It is pointed out that non-wetting behavior of liquid Zn alloy occurs on high-tensile strength steels, which usually contain Si and Mn. There have been a lot of investigations to improve the above wettability of liquid Zn alloy with steels containing Si and Mn. Although those studies evaluated the wettability qualitatively by observation of the surface of steels galvanized by Zn or exfoliation test of Zn with substrate steels and so on, it is required to evaluate the wettability of liquid Zn with steels by measuring contact angle, work of adhesion, spreading velocity etc. which are usually used to assessment of general wetting behavior. In the present work, we evaluated the wettability of liquid Zn with steels containing Si and Mn by applying a sessile drop method to measure the change in contact angle and diameter of liquid Zn droplet wetted on steels.
The reactive wetting behaviors of molten Zn-Al-Mg alloys on MnO- and amorphous (a-) $SiO_2$-covered steel sheets were investigated by the sessile drop method, as a function of the Al and Mg contents in the alloys. The sessile drop tests were carried out at $460^{\circ}C$ and the variation in the contact angles (${\theta}_c$) of alloys containing 0.2-2.5 wt% Al and 0-3.0 wt% Mg was monitored for 20 s. For all the alloys, the MnO-covered steel substrate exhibited reactive wetting whereas the $a-SiO_2$-covered steel exhibited nonreactive, nonwetting (${\theta}_c>90^{\circ}$) behavior. The MnO layer was rapidly removed by Al and Mg contained in the alloys. The wetting of the MnO-covered steel sheet significantly improved upon increasing the Mg content but decreased upon increasing the Al content, indicating that the surface tension of the alloy droplet is the main factor controlling its wettability. Although the reactions of Al and Mg in molten alloys with the $a-SiO_2$ layer were found to be sluggish, the wettability of Zn-Al-Mg alloys on the $a-SiO_2$ layer improved upon increasing the Al and Mg contents. These results suggest that the wetting of advanced high-strength steel sheets, the surface oxide layer of which consists of a mixture of MnO and $SiO_2$, with Zn-Al-Mg alloys could be most effectively improved by increasing the Mg content of the alloys.
The effect of dewpoints on annealing behavior and coating characteristics such as wettability and galvannealing kinetics was studied by annealing 0.3wt%Si - 0.1~0.4wt% Mn added interstitial-free high strength steels(IF-HSS). The 0.3wt%Si-0.1wt%Mn steel exhibited good wettability with molten zinc and galvannealing kinetics after annealing when the dewpoint of $H_2-N_2$ mixed gas was above $-20^{\circ}C$. It is shown that the wettability and galvannealing kinetics are directly related to the coverage of the external(surface) oxide formed by selective oxidation during annealing. At $N_2-15%H_2$ annealing atmosphere, the increase of dewpoint results in a gradual transition from external to internal selective oxidation. The decrease of external oxidation of alloying elements with a concurrent increase of their subsurface enrichment in the substrate, showing a larger surface area that was free of oxide particles, contributed to the improved wettability and galvannealing kinetics. On the other hand, the corresponding wettability and galvannealing kinetics were deteriorated with the dewpoints below $-20^{\circ}C$. The continuous oxide layer of network and/or film type was formed on the steel surface, leading to the poor wettability and galvannealing kinetics. It causes a high contact angle between annealed surface and molten zinc and plays an interrupting role in interdiffusion of Zn and Fe during galvannealing process.
금속기판과 액체금속의 젖음성은 일반적으로 액적법 (sessile drop)에 의해 고체와 액체간의 접촉각 측정을 통해서 알 수 있다. 이러한 방법에 의한 젖음성 실험결과는 고체와 액체계면에서의 반응이 무시될 수 있는 경우에 적용가는 하지만 연속용용도금공정과 같이 용융된 금속내부로 강판이 인입되는 과정에서 계면반응이 동적으로 진행되는 과정에서의 젖음성을 모사하기에는 이러한 방법의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 용융도금공정과 유사하게 소둔열처리된 저탄소강판이 환원성분위기내에서 Zn 및 Zn-Al 용융도금욕 내부로 연속적으로 인입되는 과정에서의 젖음력 및 접촉각 등의 측정을 통해 실제 도금공정상의 도금성과 젖음성의 연관성을 규명하고자하였다. 연구결과 일반적인 Zn 도금욕의 경우 젖음성이 양호하지만 Al함량이 높은 경우에는 젖음성이 좋지 못한 것으로 나타났다.
In order to investigate the effects of microstructure Oil film on the welding spatter in Zn electroplated steel, Zn electroplated surface and layer structure with USS-Paddition was observed using XRD, XPS and optical microscopy. Wettability of water drop on the Zn electroplated steel surface was measured using Z.Mei model. Oil absorption test was carried out using Oil pen. Morphology of spot welding and spatter with USS-P addition, applied current, and oil-spray or oil-without was observed using SEM and optical microscopy. Surface morphology of Zn electroplated steel showed finer structure as USS-P content increased. Wettabiliy on the Zn electroplated surface decreased with increasing USS-P content. Size of welding trace increased and spatter occured arround the welding part as applied current increased, whereas spatter disappeared as USS-P content increased and disappeared in case of oil spraying on the Zn electroplated surface.
