[실험 보고서] 재료의 확산(diffusion)실험

소개글

[실험 보고서] 재료의 확산(diffusion)실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론 …………………………………………………………………… 1
　1.1. 연구배경 및 목적……………………………………………………… 1
　1.2. 관련이론…………………………………………………………… 1
　　1.2.1. 확산 (diffusion)……………………………………………………… 1
　　1.2.2. 확산기구(diffusion mechanism)…………………………………… 3
　　　1.2.2.1 원자 빈자리 확산(vacancy diffusion)………………………… 3
　　　1.2.2.2 격자 간 원자 확산(interstitial diffusion)…………………………… 3
　　1.2.3 정상 상태 확산 (steady state diffusion) …………………………… 4
　　1.2.4 비정상 상태 확산(Nonsteady-State Diffusion)……………………… 5

Ⅱ. 본론 …………………………………………………………………… 7
　2.1. 실험재료 및 실험장치………………………………………… 7
　　2.2.1 실험재료 ……………………………………………………… 7
　　2.2.2 실험장치………………………………………………………7
　2.2 실험방법……………………………………………………… 7

Ⅲ. 결과 및 고찰 ……………………………………………………… 8
　3.1 결과………………………………………………… 8
　　3.1.1 Cu+Zn의 현미경사진(x200) ………………………………………… 8
　　3.1.2 Cu+Sn의 현미경사진(x200) ……………………………………… 10
　3.2 고찰………………………………………………… 12

