It has between investigated that the optimum spaying conditions, such as, spraying distance, fusing temperature and fusing time, ect, in a Ni-cr base self fluxing alloy sprayed on the mild steel substrate by oxygen-acetylenc flame spraying. Sprayed specimens on various conditions were fuused in a vacuum furnace and the results were as follows. The optimum spraying condition for excellent coating layer are obtained under spraying distances, fusing temperature and fusing and time ; 180~240mm,1050~110$0^{\circ}C$and 15~30min, respectively. The adhesive strength and surface hurface hardness of the as sprayed specimens were very low by mechanical bonding becaus of the diffusion layer during process. The carbides and borides and formed in the sprayed coating layer and densification of the layer was resulted from the elimination of pores and oxides. The hardness of sprayed coating layer, particularly in the high temperature, was superior to ordinary tool steels.
Production and properties of metal matrix composites reinforced with an in-situ high aspect ratio $AlB_2$ flake have been investigated. Boron 2.2wt.% was dissolved in pure Al and Al-Cu alloy at $1300^{\circ}C$ by adding directly boron oxide which resulted in 4 vol.% reinforcing phase. The in-situ $AlB_2$ flake concentration was increased up to 30 vol.% in order to increase the tensile strength of the composites. Hardness, compressive strength and tensile strength of the composite were measured and compared with their matrix. Results showed that 30 vol.% $AlB_2/Al$ composite show a 193% increase in the compressive strength and a 322% increase in compressive yield strength. Results also showed that ductility of composites decreases with adding $AlB_2$ reinforcements.
Titanium nitride and related overlayers produced by arc ion plating (AIP) are applied as commercial coatings in world-wide scale since the middle of 80s. Due to the achievements of low temperature deposition (LTD), they begin now to be used as wear and corrosion-resistant coatings for machine parts, besides applications on cemented carbide and high speed steel cutting tools. On the other side, TiN can be now applied successfully to brass, Al-alloy, ZnAl alloy articles as decorative coating through LTD. Various nitrides, carbonitrides, borides and other refractory compounds, such as (Ti, Al)N, TiCN, CrN, are used as the coatings for special heavy-duty working conditions instead of TiN since 90s. More and more multilayer coatings are applied now substituting single layer ones. Duplex processes are under development.
The crystallization kinetics of $Fe_{73.5}Si_{13.5}B_{9}Cu_{1}Nb_{3}$ amorphous alloy has been investigated using differential scanning calorimetry (DSC). The crystallization process had two stages, i.e. precipitation of the $\alpha$-Fe(Si) solid solution and the tetragonal borides. The isothermal transformation data of the amorphous alloy has been fitted successfully to the generalized Johnson-Mehl-Avrami equation. The mean time exponent, n, obtained is close to 2.5. The value of n=2.5 may be interpreted as being due to a diffusion-controlled transformation process with a constant nucleation rate, one likely transformation mode for the crystallization of metallic amorphous alloys. The activation energy of the overall crystallization process deduced from the time to 50% crystallization are about 81 kcal/mole. The value is of the same order as those estimated from viscous flow.
In order to improve thermal efficiency of the fossil fuel power plants, we need to develop advanced materials with superior durability in the ultra-super critical state, which requires surface modifications for superior surface properties. In this study, we coated the Incoloy 901 and 12-17Cr steels for turbine buckets and valves with nitriding, boriding, and $Cr_3C_2-NiCr$ HVOF(high velocity oxygen flow) method. Then the samples were heat treated at $650^{\circ}C$ for 100 hours in vacuum. We analyzed the evolution behaviors of nitrides such as $Fe_3N,\;Fe_4N$, and CrN and borides such as FeB and $Fe_2B$ with XRD and SEM/EDS by comparing hardnesses and compositions of the coated layers before and after the heat treatments.
The change of microstructure in the bonded interlayer and tensile properties of joints were studied for liquid phase diffusion bonding using STS-310 and Incoloy-825 as base metal and base metal+B alloy as insert inetal. Main experimental results obtained in this study are as follows. 1) The optimum amount of B addition into the insert metal was found to be about 4mass%. 2) When isothermal solidification was completed, the microstructure in the bonded interlayer was the same with that of the base metal because of the grain boundary migration in the bonded interlayer. 3) All of the tensile specimen fractured at base metal and joints bonded at optimum condition exhibited tensile properties in excess of base metal requirements. 4) It was determined that fine car-borides and bordes such as M$_{23}$(C,B)$_{6}$, Cr$_{2}$B, and CrB in STS-310S and TiB in Incoloy-825 exist at the grain boundary around bonded interlayer. These precipitates almost disappeared after homogenizing treatment at 1373K for 86.4ks.s.
