원래 금속은 이렇게 생겼다! 금속의 금속학 및 금속 샘플 제작 방법

기술 발전에 따라 다양한 금속이 여러 산업에서 더욱 다각적으로 사용되고 있으며, 금속학 재료 과학 분석(금속학)은 점점 더 중요해지고 있습니다. 제품 품질을 효과적으로 향상시키고 제조 비용을 절감하는 방법을 찾는 데 있어, 우수한 금속학 연구는 큰 도움이 됩니다.

이번 글에서는 금속학 연구 과정을 어떻게 완벽하게 수행할 수 있는지와 몇 가지 유의 사항에 대해 설명하겠습니다. 그 중에서도 금속학 연구에서 중요한 단계는 연마와 폴리싱입니다!

핵심 1: 우리가 잘 알고 있는 금속학 프로세스는 “절단” > “임베딩” > “연마” > “폴리싱” > “식각” > “검사”로 구성된 완전한 흐름입니다.

핵심 2: 연구 요구에 따라, 일부는 폴리싱까지만 진행하고 종료될 수 있습니다.

금속학 분석이란?

금속 및 합금의 미세구조와 성능 간의 관계 연구. 금속학 연구는 금속 또는 합금의 미세 분석을 통해 재료의 결정립 구조, 상 성분, 결정 경계, 결함(예: 기공, 포함물) 등 미세 구조적 특성을 밝힐 수 있습니다.

“상”은 합금에서 동일한 화학 성분, 구조 및 원자 배열을 가진 균일한 부분으로, 서로 다른 상들 사이에는 명확한 경계가 존재합니다. 합금의 전체 성능은 각 상을 구성하는 구조적 특성과 이들이 상호 결합하는 방식에 의해 결정됩니다. 합금 내의 상 구조는 주로 두 가지 유형으로 나뉩니다: 고용체: 합금 원자가 기초 금속의 결정 격자에 용해된 결과. 화합물: 서로 다른 원소가 고정 비율로 결합하여 형성된 결정 구조. 금속학은 금속이나 합금 내의 상 구조를 연구하는 것으로, 이를 통해 재료의 미세구조를 분석하고 그 성능 및 가공 이력을 추정할 수 있습니다.

금속학 샘플 제작 프로세스

1. 샘플링: 전체 재료 중에서 대표적인 영역을 선택하여 샘플을 채취합니다. 채취한 샘플이 재료의 실제 특성을 반영할 수 있도록 해야 합니다. 샘플링 영역은 가공, 열처리 또는 사용 과정에서 발생할 수 있는 불균일한 영향을 피해야 합니다. 재료를 절단할 때는 절단기를 사용하며, 일반적으로 기계적 절단과 와이어 절단 방법이 사용됩니다. 절단 시 과도한 열 발생이나 지나치게 큰 압력을 피해야 하며, 그렇지 않으면 재료 표면에 열 영향 구역이 형성되어 결정립 변형이나 구조 변화가 일어날 수 있습니다.

2. 임베딩: 주로 샘플을 고정하고 보호하는 데 사용됩니다, 특히 형태가 불규칙하거나 작은 샘플에 적합합니다. 임베딩 과정에서는 샘플이 열경화성 또는 냉경화성 수지에 삽입되어 안정적인 지지대를 제공하며, 후속 연마 및 폴리싱 작업을 용이하게 합니다. 또한 샘플의 가장자리가 가공 중에 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. 임베딩은 샘플을 쉽게 고정할 수 있게 해 주며, 샘플 제작 과정의 안정성을 보장하고, 그 결과 미세구조 관찰의 정확도와 일관성을 향상시킵니다.

3. 연마: 연마는 금속학 연구에서 중요한 단계로, 주로 샘플 표면을 평탄화하여 거친 절단 자국과 불균일성을 제거하는 것이 목적입니다.

이 과정에서는 다양한 입자 크기의 연마제를 사용하며, 일반적으로 연마 패드나 연마제를 사용합니다.

적합한 입자 크기를 선택하여, 먼저 거친 연마재부터 시작하고 점차 미세한 연마재로 넘어가며, 샘플 표면에 단일 방향의 긁힘만 남을 때까지 작업을 진행합니다.

연마 과정에서는 적절한 연마 압력과 균일한 연마 시간을 유지하는 것이 중요하며, 이를 통해 샘플 표면의 과열이나 변형을 방지할 수 있습니다.

