Nano-multilayered CrAlSiN films consisting of crystalline CrN nanolayers and amorphous AlSiN nanolayers were deposited by cathodic arc plasma deposition. Their oxidation characteristics were studied between 600 and $1000^{\circ}C$ for up to 70 h in air. During their oxidation, the amorphous AlSiN nanolayers crystallized. The formed oxides consisted primarily of $Cr_2O_3$, ${\alpha}-Al_2O_3$, $SiO_2$. The outer $Al_2O_3$ layer formed by outward diffusion of Al ions. Simultaneously, an inner ($Al_2O_3$, $Cr_2O_3$)-mixed layer formed by the inward diffusion of oxygen ions. $SiO_2$ was present mainly in the lower part of the oxide layer due to its immobility. The CrAlSiN films displayed good oxidation resistance, owing to the formation of oxide crystallites of $Cr_2O_3$, ${\alpha}-Al_2O_3$, and amorphous $SiO_2$.
Hard coatings are known to improve the performance of cutting tools in aggressive machining applications, such as high speed machining. New superhard Ti-Al-Si-W films, characterized by a nanocomposite nano-sized (Ti,Al,Si)N crystallites embedded in amorphous $Si_3 N_4$ matrix, could be successfully synthesized on WC-Co substrates by a hybrid coating system of arc ion plating(AIP) and sputtering method. The hardness of Ti-Al-Si-N film increased with incorporation of Si, and had the maximum value ~50 GPa at the Si content of 9 at.%, respectively. And the X-ray diffraction patterns of Ti-Al-Si-N films with various Si content is investigated. In this study, Ti-Al-Si-N coatings were applied to end-mill tools made of WC-Co material by a hybrid coating system. Cutting tests fir the high-hardened material (STD11,$H_R$)C62 and their performances in high speed cutting conditions were studied. Also, the tool wear and tool lift of Ti-Al-Si-N with various si(6, 9, 19) contents were measured.
In this study, the influence of silicon contents on the microstructure, mechanical and tribological properties of Ti-Al-Si-N coatings were systematically investigated for application of cutting tools. The composition of the Ti-Al-Si-N coatings were controlled by different combinations of TiAl2 and Ti4Si composite target powers using an arc ion plating technique in a reactive gas mixture of high purity Ar and N2 during depositions. Ti-Al-Si-N films were nanocomposite consisting of nanosized (Ti,Al,Si)N crystallites embedded in an amorphous Si3N4/SiO2 matrix. The instrumental analyses revealed that the synthesized Ti-Al-Si-N film with Si content of 5.63 at.% was a nanocomposites consisting of nano-sized crystallites (5-7 nm in dia.) and a three dimensional thin layer of amorphous Si3N4 phase. The hardness of the Ti-Al-Si-N coatings also exhibited the maximum hardness value of about 47 GPa at a silicon content of ~5.63 at.% due to the microstructural change to a nanocomposite as well as the solid-solution hardening. The coating has a low friction coefficient of 0.55 at room temperature against an Inconel alloy ball. These excellent mechanical and tribological properties of the Ti-Al-Si-N coatings could help to improve the performance of machining and cutting tool applications.
Cr-Al alloys are attracting attention as oxidation resistant coating materials for high temperature metallic materials due to their excellent high temperature stability. However, the mechanical properties and oxidation resistance of Cr-Al alloys can be further enhanced, and such attempts are made in this study. To improve the properties of Cr-Al alloys, Si is added up to 5 wt%. Casting specimens with different amounts of Si content are prepared by a vacuum arc remelting method and isothermally heated under steam conditions at $1,100^{\circ}C$ for 1 hour. The as-cast microstructure of low Si alloys is mainly composed of only a Cr phase, while $Al_8Cr_5$ and $Cr_3Si$ phases are also observed in the 5 % Si alloy. In the high Si alloy, only Cr and $Cr_3Si$ phases remain after the isothermal heating at $1,100^{\circ}C$. It is found that Si additions slightly decrease the oxidation resistance of the Cr-Al alloy. However, the microhardness of the Cr-Al alloy is observed to increase with an increasing Si content.
