W. G. Seo;K. Thool;H. N. Lee;D. J. Yang;S. G. Park;S. H. Choi
Transactions of Materials Processing
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v.32
no.6
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pp.344-351
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2023
The use of Zn-Al-Mg alloy coatings for enhancing the corrosion resistance of steel sheets is gaining prominence over traditional Zn coatings. There is a growing demand for the development of thermal spray wires made from Zn-Al-Mg alloys, as a replacement for the existing wires produced using Al and Zn. This is particularly crucial to secure corrosion resistance and durability in the damaged areas of coated steel sheets caused by deformation and welding. This study focuses on the casting and extrusion processes of Zn-2Al-1Mg alloy for the fabrication of such spray wires and analyzes the changes in microstructure during the extrusion process. The Zn-2Al-1Mg alloy, cast in molds, was subjected to a heat treatment at 250 ℃ for 3 hours prior to extrusion. The extrusion process was carried out by heating both the material and the mold up to 300 ℃. Microstructural analysis was conducted using FE-SEM and EDS to differentiate each phase. The mechanical properties of the cast specimen were evaluated through compression tests at temperatures ranging from 200 to 300 ℃, with strain rates of 0.1 to 5 sec-1. Vickers hardness testing was utilized to assess the inhomogeneity of mechanical properties in the radial direction of the extruded material. Finite Element Analysis (FEA) was employed to understand the inhomogeneity in stress and strain distribution during extrusion, which aids in understanding the impact of heterogeneous deformation on the microstructure during the process.
Al-Zn-Mg alloys, being high strength aluminum alloys, have attracted attention as a material of automobile parts that require higher mechanical properties and lightness. Automobile parts with complex shapes are manufactured by low-priced casting method, but Al-Zn-Mg alloys are difficult to cast because of its poor hot cracking, feeding, and fluidity. Thus fluidity experiments on Al-Zn-Mg alloys were conducted for the castability evaluation. The effects of Mg and Zn, representative elements of Al-Zn-Mg alloys, on fluidity were observed. Spiral mold was used for fluidity experiments and the lengths of solidified specimens were measured after melting and gravity casting. Correlation between microstructures and fluidity length based on the alloy composition was considered. According to the experimental results, as the amount of Mg and Zn increased, fluidity decreased. Also, it was confirmed that fluidity change by the variation of Mg composition was greater than that of Zn.
To understand effects of cooling rates of coating layer on microstructures and corrosion behaviors of hot-dip alloy coated steel sheets (Zn-5%Al-2%Mg) in a neutral aqueous condition with chloride ion, a range of experimental and analytical methods were used in this study. Results showed that a faster cooling rate during solidification decreased the fraction of primary Zn, and increased the fraction of Zn-Al phase. In addition, interlamellar spacing became refined under a faster cooling rate. These modifications of the coating structure had higher open circuit potentials (OCP) with smaller anodic and cathodic current densities in the electrochemical potentiodynamic polarization. Surface analyses after a salt spray test showed that the increase in the Zn-Al phase in the coating formed under a faster cooling rate might have contributed to the formation of simonkolleite (Zn5(OH)8Cl2·H2O) and hydrotalcite (ZnAl2(OH)6Cl2·H2O) with a protective nature on the corroded outer surface, thus delaying the formation of red rust.
The aim of this study is to investigate the effect of solution treatment on the corrosion behavior of Mg-8%Al-(0-1)%Zn casting alloys in 1M NaCl aqueous solution. After the solution treatment, all alloys showed single ${\alpha}$-(Mg) phase microstructure by dissolution of ${\beta}(Mg_{17}Al_{12})$ phase into the ${\alpha}$-(Mg) matrix. The $H_2$ evolution volume decreased with an increase in Zn content, which indicates that the addition of Zn plays a beneficial role in decreasing corrosion rate of the Mg-Al-Zn alloy in solution-treated state. The microstructural evaluations on the corrosion products and corroded surfaces after the immersion test in 1 M NaCl solution revealed that the incorporation of more $Al_2O_3$ and ZnO into the corrosion product, by which the penetration of $Cl^-$ ions is impeded, are thought to be responsible for the better corrosion resistance in relation with the Zn addition.
Il Ryoung Sohn;Tae Chul Kim;Sung Ju Kim;Myung Soo Kim;Jong Sang Kim;Woo Jin Lim;Seong Mo Bae;Su Hee Shin;Doo Jin Paik
Corrosion Science and Technology
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v.23
no.4
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pp.283-288
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2024
Hot-dip Zn-Mg-Al coatings have a complex microstructure consisting of Zn, Al, and MgZn2 phases. Its crystal structure depends on alloy content and cooling rates. Microstructure and corrosion resistance of these coatings might be affected by heat treatment. To investigate effect of heat treatment on microstructure and corrosion resistance of Zn-Mg-Al coatings, Zn-1.5%Mg-1.5%Al coated steel was heated up to 550 ℃ at a heating rate of 80 ℃/s and cooled down to room temperature. At above 500 ℃, the ternary phase of Zn-MgZn2-Al was melted down. Only Zn and MgZn2 phases remained in the coating. Heat- and non-heat-treated specimens showed similar corrosion resistance in Salt Spray Test (SST). When a Zn-3.0%Mg-2.5%Al coated steel was subjected to heat treatment at 100 ℃ or 300 ℃ for 200 h and compared with GA and GI coated steels, the microstructure of coatings was not significantly changed at 100 ℃. However, at 300 ℃, most Al in the coating reacted with Fe in the substrate, forming a Fe-Al compound layer in the lower part of the coating. MgZn2 was preferentially formed in the upper part of the coating. As a result of SST, Zn-Mg-Al coated steels showed excellent corrosion resistance, better than GA and GI.
