Earticle

본 연구는 레이저 침탄된 TiZrN 코팅층의 탄소확산거동 측면과 이에 따른 기계적 특성 변화를 연구·고찰하였다. TiZrN 코팅에 탄소페이스트를 도포한 후, 레이저를 조사하여 침탄시켰다. 침탄 이후에 (111)상에 해당하는 XRD 피크가 저각으로 이동하여, 도핑된 탄소에 의한 격자팽창을 보여주었다. 아울러, 투입된 탄소의 입계 확산에 의한 결정립의 크기가 감소하였다. 침입된 탄소의 결합상태를 확인하기 위한 XPS 분석결과, 레이저의 열에너지를 통해 탄소가 TiZrN내 질소 원자와 치환되어 탄화물(TiC 또는 ZrC)을 보였다. 아울러, sp2와 sp3 혼성화 결합이 혼재하는 상태를 보여 비정질 탄소가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 침탄 전후 TiZrN 코팅층의 단면 TEM 이미지와 inverse FFT 분석결과, 격자 중간에 물결형상이 관찰되어 결정립계 내 비정질 상의 형성을 보여주었다. 침탄 후 경도는 34.57 G Pa에서 38.24 G Pa로 증가하였으며, 마찰계수는 83 % 감소하였다. 특히, 외부 하중에 저항하는 지표로 활용되는 H/E는 0.11에서 0.15으로 증가하였고 wear rate는 65 % 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

This study was investigated in carbon diffusion behavior of laser-carburized TiZrN coating layer and the changes of mechanical properties. The carbon paste was deposited on TiZrN coatings, and the laser was irradiated to carburize into the coatings. The XRD peak corresponding to the (111) plane shifted to a lower angle after the carburization, showing the lattice expansion by doped carbon. The decreased grain size implied the compression by the grain boundary diffusion of carbon. The XPS spectra for the bonding states of carbon was analyzed that carbon was substitute to nitrogen atoms in TiZrN, as carbide, through the thermal energy of laser. In addition, the combination of sp2 and sp3 hybridized bonds represented the formation of an amorphous carbon. The cross-sectional TEM image and the inverse FFT of the TiZrN coating after carburizing were observed as the wavy shape, confirming the amorphous phase located in grain boundaries. After the carburization, the hardness increased from 34.57 GPa to 38.24 GPa, and the friction coefficient decreased by 83 %. In particular, the ratio of hardness and elastic modulus (H/E) which is used as an index of the elastic recovery, increased from 0.11 to 0.15 and the wear rate improved by 65 %.

본 연구에서는 Al-Ti-C 반응계의 점화온도에 대해 고찰하고, 자전연소합성법 및 교반주조 공정을 통해 TiC/Mg 금속복합재료를 제조하여 미세조직 및 기계적 특성을 분석하였다. 0, 10, 20, 30 vol.% TiC 입자가 균일하게 분산된 Mg 복합재료를 제조하였고, 강화재의 양이 증가할수록 기지 대비 우수한 압축강도 및 내마모특성을 보였다. 이는 in-situ 자전연소합성법에 의해 결함이나 불순물 등의 오염이 적은 TiC/Mg 금속복합재료 제조로 기지에서 강화재로의 효과적인 하중 전달에 의한 것으로 판단된다.

In this study, the ignition temperature of the Al-Ti-C reaction system, the microstructure and the mechanical properties of the TiC/Mg composite which produced by the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) followed by stir casting process were investigated. Mg based composite with uniformly dispersed 0, 10, 20, and 30 vol.% TiC were fabricated, and higher volume fraction of TiC reinforced composite showed superior compressive strength and wear resistance as compared with Mg matrix. It is attributed to the less contamination, defects, impurities in TiC/Mg composite by the in-situ SHS yield effective load transfer from the matrix to the reinforcement.

