Effects of coating treatment of metallic Cu, Ni-P film on $SiC_p$, for $SiC_p$/iron aluminide composites were studied. Porous hybrid preforms were fabricated by reactive sintering after mixing the coated $SiC_p$, Fe and Al powders. Then the final composites were manufactured by squeeze casting after pouring AC4C Al alloy melts in preforms. The change of reactive temperature, density, microstructure of the preforms and microstructure of the composites were investigated. The exprimental results were summarized as follows. The thickness of Cu and Ni-P metallic layer formed on $SiC_p$ by electroless plating method were about $0.5{\mu}m$ and coated uniformly. There was no remakable change in the ignition temperature with variation of the mixing ratio of Fe and Al powder while in the case of coated $SiC_p$ it was lower about $20^{\circ}C$ than in the non-coated $SiC_p$. The maximum reaction temperature increased with increasing Al contents, but decreased with increasing $SiC_p$ contents. Expansion ratio of preform after reactive sintering increased with amount of Cu coated $SiC_p$. In the case of Fe-70at.%Al, the expansion ratio was about 7% up to 8wt.% of $SiC_p$, addition but further addition of $SiC_p$, increased the ratio significantly. And in the case of Fe-50 and 60at.%Al, it was about 20% up to 16wt.% of $SiC_p$ addition and about 28% in 24wt.% of $SiC_p$, addition. The microstructures of compounds showed that the grains became finer as amount of $SiC_p$, and mixing ratio of iron powder increased and the shape of compounds was changed gradually from irregular to spheroidal.
Porous hybrid preforms were fabricated by reactive sintering using the compacts consisting of SiC particles, Fe and Al powders. Squeeze casting processing was employed to produce the composite in which the matrix phase is Al-Si7Mg. The microstructural change and wear resistance of the composites were investigated in terms of an amount of SiC particles. The wear loss was increased with increasing the contact pressure in the alloy containing SiC particles coated with Cu. The most drastic change was found to the specimen tested at 2.5 MPa of contact pressure. Concerning the alloys containing SiC particles coated with Ni-P, a drastic increase in the wear loss exhibited at 2 MPa of contact pressure in those alloys containing 4 and 8 wt. % of SiC particles coated with Ni-P. In the alloy containing 16 wt. % a proportional increase in wear loss was observed to the change of contact pressure. With respecting to the sliding velocity, the wear loss of the alloy containing SiC particles coated with Cu increased at the initial stage of wear process and then decreased. Similar result was found in the alloys containing SiC particles coated with Ni-P. On the basis of the present results obtained, it was found that wear resistance of the alloys tested was improved to show in the order of the alloy reinforced by coated SiC particles > by uncoated SiC particles > by intermetallic compound without SiC particles.
Corrosion characterization of Fe-XAl-0.3Y(X=5, 10, 14 wt%) alloys in $0.1{\sim}1N$ sulphuric acid at room temperature was studied using potentiodynamic techniques. The morphology and components of corrosion products on surface of Fe-aluminide alloys were investigated using SEM/EDX, XRD. The potentiodynamic polarization curve of alloys exhibited typical active, passive, transpassive behaviour. Corrosion potential($E_{corr}$) and corrosion current density($I_{corr}$) values of Fe-XAl-0.3Y alloys followed linear rate law. $E_{corr}$ of 10Al alloy and 14Al alloy was ten times lower than 5Al alloy. Icorr of 14Al alloy was five times lower than 5Al alloy. The passive film on the surface of Fe-5Al-0.3Y alloy was formed iron oxide. Fe-10Al-0.3Y and Fe-14Al-0.3Y alloys passive films were aluminium oxide. especially, Fe-14Al-0.3Y alloy showed good corrosion resistance in $0.1{\sim}1N$ sulphuric acid. This is attributed to the forming of protective $Al_2O_3$ oxide on the surface of Fe-14Al-0.3Y alloy.
