Al-Si coated boron steel has been widely used as commercial hot stamping steel. When the steel is heated at 900~930℃ for 5 min in an electric furnace, thickness of the coating layer increases as a consequence of formation of intermetallic compounds and diffusion layer. The diffusion layer plays an important roll in blunting the propagation of crack from coating layer to base steel. Change in microstructure and coating layer of Al-Si coated boron steel after conductive heating with higher heating rate than electric furnace has been investigated in this study. Conductive-heated steel showed the martensitic structure with vickers hardness of 505~567. Both intermetallic compounds in coating layer and diffusion layer were not observed in conductive-heated steel due to rapid heating. It has been found that the conductive-heating consisting of rapid heating to 550℃ which is lower than melting point of Al-Si coating layer, slower heating to 900℃, and then 1 min holding at 900℃ is effective in forming intermetallic compound in coating layer and diffusion layer.
This study formed a hard TiAlSiWN coating layer using Ti, Al, Si and W raw powders that were mechanically alloyed and refined. The TiAlSi and TiAlSiW coating targets were fabricated using a single PCAS process in a short time with the optimal sintering conditions. The coating targets were deposited on the WC substrate by forming coating layers using TiAlSiN and TiAlSiWN nitride nano-composite structures with an AIP process. The properties of the nitride nano-composite coating layers were compared according to the addition of W. The microstructure of the nitride nano-composite coating layer was analyzed, focusing on the distribution of the crystalline phases, amorphous phases ($Si_3N_4$), and growth orientation of the columnar crystal depending on the addition of W. The mechanical properties of the coating layers were exhibited a hardness of approximately $3,000kg/mm^2$ and adhesion of about 117.77N in the TiAlSiN. In particular, the TiAlSiWN showed excellent properties with a hardness of more than $4,300kg/mm^2$ and an adhesion of about 181.47N.
This study is aimed at preparing and evaluating the plasma resistance of YAS (Y2O3-Al2O3-SiO2) coating layer with crystalline YAG phase contents. For this purpose, YAS frits with controlled phase contents are prepared and melt-coated on sintered Al2O3 ceramics. Then, the results of phase analysis of crystalline YAS coating layer are compared to that of YAS frits, and discussed with regard to the plasma resistance of the YAS coating layer. The phase contents of the YAS frit change in a manner different from that of the prepared YAS coating layer, presumably owing to the composition change of YAS frit during the melt-coating process. The plasma resistance of the YAS coating layer is shown to increase with the YAG phase contents in the coating layer. Comparing the weight loss of YAS coating layer with those of commercial Y2O3, Al2O3, and quartz ceramics, the plasma resistance of the prepared YAS coating layer is 8 times higher than that of quartz and 3 times higher than that of Al2O3; this layer shows 70 % of the resistance of Y2O3.
Si-rich-layer-coated U-7 wt%Mo plates were prepared in order to evaluate the diffusion barrier performance of the Si-rich layer in U-Mo vs. Al interdiffusion. Pure Si powder was used for coating the U-Mo plates by annealing at $900^{\circ}C$ for 1 h under vacuum of approximately 1 Pa. Si-rich layers containing more than 60 at% of Si were formed on U-7 wt%Mo plates. Diffusion couple tests were conducted in a muffle furnace at $560-600^{\circ}C$ under vacuum using Si-rich-layer-coated U-Mo plates and pure Al plates. Diffusion couple tests using uncoated U-Mo plates and Al-(0, 2 or 5 wt%)Si plates were also conducted for comparison. Si-rich-layer coatings were more effective in suppressing the interaction during diffusion couple tests between coated U-Mo plate and Al, when compared with U-Mo vs. Al-Si diffusion couples, since only small amounts of Al in the coating could be found after the diffusion couple tests. Si-rich-layer-coated U-7wt%Mo particles were also prepared using the same technique for U-7 wt%Mo plates to observe the microsturctures of the coated particles.
Ni-Al intermetallic coating technology is an available method for the strengthening of aluminum substrate. In this study, Ni-Al intermetallics were coated on an aluminum substrate through a reaction synthesis process at a temperature lower than melting point of aluminum. And the sliding wear properties of the coatings have been investigated to verify their usability and compared the wear properties with those of a cast Al-12.5%Si alloy and an anodizing layer on aluminum. Results show that the wear rate of the coating layer greatly increased at 1 m/s and 1.5 m/s when compared with that of the cast Al-12.5%Si alloy. Much pitting damages were observed on the worn surfaces at these sliding speeds, unlike at other sliding speeds. The wear of the intermetallic coating layer at these sliding speeds seems to be increased by pitting as a consequence of adhesion. In contrast, wear of the coating layer at other speeds hardly occurs, regardless of wear periods. Nevertheless, the wear properties of the intermetallic coating layer on the aluminum substrate through the reaction synthesis process are more stable than those of anodized aluminum and are superior to those of the cast Al-12.5%Si alloy in a steady-state wear period.
