The hydrogen embrittlement could lead to big damages in bolt/nut, fittings, especially, high pressure valve and high leak-proof valve and so on. Thus, special alloy, for instance, such as Monel and Inconel, is recently used to suppress the problems of hydrogen embrittlement in semiconductor facilities, FCEV(fuel cell electric vehicle) and hydrogen gas stations. The purpose of this study is to investigate the characteristics according to ratio change between drawing and extrusion of Monel material within elastic limit through numerical analysis. As the results, the possibility of plastic deformation in case of drawing was greater than that of extrusion. Consequently, the safety factor related to plastic deformation shows the results depending on the ratio change of force between drawing and extrusion.

This study investigated the optimal process conditions and mechanical properties of Cu-10Sn alloys produced by the powder bed fusion (PBF) method. The optimal PBF conditions were explored by producing samples with various laser scanning speeds and laser power. It was found that under optimized conditions, samples with a density close to the theoretical density could be fabricated using PBF without any serious defects. The microstructure and mechanical properties of samples produced under optimized conditions were investigated and compared with a commercial alloy produced by the conventional method. The hardness, maximum tensile strength, and elongation of the samples were significantly higher than those of the commercially available cast alloy with the same chemical composition. Based on these results, it is expected to be possible to use the PBF technique to manufacture Cu-10Sn products with complex 3D shapes that could not be made using the conventional manufacturing method.

We investigated the microstructure of an FeCrMnNiCo alloy fabricated by spark plasma sintering under different sintering temperatures (1000–1100°C) and times (1–600 s). All sintered alloys consisted of a single face-centered cubic phase. As the sintering time or temperature increased, the grains of the sintered alloys became partially coarse. The formation of Cr7C3 carbide occurred on the surface of the sintered alloys due to carbon diffusion from the graphite crucible. The depth of the layer containing Cr7C3 carbides increased to ~110 μm under severe sintering conditions (1100°C, 60 s). A molten zone was observed on the surface of the alloys sintered at higher temperatures (>1060°C) due to severe carbon diffusion that reduced the melting point of the alloy. The porosity of the sintered alloys decreased with increasing time at 1000°C, but increased at higher temperatures above 1060°C due to melting-induced porosity formation.

Mo-ODS alloys have excellent mechanical properties, including an improved recrystallization temperature, greater strength due to dispersed oxides, and the ability to suppress grain growth at high temperatures. In ODS alloys, the dispersed Y2O3 and added Ti form Y-Ti-O complex oxides, producing finer particles than those in the initial Y2O3. The complex oxides increase high-temperature stability and improve the mechanical properties of the alloy. In particular, the use of TiH2 powder, which is more brittle than conventional Ti, can enable the distribution of finer oxides than is possible with conventional Ti powder during milling. Moreover, dehydrogenation leads to a more refined powder size in the reduction process. This study investigated the refinement of Yi2Ti2O7 in a nano Mo-ODS alloy using TiH2. The alloy compositions were determined to be Mo-0.5Ti-0.5Yi2O3 and Mo-1.0Ti-0.5Yi2Oi2. The nano Mo-ODS alloys were fabricated using Ti and TiH2 to explore the effects of adding different forms of Ti. The sintered specimens were analyzed through X-ray diffraction for phase analysis, and the microstructure of the alloys was analyzed using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Vickers hardness tests were conducted to determine the effect of the form of Ti added on the mechanical properties, and it was found that using TiHi2 effectively improved the mechanical properties.

