• Title, Summary, Keyword: TiAl

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음극 아크 증착으로 코팅된 TiAlN 박막의 특성연구

  • Song, Min-A;Yang, Ji-Hun;Park, Hye-Seon;Jeong, Jae-Hun;Jeong, Jae-In
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.302-302
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    • 2012
  • 본 연구에서는 아크 소스를 이용하여 TiAlN을 코팅하였으며 공정 변수 중 질소 유량에 다른 TiAlN 박막의 물성 변화를 관찰하였다. TiAlN은 고경도 난삭재의 고능률 절삭 분야에 사용되어 공구의 수명을 향상하기 위한 표면처리 소재로 각광을 받고 있다. TiAlN 박막은 아크 소스에 장착된 TiAlN 타겟(Ti-50 at %Al)을 사용하여 스테인리스 강판 위에 코팅 하였으며 이 때 기판과 타겟 간의 거리는 약 30 cm이었다. 기판을 진공용기에 장착하고 ${\sim}10^{-6}$ torr까지 진공배기를 실시한 후 아르곤 가스를 진공용기 내로 공급하여 공정 압력인 $7{\times}10^{-4}$ torr로 제어한다. 공정 압력에서 아크 소스에 약 70 A의 전류를 인가하여 아크를 발생시키고 기판 홀더에 약 -400 V의 직류전압을 인가하여 약 5분간 청정을 실시하였다. 기판의 청정이 끝나면 기판에 인가된 전압을 차단하고 질소 가스를 진공용기에 공급하여 TiAlN을 코팅하였다. 질소 유량이 30 sccm일 경우 TiAlN 박막의 경도가 약 2510 Hv로 가장 높았으며, 질소의 유량이 40 sccm 이상으로 증가할 경우 TiAlN 박막의 경도는 1500 Hv로 주목할 만한 변화는 없었다. 질소 유량이 증가하면 TiAlN 박막의 색상은 회색에서 어두운 보라색으로 변화하였고 주사전자현미경 분석을 통해서 거대 입자(macro particle)가 감소하는 경향을 확인할 수 있었으며 이는 질소 유량이 증가할수록 TiAlN 박막의 표면조도 또한 증가하는 분석결과와 일치하였다. X-선 회절 분석을 통해 질소 유량이 30 sccm 이상에서 박막의 질화가 일어나고 2500 Hv 이상의 경도를 가지는 최적 조건임을 확인하였으며, 이는 절삭 공구 등과 같이 고경도 유지를 위한 코팅 분야에 적용이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 질소 유량 외에 다른 공정 조건을 변화시켜 TiAlN 코팅을 실시한다면 다양한 색상 구현, 고경도, 내마모성 등 TiAlN 박막의 기능성을 향상할 수 있을 것으로 예상된다.

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Preparation of Low Oxygen Content Powder from Ti-6Al-4V and Ti-8Al-1Mo-1V Alloy Scraps with Deoxidation in Solid State Process (Ti-6Al-4V 및 Ti-8Al-1Mo-1V 합금 스크랩을 이용한 저산소 분말 제조와 탈산방법 비교)

  • Oh, Jung-Min;Suh, Chang-Youl;Kwon, Hanjung;Lim, Jae-Won;Roh, Ki-Min
    • Journal of the Korean Institute of Resources Recycling
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    • v.24 no.1
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    • pp.21-27
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    • 2015
  • The present study describes the process of producing low oxygen content alloy powder from Ti-6Al-4V and Ti-8Al-1Mo-1V (AMS 4972) alloy scraps using hydrogenation-dehydrogenation (HDH) and deoxidation in solid state (DOSS) processes. Each prepared powder was deoxidized with Ca contact and non-contact method to compare the deoxidation capability. It is known that the non-contact deoxidation method, using Ca vapor above the melting temperature $T_m$ of Ca, has greater deoxidation capability. However, Oxygen contents in Ti-6Al-4V and Ti-8Al-1Mo-1V powder after non-contact deoxidation method were higher than those after contact deoxidation method. Therefore, we investigate the effect of Al - the richest alloy element in theses Ti based metals - on the deoxidation processes.

