• 제목/요약/키워드: AlCrN

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Fe-22%Cr-5.8%Al 합금의 고온 산화 거동 (High-Temperature Oxidation Behavior of Fe-22%Cr-5.8%Al Alloy)

  • 김송이;최성환;윤중열;공영민;김병기;이기안
    • 한국표면공학회지
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    • 제44권1호
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    • pp.13-20
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    • 2011
  • This study investigated the high temperature oxidation behavior of Fe-22%Cr-5.8%Al alloy and the oxidation kinetics of the alloy were discussed. Bulk samples were prepared by VAM (vacuum arc melting) and hot forging. High temperature oxidation testes were isothermally conducted up to 100 hours in 79%$N_2$+21%$O_2$ environment at three different temperatures ($900^{\circ}C$, $1000^{\circ}C$, $1100^{\circ}C$). The weight gain was measured after oxidation according to oxidation time (2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 60, 80, 100 hours). The weight gain significantly increased with increasing oxidation temperature. As the temperature increased, the oxidized samples showed sequential formation of $Al_2O_3$, Cr-rich oxide, Fe-rich oxide. The activation energy of high temperature oxidation was obtained as 306.63 KJ/mol. $Al_2O_3$ were developed on the surface in the early stage of oxidation, representing protective role of oxidation. However, Fe-based and Cr-based oxides leaded to breakaway of oxide layer, thus resulted in the significant increase of additional oxidation.

표면처리에 따른 Hastelloy X 합금의 고온물성 (High temperature properties of surface-modified Hastelloy X alloy)

  • 조현;이병우
    • 한국결정성장학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.183-189
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    • 2012
  • 고온 열수송용 재료로 이용되는 Hastelloy X의 표면처리에 따른 고온물성 개선에 대한 연구를 수행하였다. Hastelloy X 기판 상에 각각 PVD법인 Arc discharge 및 Sputtering을 이용하여 TiAlN 및 $Al_2O_3$ 박막을 표면 코팅(overlay coating) 하였고, 분위기 분말을 이용하여 Al을 금속표면을 통해 확산시키는 방법인 Pack cementation법을 이용한 Al 확산코팅(diffusion coating: aluminiding)법을 이용한 표면처리를 수행하였다. 이들 표면처리가 Ni-Cr계 합금의 고온열처리에서 생성되는 두꺼운 불균질 산화물($Cr_2O_3$)형성 억제에 미치는 효과와 조성 및 표면미세구조가 물성에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해, 표면처리 된 Hastelloy X 샘플들을 공기 및 헬륨가스 분위기에서 $1000^{\circ}C$로 열처리 하였으며, 열처리된 전후 시편들에 대해 상형성, 미세구조 및 고온 물성 변화를 측정하였다. 이러한 실험결과를 통하여 표면코팅법에 의한 TiAlN 및 $Al_2O_3$ 박막에 비해 Al 확산코팅한 경우 두꺼운 불균질 산화물($Cr_2O_3$)형성이 억제되어 보다 균질한 미세구조와 높은 내마모성 등 높은 고온 안정성을 보여주는 것을 확인할 수 있었다.

