Aluminum alloys are extensively employed in several industries, such as automobile, aerospace, and architecture, owing to their high specific strength and electrical and thermal conductivities. However, to meet the rising industrial demands, aluminum alloys must be designed with both excellent mechanical and thermal properties. Computer-aided alloy design is emerging as a technique for developing novel alloys to overcome these trade-off properties. Thus, the development of a new experimental method for designing alloys with high-throughput confirmation is gaining focus. A new approach that rapidly manufactures aluminum alloys with different compositions is required in the alloy design process. This study proposes a combined approach to rapidly investigate the relationship between the microstructure and properties of aluminum alloys using a direct energy deposition system with a dual-nozzle metal 3D printing process. Two types of aluminum alloy powders (Al-4.99Si-1.05Cu-0.47Mg and Al-7Mg) are employed for the 3D printing-based combined method. Nine types of Al-Si-Cu-Mg alloys are manufactured using the combined method, and the relationship between their microstructures and properties is examined.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2014.11a
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pp.47-51
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2014
In this work, a possible mechanism for grain evolution in Al-Mg alloy films during thermal annealing is suggested on the basis of the phase transition and the related residual stress. Al-Mg alloy films with compositions of 14.0 and 18.0 wt% Mg content were deposited on cold-rolled steel substrates by the direct current co-sputtering method using Al and Mg targets. After the deposition, the samples were thermally annealed at $400^{\circ}C$ for 10 min. The featureless, dense cross-sectional microstructure of the as-deposited films turned into a grainy microstructure after the thermal annealing. According to the residual stress evaluated by using the $XRD-sin2{\psi}$ technique and the phase analysis by XRD, it is likely that grains were created in order to relieve the additional accumulation of residual stress originating from the phase transition from face-centered cubic Al (${\alpha}$) to Al3Mg2 (${\beta}$) and Mg (${\delta}$) phases, suggesting interplay between the microstructure and residual stress.
Aluminum alloys are being employed in automobile parts as strive to reduce overall vehicle weight to meet demands for improved fuel economy and reduction in vehicle emissions. Al-based composites reinforced with ceramic ($Al_2O_3,\;SiC,\;TiC\;and\;B_4C$) applications in a variety of components in automotive engines, such as liners, where the tribological properties of the material are important. In this study, Al-base composites reinforced with TiC particle powders has been developed for producing plasma spray coatings. The composite plasma spray powders were prepared Al-13Si-3Mg(wt%) alloy with TiC(40, 60 and 80wt%) particles ($0.2~5{\mu}textrm{m}$) by drum type ball milling. The composite powders ($36~76{\mu}textrm{m}$) were sprayed with plasma torch. Plasma sprayed coatings were heat-treated at $500^{\circ}C$ for 3 hours. The wear resistances of the plasma sprayed coatings were found to decrease with increasing TiC content and improved with heat treatment. AlSiMg-40% TiC heat-treated coatings were showed the best wear resistance in this study.
Change in damping capacity with strain amplitude was studied in Mg-Al-Si alloy in as-cast, solution-treated and aged states, respectively. The as-cast microstructure of the alloy is characterized by eutectic ${\beta}$($Mg_{17}Al_{12}$) phase and Chinese script type $Mg_2Si$ particles. The solution treatment dissolved the ${\beta}$ phase into the matrix, while the aging treatment resulted in the distribution of continuous and discontinuous type ${\beta}$ precipitates. The solution-treated microstructure showed better damping capacity than as-cast and aged microstructures both in strain-dependent and strain-independent damping regions. The decrease in second-phase particles which weakens the strong pinning points on dislocations and distribution of solute atoms in the matrix, would be responsible for the enhanced damping capacity after solution treatment.
Dispersion behaviors of SiC particles and microstructures in Al-2%Si/SiCp composite prepared by Rheo-compocasting were studied with change of fabrication conditions(slurry temperature, agitation time) and additions of Mg($0{\sim}3wt.%$). Also, the microhardness change of matrix, interface and total in composites were examined with additions of Mg($0{\sim}3wt.%$). The dispersion of particles in the composites became relatively homogeneous with increase of Mg additions, agitation time and decrease of slurry temperature. Rate of occupied area by particle in matrix was increased as increase of Mg additions due to improvement of wettability between SiC particle and matrix. A favorable composites were obtained by melting under Ar atmospheric SiCp injection and bottom pouring system. According to the analysis of X-ray diffraction, $Mg_2Si$, $Al_4C_3$, $SiO_2$ and MgO, etc, intermetallic compounds were formed by chemical interreaction at interface of matrix and particles. The microhardness of interface is higher than that of matrix due to more strengthening of above intermetallic compounds. It was considered that the total hardness of the composites is improved by dispersing of SiCp and addition of Mg.
