한국표면공학회지 J. Kor. Inst. Surf. Eng.
Vol. 45, No. 1, 2012.
http://dx.doi.org/10.5695/JKISE.2012.45.1.001
<연구논문>
고속 화염 용사를 통하여 형성된 다중벽 탄소 나노튜브 알루미늄 복합소재 코팅의 특성 평가
강기철, 박형권, 이창희*
한양대학교 신소재공학부 저온 분사 코팅 연구실
Property Evaluation of HVOF Sprayed Multi-walled Carbon Nanotube Aluminum Composite Coatings
Kicheol Kang, Hyungkwon Park, Changhee Lee*
a
Kinetic Spray Coating Laboratory, Division of Materials Science & Engineering, College of Engineering, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea
(Received December 16, 2011 ; revised February 13, 2012 ; accepted February 28, 2012)
Abstract
Multi-walled carbon nanotube (MWCNT) aluminum composite powders were deposited to form coatings using a high velocity oxygen fuel (HVOF) spraying process. High thermal energy and contact with atmospheric oxygen were supplied as the MWCNT aluminum composite particles were exposed to a gas flow field at high temperature (~3.0 × 10
3K) during HVOF spraying. As a result, the particles underwent full or partial melting and rapid solidification due to the high thermal energy, and the exposure to oxygen induced the interfacial reaction of MWCNTs within the particle. The electrical and mechanical properties of MWCNT aluminum composite coatings were evaluated based on microstructure analysis. Electrical resistivity, elastic modulus, and micro-hardness, of the MWCNT aluminum composite coatings were higher than those of pure aluminum coating. The contribution of MWCNTs to the aluminum matrix can be attributed to their high electrical conductivity, dispersion hardening and anchoring effects. The relationship among the properties and the interaction of the MWCNTs with the aluminum matrix is discussed.
Keywords: Multi-walled carbon nanotube aluminum composite, HVOF spraying, Electrical and mechanical properties
1. 서 론
고속 화염 용사(high velocity oxygen fuel(HVOF) spraying)는 열용사(thermal spraying) 공정의 일종으 로 스프레이 건(gun) 내에서 연료 가스를 산소 가 스와 함께 연소시켜 발생하는 열량과 연소 가스의 부피 팽창을 이용하여 장입되는 분말에 열 및 운동 에너지를 공급하여 분말을 상대재에 적층하는 공정 이다. 고속 화염 용사는 일반적인 플라즈마 용사와 비교하여 입자의 비행 속도가 높고, 입자의 온도가
낮은 특징을 가지며, 이러한 특성으로 인하여 주로 상대적으로 융점이 낮은 금속 소재와 텅스텐 카바 이드-코발트(WC-Co)와 같은 cermet 소재의 치밀한 코팅 형성에 사용된다.
다중벽 탄소 나노튜브(multi-walled carbon nanotube:
MWCNT)는 높은 열/전기 전도도, 탄성 계수 및 강 도 등 우수한 기계적 특성을 가진다1-4). 우수한 MWCNT의 물리 및 기계적 특성은 높은 산업적 적 용성을 가능하게 했다5,6). MWCNT는 폴리머, 세라 믹 및 금속 소재 내에 강화제(reinforcement agent) 로 주입되어, 복합소재 형성을 통한 기지(matrix)의 기계적 특성과 열/전기 전도도의 향상을 목적으로
*
Corresponding author. E-mail : [email protected]
활용되었다7-9). MWCNT 복합소재가 탄성 또는 소 성 변형을 하는 경우 MWCNT는 기지와 기계적 상 호 작용을 한다. MWCNT는 변형 중 기지 내 생성 되어 이동하는 전위와 반응하게 되며, 전위는 MWCNT에 걸려 이동의 방해를 받는다. MWCNT 는 높은 탄성 계수와 인장 강도를 가지는 소재로서 전위가 MWCNT와 상호 작용하는 경우 전위는 MWCNT를 끊고 이동하지 못하여, 분산 강화 (dispersion hardening)을 발생시킨다. 또한 MWCNT 는 기지 내 소성 변형 및 파단을 억제하는 정박 효 과(anchoring effects)를 생성하여 기지의 기계적 강 도 및 내마모성을 향상시킨다7-9).
