The importance of crystallographic texture in the use of titanium as an orthopedic biomaterial

Crystallographic texture is perceived to play an important role in controlling material properties. However, the influence of texture in modulating the properties of biomedical materials has not been well investigated. In this work, commercially pure titanium (cp-Ti) was processed through six different routes to generate a variety of textures. The effect of texture on mechanical properties, corrosion behavior, cell proliferation and osteogenesis was characterized for potential use in orthopedic applications. The presence of closely packed, low-energy crystallographic planes at the material surface was influenced by the volume fraction of the components in the overall texture, thereby influencing surface energy and corrosion behavior. Texture modulated osteoblast proliferation through variations in surface water wettability. It also affected mineralization by possibly influencing the coherency between the substrate and calcium phosphate deposits. This study demonstrates that crystallographic texture can be an important tool in improving the properties of biomaterials to achieve the enhanced performance of biomedical implants.

Electrochemical behavior of Zn-graphene composite coatings

A Zn-graphene composite coating was electrodeposited on mild steel. The graphene was synthesized by electrochemical exfoliation of graphite. Electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction techniques were used to characterize the coatings. Compared to a pure Zn coating, the Zn-graphene coating exhibited reduced grain size, reduced surface defects, hillock structures over the coating surface and an altered texture. The corrosion behavior of the coatings was examined by Tafel polarization and electrochemical impedance spectroscopic methods. A significant improvement in the corrosion resistance in terms of reduction in corrosion current and corrosion rate and increase in polarization resistance was noted in the case of the Zn coating containing graphene.

Electrochemical behavior of Sn-graphene composite coating

The electrochemical properties of pure Sn and Sn-graphene composite coating have been determined and compared. Coatings were electrodeposited on mild steel substrates. Graphene was synthesized by the electrochemical exfoliation process using SO42- ion as the intercalating agent. Morphological and structural characterization results revealed a clear effect of graphene on altering the texture, grain size and morphology of the coating. Corrosion behavior was analyzed through potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopic methods. A significant improvement in the corrosion resistance in terms of reduction in corrosion current and corrosion rate and increase in polarization resistance was noted in case of Sn coating containing graphene.

Avaliação da corrosão microbiológica do aço carbono 1020 em água do mar sintética na presença de bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) possuem um papel importante na corrosão de ligas metálicas expostas em hábitats marinhos, óleos e solos úmidos. A redução do sulfato por estas bactérias resulta na produção de H2S, podendo influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais. Neste trabalho, o comportamento da corrosão microbiológica no aço carbono AISI 1020 foi avaliada em meio Postgate C, na presença e na ausência de BRS, as quais foram isoladas da camada de ferrugem presente numa tubulação submersa da Baía de Guanabara RJ. A taxa de corrosão e o comportamento eletroquímico do aço nas duas condições foram investigados através dos métodos de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A formação do biofilme e dos produtos de corrosão na superfície do aço foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Em complementação, foi realizada a quantificação das BRS (planctônicas e sésseis) pelo método do número mais provável (NMP). A presença de BRS no meio ocasionou o deslocamento do potencial de corrosão para valores mais negativos em todos os tempos de ensaio estudados, indicando um aumento no processo corrosivo. Nos ensaios de perda de massa, a taxa de corrosão do aço carbono foi maior na ausência de BRS, provavelmente devido à formação de um biofilme na superfície do metal nos ensaios com inóculo, e a uma menor tendência de haver corrosão generalizada neste tipo de meio. As micrografias de MEV revelaram a presença de agregado celular na superfície do aço carbono durante o experimento, e a presença de pites profundos após remoção do biofilme, mostrando prevalência deste tipo de corrosão. Com 35 dias de ensaio, a densidade de corrente de corrosão aumentou na presença de BRS

Studying the influence of substitutional elements on mechanical behavior of Alloy 718

In nickel-based superalloys, substitutional solute species have a strong impact on in service mechanical properties as well as on oxidation and corrosion resistances. In alloy 718, recent studies carried out by tensile tests highlighted the fact that refractory solute species are able to interact strongly with mobile dislocations during plastic deformation, generating dynamic strain ageing, and, in wide ranges of tests temperatures and strain rates, Portevin-Le Chatelier effect. The precise nature of the substitutional element responsible for such a dynamic interaction is still subject to debate. We addressed this question by means of mechanical spectroscopy studies of alloy 718 and various related alloys corresponding to monitored changes in the chemical composition. Only a single internal friction relaxation peak has been observed for all the studied alloys. By analyzing the damping behavior of these alloys at different imposed solicitation frequencies by sweeping a large temperatures range, the activation energies of the relaxation process and the type of mechanism involved have been determined. The process is a "Zener relaxation" in the alloys, i.e. a substitutional atoms dipole reorientation under applied stress. The results tend to prove that Niobium is not involved in the relaxation process whereas Molybdenum content seems to play an important role in the relaxation intensity.

