DAE-KYEOM KIM;YOUNG IL KIM;HWASEON LEE;YOUNG DO KIM;DONGJU LEE;BIN LEE;TAEK-SOO KIM
Archives of Metallurgy and Materials
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v.65
no.3
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pp.997-1000
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2020
With the recent advancement in technology for titanium metal powder injection molding and additive manufacturing, high yield and good flowability powder production is needed. In this study, titanium powder was produced through vacuum induction melting gas atomization with a cold crucible, which can yield various alloy compositions without the need for material pretreatment. The gas behavior in the injection section was simulated according to the orifice protrusion length for effective powder production, and powder was prepared based on the simulation results. The gas distribution changes with the orifice protrusion length, which changes the location of the recirculation zone and production yield of the powder. The produced powders had a spherical morphology, and the content of impurities (N, O) changed with the injected-gas purity.
In the past few years, overhead copper transmission lines have been replaced by lightweight aluminum transmission lines to minimize the cost and prevent the sagging of heavier copper transmission lines. High strength aluminum alloys are used as the core of the overhead transmission lines because of the low strength of the conductor line. However, alloying copper with aluminum causes a reduction in electrical conductivity due to the solid solution of each component. Therefore, in this study, the authors attempt to study the effect of various Al/Cu ratios (9:1, 7:3, 5:5) to obtain a high strength Al-Cu alloy without a significant loss in its conductivity through powder metallurgy. Low-temperature extrusion of Al/Cu powder was done at 350℃ to minimize the alloying reactions. The as-extruded microstructure was analyzed and various phases (Cu9Al4, CuAl2) were determined. The tensile strength and electrical conductivity of different mixing ratios of Al and Cu powders were studied. The results suggest that the tensile strength of samples is improved considerably while the conductivity falls slightly but lies within the limits of applications.
Dust cores (compressed powder cores) of $Fe-6.0wt\%Si$ alloy with a size of $35\~180\;{\mu}m$ in diameter have been prepared by phosphate coatings and annealings at $600\~900^{\circ}C$ for 1 h in nitrogen atmosphere. Further the magnetic and mechanical properties of the powder cores were investigated. As a general trends, the compressive strength and core loss decreased with the increase in annealing temperature. When annealed at $800^{\circ}C$, the compressive strength was 15 kgf, the permeability and quality factor were 74 and 26, respectively. Moreover the core loss at 50 kHz and 0.1 T induction was $750\;mW/cm^3$, and the percent permeability under the static field of 50 Oe was estimated to be about 78. In addition, the cut-off frequency in the cure representing the frequency dependence of effective permeability was measured to be around 200 kHz. These properties of the $Fe-6.0wt\%Si$ alloy dust cores could be considered to be due to the good insulation effect of iron-phosphate coats, the decrease in magnetocrystalline anisotropy and saturation magnetostriction and the increase in electric resistivity.
The annealing-temperature dependence of magnetic properties in compressed powder cores being composed of ball-milled F $e_{73.5}$C $u_1$N $b_3$S $i_{15.5}$$B_{7}$ alloy powders (size 250∼850${\mu}{\textrm}{m}$) and 5 wt% of ceramic insulators has been investigated. When annealed at 5$50^{\circ}C$ for 1 h and so transformed to $\alpha$-Fe phase nanocrystalline structure with the grain size of 11 nm (electrical resistivity : 110 $\mu$Ω$.$cm), the highest effective permeability of 125 and quality factor of 53 were obtained, and the permeability persisted up to about 500 KHz. Further the core loss measured at the frequency of 50 KHz and the induction amplitude of 0.1 T was very low (230 mW/㎤). However the dc bias characteristics was not satisfactory as compared to that of conventional powder core materials(MPP, Sendust etc.). The inferior dc bias property of F $e_{73.5}$C $u_1$N $b_3$S $i_{15.5}$$B_{7}$ alloy powder cores was attributed to the fact that the size of powder was too large for obtaining the same permeability with that of conventional materials.
The variation of magnetic properties with insulating materials(glass frits, talc and polyamide) in compressed powder cores composed of Fe$\sub$73.5/Cu$_1$Nb$_3$Si$\sub$15.5/B$\sub$7/ nanocrystalline alloy powders(size: 250~850 $\mu\textrm{m}$) and 3 wt% insulators has been investigated. Larger permeability was obtained at the frequency lower than 300~400 kHz for the powder cores including ceramic insulators(glass frits and talc) as compared to the cores with polyamide, while at higher frequency than 1 MHz the permeability of the former cores decreased rapidly. Further the cores with ceramic insulators showed larger core loss and smaller peak quality factor attained at lower frequency. On the contrary, the powder cores with polyamide exhibited high stability of permeabilities up to several MHz and superior core-loss and quality-factor properties. Moreover the dc bias property was better in the wide field range for the cores having polyamide. The enhanced magnetic properties of polyamide-added cores were attributed to the more sufficient electrical insulation between magnetic particles, where the higher insulation state was considered to be obtained from the larger volume fraction of polyamide in the powder cores.