알루미늄은 높은 연성으로 인하여 산업적 적용에 많은 제한을 받는다. 본 연구에서는 알루미늄의 물 리 및 기계적 특성을 향상시키는 방안으로 MWCNT 알루미늄 복합소재 분말을 제조하여, 고속 화염 용 사 공정을 통해 MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅 을 형성하였다. 고속 화염 용사 공정을 통한 MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅은 표면 개질 기술로서, 자 동차 및 금형 표면 보수 처리 등에 사용이 가능하 며, 표면 강도를 요구하는 다양한 금속 코팅 기술 로 활용이 가능하다. 본 연구에서는 0.5와 1.0 wt%
의 MWCNT 분율을 가지는 분말을 제조하여 각각 고속 화염 용사를 통하여 코팅을 형성한 후, 각 코 팅의 미세 조직과 코팅 내 MWCNT 구조를 분석 하고, 전기적 특성 및 기계적 특성을 평가하였다.
복합소재 코팅 내 MWCNT 구조 및 분율은 고속 화염 열용사 공정에 영향을 받으며, 코팅 특성에 중 요한 영향을 미친다. 따라서, 코팅 내 MWCNT 분 율과 코팅 미세조직 및 코팅의 특성 평가 간의 상 관 관계에 대한 연구는 MWCNT 알루미늄 복합소 재 코팅의 공정 설계 및 산업적 적용에 있어 중요 한 의미를 가진다.
2. 실험 방법
2.1 분말 및 용사
MWCNT 알루미늄 복합소재 분말을 제조하기 위 하여 구형의 순수 알루미늄(입도: +6.5-45 µm, 순도:
99.99%)과 MWCNT(직경: 20-50 nm, 밀도: 2.01 g cm−1)를 사용하였다. MWCNT 분율을 각각 0.5와 1.0 wt%로 균일하게 혼합하여, 분율이 다른 두 혼 합 분말을 제조하였다. 그림 1(a)-(b)는 각각 초기 MWCNT의 transmission electron microscopy(TEM) bright field 이미지와 초기 알루미늄 분말의 scanning electron microscopy(SEM) 이미지를 나타낸다. 본 연구에 사용된 MWCNT는 전형적인 nano-bamboo
구조를 나타내며, 비정질 탄소(amorphous carbon)와 다른 불순물 등은 발견되지 않았다. 혼합된 분말은
Fig. 1. FE-TEM bight-field image of the initial MWCNTs (a) and SEM images of pure aluminum powder (b), fabricated MWCNT reinforced aluminum composite powder of 0.5 wt% (c) and 1.0 wt%
(d).
Fig. 2. XRD patterns (a) and size distributions (b) of
aluminum and MWCNT reinforced aluminum
composite powders.
지르코니아 볼을 이용하여 5시간 동안 기계적 합금 화 처리하여 MWCNT 알루미늄 복합소재 분말을 형성하였다. 지르코니아 볼과 혼합 분말의 질량비 는 10:1이었다. 제조된 복합소재 분말은 구형이었 으며, 그림 2(b)에서 보이는 바와 같이 복합소재 분 말의 X-ray 회절 피크(peak)는 알루미늄 분말의 X- ray 회절 피크와 거의 유사하였다. 이는 기계적 합 금화 공정 중 알루미늄의 산화 및 변형에 의한 가 공 경화가 두드러지게 발생하지 않았음을 의미한다.
제조된 MWCNT 알루미늄의 복합소재 분말의 입도 분포 또한 초기 알루미늄 분말의 입도 분포와 유사 하여, 기계적 합금화에 의하여 분말 간 접합에 의 한 조대화(agglomeration)가 발생하지 않음을 알 수 있다(그림 2b).
상용화된 고속 화염 용사 장비(Hipojet 2100, Plasma Powders)를 사용하여 코팅을 형성하였다. 고속 화 염 용사 및 장비에 대한 세부적인 내용은 참고 문 헌에 나타나 있다10,11). Table 1은 고속 화염 용사 공 정 변수를 나타내고 있다. 고속 화염 용사 공정은 산소가 차단되지 않은 대기 중에서 수행되었으며, 기판으로서 mild steel 판재가 사용되었다. mild steel 판재는 용사 공정 이전에 미세 연마한 후 grit blasting 처리하여 표면 조도를 높였다.
