The possibility of Cu-Al-Ni intermetallic coating on the mild steel through the combustion synthesis has been investigated. In particular, the effect of the ball milling energy on the microstructure of the coating layer was examined to obtain the best coating condition. Experimental results show that Cu-Al-Ni powder compact was explosively synthesized and successfully coated with the steel matrix. It was revealed that the formation of $Cu_9Al_4$ intermetallic decreased with increase in the ball milling energy. This result supports that the high energy ball milling would be effective for obtaining the most suitable microstructure for Cu-Al-Ni coating layer. However, the excessive ball milling energy seems to decrease the bonding strength between the coating layer and the matrix.
In order to investigate the possibility of Ni-Al based intermetallics coating onto aluminum substrate, the coating process for induction heating has been evaluated by microscopically analyzing the intermetallic layers coated at temperatures lower than the melting temperature of aluminum. The coating layers were divided into two parts with different microstructure along the depth. Hard $NiAl_3$ layer was found at lower parts of the coatings near the interface with aluminum substrate. This layer was formed by the diffusion of aluminum atoms from the substrate into the coating layer across the interface during the induction heating. Meanwhile, at the upper parts of the coating near the surface, a large amount of un-reacted Ni was still remained and surrounded by several Ni-Al based intermetallic compounds, such as $Ni_3Al$, NiAl and $Ni_2Al_3$ formed by the lattice diffusion.
Ni-Al based intermetallic compounds of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) by the heat of molten aluminum and been coated on the aluminum casting alloy. The effects of the pouring temperature in casting and the thickness of casting substrate on SHS of the coating layer have been investigated. The experimental result showed that the reaction of the coating layer was activated with increasing the pouring temperature in casting and the thickness of casting substrate. However, the aluminum substrate was re-melted by the heat of formation for intermetallic compounds. Then, it was considered that some mechanical or thermal treatments for elemental powder mixtures were required to control the heat of formation for intermetallic compounds in advance.
An Ni-Al intermetallic coating has been produced by induction heating on mild steel. The effect of the induction heating conditions on the microstructure of the coating has been investigated. The reaction synthesis of the intermetallic compounds was promoted while increasing the heating rate and the holding time at reaction temperature. Especially, an NiAl phase corresponding to the initial composition of mixed powder was predominantly formed. However, the synthesis at low reaction temperatures occurred by solid state diffusion during the holding time and an Fe-Al reaction layer was formed at the interface with the substrate, regardless of the heating rate. The combustion synthesis of the intermetallic compound occurred at a temperature higher than 1023 K and resulted in an almost single phase NiAl structure.
Al-Si coated boron steel has been widely used as commercial hot stamping steel. When the steel is heated at 900~930℃ for 5 min in an electric furnace, thickness of the coating layer increases as a consequence of formation of intermetallic compounds and diffusion layer. The diffusion layer plays an important roll in blunting the propagation of crack from coating layer to base steel. Change in microstructure and coating layer of Al-Si coated boron steel after conductive heating with higher heating rate than electric furnace has been investigated in this study. Conductive-heated steel showed the martensitic structure with vickers hardness of 505~567. Both intermetallic compounds in coating layer and diffusion layer were not observed in conductive-heated steel due to rapid heating. It has been found that the conductive-heating consisting of rapid heating to 550℃ which is lower than melting point of Al-Si coating layer, slower heating to 900℃, and then 1 min holding at 900℃ is effective in forming intermetallic compound in coating layer and diffusion layer.
Ni-Al intermetallic coating technology is an available method for the strengthening of aluminum substrate. In this study, Ni-Al intermetallics were coated on an aluminum substrate through a reaction synthesis process at a temperature lower than melting point of aluminum. And the sliding wear properties of the coatings have been investigated to verify their usability and compared the wear properties with those of a cast Al-12.5%Si alloy and an anodizing layer on aluminum. Results show that the wear rate of the coating layer greatly increased at 1 m/s and 1.5 m/s when compared with that of the cast Al-12.5%Si alloy. Much pitting damages were observed on the worn surfaces at these sliding speeds, unlike at other sliding speeds. The wear of the intermetallic coating layer at these sliding speeds seems to be increased by pitting as a consequence of adhesion. In contrast, wear of the coating layer at other speeds hardly occurs, regardless of wear periods. Nevertheless, the wear properties of the intermetallic coating layer on the aluminum substrate through the reaction synthesis process are more stable than those of anodized aluminum and are superior to those of the cast Al-12.5%Si alloy in a steady-state wear period.