Hot-dipped Al-Mg-Si coatings to alternate Zn and Zn alloy coatings for steel were examined on metallographic structure, corrosion resistance, sacrificial ability, formation and growth of inter-metallic compounds, and mechanical properties. Near the eutectic composition of quasi-binary system of Al-$Mg_2Si$, very fine eutectic structure of ${\alpha}$-Al and $Mg_2Si$ was obtained and it showed excellent corrosion resistivity and sacrificial ability for a steel in sodium chloride solutions. Formation and growth of Al-Fe inter-metallic compounds at the interface of substrate steel and coated layer was suppressed by addition of Si. The inter-metallic compounds layer was usually brittle, however, the coating layer did not peel off as long as the thickness of the inter-metallic compounds layer was small enough. During sacrificial protection of a steel, amount of hydrogen into the steel was more than ten times smaller than that of Zn coated steel, suggesting to prevent hydrogen embrittlement. Al-Mg-Si coating is expected to apply for several kinds of high strength steels.
High-entropy TiAlCrSiN nano-composite coating was designed to improve mold life for high temperature liquid molding. Alloy design, powder fabrication and single alloying target fabrication for the high-entropy nano-composite coating were carried out. Using the single alloying target, an arc ion plating method was applied to prepare a TiAlCrSiN nano-composite coating had a 30 nm TiAlCrSiN layers are deposited layer by layer, and form about 4 ㎛-thickness of multi-layered coating. TiAlCrSiN nano-composite coating had a high hardness of about 39.9 GPa and a low coefficient of friction of less than about 0.47 in a dry environment. In addition, there was no change in the structure of the coating after the dissolution loss test in the molten metal at a temperature of about 1100 degrees.
Kim, Tetsuro ata;Keisuke Uenishi;Akira Ikenaga;Kojiro F. Kobayashi
대한용접접합학회:학술대회논문집
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대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.726-731
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2002
Reaction synthesis is a process to form ceramics, intermetallics and their composites from elemental powder mixture. Application of this process to a surface modification techniques has a possibilities to enable the process at a lower temperature or for a shorter time, although synthesized materials are likely to include voids and unreacted elements. This paper intend to examine the effect of Si addition to the mixture of Al and Ni on the densification of synthesized Ni-Al intermetallic compounds and to evaluate the surface properties of obtained coatings. By the Si addition, exothermic reaction temperature to form Ni-Al intermetallic was lowered to be below the melting point of Al. Si soluted $Al_3$Ni$_2$, $Al_3$Ni and $Al_{6}$Ni$_3$Si were mainly formed in the coating layer when powder mixture was heated to 973K for 300s. Besides, densification was enhanced by increasing hot press pressure, Si additions and heating rate. When the composition of eutectic Al-Si reaches 78%, void ratio of sintered compact reduced to 0.4%. It is caused by higher flowability of Al-Si liquid phase generated and its infiltration into the void. Since the hardness of NiAl(Si) compound (about 600HV) formed in the coating layer is higher than that of Ni-Al compound (about 400HV), coating layer with high density and superior wear property is obtained by hot press using reaction synthesis from Al-Ni-Si powder mixture.
Ti-Al-Si target and Cr-Si target are sputtered alternately to develop a multi-layered nitride coating on a steel mold to improve die-casting lifetime. Prior to the multi-layer deposition, a CrN layer is developed as a buffer layer on the mold to suppress the diffusion of reactive elements and enhance the cohesive strength of the multi-layer deposition. Approximately 50 nm CrSiN and TiAlSiN layers are deposited layer by layer, and form about three ㎛-thickness of multi-layered coating. From the observation of the uncoated and coated steel molds after the acceleration experiment of liquid metal injection casting, the uncoated mold is severely eroded by the adhesion of molten metallic glass. On the other hand, the multi-layer coating on the mold prevents element diffusion from the metallic glass and mold erosion during the experiment. The multi-layer structure of the coating transforms the nano-composite structured coating during the acceleration test. Since the nano-composite structure disrupts element diffusion to molten metallic glass, despite microstructure changes, the coating is not eroded by the 1,050 ℃ molten metallic glass.
The sulfidation behavior of a sputter-deposited amorphous coating of 69.0%Nb-16.9Ni-11.9%Al-2.2%Si (at.%) has been investigated as a funtion of temperature.(973-1173K) in pure sulfur pressure of 0.01atm. The sulfidation kinetics of the casting obyed the parabolic rate low over the whole temperature ranges studied. The stlfidation rate increased with the temperature, as expected. The sulfide scale, the composition of which was $Al_2S_3,\;NbS_2,\;Ni_{3-x}S_2\;and\;FeCrS_4$, formed on the amorphous coating was primarily bilayered. Both the outer fastgrowing non-protective 4Al_2S_3$scale and the inner slowly-growing protective $NbS_2$,/TEX> scale and the inner slowly-growing protective $NbS_2$ scale had some Fe and Cr dissolution, which evidently came from the base substrate alloy of stainless steel type 304. Belows the coating, Kirkendall void formation was noticed. Nevertheless, a dramatic improvement of sulfidation resistance was achieved by sputter-depositing Nb-2 Ni-Al-Si layer on the stainless steel 304.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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