제조 시 표면 거칠기

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소개

표면 거칠기는 표면의 미세한 변화를 설명하는 중요한 제조 고려 사항입니다. 일반적으로 마이크로미터(µm) 또는 마이크로인치(µin) 단위로 측정되는 이러한 불완전성은 가공, 주조, 적층 제조, 마모 또는 화학 반응으로 인해 발생할 수 있습니다. 미세한 변화는 개별 부품의 성능, 외관, 수명에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 자동차 및 항공우주, 의료 기기, 전자 제품 등 다양한 산업에서 표면 거칠기를 제어하고 측정하는 것은 필수적입니다.

표면 거칠기란 무엇인가요?

표면 거 칠기는 피크, 계곡, 기복과 같은 미세한 표면 질감을 말합니다. 표면 거칠기를 파장이 긴 불규칙한 상태인 표면 파형이나 계획된 형상에서 벗어난 형태 오차와 혼동해서는 안 됩니다.

표면 거칠기의 원인은 본질적으로 제조 공정에 기인합니다:

- 가공: 절삭 공구를 사용하여 미세 홈이 생성되며, 거칠기는 공구의 날카로움과 이송 속도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 1.6µm 이상의 거친 절삭을 통해 CNC 밀링 알루미늄 항공우주 부품에서 양질의 툴링을 사용하면 0.2µm의 Ra를 달성할 수 있습니다.

- 주조: 표면 질감은 응고 속도와 금형 재료의 함수이며, 다이캐스트 알루미늄 부품은 일반적으로 1~3µm의 Ra를 갖습니다.

- 적층 제조: 적층 프린팅을 통해 계단식 구조가 만들어지며, 후처리가 필요 없는 선택적 레이저 용융(SLM) 스테인리스 스틸은 최대 10µm의 Ra 값을 달성할 수 있습니다.

표면 거칠기 측정에는 접촉식 및 비접촉식 방법을 사용할 수 있으며, 품질 관리와 성능 검증 모두에 중요한 정보를 제공합니다.

표면 거칠기가 중요한 이유는 무엇인가요?

표면 거칠기는 다음에 직접적인 영향을 미칩니다:

- 기능적 성능: 표면이 고르지 않으면 마찰과 마모가 발생합니다. 예를 들어 자동차 피스톤 링에서 0.8µm 이상의 Ra 값은 마찰을 증가시켜 엔진 효율을 최대 2~3%까지 떨어뜨릴 수 있습니다. 반대로 표면 마감 처리(Ra ~0.2~0.4 µm)가 양호하면 윤활 유지력이 향상되고 부품 수명이 연장됩니다.

- 미적 품질: 프리미엄 가격대의 소비자 가전 제품은 매끄러운 프리미엄 외관을 위해 0.1µm 미만의 Ra로 마감된 표면이 필요합니다.

- 강도: 표면 거칠기는 응력을 집중시켜 피로 균열을 유발할 수 있습니다. 항공우주용 터빈 블레이드의 경우, 표면 거칠기를 Ra ≤ 0.5 µm로 유지하면 주기적인 하중 조건에서 피로 수명이 15% 이상 향상되는 것으로 나타났습니다.

표면 거칠기 측정 방법

접촉 방법

1. 프로파일로미터: 다이아몬드 팁이 달린 스타일러스가 표면을 스캔하여 편차를 기록합니다. 매우 정확한 프로파일로미터는 최저 0.01µm의 Ra 값을 측정할 수 있으며 정밀 반도체 및 금속 부품에 적합합니다.

2. 접촉식 게이지: 접촉식 게이지는 성형된 플라스틱 부품이 Ra <1µm의 사양을 충족하는지 확인하는 등 일상적인 품질 관리 테스트에서 빠른 판독값을 제공합니다.

비접촉식 방법

1. 광학 프로파일 측정: 간섭계 또는 공초점 현미경을 사용하여 박막 코팅이나 의료용 임플란트와 같이 부드럽거나 섬세한 소재에 최적화된 비접촉 표면을 측정합니다.

