• Title/Summary/Keyword: WC-CoFe

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초음파 진동소자용 Fe-Co-Ge계 합금 복합체의 자기변형 특성 및 WC 첨가 효과

  • 윤용운;유광현;김상우;나석민
    • Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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    • 2003.11a
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    • pp.243-246
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    • 2003
  • 평균 입도가 $100{\mu}m$$Fe_{36}Co_{62}Ge_2$ 합금 분말과 $10wt\%$의 페놀계 고분자 바인더, 그리고 평균 입도가 $1.36{\mu}m$인 WC 분말을 SPEX Mixer/Mill에 넣고 8시간동안 혼합한 후 $150^{\circ}C$에서 Warm press를 이용하여 0.9 ton 의 압력으로 2시간 동안 유지하였다. VSM을 사용하여 자기적 특성을 조사한 결과 WC의 첨가량이 증가할수록 포화자화값(Ms)는 $174\~128\;emu/g$로 감소하였다. 또한 스트레인게이지를 이용하여 자기변형을 측정하였다. WC의 분포를 알아보기 위해 전자현미경으로 복합체의 단면을 관찰하였다. WC의 함량이 $10\~30wt\%$로 증가할수록 밀도와 영률(Young's Modulus) 값이 각각 $5.15\~6.27\;g/cc,\;43.5\~93.6\;GPa$ 로 증가하였다. 특히 영률은 WC를 $30wt\%$로 첨가하였을 때의 값이 첨가하지 않았을 때보다 2배 이상 증가하였다. 그러나 비자성상의 첨가로 희석효과가 나타났으며 길이 방향으로의 자기변형값$(\lambda_{ll})$$d_{33}$의 경우 각각 $18\%$$20\%$ 정도가 감소되었다. 이러한 기계적 특성의 향상은 길이 10mm의 자기변형 복합체의 공진 주파수를 71 kHz 증가시키게 되며, 따라서 초음파 진동소자용으로서의 상업적 활용범위를 증가 가능성을 제시하였다.

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Wear Behavior of WC-12%Co/Low Carbon Steel Metal Matrix Composites(MMC) Welding Overlay (WC-12%Co/저탄소강 MMC 용접 오버레이의 마모거동)

  • 임희식;김태형;박경채
    • Journal of Welding and Joining
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    • v.21 no.2
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    • pp.42-49
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    • 2003
  • The protection of steel surfaces against wear is a practical problem far agricultural, mining and manufacturing industries. Commercial processes are available in which a hard tungsten carbides rich steel layer is formed on the surface of carbon steel digging, drilling and gouging tools to improve their wear resistance. The nature of the interaction of the tungsten carbide with the steel matrix is important in determining the wear and corrosion properties of the resulting metal matrix composites(MMC). In the study, WC-12%Co/low carbon steel MMC overlays have been prepared by gas metal arc welding(GMAW) according to size of WC-12%Co grits. The characteristics wear resistance and wear mechanism have been investigated in relation to the experiment conditions each other. After MMC overlay had been tested by rubber wheel abrasion test, it was known that MMC overlay has a excellent wear resistance. Fe$_{6}$W$_{6}$C carbides of matrix in overlays were not important to restrain rubber wheal abrasion wear. Wear loss is proportioned to a applied load according to time. On the case of low load, wear occurred severely in the matrix of overlay more than WC-12%Co grit, on the contrary it is reverse on the case of high load because of fracture of WC-12%Co grits.its.

Effects of Mn and C Addition on the Wear Resistance for the Recycled WC Dispersed Fe-base Hardfacing Weld (재생 WC 분산형 Fe계 하드페이싱 용접재료의 마모저항성에 미치는 Mn과 C 첨가의 영향)

  • Kang, Nam-hyun;Chae, Hyun-byung;Kim, Jun-ki;Choi, Jong-ha;Kim, Jeong-han
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.13 no.12
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    • pp.839-845
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    • 2003
  • The abrasion and impact wear resistance were investigated on the hardfacing weld dispersed with the recycled hard metal(HM). The HM was composed of the tungsten carbide(WC) reinforced metal matrix composite. The cored wire filled with the 25-35wt.% HM and 2-8wt.% of the alloying element, Fe-75Mn- 7C(FeMnC), was used for the gas metal arc(GMA) welding. By using the cored wire of the 25wt.% HM and FeMnC addition, the weld showed mostly constant wear loss for the abrasion as a function of the FeMnC content. This was due to the insufficient amount of the tungsten carbide formed during the GMA welding. The FeMnC addition to the 35wt.% HM did not improve the abrasion wear property since the amount of the tungsten carbide formed was decreased with respect to the FeMnC amount. The 6wt.% FeMnC addition to the 35wt.% HM exhibited the better impact wear resistance than the hardfacing weld by 40wt.% HM.

