Thermal Barrier Coating with Functional Gradient Materials (FGM-TBC) can play an important role to protect the parts from harmful environments in high temperatures such as oxidation, corrosion, and wear and to improve the efficiency of aircraft engine by lowering the surface temperature on turbine blade. FGM-TBC can increase the life spans of product and improve the operating properties. Therfore, in this study the evaluations of mechanical and thermal properties of FGM-TBC such as fatigue, oxidation and wear-resistance at high temperatures have been conducted. The samples of both the TBC with 2, 3, 5 layers (YSZ/NiCrAlY) to be produced by Air Plasma Spray method (APS) and the bulk TBC with 6 layers to be produced by Plasma Assisted Sintering method (PAS) were used. Furthermore, residual stress, bond strength, and thermal conductivity were evaluated. The average thickness of the APS was 500$\mu\textrm{m}$ to 600$\mu\textrm{m}$ and the average thickness of the PAS was 3mm. The hardness number of the top layer of APS was 750 Hv to 810Hv and that of PAS was 950 Hv to 1440Hv. The $ZrO_2$ coating layer of APS was composed of tetragonal structure after spraying as the result of XRD analysis. As shown in the results of the high temperature wear test, the 3 layer coating of APS had the best wear resistance at $800^{\circ}C$ and the 5 layer coating of APS had the best wear resistance at $600^{\circ}C$. But, these coatings had the tendency of the low-temperature softening at $300^{\circ}C$. The main mechanism of wear was the adhesive wear and the friction coefficient of coatings was increased as increasing the test temperatures. A s results of thermal conductivity test, the ${\Delta}T$ of the APS coating was increased as number of layer and the range of thermal conductivity of the PAS was $800^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$.
Plasma nitrocarburising and plasma post oxidation were performed to improve the wear and corrosion resistance of S45C and SCM440 steel by a plasma ion nitriding system. Plasma nitrocarburizing was conducted for 3h at $570^{\circ}C$ in the nitrogen, hydrogen and methane atmosphere to produce the ${\varepsilon}-Fe_{2-3}$(N, C) phase. Plasma post oxidation was performed on the nitrocarburized samples with various oxygen/hydrogen ratio at constant temperature of $500^{\circ}C$ for 1 hour. The very thin magnetite ($Fe_3O_4$) layer $1-2{\mu}m$ in thickness on top of the $15{\sim}25{\mu}m$${\varepsilon}-Fe_{2-3}$(N, C) compound layer was obtained by plasma post oxidation. A salt spray test and electrochemical testing revealed that in the tested 5% NaCl solution, the corrosion characteristics of the nitrocarburized compound layer could be further improved by the application of the superficial magnetite layer. Throttle valve shafts were treated under optimum plasma processing conditions. Accelerated life time test results, using throttle body assembled with shaft treated by plasma nitrocarburising and post oxidation, showed that plasma nitrocarburizing and plasma post oxidation processes could be a viable technology in the very near future which can replace $Cr^{6+}$ plating.
Hwang, Cheol Hong;Lee, Hyo Min;Oh, Jeong Seok;Hwang, Dong Hyeon;Hwang, Yu Seok;Lee, Jong Won;Choi, Jeong Mook;Park, Joon Sik
Journal of Powder Materials
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v.28
no.5
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pp.396-402
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2021
Stainless steel, a type of steel used for high-temperature parts, may cause damage when exposed to high temperatures, requiring additional coatings. In particular, the Cr2O3 product layer is unstable at 1000℃ and higher temperatures; therefore, it is necessary to improve the oxidation resistance. In this study, an aluminide (Fe2Al5 and FeAl3) coating layer was formed on the surface of STS 630 specimens through Al diffusion coatings from 500℃ to 700℃ for up to 25 h. Because the coating layers of Fe2Al5 and FeAl3 could not withstand temperatures above 1200℃, an Al2O3 coating layer is deposited on the surface through static oxidation treatment at 500℃ for 10 h. To confirm the ablation resistance of the resulting coating layer, dynamic flame exposure tests were conducted at 1350℃ for 5-15 min. Excellent oxidation resistance is observed in the coated base material beneath the aluminide layer. The conditions of the flame tests and coating are discussed in terms of microstructural variations.
