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논문 기본 정보

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학위논문
저자정보

박일초 (목포해양대학교, 목포해양대학교 대학원)

지도교수
金晟鍾
발행연도
2018
저작권
목포해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (6)

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Abstract

In this investigation, various surface treatment techniques were applied to gray cast iron used in different environments to prevent cavitation erosion damage. First, to avoid cavitation erosion damage of diesel engine cylinder liners, superhydrophobic coating, plasma ion nitriding, electroless nickel plating(ENP), and hard chrome plating were applied to the gray cast iron as surface treatment technology widely used in industry. Cavitation erosion characteristics of various surface-treated gray cast iron were investigated by weight loss measurement and surface analysis using 3D microscope and SEM after cavitation erosion test in diesel engine coolant. As a result, the hard chrome plating was the excellent surface treatment technique to prevent cavitation damage of the diesel engine cylinder liners, and the ENP was selected as the second best plan.
Second, optimal ENP process conditions were investigated to minimize cavitation erosion damage of gray cast iron under marine environment. The ENP process conditions were composed of the nickel source, a reducing agent, complexing agent, stabilizer, which constitute the plating bath, and the pH of the plating bath. The effect of each process condition on the cavitation erosion-corrosion was investigated. The ENP optimal conditions for the nickel source, the reducing agent, and complexing agent were determined by robust optimization design(so-called Taguchi method) and cavitation erosion experiments. The process conditions of stabilizer and pH were selected by cavitation erosion experiment and electrochemical polarization experiment according to the concentration of stabilizer (0.5-5 ppm) and pH (4.0-6.8) in the plating bath. The characteristics of the ENP layer were analyzed by XRD, SEM, EDS, roughness and micro-Vickers hardness measurement. As a result, the plating rate, chemical composition, crystallinity, and surface morphology of the ENP layer were determined by the change of process conditions. Hence cavitation erosion resistance and corrosion resistance were influenced. Besides, the microstructure of the substrate significantly affected the plating surface morphology, cavitation erosion resistance, and corrosion resistance. The optimal ENP layer has an amorphous-nanocrystalline mixed structure with a P content of 4.3 wt.% and an average crystal size of about 10 nm. Its average hardness value was measured to be approximately 900 HV0.1. Therefore, the cavitation resistance was evaluated to be excellent. Besides, cavitation erosion damage mechanism is proposed for the optimal ENP layer.

목차

目 次
Abstract
List of Figures
List of Tables
제 1장 서 론 1
제 2장 이론적 배경 8
2.1 견실최적설계(다구찌 방법론) 8
2.1.1 견실최적설계 이론 8
2.1.2 직교배열법(orthogonal array) 10
2.1.3 분산분석 17
2.1.4 S/N비의 정의와 개념 18
2.2 캐비테이션 기포 붕괴에 따른 침식 손상 기구 23
2.2.1 캐비테이션 기포 붕괴 이론 23
2.2.2 캐비테이션 기포 붕괴 압력 추정 25
2.2.3 디젤엔진의 캐비테이션 침식 현상 32
2.3 무전해 니켈도금의 증착 이론 40
2.3.1 국부환경과 안정제 농도가 무전해 니켈도금에 미치는 영향 40
2.3.2 무전해 니켈도금 증착 이론 55
2.3.3 무전해 니켈도금의 강화기구 72
제 3장 실험방법 82
3.1 시편의 제작 82
3.2 회주철의 표면처리 82
3.2.1 실린더 라이너의 다양한 표면처리 82
3.2.2 해양환경용 무전해 니켈도금 84
3.3 견실최적설계(Taguchi method) 86
3.4 무전해 니켈도금 속도와 두께 측정 89
3.5 전기화학적 분극실험 90
3.6 캐비테이션 침식실험 91
3.7 표면처리 층의 특성 분석 94
제 4장 실험 결과 및 고찰 95
4.1 디젤엔진 실린더 라이너의 캐비테이션 침식손상 방지를 위한
표면처리기술 규명 95
4.1.1 회주철의 캐비테이션 손상 특성 95
4.1.2 초소수성 코팅 층의 캐비테이션 손상 특성 109
4.1.3 플라즈마 이온질화 층의 캐비테이션 손상 특성 125
4.1.4 무전해 니켈도금 층의 캐비테이션 손상 특성 139
4.1.5 경질 크롬도금 층의 캐비테이션 손상 특성 153
4.1.6 표면처리기술 종합분석 182
4.1.7 소결론 189
4.2 최적의 무전해 니켈도금 공정조건 규명 190
4.2.1 무전해 니켈도금 공정조건의 최적화 190
4.2.2 분산분석(Analysis of variance, ANOVA) 196
4.2.3 최적의 무전해 니켈도금 공정조건에 대한 검증 198
4.2.4 무전해 니켈도금 층의 표면 형상과 캐비테이션 침식 기구 200
4.2.5 소결론 209
4.3 안정제 농도가 무전해 니켈도금에 미치는 영향 210
4.3.1 회주철의 미세구조 210
4.3.2 니켈과 인의 증착속도 213
4.3.3 무전해 니켈도금 층의 표면 형상 218
4.3.4 무전해 니켈도금 층의 결정구조와 마이크로 경도 224
4.3.5 무전해 니켈도금 층의 캐비테이션 침식 저항성 229
4.3.6 소결론 240
4.4 pH 변화가 무전해 니켈도금에 미치는 영향 242
4.4.1 pH가 도금속도에 미치는 영향 242
4.4.2 pH가 무전해 니켈도금 층의 특성에 미치는 영향 247
4.4.3 무전해 니켈도금 층의 내식성 255
4.4.4 무전해 니켈도금 층의 캐비테이션 침식 저항성 261
4.4.5 무전해 니켈도금 층의 캐비테이션 침식 손상기구 270
4.4.6 소결론 274
제 5장 결 론 276
참 고 문 헌 281

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