고주파 스퍼터링 방법으로 금속기판 위에 증착된 AlN박막의 질소가스 분압비에 따른 경도와 박막 표면의 배향성에 관한 연구

  • 오지용;이창현;배강;진익현;김화민
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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    • pp.166.2-166.2
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    • 2016
  • 최근 생산 장비의 발달로 인해 절삭공구, 전기전자 부품, 항공 및 자동차 부품 생산에 필요한 생산 장비의 수명연장, 고속 절단 및 고성능화가 중요시 되면서 우수한 내구성, 내마모성 및 고온 안정성을 갖는 기계부품 및 공구를 요구하게 되었다. 내마모성을 가지는 표면을 얻기 위해서는 TiN, TiC, AlN, Al2O3, CrN, ZrO2와 같은 경도 높은 물질을 증착하여 특성을 개선시키는 방법이 있다. 특히 AlN은 비교적 우수한 경도와 고온 안정성을 가지고 있어, 생산 장비의 고속 절단 및 반복되는 정밀 작업으로 인한 열충격과 마모를 완화시키는 역할을 하는 코팅재로 사용하기 적합하다. 본 실험에서는 RF-magnetron sputtering 방법을 이용하여 AlN 박막을 파워 150W, 질소가스 분압비에 따라 25%, 50%, 75%, 100%의 조건으로 금속기판 위에 증착하였다. 금속 기판 위에 제작된 AlN막은 XRD (X-ray Diffraction)을 사용하여 배향성을 확인하였고, HM-220 (Micro-vickers hardness tester)을 사용하여 AlN박막의 경도를 측정하였으며, SEM (Scanning Electron Microscope), AFM (Atomic Force Microscope)을 이용하여 표면의 구조와 거칠기를 측정하였다. 이 실험을 통하여 우수한 물성과, 치밀한 조직의 AlN박막이 고속 절삭 공구, 유공압 실린더, 베어링과 같은 금속부품의 코팅소재로 적용가능 할 것으로 기대된다.

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Chromizing과 이온 질화에 의한 CrNvyaus층 형성에 관한연구 (Studies on the formation of CrN surface layer by chromizing and plasma nitriding)

  • 박홍진;이상률;양성철;이상용;김상식;한전건
    • 한국표면공학회지
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    • 제31권6호
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    • pp.334-344
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    • 1998
  • Yew coating pmccss t.o form a surface layer ol CrN phasc on mild steel (A81 1020!, AlSI Hi3, 1Cr-0.5Mo steel (ASTM A213 and Nickrl-base superalloy (Inconel 718) was developed. Surlaces of various alloys t,n.ateii by chromizing for the formation ol Cr diffusion layer was subsequently trcaled by plasma nitriding in order t.o form the hard CrS coating layer on the surfaces. This duplex plasma surface tri-atments of chromizing and plasma nitriding have induced a lormation of a duplex-lrcated surfacr hyer of approximat~ls 70-80 $\mu\textrm{m}$thickncss with a iargcly improved microiiardnrss up to approxiniateW 1500Hv(50gf). The main cause for the lage improvment in the surface hardncss is altribilted to [.he fact that CrN and $Fe_xN$ phases are created successfully by ccliromizins and plasma nilriding treatment. High tenipera1,urc wear resislance of the duplex-treated mild steel and HI3 steels at $600^{\circ}C$ was examined. Comparing the duplex-treated specimens with the specimens treated only by chromizing, the rcsults shovmi that, thc wear volume of the duplex-treated mild skcl and 1113 stcel aSt.er a wear test, at $600^{\circ}C$ were reduced hy a Iactor of 8 and 3, respectively. Characteristics of the CrS phase by duplrx treatment were compared with $CrN_x$,/TEX> film by ion plating and the wear behaviors of CrN film lormed by two different nroccsses arc nea.riy identical.

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Effect of Negative Substrate Bias Voltage on the Microstructure and Mechanical Properties of Nanostructured Ti-Al-N-O Coatings Prepared by Cathodic Arc Evaporation

  • Heo, Sungbo;Kim, Wang Ryeol;Park, In-Wook
    • 한국표면공학회지
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    • 제54권3호
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    • pp.133-138
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    • 2021
  • Ternary Ti-X-N coatings, where X = Al, Si, Cr, O, etc., have been widely used for machining tools and cutting tools such as inserts, end-mills, and etc. Ti-Al-N-O coatings were deposited onto silicon wafer and WC-Co substrates by a cathodic arc evaporation (CAE) technique at various negative substrate bias voltages. In this study, the influence of substrate bias voltages during deposition on the microstructure and mechanical properties of Ti-Al-N-O coatings were systematically investigated to optimize the CAE deposition condition. Based on results from various analyses, the Ti-Al-N-O coatings prepared at substrate bias voltage of -80 V in the process exhibited excellent mechanical properties with a higher compressive residual stress. The Ti-Al-N-O (-80 V) coating exhibited the highest hardness around 30 GPa and elastic modulus around 303 GPa. The improvement of mechanical properties with optimized bias voltage of -80 V can be explained with the diminution of macroparticles, film densification and residual stress induced by ion bombardment effect. However, the increasing bias voltage above -80 V caused reduction in film deposition rate in the Ti-Al-N-O coatings due to re-sputtering and ion bombardment phenomenon.

