CNT-Co를 응용한 전해-자기 복합가공의 특성평가 및 최적화에 관한 연구

Abstract

산업이 발전함에 따라 초정밀 가공기술로 제작된 부품을 기반으로 하는 우주항공, 반도체, 디스플레이 및 광학 등 다양한 분야의 발전으로 인해 정밀도가 우수한 공정 기술 개발에 대한 요구가 증가되고 있다. 그에 따라 초정밀/초미세 가공 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 마이크로-나노 부품의 표면 정밀도 향상에 관한 연구는 CMP (chemical mechanical polishing) 등과 같이 광범위 평탄화 공정으로 편중 되어 다양한 부품 형상에 유연하게 적용할 수 있는 표면 정밀도 향상 기술이 필요하다. 이러한 목적을 달성하고자 제시된 방법 중 하나가 전자석 및 영구자석을 이용한 자기연마법이다. 자기연마법은 자기장에 의해 형성된 자기력선 방향으로 미세한 연마입자와 자성입자가 정렬하여 브러쉬 역할을 수행하며 금속표면을 연마하는 방법으로 공구의 형상이 유연성을 갖기 때문에 공작물 또는 가공부위의 형상에 구애를 받지 않는 장점을 지니고 있다.(1) 그러나, 기존의 자기연마법의 경우 특수합금강, 스테인리스 강 등과 같이 뛰어난 물리적 성질을 가진 난삭재의 가공에서는 효율이 현저히 저하된다. 이러한 자기연마의 기계적 한계를 극복하기 위해서 자기연마와 전해연마를 복합함으로써 기존의 전해연마 및 CMP 가공에서 불가능한 난삭재의 3차원 형상 가공이 가능하고 기계적 가공과 전기화학적 제거가공을 동시에 적용하여 높은 가공효율을 기대할 수 있는 최적화된 전해-자기 복합가공기술을 제시하고자 한다.

Industrial growth has led continuously a demand for an achievement of high efficient, new surface finishing that has become an important goal for developing of precision polishing process or system. Obtaining high quality in surface, traditional machining technologies involving a single process cannot satisfy the present demand for both high quality and efficiency simultaneously. Hence, an application of a hybrid machining process that integrates several processes is a new trend in the field of surface finishing. Magnetic abrasive polishing is one of the most promising finishing methods applicable to complex surfaces. In this process, the working gap between workpiece and inductor is filled with mixture of small ferro-magnetic particles and abrasive powder, which are well known as magnetic abrasive particles. These particles form a flexible magnetic abrasive brush. That can remove a very small amount of materials from a workpiece and then a better surface can be produced after polishing of the workpiece without any damages on thesurface. Nevertheless this process has a low efficiency when applied to very hardened materials. Therefore, it is necessary to improve the efficiency of this process. In this study, an EP-MAP hybrid process using CNT-Co composite which consisted of carbon nanotube and cobalt particle was developed. CNT-Co composite is suitable abrasive in the EP-MAP hybrid process, since CNT-Co composite has high strength, good electrical and magnetic property. To evaluate the synergy effect in the EP-MAP hybrid process, an experiment was performed according to each experimental condition. The experimental parameters are selection of electrolyte, magnetic flux density, spindle speed, electric potential, electrolyte concentration and working gap. As a result, CNT-Co composite in NaNO3 was chemically stable. NaNO3 was suitable for an electrolyte of the EP-MAP hybrid process. when magnetic flux density was 30, 50mT, it was confirmed that surface roughness was improved than magnetic flux density of 70mT. Surface roughness after the EP-MAP hybrid process showed a tendency to be improved with the increasing of spindle speed, increasing of Electric potential and deceasing of electrolyte concentration. And, when a working gap was 1mm, the superior surface roughness was acquired. And it seems that the level 2 parameter A(magnetic flux density) and level 3 parameter B(electric potential), C(spindle speed) and level 2 parameter D(feed rate) may provide optimum result of EP-MAP hybrid process using CNT-Co composite.