In order to process materials such as engineering plastics, which are difficult to mold due to their high strength compared to conventional polymer materials, it is necessary to improve the hardness and strength of parts such as screws and barrels of injection equipment in extrusion system. High-velocity oxygen fuel (HVOF) process is well known for its contribution on enhancement of surface properties. Thus in this study, using the HVOF process, WC coating layers of different thicknesses were bonded to the surface of S30C substrate by controlling the movement speed of the spray nozzle and each property was evaluated to decide the optimization condition. Through the results, the thickness of WC coating layer increased from 0 to 200 ㎛ maximum, along with the decrement of nozzle movement speed and the surface hardness get increased. Especially, the coated layer with the thickness over 180 ㎛ under the nozzle speed 500 mm/s had high hardness than thinner layer. In addition, the amount of wear consumed per unit time was also significantly reduced due to the formation of the coating layer.
The possibility of chemical precipitation for recycled ammonium paratungstate (APT) was studied. WO3 particles were synthesized by chemical precipitation method using a 1:2 weight ratio of APT:DI-water. At the 500℃ sintering temperature, the X-ray diffraction results showed that APT completely decomposed to WO3. For the granulated powder WC-Co, vacuum heat treatment at proper temperatures increases tap density and flow-ability. Hardness of the WC-Co thermal spray coating layer was measured in the range HV 831~1266. Spray conditions for the best characteristic values were an oxygen flow rate=1500 scfh, a fuel flow rate = 5.25gph and a gun distance = 320mm.
The development of new spraying processes has increased the demand for high quality protective coatings. Many thermal spraying processes have been developed to obtain coatings for a wide spectrum of materials and substrates. The plasma spray process was used to deposit coatings of WC-12%Co powders on mild steel substrate, and the characteristics of as-sprayed and vacuum heat treated coatings have been investigated. The variations of microhardness and bond strength in WC-12%Co coatings after heat treatment under vacuum circumstance have been investigated. The effects of phases and morphologies of WC-12%Co coatings have been investigated by utilizing X-ray diffraction and scanning electron microscopy, respectively. The microhardness and bond strength of the coatings were increased with increasing the temperature in the temperature range of $700^{circ}C~1000^{\circ}C$. The bond strength was obtained 49 MPa after vacuum heat treatment at $1000^{\circ}C$.
High velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spraying coating has been used widely throughout the last 60 years mainly in defense, aerospace, and power plants. Recently this coating technique is considered as a promising candidate for the replacement of the traditional electrolytic hard chrome plating (EHC) which pollutes the environment and causes lung cancer by toxic hexa-valent $Cr^{6+}$. In this study, two kinds of cermet coatings, WC-CoCr and WC-CrC-Ni, are formed by HVOF spraying. The corrosion and electrochemical properties are evaluated by polarization tests in 3.5 wt% solutions.
We investigated the application of tetrahedral amorphous carbon (ta-C) coatings to fabricate a glass lens manufactured using a glass molding process (GMP). In this work, ta-C coatings with different thickness (50, 100, 150 and 200 nm) were deposited on a tungsten carbide (WC-Co) mold using the X-bend filter of a filtered cathode vacuum arc. The effects of thickness on mechanical and tribological properties of the coating were studied. These ta-C coatings were characterized by atomic force microscopy, scanning electron microscopy, nano-indentation measurements, Raman spectrometry, Rockwell-C tests, scratch tests and ball on disc tribometer tests. The nano-indentation measurements showed that hardness increased with an increase in coating thickness. In addition, the G-peak position in the Raman spectra analysis was right shifted from 1520 to $1586cm^{-1}$, indicating that the $sp^3$ content increased with increasing thickness of ta-C coatings. The scratch test showed that, compared to other coatings, the 100-nm-thick ta-C coating displayed excellent adhesion strength without delamination. The friction test was carried out in a nitrogen environment using a ball-on-disk tribometer. The 100-nm-thick ta-C coating showed a low friction coefficient of 0.078. When this coating was applied to a GMP, the life time, i.e., shot counts, dramatically increased up to 2,500 counts, in comparison with Ir-Re coating.
Diamond-like-carbon (DLC) coatings could be good candidates as solid lubricants for cutting tools in dry machining of aluminum alloy. In this work, DLC thin films were produced as a friction reduction coating for WC-Co insert tip using the plasma immersion ion beam deposition (PIIED) technique. DLC coatings were also coated on $Al_2O_3$ specimens and high temperature wear tested up to $400^{\circ}C$ in dry air to observe the survivability of the DLC coating in simulated severe cutting conditions using a pin-on-disc tribotester with Hertzian contact stress of 1.3GPa. It showed reduced friction coefficients of minimum 0.02 up to $400^{\circ}C$. And cutting performance of DLC coated WC-Co insert tips to Al 6061 alloy were conducted in a high speed machining center. The main problems of built-up edge formation in aluminum machining are drastically reduced with improved surface roughness. The improvements were mainly related to the low friction coefficient of DLC to Al alloy and the anti-adhesion of Al alloy to WE due to the inertness of DLC.
