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일방향응고에 의한 로터스형 다공질 탄소강의 제조와 기계적 성질

전문가 제언: ○ 다공질 금속(porous metal)은 경량일 뿐만 아니라 충격에너지의 흡수에 따른 방진성과 방음성, 유체 통과에 의한 여과기능, 특이한 열전도 특성 등을 가지므로 응용범위가 점점 확대되고 있다. 최근에는 자동차 경량화를 위하여 차체에 다공질 알루미늄 합금의 적용도 적극적으로 시도되고 있다.

○ 다공질 금속의 제조법은 오래 전부터 여러 가지 방법이 개발되어 왔으며 대표적인 방법으로는 분말금속의 소결법을 비롯하여 가스에 의한 액체금속의 발포법, 3차원 망목구조(skeleton)에 대한 도금법, 입자충전층에 액체금속의 주입, 나선형 금속와이어에 의한 직조법 등이 있다.

○ 여기에서 소개하고 있는 로터스형 다공질이란 기공을 한 방향으로 길게 배열시킨 것으로 일방향응고법으로 제조된다. 즉 가스성분이 과포화 된 용융금속이 응고할 때 용해도의 감소에 따른 탈가스 반응으로 기포가 발생하고 그 자리가 기공으로 남아 다공질체가 형성된다. 가스로는 용해도가 크고 확산이 빠른 수소가 많이 이용되나 폭발과 인화 위험성 때문에 여기에서는 질소가스를 이용하는 것이 특징이다.

○ 용철 중 질소의 용해도는 Sieverts 법칙에 따라 가스분압의 평방근에 비례하므로 질소의 용해반응(1/2N2→[N])에 대한 열역학 수치로부터 계산하면 제조조건인 2.5MPa의 질소압력에서 질소의 용해도는 1600℃에서 0.9%에 불과하다. 그러나 가스의 팽창효과 때문에 40㎛/s의 낮은 응고속도에서는 25% 이상의 기공률을 갖는 다공질 탄소강의 제조가 가능하다.

○ 다공질 탄소강의 강도는 기공률의 증가에 따라 감소하나 기공의 면적을 감한 금속부분만의 항복강도는 기공률 20%까지는 기공률의 증가에 따라 오히려 증가한다. 이러한 현상은 응용 면을 고려할 때 기공률만큼 경량화한 고강도 소재의 제조가 가능함을 시사한다. Fe-N계에 의한 다공질체는 용접성과 내식성이 양호하다는 보고도 있으므로 앞으로 철계 다공질체의 용도개발이 기대된다.

저자: Makoto Kashihara
자료유형: 학술정보