Ball-milling for reactant powders in advance and using an induction heating system for Ni-Al intermetallic coating process are known to enhance the reactivity of combustion synthesis. In this work, the effects of the charging weight ratio of ball to powder in ball-milling for reactant Ni-Al powders and the synthesizing temperature in induction heating on sliding wear behavior of the coating layers are investigated. Sliding wear behavior of the coating layers is examined against a tool steel using a pin-on-disc type sliding wear machine. As results, wear of the coating layer ball-milled without ball was severely worn out at the sliding speed of 2m/s, regardless of the synthesizing temperature in induction heating. However, the wear rate of the coating layers at the sliding speed was remarkably decreased with increasing the charging weight ratio of ball in ball-milling for reactant powders. This can be explained by the fact that the void in the coating layer is disappeared and the coating layer is densified by the ball-milling. The evidence showed that pitting damages were disappeared on the worn surface of ball-milled coating layer. Consequentially, the Ni-Al intermetallic coating layer could have better wear resistance at all sliding speed ranges with the ball-milling for reactant powders in advance.
Coating brittle intermetallic compounds on metal can enlarge the range of their use. It is found that intermetallic compound coating layers made by only combustion synthesis in an electric furnace have porous multi-phase structures containing several intermediate phases, even though the coating layers show good wear resistance. In this study, dense $Ni_{3}Al$ single phase layer corresponding to the initial composition of the mixed powder is coated on two different ferrous materials by the diffusing treatment after combustion synthesis. After- ward, sliding wear behaviors of the coating layer are evaluated in comparison with that of the coating layer with porous multi-phase structure made by only combustion synthesis. As a result, the wear properties of the coating layer composed of dense $Ni_{3}Al$ single phase are considerably improved at the range of low sliding speed com- pared with that of the coating layer with porous multi-phase structure, particularly in the running-in wear region. This is attributed to the fact that wear of the coating layer is progressed by shearing as a sequence of adhesion, not by occurring of pitting on the worn surface due to having dense structure without pores.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.10a
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pp.215-222
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2007
Coating of Hot-dip galvannealed steel consists of various Fe-Zn intermetallic compounds. Since the coating is hard and there for is very brittle, the surface of steel sheet is easy to be ruptured during second manufacturing processing. This is called as powdering. In addition, forming equipment might be polluted with debris by powdering. Therefore, various research have been carried out to prohibit powdering fur improving the quality of GA steel. This paper carried out finite element analysis combined with damage model which simulate the failure of local layer of hot-dip galvannealed steel surface during v-bending test. Since the mechanical property of intermetallic compound was unknown exactly, we used the properties calculated from measurements. The specimen was divided into substrate, coating layer and interface layer. Local failure at coating layer or interface layer was simulated when elemental strain reached a prescribed strain.
Zinc coatings provide the most effective and economical way of protecting steel against corrosion. There are three types of galvanizing lines typically used in production line in galvanizing industries,Galvanize (GI) coating (Zn-0.1-0.3%Al), Galfan coating (Zn-5%Al), Galvalume(GL) coating (45%Zn-Al). In continuous Galvanizing lines, the immersed bath hardware (e.g. bearings, sink, stabilizer, and corrector rolls, and also support roll arms and snout tip) are subjected to corrosion and wear failure. Understanding the reaction of these materials with the molten Zn alloy is becomes scientific and commercial interest. To investigate the reaction with molten Zn alloys, static immersion test performed for 4, 8, 16, and 24 Hr. Two different baths used for the static immersion, which are molten Zn and molten Zn-55%Al. Microstructures characterization of each of the materials and intermetallic layer formed in the reaction zone was performed using optical microscope, SEM and EDS. The thickness of the reaction layer is examined using image analysis to determine the kinetics of the reaction. The phase dominated by two distinct phase which are eutectic carbide and matrix. The morphology of the intermetallic phase formed by molten Zn is discrete phase showing high dissolution of the material, and the intermetallic phase formed by Zn-55wt%Al is continuous. Aluminum reacts readily with the materials compare to Zinc, forming iron aluminide intermetallic layer ($Fe_2Al_5$) at the interface and leaving zinc behind.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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