금속가공 번역(한국어 원본)강소성가공법(severe plastic deformation)중에서 ECAP(Equal Channel Angular Pressing)은 재료의 단면적 변화 없이 높은 strain을 부가하여 결정립을 submicron 이하로 미세화 시키는 방법으로 사용 되고 있다 [1]. 금속재료의 경우 결정립이 미세화 되면 강도 증가가 기대된다. 그러므로 철강, 알루미늄, 구리 등 금속의 결정립을 미세화 하는데 ECAP을 이용하는 연구가 이루어 졌다 [2-6]. 특히 알루미늄 합금은 높은 적층결함 에너지로 인한 저온에서의 회복이 발생하여 결정립을 submicron 이하로 미세화 시키기 어려웠으나 ECAP를 적용할 경우 결정립 미세화에 큰 효과를 보이고 있다 [1]. 또한 high grain boundary의 생성으로 인한 저온 초소성 특성이 보고 되고 있다 [7-8]. 알루미늄 1060 합금은 알루미늄 99.6%를 포함하며 불순물로서 미량의 Si과 Fe을 포함 하고 있다. 알루미늄 1060은 1XXX계열의 대표적인 도전재료로 송전 및 배전 재료로 사용되고 있다. 그러나 전기적 특성은 우수하나 강도가 약한 단점을 가지고 있으며 열처리 및 압연을 통하여 강도를 향상시키는 방법을 사용하고 있다.
본 연구에서는 알루미늄1060을 ECAP하여 조직을 미세화 하였으며, pass 증가에 따른 강도, 미세조직 등의 기계적특성과 초미세립 알루미늄의 열특성 변화를 관찰 하였다. 알루미늄의 미세화를 통하여 강도를 증가시키고 이에 따른 열전도도 특성 파악 하며, 기계적 특성 향상은 하되 전기적 특성은 유지 하고자 ECAP 을 사용 하였다. 비열, 열확산도 및 밀도 측정을 하였으며, 열전도도는 이들 값으로부터 계산 하였다. 비저항은 측정은 4-probe 법으로 측정 하였고, 전기전도도는 Wiedemann-Franz 법을 이용하여 열전도도로부터 계산 하였다.
본 연구에 사용된 알루미늄 1060 은 99.6%의 순도를 갖고 있다. 알루미늄을 직경 17.5 mm, 길이 125 mm의 rod 형태로 가공한 후, 723 K에서 2시간 동안 어닐링 처리를 하였다. ECAP의 조건은 상온에서 교차각 90°, 만곡각 20°의 die를 통하여 route Bc, 2 mm/s의 변형속도로 1 ~ 8 반복 하여 가공하였다 [9]. ECAP 중 die와 시편의 마찰을 최소화하기 위하여 시편표면에 MoS2 lubricant를 도포 하였다.
밀도 측정은 Archimedes법으로 상온에서 측정 하였으며, 고온에서의 밀도는 열팽창계수 측정을 통하여 계산 하였다. 비열 측정 DSC (Differential Scanning Calorimeter, Netzsch, DSC 404C)를 사용하였다. DSC의 온도 및 열량 교정은 Indium, Tin, Zinc, Aluminum, gold (99.9999%)를 사용 하였다. DSC의 측정분위기는 불활성 가스(Ar, 99.999%)을 유량 50 ml/min의 조건으로 사용하였다. 비열은 상온에서 600 ℃까지 구간에서 10 K/min의 속도로 승온시키고 50 oC 간격으로 구간 평균 비열을 구하였다. 시편은 지름 4 mm, 두께 약 2 mm로 가공하였으며, 기준시편으로는 NIST SRM-720(α-saphire)를 사용 하였다. 열팽창계수는 Dilatometer(Netzsch, DIL 402C)를 사용하였다. 승온속도는 5 K/min, 분위기는 고순도 질소(99.999%)를 50 ml/min로 하였다. 열확산도는 laser flash method(ULVAC, TC-7000)를 사용하였다 [10]. 레이저 펄스는 Azumi법 [11]을 사용하여 보정 하였으며, 열확산도는 Parker법으로 계산 해석 하였다. TEM시편은 90 μm의 sand paper로 polishing한 후에 질산 25% + 메탄올 75%의 비율로 25V 전압하에 -30 ℃에서 jet polishing하였다. TEM(Transmission Electron Microscope)은 JEOL 2010을 사용하였고 200 keV의 가속전압 조건이었다. |
금속가공 번역(영어 번역본)Equal Channel Angular Processing (ECAP), a type of severe plastic deformation, is being used as a method that enables a high level of stain without changes in the surface area, in order to refine the grain size to be equal to or smaller than that of submicron. [1] For metal materials, the strength increases with the refined grain sizes. Use of ECAP has been studied for the grain refinement of metals, including steel, aluminum and copper [2-6]. Especially, grain refinement of aluminum alloys below the size of submicron have been difficult due to the low-temperature recovery with high stacking fault energy, but ECAP application enables a significant improvement over the refinement of grain [1]. Characteristics of superplasticity due to high grain boundary formation are reported at low temperature as well [7-8]. Aluminum 1060 contains 99.6% aluminum and slight amounts of Si and Fe as impurities. It is also a common conductor among 1XXX alloys to be used as material for power transmission or distribution systems. Despite its superior electric properties, Aluminum 1060 has low strength and thus requires heat treatment and rolling.
This study used ECAP on Aluminum 1060 to refine its structure, and observed the strength by pass increases, mechanical properties of refined structure and the changes in thermal properties of ultra-fine-grained Aluminum. ECAP was used to improve strength from refinement, observe the thermal conductivity characteristics, and thus enhance mechanical properties, while maintaining electric properties. Thermal conductivity was calculated from the measured values of specific heat, thermal diffusivity and density. 4-probe electrical resistivity measurements were taken, and electrical conductivity was calculated with thermal conductivity using Wiedemann-Franz method.
Aluminum 1060 with 99.6% purity was used for this study. Aluminum specimen were processed in a rod form with 17.5mm width and 125mm height, and was treated with annealing at 723K for 2 hours.
As the basic ECAP conditions, dies with channel angle of 90° and the corner angle of 20° were processed 1~8 times by route Bc with stain velocity of 2 mm/s and at room temperature [9]. MoS2 lubricant was applied on the surface of specimen in order to minimize the frictions between the die and specimen during ECAP.
Densities were measured using Archimedes method in room temperature, but were calculated from the measured by the thermal expansion coefficient. Differential Scanning Calorimeter (DSC: Netzsch, DSC 404C) was used for the measurement of specific heat values, with control of temperature and calories with Indium, Tin, Zinc, Aluminum, gold (99.9999%). DSC environment was conditioned by the influx of inert gas (Ar, 99.999%) at 50ml/min. Specific heat values were measured while the temperature was raised between the room temperature and 600 ℃ at 10K/min, and the average specific value of each 50℃ temperature group was taken. Specimen were processed to have a diameter of 4mm and width of about 2mm, and the NIST SRM-720(α-saphire) standard specimen were used. Thermal expansion coefficient was measured using methods from Dilatometer(Netzsch, DIL 402C) with raising temperature at 5 K/min in the environment of pure Nitrogen (99.999%) at 50 ml/min. Thermal diffusivity was calculated by the Parker method, using laser flash method(ULVAC, TC-7000) [10] with correction by Azuimi method [11]. TEM specimen was polished with 90 μm sand paper, and then conducted jet polishing with 25% of nitric acid and 75% of methanol under 25V voltage at -30 ℃. JEOL 2010 model was used as TEM (Transmission Electron Microscope), conditioned with acceleration voltage of 200 keV. |
