High-entropy alloys have excellent mechanical properties under extreme environments, rendering them promising candidates for next-generation structural materials. It is desirable to develop non-equiatomic high-entropy alloys that do not require many expensive or heavy elements, contrary to the requirements of typical high-entropy alloys. In this study, a non-equiatomic high-entropy alloy powder Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.5 (at.%) is prepared by high energy ball milling and fabricated by spark plasma sintering. By combining different ball milling times and ball-to-powder ratios, we attempt to find a proper mechanical alloying condition to achieve improved mechanical properties. The milled powder and sintered specimens are examined using X-ray diffraction to investigate the progress of mechanical alloying and microstructural changes. A miniature tensile specimen after sintering is used to investigate the mechanical properties. Furthermore, quantitative analysis of the microstructure is performed using electron backscatter diffraction.
An ${\alpha}$-Ferrite (Fe) powder dispersed with 4 vol.% of $Al_2O_3$ was successfully produced by a simple miling at 210 K with a mixture of $Fe_2O_3$, Fe and Al ingredient powders, followed by 2 step high temperature consolidation: Hot Pressing (HP) at 1323 K and then Hot Isostatic Pressing at 1423 K. The microstructure of the consolidated material was characterized by standard metallographic techniques such as XRD (X-ray Diffraction), TEM and STEM-EDS. The results of STEM-EDS analysis showed that the HIPed materials comprised a mixture of pure Fe matrix with a grain size of ~20 nm and $Al_2O_3$ with a bimodal size distribution of extremely fine (~5 nm) and medium size dispersoids (~20 nm). The mechanical properties of the consolidated materials were characterized by compressive test and micro Vickers hardness test at room temperature. The results showed that the yield strength of the ODS (Oxide Dispersion Strengthened) Fe alloy are as much as $674{\pm}39$ MPa and the improvement of the yield strength is attributed to the presence of the fine $Al_2O_3$ dispersoid.
CHEENEPALLI NAGARJUNA;BABU MADAVALI;MYEONG-WON LEE;SUK-MIN YOON;SOON-JIK HONG
Archives of Metallurgy and Materials
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제64권2호
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pp.551-557
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2019
The dispersion of nanoparticles in the host matrix is a novel approach to enhance the thermoelectric performance. In this work, we incorporate the TiC (x = 0, 1 and 2 wt.%) nanoparticles into a p-type Bi0.5Sb1.5Te3 matrix, and their effects on microstructure and thermoelectric properties were systematically investigated. The existence of TiC contents in a base matrix was confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy analysis. The grain size decreases with increasing the addition of TiC content due to grain boundary hardening where the dispersed nanoparticles acted as pinning points in the entire matrix. The electrical conductivity significantly decreased and the Seebeck coefficient was slightly enhanced, which attributes to the decrease in carrier concentration by the addition of TiC content. Meanwhile, the lowest thermal conductivity of 0.97 W/mK for the 2 wt.% TiC nanocomposite sample, which is ~16% lower than 0 wt.% TiC sample. The maximum figure of merit of 0.90 was obtained at 350 K for the 0 wt.% TiC sample due to high electrical conductivity. Moreover, the Vickers hardness was improved with increase the addition of TiC contents.
The effects of Ti addition on microstructure and mechanical properties of (Al+Xat.%Ti)2at%B (X=0.5, 1, 2) fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering (SPS) were investigated. These alloys were prepared by high energy ball milling (attritor) and then fracture toughness was investigated by using a charpy impact tester. The SPS method was used to consolidate (Al+Xat.%Ti)fat.%B with the pressure of 50MPa. The powders were successfully consolidated to alloy which the theoretical density is 99%. It was confirmed that the fracture toughness of Al-Bat.% matrix composites was increased by the addition of Ti.
Following conclusions are made from the detalied research on the relation between the phase change of the petroleum raw cokes after ball milling and the preheat treatment temperature. The petroleum raw cokes species are preheated in the temperature range of 350~45$0^{\circ}C$. At the preheat treatment temperature of 40$0^{\circ}C$ the particles of petroleum raw cokes from ball milling become spheically shape with the almost uniform particle size distribution of 1~5${\mu}{\textrm}{m}$. At the same temperature, they became low-graphitized with the d0.02 X-ray diffraction index of 3.41$\AA$. The carbon material made from the petroleum raw cokes at 40$0^{\circ}C$ turned out to have the good modulus of rupture about 600kg/$\textrm{cm}^2$, with the bulk density around 1.8g/㎤ and the appearent porosity around 8%.
Ludwig Schultz;Alberto Bollero;Axel Handstein;Dietrich Hinz;Karl-Hartmut Muller;Golden Kumar;Juergen Eckert;Oliver Gutfleisch;Anke Kirehner Aru Yan
한국분말재료학회지
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제9권6호
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pp.381-393
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2002
Recent developments in nanocrystalline and nanocomposite rare earth-transition metal magnets are reviewed and emphasis is placed on research work at IFW Dresden. Principal synthesis methods include high energy ball milling, melt spinning, mold casting and hydrogen assisted methods such as reactive milling and hydrogenation-disproportionation-desorption-recombination. These techniques are applied to NdFeB-, PrFeB- and SmCo-type systems with the aim to produce high remanence magnets with high coercivity. Concepts of maximizing the energy density in nanostructured magnets by either inducing a texture via anisotropic HDDR or hot deformation or enhancing the remanence via magnetic exchange coupling are evaluated. With respect to high temperature applications melt spun $Sm(Co_{0.74}Fe_{0.1}Cu_{0.12}Zr_{0.04})_{7.5}$ ribbons were prepared, which showed coercivities of up to 0.53 T at 50$0^{\circ}C$. Partially amorphous $Nd_{60}Fe_xCo_{30-x}Al_{10}(0{\leq}x{\leq}30)$ alloys were prepared by copper mold casting. The effect of transition metal content on the glass-forming ability and the magnetic properties was investigated. The $Nd_{60}Co_{30}Al_{10}$ alloy exhibits an amorphous structure shown by the corresponding diffraction pattern. A small substitution of Co by 2.5 at.% Fe results In the formation of Fe-rich crystallites embedded in the Nd-rich amorphous matrix. The Fe-rich crystallites show hard magnetic behaviour at room temperature with a coercivity value of about 0.4 T, relatively low saturation magnetization and a Curie temperature of 500 K.
