Aluminum-based $Al/Al_2O_3$ composites were fabricated by a powder-in sheath rolling method. A stainless steel tube with outer diameter of 12 mm and wall thickness of 1 mm was used as a sheath. A mixture of aluminum powder and $Al_2O_3$ particles of which volume content was varied from 5 to 20%, was filled in the tube by tap filling and then rolled by 75% reduction in thickness at ambient temperature. The rolled specimen was then sintered at 56$0^{\circ}C$ for 0.5 h. The mixture of Al powders and $Al_2O_3$ particles was successfully consolidated by the sheath rolling. The $Al/Al_2O_3$ composite fabricated by the sheath rolling showed a recrystallized structure, while unreinforced Al powder compact fabricated by the same procedure showed a deformed structure. The unreinforced Al powder compact was characterized by a deformation (rolling) texture of which main component is {112}<111>, while the $Al/Al_2O_3$ composite showed a mixed texture oi deformation and recrystallization. The sintering resulted in recrystallization in Al powder compact and grain growth in the composite.
A scope of this study is to establish the optimum plasma spray conditions for fine ($5\mu\textrm{m}$) $Al_2O_3$ powder. However, the flowability of the $Al_2O_3$ powder is not so good because of irregular particle shape and fine particle size. Therefore, powder feeding system was modified by 1) change of powder feeding line material from polymer to copper 2) shorten the powder feeding tube length 3) heating the powder feeding system to $80^{\circ}C$4) vibrating the powder feeding line continuously, in order to feed the fine powder homogeneously. The homogeneous powder feeding conditions were obtained with the modified powder feeding system by controlling the powder carrier gas flow and the powder flow rate indicator. The best plasma spraying conditions for the fine $Al_2O_3$ powder were found out as 40kw gun power, 80 g/min. powder feed rate and 50 mm working distance after characterizing the microstructure, hardness and wear loss of the $Al_2O_3$ coating layer.
재활용 $Al_2$O$_3$분말인 구조재료용 $Al_2$O$_3$세라믹스의 분쇄분말과 폐Al$_2$O$_3$흡착제의 첨가량과 입경에 따른 재생 $Al_2$O$_3$세라믹스의 소결특성을 조사하였다. 1,$650^{\circ}C$에서 5시간 소결한 순수 $Al_2$O$_3$시편을 급랭하여 분쇄한 -40과 +40$\mu$m의 $Al_2$O$_3$분말과 폐Al$_2$O$_3$흡착제를 순수한 $Al_2$O$_3$분말에 10~50wt% 첨가한 후, 재소결하여 재생 $Al_2$O$_3$세라믹스를 제조하였다. 재활용 $Al_2$O$_3$분말의 첨가량과 입경에 관계없이 소결온도가 증가함에 따라 시편의 밀도와 3점곡강도는 증가하였으나, 동일 소결온도에서는 재활용 $Al_2$O$_3$분말의 첨가량이 증가함에 따라 밀도와 3점곡강도는 감소하였다. ~30wt%의 $Al_2$O$_3$분쇄분말(-40$\mu$m), ~20wt%의 $Al_2$O$_3$분쇄분말(+40$\mu$m) 및 10wt%의 폐Al$_2$O$_3$흡착제를 첨가한 시편의 3점곡강도는 200MPa 이상이었다. 재생 $Al_2$O$_3$시편의 치밀화를 위하여 5~20wt%의 폐유리분말을 첨가하여 1200~1$650^{\circ}C$에서 5시간 소결한 시편은 폐유리분말의 첨가량이 증가함에 따라 최대 밀도와 3점곡강도를 나타내는 온도는 감소하였으나, 140$0^{\circ}C$이상에서는 페유리분말을 첨가하지 않은 시편에 비하여 밀도와 3점곡강도가 감소하여 재생 $Al_2$O$_3$세라믹스의 소결성 향상에는 기여하지 못하였다.
