표면무결성 (Surface Integrity)
한 줄 정의: 가공된 표면의 기하 상태와 표면 아래 물성 변화까지 포함하는 품질 개념입니다.
쉽게 풀면
표면 품질이라고 하면 보통 거칠기만 떠올리지만, 가공 중 열과 힘은 표면 아래 조직도 바꿉니다. 잔류응력이 남거나 경도가 변하고 미세균열이 생기기도 합니다. 표면무결성은 이렇게 눈에 보이는 형상과 보이지 않는 표면층 상태를 함께 묶어 평가하는 개념입니다.
왜 중요한가
피로파괴와 부식은 거의 항상 표면에서 시작하므로, 항공·의료·발전 부품에서는 거칠기만으로 품질을 보증할 수 없습니다. 가공조건이 부품 수명에 미치는 영향을 설명하는 틀로 정밀가공 연구에서 표준적으로 쓰입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"고속 밀링 조건에서 표면 거칠기는 개선되었으나 인장 잔류응력이 증가하여 표면무결성 측면에서는 불리하였다."
표면이 매끈해도 표면층 상태는 나빠질 수 있다는 것을 지적한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
평가 항목에는 거칠기와 형상오차 같은 기하 특성과 잔류응력, 미세경도, 가공변질층, 상변태, 미세균열 같은 야금학적 특성이 포함됩니다. 절삭에서 열이 지배적이면 인장 잔류응력이, 기계적 변형이 지배적이면 압축 잔류응력이 남는 경향이 있고 압축 잔류응력은 피로수명에 유리합니다. 연삭에서 과열로 생기는 변색과 재소입층인 연삭 버닝은 대표적인 표면무결성 결함입니다. 숏피닝이나 버니싱 같은 후처리로 표면층 상태를 의도적으로 개선하기도 합니다.
주의할 점
표면 거칠기가 좋다고 표면무결성이 좋은 것은 아니며 둘은 함께 봐야 합니다. 표면 거칠기 최적화가 기하 품질에 집중한다면, 이 항목은 표면 아래 물성까지 포함하는 더 넓은 개념입니다.