연마 디스크의 패턴 디자인은 단지 미적인 요소뿐만 아니라, 연마액과 연마 중 발생하는 입자들을 더 잘 배출할 수 있도록 설계된 것입니다. 연마 디스크는 연마재의 영향을 받는 것뿐만 아니라, 패턴 디자인도 샘플 표면 제거율에 중요한 영향을 미칩니다. 빠르게 연삭하거나 천천히 연삭하는 데는 각각 다른 패턴이 필요합니다.

4. 폴리싱: 금속학 폴리싱은 금속학 샘플 제작 과정에서 중요한 단계입니다! 이 단계의 목적은 샘플 표면의 미세한 불규칙성과 연삭 자국을 제거하여 매끄럽고 평평한 거울처럼 반짝이는 표면을 만드는 것입니다.

이 과정은 보통 거친 폴리싱으로 시작되며, 일반적으로 벨벳 패드나 거친 캔버스 패드를 사용합니다. 중간 폴리싱에는 벨벳 패드나 초섬유 폴리싱 패드가 사용되고, 점차적으로 정밀 폴리싱에는 금속 수지 패드나 폴리우레탄 패드를 사용하여 연마합니다. 마지막으로 거울 표면 폴리싱에는 짧은 섬유 벨벳 패드나 실크 패드를 사용하여 높은 광택을 달성합니다.

작은 팁: 폴리싱 시 적절한 폴리싱액과 폴리싱 패드를 선택해야 합니다. 이는 연마재가 균일하게 분포되고 연삭 효과를 촉진하는 데 도움이 됩니다. 폴리싱 단계에서 자국이 제거되지 않는 경우, 이전 단계로 돌아가거나 다른 포뮬러로 테스트하여 연마를 시도해 보세요.

5. 식각: 이미 연마하고 폴리싱한 샘플을 특정한 식각액에 담가두면, 식각액은 선택적으로 상이나 결정 경계를 공격하여 미세 구조를 드러냅니다. 일반적인 식각액은 산성 또는 알칼리성 용액이 있으며, 샘플의 성분과 예상되는 구조에 따라 선택됩니다.

식각 시간의 조절은 매우 중요합니다. 너무 길거나 짧으면 관찰 결과에 영향을 미칠 수 있습니다! 성공적인 금속학 식각은 결정립 경계와 상 분포를 명확히 나타낼 수 있습니다.

주의: 모든 샘플이 식각을 거쳐야 하는 것은 아닙니다. 왜냐하면 불필요한 특성이 드러나거나 관찰을 어렵게 할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 흑연이 포함된 주철 샘플에서 얼룩이 생길 수 있습니다. 따라서 재료의 특성에 맞춰 식각을 할지 여부를 신중하게 결정해야 합니다.

금속학 샘플의 기준

1. 샘플은 대표성을 가져야 합니다: 샘플의 채취 위치는 전체 재료의 특성을 대표할 수 있어야 합니다. 이렇게 해야 미세 관찰 결과가 재료의 전체 성질을 반영할 수 있으며, 특정 지역의 국소적인 특성에 국한되지 않게 됩니다.

2. 모든 구조 요소는 보존되어야 합니다: 샘플 준비 과정에서 재료의 모든 미세 구조 요소(예: 결정립, 상, 포함물 등)는 보존되어야 하며, 절단, 연마, 폴리싱 등의 과정에서 원래의 형태나 분포가 변경되지 않도록 해야 합니다.

3. 샘플 표면에는 스크래치나 변형이 없어야 합니다: 샘플은 검사 시 표면이 매끄럽고 결함이 없어야 합니다. 연마 및 폴리싱 과정에서 스크래치가 남거나 열처리 등으로 인한 변형이 발생하지 않도록 해야 합니다. 이러한 결함은 미세 구조 관찰에 방해가 되어 결과를 왜곡시킬 수 있습니다.

4. 샘플 표면에는 이물질이 없어야 합니다: 샘플 표면에는 기름, 먼지, 부식 생성물 또는 기타 오염 물질이 없어야 합니다. 이러한 이물질은 미세 관찰을 방해하거나 잘못된 분석을 초래할 수 있습니다.

5. 샘플 표면은 평평하고 거울처럼 매끄러워야 합니다: 폴리싱된 샘플 표면은 매우 평평하고 매끄러워야 하며, 거울 같은 표면 효과를 얻어야 합니다. 이렇게 해야 현미경 아래에서 금속의 미세 구조를 명확하게 관찰할 수 있으며, 표면 거칠기나 불규칙성에 의한 간섭이 없어야 합니다.

금속학 연구의 응용

1. 재료 개발: 금속 재료의 미세구조를 연구함으로써 더 우수한 성능을 가진 금속 합금을 개발하는 데 도움을 줍니다.