The Al-Cr-Zr composite metal powders were prepared by mechanical alloying and consolidated by vacuum hot pressing. The microstructural characteristics and the thermal stability of the MA Al-Cr-Zr alloys were evaluated by means of microhardness measurement, XRD and TEM in order to develop high temperature, high strength aluminum alloys. The mechanical alloying was conducted in attritor with 300rpm for 20 hours. The density of the vacuum hot pressed Al-Cr-Zr alloy reached at 97% of theoretical one. After exposing at $300^{\circ}C$ for 100 hours, there is almost no variation in hardness change of the MA alloys. Even after exposing at $ 500^{\circ}C$ for 100 hours, the hardness of the alloy was decreased within 6% of the initial value. The fine stable $Al_3Zr\;and\; Al_{13}Cr_2$ intermetallics were formed at the stage of consolidation and heat treatment in aluminum matrix. The good thermal stability of the MA Al-Cr-Zr alloy can ab attributed to the role of the dispersoids, inhibiting grain growth of nanocrystalline, and the final grain size after heat treatment was less than 150nm.
We investigated the magnetic properties of High Flux-type $Ni_{x}Fe_{100-x}$(x=40∼50, wt.%) permalloy powders and dust cores. The powder was prepared by conventional gas atomization in mass production scale. At the composition of $Ni_{x}Fe_{55}$, saturation magnetization was maximum. In case of lower Ni content than X=45, the $M_{s}$, decreased largely with the decrease in Ni content, which is due to the invar effect. The permeability of compressed powder cores increased with the decrease in Ni content, which was considered to be due to the decrease in the magnetostriction. In addition, the dust core with Ni=45% showed the lowest core loss because of the increase in electrical resistivity leading to the low eddy current loss. From the better frequency dependence of permeability, larger Q value and superior DC bias characteristics of Ni=45% than those of Ni=50% core, it was confirmed that the 45%Ni-55%Fe powder alloy was better material for the dust core than commercial High Flux core materials.
Utilizing Mechanical Alloy Process, that were obt,ained the results from investigated formation process of AC4A/$SiC_p$. composite material powders and mechanical properties of their extrusion materials. The obtained results are as follow conclusions. AC4A-lOwt.% $SiC_p$ powders which were mechanically alloyed at 150rpm for 420min have been obtained finely and uniformly rounded powder particals that were reached the steady state which was saturated micro hardness about tlv 230 in the range size of 1 0 ~ 2 0$\mu \textrm{m}$. EDAX analysis tests have been resulted in a little amount of I'e conrents increasing with MA times, the artifical aging of AC4A/S$SiC_p$ composite materials was obtained the hardness with solution treated at $525^{\circ}C$ for lOhrs the maximum value of Hv 230 with aging at. $170^{\circ}C$ for 1000min. The Intensity and width of X-ray diffraction pattern were decreasing and widening because of grain boundary refinement and heterogeneous strain during mechanical alloying. Tensile tests at room temperature were carried out the maximum value of 37 Kgf/$\mu \textrm{mm}^2$ with ext,rused materials, 27 Kgf/$\mu \textrm{mm}^2$ with heat treated them at $500^{\circ}C$.
The mechanical alloying (MA) effect in $\sigma$-VFe intermetallic compound was studied by neutron and X-ray diffraction. The structure of MA $\sigma$-VFe powders were characterized by the X- ray diffraction with Cu- $K\alpha$ radiation and neutron diffraction with monochromatic neutrons of $1.835\AA$ using a high resolution powder diffractometer (HRPD). Mechanical alloying of $\sigma$-VFe compound gives rise to a dramatic structural change. After 60 hours of MA, the Fe-Fe distribution of the $\sigma$- phase VFe tetragonal structure with 30 atoms in a unit cell is found to change into that of the $\sigma$-(V,Fe) solid solution with bcc structure, which is a stable phase at elevated temperature above $1200^{\circ}C$. A comparison of X-ray diffraction data for the $\alpha$-phase has been also made with the corresponding neutron diffraction data. The (101) and (111) diffraction peaks of the $\sigma$-phase was clearly observed only in neutron diffraction pattern, which is believed to be a characteristic feature due to the chemical atomic ordering of $\sigma$- VFe phase.
In general after the etching process, waste etching solution contains metals. (ex. Nickel (Ni), Chromium (Cr), Zinc (Zn), etc.) In this work, we proposed a recycling process for waste etching solution and refining from waste liquid contained nickel to make nickel metal nano powder. At first, the neutralization agent was experimentally selected through the hydrolysis of impurities such as iron by adjusting the pH. We selected sodium hydroxide solution as a neutralizing agent, and removed impurities such as iron by pH = 4. And then, metal ions (ex. Manganese (Mn) and Zinc (Zn), etc.) remain as impurities were refined by D2EHPA (Di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid). The nickel powders were synthesized by liquid phase reduction method with hydrazine ($N_2H_4$) and sodium hydroxide (NaOH). The resulting nickel chloride solution and nickel metal powder has high purity ( > 99%). The purity of nickel chloride solution and nickel nano powders were measured by EDTA (ethylenediaminetetraacetic) titration method with ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometer). FE-SEM (field emission scanning electron microscopy) was used to investigate the morphology, particle size and crystal structure of the nickel metal nano powder. The structural properties of the nickel nano powder were characterized by XRD (X-ray diffraction) and TEM (transmission electron microscopy).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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