Kim, Sang-Hoon;Moon, Byoung-Gi;You, Bong-Sun;Park, Sung-Hyuk
Journal of Korea Foundry Society
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v.37
no.6
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pp.207-216
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2017
This study investigated the effects of the addition of Zn, Ca, and SiC on the microstructure and mechanical properties of Mg-Al alloys. The tensile properties of homogenized Mg-xAl (x = 6, 7, 8, and 9 wt.%) alloys increased with increasing Zn content by the solid-solution strengthening effect. However, when the added Zn content exceeded the solubility limit, the strength and ductility of the alloys decreased greatly owing to premature fracture caused by undissolved coarse particles or local melting. Among the Mg-xAl-yZn alloys tested in this study, the AZ74 alloy showed the best tensile properties. However, from the viewpoints of the thermal stability, castability, and tensile properties, the AZ92 alloy was deemed to be the most suitable cast alloy. Moreover, the addition of a small amount (0.17 wt.%) of SiC reduced the average grain size of the AZ91 alloy significantly, from $430{\mu}m$ to $73{\mu}m$. As a result, both the strength and the elongation of the AZ91 alloy increased considerably by the grain-boundary hardening effect and the suppression of twinning behavior, respectively. On the other hand, the addition of Ca (0.5-1.5 wt.%) and a combined addition of Ca (0.5-1.5 wt.%) and SiC (0.17 wt.%) increased the average grain size of the AZ91 alloy, which resulted in a decrease in its tensile properties. The SiC-added AZ92 alloy exhibited excellent tensile properties (YS 125 MPa, UTS 282 MPa, and EL 12.3%), which were much higher than those of commercial AZ91 alloy (YS 93 MPa, UTS 192 MPa, and EL 7.0%). The fluidity of the SiC-added AZ92 alloy was slightly lower than that of the AZ91 alloy because of the expansion of the solid-liquid coexistence region in the former. However, the SiC-added AZ92 alloy showed better hot-tearing resistance than the AZ91 alloy owing to its refined grain structure.
Single-crystal $ZnIn_2S_4$ layers were grown on a thoroughly etched semi-insulating GaAs (100) substrate at $450^{\circ}C$ with a hot wall epitaxy (HWE) system by evaporating a $ZnIn_2S_4$ source at $610^{\circ}C$. The crystalline structures of the single-crystal thin films were investigated via the photoluminescence (PL) and Double-crystal X-ray rocking curve (DCRC). The temperature dependence of the energy band gap of the $ZnIn_2S_4$ obtained from the absorption spectra was well described by Varshni's relationship, $E_g(T)=2.9514\;eV-(7.24{\times}10^{-4}\;eV/K)T2/(T+489K)$. After the as-grown $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films was annealed in Zn-, S-, and In-atmospheres, the origin-of-point defects of the $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films were investigated via the photoluminescence (PL) at 10 K. The native defects of $V_{Zn}$, $V_S$, $Zn_{int}$, and $S_{int}$ obtained from the PL measurements were classified as donor or acceptor types. Additionally, it was concluded that a heat treatment in an S-atmosphere converted $ZnIn_2S_4$ single crystal thin films into optical p-type films. Moreover, it was confirmed that In in $ZnIn_2S_4$/GaAs did not form a native defects, as In in $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films existed in the form of stable bonds.
