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마찰교반법에 의한 조직제어와 응용기술

전문가 제언: ○ 마찰교반접합(Friction Stir Welding, FSW)법은 1990년대 초에 영국에서 개발된 고상접합법이다. 이 방법은 접합모재를 고정하고 경도가 높은 비소모성 회전공구를 이동시켜 회전공구에 삽입된 핀과 접합모재와의 상대적 운동에 의하여 발생하는 마찰열과 교반작용에 의한 소성유동을 이용하여 접합모재를 용해하지 않고 고상에서 접합시키는 방법이다.

○ 마찰교반에서는 매우 큰 강소성 변형상태가 실현되어 변형속도가 10~102s-1로 매우 빠르므로 변형에너지의 축적이 증가하여 재결정의 구동력이 커진다. 따라서 동적 및 정적 재결정에 의한 결정립의 미세화가 일어난다. 이러한 현상을 조직제어를 위시한 재료공정에 이용하는 마찰교반공정(Friction Stir Processing, FSP)이 제안되어 미세조직화, 성형성 향상, 표면개질, 소성가공 등에의 응용이 주목되고 있다.

○ 본 보고에서는 Al합금과 Mg합금에 FSP법을 적용하여 교반영역(Stir Zone, SZ)에서 수㎛의 입상결정이 형성되고 특히 SZ에서는 입계슬립에 의하여 초소성 특성이 나타남을 확인하여 가공성의 개선에 유용함을 실증하고 있다. 다만 Mg합금에서는 공구핀의 표면과 평행하게 집합조직이 형성되고, Al합금에서는 FSP처리 후에 가열하면 이상결정립 성장)이 일어나 초소성 특성이 소실되는 문제점이 보고되고 있다.

○ FSP의 응용에는 적용재료, 온도, 변형속도 등의 야금학적 공정요인의 제어도 중요하나 재료의 국부적인 가열, 물질유동, 미세조직 등에 영향을 미치는 공구의 설계요인과 작동조건도 매우 중요하다. 즉 회전공구의 형상, 핀의 크기, 공구의 이동속도, 회전속도, 회전방향 등이 재료의 종류, 특성, 처리목적 등에 따라 최적화되어야 한다.

○ FSP의 응용은 결정립 미세화, 성형성의 개선, 주조조직의 개선, 초소성가공, 표면개질, 분말성형 등 광범위한 분야에서 가능성이 기대되고 있다. 그러나 이 분야의 연구는 근래에 시작되어 규명해야할 많은 과제가 남아있다. 다만 이 분야의 기본기술인 FSW가 현장기술로 실용되고 있어 FSP의 실용화는 가까운 장래에 가능해 질 것이다.

저자: Y. Motohashi
자료유형: 학술정보