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나노 결정립과 금속간화합물상에 의해 강화된 고온, 고강도 Al-Cr-Zr 합금개발 및 특성평가 (I)
양상선 한국분말야금학회 1999 한국분말재료학회지 (KPMI) Vol.6 No.1
Al-Cr-Zr nanocomposite metal powders were prepared by mechnical alloying (MA) in order to develop aircraft structure materials with lighter weight and lower cost than the conventional Ti and Ni alloys. The morphological changes and microstrutural evolution of Al-6wt.%Cr-3wt.%Zr nanocomposite metal powders during MA were investigated by SEM, XRD and TEM. The approximately 50$\mu$m sized Al-Cr-Zr nanocomposite metal powders has been formed after 20 h of MA. The individual X-ray diffraction peaks of Al, Cr and Zr were broadened and peak intensitied were decreased as a function of MA time. The observed Al crystallite size by TEM was in the range of 20 nm, which is a simliar value calculated by Scherrer equation. The microhardness of Al-Cr-Zr nanocomposite metal powders increases alomost linearly with increase of the processing time, reaching a saturation hardness value of 127 kg/$mm^2$ after 20 h of processing. The intermetallic compound phase of $Al_3Zr_4$ in the matrix was identifed by XRD and TEM.
기계적 합금화법으로 제조된 Al-(6~3wt.%)Cr-(3~6wt.%)Zr 합금의 열적 안정성
양상선,이광민,Yang, Sang-Seon,Lee, Gwang-Min 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.6
본 연구에서는 고온용 고강도 Al 합금을 제조하기 위해 Al-Cr-Zr 복합금속분말을 attritor에서 300rpm의 회전속도로 20시간 동안 기계적 합금화방법으로 제조한 후 진공 고온 압축성형하였다. Al-Cr-Zr 합금의 미세구조 및 조직관찰은 XRD, TEM 등을 사용하여 분석하였고, 열적 안정성은 열적 노출시간에 따른 미소경도측정을 통하여 조사하였다. 진공 열간 압축성형 되었을 때 MA Al-Cr-Zr 합금의 이론 밀도의 97%에 이르는 조밀화르 f보였으며, $300^{\circ}C$에서 100시간 열처리 한 경우에는 경도변화가 거의 없었고, $500^{\circ}C$에서 100시간 열처리한 경우에도 감소가 6% 이내로 우수한 열적 안정성을 나타내었다. 이와 같은 MA Al-Cr-Zr 합금의 우수한 열적 안정성은 기계적 합금화에 의해 Al 기지 내에 미세하고 균일하게 분산된 Cr과 Zr이 고온 성형과 열처리 과정에 의해 $Al_3Zr,\;Al_{13}Cr_2$의 금속간 화합물들의 형성되었으며, 열처리 후의 이 합금의 최종 결정립 크기는 150mm 크기 이하이었다. The Al-Cr-Zr composite metal powders were prepared by mechanical alloying and consolidated by vacuum hot pressing. The microstructural characteristics and the thermal stability of the MA Al-Cr-Zr alloys were evaluated by means of microhardness measurement, XRD and TEM in order to develop high temperature, high strength aluminum alloys. The mechanical alloying was conducted in attritor with 300rpm for 20 hours. The density of the vacuum hot pressed Al-Cr-Zr alloy reached at 97% of theoretical one. After exposing at $300^{\circ}C$ for 100 hours, there is almost no variation in hardness change of the MA alloys. Even after exposing at $ 500^{\circ}C$ for 100 hours, the hardness of the alloy was decreased within 6% of the initial value. The fine stable $Al_3Zr\;and\; Al_{13}Cr_2$ intermetallics were formed at the stage of consolidation and heat treatment in aluminum matrix. The good thermal stability of the MA Al-Cr-Zr alloy can ab attributed to the role of the dispersoids, inhibiting grain growth of nanocrystalline, and the final grain size after heat treatment was less than 150nm.
로봇용 서보모터 개발 및 고특성 분말 Soft Magnet Composite (SMC) 소재 개발에 관한 연구
양상선,김용진,정재원,권영태,이정구 한국자기학회 2021 한국자기학회 학술연구발표회 논문개요집 Vol.31 No.2
미래 모빌리티용 구동부품의 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 시도되고 있다. 로봇용 서보모터의 경우 영구자석 회전자의 성능향상 및 연자성 고정자의 형상제어를 통한 효율을 향상시킬 수 있다. 현재 사용되는 모터의 고정자는 제한된 2차원 형상의 전기강판을 적층하여 제조되는 형태가 주를 이루고 있다. 따라서, 다양한 형상의 모터를 구현하기 위해서는 금속 분말의 표면에 절연층이 코팅된 분말 (soft magnetic composite: SMC)을 고압 성형하는 분말야급 공정 도입이 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 고포화자화를 갖는 수분사 순철 분말에 간단한 가수분해 방법을 통해 다층의 산화물 코팅을 진행한 SMC 를 제조하였다. 제조된 SMC 분말은 기존 Fe/PO₄ 상용분말 대비 900°C 이상의 열처리에서도 높은 자성 특성이 유지되는 것을 확인하였다. 또한, SMC 분말을 통해 제조된 코어는 낮은 투자율 특성을 갖는다는 고질적인 문제점을 해결하고자, Fe-Si-M (M = B, P, C, Mo 등)계 합금 설계를 진행하였다. 이러한 합금설계 결과를 통해 본 연구진은 Fe-Si-M 계 칩 (chip)을 제조, 순철 분말의 혼합비율에 따른 코어의 자기적 특성 연구를 수행하였다. 결과적으로 순철 분말로 제조된 코어의 투자율 (μr,max = 261) 대비 약 3배 높은 코어 (μr,max = 785)를 제작하였다. 본 발표에서는 로봇용 서보모터와 차량용 제너레이터 개발을 위한 소재 및 설계 기술 등을 전반적으로 소개하고, 형상자유도를 높은 고정자용 Fe-Si 계 기반의 분말 SMC 소재 개발 내용을 중점으로 발표하고자 한다.
