플라즈마 전해 산화 공정을 통한 알루미늄 산화 코팅층의 방열 특성에 관한 연구

Title
플라즈마 전해 산화 공정을 통한 알루미늄 산화 코팅층의 방열 특성에 관한 연구
Other Titles
A study on heat dissipation of Alumina coating layer using plasma electrolytic oxidation
Author
최정우
Alternative Author(s)
Choi, Jung Woo
Advisor(s)
신동혁
Issue Date
2018-08
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
이 연구는 전자부품 및 전자기기의 다기능화, 소형화로 인해 대두되고 있는 방열 이슈를 해결하기 위해 플라즈마 전해 산화 (Plasma electrolytic oxidation, PEO) 공정과 질화붕소나노튜브 (Boron nitride nanotube, BNNT)를 활용하여 방열특성이 향상된 표면처리 방식을 연구하기 위해 수행하였다. 이를 위하여 규산나트륨 (Sodium silicate, Na2SiO3) 전해질 용액에 각각 중량퍼센트를 달리한 BNNT 용액을 첨가하여 제작한 bath에서 직류 100 mA/cm2의 전류밀도를 600 초 동안 알루미늄 합금에 가하여 PEO 공정을 실시하였다. PEO 공정 과정에는 BNNT의 붕소와 질소 간에 전기 음성도 차이에 기인한 전하의 차이를 활용하여 전기영동 (Electrophoresis) 현상을 이용하였다. 주사전자현미경 (SEM)을 통해 코팅층 표면 및 단면의 구조를 관측하였으며, 에너지분산형 분광분석법 (EDS)을 사용하여 형성된 코팅층을 원소에 따라 정성적, 정량적으로 분석하였다. X선 회절 (XRD) 분석법을 통해 코팅층을 이루는 조성을 분석하였다. 위의 분석 방법을 통해 붕소와 질소가 코팅층 전체에 걸쳐 분포함을 확인하였고, 이를 통해 산화알루미늄 코팅층이 형성됨에 따라 BNNT가 전기영동에 의해 반응이 일어나는 표면으로 끌려와 화합물의 코팅층을 이루었음을 관찰할 수 있었다. 또한 푸리에변환 적외선분광기 (FT-IR)를 이용하여 코팅층의 방사율을 측정하였으며, 방사율 측정 범위는 5에서 20 μm의 파장영역에 해당하며 80 ℃ 분위기 아래서 실시하였다. 기존의 금속염 또는 미세입자를 첨가하여 표면 처리한 코팅층과 특성을 비교하였고, 측정 결과 향상된 방사율 특성을 보이는 산화알루미늄 세라믹 코팅을 형성하였음을 확인하였다. 이처럼 향상된 방열특성을 보이는 붕소 및 질소 화합물 코팅층의 특성발현 메커니즘을 밝히기 위해 구조적 분석을 실시하였으며, BNNT의 구조적 특징에서 원인을 찾을 수 있었다.
This study investigated how to enhance heat dissipation characteristics on Al6061 alloy by using plasma electrolytic oxidation (PEO) process. For this purpose, a train of anodic currents were applied to KOH-based electrolytes with either carbon nanotube (CNT), or various weight percent of boron nitride nanotube (BNNT) at a current density of 100 mA/cm2. Thickness of coating was adjusted to be constant to exclude the characteristic value difference according to the thickness. Microstructural observation by SEM exhibited that the mean pore size decreased with increasing the concentration of BNNT. Compositional analyses were carried out with energy dispersive X-ray spectroscopy. It is however interesting to note that the patterns of X-ray diffraction showed no changes of compositions of all coatings, regardless of the concentration of BNNT in the electrolytes. The surface roughness of the PEO-treated samples was examined by means of a non-contact optical 3D surface measurement equipment. Also Fourier transform infrared spectrometer was conducted to measure the thermal emissivity of samples. As a result, heat dissipation properties of oxide layer with boron nitride nanotubes was enhanced than with carbon nanotubes.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/common/orgView/000000106980http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/75857
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