The high temperature deformation behavior of $SiC_p/Al-Si$ composites and Al-Si matrix was studied by hot torsion test in a range of temperature from $270^{\circ}C$ to $520^{\circ}C$ and at strain rate range of $1.2{\times}10_{-3}~2.16{\times}10_{-1}/sec$. The hot restoration mechanisms for both matrix and composites were found to be dynamic recrystallization(DRX) from the investigation of flow curves and microstructural evolutions. The Si precipitates and SiC particles promoted DRX, and the peak strain$({\varepsilon}_p)$ of the composites was smaller than that of the matrix. Flow stresses of $SiC_p/Al-Si$ composites were found to be generally higher than the matrix, but the difference was quite small at higher temperature due to the decrease of capability of load transfer by SiC particles. With increasing temperature, failure strain of matrix and composites are inclined to increase, the increasing value of failure strain for the $SiC_p/Al-Si$ composites was small compared to that of matrix. The stress dependence of both materials on strain rate() and temperature(T) was examined by hyperbolic sine law, $\.{\varepsilon}=A_1[sinh({\alpha}{\cdot}{\sigma})]_n$exp(-Q/RT)
Thermomechanical behavior of Al-Mg-Si alloys have been studied to investigate the effect of microstructural features such as pre-existing substructure and distribution of particles on the deformation characteristics. The controlled compression tests have been carried out to get the basic information on how the alloy responds to temperature, strain amount and strain rate. Then hot forging of Al-Mg-Si alloys has been carried out and analyzed by the comparison with the compression tests. Microstructural features after forging have been discussed in terms of the thermomechanical response of Al-Mg-Si alloys. As already well mentioned, we have found that the deformation of Al-Mg-Si at the elevated temperature brought the recovered structure on most conditions. In a certain time, however, abnormally large grains have been found as a result of deformation assisted grain growth, which means that hot forging of Al-Mg-Si alloys could lead to a undesirable microstructural variation and the consequent mechanical properties such as fatigue strength.
Dispersed type Al2O3-SiC composite powders were synthesized from Al-isopropoxide (Al(i-OC3H7)3) and Si(OC2H5)4 precursors by hydrolysis of mixed alkoxides and carbothermal reaction method. The characteristics of the synthesized (dispersed type) Al2O3-SiC composite powders were investigated using XRD, SEM, TEM, BET and particle size analyzer. Carbothermal reaction to produce Al2O3-SiC composite was completed in 10h at 135$0^{\circ}C$ on 3~4㎤/s (0.21~0.28cm/s) of H2 flow rate and about 1/1 of carbon/oxides(=SiO2+Al2O3) molar ratio. The synthesized powders were observed to have the mean particle size range of 0.4~1.26${\mu}{\textrm}{m}$ and showed finer particle size with increasing SiC content.
Thermomechanical behavior of Al-Mg-Si alloys was studied to investigate the effect of microstructural features such as pre-existing substructure and distribution of particles on the deformation characteristics. The controlled compression tests were carried out to get the information on how the alloy responds to temperature, strain amount and strain rate. Then hot forging of Al-Mg-Si alloys carried out and analyzed by the comparison with the compression tests. Microstructural features after forging were discussed in terms of the thermomechanical response of Al-Mg-Si alloys. As already well mentioned, we found that the deformation of Al-Mg-Si at the elevated temperature brought the recovered structure on most conditions. In a certain time, however, abnormally large grains were found as a result of deformation assisted grain growth, which means that hot forging of Al-Mg-Si alloys could lead to a undesirable microstructural variation and the consequent mechanical properties such as fatigue strength.
The effects of Mn and Cr on the crystallization behaviors of Fe-bearing intennetallics in A356 alloy were studied. Coarse and acicular ${\beta}-Al_{5}$FeSi phase in A356-0.20wt.%Fe alloy was modified into small ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si and ${\alpha}$-Al(Fe,Cr)Si phases in response to Mn and Cr addition, respectively. Increasing of Mn addition amount elevates the crystallizing temperature of ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si and the Mn/Fe ratio in the ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si. Cr is more effective to modify ${\beta}-Al_{5}$FeSi in comparison with Mn. ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si phase had BCC/SC dual structure.
In this work, the parameter optimization for thermal-sprayed Al/SiC composites have been designed by $L_9(3^4)$ orthogonal array and analysis of variance(ANOVA). Al/SiC composites were fabricated by flame spray process on steel substrate. The hardness of composites were measured using micro-vickers hardness tester, and these results were analyzed by ANOVA. The ANOVA results showed that the oxygen gas flow, powder feed rate and spray distance affect on the hardness of the Al/SiC composites. From the ANOVA results, the optimal combination of the flame spray parameters could be extracted. It was considered that experimental design using orthogonal array and ANOVA was efficient to determine optimal parameter of thermal-sprayed Al/SiC composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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