Kim, Jungjoon;Kim, Song-Yi;Lee, Jong-Jae;Lee, Seok-Jae;Lim, Hyunkyu;Lee, Min-Ha;Kim, Hwi-Jun;Choi, Hyunjoo
Journal of Powder Materials
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v.28
no.6
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pp.483-490
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2021
A new Fe-Cr-Mo-B-C amorphous alloy is designed, which offers high mechanical strength, corrosion resistance as well as high glass-forming ability and its gas-atomized amorphous powder is deposited on an ASTM A213-T91 steel substrate using the high-velocity oxygen fuel (HVOF) process. The hybrid coating layer, consisting of nanocrystalline and amorphous phases, exhibits strong bonding features with the substrate, without revealing significant pore formation. By the coating process, it is possible to obtain a dense structure in which pores are hardly observed not only inside the coating layer but also at the interface between the coating layer and the substrate. The coating layer exhibits good adhesive strength as well as good wear resistance, making it suitable for coating layers for biomass applications.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.4
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pp.31-38
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2015
This study aims to assess the effectiveness of limestone, zeolite, and crushed concrete as capping material to block the release of heavy metals (As, Cu, Cr, Ni, and Pb) and reduce the sediment oxygen demand. The efficiency of limestone, zeolite, and crushed concrete was evaluated in a reactor in which a 1-cm thick layer of capping materials was placed on the sediments collected from Inchon north harbor. Dissolved oxygen concentration and heavy metal concentration in seawater above the uncapped sediments and capping material were monitored for 17 days. The sediment oxygen demand was in the following increasing order: crushed concrete ($288.37mg/m^2{\cdot}d$) < zeolite ($428.96mg/m^2{\cdot}d$) < limestone ($904.53mg/m^2{\cdot}d$) < uncapped ($981.34mg/m^2{\cdot}d$). The capping materials could reduce the sediment oxygen demand by blocking the release of biochemical matters consuming dissolved oxygen in seawater. It was also shown that zeolite and crushed concrete could effectively block the release of Cu, Ni, and Pb but those were not effective for the interruption of As and Cr release from marine contaminated sediments.
Alloy 617 is a candidate Ni-based superalloy for intermediate heat exchanger (IHX) of a high-temperature gas reactor (VHTR), because of its good creep strength and corrosion resistance at high temperature. Small amount of impurities such as $H_2O$, $H_2$, CO and $CH_4$ are introduced inevitably in helium, as a coolant during operation of a VHTR. Reactions of material and impurities are accelerated with increase of temperature to $950^{\circ}C$ of operating temperature of a VHTR, leading to material corrosion aggravation. In this circumstance, high-temperature corrosion tests were performed at $950^{\circ}C$ in air and impure helium environments, up to 250 hours in this study. Oxidation rate of $950^{\circ}C$ in an air environment was higher than that of impure helium, explained by difference in outer oxide morphology and microstructure as a function of oxygen partial pressure. An equiaxed Cr-rich surface oxide layer was formed in an air environment, and a columnar Cr-rich oxide was formed in an impure helium environment.
Optimal pretreatment processes for metal plating on engineering plastics, especially on Nylon-inorganic filler alloy was studied. For Nylon-inorganic filler alloy, adhesion strength between resin surface and metal could be improved by just etching process that eliminate amorphous layer. In the SEM picture and surface roughness measurement, etching treatment was found to make enabled the surface condition very rough and the adhesion strength good. It was also found that the surface condition of plated article and its adhesion strength partly depended upon molding condition of Nylon-inorganic filler alloy. EDS, peaks showed that what kinds of and how much of the metal elements remained on the resin surface after pretreatment processes. Cr did not affect on adsorption of Sn and Pd remarkably.
The effect of Cu addition on the corrosion characteristics of Zr alloys that developed for nuclear fuel cladding in KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) was evaluated. The alloys having different element of Nb, Sn, Fe, Cr and Cu were manufactured and the corrosion tests of the alloys were performed in static autoclave at $360^{\circ}C$, distilled water condition. The alloys were also examined for their microstructures using the optical microscope and the TEM equipped with EDS and the oxide property was characterized by using X-ray diffraction. From the result of corrosion test more than 450 days, the corrosion rate of the Zr-based alloys was changed with alloying element such as Nb, Sn, Fe, Cr and especially affected by Cu addition. The corrosion resistance was increased with increasing the Cu content and the tetragonal $ZrO_2$ layer was more stabilized on the Cu-containing alloys.
Lee, Na-Young;Hwang, Il-Soon;Yoo, Han-Ill;Song, Chang-Rock;Park, Sang duk;Yang, Jun-Seog
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.05a
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pp.199-206
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1997
For the Korean Next Generation Reactor(KNGR) development, LBB is considered for the Main Steam Line(MSL) piping inside its containment to achieve cost and safety Improvement. To apply LBB concept to MSL, leak sensors highly sensitive to humidity is required. In this paper, a ceramic material, MgCr$_2$O$_4$-TiO$_2$ has been developed as a humidity sensor for MSL applications. Experiments peformed to characterize the electrical conductivity shows that the conductivity of MgCr$_2$O$_4$-TiO$_2$ responds sensitively to both temperature and humidity changes. At a constant temperature below 10$0^{\circ}C$, the conductivity increases as the relative humidity increases, which makes the sensor favorable for application to the outside of MSL insulation layer But as temperature increases beyond 10$0^{\circ}C$, the sensor composition should be adjusted for the application to KNGR is to be made at temperature above 10$0^{\circ}C$.
The influence of NiCrAlY bond coating on the adhesion properties of an Fe thermal coating sprayed on an Al substrate was investigated. By applying a bond coat, an adhesion strength of 21MPa was obtained, which was higher than the 15.5MPa strength of the coating without the bond coat. Formation of cracks at the interface of the bond coat and the Al substrate was suppressed by applying the bond coat. Microstructural analysis of the coating interface using EBSD and TEM indicated that the dominant bonding mechanism was mechanical interlocking. Mechanical interlocking without crack defects in the coating interface may improve the adhesion strength of the coating. In conclusion, the use of an NiCrAlY bond coat is an effective method of improving the adhesion properties of thermal sprayed Fe coatings on Al substrates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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