Nd가 저감된 영구자석 회전자와 자유형상 연자성분말 고정자를 활용한 로봇용 서모보터 개발에 관한 연구
양상선,김용진,정재원,권영태,차희령,김태훈,이정구 한국자기학회 2021 한국자기학회 학술연구발표회 논문개요집 Vol.31 No.1
우리나라 정부는 2050 탄소중립 달성을 2020년 선언하였으며, 이를 위한 미래 모빌리티용 구동부품의 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 시도되고 있다. 로봇용 서보모터 역시 출력이 향상된 영구자석 회전자 개발과 전기강판 대비 형상자유도가 높은 분말SMC(soft magnet composite) 고정자를 사용하여 출력을 향상시키는 연구들이 수행되고 있다. 본 연구는 로봇용 서보모터에 적용하기 위한 회전자와 고정자 개발에 관한 연구로써, 최대에너지적을 향상시킬 수 있는 고가성비 영구자석소재의 개발과 투자율을 향상시키고 철손을 저감할 수 있는 고정자용 연자성소재의 개발을 수행하였다. 영구자석 소재의 경우, Nd-Fe-B계 소재와 동등한 최대에너지적을 보이면서 고가의Nd를 약 30% Ce으로 대체할 수 있었다. 기존 Melt-spun 소재에서는 Ce치환량이 증가할수록 보자력 값의 저하와 함께 잔류자화 값이 감소되는 문제점이 있으나, 본 연구에서는 급냉공정의 도입을 통한 초기합금의 비정질상을 유지함으로써 Ce의 치환량이 약 30%임에도 열처리 이후에서까지 CeFe<sub>2</sub>상 생성이 억제되고 다상구조(multi-maim phase)를 형성하여 약 41 MGOe의 최대에너지적을 갖는 NdCeFeB계 고가성비 영구자석 소재를 개발할 수 있었다. 연자성 소재의 경우, Fe-Si계 기반으로 B, P, C, Mo 등의 합금 원소가 투자율과 철손 값에미치는 영향에 관한 연구가 수행되었다. 또한, 분말압축성형 공정을 사용하여 자유형상의 고정자 제조를 위해Fe-Si-M계 칩(chip)과 순철 분말의 혼합비율에 따른 자기적 특성에 대한 연구가 수행되었다. 본 발표에서는 로봇용 서보모터에 적용하기위한 NdFeCeB계 고가성비 회전자용 영구자석 소재 개발과 형상자유도를 갖는 고정자용 Fe-Si계 기반의 분말 SMC 소재 개발 내용을 소개하고자 한다.
양상선(Sangsun Yang),이고르 알트만(Igor S. Altman),피터 피키차(Peter V. Pikhitsa),최만수(Mansoo Choi) 대한기계학회 2004 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2004 No.11
Size and crystalline phase changes of Fe₂O₃ nanoparticles formed in a H₂/O₂ flame have been investigated. At flame temperatures below 1350°C, the mean particle size increased monotonously with the distance from the burner edge; but in high-temperature flames above 1650°C, it suddenly decreased from 20 nm to ~3 nm with the distance from the burner edge. The results of X-ray diffraction and HRTEM showed that this sudden reduction of the size of nanoparticles was accompanied by a partial phase transformation from γ-Fe₂O₃ into α-Fe₂O₃. We suggest the structural instability due to γ-to α-phase transformation as a mechanism for a rapid fragmentation of 20 nm particles into 3 nm ones.
양상선(Sangsun Yang),장윤형(Yoon-Hyung Jang),김창혁(Chang Hyuk Kim),황창선(Changseon Hwang),채석병(Sukbyung Chae),정세권(Sekwon Jung),이정훈(Jeonghoon Lee),최만수(Mansoo Choi) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.5
Flame metal combustion method for continuously synthesizing metal oxide nanoparticles with a high production rate was proposed. Micro-sized metal powder precursors injected into a hydrogen-oxygen flame were converted into metal oxide nanoparticles with good crystallinity. There is no limitation in the selection of precursors including metal chloride and metal organic powders to synthesize nanoparticles. Various oxides such as magnesia, iron oxides and zinc oxide were generated by using this method. The sizes of oxide nanoparticles were found to be dependent on flame temperatures and residence times.