이 실험에서는 α-Al2O3 지지체 위에 진공 코팅(vacuum coating)과 딥 코팅(dip-coating) 기법을 사용하여 GO/γ -Al2O3 중간층을 형성하였고, 무전해도금 방식을 통해 Pd-Ag 수소 분리막을 제작하였다. Pd와 Ag는 각각 무전해도금을 통해 지지체 표면에 증착되었으며, 합금화를 위해 도금 과정 중 H2 분위기 하에서 500°C에서 18 h 동안 열처리를 진행하였다. 제 조된 분리막의 표면과 단면은 SEM을 통해 분석되었으며, Pd-Ag 분리막의 두께는 1.88 μm, GO/γ-Al2O3 중간층을 가진 Pd-Ag 분리막의 두께는 1.07 μm로 측정되었다. EDS 분석을 통해 Pd-77%, Ag-23%의 조성으로 합금이 형성된 것을 확인하 였다. 기체투과 실험은 H2 단일가스와 H2/N2 혼합가스를 이용하여 수행되었다. H2 단일가스 투과실험에서 450°C, 4 bar 조건 하에서 Pd 분리막의 최대 H2 플럭스는 0.53 mol/m²·s로, Pd-Ag 분리막의 경우 0.76 mol/m²·s로 측정되었다. H2/N2 혼합가스 실험에서 측정된 분리막의 separation factor는 450°C, 4 bar 조건에서 Pd 분리막이 2626, Pd-Ag 분리막이 13808로 나타났다.

Cemented carbide for cutting tools, which is composed of carbide as a hard phase and metallic component as a metallic phase, mainly uses cobalt as the metallic phase due to the excellent mechanical properties of cobalt. However, as the demand for machining difficult-to-machine materials such as titanium and carbon fiber-reinforced plastics has recently increased, the development of high-hardness cemented carbide is necessary and the replacement of cobalt metal with a high-hardness alloy is required. In this study, we would like to introduce high-hardness cemented carbide fabricated using nickel-tungsten alloy as the metallic phase. First, nickel-tungsten alloy powder of the composition for formation of intermetallic compound confirmed through thermodynamic calculations was synthesized, and cemented carbide was prepared through the sintering process of tungsten carbide and the synthesized alloy powder. Through evaluating the mechanical properties of high-hardness cemented carbide with the nickel-tungsten alloy binder, the possibility of producing high-hardness cemented carbide by using the alloys with high-hardness was confirmed.

노후 건축물은 불충분한 전단성능으로 인해 위험성이 증가하고 있다. 특히, 콘크리트 보의 전단 성능은 구조물의 붕괴를 지 연시키는 것에 있어 중요하다. 이를 개선하기 위해 본 연구는 철근콘크리트보의 전단보강 기법을 제안하고 성능을 실험적으로 평가하 였다. 이를 위해 기존 니켈-티타늄계 형상기억합금보다 경제성이 우수한 철계 형상기억합금(Fe SMA)을 선정하였다. 불충분한 내부 횡 방향 철근이 반영된 세 개의 콘크리트 보를 제작하였고 무보강, 100mm 간격, 200mm 간격의 보강 간격을 적용하였다. 정적가력시험 결과, 보강된 시험체가 강성 증진에 효과적인 것으로 밝혀졌다. 특히, 200mm 간격의 보강은 콘크리트 보의 연성적인 휨거동도 이끌어 내었다.

세계적인 환경 규제로 인해 마그네슘 합금과 같은 경량 소재에 대한 수요가 증가하고 있으며, 마그네슘 합금 소재의 다양한 산업계 적용을 위한 용접 및 접합 방식에 대한 연구도 지속적으로 수행되고 있다. 앞선 Part I 연구에서는 마그네슘 합금에 대한 파이버 레이저 Bead on Plate(BOP) 실험을 수행하여 맞대기 용접 조건의 확보를 위한 기초 연구를 수행하였으며, 본 연구에서는 Part I의 기초 BOP 실험에서 도출된 적합한 레이저 출력과 용접 속도를 바탕으로 두께 3mm의 AZ31B 마그네슘 합금에 대해 맞대기 용접을 시행하였고, 인장시험 및 경도시험을 수행한 후 기계 물성 데이터를 분석하였다. 분석 결과 레이저 출력 2.0 kW, 50 mm/s (Heat input)의 조건에서 항복강도 151.5 MPa, 인장강도 224.1 Mpa으로 우수한 인장, 항복강도를 얻을 수 있었다.

