Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.34
no.1
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pp.3-9
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2001
The purpose of this study is to evaluate the properties of the functional gradient thermal barrier coatings by plasma spray process. The evaluations of mechanical and thermal properties such as fatigue, oxidation and wear-resistance at high temperatures have been conducted. Furthermore, residual stress and bond strength have been evaluated. The range of thickness of coated layers was 550~600$\mu\textrm{m}$. The range of hardness of layers was 800~900 Hv and the porosity range of coatings was about 7 to 14%. The top coating layer of $ZrO_2$ in thermal barrier was composed of tetragonal structure after spraying. The coated layers of $ZrO_2$ on the Inconel substrate is the best resistance for thermal fatigue. Those coatings had the least compressive stress in comparison with other coatings. In high temperature oxidation test, the coatings on Inconel substrate was better than the coatings on SUS substrate. The bond strength of the concave type was greater than that of linear types and convex types coatings.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.39
no.5
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pp.240-244
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2006
Tribaloy 800 (T800) powder is coated on the Inconel 718 substrate by the optimal High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) thermal spray coating process developed by this laboratory. For the study of the possibility of replacing of the widely used classical chrome plating, friction, wear properties and sliding wear mechanism of coatings are investigated using reciprocating sliding tester both at room and at an elevated temperature of $1000^{\circ}F\;(538^{\circ}C). Both at room temperature and at $538^{\circ}C$, friction coefficients and wear debris of coatings are drastically reduced compared to those of non-coated surface of Inconel 718 substrate. Friction coefficients and wear traces of both coated and non-coated surfaces are drastically reduced at higher temperature of $538^{\circ}C$ compared with those at room temperature. At high temperature, the brittle oxides such as $CoO,\;Co_3O_4,\;MoO_2,\;MoO_3$ are formed rapidly on the sliding surfaces, and the brittle oxide phases are easily attrited by reciprocating slides at high temperature through complicated mixed wear mechanisms. The sliding surfaces are worn by the mixed mechanisms such as oxidative wear, abrasion, slurry erosion. The brittle oxide particles and melts and partial-melts play roles as solid and liquid lubricant reducing friction coefficient and wear. These show that the coating is highly recommendable for the durability improvement coating on the surfaces vulnerable to frictional heat and wear.
Stainless steels have been widely considered as metallic bipolar plates, due to their passive surface film, which is good for corrosion resistance. However, the high resistivity of the passive film increases interfacial contact resistance between the bipolar plates and the electrodes. Stainless steels thermal spray coated with a mixture of tungsten carbide and stainless steel powders showed that the coated layer safely combined with the matrix but they suffered many internal defects including voids and cracks. Many cracks were formed in the coated layer and the interface of the matrix and the coated layer during the rolling process. The coated and rolled stainless steels showed lower interfacial contact resistance and corrosion resistance than bare stainless steel because of low resistivity of tungsten carbide and numerous defects, which caused crevice corrosion, in the coated layer.
The advantages of Thermal sprayed coatings as a replacement for cast iron liners are reduced weight, better heat transfer and reduced cost. One of the most important performance attributes of a cylinder bore coating is its wear resistance, since it must survive the abrasive sliding of both the piston rings and the piston skirt. In this study, composite powders were prepared by ball milling of Al-13Si-3Mg(wt%) alloy with SiC particles. The concentrations of SiC were 40 and 60wt%. The composite powders were sprayed using Metco-9MB plasma torch. Plasma sprayed coatings were heat-treated at 500℃ for 3 hours. The wear resistances of the plasma sprayed coatings were found to improve with heat treatment and superior to the commercially available G.C.I.(gray cast iron). AlSiMg-40SiC heat-treated coatings showed the best wear resistance in this study.
Choi, So-dam;Seo, Hyoung-IL;Lim, Byung-Joo;Sihn, Ihn Cheol;Lee, Jung Min;Park, Jong Kyoo;Lee, Kee Sung
Composites Research
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v.31
no.5
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pp.260-266
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2018
This study investigates thermal and mechanical characterization of Hafnium carbide coating on the $C_f-C$ composites. The hafnium carbide coatings by vacuum plasma spray on the C/C-SiC composites are prepared to evaluate oxidation and wear resistance. We perform the thermal durability tests by thermal cycling at $1200^{\circ}C$ for 10cycles in air and investigates the weight change of each cycle. We also evaluate the wear and indentation behavior using tungsten carbide ball indenter as a mechanical evaluation. As a result, the HfC coating is beneficial to reduce of weight loss during thermal cycling test and improve the elastic property of C/C-SiC composite. Especially, the HfC coating improves the wear resistance of C/C-SiC composite.
Murugan, Muthuvel;Ghoshal, Anindya;Walock, Michael J.;Barnett, Blake B.;Pepi, Marc S.;Kerner, Kevin A.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.1
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pp.37-52
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2017
Gas turbines operating in dusty or sandy environment polluted with micron-sized solid particles are highly prone to blade surface erosion damage in compressor stages and molten sand attack in the hot-sections of turbine stages. Commercial/Military fixed-wing aircraft engines and helicopter engines often have to operate over sandy terrains in the middle eastern countries or in volcanic zones; on the other hand gas turbines in marine applications are subjected to salt spray, while the coal-burning industrial power generation turbines are subjected to fly-ash. The presence of solid particles in the working fluid medium has an adverse effect on the durability of these engines as well as performance. Typical turbine blade damages include blade coating wear, sand glazing, Calcia-Magnesia-Alumina-Silicate (CMAS) attack, oxidation, plugged cooling holes, all of which can cause rapid performance deterioration including loss of aircraft. The focus of this research work is to simulate particle-surface kinetic interaction on typical turbomachinery material targets using non-linear dynamic impact analysis. The objective of this research is to understand the interfacial kinetic behaviors that can provide insights into the physics of particle interactions and to enable leap ahead technologies in material choices and to develop sand-phobic thermal barrier coatings for turbine blades. This paper outlines the research efforts at the U.S Army Research Laboratory to come up with novel turbine blade multifunctional protective coatings that are sand-phobic, sand impact wear resistant, as well as have very low thermal conductivity for improved performance of future gas turbine engines. The research scope includes development of protective coatings for both nickel-based super alloys and ceramic matrix composites.
