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신금속재료 (첨부1)

첨부파일 : 신금속재료.ppt
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신금속재료



앞으로 전개될 과학기술문명을 뒷받침할 공업소재에서 정밀요업재료, 플라스틱 고분자 또는 반도체소재와 같은 소위 비금속계의 신소재의 역할이 점차 증대되어질 것이다.
그러나 금속재료 역시 강하고 질긴 재료로서, 다른 한편으로는 어느 다른 재료로서도 그 기능이 대치될 수 없는 금속 고유의 기능적 특성 때문에 미래에도 없어서는 안될 가장 요긴한 재료로서 쓰이면서 그 중요성에서나 경제적인 규모에 있어서도 공업소재의 으뜸적 위치를 계속 유지할 것이다.

금속재료는 일반적으로 강하고 질긴 성질 이 외에도 금속이 지니는 일반적인 특성인, 즉, 빛의 반사성이 높으며, 전기 및 열의 전도성이 크며, 소성변형성이 좋고 또한 어떤 경우는 높은 강자성의 특성을 지니는 재료이다.
더욱이 금속은 열처리나 소성가공 등을 통하여 보다 우수한 특성을 갖도록 한다든지 금속들을 합금화함으로써 여러 특성을 조화롭게 갖출 수 있는 합금재료도 쉽게 만들 수 있다.

예를 들어 20종류의 금속들을 가지고 두 금속으로 이루어진 합금을 만든다고 할 때 그 종류는 190 가지가 된다.
3 금속원소로된 금속을 짝지어 합금을 만든다고 할 경우는 1140종류의 합금이 가능하다.

우리가 사는 지구의 탄생보다도 먼저 생겨 우주생성과 역사를 함께 한 금속들은 주기율표에 나타난 모든 원소의 80% 이상을 금속원소가 차지한다는 점에서 금속의 다양함과 중요성을 알 수 있을 것이다.

인류의 역사와 함께한 금, 동, 철과 같은 금속이나 합금의 새로운 기능이 뒤늦게나마 밝혀져서 새로운 신기술분야에 응용될 때 이들 고고야금학적이라 생각했던 금속들도 금속 신소재로 분류되지 않을 수 없을 것이다.

오늘날 또는 앞으로 우리가 필요로 하는 공업재료의 특성은 매우 다양하다.
가벼우면서 강한 재료, 또는 높은 온도에서 안정하고, 녹슬지도 않고 여러 가지 산이나 알칼리용액과 접촉해도 잘 견디는 재료, 틀에 붓거나 벼리어 모양 만들기에는 쉬우면서도 만든 후에는 강한 재료, 또 어느 경우에는 무거우며 강하여 다른 물체와 충돌했을 때 큰 충격을 줄 수 있을 뿐만 아니라 관성이 커서 한번 움직일 때는 쉽게 그 운동방향을 변화하지 않을 재료, 전기나 열을 잘 전달할 수 있는 재료, 빛을 잘 반사시킬 수 있는 재료, 아주 낮은 온도나 매우 높은 온도에서 잘 견디어 줄 재료 등등… 이들의 성능을 크게 향상시켜줄 수 있는 합금이면 그것이 비록, 철이나 동의 합금이라 하더라도 금속 신소재로 분류되어야 할 것이다.

금속재료의 특성

수소저장합금

에너지 문제는 인류가 해결해야 할 영원한 과제이다.
특히 현재의 화학연료와 연관된 공해문제가 심각한 오늘날 수소는 청정 에너지로서 크게 주목받는다.
수소는 전기분해하면 얻을 수 있는 무한한 자원일 뿐만 아니라 연소시 어느 공해물질도 배출하지 않는 깨끗한 재료이다.
다만 수소를 이용하는데 문제점은 그 저장과 운반을 어떻게 하느냐는 점이다.
현재로선 무거운 고압용기통에다 수소를 영하 253℃의 극저온에서 액체수소로 만들어 담아 보관하고 운반한다.
고압용기로 운반하는 것은 폭발의 위험도 있을 뿐만 아니라, 액화하는데 에너지 및 비용이 많이 든다.
특히 자동차의 연료로 사용시에는 운반문제는 더욱 중요한 선결과제가 된다.

수소저장합금은 결정의 틈세에 많은 양의 수소원자를 가역적으로 저장하고 방출할 수 있는 성질을 가진 합금 및 금속을 말한다.
즉, 이들 합금은 냉각 또는 가압하면 수소를 흡수하여 금속수소 화합물이 되고 동시에 발열하게 된다.
반대로 가열 또는 감압하면 다시 금속과 수소로 분해되면서 열을 흡수하게 된다.
좋은 수소저장합금이 되려면 수소저장 및 방출용량이 크고, 고온, 고압이 아닌 상태에서 이런 성질을 지녀야하고, 저장 및 방출을 되풀이 하여도 그성능이 저하되지 않는 것이어야 된다.