Nano-oxide dispersion–strengthened (ODS) superalloys have attracted attention because of their outstanding mechanical reinforcement mechanism. Dispersed oxides increase the material’s strength by preventing grain growth and recrystallization, as well as increasing creep resistance. In this research, atomic layer deposition (ALD) was applied to synthesize an ODS alloy. It is useful to coat conformal thin films even on complex matrix shapes, such as nanorods or powders. We coated an Nb-Si–based superalloy with TiO2 thin film by using rotary-reactor type thermal ALD. TiO2 was grown by controlling the deposition recipe, reactor temperature, N2 flow rate, and rotor speed. We could confirm the formation of uniform TiO2 film on the surface of the superalloy. This process was successfully applied to the synthesis of an ODS alloy, which could be a new field of ALD applications.

As environmental concerns escalate, the increase in recycling of aluminum scrap is notable within the aluminum alloy production sector. Precise control of essential components such as Al, Cu, and Si is crucial in aluminum alloy production. However, recycled metal products comprise various metal components, leading to inherent uncertainty in component concentrations. Thus, meticulous determination of input quantities of recycled metal products is necessary to adjust the composition ratio of components. This study proposes a stable input determination heuristic algorithm considering the uncertainty arising from utilizing recycled metal products. The objective is to minimize total costs while satisfying the desired component ratio in aluminum manufacturing processes. The proposed algorithm is designed to handle increased complexity due to introduced uncertainty. Validation of the proposed heuristic algorithm's effectiveness is conducted by comparing its performance with an algorithm mimicking the input determination method used in the field. The proposed heuristic algorithm demonstrates superior results compared to the field-mimicking algorithm and is anticipated to serve as a useful tool for decision-making in realistic scenarios.

To fabricate intermetallic nanoparticles with high oxygen reduction reaction activity, a high-temperature heat treatment of 700 to 1,000 °C is required. This heat treatment provides energy sufficient to induce an atomic rearrangement inside the alloy nanoparticles, increasing the mobility of particles, making them structurally unstable and causing a sintering phenomenon where they agglomerate together naturally. These problems cannot be avoided using a typical heat treatment process that only controls the gas atmosphere and temperature. In this study, as a strategy to overcome the limitations of the existing heat treatment process for the fabrication of intermetallic nanoparticles, we propose an interesting approach, to design a catalyst material structure for heat treatment rather than the process itself. In particular, we introduce a technology that first creates an intermetallic compound structure through a primary high-temperature heat treatment using random alloy particles coated with a carbon shell, and then establishes catalytic active sites by etching the carbon shell using a secondary heat treatment process. By using a carbon shell as a template, nanoparticles with an intermetallic structure can be kept very small while effectively controlling the catalytically active area, thereby creating an optimal alloy catalyst structure for fuel cells.

The directed energy deposited (DED) alloys show higher hardness values than the welded alloys due to the finer microstructure following the high cooling rate. However, defects such as microcracks, pores, and the residual stress are remained within the DED alloy. These defects deteriorate the wear behavior so post-processing such as heat treatment and hot isostatic pressing (HIP) are applied to DED alloys to reduce the defects. HIP was chosen in this study because the high pressure and temperature uniformly reduced the defects. The HIP is processed at 1150°C under 100 MPa for 4 hours. After HIP, microcracks are disappeared and porosity is reduced by 86.9%. Carbides are spherodized due to the interdiffusion of Cr and C between the dendrite and interdendrite region. After HIP, the nanohardness (GPa) of carbides increased from 11.1 to 12, and the Co matrix decreased from 8.8 to 7.9. Vickers hardness (HV) decreased by 18.9 % after HIP. The dislocation density (10-2/m2) decreased from 7.34 to 0.34 and the residual stress (MPa) changed from tensile 79 to a compressive -246 by HIP. This study indicates that HIP is effective in reducing defects, and the HIP DED Stellite 6 exhibits a higher HV than welded Stellite 6.