The powder-in sheath rolling was applied to the fabrication of $Al/Al_2O_3$ composite. A stainless steel tube with outer diameter of 12 mm and wall thickness of 1 mm was used as a sheath. Mixture of aluminum powder and $Al/Al_2O_3$ particles of which volume content was varied from 5 to 20 vol.% was filled in the tube by tap filling and then rolled to 75% reduction at ambient temperature. The re]]ed specimen was sintered at 56$0^{\circ}C$ for 0.5 hr. The $Al/Al_2O_3$ composite fabricated by the sheath rolling and subsequent sintering showed the relative density higher than 0.96. The tensile strength of the composite increased with the volume content of $Al_2O_3$ particles, and it reached a maximum of 90 MPa which is 1.5 times higher than unreinforced material. The elongation decreased with the volume content of $Al_2O_3$ particles. It is concluded that the powder-in sheath rolling is an effective method for fabrication of $Al/Al_2O_3$ composite.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1039-1040
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2006
Vacuum degassing is essential in the preparation of RS P/M aluminum alloys to remove adsorbates and for the decomposition of hydrated-$Al_{2}O_3$ on the powder surface. Changes in the surface characteristics during vacuum degassing were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy and temperature-programmed desorption measurement. Hydrated-$Al_{2}O_3$ decomposition to crystalline-$Al_{2}O_3$ and hydrogen desorption on the surface of argon gas-atomized aluminum powder occurred at 623 K and 725 K, respectively. This temperature difference suggests that the reaction converting hydrated-$Al_{2}O_3$ to crystalline-$Al_{2}O_3$ during vacuum degassing should be divided into the two reactions $"2Al+Al_{2}O_3{\cdot}3H_2O\;2Al_{2}O_3+6H_{surf}"and"6H_{surf}3H_2"$.
The effect of Al content on the processing of reaction-bonded $Al_2O_3$ (RBAO) ceramics using 40v/o ~ 80v/o Al-Zn-Mg alloy powder was studied in order to improve traditional RBAO ceramic processes that use ~ 40v/o pure Al powder. The influence of high Al content in starting $Al_2O_3$-Al alloy powder mixtures on its particulate characteristics, reaction-bonding, microstructure, physical and mechanical properties was revealed. Starting $Al_2O_3$-Al alloy powder mixtures with 40v/o ~ 80v/o Al alloy powder were milled, reaction-bonded, post-sintered, and characterized. With an increasing Al alloy content, the milling efficiency of Al alloy powder was lowered, resulting in a larger particle size after milling. However, in spite of the larger particle size of Al alloy powder, the oxidation, i.e., reaction-bonding, of the Al alloy was successfully completed via solid and liquid state oxidation, in which the activation energy of the oxidation was nearly the same regardless of Al alloy content. After reaction-bonding and post-sintering at $1600^{\circ}C$, RBAO ceramics from 80v/o Al alloy content showed a relative density of ~97% and a flexural strength of 251 MPa compared to ~ 96% and 353 MPa for RBAO ceramics from 40v/o Al alloy content, respectively. The lower flexural strength at 80v/o Al alloy content was due to the weak spinel phase that formed from Zn, Mg alloying elements in Al.
The $Al_2O_3$ with various phases were prepared by simple ex-situ hydrolysis and spark plasma sintering (SPS) process of Al powder. The nano bayerite $(\beta-Al(OH)_3)$ phase was derived by hydrolysis of commercial powder of Al with micrometer size, whereas the bohemite (AlO(OH)) phase was obtained by hydrolysis of nano Al powder synthesized by pulsed wire evaporation (PWE) method. Compaction as well as dehydration of both nano bayerite and bohemite was carried out simultaneously by SPS method, which is used to fabricate dense powder compacts with a rapid heating rate of $100^{\circ}C$ per min. under the pressure of 50MPa. After compaction treatment in the temperature ranges from $100^{\circ}C\;to\; 1100^{\circ}C$, the bayerite and bohemite phases change into various alumina phases depending on the compaction temperatures. The bayerite shows phase transition of $Al(OH)_3{\to}{\eta}-Al_2O_3{\to}{\theta}-Al_2O_3{\to}\alpha-Al_2O_3$ sequences. On the other hand, the bohemite experiences the phase transition from AlO(OH) to ${\gamma}-Al_2O_3\;at\;350^{\circ}C.$ It shows AlO(OH) ${\gamma}-Al_2O_3{\to}{\delta}-Al_2O_3{\to}{\alpha}-Al_2O_3$ sequences. The ${\gamma}-Al_2O_3$ compacted at $550^{\circ}C$ shows a high surface area $(138m^2/g)$.