평균입자크기가 서로 다른 WC-Co계 모재위에 고온 열처리법과 화학적 에칭방법을 이용하여 다이아몬드 막을 코팅하고 압흔법을 통해 그 접착력(adhesion strength)을 평가하였다. $1450^{\circ}C$의 고온 열처리 방법에 의해 준비된 WC-Co 시편표면에서는 WC 입자가 성장하였으며, 그 결과 20$\mu$m 이상의 다이아몬드 막이 증착된 경우에도 100kg의 하중에서도 우수한 접착력이 얻어졌다. 그러나, 모재 표면입자의 과도한 입성장으로 시편 인선부에는 변형이 발생하였으며, 증착된 다이아몬드 막은 거친 표면조도를 보였다. 이와 비교하여, 화학적 부식의 경우에는 submicron 크기의 WC 입자를 제외하고, 2$\mu$m 이상의 WC 입자를 가지는 모재를 이용하여 10$\mu$m의 다이아몬드 코팅막을 증착시킨 경우에는, 60kg의 하중에서도 양호한 접착력이 유지되었다 특히, WC 입자가 클수록 접착력의 신뢰성이 대폭 향상되었다. 이는 수 $\mu$m 이내의 비교적 얇은 두께의 다이아몬드 막을 증착하는 경우 화학적 에칭방법이 시편 형상의 변형을 방지하고, 양호한 표면조도를 얻을 수 있어 고온 열처리 방식에 비해 효과적임을 의미한다.
The characteristics of the high-performance ceramic coatings fabricated on the optimum processings con-ditions for the atmospheric plasma spraying are evaluated by various material tests and analyses. The opti-mum processing parameters for the plasma spraying are determined by using the two-level orthogonal arrays of fractional factorial testing method as a statistical approach. Material tests for the coating specimens are carried out to evaluate microstructure, hardness, adhesion strength, and deposition efficiency. The properties of Al2O3-13%TiO2 coating are discussed with regard to the effective processings parameters. The decarburization effects of WC-12%Co coating is examined by XRD analysis in terms of the arc power and the secondary gas species. The hardness of Al2O2-13%TiO2 coating is increased with the arc power and shows the maximum value at around 40 lpm of Ar gas flowrate, which appears to be the most critical parame-ter on the deposition efficiency. For reducing the decarburization of WC-12%Co coating, the injection of inert He gas instead of reactive H2 gas as a secondary gas is more effective than the dropping of arc power to lessen the plasma enthalpy.
To apply the CVD diamond film to coated tools, it is necessary to make adhesion strength between diamond film and substrate stronger. So adhesion strength of diamond coated WC-Co tools using Microwave Plasma CVD and cutting test of Al-18mass%Si alloy using diamond cutting tools were studied. Diamond coating was carried out using Microwave Plasma CVD apparatus. Reaction gas was used mixture of methane and hydrogen. Substrate temperature were varied from 673K to 1173K by control of microwave output power and reaction pressure. By observation of SEM, grain size became larger and larger as substrate temperature became higher and higher. Also all deposits were covered with clear diamond crystals. XRD results, the deposits were identified to cubic diamond. An analysis using Raman spectroscopy, the deposit synthesized at lower substrate temperature (673K) showed higher quality than deposit synthesized at higher substrate temperature (1173K). As a result of scratch adhesion strength test, from 873K to 1173K adhesion strength decreased by rising of substrate temperature. The deposit synthesized at 873K showed best adhesion strength. In the cutting test of Al-18mass%Si alloy using diamond coated tools and the surface machinability of Al-Si works turned with diamond coating tools which synthesized at 873K presented uniform roughness. Cutting performance of Al-18mass%Si alloys using diamond coated WC-Co tools related to the adhesion strength.
아크 이온 플레이팅과 스퍼터로 구성된 하이브리드 시스템을 이용하여 다성분계 Ti-Al-Si-N 코팅막을 WC-Co 기판에 증착하였다. 증착시 Si 함량을 변화시켜 코팅막의 마모특성에 Si 함량이 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 마모 특성을 관찰하기 위하여 Ti-Al-Si-N 코팅막이 증착된 WC-Co 원판에 3N의 하중, 0.1 m/s의 속도로 볼 온 디스크(ball-on-disk) 형태의 마모시험기를 이용하여 건식 마모 실험을 하였다. 상대재로는 스틸볼과 지르코니아볼을 사용하였다. 상대재가 스틸볼의 경우 Ti-Al-Si-N 코팅막의 마찰계수가 Ti-Al-N 코팅막의 마찰계수보다 낮게 나타났다 이는 Si가 첨가되어 마모시 상대재와 코팅막 사이에 자기윤활효과(self-lubricant effect)에 의한 것으로 여겨진다. 코팅막과 스틸볼 사이에 응착 마모 거동을 보였으며, Si의 함량이 증가함에 따라 마찰계수는 감소하였다. 한편, 상대재가 지르코니아 볼의 경우 코팅막과 지르코니아 볼 사이에서 연삭마모 거동이 더 지배적이었고, Si 함량이 증가할수록 마찰계수는 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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