2.2 분석
MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅의 미세 조직은 SEM(JAM5600, JEOL)을 이용하여 분석하였다. 코 팅 미세 조직은 코팅 단면을 연마(0.03 µm alumina) 후 Kroll’s reagent(3 ml HF + 6 ml HNO3+ 100 ml H2O)를 사용하여 에칭한 후 관찰하였다. FE-TEM (Tecnai G2 F30 S-Twin, FEI)를 이용하여 코팅 내 부에 있는 MWCNT를 관찰하여 공정 중 MWCNT 의 반응을 관찰하였다. High-resolution electron microscopy(HREM) 이미지는 이미지 분석 소프트 웨어(DigitalMicrograph, Gatan)를 이용하여 분석하 였다. TEM 시편은 코팅을 기계적 연마를 통하여 100µm까지 얇게 연마한후 punch를 이용하여 3 mm disk로 만든 후 jet-polishing(Tenupol-3, Struers)을 이용하여 제작하였다. 코팅의 결정립 크기 분포는 이미지 분석 소프트웨어(Image-Pro Plus, Media cybernetics)를 사용하여 측정하였다.
코팅의 전기적 특성을 측정하기 위하여 four-point
probe(Jandel)을 사용하여 전기 비저항을 측정하였 다. 기계적 특성 평가는 탄성 계수와 미소 경도를 측정하였는데, 탄성 계수는 반경 0.25 mm 구형 압 입자를 이용한 계장화 압입 시험(AIS 300R, Frontics) 을 통하여 측정하였다. 계장화 압입 시험을 이용한 탄성 계수 측정에 대한 구체적인 내용은 참고 문헌 에 나타나 있다11,12). 미소 경도는 미소 경도기 (HMV-2, Shimadzu)를 이용하여 980.7 mN의 응력 으로 10초간 연마된 코팅의 표면을 압입하여 측정 하였다.
3. 실험 결과 및 고찰
3.1 코팅 미세 조직 및 MWCNT 상태
그림 3(a)-(c)는 각 MWCNT 분율에 따른 고속 화 염 용사 코팅의 에칭된 단면을 나타내고 있다. 각 코팅 조직은 치밀한 미세 조직을 나타내고 있으며 기공은 거의 보이지 않는다. 고속 화염 용사 코팅 은 모든 코팅에 대하여 동일한 공정 조건 하에서 이루어졌고, 각 공정에 유입되는 화염에 의한 열에 너지 및 산소 유입량은 유사하기 때문에 MWCNT 의 분율과 무관하게 유사한 코팅 미세 조직을 나타 내고 있다. 고속 화염 용사 공정 중 입자는 고온의 가스 유동장 내에 비행하는 궤적에 따라 상이한 열 에너지를 받게 됨에 따라 다른 온도 분포를 가진다.
열 에너지를 많이 흡수한 입자는 완전 용융하게 되 지만, 상대적으로 열 에너지를 적게 흡수한 입자는 부분 용융하게 된다. 그림 3에서도 나타나는 바와 같이 코팅은 부분 용융된 입자와 완전 용융에 의한 액적(melted splat)의 적층을 통하여 형성된다. 코팅 내 완전 용융된 액적의 면적 비율은 세 코팅 모두 대략 80%의 면적 비율을 가진다.
본 연구에서 고속 화염 용사는 대기 중에서 실시 되었다. 따라서 고속 화염 용사의 가스 유동장에는 대기 중 산소와 연료 가스 연소를 위하여 유입되는 산소 가스의 불완전 연소에 의한 여분의 산소가 가 스 유동장 내 유입됨에 따라 고속 화염 용사 공정 중 가스 유동장 내 입자는 산소 가스와 접촉하게
된다10,11). 특히, 완전 용융되는 입자의 경우 가스 유
동장 내에서 산소와 접촉하게 되면 높은 온도로 인 하여 산화가 빠르게 진행될 수 있다. 그림 4는 고 속 화염 용사 코팅 내 존재하는 MWCNT를 나타
Table 1. Process parameters for HVOF spraying
O
2flow rate (scfh)
LPG flow rate (scfh)
N
2flow rate (scfh)
Feed rate (g min
−1)
Stand-off distance (mm)
Travel speed (mm s
−1)
250 100 20 38 150 83
내고 있다. 고속 화염 용사 코팅 내 MWCNT는 특 유의 nano-bamboo 구조를 유지하고 있었지만, MWCNT 바깥 쪽 벽의 일부가 끊겨 말려져 있는 것이 관찰됐다. 그림 5에서 MWCNT 하단부의 직경 은 30.79 nm이지만, 상단의 직경은 18.75 nm로 직경 이 상당히 감소하였음을 알 수 있다. MWCNT는
열적으로 안정한 소재로서, 진공 상태의 고온에서 일반 흑연 (graphite) 및 비정질 탄소(amorphous carbon)으로 상변태하지 않는다. 하지만, MWCNT 는 상대적으로 산소와의 높은 반응성을 보여 산소 와 접촉하게 되는 경우 다음과 같은 화학적 반응을 일으킨다13).
