7㎛ 20%SiC_p/6061 Al alloy composite were shorter than that of 6061Al alloy, and the age hardening was most accelerated in 0.7㎛ 20%SiC_p/6061 Al composite. This acceleration is due to the increase of dislocation density. In the peak aged condition, the major strengthening phase of these materials was intermediate β' phase, and the activation energy tor the formation of β' phase decreased considerably by the presence of SiC_p and the increase of SiC_p and the increase of SiC particle size.

Al-Al₂O₃ 粒子强化 複合材料에 있어서 合金組成에 따른 微細組織의 變化

이종욱 全北大學校 1991 국내석사

Al- Al₂O₃particulate reinforced composites were investigated. The effect of alloying elements was studied for their microstructural features, dispersion behaviors, reaction products at the interface, concentration lamellas of alloying elements around particles and microhardness from matrix to matrix/particle interface. Al-Al₂O₃composites were prepared by compocasting methed. The results are as follows: for homogeneous dispersion of Al₂O₃ particles in the matrix, a certain amount Mg or Ca are required. Those are 0.3 wt.% Mg or 0.1 wt.% Ca. In the case of Al-Cu/ Al₂O₃composite, some Alp03 particles coagulated in the grain seem to form chain-like structure. The presence of Al₂O₃particles in Al-Si/Al₂O₃composite tends to change the acicular eutectic silicons for equiaxed eutectic silicons. X-ray diffraction studies reveal that some reaction products were formed by certain chemical reactions at the matrix/particles interfaces. The reaction products were Mg Al₂O₃, CaAl₂O₄, Al₂SiO_5, CaO, Mgo, CaAl₄O_7, Cu₂MgO₃and so on. Those phases were thought to improve the wettability and to uniform dispersion of Al₂O₃particles in the matrix. The concentration lamellas of alloying elements were observed around particles by EPMA. The microhardness of the matrix/particles interfaces is higher than that of matrix due to those reaction products.

SiC 粒子强化 Al 2024 複合材料의 高溫變形擧動 및 動的軟化遷移에 關한 硏究

고병철 仁荷大學校 1999 국내박사