최초의 준결정은 급냉응고된 Al-Mn계에서 1984년에 세흐트만에 의해서 발견되었다. 준결정은 준주기적인 장범위 병진규칙을 가지고 5회, 8회, 10회, 12회 회전대칭을 가지며 결정과 비정질과는 다른 결정학적으로 새로운 형태이다. 준결정재료는 높은 강도, 낮은 마찰계수, 내산화성, 내마모성, 내부식성, 낮은 열전도도와 ...
최초의 준결정은 급냉응고된 Al-Mn계에서 1984년에 세흐트만에 의해서 발견되었다. 준결정은 준주기적인 장범위 병진규칙을 가지고 5회, 8회, 10회, 12회 회전대칭을 가지며 결정과 비정질과는 다른 결정학적으로 새로운 형태이다. 준결정재료는 높은 강도, 낮은 마찰계수, 내산화성, 내마모성, 내부식성, 낮은 열전도도와 전기전도도, 광학적인 특징들을 갖고 있다. 하지만 벌크상태에서 나쁜 취성을 갖고 있다. 따라서 기계적, 화학적, 광학적인 성질을 가지면서 준결정의 취성을 보완하는 연구가 지금 진행중에 있다. 예를들어 용사코팅은 내마모재와 열장벽 재료로서 사용되어진다. 본 연구에서는 Al계 준결정합금 조성들은 그들의 구조와 e/a 비에 따라서 선택되어졌다. 질소가스분위기하에서 가스분무법에 의하여 Al-Ni-Co-Si 합금을 제조하였다. 가스분무법에 의해 얻어진 분말들은 -200∼+400mesh 크기의 분말을 얻기위해서 체로 분류하였다. 준결정 코팅은 air plasma spraying(APS)와 high velocity oxy-fuel(HVOF) 두가지 용사방법을 이용하여 304스테인레스강을 기판으로 사용하여 그위에 준결정 분말을 코팅시켰다. 플라즈마 코팅의 두께는 600㎛ 이고 HVOF 코팅의 두께는 260㎛ 이다. 실험조건을 변화시키면서 준결정 코팅층의 마찰 마모실험을 행하였다. flat-on-plate 방법에서 counterpart 재료로서 Cr 코팅된 cast iron 디스크를 사용하면서 마찰 마모실험을 행하였다. 이러한 실험과정중에서 마찰계수는 디스크 이동거리인 100 ∼ 570m 구간사이에서 구해졌다. 준결정코팅과 Cr 코팅된 cast iron 디스크사이에서의 마모는 실험후 마모량을 측정함으로써 얻었다. 마찰 마모 실험후 준결정코팅과 Cr 코팅된 cast iron 디스크위에서 생긴 마모트랙과 마모 debris의 분석은 SEM을 이용하였다. 마찰계수의 값은 플라즈마 코팅의 경우 0.36 값을 가지며 HVOF 코팅의 경우 0.43 값을 가진다. 마멸값은 용사방법과 실험조건에 따라 강하게 의존하였다. 비록 마찰계수가 코팅하는 용사방법의 종류에 관계없이 대략적으로 일정한 값을 가지지만 마모거동에서는 큰 차이점이 있었다. 사실상 APS 코팅은 porosity를 많이 가지고 있기 때문에 HVOF 코팅보다 내마모성이 나쁘다. 마찰 마모거동에서 위와 같은 결과를 보여준 것은 debris와 porosity의 효과로 고찰되어진다. 두꺼운 intermediate layer를 형성할수록 낮은 마모률을 나타내었다. 작은 마모 debris의 덩어리로 형성된 큰 원기둥모양의 입자들이 abrasion 마모 메커니즘을 감소시키는 것으로 사료된다. 준결정코팅의 마찰 마모성질은 고온에서도 측정되었는데, 상온에서보다 450도씨에서 낮은 마찰계수와 낮은 마모률을 보였다. 자동차엔진의 실린더나 피스톤링과 같은 산업용으로 이용하는 대부분의 기계는 고온에 노출되어 있기 때문에 준결정 코팅의 마찰, 마모 특성은 좋다.
