연속압입시험에서의 응력상태 해석을 통한 나노다공성 금속의 기계적 물성평가

Abstract

나노다공성 금속은 내부에 공극이 존재하는 구조로부터 기인하는 독특한 특성으로 인하여 센서, 촉매, 축전기 등의 다양한 분야로 활용이 기대되는 재료이다. 이러한 다공성 재료의 항복강도는 기계적 물성을 대표하는 파라미터로서, 나노다공성 금속에서는 이를 평가하기 위하여 연속압입시험이 적용되고 있다. 연속압입시험을 통하여 재료의 물성을 평가하기 위해서는 접촉면적 결정이 선행되어야 한다. 따라서 나노다공성 금속에서의 탄소성 변형을 반영한 접촉형상 평가를 수행하였다. 우선적으로 압흔을 관찰하여 소성 변형의 양상을 파악하였으며, 이를 압입 파라미터를 이용하여 접촉깊이를 보정함으로써 나노다공성 금속의 접촉면적 함수를 도출하였다. 또한 연속압입시험에서의 응력상태 해석을 바탕으로 기계적 물성을 평가하기 위하여 모델링을 도입하였다. 나노다공성 금속의 탄성-완전 소성 거동 특성에 근거하여, 압입 변형시 응력장 해석을 위해 확장공동모델을 적용하였다. 이를 통하여 나노다공성 금속의 압입경도와 항복강도 간의 상관관계를 파악하였다. 나아가 확장공동모델에서 코어 내부의 압력 변화량이 수정된 새로운 모델을 제안하였다. 이는 참조 항복강도와의 비교를 통하여 유도된 것으로 이미 그 타당성이 확인되었다. 본 연구에서는 연속압입시험을 이용하여 나노다공성 금속의 기계적 물성을 평가하기 위한 방법을 제시하였다. 이는 소재의 탄소성 변형을 고려하고, 압입시험시 응력상태 모델링을 통한 보다 물리적인 접근을 통하여 재료의 기계적 물성평가를 시도하였다는 데에 의의가 있다.