In this study, the mechanical properties of boronized 316L austenitic stainless steel have been investigated. Boronizing was carried out in solid medium consisting of Ekabor powder at $900^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$ for 2, 4 and 8 hours, respectively. The properties of sample were analyzed by field emission scanning electron microscope, X-ray diffractometer, Glow discharge spectrometer, micro-hardness tester and ball-on-disk wear tester. Increasing the boronizing time and temperature, the hardness of boronized samples were shown over Hv 2000 and the thickness of boride layers were also increased linearly. XRD patterns of samples were revealed the presence of borides such as FeB, $Fe_2B$, CrB, $Cr_2B$ and $Ni_3B$. Friction coefficient of boronized STS 316L was shown the low value at $900^{\circ}C$ for 8 hours and $1000^{\circ}C$ for 4 hours, respectively.
The broad beam ion sources of hot filament plasma type have widely used for modifications of materials and thin films, and the new type intensive current broad beam metal ion source including reactive gaseous ion beams is needed for preparing the hard coating films such as DLC, $\beta-C_3N_4$ Carbides, Nitrides, Borides etc. Now a electorn beam evaporation(EBE) broad beam metal ion source has been developed for this purpose in our lab. CN film has been formed by the EBE ion source. Study of the CN film shows that it has high hardness(HK=5800kgf/$\textrm {mm}^2$)and good adhesion. This method can widely changes the ratio of C/N atom's concentrations from 0.14 to 0.6 and has high coating rate. The low energy pocket ion source which was specially designed for surface texturing of medical silicon rubber was also developed. It has high efficiency and large uniform working zone. Both nature texturing and mesh masked texturing of silicon rubbers were performed. The biocompatibility was tested by culture of monocytes, and the results showed improved biocompatibility for the treated silicon rubbers. In addition, the TiB2 film synthesized by IBED is being studied recently in our lab. In this paper, the results which include the hardness, thickness of the films and the AES, XRD analysis as well as the tests of the oxidation of high temperature and erosion will be presented.
세라믹 기지 복합재료는 세라믹 기지에 고 용융 온도, 낮은 밀도, 고 탄성과 강도를 가진 탄화물, 질화물, 보론화물, 산화물 등의 강화재료를 끼워 넣어 파괴 인성을 높인 것이다. 이들 소재는 우주 비행체의 열 차폐 시스템, 또 고온의 가스 터빈의 연소실, 터빈 블레이드, 고정자(Stator) 베인 등의 부품에 사용되며, 버너와 화염 유지기(Flame holder), 고온 가스 덕트에는 산화 CMC가 사용되고 있고, 극심한 열 충격이 일어나는 브레이크 디스크나 시스템의 부품, 그리고 슬라이드 베어링 부품에도 활용되고 있다. 이러한 CMC에 대한 연구 개발은 미국의 우주 비행체 활용 목적을 비롯하여, 미국, 일본, 유럽에서의 초고속항공기와 가스 터빈용, 그리고 핵 융합용 등의 목적으로 국방과 에너지 산업과 같은 전략적 분야의 활용을 목표로 개발되고 있다.
Dispersions of non-soluble ceramic particles in a metallic matrix can enhance the strength and heat resistance of materials. With the advent of mechanical alloying it became possible to put the theoretical concept into practice by incorporating very fine particles in a flirty uniform distribution into often oxidation- and corrosion- resistant metal matrices. e.g. superalloys. The present paper will give an overview about the mechanical alloying technique as a dry, high energy ball milling process for producing composite metal powders with a fine controlled microstructure. The common way is milling of a mixture of metallic and nonmetallic powders (e.g. oxides. carbides, nitrides, borides) in a high energy ball mill. The heavy mechanical deformation during milling causes also fracture of the ceramic particles to be distributed homogeneously by further milling. The mechanisms of the process are described. To obtain a homogeneous distribution of nano-sized dispersoids in a more ductile matrix (e.g. aluminium-or copper based alloys) a reaction milling is suitable. Dispersoid can be formed in a solid state reaction by introducing materials that react with the matrix either during milling or during a subsequent heat treatment. The pre-conditions for obtaining high quality materials, which require a homogeneous distribution of small dis-persoids, are: milling behaviour of the ductile phase (Al, Cu) will be improved by the additives (e.g. graphite), homogeneous introduction of the additives into the granules is possible and the additive reacts with the matrix or an alloying element to form hard particles that are inert with respect to the matrix also at elevated temperatures. The mechanism of the in-situ formation of dispersoids is described using copper-based alloys as an example. A comparison between the in-situ formation of dispersoids (TiC) in the copper matrix and the milling of Cu-TiC mixtures is given with respect to the microstructure and properties, obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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