본 연구에서는 용융가압함침 공정을 이용하여 고체적률의 TiC 입자가 균일 분산된 Inconel 718 금속복합재료를 제조하고, 미세조직 및 기계적 특성을 분석하였다. 약 55 vol%의 TiC가 균일하게 분산된 TiC-Inconel 718 복합재료를 제조함으로써 Inconel 718 대비 우수한 경도 및 압축강도 특성을 나타내었으며, 이는 기지에 고용된 합금원소인 Mo 및 Nb이 TiC 강화재 내부로 확산 고용되어 우수한 계면 특성을 가지는 core-rim 구조의 TiC 형성에 의한 것으로 판단된다.

Titanium carbide (TiC) reinforced Inconel 718 matrix composites were successfully fabricated by a novel liquid pressing infiltration process. Microstructure and mechanical properties of the fabricated 55 vol% TiC-Inconel 718 composite are analyzed. The composite exhibits superior mechanical properties, such as hardness and compressive strength as compared with Inconel 718. It is believed that Mo and Nb, which are alloying elements in the matrix, diffuse and solidify into the TiC reinforcement, resulting in generation of core-rim structure with excellent interfacial properties.

본 연구에서는 액상가압성형공정을 이용하여 고체적률 $TiB_2$ 입자가 균일하게 분산된 알루미늄 복합재료를 제조하고 미세조직과 기계적 물성을 분석하였다. 제조된 알루미늄 복합재료 내에 $TiB_2$는 약 56 Vol.% 존재하였으며 Al1050 기지재 내부에 $TiB_2$ 세라믹 강화재의 균일한 분산에 의한 분산강화 효과로 경도는 230.5 Hv로써 기지재(Al1050) 대비 약 10배, 인장강도는 306.4 MPa로 약 4.5배, 압축항복강도는 581.7 MPa로 약 9.8배 증가하였다.

In this study, Al1050 composites reinforced with uniformly dispersed, high volume fraction $TiB_2$ particles were fabricated by liquid pressing process and analyzed to microstructure, mechanical properties. Hardness, ultimate tensile strength and compressive yield strength of the 56 vol.% $TiB_2$-Al1050 composite increased to 10, 4.5 and 9.8 times, respectively, compared with those of the Al1050 due to dispersion hardening effect of uniformly dispersed $TiB_2$ in the Al matrix.

Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)-copper (Cu) composites are successfully fabricated by a combination of a binder-free wet mixing and spark plasma sintering (SPS) process. The SPS is performed under various conditions to investigate optimized processing conditions for minimizing the structural defects of CNTs and densifying the MWCNT-Cu composites. The electrical conductivities of MWCNT-Cu composites are slightly increased for compositions containing up to 1 vol.% CNT and remain above the value for sintered Cu up to 2 vol.% CNT. Uniformly dispersed CNTs in the Cu matrix with clean interfaces between the treated MWCNT and Cu leading to effective electrical transfer from the treated MWCNT to the Cu is believed to be the origin of the improved electrical conductivity of the treated MWCNT-Cu composites. The results indicate the possibility of exploiting CNTs as a contributing reinforcement phase for improving the electrical conductivity and mechanical properties in the Cu matrix composites.

본 연구에서는 용융가압함침 공정을 이용하여 TiC, $TiB_2$, $Al_2O_3$ 세라믹 입자가 분산된 SUS431 금속복합재료를 제조하고 미세조직을 분석하여 세라믹 입자에 따른 제조성에 대해 검토하였다. 젖음성이 나쁜 $Al_2O_3$의 경우 내부에 결함이 다수 존재함을 알 수 있었으며, $TiB_2$ 및 TiC 입자 강화 복합재의 경우 상대적으로 결함이 적고 강화재가 균일 분산되었음을 확인하였다. 특히, TiC-SUS431 복합재료의 경우 TiC와 Fe계 기지합금의 우수한 젖음성 및 용융가압함침공정 적용으로 우수한 계면 특성을 가지며 결함이 적고 균일한 미세조직을 가지는 것을 확인하였다.

