Stainless steel, a type of steel used for high-temperature parts, may cause damage when exposed to high temperatures, requiring additional coatings. In particular, the Cr2O3 product layer is unstable at 1000oC and higher temperatures; therefore, it is necessary to improve the oxidation resistance. In this study, an aluminide (Fe2Al5 and FeAl3) coating layer was formed on the surface of STS 630 specimens through Al diffusion coatings from 500oC to 700oC for up to 25 h. Because the coating layers of Fe2Al5 and FeAl3 could not withstand temperatures above 1200oC, an Al2O3 coating layer is deposited on the surface through static oxidation treatment at 500oC for 10 h. To confirm the ablation resistance of the resulting coating layer, dynamic flame exposure tests were conducted at 1350oC for 5–15 min. Excellent oxidation resistance is observed in the coated base material beneath the aluminide layer. The conditions of the flame tests and coating are discussed in terms of microstructural variations.

Cr-Si based alloys are not only excellent in corrosion resistance at high temperatures, but also have good wear resistance due to the formation of Cr3Si phase, therefore they are promising as metallic coating materials. Aluminum is often added to Cr-Si alloys to improve the oxidation resistance through which stable alumina surface film is formed. On the other hand, due to the addition of aluminum, various Al-containing phases may be formed and may negatively affect the heat resistance of the Cr-Si-Al alloys, so detailed investigation is required. In this study, two Cr-Si-Al alloys (high-Si & high-Al) were prepared in the form of cast ingots through a vacuum arc melting process and the microstructural changes after high temperature heating process were investigated. In the case of the cast high-Si alloy, a considerable amount of Cr3Si phase was formed, and its hardness was significantly higher than that of the cast high-Al alloy. Also, Al-rich phases (with the high Al/ Cr ratio) were not found much compared to the high-Al alloy. Meanwhile, it was observed that the amount of the Al-rich phases reduced by the annealing heat treatment for both alloys. In the case of the high temperature heating at 1,400 oC, no significant microstructural change was observed in the high Si alloy, but a little more coarse and segregated AlCr phases were found in the high Al alloy compared to the cast state.

In the present work, a new hydrogen added argon heat treatment process that prevents the formation of hydrides and eliminates the dehydrogenation step, is developed. Dissolved hydrogen has a good effect on sintering properties such as oxidation resistance and density of greens. This process can also reduce costs and processing time. In the experiment, commercially available Ti-6Al-4V powders are used. The powders are annealed using tube furnace in an argon atmosphere at 700oC and 900oC for 120 min. Hydrogen was injected temporarily during argon annealing to dissolve hydrogen, and a dehydrogenation process was performed simultaneously under an argon-only atmosphere. Without hydride formation, hydrogen was dissolved in the Ti-6Al-4V powder by X-ray diffraction and gas analysis. Hydrogen is first solubilized on the beta phase and expanded the beta phases’ cell volume. TGA analysis was carried out to evaluate the oxidation resistance, and it is confirmed that hydrogen-dissolved Ti-6Al-4V powders improves oxidation resistance more than raw materials.

제련 산업 공정에서 방출되는 폐산 용액에는 다양한 유가 및 희소 금속을 함유하고 있으며 나노 분리막을 적용하여 폐산에 잔존하는 금속들을 경제적으로 분리, 회수하고자 한다. 본 연구에서는 15 wt% 폐산 용액에 적용 가능한 나노분리막을 제조하고자 하였으며, 다공성 PSf 지지막 위에 수용액상으로 다양한 aliphatic amine과 유기상으로 trimesoyl chloride (TMC), diisocyanate계를 계면중합하여 제조하였다. 분리막의 투과 평가는 75 psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 진행하였으며 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 투과 평가를 진행하였다. 제조막의 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM 분석을 통해 확인하였다.

본 연구에서는 상용화 된 piperazine 기반 NE70 및 m-phenylene diamine 기반 NE90 나노여과막을 15 wt% 황산 수용액 조건에서 산 노출 뒤의 표면 특성평가를 통해 분리막의 내산성 평가를 진행하고자 한다. 표면 특성 평가(SEM/FT-IR/ToF-SIMS 등)를 통해 piperazine 기반 분리막이 낮은 내산성을 가짐을 확인하였다. 이러한 특성을 이용하여, piperazine 기반 NE70 분리막을 황산에 후처리를 하게 될 경우 분리막 기공을 조절할 수 있음을 확인하였으며, 최적화된 후처리 조건에서 서로 다른 분자량을 가지는 erythromycin (Mw ~ 734 Da) 과 vancomycin (Mw ~ 1486 Da) 항생제를 농축시키는 공정에 응용하였다.

본 연구에서는 폴리아미드 층 내에 그래핀 옥사이드를 첨가시킴으로써 피페라진 기반 나노여과막의 내산성을 높이고자 하였다. 50% 황산 용액에 나노여과막을 침지시키며 주기적으로 MgSO4 염제거율을 확인한 결과, 그래핀 옥사이드 함유 나노여과막의 경우 95% 이상으로 염제거율을 유지한 기간이 대조군에 비해 4.7배로 길어졌다. 이에 반해, 산화 탄소 나노 튜브는 그래핀 옥사이드와 비슷한 화학적 특성을 가지고 있음에도 나노여과막에 첨가했을 때 내산성에 큰 효과를 나타내지 못하였다. 이에 그래핀 옥사이드의 화학적 성질에서 기인하는 폴리아미드 돌출 희생층이나 폴리아미드와의 수소결합보다 형태적 특성에서 기인하는 장벽 효과가 내산성 향상에 가장 주요한 역할을 했다고 여겨진다.

