Pure titanium and its alloys are drastically used in implant materials due to their excellent mechanical properties, high corrosion resistance and good biocompatibility. However, the widely used Ti-6Al-4V is found to release toxic ions (Al and V) into the body, leading to undesirable long-term effects. Ti-6Al-4V has much higher elastic modulus than cortical bone. Therefore, titanium alloys with low elastic modulus have been developed as biomaterials to minimize stress shielding. For this reason, Ti-30Ta-xZr alloy systems have been studied in this study. The Ti-30Ta containing Zr(5, 10 and 15 wt%) were 10 times melted to improve chemical homogeneity by using a vacuum furnace and then homogenized for 24 hrs at $1000^{\circ}C$. The specimens were cut and polished for corrosion test and Ti coating and then coated with TiN, respectively, by using DC magnetron sputtering method. The analyses of coated surface were carried out by field emission scanning electron microscope(FE-SEM). The electrochemical characteristics were examined using potentiodynamic (- 1500 mV~+ 2000 mV) and AC impedance spectroscopy(100 kHz~10 mHz) in 0.9% NaCl solution at $36.5{\pm}1^{\circ}C$. The equiaxed structure was changed to needle-like structure with increasing Zr content. The surface defects and structures were covered with TiN/Ti coated layer. From the polarization behavior in 0.9% NaCl solution, The corrosion current density of Ti-30Ta-xZr alloys decreased as Zr content increased, whereas, the corrosion potential of Ti-30Ta-xZr alloys increased as Zr content increased. The corrosion resistance of TiN/Ti-coated Ti-30Ta-xZr alloys were higher than that of the TiN-coated Ti-30Ta-xZr alloys. From the AC impedance in 0.9% NaCl solution, polarization resistance($R_p$) value of TiN/Ti coated Ti-30Ta-xZr alloys showed higher than that of TiN-coated Ti-30Ta-xZr alloys.
The mechanical alloying (MA) effect in $\sigma$-VFe intermetallic compound was studied by neutron and X-ray diffraction. The structure of MA $\sigma$-VFe powders were characterized by the X- ray diffraction with Cu- $K\alpha$ radiation and neutron diffraction with monochromatic neutrons of $1.835\AA$ using a high resolution powder diffractometer (HRPD). Mechanical alloying of $\sigma$-VFe compound gives rise to a dramatic structural change. After 60 hours of MA, the Fe-Fe distribution of the $\sigma$- phase VFe tetragonal structure with 30 atoms in a unit cell is found to change into that of the $\sigma$-(V,Fe) solid solution with bcc structure, which is a stable phase at elevated temperature above $1200^{\circ}C$. A comparison of X-ray diffraction data for the $\alpha$-phase has been also made with the corresponding neutron diffraction data. The (101) and (111) diffraction peaks of the $\sigma$-phase was clearly observed only in neutron diffraction pattern, which is believed to be a characteristic feature due to the chemical atomic ordering of $\sigma$- VFe phase.
The-steady-state creep mechanism and behavior of Zircaloy-4 used as cladding materials in PWR have been investigated in air environment over the temp, ranges from 600 to $645^{\circ}C$ and stress ranges from 4 to $7kg/mm^2$. The stress exponents for the creep deformation of this alloy, n were decreased 4.81, 4.71, 4.64, and 4.56 at 600, 615, 630 and $645^{\circ}C$, respectively; the stress exponents decreased with increasing the temperature and got closer to about 5. The apparent activation energies, Q, were 62.1, 60.0, 57.9 and 55.4 kcal/mole at stresses of 4, 5, 6, $7kg/mm^2$, respectively; the activation energies decreased with increasing the stress and were close to those of volume self diffusion of Zr in Zr-Sn-Fe-Cr system. In results, it can be considered that the creep deformation for Zircaloy-4 was controlled by the dislocation climb over the ranges of this experimental conditions. Larson-Miller parameter, P, for the crept specimens was obtained as P=(T+460)(logt,+23). The failure plane observed by SEM slightly showed up intergranular fracture at this experiment ranges. However, it was essentially dominated by the dimple phenomenon, which was a characteristics of the transgranular fracture.