2. 실패 분석: 실패한 금속 부품에 대한 미세 분석을 통해 재료 실패의 원인(예: 피로, 파손, 부식 등)을 찾을 수 있습니다.

3. 품질 관리: 산업 생산에서 금속 제품의 품질을 모니터링하기 위해 금속학 연구가 사용되며, 제품의 미세구조가 설계 요구사항을 충족하는지 확인합니다.

금속학 분석의 산업 분야별 응용

제조업: 금속 가공 및 생산에서 금속학 분석은 금속 재료의 구조, 결정립 크기, 상 분포 등을 검사하여 재료가 기계적 응용에서 강도와 내구성을 보장하도록 합니다.

자동차 및 항공 우주: 엔진 부품, 기어 등 기계 부품의 열처리 효과를 검사하여, 이러한 중요한 부품이 고압 및 고온 환경에서 신뢰성과 내구성을 유지하는지 확인합니다. 또한, 금속 피로로 인한 미세 균열이나 결함을 검사하여 구조적 실패를 방지합니다.

의료 기기: 금속학 분석은 외과 도구, 임플란트 등 의료 기기의 금속 재료를 검사하여 생체 적합성과 내구성을 보장합니다. 특히 인체에 삽입되는 부품에 대해 중요한 역할을 합니다.

전자 및 반도체: 전자 부품 제조에서 금속학 기술은 납땜 부위와 전도성 재료의 품질을 검사하여, 미세한 규모에서 성능 안정성을 보장합니다.

건축 및 토목 공학: 철근 콘크리트 구조물 건설 시 금속학 분석은 철근의 품질을 검사하여 구조의 안정성과 안전성을 보장하며, 다리나 건물 내 금속 부품의 부식 상태를 분석하여 수명과 안전 리스크를 평가합니다.

추천하는 폴리싱 공구

나노 다이아몬드 폴리싱 액 / 연마액 / 현탁액>>>폴리싱 액

• 적합한 방식：기계 작업에 적합
• 상태：액체 형태 (유성/수성/알코올계)
• 폴리싱 시에는 양면 연마기, 화학기계연마(CMP), 금속 조직 연마와 함께 사용할 수 있습니다.
• ※연마재가 유리 상태이므로 넓은 면적의 폴리싱 작업에 적합합니다.
• ※공작물 표면이 아직 거칠 경우, 입자가 더 큰 폴리싱 액을 선택하여 사용하실 수 있습니다.

산화알루미늄(세륨) 폴리싱 액 / 연마액 / 현탁액 >>>폴리싱 액

• 적합한 방식：기계 작업에 적합
• 상태: 액체 상태
• 적용 범위: 일반적으로 다이아몬드 파우더 후에 사용
• ※ 가공물에 수리 및 연마 자국을 복원하는 기능
• ※ 산화세륨은 도구와 함께 사용하며 저속으로 사용을 권장

폴리싱 패드 / 연마 패드>>>> 금속학 소모품

• 재질：
• 포함 연마재: 산화세륨 폴리싱 패드, 다이아몬드 수지 연마 휠, 전기도금 다이아몬드 연마 휠
• 연마재 미포함: 견사, 가죽, 폴리우레탄(흑색 벨벳), 직조형, 극세사, 다공성, 경질천, 연질천 등

실험 기사

구리 폴리싱 >>> 금속 폴리싱 재료-CU 구리 소개

니켈 폴리싱 >>> 금속 폴리싱 재료-NI 니켈 소개

아연 폴리싱>>> 금속 폴리싱 재료-Zn 아연 소개

스테인리스 스틸 폴리싱>>> 금속 폴리싱 재료-스테인리스 스틸 소개

결론

금속학 샘플 제작은 중요한 과정으로, 적절한 샘플링, 임베딩, 연마, 폴리싱 및 식각을 통해 금속 재료의 미세 구조를 명확하게 나타낼 수 있습니다. 금속학 샘플링 기준을 이해하면 금속 재료의 미세 구조를 정확하게 분석하고 평가할 수 있습니다. 성공적인 금속학 샘플 제작은 샘플의 변형이나 오염을 효과적으로 방지하고, 재료 성능을 정확하게 반영할 수 있도록 보장합니다. 금속학 연구를 이해하면 다양한 산업 분야의 응용에 도움이 되며, 재료 과학 연구와 개발에 필요한 측정 가능한 데이터를 제공하여 제조 공정 효율성을 높이고 제조 비용을 절감하는 데 중요한 역할을 합니다.

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