Sen, Saduman;Usta, Metin;Bindal, Cuma;UciSik, A.Hikmet
The Korean Journal of Ceramics
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v.6
no.1
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pp.27-31
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2000
A series experiments were performed to evaluate mechanical behavior of non-oxide boride type ceramics formed on the AISI 1040 plain carbon steel. Boronizing was performed in a slurry salt bath consisting of borax, boric acid, and ferro-silicon at $950^{\circ}C$ for 2-6h. The AISI 1040 steel used as substrate material was containing 0.4%C, 0.13%Si, 0.65%Mn, 0.02%P, 0.014%S. The presence of non-oxide boride type ceramics $Fe_2B $ and FeB formed on the surface of steel was confirmed by metallographic technique and X-ray diffraction (XRD) analysis. The hardness of borides measured via Vickers indenter with a load of 2N reached a microhardness of up to 1800 DPN. The hardness of unborided steel was 185 DPN. The fracture toughness of borides measured by means of Vickers indenter with a load of 10N was about 2.30 MPa.$m^{1/2}$. The thickness of boride layers ranged from 72$\mu\textrm{m}$ to 145$\mu\textrm{m}$. Boride layers have a columnar morphology.
Surface composite layers of 1.9~2.9 mm in thickness were fabricated by depositing metamorphic powders on a carbon steel substrate and by irradiating with a high-energy electron beam. In the surface composite layers, 48~64 vol.% of $Cr_{2}B$ or $Cr_{1.65}Fe_{0.35}B_{0.96}$ borides were densely precipitated in the austenite or martensite matrix. These hard borides improved the hardness of the surface composite layer. According to the otentiodynamic polarization test results of the surface composites, coatings, STS304 stainless steel, and carbon steel substrate, the corrosion potential of the surface composite fabricated with 'C+' powders was highest, and its corrosion current density was lowest, while its pitting potential was similar to that of the STS304 steel. This indicated that the overall corrosion resistance of the surface composite fabricated with 'C+' powders was the best among the tested materials. Austenite and martensite phases of the surface composites and coatings was selectively corroded, while borides were retained inside pits. In the coating fabricated with 'C+' powders, the localized corrosion additionally occurred along splat boundaries, and thus the corrosion resistance of the coating was worse than that of the surface composite.
While high-temperature ceramic composites consisting of carbides, borides, and nitrides, the so-called ultra-high-temperature ceramics (UHTCs), have been commonly produced through solid-state sintering, melt-solidification is an alternative method for their manufacture. As many UHTCs are binary or ternary eutectic systems, they can be melted and solidified at a relatively low temperature via a eutectic reaction. The microstructure of the eutectic composites is typically rod-like or lamellar, as determined by the volume fraction of the second phase. Directional solidification can help fabricate more sophisticated UHTCs with highly aligned textures. This review describes the fabrication of UHTCs through the eutectic reaction and explains their mechanical properties. The use of melt-solidification has been limited to small specimens; however, the recently developed laser technology can melt large-sized UHTCs, suggesting their potential for practical applications. An example of laser melt-solidification of a eutectic ceramic composite is demonstrated.
Ye Chang-Ho;Lee Bong-Keun;Song Woo-Young;Oh In-Seok;Kang Chung-Yun
Journal of Welding and Joining
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v.23
no.6
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pp.99-105
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2005
The mixing ratio effect of the GTD-111(base metal) powder and the GNI-3 (Ni-l4Cr-9.5Co-3.5Al-2.5B) powder on TLP(Transient Liquid Phase) bonding phenomena and mechanism was investigated. At the mixing ratio of the base metal powder under $50wt\%$, the base metal powders fully melted at the initial time and a large amount of the base metal near the bonded interlayer was dissolved by liquid inter metal. Liquid insert metal was eliminated by isothermal solidification which was controlled by the diffusion of B into the base metal. The solid phases in the bonded interlayer grew epitaxially from the base metal near the bonded interlayer inward the insert metal during the isothermal solidification. The number of grain boundaries farmed at the bonded interlayer corresponded with those of base metal. At the mixing ratio above $60wt\%$, the base metal powder melted only at the surface of the powder and the amount of the base metal dissolution was also less at the initial time. Nuclear of solids firmed not only from the base metal near the bonded interlayer but also from the remained base metal powder in the bonded interlayer. Finally, the polycrystal in the bonded interlayer was formed when the isothermal solidification finished. When the isothermal solidification was finished, the contents of the elements in the boned interlayer were approximately equal to those of the base metal. Cr-W borides and Cr-W-Ta-Ti borides formed in the base metal near the bonded interlayer. And these borides decreased with the increasing of holding time.