Statement of problem: Titanium nitride(TiN) coatings are the most general and popular coating method and used to improve the properties of metallic surface for industrial purposes. When TiN coating applied to the abutment screw, frictional resistance would be reduced, as a results, the greater preload and prevention of the screw loosening could be expected. Purpose: The purpose of this study was to investigate mechanical properties of TiN coated film of various coating thickness on the titanium alloy surface and to evaluate proper coating thickness. Material and method: 95 Titanium alloy (Ti-6Al-4V) discs of 15 mm in diameter and 3 mm in thickness were prepared for TiN coating and divided into 7 groups in this study. Acceding to coating deposition time (CDT) with TiN by using Arc ion plating, were divided into 7 groups : Group A (CDT 30min), Group B (CDT 60min), Group C (CDT 90min), Group D (CDT 120min), Group E (CDT 150min), Group F(CDT 180min) and Group G (no CDT) as a control group. TiN coating surface was observed with Atomic Force Microscope(AFM), field emission scanning electron microscopy(FE-SEM) and examined with scratch tester, wear tester. Result: 1. Coating thickness fir each coated group was increased in proportion to coating deposition time. 2. Surface of all coated groups except Group A was homogeneous and smooth. However, surface of none coated Group G had scratch. 3. Adhesion strength for each coated group was increased in proportion to coating deposition time. 4. Wear resistance for each coated group was increased in proportion to coating deposition time. 5. Surface roughness in Group A, B, C was increased in proportion to coating deposition time. But, surface roughness in Group D, E, F was showed decreased tendency in proportion to coating deposition time. Conclusion: According to coating deposition time, mechanical properties of TiN coated film were changed. It was considered that 120 minutes coating deposition time ($1.32{\mu}m$ in coating thickness) is necessary.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.05a
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pp.114-117
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2004
The isothermal forging design of a Ti-6Al-4V wing shape was performed by 3D FE simulation. The design focuses on near-net shape forming by the single stage. The process variables such as the die design, pre-form shape and size, ram speed and forging temperature were investigated. The minimization of forging load and uniform strain distribution in a given forging condition were considered as main design factors. The FE simulation results fur the final process design were compared with the isothermal forging tests. Finally, the modified process design for producing the uniform Ti-6Al-4V wing product without forming defects was suggested.
Using a customized diffusion bonder, we executed diffusion bonding for ring shaped white gold and red gold samples (inner, outer diameter, and thickness were 15.7, 18.7, and 3.0 mm, respectively) at a temperature of $780^{\circ}C$ and applied pressure of 2300 N in a vacuum of $5{\times}10^{-2}$ torr for 180 seconds. Optical microscopy, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were used to investigate the microstructure and compositional changes. The mechanical properties were confirmed by Vickers hardness and shear strength tests. Optical microscopy and FE-SEM confirmed the uniform bonding interface, which was without defects such as micro pores. EDS mapping analysis confirmed that each gold alloy was 14K with the intended composition; Ni and Cu was included as coloring metals in the white and red gold alloys, respectively. The effective diffusion coefficient was estimated based on EDS line scanning. Individual values of Ni and Cu were $5.0{\times}10^{-8}cm^2/s$ and $8.9{\times}10^{-8}cm^2/s$, respectively. These values were as large as those of the melting points due to the accelerated diffusion in this customized diffusion bonder. Vickers hardness results showed that the hardness values of white gold and red gold were 127.83 and 103.04, respectively, due to solid solution strengthening. In addition, the value at the interface indicated no formation of intermetallic compound around the bonding interface. From the shear strength test, the sample was found not to be destroyed at up to 100,000 gf due to the high bonding strength. Therefore, these results confirm the successful diffusion bonding of 14K white-red golds with a diffusion bonder at a low temperature of $780^{\circ}C$ and a short processing time of 180 seconds.
Electrochemical characteristics of Ti-30Ta-xZr alloys coated with HA/TiN by using magnetron sputtering method were studied. The Ti-30Ta containing Zr(3, 7, 10 and 15wt%) were 10 times melted to improve chemical homogeneity by using a vacuum furnace and then homogenized for 24hrs at $1000^{\circ}C$. The specimens were cut and polished for corrosion test and coating, and then coated with HA/TiN, respectively, by using DC and RF-magnetron sputtering method. The analyses of coated surface and coated layer were carried out by using optical microscope(OM), field emission scanning electron microscope(FE-SEM) and X-ray diffractometer(XRD). The electrochemical characteristics were examined using potentiodynamic (-1,500 mV~ + 2,000 mV) and A.C. impedance spectroscopy(100 kHz ~ 10 mHz) in 0.9% NaCl solution at $36.5{\pm}1^{\circ}C$. The microstructure of homogenized Ti-30Ta-xZr alloys showed needle-like structure. In case of homogenized Ti-30Ta-xZr alloys, a-peak was increased with increasing Zr content. The thickness of TiN and HA coated layer showed 400 nm and 100 nm, respectively. The corrosion resistance of HA/TiN-coated Ti-30Ta-xZr alloys were higher than that of the non-coated Ti-30TaxZr alloys, whic hindicate better protective effect. The polarization resistance($R_p$) value of HA/TiN coated Ti-30Ta-xZr alloys showed $8.40{\times}10^5{\Omega}cm^2$ which was higher than that of non-coated Ti-30Ta-xZr alloys.