Park, Soo-Dong;Yoon, Sang-Hoon;Kang, Ki-Cheol;Lee, Chang-Hee
Journal of Welding and Joining
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v.26
no.4
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pp.50-54
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2008
In this research, anode for SOFC has been manufactured from two different kinds of feedstock materials through thermal spraying process and the properties of the coatings were characterized and compared. One kind of feedstock was manufactured from spray drying method which includes nano-components of NiO, YSZ (300 nm) and graphite. And the other is manufactured by blending the micron size NiO coated graphite, YSZ and graphite powders as feedstock materials. Microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of the coatings as-sprayed, after oxidation and after hydrogen reduction containing nano composite which is prepared from spray-dried powders were evaluated and compared with the same properties of the coatings prepared from blended powder feedstock. The coatings prepared from the spray dried powders has better properties as they provide larger triple phase boundaries for hydrogen oxidation reaction and is expected to have lower polarization loss for SOFC anode applications than that of the coatings prepared from blended feedstock. A maximum electrical conductivity of 651 S/cm at $800^{\circ}C$ was achieved for the coatings from spray dried powders which much more than that of the average value.
Park, Young-Kyu;Kim, Sung-Hwi;Kim, Doo-Soo;Lee, Young-Chan;Choi, Cheol;Jung, Jin-Sung;Kim, Gil-Moo;Kim, Jae-Chul
Korean Journal of Materials Research
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v.10
no.4
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pp.312-316
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2000
A study has been made to investigate the effects of hot isostatic pressing(HIP ping) on bond strength and elevated temperature characteristics of thermal barrier coating(TBC). The specimens were prepared by HIPping of TBC which is composed of the ceramic top coat(8wt%$Y_2$$O_3$-$ZrO_2$) and the metallic bond coat on the matrix of IN738LC superalloy. The results showed that the porosity and microcracks in the ceramic top coat of TBC were significantly decreased by HIP. As a result, the bond strength of the HIPped coating was increased above 48% compared to that of as-coated specimen and microstructure was homogenized. It was found that the thermal cycle resistance of HIPped coating was inferior to that of as-coated specimen. It was considered that this result was mainly caused by the reduction of internal defects in the top coat layer which could play a role in relaxing the thermal stress due to a large difference in thermal expansion between TBC and matrix.
Song, Ki O;Cho, Tong Yul;Yoon, Jae Hong;Fang, W.;Youn, Seok Jo;Youn, Kuk Tae;Suh, Chang Hee;Hwang, Soon Young;Ha, Sung Sik
Korean Journal of Metals and Materials
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v.46
no.6
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pp.351-356
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2008
Thermally sprayed tungsten carbide-based powder coatings are being widely used for a variety of wear resistance applications. The coating deposited by high velocity processes such as high velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spraying is known to provide improved wear resistant property. In this study, optimal coating process (OCP) is obtained by the study of coating properties such as surface hardness, porosity, surface roughness and microstructure of 9 coatings prepared by Taguchi program for 3 levels of four spray parameters. The Friction and wear behaviors of HVOF WC-CoCr coating prepared by OCP, electrolytic hard chrome (EHC) plating and Inconel718 (In718) are investigated by reciprocating sliding wear test at $25^{\circ}C$, $450^{\circ}C$. Friction coefficients (FC) of all of the 3 samples are decreased as increasing sliding surface temperature from $25^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$. FC of WC-CoCr decreases as increasing the surface temperature from $0.33{\pm}0.02$ at $25^{\circ}C$ to $0.26{\pm}0.02$ at $450^{\circ}C$, showing the lowest FC among the 3 samples. Wear trace (WT) and wear depth (WD) of WC-CoCr are smaller than those of EHC and In718 both at $25^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$. These show that WC-CoCr is highly recommendable for protective coating on In718 and other metal components.
Kim, Hyug-Jong;Kim, Hee Gyu;Kang, In Gu;Kim, Min Wan;Yang, Ki Ho;Lee, Byung Cheol;Choi, Byung-Ho
Journal of Radiation Industry
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v.3
no.1
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pp.7-11
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2009
Hard magnet was usually used by coating $SiO_2$ ceramic thick films followed by the thermal annealing process. In this work, the alternative annealing process for NdFeB magnets using e-beam sources (1~2 MeV, 50~400 kGy) was investigated. NdFeB magnets was coated with ceramic thick films using the spray method. The optimal annealing parameter for e-beam source reveals to be 1 MeV and 300 kGy. The sample prepared at 1 MeV and 300 kGy was characterized by the analysis of the surface morphology, film hardness, adhesion and chemical stability. The mechanical property of thick film, especially film hardness, is better than that of thermal annealed samples at $180^{\circ}C$. As a result, e-beam annealing process will be one of candidate and attractive heat treatment process. In future, manufacturing process will be carried out in cooperation with the magnet company.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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