The dissolution behavior of secondary solidification phases in squeeze cast Al-3.9wt%Cu-1.5wt%Si-1.0wt%Mg has been studied using a combination of optical microscope, image analyzer, scanning electron microscope(SEM), energy dispersive spectrometer(EDS), X-ray diffractometer(XRD) and differential thermal analyzer (DTA). Special emphasis was placed on the investigation of the effects of the nonequilibrium heat treatment on the dissolution of the second solidification phases. Ascast microstructure consisted of primary solidification product of ${\alpha}-Al$ and secondary solidification products of $Al_2Cu$, $Mg_2Si$ and $Al_2CuMg$. Equilibrium and non-equilibrium solution treatments were carried out at the temperatures of $495^{\circ}C$, $502^{\circ}C$ and $515^{\circ}C$ for 3 to 5 hours. The amount of the dissolved secondary phases increased with increasing solution treatment temperature, for example, area fractions of $Al_2Cu$, $Mg_2Si$ and $Al_2CuMg$ were approximately 0%, 1.6% and 4.2% after solution treatment at $495^{\circ}C$ for 5hours, and were approximately 0%, 0.36% and 2% after solution treatment at $515^{\circ}C$ for 5hours. The best combination of tensile properties was obtained when the as-cast alloy was solution treated at $515^{\circ}C$ for 3hours followed by aging at $180^{\circ}C$ for 10 hours. Detailed DTA and TEM study showed that the strengthening behavior during aging was due to enhanced precipitation of the platelet type fine ${\theta}'$ phase.
The effects of alloying element and the condition of heat-treatment on the strength of squeeze-cast Al-3.0 wt%Si alloy were investigated. The strength of the alloy without grain refinement was increased with increase Cu content upto 3.0 wt% and rather decreased beyond that. The tensile strength of the alloy with grain refinement increased with Cu content upto 3.0 wt% and not changed beyond that. The strength of the alloy without grain refinement increased with the Mg content. The tensile strength with grain refinement increased with the Mg content upto 0.50 wt% and then decreased beyond that. The strength of the grain refined alloy increased by individual and simultaneous additions of Cu and Mg and the maximum strength was obtained with Al-3.0 wt%Si-4.5 wt%Cu-0.50 wt%Mg alloy. The optimum heat-treatment condition for this alloy was obtained.
MgO.$Al_2O_3$ polycrstalline spinel powder was subjected to vaporization over the temperature range of 1150-130$0^{\circ}C$ under H2 atmosphere. Diffusion coefficient of oxygen ion through the spinel were calculated using the measure vaporization rates as follows : D=28.4 exp(-901500/RT) Reference data of the vaporization rates of MgO.$8Al_2O_3$ single crystal spinel were applied to the vaporiza-tion model proposed in this study and were calculated to give the oxygen ion diffusion coefficients over the tempera-ture 1700-195$0^{\circ}C$. The obtained diffusion coefficients are as follows: $D=3.20{\times}106$ exp(-155600/RT)
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.4
no.3
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pp.325-335
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1994
The spinel $MgO.Al_20_3$ single crystals were grown by FZ (floating zone) method. Its melting point is about, $2135^{\circ}C$ and is important to the process of the growth from the melt. There have been some reports of the growth by Czochralski and Verneuil method. However, this study is the first trial to the spinel crystal with the application of FZ method. In this study, $MgAl_2O_4$ spinel crystals were grown by using FZ method which uses the ellipsoidal mirror furnace having infrared halogen lamps as a heat source. With dopants of transition metal ions, it was possible to melt the feed rod which does not absorb the infrared rays due to the transparent properties to infrared ray of spinel itself and the red, green and blue colored spinel single crystals could be grown more easily. As a conclusion, the purpose of this study is to find the spinel single crystal growth mechanism with respect to th growth interfaces and molten zone stability and to characterize the state of growth resulting from the concavity to the melt of interfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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