Ⅳ 참고문헌……………………………………………………………… 12　　

본문내용

어떤 시간, 어떤 위치에서도 무차원 변수 x/2√D의 함수인 Cx를 구할 수 있다.
Concentration,C
그림 6.
비정상 상태 확산에 대한 농도 분포도.
합금 내에서 용질의 임의의 농도 C1을 얻기 원한다고 가정하자. 위의 식의 좌변 항은 다음과 같이 된다.
(C1-C0)/(Cs-C0)=canstant
이러한 경우 같은 식의 우변 항 또한 상수이므로
x/2√Dt=canstant
또는 다음과 같이 쓸 수 있다.
x²/Dt=constant
따라서 이러한 관계를 근거로 확산 계산을 할 수 있다.
Ⅱ. 본론
2.1. 실험재료 및 실험장치
2.1.1 실험재료
1. Copper환봉: 외경 25mm, 내경 약 10mm, 높이 20mm
2. Zinc봉: 외경 10mm, 높이 25mm
3. Tin봉: 외경 10mm, 높이 25mm
2.1.2 실험장치
1. 외경 25mm, 내경 약 10mm 높이 20mm를 갖는 구리환봉과 직경이 약 10mm이고 높이가 25mm인 60Cu-40Zn, 60Cu-40Sn 봉의 시료
2. 프레스, 톱
3. 온도 조정장치가 붙은 전기 가열로(900°C까지 사용가능)
4. 연마시설 및 금속현미경 (마이크로미터 부착된)
2.2 실험방법
1. 시료:Copper환봉, Zin봉, Tin봉을 아세톤 세척을 한다.
2. Cu와 Zn시료를 동시에 로 속에 넣어서 600℃에 온도에서 60분간 1차 가열 한 다음 2차로 300℃의 로에서 30, 60, 120분간 확산처리를 한다.
3. 1차 확산시킨 시료와 함께 30, 60, 120분간 확산 처리한 4종의 시료를 1/2로 절단 한 후 단면을 현미경 관찰 할 수 있도록 정밀하게 연마를 행한다.
4. 구리내부로 침투해 들어간 아연(주석) 확산 층의 깊이를 광학현미경 micrometer 및 SEM를 사용하여 그 평균 깊이와 분포를 각각 측정한다.
5. X값을 각각 =√2Dt 에 대입하여 아연이 동내에서의 확산지수 D를 구하여라.
Ⅲ. 결과 및 고찰
3.1. 결과
3.1.1. Cu+Zn의 현미경사진(x200)
=(15.88+17.39+18.63)/3㎛
= 17.3㎛
D = ²/2t = 0 m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
0hr 열처리
=(43.38+43.71+46.29)/3㎛
= 44.46㎛
D =²/2t = 0.274× m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
2. 1hr 열처리
3. 2hr 열처리
=(97.41+98.94+96.66)/3㎛
= 97.67㎛
D =²/2t = 0.662× m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
=(120.29+119.38+117.79)/3㎛
= 119.15㎛
D =²/2t = 0.657× m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
4. 3hr 열처리
3.1.2. Cu+Sn의 현미경사진(x200)
0hr 열처리
=(50.22+74.56+54.80)/3㎛
= 59.86㎛
D = ²/2t = 0 m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
2.1hr 열처리
=(82.19+90.24+71.67)/3㎛
= 81.37㎛
D =²/2t = 0.92× m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
3. 2hr 열처리
=(119.09+119.09+143.35)/3㎛
= 127.17㎛
D =²/2t = 1.123× m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
4. 3hr 열처리
=(235.95+220.67+245.02)/3㎛
= 233.88㎛
D =²/2t = 2.532× m
( : 평균 이동거리(m),
t : 경과 시간 (sec))
3.2. 고찰
복학 후 두 번째로 수행하는 실험이었다. 금속재료 안에서 원자 간의 확산이 일어난다는 이론 배경으로 수행하였고 열처리를 통한 변화를 관찰하여 현미경으로 확산층 사진을 찍는 것까지 수행하였다. 처음 실험에 임하기 전에 조금 겁나기는 했지만 조교님께서
“현미경이 부서지는 한이 있더라고 직접 해보는 게 중요하다. 내가 책임질 테니 마음 놓고 해봐라.” 라고 말씀하셨기에 정말 열정적으로 실험에 임할 수 있는 자신감을 얻게 되었다. 이번 재료의 확산실험을 진행하며 이론상으로만 배울 수 있었던 확산에 관한 것을 직접 눈으로 확인 할 수 있었으니 정말 좋은 경험 이였고 실험을 진행 하는 데에 있어서 직접 손으로 정마를 진행하여 결과가 폴리싱기로 정마 하였을 때 보다 좋지 않은 것들이 아쉬웠다. 하지만 조교님께서 제일 빠른 시간 내에 정마를 마치기도 하였고 손으로 정마 한 것치고 훌륭하다고 말씀해 주셔서 뿌듯하였다.
결과 값을 볼 때 Cu-Zn합금과 Cu-Sn합금의 확산 층의 두께는 열처리 시간에 비례한다는 것을 확인 할 수 있었으며 이는 고온 하에서 주위 원자와의 결합을 끊거나 격자 변형을 일으킬 정도의 에너지를 얻는데 용이하고 공공의 생성 또한 활발하기 때문이라고 생각해보았다. 또한 두 재료의 차이를 볼 때 Cu-Zn합금보다 Cu-Sn합금의 확산 층의 추께 변화가 크다는 것도 알게 되었다. 이렇게 두께 차이가 나는 이유는 확산계수의 차이와 주석과 아연의 원자크기가 다르다는 것으로 추측 해볼 수 있었다.
실험에서 구한 확산계수의 어림값과 문헌상에서 값과 비교했을 때 오차가 있는 것을 확인 할 수 있었는데 이는 열처리나 연마, 정마 과정에서 오차가 생겼을 것이라 추측해보았다.
Ⅳ 참고문헌
재료과학 (William D.Callister,Jr. & David G.Rethwisch)
성균관대학교 신소재공학부 강의자료
home.skku.edu/~femlab/lecture/introduction_mse/lecture7.pdf
동아대학교 신소재공학부 강의자료
http://cms.donga.ac.kr/servlet/kr.co.k2web.jwizard.common.DownLoad?sSiteId=metal&file=metal_2_99_13317733935390.ppt&orifile=5%C0%E5.ppt&board_id=2&board_seq=99&file_seq=1
[네이버 지식백과] 확산 [diffusion, 擴散] (두산백과)

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