Application of the Murakami Approach for Prediction of Surface Fatigue of Cemented Carbides

  • Sergejev, Fjodor;Kubarsepp, Jakob;Preis, Irina
    • Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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    • 2006.09a
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    • pp.633-634
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    • 2006
  • The aim of present work is to link geometrical parameter of maximum area of structural defect $\sqrt{area}\;_{max}$ (proposed by Y. Murakami, 1983) with surface fatigue mechanisms. Determined relations allow making predictions of surface fatigue properties of cemented carbides (WC-Co hardmetal - H15 - 85wt% WC and 15wt %Co, TiC-based cermets - T60/8 - 60wt %TiC and Fe/8wt% Ni and T70/14 - 70wt %TiC and Fe/14wt% Ni) in conditions of rolling contact and impact cycling loading. Pores considered being equivalent to small defects. Three comparative defects conditions are distinguished: surface pore, just below free surface and interior pores. The Vickers hardness of binder (as main responsible for the fracture mechanism of hardmetal and cermets) assumed to be the basis of such assumption. The estimate of this prediction has been done by analyzing the pore sizes using the statistics of extremes. The lower bound of fatigue properties can be correctly predicted by considering the maximum occurring pore size.

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FeO, $TiH_2$, Carbon 원료분말을 이용한 Fe-TiC 나노 복합분말 제조 및 소결

  • An, Gi-Bong;Kim, Ji-Sun
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2011.10a
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    • pp.26-26
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    • 2011
  • Fe계 TiC 합금은 미량의 합금원소를 첨가시켜 경화능, 내식성, 내마모성 성질을 개선한 특수 공구용 재료로서 현재 절삭, 내마모성, 광산, 금형재료 등의 분야에 널리 사용되고 있다. 금속과 세라믹의 복합재료인 초경합금은 비열처리용 공구강으로 WC, TiC 등의 4, 5, 6족 금속탄화물에 Co, Ni, Fe등의 철족이 결합금속으로 소결한 복합재료로 WC-Co계 초경합금이 주종을 이루고 있으나, 전략 소재로서 고가인 Co 원료를 대체하기 위한 재료로서 초경재료의 고경도와 공구강의 경제성 및 가공성의 장점을 이용한 Fe-TiC계 초경합금의 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 Fe기지에 서브마이크론 크기의 미세한 TiC 입자가 균일하게 분산된 Fe-TiC 복합분말을 경제적으로 제조하기 위해 순수한 Fe, Ti 원료분말에 비해 단가가 낮고 미세 분쇄가 용이한 FeO, $TiH_2$ 분말을 고에너지 밀링 후 반응 열처리 시키는 유사 기계화학적 공정을 시도하였다. 조성비 Fe-30wt%TiC 복합분말을 제조하기위해 마이크론(micron) 크기의 FeO, $TiH_2$, C 분말을 사용하였고, 1단계로 FeO와 C을 고에너지 밀링으로 혼합 후 반응시켜 환원시키는 공정과 2단계로 이렇게 환원된 분말과 TiH2를 고에너지 밀링으로 다시 혼합, 분쇄한 후 반응열처리 하는 두 단계 공정을 사용하였다. FeO의 환원 단계에서는 $700{\sim}1,000^{\circ}C$ 온도 범위에서 1시간 유지하였고, 고에너지 밀링 시 밀링시간, 회전속도를 변수로 두고 실험하였다. 환원된 분말은 수평관상로를 이용해 아르곤분위기에서 $1,000{\sim}1300^{\circ}C$까지 1시간 유지하여 반응열처리시켜 Fe-TiC 복합분말을 제조하였다. 준비된 복합분말을 XRD와 FE-SEM, EDS, 입도분석기 (LPSA) 등을 이용해 분말의 형태와 특성, 상, 조성, 입도, 분산도 등을 조사하였다. 제조된 Fe-TiC 나노복합분말을 방전플라즈마소결(SPS) 과 상압소결 실험을 진행하였다. Fe-TiC 복합분말 제조공정의 첫 번째 단계인 FeO의 환원반응은 $800^{\circ}C$이상의 온도에서 Fe로 환원이 진행됨을 확인하였다. 두 번째 단계인 반응열처리공정에서는 $1,000^{\circ}C$ 이상에서 TiC가 형성됨을 XRD 상분석을 통해 확인할 수 있었고, $1,100^{\circ}C$ 이상의 온도에서 반응열처리를 했을 때 XRD 분석결과와 산소 조성 분석 결과로부터 반응의 완결성과 순도에서 최적 온도 조건임을 확인하였다. 온도를 $1,300^{\circ}C$로 증가시킬 경우 반응의 완결성에 큰 변화가 없는 반면 분말입자간의 목형성이 일어나 가소결 되는 것을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 또한 최적조건으로 제조된 Fe-TiC 복합분말의 입도분석과 FE-SEM/EDS 관찰/분석을 시행한 결과 평균 입도 0.6 ${\mu}m$의 미세한 Fe-TiC 복합분말 내에 Fe분말 주변과 내부에 나노크기의 TiC입자가 균일하게 분산되어 존재하는 것을 확인하였다.

