Recently, new functionally graded material(FGM) that has a spatial variation in composition and properties is developed because of its good quality. This material yields the demands for resistance to corrosion and high temperature in turbine blade, wear resistance as in gears and high strength machine parts. Especially coating treatment in FGM surface brings forth a mechanical weak at the interface due to discontinuous stress resulting from a steep material change. It often, leads cracks or spallation in a coating area around an interface. The behavior of propagation cracks in FGMs was here investigated. The interface stresses were reduced because of graded material properties. Also graded material parameter with exponential equation was founded to influence the stress intensity factor. And the resistance curve with FGM coating was slightly increased.
Composite plating is a method of co-depositing fine particles of metallic, non-metallic compound or polymers in the plated layer to improve material properties such as were-resistance, lubrication, or corrosion resistance. Graded Ni-Sic composite coating were produced in this research. Prior to produce Graded Ni-SiC composite coatings, effects of particle size, particle content, pH of electrolyte, temperature, current density, stirring rate on the amount of SiC deposited in the Ni layer were investigated. By manipulating current density and plating time properties of these coating were evaluated by micro-indentation hardness test.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2003.10a
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pp.59-59
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2003
In recent, various functional coatings on artificial tooth implants have been conducted to enhance the bonding strength between implants and bones. Despite of these efforts, some previous reports argued that an adhesion strength between titanium implant and the final coatings like hydroxyapatite(HA) is weaker than the strength between coating and bone. In order to increase the adhesion force between the final coating and implant surface, TiN/DLC based functionally graded coating, which has higher mechanical strength than the titanium implant, was applied as a middle layer between titanium implant and final coating. Particularly we finally coated a biocompatible hydroxyapatite film on the DLC layer and examined the mechanical properties. As a result, TiN/DLC based functionally graded coating showed the higher adhesion strength compared with hydroxyapatite single layer coating on the titanium implant.
Park, Cha-Hwan;Lee, Won-Jae;Cho, Kyung-Mox;Park, Ik-Min
Corrosion Science and Technology
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v.2
no.3
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pp.155-160
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2003
Plasma spraying technique was used to fabricate functionally graded coating (FGC) of NiCrAIY/YSZ 8wt%$Y_2O_3-ZrO_2$ on a Co-base superalloy (HAYNES 188) substrate. Six layers were coated on the substrate for building up compositionally graded architecture. Conventional thermal barrier coating (TBC) of NiCrAIY/SZ with sharp interface was also fabricated. As-coated FGC and TBC samples were exposed at the temperature of $1100^{\circ}C$ for 10, 50, 100 hours in air. Microstructural change of thermally exposed samples was examined. Pores and microcracks were formed in YSZ layer due to evolution of thermal internal stress at high temperature. The amount of pores and microcracks in YSZ layer were increased with increasing exposure time at high temperature. High temperature oxidation of coatings occurred mainly at the NiCrAIY/YSZ interface. In comparison with the case of TBC. the increased area of the NiCrAIY/YSZ interface in FGC is likely to attribute to forming the higher amount of oxides.
NiCrAlY/YSZ(8wt%$Y_2O_3-ZrO_2$) functionally graded thermal barrier coating (FGC) layers on a Co-base superalloy (HAYNESS 188) substrate were fabstrate were fabicated using Ar shielded single torch air plasma spraying method. Functional grading with the stepwise compositional change throughout layer thickness. Microstructural observation trvealed a successful fabrication of NiCrAlY/YSZ FGC. From the results of the curvature measurement, adhesive strength measurement and thermal shock test for the FGC, it was concluded that the optimum conditions of functionally graded coating layer thinkness and compositional pattern exit to enhance the properties of FGC, which is closely related to the internal residual stess distribution witin it.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.9
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pp.4139-4145
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2012
This paper shows an antireflection coating design skill for utilization the thin-film silicon solar cell in the future. The reflectivity of each index profile previously suggested as linear, cubic and quintic function has been calculated and compared. Each index profile is applied to the antireflection coating consisting of 6 layers with 180nm thickness. Also we suggest the graded index profile and compare it's reflectivity to the linear, cubic and quintic's ones. As a results we find the reflectivity generally decreases as the order goes to higher. However the reflectivity in the graded index profile shows the higher(lower) value than ones in the linear, cubic and quintic especially in the shorter(longer) wavelength range from 500 nm to below 700 nm(above 700 nm to 800 nm). Therefore we find that the graded index profile structure could be applied for the better antireflection coating design scheme especially for optical device and optical filter in the range of from deep red to infrared.