최초의 준결정은 급냉응고된 Al-Mn계에서 1984년에 세흐트만에 의해서 발견되었다. 준결정은 준주기적인 장범위 병진규칙을 가지고 5회, 8회, 10회, 12회 회전대칭을 가지며 결정과 비정질과는 다른 결정학적으로 새로운 형태이다. 준결정재료는 높은 강도, 낮은 마찰계수, 내산화성, 내마모성, 내부식성, 낮은 열전도도와 전기전도도, 광학적인 특징들을 갖고 있다. 하지만 벌크상태에서 나쁜 취성을 갖고 있다. 따라서 기계적, 화학적, 광학적인 성질을 가지면서 준결정의 취성을 보완하는 연구가 지금 진행중에 있다. 예를들어 용사코팅은 내마모재와 열장벽 재료로서 사용되어진다. 본 연구에서는 Al계 준결정합금 조성들은 그들의 구조와 e/a 비에 따라서 선택되어졌다. 질소가스분위기하에서 가스분무법에 의하여 Al-Ni-Co-Si 합금을 제조하였다. 가스분무법에 의해 얻어진 분말들은 -200∼+400mesh 크기의 분말을 얻기위해서 체로 분류하였다. 준결정 코팅은 air plasma spraying(APS)와 high velocity oxy-fuel(HVOF) 두가지 용사방법을 이용하여 304스테인레스강을 기판으로 사용하여 그위에 준결정 분말을 코팅시켰다. 플라즈마 코팅의 두께는 600㎛ 이고 HVOF 코팅의 두께는 260㎛ 이다. 실험조건을 변화시키면서 준결정 코팅층의 마찰 마모실험을 행하였다. flat-on-plate 방법에서 counterpart 재료로서 Cr 코팅된 cast iron 디스크를 사용하면서 마찰 마모실험을 행하였다. 이러한 실험과정중에서 마찰계수는 디스크 이동거리인 100 ∼ 570m 구간사이에서 구해졌다. 준결정코팅과 Cr 코팅된 cast iron 디스크사이에서의 마모는 실험후 마모량을 측정함으로써 얻었다. 마찰 마모 실험후 준결정코팅과 Cr 코팅된 cast iron 디스크위에서 생긴 마모트랙과 마모 debris의 분석은 SEM을 이용하였다. 마찰계수의 값은 플라즈마 코팅의 경우 0.36 값을 가지며 HVOF 코팅의 경우 0.43 값을 가진다. 마멸값은 용사방법과 실험조건에 따라 강하게 의존하였다. 비록 마찰계수가 코팅하는 용사방법의 종류에 관계없이 대략적으로 일정한 값을 가지지만 마모거동에서는 큰 차이점이 있었다. 사실상 APS 코팅은 porosity를 많이 가지고 있기 때문에 HVOF 코팅보다 내마모성이 나쁘다. 마찰 마모거동에서 위와 같은 결과를 보여준 것은 debris와 porosity의 효과로 고찰되어진다. 두꺼운 intermediate layer를 형성할수록 낮은 마모률을 나타내었다. 작은 마모 debris의 덩어리로 형성된 큰 원기둥모양의 입자들이 abrasion 마모 메커니즘을 감소시키는 것으로 사료된다. 준결정코팅의 마찰 마모성질은 고온에서도 측정되었는데, 상온에서보다 450도씨에서 낮은 마찰계수와 낮은 마모률을 보였다. 자동차엔진의 실린더나 피스톤링과 같은 산업용으로 이용하는 대부분의 기계는 고온에 노출되어 있기 때문에 준결정 코팅의 마찰, 마모 특성은 좋다.
The first quasicrystals were discovered by Shechtman et al. in 1984 during a study of rapidly solidified Al-Mn alloys. Quasicrystals(QCs) are a new form of matter which differs from the other two known forms, crystalline and amorphous, by possessing a new type of long-range translational order, quas...
The first quasicrystals were discovered by Shechtman et al. in 1984 during a study of rapidly solidified Al-Mn alloys. Quasicrystals(QCs) are a new form of matter which differs from the other two known forms, crystalline and amorphous, by possessing a new type of long-range translational order, quasiperiodicity, and a noncrystallographic orientational order associated with the classically forbidden five-fold, eight-fold, ten-fold, and 12-fold symmetry axes. Research with quasicrystalline materials has demonstrated many desirable characteristics such as high hardness, low friction, oxidization and corrosion resistance, low thermal and electrical conductivity, and unusual optical properties. The shortcoming of quasicrystals generally manifests itself as extreme brittleness in the bulk form at ambient temperature up to O.7T_m. A universal goal of these efforts is the desire to mitigate the brittle behavior of the quasicrystals while still maintaining their desirable mechanical, chemical, or optical properties. Generally thermal sprayed coatings are used for wear resistant coatings and thermal barrier coatings. In the present study, aluminum based quasicrystalline alloy compositions were selected according to their structure and e/a ratio. Powders of Al-Ni-Co-Si alloys were produced by gas-atomization under protective N_(2) atmosphere. The gas-atomized powders were sieved to have a size range of -200∼+400mesh. Quasicrystalline coatings were deposited onto 304 stainless steel substrates using two thermal spraying techniques: high velocity oxy-fuel (HVOF) and air plasma spraying (APS). The thickness of plasma coating layer is 600㎛ and the thickness of HVOF coating layer is 260㎛. The friction and wear performances of the coatings were evaluated varying testing conditions. In testing conditions corresponding to high sliding velocity, the performance of the resulting coatings was compared using Cr coated cast iron disks as counterparts in sliding wear tests. During these trials, the coefficient of friction between the two sliding parts was monitored between 100m and 570m to sliding distance of disc. For each couple, the wear of both the coating and the chromium coated cast iron disk during the trial was determined by measuring the weight loss following the test. Analysis of the wear debris and of the wear track on both the coating and Cr coated cast iron disk was performed using a scanning electron microscope. Friction coefficient of the plasma coating is 0.36 and friction coefficient of the HVOF coating is 0.43. The study showed that although the coefficient of friction was approximately the same for all the couples under investigation regardless of the thermal spraying technique used to deposit the coatings, there were differences in the wear performance. In particular, the results indicated that the APS-deposited coatings, which had a higher level of porosity, exhibited a lower wear resistance than the