Junho Lee;Seonghyun Park;Sang-Hwa Lee;Seung Bae Son;Seok-Jae Lee;Jae-Gil Jung
Journal of Powder Materials
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v.30
no.6
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pp.470-477
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2023
The effects of annealing on the microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu-Si alloys fabricated by high-energy ball milling (HEBM) and spark plasma sintering (SPS) were investigated. The HEBM-free sintered alloy primarily contained Mg2Si, Q-AlCuMgSi, and Si phases. Meanwhile, the HEBM-sintered alloy contains Mg-free Si and θ-Al2Cu phases due to the formation of MgO, which causes Mg depletion in the Al matrix. Annealing without and with HEBM at 500℃ causes partial dissolution and coarsening of the Q-AlCuMgSi and Mg2Si phases in the alloy and dissolution of the θ-Al2Cu phase in the alloy, respectively. In both alloys, a thermally stable α-AlFeSi phase was formed after long-term heat treatment. The grain size of the sintered alloys with and without HEBM increased from 0.5 to 1.0 ㎛ and from 2.9 to 6.3 ㎛, respectively. The hardness of the sintered alloy increases after annealing for 1 h but decreases significantly after 24 h of annealing. Extending the annealing time to 168 h improved the hardness of the alloy without HEBM but had little effect on the alloy with HEBM. The relationship between the microstructural factors and the hardness of the sintered and annealed alloys is discussed.
Zn-Mg-Al alloy hot-dip galvanized steel sheet has high corrosion resistance. Compared to conventional Zn coating with the same coating thickness, the high corrosion resistance Zn-Mg-Al coating is more corrosion-resistant. Various coating compositions are commercially produced and applied in diverse fields. However, these steel sheets typically contain up to 3 wt% magnesium. In recent years, there has been a growing demand for higher corrosion resistance in harsh corrosive environments. Therefore, variations in Mg and Al contents were investigated while evaluating primary properties and performance. As a result, we developed new alloy-coated steel with ultra-high corrosion resistance. A Zn-5 wt%Mg-Al coated steel sheet was evaluated for its corrosion resistance and various properties. As the amount of Mg added increased, the corrosion loss tended to decrease. The corrosion resistance of the coated steel sheet in a particular composition, the Zn-5 wt%Mg-Al coating sheet, was about 1.5 to 2 times higher than that of the conventional Zn-3 wt%Mg-Al coating sheet. Ultimately, this ultra-high corrosion-resistance coated steel sheet will provide a robust solution to conserve Zn resources and contribute to a low-carbon society.
Kim, Dae-Hwan;Kim, Hee-Kyung;Eom, Jeong-Pil;Lim, Su-Gun
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.26
no.4
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pp.165-172
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2013
In the present study, the microstructure and solution treatment response of Al-Zn-Mg alloys bars by thixo-extrusion was investigated. The alloy bars were solution treated at 400, 430, 460 and $490^{\circ}C$ for various times. In order to examine the microstructures and phase analysis of the samples after solution treatment, it was performed by optical and scanning electron microscopy. And, Vickers hardness and electrical conductivity was measured on the solution treated samples for each condition to investigate the solution treatment response of extruded bars during solution treatment. The results show that the optimum solution heat treatment conditions of thixo-extruded Al-Zn-Mg alloy for minimization of the grain growth and degradation promotion of the second phase is a temperature of $460^{\circ}C$ and holding time of 0.5 to 2 h.
Effects of Sc addition on microstructure, electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical properties of the as-cast and as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-xSc (x = 0, 0.25, 0.5 wt%) alloys are investigated. The average grain size of the as-cast Al-2Zn-1Cu-0.3Mg alloy is 2,334 ㎛; however, this value drops to 914 and 529 ㎛ with addition of Sc element at 0.25 wt% and 0.5 wt%, respectively. This grain refinement is due to primary Al3Sc phase forming during solidification. The as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg alloy has a recrystallization structure consisting of almost equiaxed grains. However, the as-extruded Sc-containing alloys consist of grains that are extremely elongated in the extrusion direction. In addition, it is found that the proportion of low-angle grain boundaries below 15 degree is dominant. This is because the addition of Sc results in the formation of coherent and nano-scale Al3Sc phases during hot extrusion, inhibiting the process of recrystallization and improving the strength by pinning of dislocations and the formation of subgrain boundaries. The maximum values of the yield and tensile strength are 126 MPa and 215 MPa for the as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-0.25Sc alloy, respectively. The increase in strength is probably due to the existence of nano-scale Al3Sc precipitates and dense Al2Cu phases. Thermal conductivity of the as-cast Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-xSc alloy is reduced to 204, 187 and 183 W/MK by additions of elemental Sc of 0, 0.25 and 0.5 wt%, respectively. On the other hand, the thermal conductivity of the as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-xSc alloy is about 200 W/Mk regardless of the content of Sc. This is because of the formation of coherent Al3Sc phase, which decreases Sc content and causes extremely high electrical resistivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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