표제지
국문요약
목차
1. 서론 14
1.1. 연구 배경 14
1.2. 연구 내용 15
2. 이론적 배경 17
2.1. 소결 17
2.2. 전기화학이론 18
2.2.1. 전해정련 18
2.2.2. 전류밀도와 전위 20
2.2.3. 선형 훑기 전압전류법 23
2.2.4. 순환전압전류법 25
2.2.5. 시간대전류법 28
2.2.6. 분극곡선(polarization curve) 30
2.3. 적층제조(AM, additive manufacturing) 32
3. 실험 방법 33
3.1. 선택적 산화된 Nd-Fe-B 영구자석 분말 분석 33
3.2. 선택적 산화된 폐 Nd-Fe-B 영구자석 분말 성형 35
3.3. 성형체 소결 37
3.4. 전해정련 실험 38
3.4.1. 3D 프린팅 Ti64 바스켓 38
3.4.2. 전해질 농도 및 환원전위별 전해정련 실험 40
3.4.3. 염산 농도별 전해정련 실험 45
4. 실험 결과 및 고찰 47
4.1. 소결 실험 47
4.1.1. 소결체 표면 분석 47
4.1.2. 소결체 상 분석 57
4.1.3. 소결체 특성 분석 62
4.2. 전해질 농도 및 환원전위별 전해정련 실험 65
4.2.1. 전해정련 후 환원전극 표면 분석 65
4.2.2. 전해정련 후 환원전극 상 분석 76
4.2.3. 전해질 농도별 전해환원 거동 80
4.2.4. 전해정련 후 산화전극 표면 분석 83
4.3. 염산 농도별 전해정련 실험 85
4.3.1. 염산 농도별 전해정련 후 환원전극 표면 분석 85
4.3.2. 염산 농도별 전해정련 거동 88
4.3.3. 염산 농도별 전해정련 후 환원전극 상 분석 91
5. 결론 95
6. Reference 97
7. Abstract 102
표 3.1. 선택적 산화된 폐 Nd-Fe-B 영구자석 분말 조성 33
표 3.2. 성형체 소결 실험 온도 및 시간 37
표 3.3. 전해정련 실험 전해질 농도 분율 41
표 3.4. 염산 농도별 전해정련 실험 변수 45
표 4.1. 밝은 영역의 소결체 표면 조성 분석 결과(spot EDS) 55
표 4.2. 어두운 영역의 소결체 표면 조성 분석 결과(spot EDS) 55
표 4.3. 금속 철이 환원된 환원전극 표면 조성 73
표 4.4. 수산화철이 환원된 환원젂극 표면 조성 73
표 4.5. 전해정련 후 산화전극 (a) 어두운 영역 (b) 밝은 영역 조성 분석 83
그림 2.1. 소결 과정의 모식도 17
그림 2.2. 표준환원전위표 18
그림 2.3. 전해조 모식도 및 전기화학 반응식 20
그림 2.4. 전위-전류밀도 그래프 20
그림 2.5. Butler-Volmer 식 및 그래프 21
그림 2.6. 선형 훑기 전압전류법의 시간에 따른 인가 전위 그래프 23
그림 2.7. 선형 훑기 전압전류법에서의 전류 변화 그래프 24
그림 2.8. 순환전압전류법의 시간에 따른 전위 변화 그래프 25
그림 2.9. 순환전압전류법에서 전위-전류 그래프 26
그림 2.10. 시간대전류법의 시간-전위 그래프 모식도 28
그림 2.11. 시간대전류법의 시간-전류밀도 그래프 모식도 28
그림 2.12. 분극곡선 모식도 30
그림 2.13. PBF(powder bed fusion) 공정 모식도 32
그림 3.1. 선택적 산화된 폐 Nd-Fe-B 영구자석 분말 상 분석(XRD) 33
그림 3.2. 선택적 산화된 폐 Nd-Fe-B 영구자석 입도분석(LPSA) 34
그림 3.3. 일방향 압축 프레스 35
그림 3.4. (a) 분말 압축 몰드 (b) 펀치 및 압축 몰드 36
그림 3.5. 3D 프린팅 Ti64 바스켓 (a) 도면 (b) 모식도 (c) 광학사진 38
그림 3.6. 3D 프린팅 Ti64 바스켓 분극곡선 39
그림 3.7. 24 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질 화학평형도 40
그림 3.8. 전해질 농도별 이온 41
그림 3.9. 전해정련 실험 전해질 농도별 전기전도도 41
그림 3.10. 24 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질의 순환전압전류법 분석 42
그림 3.11. 전해정련 셀 모식도 44
그림 3.12. 염산농도별 순환전압전류법 분석 46
그림 4.1. (a) 성형체 (b) 소결체 (c) 산화된 소결체 광학 이미지 47
그림 4.2. (a) 분말 (b) 성형체 표면 이미지(SEM) 47
그림 4.3. (a) 800℃ (b) 900℃ (c) 1000℃ (d) 1100℃, 30 분 소결체 표면 이미지(SEM) 48
그림 4.4. (a) 800℃ (b) 900℃ (c) 1000℃ (d) 1100℃, 60 분 소결체 표면 이미지(SEM) 49
그림 4.5. (a) 800℃ (b) 900℃ (c) 1000℃ (d) 1100℃, 90 분 소결체 표면 이미지(SEM) 50
그림 4.6. (a) 800℃ (b) 900℃ (c) 1000℃ (d) 1100℃, 120 분 소결체 표면 이미지(SEM) 51
그림 4.7. 소결체 표면 (a) SEM (b, c) BSE 이미지 53
그림 4.8. 산화된 소결체 표면 이미지(SEM) 56