Mg-x wt% $Fe_2O_3-y$ wt% Ni samples were prepared by reactive mechanical grinding in a planetary ball mill, and their hydrogen-storage properties were investigated and compared. Activations of $Mg-5Fe_2O_3-5Ni$ was completed after one hydriding (under 12 bar $H_2$) - dehydriding (in vacuum) cycle at 593 K. At n = 2, $Mg-5Fe_2O_3-5Ni$ absorbed 3.43 wt% H for 5 min, 3.57 wt% H for 10 min, 3.76 wt% H for 20 min, and 3.98 wt% H for 60 min. Activated $Mg-10Fe_2O_3$ had the highest hydriding rate, absorbing 2.99 wt% H for 2.5 min, 4.86 wt% H for 10 min, and 5.54 wt% H for 60 min at 593 K under 12 bar $H_2$. Activated $Mg-10Fe_2O_3-5Ni$ had the highest dehydriding rate, desorbing 1.31 wt% H for 10 min, 2.91 wt% H for 30 min, and 3.83 wt% H for 60 min at 593 K under 1.0 bar $H_2$.
$Zn(BH_4)_2$ was prepared by milling $ZnCl_2$ and $NaBH_4$ in a planetary ball mill in an Ar atmosphere, and XRD analysis, SEM observation, FT-IR analysis, DTA, and TGA were performed for synthesized $Zn(BH_4)_2$ samples. 90 wt% $MgH_2$+1.67 wt% $Zn(BH_4)_2(+NaCl)$+5 wt% Ni+1.67 wt% Ti+1.67 wt% Fe (named $90MgH_2+1.67Zn(BH_4)_2(+NaCl)$+5Ni+1.67Ti+1.67Fe) samples were also prepared by milling in a planetary ball mill in an $H_2$ atmosphere. The gas absorption and release properties of the $Zn(BH_4)_2(+NaCl)$ and $90MgH_2+1.67Zn(BH_4)_2(+NaCl)_2(+NaCl)$+5Ni+1.67Ti+1.67Fe samples were investigated. An FT-IR analysis showed that $Zn(BH_4)_2$ formed in the $Zn(BH_4)_2(+NaCl)$ samples prepared by milling $ZnCl_2$ and $NaBH_4$. At the first cycle at $320^{\circ}C$, $90MgH_2+1.67Zn(BH_4)_2(+NaCl)$+5Ni+1.67Ti+1.67Fe absorbed 2.95 wt% H for 2.5 min and 4.93 wt% H for 60 min under 12 bar $H_2$, and released 1.46 wt% H for 10 min and 4.57 wt% H for 60 min under 1.0 bar $H_2$.
Hydrogen was generated by the reaction of metal hydride with water. The variation of hydrogen generation with the kind of powders (milled $MgH_2$, and $MgH_2$ milled with various contents of MgO, $MgCl_2$ or $Ni+Nb_2O_5$) was investigated. $MgH_2$ powder with a hydrogen content of 6.05 wt% from Aldrich Company was used. Hydrogen is generated by the reaction of Mg as well as $MgH_2$ with water, resulting in the formation of byproduct $Mg(OH)_2$. For about 5 min of reaction time, milled $95%MgH_2+5%MgO$ has the highest hydrogen generation rate among milled $MgH_2+x%MgO$ (x=0, 5, 10, 15 and 20) samples. Milled $90%MgH_2+10%MgCl_2$ has the highest hydrogen generation rate among all the samples.
Kim, Dong-Gun;Woo, Kee-Do;Kang, Dong-Soo;Lee, Tack
한국재료학회지
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제24권2호
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pp.111-115
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2014
Titanium and its alloys are useful for implant materials. In this study, porous Ti-Nb-Zr biomaterials were successfully synthesized by powder metallurgy using a $NH_4HCO_3$ as space holder and $TiH_2$ as foaming agent. Consolidation of powder was accomplished by spark plasma sintering process(SPS) at $850^{\circ}C$ under 30 MPa condition. The effect of high energy milling time on pore size and distribution in Ti-Nb-Zr alloys with space holder($NH_4HCO_3$) was investigated by optical microscope(OM), scanning electron microscope(SEM) & energy dispersive spectroscopy(EDS) and X-ray diffraction(XRD). Microstructure observation revealed that, a lot of pores were uniformly distributed in the Ti-Nb-Zr alloys as size of about $30-100{\mu}m$ using mixed powder and milled powders. In addition, the pore ratio was found to be about 5-20% by image analysis, using an image analyzer(Image Pro Plus). Furthermore, the physical properties of specimens were improved with increasing milling time as results of hardness, relative density, compressive strength and Young's modulus. Particularly Young's modulus of the sintered alloy using 4h milled powder reached 52 GPa which is similar to bone elastic modulus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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