초경합금입자와 탄소강사이의 브레이징 접합부 특성을 평가하였다 선택된 두 종류의 삽입금속은 기계적 합금 공정으로 만들어졌다. 한 가지는 Cu, Zn, Ag (MIM-1) 그리고 다른 한 가지는 Cu, Zn, Ag과 Cd(MIM-2)로 구성하였다. 삽입금속들의 화학조성은 AWS BAg-20계와 BAg-2a계의 성분과 유사하였다. 그리고 상용삽입금속들(CIM-1, CIM-2) 역시 비교 평가하였다. 삽입금속들의 특성은 젖음성 시험, 전단강도 시험, 그리고 미세조직 관찰로서 나타내었다. 젖음성 시험에서 MIM-1과 CIM-1 삽입금속의 젖음각이 MIM-2와 CIM-2보다 크게 나타났고, MIM-1의 젖음각이 CIM-1보다 더 큰 값을 나타났지만 모든 경우 젖음각이 $25^{\circ}$보다 작았다. 삽입금속, MIM-1이 가장 높은 전단강도를 나타냈고, 그 값은 $2.29{\times}10^2MPa$로 측정되었다. 이 값은 상용 삽입금속의 값과 같거나 높은 것으로 나타났다. 삽입금속의 미세조직은 Cu-rich 초정영역과 Ag-rich 공정영역으로 구성되었다. MIM-1계로 만들어진 초경합금과 탄소강의 접합부는 일부 접합부 계면에 기공을 포함하지만 초정을 기지로 하는 안정적인 미세조직을 나타냈다.
The study was carried out to examine in more detail metallurgical and mechanical properties of brazed joints of diamond cutting wheel. In this work, shank(mild steel) and sintered bronze-base tips were brazed with three different filler materials(W-40, BAgl and BAg3S). The machine used in this work was a high frequency induction brazing equipment. The joint thickness, porosities and microstructure of brazed joints with brazing variables(brazing temperature, holding time) were evaluated with OLM, SEM, EDS and XRD. Bending(torque) test was also performed to evaluate strength of brazed joints. Further wetting test was performed in a vacuum furnace in order to evaluate the wettability of filler metals on base metals9shank and tips). The brazing temperature had a strong influence on the joint strength and the optimum brazing temperature range was about $700~850^{\circ}C$ for the bronze/steel combinations. The strength of the brazed joint was found to be influenced by the three factors : degree of reaction region, porosity content, joint thickness. The reaction region was formed in the bronze-base tip adjacent to the joint. The reaction region resulted in a bad influence on the strength due to the formation of Cu5.6Sn, CuZn4, $\beta(CuZn)$ and CdAg, etc. Porosities increased as brazing variables(brazing temperature, holding time) increased, and the brazed joints with porosities of less than about 3-5% had an optimum strength for the bronze-base tip.
In continuous hot dip galvanizing process, oxide formation on steel surface has an influence on Zn wetting. High strength automotive steel contains high amount of Si and Mn, where Si-Mn composite oxides such as $Mn_2SiO_4$ or $MnSiO_3$ covers the surface after annealing. Zn wetting depends on how the aluminothermia reaction can reduce the Mn-Si composite oxides and then form inhibition layer such as $Fe_2Al_5$ on the steel surface. The outward diffusion of metallic ions such as $Mn^{2+}$, $Si^{2+}$ in the steel matrix is very important factor for the formation of the surface oxides on the steel surface. The surface state and grain boundaries provide an important role for the diffusion and the surface oxide reactions. Some elements such as P, Sb, and B have a strong affinity for the interface precipitation, and it influence the diffusivity of metallic ions on grain boundaries. B oxide forms very rapildly on the steel surface during the annealing, and this promote complex oxides with $SiO_2$ or MnO. P has inter-reacted with other elements on the grain boundaries and influence the diffusion through on them. Small addition of Sb could suppress the decarburization from steel surface and retards the formation of internal and external selective oxides on the steel surface. Interface control by the trace elements such as Sb could be available to improve the Zn wettability during the hot dip galvanizing.
The continuous growth method was developed for Mn-Zn Ferrite single crystals. It is a new process that the polycrystalline MnχZn1-χFe2O4 raw materials are supplied continuously from the powder feeding system to the crucible heated by R.F. induction and melted in the crucible, and after the single crystals seed is attached to crucible's hole, the crystals are pulled downward with rotation. Growing the crystals by using the growth method different from the conventional Bridgman or Floating Zone method, we defined the factors having effect on the crystal growing through the pre-experiments. They are temperature distribution in the crucible, melt velocity according to its height, wettability between the crucible's bottom and melt. Therefore, Mn-Zn Ferrite single crystals were to be grown by attaining the appropriate melt height in the crucible, powder feeding rate, temperature gradient between the crucible and interface, crystal growing speed, and this method was confirmed to have possibility for single crystal growing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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