(1) MWCNT는 산소와의 반응에 의하여 기화(evapora- tion) 되어 구조를 잃어버리거나 그림 5에서 보이는 바와 같이 소실될 수 있다. MWCNT의 벽들은 약 한 반 데르 발스(van der Walls) 힘에 의하여 결합 하고 있다. 문헌에는 MWCNT 벽들 간에 결합을 형성하는 반 데르 발스 힘은 대략 0.035 eV atom−1로 제시하고 있다14,15). 또한 MWCNT는 흑연 판상 (graphitic sheet)이 인위적으로 말려서 생성된 구조 로 다시 펴지고자 하는 표면 장력이 존재한다14,15). 이때의 표면 장력은 100-200 mN m−1의 범위를 가
진다14,15). MWCNT 표면의 일부에서 산소와의 반응
에 의해 기화가 진행되면, MWCNT 표면에 탄소 간 결합이 끊기게 되고, MWCNT의 표면 장력에 의해 결합이 지속적으로 끊어지게 된다. 따라서, 그림 5에 보이는 것 같은 MWCNT의 바깥 쪽 벽 들이 말려 올라가는 현상이 발생하게 된다.
3.2 코팅 특성 평가
MWCNT 알루미늄 코팅의 전기 비저항은 코팅이 미세 조직 내부에 포함하고 있는 전위 및 기공과 같은 결함과 MWCNT의 분율에 영향을 받게 된다.
그림 5는 각 MWCNT 분율에 따른 복합소재 코팅 의 전기 비저항 측정 결과를 나타내고 있다.
MWCNT의 분율이 증가함에 따라 코팅의 전기 비 저항은 감소한다. MWCNT 0.5 및 1.0 wt% 복합소 재 코팅의 경우 측정된 전기 비저항 값이 각각 7.6 와 6.0 µΩ cm로서 10.4 µΩ cm인 순수 알루미늄 코 팅과 비교하여 상대적으로 낮은 측정치를 보인다.
O2+2C(s MWCNTs, )→2CO( )g
Fig. 3. SEM images of the HVOF sprayed aluminum coating (a) and the MWCNT reinforced aluminum composite coatings of 0.5 wt% (b) and 1.0 wt% (c).
Fig. 4. HREM images of MWCNTs in the un-melted part in the melted splat.
Fig. 5. Electrical resistivities of HVOF sprayed aluminum
and the MWCNT reinforced aluminum composite
coatings.
고속 화염 용사를 통하여 형성된 MWCNT 알루미 늄 복합소재 코팅의 전기 비저항은 Mattiessen’s rule 에 의해 다음과 같이 나타난다16).
(2) 본 식에서 ρ0는 annealing을 통하여 조대한 결정 립(coarse grain)을 가지는 알루미늄의 전기 비저항 이다. ∆ρgb는 결정립계에 의한 전기 비저항 증가,
∆ρpb는 입자 간 계면에 의한 전기 비저항 증가,
∆ρCNT는 MWCNT에 의한 전기 비저항 감소, ∆ρp는 기공(pore)에 의한 전기 비저항 증가 그리고 ∆ρdl는 전위에 의한 전기 비저항 증가를 나타낸다. MWCNT 분율에 따른 복합소재 코팅은 동일한 고속 화염 용 사 공정 하에서 형성되어 그림 3에서 나타난 바와 같이 각 코팅은 미세 조직 상에 상당한 유사성을 보인다. 따라서 각 코팅의 전기 비저항에 영향을 주 는 결정립계, 전위, 기공 그리고 입자 간 계면이 전 기 비저항에 미치는 영향은 유사하다고 가정될 수 있다. 조대한 결정립을 가지는 알루미늄의 전기 비 저항은 3.4 µΩ cm로써, 순수 알루미늄의 코팅(10.4 µΩ cm)보다 낮은 값을 가진다. 화염열용사 중 알 루미늄 입자가 용융되고 급속 응고되면서 미세한 결정립이 형성된다. 따라서 결정립계의 영역이 커 지고, 코팅 내부에 자연적으로 발생하는 기공과 전 위가 전자 전달을 방해하여 전기 비저항이 증가하 게 되는 것이다. 순수 알루미늄 코팅과 복합재료 코 팅은 코팅 내 액적의 면적 비율이 80~82%로서 유 사한 값을 가진다. 따라서, 세 코팅의 미세 조직적 차이에 의한 전기 비저항 증가율은 유사하게 된다.