현재까지 알려진 수소저장합금은 크게 마그네슘계, 칼슘계, 희토류계 및 티타늄계로 나눌 수 있다.
이들 중 철-티타늄으로 된 합금이 값도 싸고 반복 사용에도 견디는 장점을 가졌지만 그 속도가 다소 느리다는 단점을 가지고 있다.

수소저장합금의 응용

- 수소자동차 : 독일의 벤츠자동차사는 철-티타늄계의 수소저장합금을 가솔린 탱그 대신에 사용한 수소자동차를 제작하여 시험주행하기도 하였다.
수소 자동차는 전기자동차와 함께 앞으로 큰 성과가 기대된다.
수소연료를 직접 연소하지 않는 수소전지를 사용하는 전기자동차라 하더라도 수소의 안정적인 공급을 전제로 하는 것이기 때문에 수소저장합금의 응용은 자동차연료로 사용시 절대 전제조건이 된다.

- 열저장 시스템 및 히트펌프 : 폐열을 효과적으로 이용할 수 있는 장점을 지니어 효율 높은 폐열회수 기술로 응용될 수 있다.
미국의 아르곤 국립연구소에서는 태양열을 이 합금으로 저장하여 냉난방에 사용할 수 있는 시스템을 개발했다.
즉, 금속수소 화합물이 들어있는 용기를 태양열로 가열하면 수소가 방출하면서 열을 흡수하므로 냉방에 이용하고 반대로 태양열이 없어지면 용기가 식고 수소를 다시 금속내로 흡수하면서 열을 방출하기 때문에 난방에 사용할 수 있는 것이다.

수소저장 합금의 구조와 기능

지구상에 존재하는 물질들 중에서 가장 크기가 작은 수소원자는 가장 쉽게 금속원자들 사이에 존재하는 수많은 공간으로 들어가 저장된다.
이렇게 저장된 수소원자들은 금속원자들과 금속수소화물을 형성하므로 절대로 밖으로 새지 않는다.
즉, 안전한 용기라고 할 수 있다.
또, 흡수 저장되어 있는 수소를 토해 내게 하는 데는, 어느 온도 이상으로 따뜻하게 하면 된다.
이것은 금속수소화물에 있어서 금속과 수소의 결합이 강하지 않으므로, 가열하면 간단히 열분해하기 때문인데, 그 온도에 따라 방출되는 압력이 달라진다.
예를 들면 란탄-니켈은 상온에서 1기압의 수소를 흡수, 100℃에서는 10기압, 150℃에서는 15기압으로 방출한다는 식이 된다.

수소를 저장하는 수소저장합금은 란탄-니켈-알루미늄 합금으로, 바깥지름 32cm, 길이 2.1m의 스테인레스강으로 만든 통에 충전된다.
그 사용량은 약 840kg으로, 수소 가스를 약 80㎥ 저장할 수 있다.
또, 통내에는 수소저장합금이 수소가스를 저장·방출할 때의 열교환기(전열 면적 약 20㎤)를 갖추고 있다.
탑재하고 있는 수소엔진은 배기량 2000cc, 4기통 엔진으로, 저부하에서는 흡입 공기에 수소가스를 첨가할 수 있는 장치를 부착하여 수소 가스의 실린더 내 직접 분사를 가능하게 하고 있다.

수소저장합금은 가열되면 수소가스를 방출하는데, 그 가열 방법으로서 배기가스로 물을 덥게 하여 간접적으로 가열하는 방법이 채용되고 있다.
또 수소와 공기를 각각 다른 밸브로 실린더 내에 공급하고, 저압의 수소가스를 압축공정에서 완만하게 분사함으로써 비정상적인 연소를 방지하고 있다.

최근의 실험에서는 최대 회전수 분당 4,500회전, 최대 출력 60마력, 최대 열효율은 휘발유차 이상인 35%에 달했으며, 시속 100km의 속도를 낼 수 있고, 1회의 수소가스충전으로 200km 이상의 주행이 가능했다.

형상기억합금이란 : 어느 종류의 합금은 소성가공을 통하여 어느 형태로 변형된 후라도 이 합금이 열처리를 받았을 때는 다시 가공받기 전에 원래에 형상으로 다시 돌아갈 수 있는 합금을 말한다.
일반적으로 보통 금속들은 그 금속의 탄성한계를 넘어서는 변형을 받게되면 영구적인 변형을 일으킨다.
즉, 영구변형이 일어나는 시점 즉, 항복점까지에 변형의 크기는 보통 그 크기가 몇 분의 … (첨부1)



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제목 : 신금속재료 (첨부1)
출처 : 레포트사이트 자료실



[문서정보]

문서분량 : 12 Page
파일종류 : PPT 파일
자료제목 : 신금속재료
파일이름 : 신금속재료.ppt
키워드 : 신금속재료



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