Recently, it has been found that mechanical alloying (MA) facilitates the nanocomposites formation of metal-metal oxide systems through solid-state reduction during ball milling. In this work, we studied the MA effect of Fe$_{3}$O$_{4}$-M (M = Al, Ti) systems, where pure metals are used as reducing agents. It is found that composite powders in which $Al_{2}$O$_{3}$ and TiO$_{2}$ are dispersed in $\alpha$-Fe matrix with nano-sized grains are obtained by mechanical alloying of Fe$_{3}$O$_{4}$ with Al and Ti for 25 and 75 hours, respectively. It is suggested that the large negative heat associated with the chemical reduction of magnetite by aluminum is responsible for the shorter MA time for composite powder formation in Fe$_{3}$O$_{4}$-Al system. X-ray diffraction results show that the reduction of magnetite by Al and Ti if a relatively simple reaction, involving one intermediate phase of FeAl$_{2}$O$_{4}$ or Fe$_{3}$Ti$_{3}$O$_{10}$. The average grain size of $\alpha$-Fe in Fe-TiO$_{2}$ composite powders is in the range of 30 nm. From magnetic measurement, we can also obtain indirect information about the details of the solid-state reduction process during MA.
본 연구에서는 고온용 Al-Ti 합금을 제조하기 위하여 복합금속분말의 화학적 균질성과 합금내에 형성되는 미세한 분산상에 대하여 조사하였다. Al-Ti 복합금속분말의 화학적 균질성은 400rpm의 회전속도로 10시간 이상 기계적 합금화하였을 때 나타났으며 MA Al-Ti 합금의 화학분석결과, Ti 함량은 8.2wt.%, 탄소 함량은 1.135wt.%, 그리고 산소 함량은 0.233wt.%였으며, 특히 탄소 함량은 스테아린산의 공정 제어제 중에 있는 약 90% 정도의 탄소가 최종적으로 합금 시편에 혼입되었음을 알 수 있었다. TEM 분석을 통하여 MA Al-Ti 합금의 기지조직내에 구형의 250nm 크기인 $Al_3Ti$ 금속간 화합물상과 침상형태의 폭 50nm, 길이 150nm 크기인 $Al_4C_3$ 탄화물상의 형성을 관찰하였으며 구형 모양을 갖는 약 20nm 크기의 $Al_2O_3$ 탄화물상들이 이 합금의 입내 및 입계에 균일하게 분포되었음을 알 수 있었다.
Based on the structure feature of a tree, a cylindrical $Ti_2AlC$/graphite layered composite has been fabricated through heat treating a graphite column and six close-matched thin wall $Ti_2AlC$ cylinders bonded with the $Ti_2AlC$ powders at $1300^{\circ}C$ and low oxygen partial pressure. SEM examination reveals that the bond interlayers between cylinders or that between cylinder and column are not fully dense without any crack formation. During the compressive test, the strain of the $Ti_2AlC$/graphite layered composite is about twice higher than that of the monolithic $Ti_2AlC$ ceramic, and the compressive strength of the layered composite is 348 MPa. The layered composite show the noncatastrophic fracture behaviors due to the debonding and shelling off of the layers, which are different from the monolithic $Ti_2AlC$ ceramic. The mechanism of the improved deformation capacity and noncatastrophic failure modes are attributed to the presence of the central soft graphite column and cracks deflection by the bond interlayers.
Plasma Transferred arc(PTA) hard facing process has been developed to obtain an overlay weld metal having excellent wear resistance. The effect of Ti, TiSi$_{2}$ and TiC powders addition on the surface of Aluminum alloy 5083 has been investigated with PTA process. This paper describes the result of test the performance of the overlay weld metal. The result can be summarized as follows 1. Intermetallic compound is formed on surface of base metal in Ti or TiSi$_{2}$ powder but the reaction with surface of base metal is little seen in TiC powder. 2. In formation of composite layer on aluminum alloy surface by plasma transferred arc welding process, high melting ceramics like TiC powder is excellent. 3. The multipass welding process is available for formation of high density of powder. But the more number of pass, the less effect of powder, it is considered, and limits of number of pass. 4. By increasing area fraction of TiC powder on Al alloy surface, in especially TiC powder the hardness increase more than 40% area fraction and 88% shows about Hv 700.
The objective of this research was to study the formation of the thick hardened layer with the addition of metal powder(Cu) and ceramics powders(TiC) on the aluminum 5083 alloys by plasma transferred arc process(PTA process) and to characterize the effect of overlaying conditions on the overlaid layer formation. This was followed by investigating the microstructures of the overlaid layers and mechanical properties such as hardness and wear resistance. The overlaid layer containing copper powder was alloyed and intermetallic compound($CuAl_2$) was formed. The overlaid layers with high melting point TiC powders, however, did not react with base metal. Wear resistance of the alloyed layer was remarkably improved by the formation of $CuAl_2$, precipitate phase, which prevented wear of base aluminum alloys and at higher wear speed, accelerated sliding of the counter part. Wear resistance of the composite layer was also remarkably improved because TiC powder act as a load barring element and Fe debris fragments detached from the counter part act as a solid lubricant on the contact surface.