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Effect of Methane Gases on the Properties of Diamond Thin Films Synthesized by MPCVD (MPCVD법으로 증착된 다이아몬드 박막 특성에 미치는 메탄가스의 영향)

  • Song, Jin-Soo;Nam, Tae-Woon
    • Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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    • v.24 no.3
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    • pp.229-233
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    • 2011
  • Diamond thin films were deposited on pretreated Co cemented tungsten carbide (WC-6%Co) inserts as substrate by microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) system, equipped with a 915MHz, 30kW generator for generating a large-size plasma. The substrates were pretreated with two solutions Murakami solution $[KOH:K_3Fe(CN)_6:H_2O]$ and nitric solution $[HNO_3:H_2O]$ to etch, WC and Co at cemented carbide substrates, respectively. The deposition experiments were performed at an input power of 10 kW and in a total pressure of 100 torr. The influence of various $CH_4$ contents on the crystallinity and morphology of the diamond films deposited in MPCVD was investigated using scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. The diamond film synthesized by the $CH_4$ plasma shows a triangle-faceted (111) diamond. As $CH_4$ contents was increased, the thickness of diamond films increased and the faceted planes disappeared. Finally, Faceted diamond changed into nano-crystalline diamond with random crystallinity.

Recent Study in Variation of Welding Materials for Overlay Welding (오버레이 용접에 있어서 용접재료에 따른 최신 연구동향)

  • Yoo, Ho-Cheon
    • Journal of Welding and Joining
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    • v.31 no.6
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    • pp.17-26
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    • 2013
  • Recent developing tendency of overlay welding on welding materials are studied by searching of NDSL, Science Direct, KIPRIS and so on. Fe, Co, Ni and WC are selected as welding materials. Development and improvement of various new overlay welding technology, especially improvement of quality and formation of crack are introduced. Also the prospective technologies of overlay welding are anticipated.

Effect of DC Bias on the Deposition of Nanocrystallin Diamond Film over Ti/WC-Co Substrate (Ti/WC-Co 기판위에 나노결정 다이아몬드 박막 증착 시 DC 바이어스 효과)

  • Kim, In-Seop;Na, Bong-Gwon;Gang, Chan-Hyeong
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2011.05a
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    • pp.117-118
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    • 2011
  • 초경합금 위에 RF Magnetron Sputter를 이용하여 Ti 중간층을 증착 후 MPECVD(Microwave Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 시스템을 이용하여 나노결정 다이아몬드 박막을 증착 하였다. 공정압력, 마이크로웨이브 전력, Ar/$CH_4$ 조성비, 기판온도를 일정하게 놓고 직류 bias의 인가 여부를 변수로 하고 증착시간을 0.5, 1, 2시간으로 변화시켜 박막을 제작하였다. 제작된 시편은 FE-SEM과 AFM을 이용하여 다이아몬드 박막의 표면과 다이아몬드 박막의 표면 거칠기 등을 측정하였고, Raman spectroscopy와 XRD를 이용하여 다이아몬드 결정성을 확인하였다. Automatic Scratch �岵謙�ter를 이용하여 복합박막의 층별 접합력을 측정하였다. 바이어스를 인가하지 않고 다이아몬드 박막을 증착할 경우 증착 시간이 증가할수록 다이아몬드 입자의 평균 크기가 증가하며 입자들이 차지하는 면적이 증가하는 것을 확인하였다. 그러나 1시간이 경과해도 아직 완전한 박막은 형성되지 못하고 2시간 이상 증착 시 완전한 박막을 이루는 것이 확인되었다. 이에 비해서 바이어스 전압을 인가할 경우 1시간 내에 완전한 박막을 이루었다. 표면 거칠기는 바이어스를 인가한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해서 조금 높은 것으로 나타났다. 이러한 바이어스 효과는 표면에서의 핵생성 밀도 증가와 재핵생성 속도 증가에 기인하는 것으로 해석된다.