Park, H. J.;Lee, S. Y.;Yang, S. C.;Lee, S. Y.;Kim, S. S.;Han, J. G.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.31
no.6
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pp.334-344
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1998
Yew coating pmccss t.o form a surface layer ol CrN phasc on mild steel (A81 1020!, AlSI Hi3, 1Cr-0.5Mo steel (ASTM A213 and Nickrl-base superalloy (Inconel 718) was developed. Surlaces of various alloys t,n.ateii by chromizing for the formation ol Cr diffusion layer was subsequently trcaled by plasma nitriding in order t.o form the hard CrS coating layer on the surfaces. This duplex plasma surface tri-atments of chromizing and plasma nitriding have induced a lormation of a duplex-lrcated surfacr hyer of approximat~ls 70-80 $\mu\textrm{m}$thickncss with a iargcly improved microiiardnrss up to approxiniateW 1500Hv(50gf). The main cause for the lage improvment in the surface hardncss is altribilted to [.he fact that CrN and $Fe_xN$ phases are created successfully by ccliromizins and plasma nilriding treatment. High tenipera1,urc wear resislance of the duplex-treated mild steel and HI3 steels at $600^{\circ}C$ was examined. Comparing the duplex-treated specimens with the specimens treated only by chromizing, the rcsults shovmi that, thc wear volume of the duplex-treated mild skcl and 1113 stcel aSt.er a wear test, at $600^{\circ}C$ were reduced hy a Iactor of 8 and 3, respectively. Characteristics of the CrS phase by duplrx treatment were compared with $CrN_x$,/TEX> film by ion plating and the wear behaviors of CrN film lormed by two different nroccsses arc nea.riy identical.
In this study, Ti-X (X=Mn, Fe, Mo) powder alloys were designed and manufactured by both powder metallurgy (PM) and metal powder injection molding (MIM) process to improve strength and formability compared to CP-Ti powder materials. It was found that the lamellar microstructure consisted of α and β phases was formed in PM-processed alloys. However, MIM-processed alloys showed not the lamellar microstucture but the equiaxed α + β microstructure. It was also revealed that the contents of X component and feedstock were not affected to microstructure evolution. The reason why different microstructure was appeared between PM-processed and MIM-processed alloys is not clear yet, but supposed to be the effect of intersticial elements such as C, H and N derived from feedstock during debinding process of MIM.
Annealing cycle number and nonmagnetic layer thickness dependences of interlayer coupling field ( $H_{inf}$ ) and coercivity ( $H_{cf}$ ) of free magnetic layer on NiMn alloy-spin valve films (SVF) were investigated. The SVF is Glass (7059)/N $i_{81}$F $e_{l9}$(70 $\AA$)/Co(10 $\AA$)/Cu(t $\AA$)/Co(15 $\AA$)N $i_{81}$$Fe_{19}$(35 $\AA$)/N $i_{25}$M $n_{75}$(250 $\AA$)Ta(50 $\AA$) films, it were fabricated using the dc sputtering method at different pinning layer thickness and nonmagnetic spacer thickness (Cu thickness; 30 $\AA$, 35 $\AA$, 40 $\AA$) of NiMn alloy with 25 at.%. Ni In case that Cu thickness of SVF is 35 $\AA$ and peak exchange coupling field ( $H_{ex}$) was 620 Oe, while coercivity $H_{c}$ = 280 Oe and MR ratio showed 2.5%. As for $H_{inf}$ and $H_{cf}$ , every SVF increased up to the stabilized values with the increase of annealing cycle number 15, which were $H_{inf}$ of 120 Oe and $H_{cf}$ of 75 Oe. The increase of $H_{cf}$ with the annealing cycle number seems to be caused by the effective reduction of Cu layer thickness due to the increase of interfacial mixing of Cu layer and Co layer. In addition, the $H_{inf}$ and $H_{cf}$ dependences of free NiFe layer by the interfacial mixing effect were appeared the different aspects when Cu layer becomes more thinner and thicker than Cu layer thickness of 35 $\AA$, respectively.ively....
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[게시일 2004년 10월 1일]
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