Hybrid $A1_2O_3-TiC$ ceramic particle reinforced 6061 and 5083 Al composite powders were prepared by the combination of twin rolling and stone mill crushing process, followed by consolidating processes of cold compaction, degassing and hot extrusion. The composite bar consists of lamellar structure of ceramic particle rich area and matrix area, in which the hybrid was decomposed into each TiC of about $3-4\mutextrm{m}$ and $AI_2O_3$ particles of about $1-2\mutextrm{m}$ in diameter. It also found that fine $Mg_2Si$ precipitates of about 30 nm were embedded in the matrix, which have grains of about 3 $\mutextrm{m}$. Higher UTS was measured at the 5083 composite bar compared to the conventionally fabricated composite, due to again refinement effect by the rapid solidification. No particle was shown to form in the interface between the matrix and reinforcement, whereas carbon was diffused into the matrix.
Al2TiO5 powder was prepared by the sol-gel processing from th metal alkoxides ; aluminium sec-butoxide (Al(OC4H9)3 and tetraethyl orthotitanate (Ti(OC2H5)4) The particles of Al2TiO5 produced from alkoxides were measured to be below $1.5mutextrm{m}$ and mre than 90% weere below 1 ${\mu}{\textrm}{m}$ however those from commercial alumina and titania were over 0.5-7${\mu}{\textrm}{m}$ and only 60% were below 1${\mu}{\textrm}{m}$ and 90% were below 2.5${\mu}{\textrm}{m}$ Therefore Al2TiO5 powder produced from alkoxides had the narrower distributionin size than that produced from the commercial alumina and titania powders. The addition of mullite or Al2O3 powder to the prepared aluminum titanate inhibited the grain growth and this resulted in decreased and increase in density.
Single walled carbon nanotubes were mixed with various metal powders by mechanical ball milling and sintered by spark plasma sintering processes. Two compositional (0.1 and 1 vol%) of the single walled carbon nanotubes were dispersed onto the pure aluminum, 5052 aluminum alloy, pure titanium, Ti6Al4Vanadium alloy, pure copper, and stainless steel 316L. Each composite powders were spark plasma sintered at $600^{\circ}C$ and well synthesized regardless of the matrices. Vickers hardness of the composite materials was measured and they exhibited higher values regardless of the carbon nanotubes composition than those of the pure materials. Moreover, single walled carbon nanotubes reinforced copper matrix composites showed highest enhancement between the other metal matrices system. We believe that low energy mechanical ball milling and spark plasma sintering processes are useful tool for fabricating of the carbon nanotubes-reinforced various metal matrices composite materials. The single walled carbon nanotubes-reinforced various metal matrices composite materials could be used as an engineering parts in many kind of industrial fields such as aviation, transportation and electro technologies etc. However, detail strengthening mechanism should be carefully investigated.
Hybrid material(ceramic+metal) processes were developed for micro filter using ceramics coating at metal filter surface by thermal spray method, micro hole drilling at ceramic coated filter surface by femtosecond laser, and fiber laser direct welding of ceramic and metal (SUS304, SM45C) by capillary effect. Thermal spray process was used for ceramic powders and metal filters. The used ceramic powders were $Al_2O_3+40TiO_2$(Metco 131VF) powder of maximum particle size $5{\mu}m$ and ${Al_2O_3}99+$(Metco 54NS) power of maximum particle size 45m. Ceramic coated filters using thermal spray method had a great influence on powder material, particle size and coating thickness but had a fine performance as a micro filter. CW fiber laser was used to drill the top ceramic layer and melt the bottom metal layer for joining applications.
The composites were fabricated, respectively, using 61[vol.%] SiC-39[vol.%] $TiB_2$ and using 61[vol.%] SiC-39[vol.%] $ZrB_2$ powders with the liquid forming additives of 12[wt%] $Al_2O_3+Y_2O_3$ by hot pressing annealing at $1650[^{\circ}C]$ for 4 hours. Reactions between SiC and transition metal $TiB_2$, $ZrB_2$ were not observed in this microstructure. The result of phase analysis of composites by XRD revealed SiC(6H, 3C), $TiB_2$, $ZrB_2$ and $YAG(Al_5Y_3O_{12})$ crystal phase on the Liquid-Phase-Sintered(LPS) $SiC-TiB_2$, and $SiC-ZrB_2$ composite. $\beta\rightarrow\alpha-SiC$ phase transformation was occurred on the $SiC-TiB_2$ and $SiC-ZrB_2$ composite. The relative density, the flexural strength and Young's modulus showed the highest value of 98.57[%], 249.42[MPa] and 91.64[GPa] in $SiC-ZrB_2$ composite at room temperature respectively. The electrical resistivity showed the lowest value of $7.96{\times}10^{-4}[\Omega{\cdot}cm]$ for $SiC-ZrB_2$ composite at $25[^{\circ}C]$. The electrical resistivity of the $SiC-TiB_2$ and $SiC-ZrB_2$ composite was all positive temperature coefficient resistance (PTCR) in the temperature ranges from $25[^{\circ}C]$ to $700[^{\circ}C]$. The resistance temperature coefficient of composite showed the lowest value of $1.319\times10^{-3}/[^{\circ}C]$ for $SiC-ZrB_2$ composite in the temperature ranges from $100[^{\circ}C]$ to $300[^{\circ}C]$ Compositional design and optimization of processing parameters are key factors for controlling and improving the properties of SiC-based electroconductive ceramic composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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