The change of microstructure in the bonded interlayer and mechanical properties of the joints were investigated during Transient Liquid Phase Diffusion Bonding(TLP bonding) of STS304/SM17C and STS304/SM45C couples using Ni base amorphous alloys added boron and prepared alloy as insert metal. Main experimental results obtained in this study are as follows: 1) Isothermal solidification process was completed much faster than theoretically expected time, 14ks at 1473K temperature. Its completion times were 3.6ks at 1423K, 2.5ks at 1473K and 1.6ks at 1523K respectively. 2) As the concentration of boron in the insert metal increased, the more borides were precipitated near bonded interlayer and grain boundary of STS304 side during isothermal solidification process, its products were $M_{23}P(C,B)_6}_3)$ The formation of grain boundary during isothermal solidification process was completed at structural carbon steel after starting the solidfication at STS304 stainless steel. 4) The highest value of hardness was obtained at bonded interface of STS304 side. The desirable tensile properties were obtained from STS304/SM17C, STS304/SM45C using MBF50 and experimentally prepared insert metal with low boron concentration.
Due to their unique properties, tungsten borides are good candidates for the industrial applications where certain features such as high hardness, chemical inertness, resistance to high temperatures, thermal shock and corrosion. In this study, conditions were investigated for producing tungsten boride powder from tungsten oxide($WO_3$) by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) followed by HCl leaching techniques. In the first stage of the study, the exothermicity of the $WO_3$-Mg reaction was investigated by computer simulation. Based on the simulation experimental study was conducted and the SHS products consisting of borides and other compounds were obtained starting with different initial molar ratios of $WO_3$, Mg and $B_2O_3$. It was found that $WO_3$, Mg and $B_2O_3$ reaction system produced high combustion temperature and radical reaction so that diffusion between W and B was not properly occurred. Addition of NaCl and replacement of $B_2O_3$ with B successfully solved the diffusion problem. From the optimum condition tungsten boride($W_2B$ and WB) powders which has 0.1~0.9 um particle size were synthesized.
The sintering behaviors and process parameters of some compounds (carbides, oxides, sulfides, borides) were investigated experimentally. These compounds were successfully consolidated and showed high densities. Some unique phenomena such as retardation of grain growth, suppression of thermal decomposition and maintenance of initial non-equilibrium phases, were observed by the proper control of process in spark sintering.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2004.05a
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pp.60-65
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2004
The possibility of mechano-chemical synthesis and influence of mechanical activation on thermal synthesis of borides and boron carbides of mass-low metals is investigated. The opportunity of mechanochemical synthesis in the mill AGO-2 of such compounds as Al $B_2$and Ca $C_2$$B_2$is established. Influence of mechanical activation in the mill SPEX 8000 on synthesis of such compound as $Mg_{0.5}$A $l_{0.5}$$B_2$is shown. Features of synthesis in systems containing metal magnesium are considered.d.d.
Lee, H. B.;Kim, S. J.;Y. H. Han;J. E. Garay;Zuhair A. Munir
The Korean Journal of Ceramics
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v.6
no.2
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pp.172-176
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2000
Solid solutions of Ti$_{0.5}$Zr$_{0.5}$B$_2$were successfully synthesized and densified simultaneously from elemental reactants by the use of a field-activated, pressure-assisted synthesis method. The method involves the application of an electric current and mechanical pressure across reactant compacts to achieve combustion synthesis. Dense solid solutions with relative densities of up to 99% were produced and characterized by XRD, SEM, and EPMA methods. With a maximum measured temperature of 145$0^{\circ}C$ under a load of 86 MPa for 30 min, the desired dense solid solution wad synthesized.
The bonding phenomena of Ni base single crystal superalloy. CMSX-4 during transient liquid phase(TLP) bonding was investigated using MBF-80 insert metal. Bonding of CMSX-4 was carried out at 1,373∼1,548K for 0∼19.6ks in vacuum. The (001) orientation of each test specimen was aligned perpendicular to the bonding interface. The dissolution width of base metal was increased when the bonding temperature and holding time were increased. The eutectic width diminished linearly with the square root of holding time during isothermal solidification process. Borides were formed in the bonded layer during TLP bonding operation. The solid phase grew epitaxially into the liquid phase from substrates and single crystallization could be readily achieved during the isothermal solidification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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