Various ceramic particulate such as TiC, $TiB_2$, $Al_2O_3$ reinforced SUS431 matrix composites were successfully fabricated by a novel liquid pressing infiltration process. Microstructures of the SUS431 composite were analyzed to determine manufacturability of composites. $Al_2O_3$-SUS431 composite had lots of defects due to poor wettability between the $Al_2O_3$ and steel matrix. On the other hand, TiC was uniformly dispersed in the SUS431 matrix than $TiB_2$ and $Al_2O_3$ due to good wettability and interfacial properties.

본 연구에서는 용융가압함침 공정을 통해 고체적율의 TiC 입자가 균일 분산된 SKD11 금속복합재료를 제조하고, 미제조직, 기계적 특성 및 내마모 특성에 대해 분석하였다. 약 60 vol%의 TiC가 균일하게 분산된 TiC-SKD11 복합재료를 제조함으로써 SKD11 대비 약 24% 경량화에 성공하였고 경도 및 압축항복강도는 증가하였다. 내마모 시험 결과 복합소재의 우수한 내마모 특성을 확인하였으며, 이는 높은 경도를 가지는 TiC 입자가 SKD11 기지와 강한 계면 결합력을 가지면서 높은 체적율로 존재함으로 인한 분산강화 효과와 TiC에 의한 SKD11의 산화 억제가 원인으로 판단된다.

Titanium carbide (TiC) reinforced SKD11 matrix composites were successfully fabricated by a novel liquid pressing infiltration process. Microstructure, mechanical properties, and wear characteristics of the fabricated 60 vol% TiC-SKD11 composite are analyzed. The composite exhibits superior mechanical properties, such as hardness and compressive strength with 24% lower density as compared with SKD11. Improved wear resistance of the TiC-SKD11 composite originates from uniformly reinforced TiC having strong interfacial bonding strength between TiC/SKD11 interface.

본 연구에서는 액상가압공정을 통해 고체적율의 SiC 입자가 균일 분산된 알루미늄 금속복합재료를 제조하고, 미세조직, 기계적 특성 및 내마모 특성에 대해 분석하였다. 입자크기가 다른 이종 SiC 입자가 약 60 vol.% 이상의 체적율로 균일하게 분산된 SiC/Al7075 복합재료는 단일 SiC 입자로 강화된 복합재료에 비해 체적율이 약 12% 이상 높았으며 압축강도가 200 MPa 이상 증가하였다. 내마모시험 결과 이종 SiC 입자 금속복합재료의 경우 마모너비와 깊이가 각각 $285.1{\mu}m$, $0.45{\mu}m$이며, 마찰계수는 0.16으로 내마모 특성이 가장 우수하였다.

In this study, we have investigated microstructure, mechanical properties and wear characteristic of aluminum metal matrix composites with a high volume fraction and uniformly dispersed SiC particles which produced by a liquid pressing process. The volume fraction of bimodal SiC/Al7075 composite was 12% higher than that of the monomodal SiC/Al7075 composite and a compressive strength is increased about 200 MPa. As a result of the abrasion test, the wear width and depth of the bimodal SiC/Al7075 composite were $285.1{\mu}m$ and $0.45{\mu}m$, respectively. The coefficient of friction of bimodal SiC/Al7075 was 0.16.