$Al_2O_3-SiC$ and $Al_2O_3-SiC$-TiC composite powders were prepared by SHS process using $SiO_2,\;TiO_2$, Al and C as raw materials. Aluminum powder was used as reducing agent of $SiO_2,\;TiO_2$ and activated charcoal was used as carbon source. In the preparations of $Al_2O_3-SiC$, the effect of the molar ratio in raw materials, compaction pressure, preheating temperature and atmosphere were investigated. The most important variable affecting the synthesis of $Al_2O_3-SiC$ was the molar ratio of carbon. Unreactants remained in the product among all conditions without compaction. The optimum condition in this reaction was $SiO_2$: Al: C=3: 5: 5.5, 80MPa compaction pressure under Preheating of $400^{\circ}C$ with Ar atmosphere. However there remains cabon in the optimum condition. The effect of $TiO_2$ as additive was investigated in the preparations of $Al_2O_3-SiC$. As a result of $TiO_2$ addition, $Al_2O_3-SiC$-TiC composite powder was prepared. The $Al_2O_3$ powder showed an angular type with 8 to $15{\mu}m$, and the particle size of SiC powder were 5~$10{\mu}m$ and TiC powder were 2 to $5{\mu}m$.
Nanostructured Cu-$Al_2O_3$ composite powders were synthesized by thermochemical process. The synthesis procedures are 1) preparation of precursor powder by spray drying of solution made from water-soluble copper and aluminum nitrates, 2) air heat treatments to evaporate volatile components in the precursor powder and synthesis of nano-structured CuO + $Al_2O_3$, and 3) CuO reduction by hydrogen into pure Cu. The suggested procedures stimulated the formation of the gamma-$Al_2O_3$, and different alumina formation behaviors appeared with various heat treating temperatures. The mean particle size of the final Cu/$Al_2O_3$ composite powders produced was 20 nm, and the electrical conductivity and hardness in the hot-extruded bulk were competitive with Cu/$Al_2O_3$ composite by the conventional internal oxidation process.
The milling and particulate characteristics of Al alloy-$Al_2O_3$ powder mixtures for a reaction-bonded $Al_2O_3$ (RBAO) process were studied. A commercially available prealloyed Al powder with Zn, Mg, Cu and Cr alloying elements (7475 series) was mixed with a calcined sinter-active $Al_2O_3$ powder and then milled in centrifugal milling equipment for ~48 hrs. The Al alloy-$Al_2O_3$ powder mixtures after milling were characterized and evaluated in various ways to reveal their particulate characteristics during milling. The milling efficiency of the Al alloy increased with a longer milling time. Comminution of the Al alloy particles started with its elongation, showing a high aspect ratio. With a longer milling time, the elongated Al alloy particle changed in terms of its shape and size, becoming equiaxially fine particles. Regardless of the milling efficiency of the Al alloy particles, all of the Al alloy particles repeatedly experienced strong plastic deformation during milling, giving rise to higher density of surface defects, such as microcracks, and leading to higher residual microstress within the Al alloy particles. The chemical reactions, oxidation behavior and hydration behavior of the Al alloy particles and the hydrolysis characteristics of their reaction with the environment were also observed during the milling process and during the subsequent powder handling steps.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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