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캐비테이션 피닝의 원리와 응용

전문가 제언: ○ 재료표면의 연삭, 표면특성의 균질화, 표면강도의 향상 등의 표면개질에는 구형(shot)의 분말상 투사체를 재료표면에 강하게 충돌시키는 숏피닝(shot peening)법이 이용되고 있다. 숏피닝은 냉간가공의 일종이므로 가공경화에 의하여 내마모성이 향상되고 투사체가 고속으로 충돌한 표면에는 균일한 압축 잔류응력이 남게 되므로 피로강도가 향상되는 효과가 있다. 그러나 숏피닝은 재료의 표면이 거칠어지고 재료의 마모분진이 발생하는 문제가 있다.

○ 캐비테이션 피닝(CP)은 투사체를 사용하지 않는 표면개질법으로 고속 수분류(high speed water jet)를 수중에 분사할 때 생성되는 캐비테이션 기포의 붕괴에 따른 충격력을 이용한다. CP 처리는 숏피닝의 단점인 표면 거칠기의 증가와 마모분진의 발생이 없는 장점이 있다. 스테인리스강과 합금공구강에 대한 CP 처리의 적용에서는 잔류응력의 도입에 의한 피로강도의 향상과 전위의 이동에 의한 스트레인의 저감화 효과가 실증되고 있다.

○ 캐비테이션 기포의 충격력은 재료에 손상을 가져올 수도 있으므로 재료손상을 방지하기 위해서는 충격력의 정량적 계측법의 개발이 필요하다. 충격력의 계측방법에는 PVDF필름이나 압전센서로 충격력을 검출하는 방법, 충격력의 크기와 손상의 크기를 비교하는 방법, 압력에 따라 변색되는 감압지를 이용하는 방법 등이 보고되고 있다. 이중 센서에 의한 방법은 충격력의 정량적 평가가 가능하고 장치기술도 개발되어 있으므로 CP에 의한 표면개질에 적극적인 활용이 기대된다.

○ 국내에서는 1980년대 초에 수분류(워터제트)의 발생기술이 개발되어 소재의 절단이나 표층물질의 박리 등에 이용되어 왔다. 또 표면공학회, 부식학회, 기계기술학회 등에서는 캐비테이션에 의한 유체기기의 부식이나 진동문제 등이 연구되고 있으며 CP에 의한 표면개질 분야는 경남정보대학(재료역학 실험실)에서 활발히 연구되고 있다. 앞으로 실용화에 접목시킬 수 있는 장치기술의 개발과 보급이 요구된다.

저자: Hitoshi Soyama
자료유형: 학술정보