The sulfidation behaviour of Fe-XAl-0.3Y(X=5, 10, 14, 25 $wt.\%$) alloys was investigated at 1123 K in $H_2/H_{2}S$ gas atmosphere for $1\sim24$ hrs using SEM/EDX, XRD and EPMA. The weight changes of Fe-XAl-0.3Y alloys followed the parabolic rate law, Sulfidation rates of iron aluminide alloys with high Al content were one-twentieth lower than that of 5Al alloys. This is due to the formation of protective $Al_{2}O_3$ oxides on the surface of 10Al, 14Al and 25Al alloys. By calculating partial pressure of impurity oxygen contained $H_2/H_{2}S$ gas, the $Al_{2}O_3$ oxides formation could be explained using Fe-Al-S-O thermodynamic stability diagram. The sulfidation product scales of the 5Al alloy showed that thick iron sulfide scale(FeS) containing porosities formed during early stages of sulfidation. With continued sulfidation, aluminum sulfide was formed at the alloy/scale interface.
High temperature deformation behavior of Fe-28Al-5Cr alloy has been investigated known to show anomalous temperature dependence of yield strength. Specifically, the effect of Cr addition has been examined. A series of tensile and load relaxation tests have been carried out to obtain the flow behavior of Fe-28Al-5Cr alloy at the elevated temperatures. The flow curves have then been analyzed using the inelastic deformation theory recently proposed. Firstly, high temperature flow stress of iron aluminides can be resolved into internal stress and frictional stress. Secondly, the temperature corresponding to peak strength gets higher level at faster strain rate, which presumably due to the increased contribution of internal stress in observed flow stress. And thirdly, the alloying of Cr seems to cause solid-solution strengthening of frictional stress level and the elevation of 2nd order transition temperature. In this analogy, Fe-28Al-5Cr exhibits better strength especially at relatively higher temperature and lower strain rate than Fe-28Al.
Fe-aluminides have the potential to replace many types of stainless steels that are currently used in structural applications. Once commercialized, it is expected that they will be twice as strong as stainless steels with higher corrosion resistance at high temperatures, while their average production cost will be approximately 10% of that of stainless steels. Self-propagating, high-temperature Synthesis (SHS) has been used to produce intermetallic and ceramic compounds from reactions between elemental constituents. The driving force for the SHS is the high thermodynamic stability during the formation of the intermetallic compound. Therefore, the advantages of the SHS method include a higher purity of the products, low energy requirements and the relative simplicity of the process. In this work, a Fe-aluminide intermetallic compound was formed from high-purity elemental Fe and Al foils via a SHS reaction in a hot press. The formation of iron aluminides at the interface between the Fe and Al foil was observed to be controlled by the temperature, pressure and heating rate. Particularly, the heating rate plays the most important role in the formation of the intermetallic compound during the SHS reaction. According to a DSC analysis, a SHS reaction appeared at two different temperatures below and above the metaling point of Al. It was also observed that the SHS reaction temperatures increased as the heating rate increased. A fully dense, well-bonded intermetallic composite sheet with a thickness of $700\;{\mu}m$ was formed by a heat treatment at $665^{\circ}C$ for 15 hours after a SHS reaction of alternatively layered 10 Fe and 9 Al foils. The phases and microstructures of the intermetallic composite sheets were confirmed by EPMA and XRD analyses.
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.
Fe-28%Al($Fe_3Al$)과 Fe-28%Al-4%Cr($Fe_3Al-4Cr$) 금속간화합물을 대기중 1073, 1273, 1473k의 온도에서 최고 17일까지 장시간 산화시켰다. $Fe_3Al-4Cr$의 산화저항은 근본적으로 $Fe_3Al$과 거의 비슷하거나, 약간 우수하였다. $Fe_3Al$ 위에 형성된 산화물은 거의 순수한 ${\alpha}-AL_2O_3$로만 구성되어 있었으며, $Fe_3Al-4Cr$ 위에 형성된 산화물은 약간의 Fe와 Cr 이온이 고용된 ${\alpha}-AL_2O_3$로 구성되어 있었다. 외부산화막을 형성하기 위해 모재원소의 외부확산에 의해 산화물-모재 계면에는 Kirkendall 기공이 존재하였다. $Fe_3Al(-4Cr)$ 표면에 형성된 산화막은 1273k가지는 비교적 얇고 치밀하였으나, 1473k에서 산화막의 박리와 함께 상대적으로 큰 무게증가가 발생하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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