유가금속 및 희소금속의 수요가 많아짐에 따라 제련공정에서 발생하는 황산 용액 내의 유가금속 및 희소금속을 회수하여 사용하는 방향의 연구가 진행되고 있다. 이에 황산용액 내의 희소금속 및 유가금속을 분리하기 위해서는 내산성이 뛰어난 나노분리막이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 우수한 내산성을 가진 방향족 폴리아미드 나노여과막을 제조하였으며 제조된 분리막의 나노여과 특성과 내산성 및 내열성을 평가하였다.

습식제련 공정 침출액은 다양한 유가금속 및 희소금속을 함유하고 있지만, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되고 있다. 폐산 용액에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정 개발의 필요성이 강조되고 있으며, 본 연구에서는 내산/내열성이 우수한 나노복합막을 제조하고자 하였다. 나노복합막은 polysulfone(PSf) 위에 지방족 아민과 아실클로라이드(acyl chloride) 를 계면중합하여 제조하였다. 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 75psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 투과수량 및 이온 제거율을 측정하 였다. 내열성 평가는 운전 온도 60°C에서 투과평가를 진행하였다. 제조막의 특 성은 FTIR, XPS, FE-SEM 등의 분석 통해 확인하였다.

수용액과 유기용액에 방향족 단량체를 사용하여 계면중합을 통하여 폴리아미드 나노여과막을 제조하고 황산내구성, 내열성 실제 제련액 투과물성을 평가하였다. 수용액에 지방족 디아민을 사용한 나노여과막에 비해서 방향족 디아민을 사용한 경우에 내산성이 매우 우수하였다. 방향족 단량체를 사용한 경우에는 1 가 이온 제거율 낮추기 위하여 첨가제 사용하였다. 내열성은 실제 제련액의 경우는 2가 이상의 이온에 대해서는 회수가 가능하였고 1가 이온 및 황산의 경우 에는 투과수로 빠져 나오는 것을 확인하였다.

Nanofiltration Membranes (NF) contain nanometer pores to selectively separate divalent ions and organic species from water. These membranes are most often made of polymeric thin films and are used in water softening applications to remove scale forming ions. NF membranes which can survive in harsh conditions such as acidic environments have drawn interests in the industry. Acid resistant nanofiltration membrane (ARM) was fabricated using interfacial polymerization reaction of a specially formulated monomers on a support layer. ARM showed durability in acidic environments. As compared to NE40, ARM showed little change in flux and divalent ion rejection after being exposed to 15% sulfuric acid solution for 30 days. The ARM showed stable performance in comparison to regular NF membranes, losing both flux and rejection.

전기⋅전자산업이 급격하게 발전함에 따라 유가금속 및 희소금속의 수요가 급증하고 있다. 유가금속들은 주로 제련산업 공정에서 다량 방출되며, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되어 큰 비용으로 경제적이지 못하다. 이에 분리막을 통한 유가금속회수 소재개발의 필요성이 강조되고 있다. 유가금속이 포함된 습식제련 공정 침출액(15% 황산 용액, 온도 60°C)은 다량의 다가이온과 1가이온을 포함하고 있기 때문에 이온별 분리가 가능해야 하며, 특히 구리와 같은 2가 유가금속 분리성능이 우수해야 한다. 또한, 지속적인 분리/농축을 위해 산에 대한 안정성이 중요하다. 따라서 본 연구를 통해 2가 금속 배제율 98%, 유량 33GFD 성능을 1개월 이상 유지하는 나노분리막 제조 연구 개발을 수행하고 있다.

In order to improve the high temperature oxidation resistance and lifespan of mat type porous carbon insulation, SiC was coated on carbon insulation by solution coating using polycarbosilane solution, curing in an oxidizing atmosphere at 200 oC, and pyrolysis at temperatures up to 1200 oC. The SiOC phase formed during the pyrolysis process was converted into SiC crystals as the heat treatment temperature increased, and a SiC coating with a thickness of 10-15 nm was formed at 1600 oC. The SiC coated specimen showed a weight reduction of 8.6 % when it was kept in an atmospheric environment of 700 oC for 1 hour. On the other hand, the thermal conductivity was 0.17W/mK, and no difference between states before and after coating was observed at all.

제련 과정 중 발생하는 폐황산에는 다양한 희소금속들이 포함되어 있으나, 공정수에서 희소금속 회수가 처리기술 부족으로 중화되어 폐기되고 있는 실정이다. 일반적으로 습식제련공정에서의 모액(침출액)은 황산(10~15%) 용액 상태이며, 모액중의 유가금속 (Cu, Zn 등) 및 희소금속(In, Se, Re 등)은 보통 수 ppm에서 수 % 단위로 용해되어 있다. 희소금속은 첨단소재로서의 가치가 높고 수요가 급증하고 있으나 공정수에서 희소금속 처리 기술 부족으로 폐 황산 속 희소금속은 중화되어 폐기되고 있다. 희소금속 처리기술로서 분리막 공정을 희소금속 회수에 적용하면 효율적인 분리/농축을 가능하게 하여 경제적인 이점이 있다. 본 연구에서는 내산성이 뛰어난 방향족 모노머인 메타페닐렌디아민과 파라페닐렌디아민, 지방족 아민모노머인 피페라진와 블렌딩하여 계면중합을 실시하고 물성을 평가한다. 그리고 제조된 분리막의 내산성을 평가하기 위하여 15 wt% 황산용액에 침지한 후 투과성능을 측정하였다.