[논문 리뷰] Bonding mechanisms in cold spray deposition of gas atomised and solution heat-treated Al 6061 powder by EBSD

Alexandre Sabard, Tanvir Hussain|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 21.

High-Temperature Coating Behaviors참고 문헌 26인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 용해 열처리가 냉각 스프레이 도금된 Al 6061의 결합 강도를 향상시키는 메커니즘을 미세구조 변화를 통해 규명한다. 전자 반사 회절(EBSD)을 활용한 분석 결과, 열처리된 분말에서 침전상의 용해로 인해 입자 인터페이스에서 局부 변형과 비틀림 결함 축적이 발생하고, 이는 아소그레인의 회전과 입자 간 결합 강도 향상으로 이어짐을 규명하였다. 이는 높은 도금 효율성의 기계적 메커니즘을 설명하는 데 기여한다.

ABSTRACT

The heat-treatment of a number of gas atomised aluminium alloys prior to cold spraying recently showed that the resultant microstructural modification was accompanied by an improvement in deposition; however, the relationship between the microstructural homogenisation occurring after recrystallisation and the increase in deposition efficiency and particle-particle bonding had not been investigated. In this study, AL 6061 gas atomised feedstock powder, before and after solution heat-treatment, was cold sprayed and these materials were charaterised using electron backscatter diffraction. The solution heat-treated Al 6061 powder showed large stress-free grains as opposed to the as-atomised feedstock powder which exhibited a homogeneous distribution of misorientation and lattice defects throughout the particles, whereas the coating produced from solution heat-treated powder showed an accumulation of dislocations in the interfacial zones. For the first time, a mechanism was proposed where this phenomenon was attributed to localised deformation of the heat-treated particle's exterior due to the dissolution of precipitates in the intermetallic network. The accumulation of dislocations in the interfacial area enhanced the rotation of subgrains to accomodate the plastic deformation, thus improving the particle-particle bonding.

연구 동기 및 목표

• 용해 열처리 후 Al 6061 분말의 미세구조 변화가 냉각 스프레이 도금 효율성에 미치는 영향을 이해하기 위해.
• 냉각 스프레이 중 입자 간 결합에 있어 침전상 용해와 비틀림 결함의 역할을 조사하기 위해.
• 재결정화 후 미세구조의 균일화와 도금 성능 향상 간의 기계적 연관성을 명확히 하기 위해.
• 분석된 분말의 as-atomized 및 열처리된 상태에서의 EBSD 분석을 통해 냉각 스프레이에서의 주요 결합 메커니즘을 규명하기 위해.

제안 방법

• 냉각 스프레이 도금 이전 및 이후에 대해 가스 분쇄된 분말과 용해 열처리된 Al 6061 분말의 미세구조 특성을 분석하기 위해 전자 반사 회절(EBSD)을 사용하였다.
• 미세구조 특성 분석은 as-atomized 및 열처리된 입자 내에서의 오차분포, 격자 결함 및 비틀림 밀도를 중심으로 수행되었다.
• 분석된 분말과 열처리된 분말로 제작된 냉각 스프레이 코atings의 인터페이스 존을 비교하여 변형 및 비틀림 결함 축적 정도를 평가하였다.
• 플라스틱 변형 메커니즘 평가를 위해 인터페이스 영역 내 아소그레인의 회전 및 비틀림 활동을 분석하였다.
• 이중금속 간섭망 내 침전상 용해가 열처리된 입자에서 국부적 변형을 유도하는 메커니즘을 평가하였다.
• EBSD 데이터를 기반으로 새로운 결합 메커니즘을 제안하였으며, 이는 비틀림 결함 축적이 아소그레인의 회전과 인터페이스 결합 강도 향상에 기여함을 연결지어 설명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 용해 열처리는 냉각 스프레이 도금 이전에 가스 분쇄된 Al 6061 분말의 미세구조에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 냉각 스프레이 Al 6061 코atings의 인터페이스 존에서 비틀림 결함 축적이 수행하는 역할은 무엇인가?
• RQ3 이중금속 간섭망 내 침전상 용해가 열처리된 Al 6061 입자에서 국부적 변형과 아소그레인의 회전에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 열처리된 Al 6061 분말에서 도금 효율성 향상과 입자 간 결합에 기여하는 주요 미세구조적 특성들은 무엇인가?
• RQ5 EBSD 분석을 통해 드러난, 용해 열처리된 Al 6061의 냉각 스프레이 도금에서의 주요 결합 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• 용해 열처리된 Al 6061 분말은 응력이 없는 큰 결정립을 보였고, 이는 as-atomized 분말의 균일한 오차분포 및 격자 결함 분포와 대비됨.
• 열처리된 분말로 제작된 냉각 스프레이 코atings은 인터페이스 존에서 뚜렷한 비틀림 결함 축적이 관찰되어 국부적 플라스틱 변형이 발생했음을 시사함.
• 비틀림 결함 축적이 이중금속 간섭망 내 침전상 용해로 인한 것으로 규명되었으며, 이는 입자 표면에서 국부적 변형을 강화함.
• 열처리된 입자 인터페이스 영역의 아소그레인은 플라스틱 변형을 수용하기 위해 회전을 겪었으며, 이는 입자 간 인터페이스 결합 강도 향상에 기여함.
• 침전상 용해가 비틀림 결함 축적과 아소그레인의 회전을 유도함으로써 더 강한 입자 간 접착을 이끌어내는 새로운 결합 메커니즘이 제안됨.
• 재결정화 이후의 미세구조 균일화가 Al 6061의 냉각 스프레이 도금 효율성 향상과 관련이 있음을 EBSD 기반 직접적 증거로 제시함.