2. 레이저 스캐닝: 고속 레이저는 지형이 넓은 표면을 스캔하며, 곡면에서 Ra의 균일성이 중요한 항공 우주 패널에 최적입니다.

표면 거칠기 측정에 미치는 영향

정확한 측정은 몇 가지 영향에 따라 달라집니다:

- 표면 재질: 연성 금속은 만지면 변형되어 결과가 왜곡되며 알루미늄, 티타늄 및 스테인리스 스틸은 별도의 스타일러스 힘이 필요합니다.

- 측정 환경: 온도, 진동 및 조도 수준의 변화로 인해 판독값이 왜곡될 수 있습니다. 정밀 실험실에서는 열팽창 효과를 배제하기 위해 20 ± 1°C에서 측정을 수행합니다.

- 기기 보정: 프로파일로미터와 광학 스캐너는 반복성을 보장하기 위해 대부분 측정 세션별로 공인된 거칠기 표준에 따라 보정해야 합니다.

표면 거칠기 측정의 응용 분야

산업 분야	응용 분야	일반적인 Ra 값	사례 예시
자동차	엔진 부품, 씰, 브레이크 패드	0.2-1.0 µm	최적의 윤활 유지를 위해 Ra ~0.3 µm를 달성하는 CNC 밀링 알루미늄 피스톤
항공우주	터빈 블레이드, 동체 패널	0.1-0.5 µm	Ra ≤ 0.5µm로 마감된 티타늄 터빈 블레이드는 피로 수명을 최대 15%까지 개선합니다.
의료 기기	임플란트, 수술 기구	0.05-0.3 µm	조직 접착을 최소화하는 연마된 스테인리스 스틸 수술용 메스
전자 제품	PCB 접점, 커넥터	0.01-0.1 µm	전기 저항과 마모를 줄이는 Ra <0.05 µm의 금도금 접점

자세한 내용은 Stanford Advanced Materials (SAM)를 확인하세요.

자주 묻는 질문

표면 거칠기의 표준 측정 단위는 무엇인가요?

마이크로미터(µm) 또는 마이크로인치(µin)입니다.

제조에서 표면 거칠기가 중요한 이유는 무엇인가요?

성능, 내구성, 외관에 영향을 미치며 부품이 설계 및 기능 사양을 준수하는지 확인합니다.

생산 후 표면 거칠기를 개선할 수 있나요?

예. 필요에 따라 연마, 연마, 래핑 또는 코팅을 통해 마감 처리할 수 있습니다.

Ra와 Rz의 차이점은 무엇인가요?

Ra는 평균 거칠기 측정값이고, Rz는 샘플링 길이에 따른 평균 피크 대 밸리 높이이며 상호 보완적인 데이터입니다.

계측기는 언제 캘리브레이션해야 하나요?

캘리브레이션은 사용 전 또는 필요에 따라 정확성을 위해 인증된 거칠기 표준을 사용하여 수행됩니다.

(단종) GE6466 독일리튬 이황화물 분말 GeS (CAS 12025-32-0)

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CO6467 코발트(IV) 설파이드 파우더 CoS2 (CAS 12013-10-4)

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BR6468 붕소 화합물 분말 B2S3 (CAS 12007-33-9)

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(단종) ER6469 에르븀 황화물 분말 Er2S3 (CAS 12159-66-9)

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NB6470 니오븀 텔루라이드 분말 NbTe2 (CAS 12034-83-2)

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저자 소개

Chin Trento

Chin Trento는 일리노이 대학교에서 응용 화학 학사 학위를 받았습니다. 그의 교육적 배경은 다양한 주제에 접근할 수 있는 폭넓은 기반을 제공합니다. 그는 Stanford Advanced Materials(SAM)에서 4년 넘게 첨단 소재 관련 글을 쓰고 있습니다. 이 글을 쓰는 주된 목적은 독자들에게 무료이면서도 양질의 자료를 제공하는 것입니다. 그는 독자들이 발견하는 오타, 오류 또는 의견 차이에 대한 피드백을 환영합니다.

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