새로운 공정으로 제작한 금속판재(MMC)가 운동에너지탄을 막는 부가방호구조로 적용가능성을 확인하기 위해 고속충돌시험 및 수치계산으로 평가연구를 수행하였다. 충돌속도는 1.3 km/s 이상에서 우선적으로 수직충돌상황만 고려하였다. 연강의 반무한판에 대한 침투깊이를 기준값으로 설정하고 새로운 부가장갑을 설치하는 경우에 대해 침투깊이 및 질량효율을 비교 검토하였다. MMC판재의 제작은 한국재료연구소에서 이루어졌으며, 이 재료에 대한 고속변형 물성은 포항공과대학에서 수행되었다. 결과는 다음과 같이 요약된다. (1) 연강 반무한판에 세라믹 판재를 부가하는 것만으로도 방호성능 감소 없이 중량이득이 나타난다. (2) 세라믹 판재 앞뒷면에 연성의 금속을 추가 부가하면 중량 증대 없이도 방호성능은 다소 증가하였다. 이는 세라믹을 감싸는 효과가 일부 나타난 것으로 판단된다. (3) 세라믹 판재 앞뒷면에 부가된 연성의 금속을 MMC로 변경한 경우 방호성능 감소 없이 방호성능이 추가적으로 다소 증대되었다. 이것은 단순 연성의 금속보다는 연성과 취성을 모두 지니는 MMC가 바람직한 역할을 수행하였다고 보인다. 즉 세라믹을 감싸는 encapsule 효과 및 탄 저지력이 우수한 세라믹의 취성이 동시에 나타남을 의미한다. (4) 마지막으로 현재의 자료만으로는 강화재로 SiC와 B4C중에 우열을 가리기에는 미소한 차이만 발생하기에 부족함이 있다.

Analysis has been performed for the penetration of a long-rod into MMC/Ceramic layered armour system with several shot test and a series of simulations. Two types of MMC plate have been fabricated by a liquid pressing method; A356/45%vol.%SiCp with a uniform distribution of SiC particle and Al7075/45%vol.B4Cp with B4C particle. The mechanical properties were measured with the high-speed split Hopkins bar test, hardness test and compression test. The popular Simplified Johnson-Cook model was adopted to represent the material characteristics for FEM simulations. The performance of the MMC applied armour system has been made by comparing with the semi-infinite mild steel target using the depth of penetration(DOP). The results show that placing ceramic front layer provides a certain gain in protection, and that placing another ductile front layer provides a further gain. The application of MMC is found to be attractive.

Many fundamental studies have been carried out regarding waste water and hazardous gas treatments technologies using the photolysis effect of $TiO_2$. However, a permanent use of $TiO_2$ particles immobilized using organic or organic-inorganic binders is impossible. In this study, Ni-$TiO_2$ composite coating was produced by electroless plating to trap $TiO_2$ particles in the Ni coating layer. The electroless plating was performed in the bath solutions with three different concentrations of $TiO_2$ particles : 10 g/l, 20 g/l, and 40 g/l. The surface and photolytic characteristics of the coating layer was investigated by the use of SEM, a scratch tester, and an UV-Visible spectrophotometer. The results showed that the amounts of immobilized $TiO_2$ particles and the photolytic rate of the coating increased with the initial content of $TiO_2$ particles in the electroless bath. In addition, the photolytic rate of the Ni-$TiO_2$ composite coating was remarkably promoted by etching process in 10% HCl solution.

Composite plating is a method of co-deposition of plating layer with metallic and/or non-metallic particles to improve the plating layer properties such as high corrosion resistance and photolysis of organic compounds. The properties of nickel-ceramic composite plating are significantly depend on the surface characteristics of co-deposited particles as well as the quantity in electrolyte. In this study, Ni-$TiO_2$ composite coating layer was produced by electrodeposition technique from non-aqueous eletrolyte and its surface characteristics as well as photolytic properties were investigated. The amounts of immobilized $TiO_2$ particles increased with increasing the initial $TiO_2$ particles contents in the bath. Samples electroplated with the current density of $0.5\;A/dm^2$ showed the significantly improved homogeneous $TiO_2$ particles distribution. The corrosion resistance of Ni-$TiO_2$ composite coating layer also improved with increaing the amounts of $TiO_2$ particles. Etched sample showed about 10% increased photolytic rate of organic matter compare to that of the non-etched.

