기계공학실험 - 금속재료 실험

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평형조건하에서는 같아진다.
Ａ1 변태온도 직상인 c 점에서 지렛대법칙을 사용하면 초석 페라이트와 오스테나이트의 중량분율을 다음과 같이 계산할 수 있다.
초석 페라이트 분율 (wt%) =
오스테나이트 분율 (wt%) =
723 의 Ａ1 변태온도에서 남아있는 모든 오스테나이트는 Ａ1 변태온도 이하로 냉각될 때에 펄라이트로 변태하기 때문에, 그림 2.3에서 Ａ1 변태온도 직하인 d 점에서의 펄라이트의 중량분율은 Ａ1 변태온도직상인 c점에서의 오스테나이트의 중량분율과 같게 될 것이다. 따라서 0.4%C의 아공석강에 있어서 723 직하의 온도에서 존재하는 펄라이트의 중량분율은 50%가 된다. 한편 Ａ1 변태온도와 상온에서 페라이트의 탄소 고용도한계의 차이는 미미하므로 상온에서의 초석 페라이트와 펄라이트의 상대적인 양은 d 점에서 계산된 값과 비교해서 큰 차이가 없다.
▲ 상태도
▲ 에칭 (Etching)
금속표면의 침식작용에 의거 금속을 그 표면으로부터 분리 제거하는 처리기술을Etching이라고 한다. 즉, 금속재료를 전기 물리적 또는 화학용해 작용을 이용하여 금속 일부분을 침식제거 하는 것을 말한다. 전기 물리적 방법으로는 전해가공, 전해연마를 들 수 있으며, 화학 용해 방법으로는 화학 타공, 화학절삭의 방법이 있다.
원래 Etching 기술은 17세기 손조각법에 의한 동판화 기술로써 고안 개발되어진 것으로 내산성물질을 동판면에 도포하고 침봉으로 내산성 물질을 긁어내면서 패턴을 형성 노출부에 산처리(Etching)를 하였던 것이다. 이와 같은 Etching 기술은 19세기 사진기술의 발달과 함께 요판, 동판, 그라비아판 등의 인쇄분야에 광범위하게 이용되게 되어있으며 전기, 전자기기, PCB판, 집적회로 및 각종 기계 부품에까지 이용되게 되었다.
[Etching의 효과]
-상품성의 향상으로 상품 만족도를 높인다.
-의장성 향상으로 상품 가치를 높게 한다.
-미끄럼 방지 등 기능성을 향상시킨다.
-Weld line, 수축 등의 방지 그리고 표면조도의 조절을 통하여 2차 가공성을 향상시킨다.
습식식각(Wet Etching)
건식식각(Dry Etching)
사진공정을 거친 웨이퍼를 식각용액에 담근다. HF는 PR과는 반응하지 않으며 실리콘 산화막만을 식각한다. 그러나 식각 진행 중 side wall 역시 식각하므로 undercut이 발생한다.
Plasma화 된 Ar가스가 웨이퍼에 수직한 방향으로 align이 되어 표면에 충돌한다. Wet etch와는 달리 물리적인 Sputtering이 주로 일어나므로 선택성이 낮으며 표면의 손상이 있을 수 있다.
장 점
-선택성과 생산성이 높다
장 점
-이방성식각(Anisotropic Etch)
- 미세 패턴형성 가능
단 점
-등방성 식각(Isotropic Etch)
- 미세 패턴 형성 불가
-사용되는 etchant의 처리와 비용 문제
단 점
-선택성이 낮다
-공정의 이해가 어려우며 공정 변수가 많다
-플라즈마 내의 이온이나 래디칼에 의한 손상 및 오염의 문제
▲고 찰
금속재료의 재질은 합금의 종류와 제조공정에 따라 결정되는데 금속조직시험은 이러한 재료의 이력을 알아내는데 필수 불가결한 사항이다. 이에 이 실험에서 기본적인 열처리에 의한 미세조직의 변화를 고찰하고 이에 따른 성질의 변화를 예측하는데 그 의의를 둘 수 있겠다.
강은 현재 사용되고 있는 가장 중요한 구조재료 중의 하나이다. 또한, Fe-C합금은 열처리에 의해 다양한 미세조직을 얻을 수 있기 때문에, 널리 연구가 수행되고 있는 합금계이다. 그리고 대부분의 주요한 상변태가 Fe-C계에서 일어나기에 이 때 나타나는 미세조직을 관찰함으로써 그 재료의 강성 등과 같은 물성치를 알아낼 수 있는 것이다.
이 실험은 절단-연삭-연마-에칭작업을 통해 재료의 미세조직을 관찰할 수 있는 최적의 조건을 만든 후 현미경으로 관찰해야 한다. 특히 현미경 특성 때문에 에칭이 필요한데 그 이유는 미세조직 관찰 현미경이 빛의 전반사와 난반사의 효과에 의존하므로 일부로 부식작업인 에칭은 중요한 작업이다.
위 결과에서 상태도를 통해 추정하였듯이 이 재료는 아공소강으로 탄소함량이 0.3%~0.5%정도 포함되어 있다. 강의 탄소함량을 안다는 것은 재료의 물성치를 알아낼 수 있다는 것이고 적절한 재료선택을 통해 안정적이고 최적화 된 설계를 하는데 필수적인 요소이다. 이미 이에 대한 정보는 실험을 통해 밝혀졌지만 실험을 계기로 다시금 되새겨 보고 기계공학도로서 갖추어야 할 자질을 배울 수 있었다.

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기계공학,   금속재료 ,   실험