Spark plasma sintering 소결법에 의해 제작 된 Ti-Al-Si 합금타겟의 물성과 합금타겟을 이용하여 제작한 박막에 관한 연구

  • Lee, Han-Chan;Jeong, Deok-Hyeong;Mun, Gyeong-Il;Lee, Bung-Ju;Sin, Baek-Gyun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.237.1-237.1
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    • 2013
  • Ti 와 Al 은 금속간의 화합물이 내산화성에 우수한 성질을 가지고 있으며 낮은 밀도와 고온에도 큰 변화가 없는 성질을 가지고 있다. 그리하여 내식 및 부식 관련 연구나 고온재료를 필요로 하는 우주, 엔진 제품 등에 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 Ti-Al-N 박막은 경도가 우수하여 고속 공구 부품에 널리 사용되고 있으며 최근 Ti-Al-N 에 Si 첨가로 인하여 40 GPa 이상의 고경도와 1,000도 이상의 산화온도를 지닌 나노 혼합물 코팅을 형성 시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 Ti, Al, Si 원분말을 PBM (Planetary Ball Milling) 방법을 사용하여 Ti-Al-Si 혼합분말로 제조하고, 제조된 분말들은 SPS (Spark Plasma Sintering) 공정을 통하여 Ti-Al-Si 합금타겟을 제작하였다. 제작된 Ti-Al-Si 합급타겟을 사용한 Sputtering 공정을 수행하여 Ti-Al-Si 3원계 박막을 증착하였다. 그 결과 기존 Ti (82 ${\mu}m$), Al (32 ${\mu}m$), Si (16 ${\mu}m$) 크기의 원분말들이 PBM (Planetary Ball Milling) 공정 후 Ti-Al-Si (18 ${\mu}m$) 로 입도가 작아진 것을 확인 할 수 있었고, 소결 후 타겟이 99% 이상의 높은 밀도를 가졌으며 원분말의 조성과 동일한 조성을 가진 타겟이 제작되었음을 확인하였다. Ti-Al-Si 타겟의 경도는 약 1,000 Hv 이상의 값을 보였으며, Ti-Al-Si-N 박막의 경우 타겟의 조성과 동일하였고 경도는 약 35 GPa 로 높은 경도 값을 가지는 것을 확인하였다. 내산화 테스트 결과 Ti-Al-Si-N 박막은 1,000도 에서도 박막의 손상이 가지 않았다.

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Oxidation Characteristics of TiC, TiN, CrN, TiCrN and TiAlN Coatings (TiC, TiN, CrN, TiCrN, TiAlN 코팅의 산화특성)

  • Xu, Chunyu;Hwang, Yeon-Sang;Won, Seong-Bin;Lee, Dong-Bok
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • pp.119-120
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    • 2013
  • 공구, 다이몰드 등에 널리 쓰이는 TiC, TiN, CrN, TiCrN, TiAlN 코팅의 산화특성을 비교하기 위하여 $600^{\circ}C-900^{\circ}C$에서 대기중 산화시험을 실시하였다. 내산화성은 (TiC, TiN), TiAlN, TiCrN, CrN 코팅의 순서로 증가하였다. 코팅원소중 Ti는 $TiO_2$로, Cr은 $Cr_2O_3$로, Al은 $Al_2O_3$로 산화되었다.

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Effect of V on High Temperature Oxidation of TiAl Alloy (TiAl합금의 고온산화에 미치는 V효과)

  • ;Morihiko Nakamura
    • Journal of the Korean institute of surface engineering
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    • v.36 no.4
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    • pp.329-333
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    • 2003
  • The high-temperature oxidation behavior of Ti39Al-10V alloy that consisted primarily of $\beta$-Ti, ${\gamma}$-TiAl, and $\alpha_2$ $-Ti_3$Al phases was studied. The relatively thick and porous oxide scales formed consisted primarily of an outermost, thin TiO$_2$ layer, and an outer, thin $Al_2$$O_3$-rich layer, and an inner, very thick (TiO$_2$, $Al_2$$O_3$) mixed layer. Vanadium was present uniformly throughout the oxide scale. The formation and subsequent evaporation of V-oxides such as VO, $VO_2$, and $V_2$O$_{5}$ deteriorated oxidation resistance and scale adherence of the TiAl alloy significantly.y.

High-temperature Oxidation of Nano-multilayered AlTiSiN Thin Films deposited on WC-based carbides

  • Hwang, Yeon Sang;Lee, Dong Bok
    • Corrosion Science and Technology
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    • v.12 no.3
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    • pp.119-124
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    • 2013
  • Nano-multilayered, crystalline AlTiSiN thin films were deposited on WC-TiC-Co substrates by the cathodic arc plasma deposition. The deposited film consisted of wurtzite-type AlN, NaCl-type TiN, and tetragonal $Ti_2N$ phases. Their oxidation characteristics were studied at 800 and $900^{\circ}C$ for up to 20 h in air. The WC-TiC-Co oxidized fast with large weight gains. By contrast, the AlTiSiN film displayed superior oxidation resistance, due mainly to formation of the ${\alpha}-Al_2O_3$-rich surface oxide layer, below which an ($Al_2O_3$, $TiO_2$, $SiO_2$)-intermixed scale existed. Their oxidation progressed primarily by the outward diffusion of nitrogen, combined with the inward transport of oxygen that gradually reacted with Al, Ti, and Si in the film.