니켈도금은 각종 소지 상에 직접적이고 밀착성이 양호하고, 변색이 적고 방청력이 크며, 경도, 내식성, 내마모성 및 유연성이 우수하다. 또한 최근 활발히 진행되고 있는 광촉매 연구에 $TiO_2$는 우수한 광화학적 안정성, 효과적인 전하분리, 높은 산화 환원력 및 상업적 적용성을 갖기 때문에 니켈도금용액에 $TiO_2$를 첨가하며 복합도금을 행함으로써 니켈이 가지고 있는 기존의 우수한 특성에 $TiO_2$의 광분해 효과를 부과시킴 으로써 그 특성이 한층 더 향상되는 것을 알수있다. 본 연구에서는 수용액전해질과 비수용액 전해질에서의 Ni-$TiO_2$ 복합도금의 특성을 비교 분석해보았다. 동전위(Potentiodynamic)실험 및 순환전위(Cyclic Voltammetry)실험을 하였으며, 도금층의 특성 및 두께는 OM,SEM을 이용하여 분석하였다. 또한 복합도금 촉매 전극에 의한 광분해 효과를 보기 위해서 UV램프를 이용하여 분석하였다.

본 연구에서는 실내에서 입력받은 영상의 조명과 크기 변화 등에 강인한 얼굴 검출 기법을 소개한다. 제안된 얼굴 검출 기법은 후보 영역 선정 과정과 얼굴패턴 검출 과정, 얼굴 영역 보정 과정으로 이루어진다. 후보 영역 선정 과정에서는 조명보정과 색상 필터, 움직임 필터를 이용하여 얼굴패턴의 후보 영역을 선정한다. 얼굴패턴 검출 과정에서는 CNN을 이용하여 특징을 추출하고, WFMM 신경망을 이용하여 얼굴 패턴을 검증한다. 얼굴 영역 보정 과정은 형태학적 연산 등의 영상 처리를 이용하여 눈 영역과 입술 영역의 위치를 판별한 후 최종적인 얼굴 영역을 결정한다.

본 논문에서는 다중필터와 복합형 신경망으로 구성된 얼굴 검출 시스템과 WFMM 신경망을 이용한 피부색 검출기법을 소개한다. 전처리 단계에 해당하는 다중필터는 대상 영역의 수를 감소 시켜 시스템의 속도를 개선한다. 다중필터에 속한 색상필터는 총 11 가지의 색상 공간에서 피부색의 특징 값을 추출하여 학습 데이터로 사용하며, 이 학습 데이터에 의해 생성된 하이퍼 박스를 통해 피부색을 분류한다. 또한 WFMM 신경망의 연관도 요소 특성을 이용하여 각 색상 공간의 상대적 중요도를 분석하여 피부색 검출에 유용한 색상 공간을 분석하고 추출 한다. 얼굴패턴 검출을 위한 복합형 신경망은 첫 단계에서 가보 변환을 사용하는 CNN 을 통해 특징 지도를 생성하고, WFMM 신경망으로 최종 얼굴패턴을 검증한다.

본 논문에서는 CNN 모델과 WFMM 신경망의 특성을 상호 결합한 손동작 인식기법을 제안한다. 특징 추출 모듈로 사용된 CNN 모델은 움직임 정보에 기초한 특징지도상에서 특징의 위치 이동이나 왜곡에 의한 성능 저하를 개선시키는 계층간 연결구조를 갖는다. WFMM 신경망에 기반한 패턴 분류 모듈은 간결하고 강력한 학습기능을 지원하며, 학습된 신경망은 분류 능력을 그대로 유지한 상태에서 추가 학습이 가능하다는 장점을 지닌다. 또한 이 패턴 분류 모델은 학습패턴으로부터 특징의 상대적 중요도를 평가하는, 이른바 특징 선정 기법을 지원한다. 본 논문에서는 제안된 모델의 동작 특성과 학습 알고리즘을 소개하고, 손동작 인식문제에 적용한 실험을 통하여 이론의 타당성을 평가한다.