본 실험에서는 Ti를 기반으로 한 평판 수소 분리막을 설계하여 제조하였다. 새로운 조성의 Ti를 베이스로 한 수소 분 리막을 찾기 위하여 여러 합금들의 물리화학적 특성과 수소투과도 사이의 상관관계에 대해 조사하였다. 이를 바탕으로 신조성의 합금막 2종(Ti14.2Zr66.4Ni12.6Cu6.8 (70 μm), Ti17.3Zr62.7Ni20 (80 μm))을 설계 및 제조하였다. 제조된 평판 수소 분리막은 300~500°C, 1~4 bar의 조건에서 혼합 가스(H2, N2), sweep 가스(Ar)를 이용하여 수소 투과 실험을 진행하였다. Ti14.2Zr66.4Ni12.6Cu6.8 합금 막은 500°C, 4bar에서 최대 16.35 mL/cm2min의 flux를 가지며, Ti17.3Zr62.7Ni20 합금막은 450°C, 4 bar에서 최대 10.28 mL/ cm2min의 flux를 가진다.

에너지 패러다임의 변화가 요구되는 현대에 수소는 매력적인 에너지원이다. 이러한 수소를 정제하는 기술 중에서 분리막을 이용한 기술은 저비용으로 고순도의 수소를 정제할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 그러나 수소 분리 성능이 뛰어 난 팔라듐(Pd)은 가격이 매우 비싸 이를 대체한 소재가 필요하다. 본 연구에서는 수소 투과 성능은 좋으나 수소 취성에 약한 니오븀(Nb)과 수소 투과 성능은 떨어지나 내구성이 뛰어난 니켈(Ni)과 지르코늄(Zr)을 혼합한 합금으로 분리막을 제조하여 1~4 bar, 350~450 °C 조건에서 수소 투과 특성을 확인하였다. Pd를 코팅하지 않은 Ni48Nb32Zr20 분리막의 경우 최대 0.69 ml/cm2/min의 투과량을 보였으며, Pd가 코팅된 경우에는 최대 13.05 ml/cm2/min의 투과량을 보였다.

본 논문은 초탄성 형상기억합금의 복원성능에 의해 지속적으로 사용이 가능하고 마찰볼트 적용으로 에너지 소산 능력이 우수한 에너지 소산형 댐퍼를 제안하고 성능의 우수성을 입증하기 위해 구조용 탄소강이 적용된 댐퍼와 함께 해석을 통한 결과 비교 분석을 진행하였다. 해석결과에 대해 최대하중, 잔류변위, 에너지 소산등의 분석을 진행하여 초탄성 형상기억합금이 적용된 댐퍼의 우수성을 입증하였 으며, 해석 결과로 초탄성 형상기억합금이 적용됨에 따라 하중 성능과 잔류변위의 회복성능이 상당히 개선됨을 확인하였다. 최대하중의 경우 SSF댐퍼가 382.60kN으로 가장 우수하였으며 잔류변위의 경우 마찰볼트가 적용되지 않은 SS10, SS15가 0mm로 가장 우수한 회복거동을 보였다. 에너지소산의 경우 마찰볼트와 재료의 항복에 의한 연성효과가 우수한 CSF15가 가장 우수한 성능에 대한 거동 특성을 파악한다.

건축물은 사용자의 부주의, 전기적, 기계적 요인 등에 의해 화재가 발생할 수 있고, 화재 발생 시 각 재료의 특성에 따라 강성 및 강도가 감소하여 구조 성능이 저하될 수 있다. 이러한 상황에서 적절 한 성능 복구가 되지 않으면 후에 지진 등의 큰 하중이 가해질 때 건축물 붕괴 등 치명적인 피해가 발생할 수 있다. 현재 내화성능을 높이는 방법으로 내화피복을 사용하는 등 수동적인 방법에 머물러 있으며, 꾸준한 유지관리 등이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 변형 후 열을 가하면 원래의 형상으로 돌아가는 성질을 가진 형상기억합금을 사용하여 콘크리트 보를 보강하고, 화재 시, 화재 후에 프리스 트레스트 콘크리트와 유사한 방식으로 콘크리트에 압축응력을 발생시켜 구조 성능을 향상시킬 수 있 는지 ANSYS 구조해석 프로그램을 통해 그 효과를 확인해보고자 한다.