Differential Thermal Analysis of the Self-propagating High-temperature Synthesis of Ti-Al mixture (Ti-Al의 고온 자전 반응 합성과정의 열시차 분석)

  • Mun, Jong-Tae;Lee, Yong-Ho
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.5 no.3
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    • pp.345-356
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    • 1995
  • 본 연구에서는 TiAl 금속간 화합물을 자전 고온 반응법을 이용하여 제조시 반응과정을 열시차 분석 방법으로 분석하였다. 합금 조성은 Ti-45at% Al, 53at%Al, 알루미늄 분말 크기, 승온 속도, 성형 밀도 등을 변화시켜 이들이 반응 과정에 미치는 영향을 관찰하였다. 분말이 미세할수록, 승온속도가 느릴수록, 성형 밀도가 낮을수록 반응 점화 온도 및 연소 온도가 감소하였으며, 고상 Ti와 고상 Al간의 반응정도가 증가하는 것이 관찰되었다. 고상 Ti와 고상 Al간의 반응에서 생성되는 것은 XRD 분석 결과 Ti$Al_{3}$상으로 확인되었다. 이에 비하여 반응 점화 온도가 알루미늄의 용융 온도보가 높을 경우에는 생성되는 상이 $Ti_{3}$Al, TiAl상으로 확인되었다. 이러한 상의 생성 원인에 대하여 확산 계수 및 알루미늄의 용해도등의 요인으로 설명하였다.

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The Study of Nano-Mechanical Properties of TiAlSiN Coating Layer with Nitrogen Content (질소 함량에 따른 TiAlSiN 코팅층의 나노 기계적 특성 평가)

  • Gang, Bo-Gyeong;Choe, Yong;Baek, Yeol
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • pp.255-255
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    • 2015
  • 나노압침방법을 적용하여 arc ion plating을 통해 제조된 TiAlSiN 코팅층의 질소 함량에 따른 나노 기계적 특성을 평가하였다. 코팅층의 질소 함량은 28~30 [at.%] 이었다. 코팅층에는 AlN, TiSi, $Al_5Ti_3$, $Ti_3AlN$, $Al_5Ti_2$ 상이 형성되었다. 질소 함량이 더 작은 코팅층의 나노경도, 마찰계수, 피로한계의 값이 높아짐을 알 수 있었다.

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Microstructural and Mechanical Characterization of Nanocomposite Ti-Al-Si-N Films Prepared by a Hybrid Deposition System (하이브리드 증착 시스템에 의해 합성된 나노복합체 Ti-Al-Si-N 박막의 미세구조와 기계적 특성)

  • 박인욱;최성룡;김광호
    • Journal of the Korean institute of surface engineering
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    • v.36 no.2
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    • pp.109-115
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    • 2003
  • Quaternary Ti-Al-Si-N films were deposited on WC-Co substrates by a hybrid deposition system of arc ion plating (AIP) method for Ti-Al source and DC magnetron sputtering technique for Si incorporation. The synthesized Ti-Al-Si-N films were revealed to be composites of solid-solution (Ti, Al, Si)N crystallites and amorphous Si3N4 by instrumental analyses. The Si addition in Ti-Al-N films affected the refinement and uniform distribution of crystallites by percolation phenomenon of amorphous silicon nitride, similarly to Si effect in TiN film. As the Si content increased up to about 9 at.%, the hardness of Ti-Al-N film steeply increased from 30 GPa to about 50 GPa. The highest microhardness value (~50 GPa) was obtained from the Ti-Al-Si-N film haying the Si content of 9 at.%, the microstructure of which was characterized by a nanocomposite of nc-(Ti,Al,Si) N/a$-Si_3$$N_4$.

Growth behavior of Ti-Al-V-N Films Prepared by Dc Reactive Magnetron Sputtering (DC Reactive Magnetron Sputtering법에 의한 Ti-Al-V-N 박막의 성장거동)

  • Sohn, Yong-Un;Chung, In-Wha;Lee, Young-Ki
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.9 no.7
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    • pp.688-694
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    • 1999
  • Ti-6Al-4V-N films have been grown onto glass substrates by dc reactive magnetron sputtering from a Ti-6Al-4V-N alloy target at different nitrogen partial pressure, input powers and sputtering times. The influence of various sputtering conditions on structural properties of Ti-6Al-4V-N films was investigated by measuring their X-ray diffraction. The quaternary Ti-6Al-4V-N film is crystallizing in a face centered cubic TiN structure, the lattice parameter is smaller than the TiN parameter as titanium atoms of the TiN lattice are replaced by aluminum and vanadium atoms. The films show the (111) preferred orientation and the (111) peak intensity decreases as the nitrogen partial pressure is increased, but the intensity increases as the sputtering time is increased. The deposition rate and the grain size are alto related with the variation of various sputtering conditions.

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