본 연구에서는 다단계 필터와 복합형 신경망을 사용하는 얼굴 검출 시스템에서 FMM 모델을 이용한 특징선정 기법을 소개한다. 색상, 모션 및 명암을 이용한 다단계 필터는 검출 대상 영역의 개수를 줄임으로써 시스템의 실시간 검출기능을 가능하게 한다. 신경망을 이용한 특징추출 단계에서는 대상영역의 기본 특징으로부터 일련의 특징지도를 생성하게 된다. 이 과정에서 패턴 분류 신경망의 입력으로 사용되는 특징집합이 지나치게 커짐으로써 신경망의 규모와 계산량이 방대해지는 단정을 갖는다. 이에 본 논문에서는 FMM 모델의 수정된 특성으로부터 특징과 각 클래스에 대한 상호 연관도 요소를 정의하고, 이로부터 특징의 상대적 중요도를 평가함으로써 성능의 저하 없이 최적의 특징집합을 선정하는 방법론을 소개한다.

본 논문에서는 패턴 분류문제에서 특징의 분포와 빈도를 고려하는 FMM(Fuzzy Min-Max) 신경망 구조와 이를 이용한 특징 분석 기법을 소개한다. 이는 기존의 모델에서 균일한 가중치를 고려했을때 비정상적 학습데이터에 학습 효과가 민감하게 왜곡되는 현상을 방지한다. 또한 학습된 신경망으로부터 각 특징의 중요도를 분석할 수 있게 한다. 본 연구에서는 제안된 모델의 특성을 소개하고 특징 값과 하이퍼박스 간의 관계로부터 특징의 연관도 요소, 중요도 평가 및 특징의 서열화 기법을 제시한다. 이는 패턴 분류 신경망의 노드수를 최적화 함으로써 학습 및 분류 과정에서 연산의 효율성을 증대시킨다.

본 논문에서는 수정된 CNN(Convolutional Neural Network) 모델과 다중 필터가 상호 결합된 형태의 얼굴 패턴 검출 기법을 소개 한다. 이는 로봇 시각의 응용문제에서 실내영상의 실시간 인식문제를 대상으로 한다. 검출 과정의 효율성 향상을 위하여 도입된 다중 필터는 후보 영역의 개수와 범위를 줄일 수 있게 한다. 제안된 모델에서 CNN 신경망은 가보변환(Gabor Transform)계층을 두어 검출 과정의 첫 단계에서 영상 내의 기본 특징 지도를 생성 하도록 하였다. 보다 강인한 검출기능을 위하여 조명보정 기법이 시스템의 전처리 단계로 구현 된다. 실제 영상을 통한 실험 결과로부터 제안된 이론의 타당성을 고찰 한다.

본 논문에서는 방송 영상에서 조명효과와 크기변화 등에 강인한 얼굴패턴 검출기법을 제시한다. 제안된 얼굴검출 모델은 영상 전처리 과정과 얼굴패턴 검출 과정으로 이루어진다. 전처리 과정은 조명변화에 대한 보정기능과 다중필터에 의한 후보영역 선별기능으로 구분된다. 얼굴패턴 검출과정은 다단계의 특징지도 생성과정과 패턴분류 과정으로 이루어진다. 특징지도를 생성하기 위하여 가보(Gabor) 필터계층을 포함하는 CNN(Convolutional Neural Networks)모델을 도입하였다. 다양한 배경을 고려한 효과적인 학습을 위하여 본 논문에서는 억제성의 뉴런(Inhibitory neuron)을 포함하는 구조의 CNN모델을 적용한다. CNN으로부터 추출되는 특징집합은 최종 단계에서 WFMM(Weighted Fuzzy Min Max) 모델을 사용하여 분류된다. 이때 사용되는 특징집합의 크기는 분류기의 규모 및 계산량의 결정적인 역할을 준다. 이에 본 연구에서는 최종 분류 과정에 사용되는 특징의 수를 효과적으로 줄이기 위해 FMM모델을 사용하는 적응적인 특징 선별 기법을 제안한다. 또한 실제 영상을 통한 실험결과로부터 제안된 이론의 타당성을 고찰한다.