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Fabrication of Sintered Compact of Fe-TiB2 Composites by Pressureless Sintering of (FeB+TiH2) Powder Mixture

  • Huynh, Xuan-Khoa;Kim, Ji Soon
    • Journal of Powder Materials
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    • v.23 no.4
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    • pp.282-286
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    • 2016
  • A sintered body of $TiB_2$-reinforced iron matrix composite ($Fe-TiB_2$) is fabricated by pressureless-sintering of a mixture of titanium hydride ($TiH_2$) and iron boride (FeB) powders. The powder mixture is prepared in a planetary ball-mill at 700 rpm for 3 h and then pressurelessly sintered at 1300, 1350 and $1400^{\circ}C$ for 0-2 h. The optimal sintering temperature for high densities (above 95% relative density) is between 1350 and $1400^{\circ}C$, where the holding time can be varied from 0.25 to 2 h. A maximum relative density of 96.0% is obtained from the ($FeB+TiH_2$) powder compacts sintered at $1400^{\circ}C$ for 2 h. Sintered compacts have two main phases of Fe and $TiB_2$ along with traces of TiB, which seems to be formed through the reaction of TiB2 formed at lower temperatures during the heating stage with the excess Ti that is intentionally added to complete the reaction for $TiB_2$ formation. Nearly fully densified sintered compacts show a homogeneous microstructure composed of fine $TiB_2$ particulates with submicron sizes and an Fe-matrix. A maximum hardness of 71.2 HRC is obtained from the specimen sintered at $1400^{\circ}C$ for 0.5 h, which is nearly equivalent to the HRC of conventional WC-Co hardmetals containing 20 wt% Co.

Effect of Various Interlayer Deposition on Room Temperature and High Temperature Properties of CrAlN Coatings (다양한 중간층 증착이 CrAlN 코팅의 상온 및 고온 특성에 미치는 효과에 관한 연구)

  • Kim, Hoe-Geun;Ra, Jeong-Hyeon;Lee, Sang-Yul
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2017.05a
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    • pp.143-143
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    • 2017
  • CrAlN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내산화성 및 내열성을 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구사용 환경의 가혹화로 인하여 코팅의 내마모성 및 내열성 등의 물성 향상을 통한 공구의 수명 향상이 필요시 되고 있으며, 다양한 코팅 물질을 활용하여 다층 코팅을 합성함으로써 난삭재용 공구 코팅의 물성을 높이는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 CrAlN 코팅과 WC-Co 6wt.% 모재 사이에 CrZrN, CrN, CrN/CrZrSiN 등의 중간층을 합성하여 CrAlN 코팅의 상온 및 고온 특성을 향상시키는 연구가 진행되었다. 합성된 코팅의 구조 및 물성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, atomic force microscopy(AFM) 및 ball-on-disk wear tester를 사용하였다. 코팅의 고온 특성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였고, $500^{\circ}C$ annealing 코팅의 표면 조도 분석 및 $500^{\circ}C$에서 마찰마모시험을 실시하였다. CrAlN 코팅의 상온 특성을 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(35.5-36.2 GPa)와 탄성계수(424.3-429.2 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수는 0.33로 CrZrN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수(0.41)에 비해 향상된 값 보였으며, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio는 각각 0.076, 0.083 으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 내열성 시험 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었다. $500^{\circ}C$ annealing 후 진행된 표면 조도와 마모시험 결과, 모든 코팅의 조도 값 및 마찰계수는 상온 값에 비해 증가하였으며 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 변화량이 가장 낮은 값을 보였다. 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 $SiN_x$ 비정질상이 고온 annealing시에 산소 차폐막 역할을 하여, 코팅내의 잔류 산소에 의한 산화작용을 효과적으로 방지함으로써 코팅의 고온 특성이 향상된 것으로 판단된다.

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