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[공학] 금속재료 - 확산실험을 통한 Cu와Zn의 확산계수 측정(測定)

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작성일17-12-07 09:19

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[공학] 금속재료 - 확산실험을 통한 Cu와Zn의 확산계수 측정(測定)

설명

확산실험을 통한 Cu와Zn의 확산계수 측정(measurement)
1.실험목적
상호확산을 이해하기 위해서 Cu와 Zn의 확산실험을 통하여 확산의 의미를 인지하고 확산계수를 어림 결정한다.
2)사전에 준비한 구리에 황동을 망치를 이용해서 끼워 넣는다.
4)이 시료를 하나는 노속에 넣지 않고 나머지 4개는 5분,10분,20분,40분 간격으로
노속에서 뺀다.
J: 단위시간당 단위 면적을 지나는 원자의 수
D_B:는 B 원자의 확산계수
dC/dx: x방향으로의 농도 변화율
@Fick의 제2법칙
비정상상태에서 어떤 위치에서 시간에 따른 농도의 변화는 농도의
위치에 대해 두 번 미분한 값과 비례한다는 것

3.실험방법
3-1.실험장치
1)외경25mm, 내경 약10mm, 높이 20mm를 갖는 구리환과 직경이 약 10mm이고
높이가 25mm인 60%Cu-40%Zn 황동봉의 시료
2)프레스, 쇠톱
3)온도 조절장치가 있는 전기 가열로
4)연마시설, 전자 현미경
3-2.실험방법
1)구리 봉을 쇠톱으로 5등분으로 자른다. …(투비컨티뉴드 )
4.결과 및 고찰
5분이 경과한 시편을 SEM으로 관찰한 결과 거의 확산이 일어 나지 않았다.
6)전자 현미경으로 확산 정도를 관찰한다.

40분이 경과한 시편을 SEM으로 관찰한 결과 확산이 일어 났으나 구리와 황동의 열팽창계수의 차이로 인한 파괴 현상이 일어 났다.
2.theory(이론)적 배경
@확산: 물질이동의 시간함수
-무작위 운동에 기인
-개별입자: 규칙성이 없음
-전체입자의 이동: 규칙성이 있음
-재료의 조직형성에 필수적인 현상
-합금 열처리 등은 확산을 통하여 가능한 공정임
2.theory(이론)적 배경
-Thomas graham:액체에서의 물질의 이동은 농도 차에 비례한다.(이때 구리가 황동과 완전히 밀착되지 않기 때문에 황동 길이를 더 길게 해서 구리와 황동이 딱 밀착되게 함)
3)끼워 넣어진 시료를 잘 연마한다.
5)에칭 시킨다.
확산전 사진
확산 5분 사진
확산40분 사진-1
확산 40분 사진-2
확산계수측정(measurement)
X=√2Dt
X: 확산된 mean or average(평균) 이동거리
D: 확산계수(㎠/sec)
t : 시간
(225+229+235+226+225)/5㎛
= √2D4060
D=1.102



실험결과/기타









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다.
-Adolf Fick: 열전도나 전기전도의 식을 물질의 확산에 응용할 수 있음

Cu와 Ni의 확산의 예
@Fick의 제1법칙
-정상상태에서 단위 면적당 물질의 이동속도는 농도 차에 비례하며
이동거리에 반비례 한다
-확산류(flux)는 농도 구배에 비례한다.

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