본 연구에서는 용접 여부에 따른 세 가지 유형의 철계-형상기억합금(Fe-Shape Memory Alloys, Fe-SMA)의 고주기 피로 거동에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 사용된 Fe-SMA은 스위스 EMPA에서 개발된 Fe-SMA으로, Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-1(V,C)의 화학적 조성을 가진다. 용접 여부 및 열처리 여부를 변수로 한 비용접, 용접, 열처리된 용접 시편이 ASTM E606/E606M 표 준에 따라 제작되었다. Fe-SMA의 재료적 특성을 평가하기 위해 직접 인장 실험 및 회복 실험이 수 행되었으며, 용접된 Fe-SMA의 피로 거동 평가를 위해 응력 진폭에 따른 피로 시험이 수행되었다. 피 로 시험은 최대 응력 수준을 Fe-SMA 극한 인장강도의 약 70%인 700MPa에서부터 100MPa씩 감소 시키며, 200MPa의 응력 범위까지 수행되었으며, 응력비(R)는 0으로 설정되었다. 피로 한계는 ASTM E1823-13에 따라 하중 반복 횟수 200만 회를 기준으로 하여 각 시편의 피로 한계를 확인하였다.

형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)은 소성변형이 일어나도 냉각 및 가열을 통해 기존 형상 으로 돌아갈 수 있는 형상기억효과(Shape Memory Effect, SME)를 가진 재료이다. 이를 통해 사전에 인장 변형된 SMA를 구속 후 가열하면 SME에 의해 원래 형태로 돌아가려 하지만, 변형이 구속되어 회복 응력이라 하는 압축 응력이 발생한다. 따라서 사전 변형된 SMA를 구조물에 적용하게 되면 셀프 -프리스트레싱을 도입할 수 있다. 그중 철을 기반으로 제작된 Fe-SMA는 다른 SMA에 비해 높은 경 제성을 가져 건설 재료로써 많은 관심을 받고 있다. 이에 Fe-SMA를 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조물에 적용한 많은 연구가 진행되었으며, 구조성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 Fe-SMA가 사용된 RC 구조물의 피로 실험에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로 성능을 평가하였고 하중 유형(정적, 피로)과 피로 응력 범위를 변수로 고려해 고주기 피로 실험을 수행하였다. 이를 통해 피로 강도, 피로 수명 및 거동을 확 인하였으며, Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로강도는 최대하중의 40%~60% 사이에 있을 것으로 예측되었다.

Recently, the demand for shape memory alloys in the biomedical industry is increasing. Nitinol alloy, which accounts for most of the shape memory alloy market, occupies most of the biomedical field. Nitinol for biomaterials requires a clean surface without sub-micron surface integrity and surface defects in order to be used more safely in a living body. Among them, new technologies such as polishing using MR fluid are being studied, but there is a disadvantage in that it takes a long time for processing due to a low material removal rate. In this study, material removal studies were conducted for effective polishing, and excellent polishing properties of MR fluid were confirmed.

Friction stir spot welding (FSSW) is a solid-state joining process and a rapidly growing dissimilar material welding technology for joining metallic alloys in the automotive industry. Welding tool shape and process conditions must be appropriately controlled to obtain high bonding characteristics. In this study, FSSW is performed on dissimilar materials AA5052-H32 aluminum alloy sheet and SPRC440 steel sheet, and the influence of the shape of joining tool and tool insertion depth during joining is investigated. A new intermetallic compound is produced at the aluminum and steel sheets joint. When the insertion depth of the tool is insufficient, the intermetallic compound between the two sheets did not form uniformly. As the insertion depth increased, the intermetallic compound layer become uniform and continuous. The joint specimen shows higher values of tensile shear load as the diameter and insertion depth of the tool increase. This shows that the uniform formation of the intermetallic compound strengthens the bonding force between the joining specimens and increases the tensile shear load.