The total energy and strength of Mg alloy doped with Al, Ca and Zn, were calculated using the density functional theory. The calculations was performed by two programs; the discrete variational $X{\alpha}\;(DV-X{\alpha})$ method, which is a sort of molecular orbital full potential method; Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP), which is a sort of pseudo potential method. The fundamental mixed orbital structure in each energy level near the Fermi level was investigated with simple model using $DV-X{\alpha}$. The optimized crystal structures calculated by VASP were compared to the measured structure. The density of state and the energy levels of dopant elements was discussed in association with properties. When the lattice parameter obtained from this study was compared, it was slightly different from the theoretical value but it was similar to Mk, and we obtained the reliability of data. A parameter Mk obtained by the $DV-X{\alpha}$ method was proportional to electronegativity and inversely proportional to ionic radii. We can predict the mechanical properties because $\Delta{\overline{Mk}}$is proportional to hardness.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.153-153
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2017
The application of the coating supports the mechanical characteristics of the implant, and various materials and coatings are currently being used in the implant in a way to accelerate adhesion. Especially, plasma electrolytic oxidation (PEO) coating has been proposed continually with good surface treatment of titanium alloys. Also, the PEO process can incorporate Ca and P ions on the titanium surface through variables varied factor. PEO process for bioactive surface has carried out in electrolytes containing Ca and P ions. Natural bone is composed of mineral elements such as Mg, Si, Zn, Sr, and Mn, etc. Especially, Mg and Si of these elements play role in bone formation and growth after clinical implantation of bio-implants. In this study, corrosion charateristics of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy in solution containing Si and Mg ions has been investigated using several experimental techniques. The PEO-treated surfaces were identified by X-ray diffraction, using a diffractometer (XRD, Philips X' pert PRO, Netherlands) with Cu $K{\alpha}$ radiation. The morphology was observed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi 4800, Japan) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX, Oxford ISIS 310, England). The potentiodynamic polarization and AC impedance tests for electrochemical degradations were carried out in 0.9% NaCl solution at similar body temperature using a potentiostat with a scan rate of 1.67mV/s and potential range from -1500mV to + 2000mV.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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1992.05a
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pp.14-14
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1992
During the past five years a very successful effort has been made to improve existing and develop new aluminium alloys. The progress achieved has been possible because of the development of new production methods, such as powder metallurgy and spray/deposition. These methods make use of rapid solidification process which alloys compositions other than those achieved by conventional ingot metallurgy. The ingot metallurgy of the 2000 and 7000 series used thus far, as well as the age hardening Al-Li alloys, show several disadvantages caused by the production process. Such problems are primarily coarse intermetallic constituent phases, coarse grains and macrosegregation, resulting in low fracture toughness. The present contribution reports results of an experimental investigation performed on a modern high strength spay deposited aluminium alloy of the Al-Zn-Mg-Cu (7075 and the modified 7150X) type. Results are given in terms of its microstructural characterization by using X-ray diffractomertry and transmission electron microscopic. The mechanical propierties of those alloys in the as-extruded and extruded+aged condition were evaluated by using microhardness Vickers, tensile test and fracture toughness measurements.
Kim, Jong-Do;Lee, Myeong-Hoon;Kim, Young-Sik;Seiji Katayama;Akira Matsunawa
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.612-619
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2002
The dynamic behavior of Al-Mg alloys plasma was very unstable and this instability was closely related to the unstable motion of keyhole during laser irradiation. The keyhole fluctuated both in size and shape and its fluctuation period was about 440 ${\mu}{\textrm}{m}$. This instability has been estimated to be caused by the evaporation phenomena of metals with different boiling point and latent heats of vaporization. Therefore, the authors have conducted the spectroscopic diagnostics of plasma induced in the pulsed YAG laser welding of Al-Mg alloys in air and argon atmospheres. In the air environment, the identified spectra were atomic lines of Al, Mg, Cr, Mn, Cu, Fe and Zn, and singly ionized Mg line, as well as strong molecular spectrum of AlO, MgO and AIH. It was confirmed that the resonant lines of Al and Mg were strongly self-absorbed, in particular in the vicinity of pool surface. The self-absorption of atomic Mg line was more eminent in alloys containing higher Mg. These facts showed that the laser-induced plasma was relatively a low temperature and high density metallic vapor. The intensities of molecular spectra of AlO and MgO were different each other depending on the power density of laser beam. Under the low power density irradiation condition, the MgO band spectra were predominant in intensity, while the AlO spectra became much stronger in higher power density. In argon atmosphere the band spectra of MgO and AlO completely vanished, but AlH molecular spectra was detected clearly. The hydrogen source was presumably the hydrogen solved in the base Metal, absorbed water on the surface oxide layer or H$_2$ and $H_2O$ in the shielding gas. The temporal change in spectral line intensities was quite similar to the fluctuation of keyhole. The time average plasma temperature at 1 mm high above the surface of A5083 alloy was determined by the Boltzmann plot method of atomic Cr lines of different excitation energy. The obtained electron temperature was 3, 280$\pm$150 K which was about 500 K higher than the boiling point of pure aluminum. The electron number density was determined by measuring the relative intensities of the spectra1lines of atomic and singly ionized Magnesium, and the obtained value was 1.85 x 1019 1/㎥.
Influence of Ca addition on microstructure and room temperature mechanical properties has been studied for AZ31(Mg-3%Al-1%Zn-0.2%Mn)-(0~0.5)%Ca wrought alloys, based on experimental results from metallography, X-ray diffractometry and mechanical tests. Yield strength, ultimate tensile strength and hardness of the alloys increased remarkably with increasing Ca content, whereas elongation was deteriorated continuously. Microstructural examination revealed that Ca addition efficiently refined grains of ${\alpha}$(Mg) phase and that some of the Ca dissolved in ${\beta}(Mg_{17}Al_{12})$ precipitates. The former and the latter facts are thought to be responsible for improved strength and loss of ductility of the AZ31+Ca wrought alloys, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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