로터스형 다공성 동 제조에 미치는 합금원소 첨가의 영향

초록

1. 서론 로터스형 다공성 금속재료는 높은 충격흡수성, 방열성, 흡음성 및 넓은 비표면적을 가진 기존의 다공성 금속 특성 뿐만 아니라, 원주상의 방향성기공 배열에 의한 고유 물성까지 갖추어서, 재료에 대한 기능적 요구가 늘어나는 최근 추세에 있어 특성화된 금속 재료라고 할 수 있다. 특히 로터스형 다공성 동 재료는 히트싱크 및 공조시스템의 항균필터로 응용을 기대하고 있다. 이러한 로터스 형 다공성 동 재료는 탈가스와 일방향 응고법을 적용하여 원주상의 방향성이 있는 기공을 갖도록 제조를 하며, 기공 생성 제어에는 챔버내 분위기 가스 압력 변화, 냉각속도 조절 등이 있다. 본 연구에서는 첨가된 합금 원소가 로터스형 다공성 동 재료 제조에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 2. 실험방법 로터스형 다공성 동은 원심주조법으로 제조를 하였다. 첨가한 합금원소는 아연으로 선정하였고, 각 아연 조성(0~0.1 at%)에 맞게 황동 모합금과 순동을 도가니에 장입한 뒤, 0.1MPa 수소 압력하 1200℃까지 가열한 후, 1000RPM의 속도로 원심주조를 시행하였다. 주조된 잉곳의 기공률은 아르키메데스법으로 측정을 하였고, 응고 방향과 수평 및 수직 방향으로 절단을 하여 그 단면은 광학현미경을 통해 관찰하였다. 평균 기공 직경은 응고 방향과 수직인 방향으로 절단한 잉곳의 단면을 통해 각 기공의 직경을 측정하고 평균값을 계산하였다. 3. 결과 첨가된 아연의 함량은 0 ~ 0.1 at% 이었으며, ICP분석 결과 초기 첨가된 아연의 함량보다는 적게 검출이 되었다. 기공률을 측정한 결과 아연의 첨가량과는 무관하게 일정한 기공률을 보였다. 주조된 잉곳을 응고방향과 수평방향으로 먼저 절단을 한 뒤, 다시 응고 방향과 수직인 단면으로 절단을 하여 기공 형상을 관찰하였다. 그 결과 아연이 첨가가 안 된 순동시편보다 0.01 at% 첨가된 시편이 더 조밀한 기공 분포를 보였으며, 기공들이 더 미세해 진 것을 관찰하였다. 기공들은 다시 더 많은 아연이 첨가될수록 조대화되는 것을 관찰할 수 있었다. 평균 기공 직경을 보면 순동보다 0.01 at% 아연이 첨가된 시편의 평균기공 직경이 더 작았으며, 이후 아연이 첨가된 양이 많아질수록 평균 기공 직경이 점차 증가하는 것을 확인하였다.