Titanium is the ninth most abundant element in the Earth's crust and is the fourth most abundant structural metal after aluminum, iron, and magnesium. It exhibits a higher specific strength than steel along with an excellent corrosion resistance, highlighting the promising potential of titanium as a structural metal. However, titanium is difficult to extract from its ore and is classified as a rare metal, despite its abundance. Therefore, the production of titanium is exceedingly low compared to that of common metals. Titanium is conventionally produced as a sponge by the Kroll process. For powder metallurgy (PM), hydrogenation-dehydrogenation (HDH) of the titanium sponge or gas atomization of the titanium bulk is required. Therefore, numerous studies have been conducted on smelting, which replaces the Kroll process and produces powder that can be used directly for PM. In this review, the Kroll process and new smelting technologies of titanium for PM, such as metallothermic, electrolytic, and hydrogen reduction of TiCl4 and TiO2 are discussed.
The present study conducted computational simulation for multiphase flow in the flame spray coating process with commercially available Ni-Cr powders. The flows in a flame spray gun is characterized by very complex phenomena including combustion, turbulent flows, and convective and radiative heat transfer. In this study, we used a commercial computational fluid dynamics (CFD) code of Fluent (ver. 6.3.26) to predict gas dynamics involving combustion, gas and particle temperature distributions, and multi-dimensional particle trajectories with the use of the discrete phase model (DPM). We also examined the effect of particle size on the flame spray process. It was found that particle velocity and gas temperature decreased rapidly in the radial direction, and they were substantially affected by the particle size.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.135-140
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2010
The high specific impulse of the ramjet engine, combined with the ability of a gel to carry metal particles, make the Gel Fuel Ramjet a most adequate solution for a mid-high range sustainer. The goal of the present study is to verify experimentally the feasibility of such a concept. A test facility and a lab-scale motor have been designed and built to investigate atomization, ignition and firing processes of a gel hydrocarbon fuel, with and without metal additives, as well as to check the ramjet operation as a whole. The present paper presents the experimental system in detail as well as qualitative results of a few firing tests.
Inkjet printing is one of the direct writing technologies and is able to form a pattern onto substrate by dispensing droplets in desired position. Also, by inkjet technology manufacturing time and production costs can be reduced, and procedures can be more efficient. To form a metal pattern, it must be harmonized with conductive nano ink, printing process, sintering, and surface treatment. In this study, micro patterning of conductive line has been investigated using the piezoelectric printhead driven by a bipolar voltage signal is used to dispense $20-40{\mu}m$ diameter droplets and silver nano ink which consists of 50 nm silver particles. In addition, hydrophobic treatment of surface, overlap printing techniques, and sintering conditions with changing temperature and times to achieve higher conductivity.
Kim, Byeong-Joo;Lee, Chul-Sun;Lee, Jong-Beom;Lee, Jae-Hun;Moon, Seung-Hyun;Lee, Hee-Gyoun;Hong, Gye-Won
Progress in Superconductivity
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v.13
no.2
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pp.127-132
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2011
Many research groups have been manufacturing coated conductor by various processes such as PLD, MOD, and MOCVD, but the methods with production cost suitable for wide and massive application of coated conductor did not develop yet. Spray pyrolysis method adopting ultrasonic atomization was tried as one of the possible option. GdBCO precursor films have been deposited on IBAD substrate by spray pyrolysis method at low temperature and converted to GdBCO by post heat treatment. Ultrasonic atomization was used to generate fine droplets from precursor solution of Gd, Ba, and Cu nitrate dissolved in water. Primary GdBCO films were deposited at $500^{\circ}C$ and oxygen partial pressure of 1 torr. After that, the films were converted at various temperatures and low oxygen partial pressures. C-Axis oriented films were obtained IBAD substrates at conversion temperature of around $870^{\circ}C$ and oxygen partial pressures of 500 mtorr ~ 1 torr in a vacuum. Thick c-axis epitaxial film with the thickness of 0.4 ~ 0.5 ${\mu}m$ was obtained on IBAD substrate. C-axis epitaxial GdBCO films were successfully prepared by ex-situ methods using nitrate precursors on IBAD metal substrate. Converted GdBCO films have very dense microstructures with good grain connectivity. EDS composition analysis of the film showed a number of Cu-rich phase in surface. The precursor solution having high copper concent with the composition of Gd : Ba : Cu = 1 : 2 : 4 showed the better grain connectivity and electrical conductivity.