MWCNT는 2.0 × 10 µΩ cm의 전기 비저항 값을 가 지며, 이 값은 조대한 알루미늄의 전기 비저항보다 높은 값을 가진다. 기계적 합금화를 통하여 MWCNT 를 금속 기지 내에 삽입하는 경우, MWCNT의 분 산은 균일하며, MWCNT는 무질서하게 배열된다.
따라서, 복합재료의 전기 비저항은 이방성을 가지 지 않으며, 복합재료 내 MWCNT 분율 증가에 따 라 증가하는 경향을 나타낸다.
그림 6은 각 코팅의 탄성 계수 측정치를 나타내 고 있다. MWCNT의 분율 증가에 따라 탄성 계수 가 64.2에서 76.8 GPa까지 증가하고 있다. MWCNT 는 ~1 TPa의 높은 탄성계수를 가진다. 복합소재 내 탄성파(elastic wave)가 발생하여 전달하는 중 기지 내 MWCNT와 만나게 되면 탄성파는 MWCNT에 의한 반사 또는 편향에 의하여 분산되어 탄성파의 강도가 약해짐에 따라 복합소재의 탄성 계수는 상 승하게 된다. MWCNT 강화 복합재료의 탄성계수 는 기지의 미세 조직이 동일한 경우, MWCNT 분
율에 따른 함수로 표현될 수 있으며, 다음의 Voigt- Reuss 모델을 통하여 나타낸다17).
(3) 순수 알루미늄의 탄성계수는 68.0 GPa이며, MWCNT 보다 현저히 낮은 값을 가지므로, 식 (3)에 각 소재 의 탄성계수가 대입되게 되는 경우, MWCNT의 분 율의 증가에 따라 탄성계수가 증가하는 경향이 나 타나게 된다. 식 (3)에 본 연구에서 사용된 분율의 MWCNT를 대입하는 경우, 실험적으로 측정된 값 보다 높은 결과가 나타난다. 이는 앞에서 언급한 화 염 열용사 중 MWCNT의 산화에 의한 기화와 변 ρ = ρ0+∆ρgb+∆ρpb+∆ρCNT+∆ρP+∆ρdl
Ecomposite 3
8--- f( MWCNTEMWCNT+(1–fMWCNT)EAl)
= 5
8--- EMWCNTEAl
EMWCNT(1–fMWCNT) E+ AlfMWCNT ---
⎝ ⎠
⎛ ⎞
+
Fig. 6. Elastic modulus of HVOF sprayed aluminum and the MWCNT reinforced aluminum composite coatings.
Fig. 7. Micro-hardness of HVOF sprayed aluminum and
the MWCNT reinforced aluminum composite
coatings.
형에 의한 MWCNT의 손실로 인한 것이다.
그림 7은 고속 화염 용사를 통하여 형성된 MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅의 MWCNT에 따른 미소 경도를 나타낸다. MWCNT 알루미늄 복합소재 코 팅의 미소 경도는 MWCNT 분율에 따라 증가하고 있다. 순수 알루미늄 코팅의 경우 미소 경도가 30.3 Hv로 나타났으나, MWCNT 분율 0.5 및 1.0 wt% 복합소재 코팅의 경우 미소 경도가 각각 49.4와 56.7 Hv로 증가하였다. 고속 화염 용사를 통 하여 형성된 MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅의 미소 경도는 코팅 내 결정립 크기, 가공 경화(strain hardening) 및 MWCNT의 기여에 의하여 영향을 받 으며, 복합소재 코팅의 미속 경도는 다음과 같은 방 정식으로 나타난다16).
(4) H0는 annealing을 통하여 조대한 결정립을 가지는 알루미늄의 경도이다. ∆Hgb는 결정립 미세화에 의 한 강화를 나타내며, 다음의 Hall-Petch 관계식을 통 해 나타난다18).