HVOF-processed coatings. The results have been interpreted in terms of the effect of porosity on the role of debris in the friction and wear process. It was shown that test conditions favorable for the formation of thick intermediate layers led to low wear rates. Large cylindrical particles, formed by agglomeration of small wear debris, were suggested as a beneficial factor for the reduction of the abrasion wear mechanism. The tribological properties of quasicrystalline coatings were also evaluated at high temperature, and this work showed that friction and wear performances were better at 450℃ than at room temperature. These tribological properties of quasicrystalline coating layers are extremely promising since most of the components used in industrial applications are exposed to high temperature such as cylinder and piston rings in automotive engines.
The first quasicrystals were discovered by Shechtman et al. in 1984 during a study of rapidly solidified Al-Mn alloys. Quasicrystals(QCs) are a new form of matter which differs from the other two known forms, crystalline and amorphous, by possessing a new type of long-range translational order, quasiperiodicity, and a noncrystallographic orientational order associated with the classically forbidden five-fold, eight-fold, ten-fold, and 12-fold symmetry axes. Research with quasicrystalline materials has demonstrated many desirable characteristics such as high hardness, low friction, oxidization and corrosion resistance, low thermal and electrical conductivity, and unusual optical properties. The shortcoming of quasicrystals generally manifests itself as extreme brittleness in the bulk form at ambient temperature up to O.7T_m. A universal goal of these efforts is the desire to mitigate the brittle behavior of the quasicrystals while still maintaining their desirable mechanical, chemical, or optical properties. Generally thermal sprayed coatings are used for wear resistant coatings and thermal barrier coatings. In the present study, aluminum based quasicrystalline alloy compositions were selected according to their structure and e/a ratio. Powders of Al-Ni-Co-Si alloys were produced by gas-atomization under protective N_(2) atmosphere. The gas-atomized powders were sieved to have a size range of -200∼+400mesh. Quasicrystalline coatings were deposited onto 304 stainless steel substrates using two thermal spraying techniques: high velocity oxy-fuel (HVOF) and air plasma spraying (APS). The thickness of plasma coating layer is 600㎛ and the thickness of HVOF coating layer is 260㎛. The friction and wear performances of the coatings were evaluated varying testing conditions. In testing conditions corresponding to high sliding velocity, the performance of the resulting coatings was compared using Cr coated cast iron disks as counterparts in sliding wear tests. During these trials, the coefficient of friction between the two sliding parts was monitored between 100m and 570m to sliding distance of disc. For each couple, the wear of both the coating and the chromium coated cast iron disk during the trial was determined by measuring the weight loss following the test. Analysis of the wear debris and of the wear track on both the coating and Cr coated cast iron disk was performed using a scanning electron microscope. Friction coefficient of the plasma coating is 0.36 and friction coefficient of the HVOF coating is 0.43. The study showed that although the coefficient of friction was approximately the same for all the couples under investigation regardless of the thermal spraying technique used to deposit the coatings, there were differences in the wear performance. In particular, the results indicated that the APS-deposited coatings, which had a higher level of porosity, exhibited a lower wear resistance than the HVOF-processed coatings. The results have been interpreted in terms of the effect of porosity on the role of debris in the friction and wear process. It was shown that test conditions favorable for the formation of thick intermediate layers led to low wear rates. Large cylindrical particles, formed by agglomeration of small wear debris, were suggested as a beneficial factor for the reduction of the abrasion wear mechanism. The tribological properties of quasicrystalline coatings were also evaluated at high temperature, and this work showed that friction and wear performances were better at 450℃ than at room temperature. These tribological properties of quasicrystalline coating layers are extremely promising since most of the components used in industrial applications are exposed to high temperature such as cylinder and piston rings in automotive engines.
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