그림 4.9. 소결 시간별 소결체 상 분석(800℃) 57
그림 4.10. 소결 시간별 소결체 상 분석(900℃) 58
그림 4.11. 소결 시간별 소결체 상 분석(1000℃) 59
그림 4.12. 소결 시간별 소결체 상 분석(1100℃) 60
그림 4.13. 산화된 소결체 상 분석(XRD) 61
그림 4.14. 상용 합금의 비커스 경도 - 항복 강도 Ashby chart 62
그림 4.15. 소결 시간별 소결체의 경도 62
그림 4.16. 소결 시간별 소결체의 밀도 63
그림 4.17. 소결 온도별 소결체의 저항(120 분) 64
그림 4.18. 24 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질의 전위별 전해정련 후 환원전극 표면 SEM 이미지 (a) -1.6 V (b) -1.4 V (c) -1.2 V (d) -1.1 V (e) -1.0 V (f) -0.9 V 65
그림 4.19. 24 g/L FeCl₂-4H₂O, 108 g/L KCl 전해질의 전위별 전해정련 후 환원전극 표면 SEM 이미지 (a) -1.6 V (b) -1.4 V (c) -1.2 V (d) -1.1 V 66
그림 4.20. 24 g/L FeCl₂-4H₂O, 162 g/L KCl 전해질의 전위별 전해정련 후 환원전극 표면 SEM 이미지 (a) -1.6 V (b) -1.5 V (c) -1.4 V (d) -1.3 V (e) -1.2 V (f) -1.1 V (g) -... 67
그림 4.21. 48 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질의 전위별 전해정련 후 환원전극 표면 SEM 이미지 (a) -1.6 V (b) -1.5 V (c) -1.4 V (d) -1.3 V (e) -1.2 V (f) -1.1 V (g)... 68
그림 4.22. 72 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질의 전위별 전해정련 후 환원전극 표면 SEM 이미지 (a) -1.6 V (b) -1.5 V (c) -1.4 V (d) -1.3 V (e) -1.2 V (f) -1.1 V (g)... 69
그림 4.23. 96 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질의 전위별 전해정련 후 환원전극 표면 SEM 이미지 (a) -1.6 V (b) -1.5 V (c) -1.4 V (d) -1.3 V (e) -1.2 V (f) -1.1 V (g)... 70
그림 4.24. 금속 철이 환원된 환원전극 표면 (a) SEM 이미지 (b) 산소 EDS mapping 72
그림 4.25. 수산화철이 환원된 환원전극 표면 (a) SEM 이미지 (b) 산소 EDS mapping 72
그림 4.26. 전해정련 후 환원전극 (a) 갈변한 환원전극 실험 직후 (b) 실험 24 시간 후, 갈변하지 않은 시편 (c) 실험 직후 (d) 실험 24 시간 후 광학 이미지 74
그림 4.27. 전해정련 실험 시간별 환원전극 계면 전해질 pH 75
그림 4.28. 24 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질 환원전극 상 분석 결과(30 분) 76
그림 4.29. 24 g/L FeCl₂-4H₂O, 162 g/L KCl 전해질 환원전극 상 분석 결과(30 분) 77
그림 4.30. 96 g/L FeCl₂-4H₂O, 54 g/L KCl 전해질 환원전극 상 분석 결과(30 분) 78
그림 4.31. KCl 농도별 (a) 수산화철 (b) 수소 (c) 철 환원 경향 80
그림 4.32. FeCl₂-4H₂O 농도별 (a) 수산화철 (b) 수소 (c) 철 환원 경향 81
그림 4.33. 전해정련 후 산화전극 표면 (a) SEM (b) BSE 이미지 83
그림 4.34. -1.2 V 전해정련 실험 후 염산 농도별 환원전극 표면 이미지 (a) 0 mM (b) 10 mM (c) 20 mM (d) 30 mM 85
그림 4.35. -1.1 V 전해정련 실험 후 염산 농도별 환원전극 표면 이미지 (a) 0 mM (b) 10 mM (c) 20 mM (d) 30 mM 86
그림 4.36. -1.0 V 전해정련 실험 후 염산 농도별 환원전극 표면 이미지 (a) 0 mM (b) 10 mM (c) 20 mM (d) 30 mM 87
그림 4.37. 염산농도별 순환전압전류법 분석 88
그림 4.38. 환원전위별 전류효율 89
그림 4.39. 0 mM 염산 전해질 (a) -1.2 V (b) -1.1 V (c) -1.0 V 전해정련 후 환원전극 상 분석 91
그림 4.40. 10 mM 염산 전해질 (a) -1.2 V (b) -1.1 V (c) -1.0 V 전해정련 후 환원전극 상 분석 92
그림 4.41. 20 mM 염산 전해질 (a) -1.2 V (b) -1.1 V (c) -1.0 V 전해정련 후 환원전극 상 분석 93
그림 4.42. 30 mM 염산 전해질 (a) -1.2 V (b) -1.1 V (c) -1.0 V 전해정련 후 환원전극 상 분석 94