In the case of using high temperature by coating ceramic/metal, large stress was produced due to difference of thermal expansion coefficient between those. And then lead to delamination. In order to relaxation of the stress A1$_2$O$_3$/SS316 composite powders with $10wt.%Al_2O_3$ compositional gradient and $10wt.%Al_2O_3$ agglomerated powder were made by spray drying method. These powders were sintered to improve the strength and to be plasma sprayed in order to fabricate the FGC(functionally graded coating). The influence of gun power, working distance and Ar pressure on the microstructure of the coating layer was studied in order to optimize the plasma spray conditions. It was proven that the optimum conditions were 40kw gun power, 5cm working distance and $100ft^3/h$ Ar flow for both powders. FGC with 10 compositional steps was fabricated and the total thickness was 1.3mm. FGC was heat treated at $1100^{\circ}C$for 10hours to evaluate the heat resisting characteristics.
This paper considers the smooth receding contact problem between a homogeneous half-plane and a composite laminate composed of an inhomogeneously coated elastic layer. The inhomogeneity of the elastic modulus of the coating is approximated by an exponential function along the thickness dimension. The three-component structure is pressed together by either a concentrated force or uniform pressures applied at the top surface of the composite laminate. Both semianalytical and finite element analysis are performed to solve for the extent of contact and the contact pressure. In the semianalytical formulation, Fourier integral transformation of governing equations and boundary conditions leads to a singular integral equation of Cauchy-type, which can be numerically integrated by Gauss-Chebyshev quadrature to a desired degree of accuracy. In the finite element modeling, the functionally graded coating is divided into homogeneous sublayers and the shear modulus of each sublayer is assigned at its lower boundary following the predefined exponential variation. In postprocessing, the stresses of any node belonging to sublayer interfaces are averaged over its surrounding elements. The results obtained from the semianalytical analysis are successfully validated against literature results and those of the finite element modeling. Extensive parametric studies suggest the practicability of optimizing the receding contact peak stress and the extent of contact in multilayered structures by the introduction of functionally graded coatings.
In this study, interaction of several interface cracks located between a functionally graded material (FGM) layer and an elastic layer under anti-plane deformation based on the distributed dislocation technique (DDT) is analyzed. The variation of the shear modulus of the functionally graded coating is modeled by an exponential and linear function along the thickness of the layer. The complex Fourier transform is applied to governing equation to derive a system of singular integral equations with Cauchy type kernel. These equations are solved by a numerical method to obtain the stress intensity factors (SIFs) at the crack tips. The effects of non-homogeneity parameters for exponentially and linearly form of shear modulus, the thickness of the layers and the length of crack on the SIFs for several interface cracks are investigated. The results reveal that the magnitude of SIFs decrease with increasing of FG parameter and thickness of FGM layer. The values of SIFs for FGM layer with exponential form is less than the linear form.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.5
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pp.565-570
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2017
The various techniques proposed previously to obtain a good antireflection(AR) coating induce a scattering of incident light by nanoparticles or control the refractive index by using different materials. This paper compares a suggested graded index profile with the quintic index profile previously suggested for producing an index profile that gives good performance from an AR coating. We assume the structure of the AR coating has three, six, and nine layers with 180 nm total thickness. The wavelength of incident light ranges from 300 nm to 1100 nm. We use the transfer matrix theory for a single layer to obtain the reflectivity of three, six, and nine layers. The reflectivity of two different index profiles with three, six, and nine layers is compared. As a result, the suggested graded index profile shows lower reflectivity than the quintic index profile with three layers, especially in the wavelength range from about 600 nm to 1100 nm. Therefore, we expect that these results can be applied to optical devices and filters in the range from visible(red) to near infrared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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