Cr-계 및 WC/C 코팅 SCM415강의 마찰•마모 특성에 관한 연구 (A Study on the Friction and Wear Characteristics of Cr-interrelatedness & WC/C Coating SCM4l5 Steel)

  • 장정환;김해지;김남경;장기;류성기
    • 한국기계가공학회지
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    • 제8권4호
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    • pp.122-128
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    • 2009
  • The purpose of this study is to show the friction and wear characteristics on the vapor deposited coating layers on the SCM415 steel. In this research, frictional wear characteristic of coating materials such as CrN, AlCrN, WC/C was investigated under room temperature, normal air pressure and nothing lubricating condition. Therefore this study carried out research on the friction coefficient, micro hardness(Hv), roughness, EPMA on the vapor deposited coating layers on the SCM415 steel.

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합금화된 단일타겟을 마그네트론 스퍼터를 이용하여 합성된 나노복합구조 Al-Ti-X-N (X=Si,Cu,Cr) 코팅의 기계적 특성

  • 정덕형;이한찬;신승용;문경일
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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    • pp.281-281
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    • 2011
  • 산업 환경에서 친환경 및 에너지효율성을 중요한 조건이 되면서 고효율성 및 다기능을 가진 재료에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 특히 Al-Ti-N 코팅은 이미 경도 측면에서 우수 하여 고속 공구 부품에 널리 사용되고 있고 최근에 Al-TiN에서 Si 첨가는 40GPa이상의 고경도와 1000도 이상의 산화온도를 지닌 나노 혼합물 코팅을 형성 시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 Al-Ti에 Si, Cu, Cr 을 첨가하였을 때 코팅을 형성하였을 때 바뀌는 물성 변화을 확인하였다. 이러한 연구를 위해 Al-Ti 합금 조성 중 가장 우수한 것으로 알려진 60:40으로 타겟을 만들어 스퍼터 장비를 이용해 코팅을 형성하여 기초 실험을 진행하였다. 그 근거로 하여 3원계인 Si, Cu, Cr 을 첨가하여 각각의 단일 타겟으로 만들고 코팅을 형성하였다. 타겟과 코팅의 성분이 동일한지 확인하기 위해 EPMA분석을 하였고 그 결과 오차 범위 내에 동일한 것으로 확인하였다. 또 내산화성 테스트를 위해 400도에서 1000도로 가열된 대기 중에 코팅 층을 1시간씩 노출시키는 공정을 통해 확인하였고 내식성 테스트는 SUS 304계열 위에 코팅을 하여 Potentiodynamic polarization scan 장비로 비교해 보았다. 표면경도는 3원계 코팅인 경우 질소비율이 증가할수록 30GPa ~ 35GPa까지 증가하였고 XRD 분석 결과와 비교 시 (111), (200) peak가 명확할수록 경도 값이 높은 것으로 확인하였다. 마모테스트 결과 3원계인 코팅 층이 dry상태에서 감소하는 경향을 보였다. 특히 0,26까지 감소한 Si 을 첨가한 코팅 층은 H/E지수도 좋아 마모트랙의 길이도 짧아 우수한 것으로 알 수 있었다. 이런 결과에서 보듯 3원소 이상 첨가 시 특성변화가 차이가 있다는 것을 알 수 있었다.