Geonwoo Baek;Mohsen Saboktakin Rizi;Yeeun Lee;SungJae Jo;Joo-Hyun Choi;Soon-Jik Hong
Journal of Powder Materials
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v.30
no.1
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pp.13-21
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2023
In additive manufacturing, the flowability of feedstock particles determines the quality of the parts that are affected by different parameters, including the chemistry and morphology of the powders and particle size distribution. In this study, the microstructures and flowabilities of gas-atomized heat-resistant alloys for additive manufacturing applications are investigated. A KHR45A alloy powder with a composition of Fe-30Cr-40Mn-1.8Nb (wt.%) is fabricated using gas atomization process. The microstructure and effect of powder chemistry and morphology on the flow behavior are investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and revolution powder analysis. The results reveal the formation of spherical particles composed of single-phase FCC dendritic structures after gas atomization. SEM observations show variations in the microstructures of the powder particles with different size distributions. Elemental distribution maps, line scans, and high-resolution XPS results indicate the presence of a Si-rich oxide accompanied by Fe, Cr, and Nb metal oxides in the outer layer of the powders. The flowability behavior is found to be induced by the particle size distribution, which can be attributed to the interparticle interactions and friction of particles with different sizes.
Sung-Min, Kim;Eun-Ji, Cha;Do-Hun, Kwon;Sung-Uk, Hong;Yeon-Joo, Lee;Seok-Jae, Lee;Kee-Ahn, Lee;Hwi-Jun, Kim
Journal of Powder Materials
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v.29
no.6
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pp.459-467
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2022
Soft magnetic powder materials are used throughout industries such as motors and power converters. When manufacturing Fe-based soft magnetic composites, the size and shape of the soft magnetic powder and the microstructure in the powder are closely related to the magnetic properties. In this study, Fe-Si-Al-P alloy powders were manufactured using various manufacturing process parameter sets, and the process parameters of the vacuum induction melt gas atomization process were set as melt temperature, atomization gas pressure, and gas flow rate. Process variable data that records are converted into 6 types of data for each powder recovery section. Process variable data that recorded minute changes were converted into 6 types of data and used as input variables. As output variables, a total of 6 types were designated by measuring the particle size, flowability, apparent density, and sphericity of the manufactured powders according to the process variable conditions. The sensitivity of the input and output variables was analyzed through the Pearson correlation coefficient, and a total of 6 powder characteristics were analyzed by artificial neural network model. The prediction results were compared with the results through linear regression analysis and response surface methodology, respectively.
Fe based ($Fe_{68.2}C_{5.9}Si_{3.5}B_{6.7}P_{9.6}Cr_{2.1}Mo_{2.0}Al_{2.0}$) amorphous powder were produced by a gas atomization process, and then ductile Cu powder fabricated by the electric explosion of wire(EEW) were mixed in the liquid (methanol) consecutively. The Fe-based amorphous - nanometallic Cu composite powders were compacted by a spark plasma sintering (SPS) processes. The nano-sized Cu powders of ${\sim}\;nm$200 produced by EEW in the methanol were mixed and well coated with the atomized Fe amorphous powders through the simple drying process on the hot plate. The relative density of the compacts obtained by the SPS showed over 98% and its hardness was also found to reach over 1100 Hv.
The present work is an attempt to evaluate the relationship between dendrite arm spacing and average cooling rate in gasatomized $Al_{87.3}misch$$metal_{8.3}Ni_{4.4}$ powder by means of the following methods. One is calculation of heat transfer coefficient and average cooling rate, which are derived from estimated particle velocity during gas-atomization. The other is measurement of secondary dendrite arm spacing, which are observed on the particle surface. Then, we make experimental equation for this relationship in case of permanent mold casting and compare it with similar equation in case of rapidly solidified powder. Both average cooling rates and solidification rates are considered to represent the variance of dendrite arm spacings in two types soidification route. Even though there is a considerable difference in each average cooling rate, the dendrite arm spacing values are similar in two cases; particle diameter, $100\;{\mu}m$, and casting width, 2.05 mm. It is because that each solidification route has similar solidification rate.
The present study aims to examine the influence of flame spray distance on the thermal behavior of micro-metal particles and the morphological characteristics of $Ni_{20}Cr$ layers coated on the preheated SCM415 substrates by using the conventional flame spray system. Commercially available nickel-based $Ni_{20}Cr$ particles with a mean diameter of $45{\mu}m$ were used. In addition, CFD simulations using a commercial code (FLUENT ver. 6.3.26) were conducted to estimate temperature and velocity distributions of the continuous and discrete phases before impact on the substrate. From FE-SEM images of coated layers on the substrates, it was observed that as the spray distance decreased, the metal particle morphology showed splash-like patterns and such a short stretch shape, resulting from higher particle momentums and the impact of partially melted particles. Moreover, it was found that the spray distance should be considered as one of important parameters in controlling the porosity and the adhesion strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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