(5) 여기서, KH는 Hall-Petch 상수이고, d는 결정립의 직경이다. ∆HCNT는 코팅 내부에 분산되어 있는 MWCNT에 의한 강화 효과를 나타낸다. ∆Hsh는 적 층 과정 중의 소성 변형으로 인한 가공 경화를 나 타낸다. 고속 화염 용사 중 적층 과정에서 입자의 두드러진 소정 변형은 발생하지 않으므로 가공 경 화에 의한 영향은 무시될 수 있다. 같은 공정 조건 에서 용사되는 경우는 그림 4에서 나타는 바와 같 이 미세 조직 내 결정립 크기 분포에 있어 상당한 유사성을 가진다. 따라서, 복합소재 코팅의 경도 변 화는 결정립 크기에 따른 영향으로 설명이 불가능 하다. 미소 경도 상의 차이는 알루미늄 기지 내에 MWCNT의 분산 강화(dispersion hardening)에 의해 발생한다. 복합소재 알루미늄 기지 내 전위가 발생 하여 이동 중 MWCNT를 만나는 경우 전위는 경 한 MWCNT를 끊고 지나갈 수 없으며 MWCNT 주 변에 쌓이게 되며(pile-up), 경화(hardening)를 발생 시킨다. 더 높은 응력이 주어지면 전위 고리 (dislocation loop)를 형성하여 전위의 증식 가공 경 화를 가속한다. MWCNT에 의한 분산 강화 Orowan- Ashby 방정식을 통해 다음과 같이 나타낼 수 있다19).
(6)
G는 탄성전단계수(elastic shear modulus)이고, b는
버거스 벡터(burgers vector), r은 기지 내 MWCNT 의 크기, λ는 MWCNT 간의 거리이다. 코팅 내부 에서 알루미늄 기지의 탄성전단계수와 버거스 벡터, 그리고 MWCNT의 크기는 모든 코팅에 대하여 동 일하다. 따라서, MWCNT 분율이 상승함에 따라 MWCNT 간의 거리가 짧아셔 분산 강화 효과가 높 아지게 된다. Deng et al.은 소결을 통하여 형성한 1.0 wt%의 MWCNT/알루미늄 복합재료의 미소 경 도를 대략 137 Hv로 보고하였다. 이는 본 연구에서 측정된 미소 경도 56.7 Hv보다 높은 값으로 이것 은 MWCNT 소실로 인한 강화 효과 감소로 인한 것이다.
4. 결 론
본 연구에서는 기계적 합금화법을 이용하여 MWCNT 알루미늄 복합소재 분말을 제조하였으며, 제조된 분말을 고속 화염 용사에 적용하여 복합소 재 코팅을 형성하였다. 형성된 복합소재 코팅의 미 세 조직 및 특성 평가에 대한 연구를 수행하였으면 주요한 결과는 다음과 같다.
1) MWCNT 분율과 무관하게 각 MWCNT 분율 의 복합 소재 코팅은 동일한 고속 화염 용사 코팅 공정 조건 내에서 유사한 미세 조직을 나타냈으며, 코팅의 미세 조직을 나타내었다. 코팅의 미세 조직 은 부분 용융 및 용융 액적으로 구성되었으며, 부 분 용융에 의해 생성된 조직의 면적 분율은 모든 코팅에 대하여 대략 20%였다. 고속 화염 용사 코 팅 공정 중에서 유동장에 유입되는 산소 가스에 의 하여 MWCNT의 산화에 의한 기화가 발생하여 MWCNT의 구조가 파괴(destruction) 되었다.
2) MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅의 전기 비 저항은 코팅의 전위, 기공 및 결정립 등의 결함에 의해 영향을 받으며, 유사한 미세 조직을 보이는 각 코팅에 대하여 MWCNT의 우수한 전기 전도도가 코팅의 전기 비저항 감소에 기여하여 코팅의 전기 비저항은 MWCNT 분율의 증가에 따라 감소하였다 3) MWCNT는 탄성 계수가 높은 소재로서 알루 미늄 기지 내에서 복합 소재의 탄성 계수 향상에 기여하였다. MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅의 탄 성 계수는 MWCNT 분율에 따라 증가하였다.
4) MWCNT 알루미늄 복합소재 코팅의 미소 경 도는 MWCNT 분율의 증가에 따라 증가하였다. 복 합소재 코팅의 미소 경도는 크게 결정립 크기 분포, 가공 경화 및 MWCNT에 의해 영향을 받는다. 모 든 코팅이 유사한 결정립 크기 분포를 가지고, 고 속 화염 용사 코팅 공정 중 입자의 가공 경화는 거 H = H0+∆Hgb+∆HCNT+∆Hsh
Hgb
∆ = KHd–1/2
σ
∆ 0.13Gb ---lnλ r
b---
=
의 발생하지 않으므로 경도 향상은 MWCNT의 분 산 강화 효과에 의해 발생하였다. MWCNT는 기지 내 전위의 이동 방해하고 전위를 증식시키고 경화 를 발생시켜 경도를 상승시켰다.
후 기
이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재 원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (No.2011-0016724).
참고문헌