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Ag-Cu-Ti Brazing 금속을 이용한 Inconel/$Si_3N_4$ 접합의 계면구조 (Interfacial Structure of Inconel/$Si_3N_4$ Joint Using Ag-Cu-Ti Brazing Metal)

  • 정창주;장복기;문종하;강경인
    • 한국세라믹학회지
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    • 제33권12호
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    • pp.1421-1425
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    • 1996
  • Sintered Si3N4 and Inconel composed of Ni(58-63%) Cr(21-25%) Al(1-17%) Mn(<1%) fe(balance) were pressurelessly joined by using Ag-Cu-Ti brazing filler metal at 950℃ and 1200℃ under N2 gas atmosphere of 1atm and their interfacial structures were investigated. In case that the reaction temperature was low as 950℃ its interfacial structure was "Inconel metal/Ti-rich phase layer/brazing filler metal layer/Si3N4 " Ti used as reactive metal existed in between inconel steel and brazing metal and moved to the interface of between brazing filler metal nd Si3N4 according as reaction temperature increased up to 1200℃. The interfacial structure of inconel steel-Si3N4 reacted at 1200℃ was ' inconel metal/Ni-rich phase layer containing of Fe. Cr and Si/Cu-rich phase layer containing of Mn and Si/Si3N4 " Cr Mn, Ni and Fe diffused to the interface of between brazing filler metal and Si3N4 and reacted with Si3N4 The most reactive components of ingredients of inconel metal were Cr and Mn. On the other hand Ti added as reactive components to Ag-Cu eutectic segregated into Ni-rich phase layer,.

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AIP 와 스퍼터링으로 복합증착된 420 스테인리스강의 TiN과 CrN 박막에 미치는 중간층의 영향 (Effect of Interlayer on TiN and CrN Thin Films of STS 420 Hybrid-Deposited by AlP and DC Magnetron Sputtering)

  • 최웅섭;김현승;박범수;이경구;이도재;이광민
    • 한국재료학회지
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    • 제17권5호
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    • pp.256-262
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    • 2007
  • Effects of interlayer and the combination of different coating methods on the mechanical and corrosion behaviors of TiN and CrN coated on 420 stainless steel have been studied. STS 420 specimen were tempered at $300^{\circ}C$ for 1 hr in vacuum furnace. The TiN and CrN thin film with 2 ${\mu}m$ thickness were coated by arc ion plating and DC magnetron sputtering following the formation of interlayer for pure titanium and chromium with 0.2 ${\mu}m$ thickness. The microstructure and surface analysis of the specimen were conducted by using SEM, XRD and roughness tester. Mechanical properties such as hardness and adhesion also were examined. XRD patterns of TiN thin films showed that preferred TiN (111) orientation was observed. The peaks of CrN (111) and $Cr_2N$ (300) were only observed in CrN thin films deposited by arc ion plating. Both TiN and CrN deposited by arc ion plating had the higher adhesion and hardness compared to those formed by magnetron sputtering. The specimen of TiN and CrN on which interlayer deposited by magnetron sputtering and thin film deposited by arc ion plating had the highest adhesion with 22.2 N and 19.2 N. respectively. TiN and CrN samples shown the most noble corrosion potentials when the interlayers were deposited by using magnetron sputtering and the metal nitrides were deposited by using arc ion plating. The most noble corrosion potentials of TiN and CrN were found to be approximately -170 and -70 mV, respectively.

마모특성 및 유한요소해석을 이용한 프레스금형 손상 간접예측 (Indirect Prediction of Surface Damage for a Press Die with Wear Characteristics and Finite Element Stamping Analysis)

  • 전용준;김세호;윤국태;허영무;이태길
    • 소성∙가공
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    • 제23권1호
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    • pp.29-34
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    • 2014
  • The damage level of the die surface was predicted by estimating the surface roughness with a finite element analysis and the wear characteristics. Wear and friction tests were conducted to compare the wear characteristics for three kinds of surface treatments - CrN, TiAlN and AlCrN coatings. A prediction model was derived from the surface roughness results with respect to contact pressure and sliding speed which were obtained from the wear test. Surface roughness values for the damage regions of the die surface were compared between the experiments and the prediction model, which shows fairly good agreement with each other.