Avaliação da microestrutura, microdureza e resistência à corrosão de juntas soldadas de uma liga de Ni-Cr obtidas através de diferentes processos de soldagem

Este trabalho avaliou o comportamento eletroquímico do metal de base (MB) de uma liga a base de níquel-cromo em relação a juntas soldadas desta liga obtidas pelos processos de brasagem (BRA) e Tungsten Inert Gas (TIG), imersos em saliva artificial com pH 2,5 e 5,5. Foram também realizados ensaios de microdureza e caracterização microestrutural, por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura e análise química semi-quantitativa por EDS, nos grupos MB, TIG, BRA e no cordão de solda a laser (LAS). O MB apresentou uma matriz rica em níquel e cromo, distribuída em um arranjo dendrítico típico, apresentando inclusões metálicas de silício e titânio, além de porosidades. As soldas TIG e LAS revelaram uma microestrutura mais refinada que o MB, mostrando, entretanto, uma mesma composição química e distribuição de seus elementos. A solda BRA apresentou diferenças marcantes em sua microestrutura, composição química e distribuição de seus elementos em relação ao MB. Os dados de microdureza Vickers (HV), potencial de corrosão (Ecorr) e densidade de corrente de corrosão (jcorr) foram analisados com ANOVA e teste de Tukey (p<0,05). Para determinação da influência do pH quanto a resistência à corrosão dos grupos MB, TIG e BRA, empregou-se o teste t de Student (p<0,05). O MB apresentou menor média de microdureza (256,13 9,39 HV), seguido pelos grupos TIG (271,53 8,07 HV), LAS (303,73 13,93 HV) e BRA (551,99 37,73 HV). Em pH 2,5 as médias do Ecorr (mV) para o MB, TIG e BRA foram, respectivamente, -67,9 8,43, -52,78 16,74, e -284,33 19,04; e em pH 5,5, médias de -54,03 21,15, -62,08 20,16 e -278,8 28,96. Os valores médios de jcorr (A.cm-2) para o MB, TIG e BRA em pH 2,5 foram, respectivamente, 2,49 0,95, 5,584 1,64 e 27,45 4,9; e em pH 5,5, médias de 1,929 0,83, 4,267 1,51 e 54,2 11,96. Os grupos MB e TIG apresentaram boa resistência à corrosão, com maior módulo de impedância em relação ao grupo BRA. As diferenças no pH da saliva artificial não alteraram o comportamento corrosivo dos grupos MB e TIG. Entretanto, observou-se uma redução marcante na jcorr e no módulo de impedância nas soldas obtidas pelo processo de brasagem. O grupo BRA apresentou corrosão galvânica ao ser analisado formando par com o MB, mostrando uma jcorr de 5,3 A.cm-2. Entretanto, o mesmo não foi observado quando o MB foi associado à solda TIG, onde a jcorr foi cerca de 150 vezes menor. O grupo BRA, além de apresentar um comportamento eletroquímico muito diferente do MB, revelou diferenças marcantes quanto a composição química, aspecto microestrutural e microdureza. As juntas TIG e LAS mostraram semelhanças químicas e microestruturais em relação ao MB, sendo que na solda TIG esta semelhança foi ainda mais evidente. Além disto, a solda TIG apresentou um comportamento eletroquímico muito semelhante ao MB e, portanto, parecendo ser mais recomendável para soldar ligas odontológicas de níquel-cromo em relação aos demais processos de soldagem aqui avaliados.

Eletrodeposição de revestimentos funcionais compósitos Cu/partículas de óxidos de alumínio

Revestimentos funcionais compósitos são um atrativo tecnológico crescente, pois possibilitam a combinação de materiais metálicos, poliméricos ou cerâmicos, resultando em propriedades superiores as dos materiais individuais, sendo por este motivo, largamente aplicados na engenharia de materiais. Na presente dissertação, foram produzidos revestimentos compósitos por eletrodeposição através da codeposição de uma matriz metálica de cobre e de partículas de óxidos de alumínio incorporadas (g - Al2O3 ou AlO(OH)), sobre substratos de aço carbono, a partir de diferentes banhos eletrolíticos. Três etapas foram efetuadas, na primeira realizou-se o estudo da influência do modo de agitação e da presença ou não de ligantes (citrato de sódio 1,00 mol/L) nos teores de cobre e alumina nos revestimentos produzidos. Em seguida foi avaliada a ação de complexantes (citrato de sódio 1,00 mol/L e pirofosfato de potássio 0,90 mol/L) usando polarização potenciodinâmica e voltametria cíclica, em conjunto com microbalança eletroquímica de cristal de quartzo (EQCM) e a posterior produção de revestimentos compósitos a partir de banhos contendo CuSO4 0,02 mol/L + pirofosfato de potássio 0,90 mol/L + 20 g/L de alumina, variando a densidade de corrente aplicada (I), a velocidade de agitação do eletrodo rotatório (A) e o do tempo de agitação prévia (t). Por fim, na terceira etapa, fez-se a substituição de alumina por Boehmita e a produção dos revestimentos a partir de banhos contendo CuSO4 0,02 mol/L + pirofosfato de potássio 0,90 mol/L + 20 g/L de Boehmita, empregando um planejamento composto central, em que os parâmetros citados também foram variados. Os resultados mostraram que a presença de um ligante e a agitação prévia e continuada do eletrólito durante o experimento foram fundamentais para a produção dos revestimentos compósitos. Ensaios de EQCM mostraram que o citrato se adsorveu na superfície do eletrodo de ouro, diferentemente do pirofosfato. Os teores de Boehmita e cobre nos revestimentos produzidos, assim como a morfologia, resistência de polarização e densidade de corrente de corrosão dos revestimentos foram influenciados pelos parâmetros avaliados.

Corrosão de aços inoxidáveis empregando mapas de impedância

Os aços inoxidáveis correspondem a aços com diferenças de composição e microestrutura. Desta forma, o comportamento em corrosão é consequentemente diferente. Para avaliar este aspecto, aços com PREN variando de aproximadamente 11 a 35% foram analisados por curvas de polarização. A motivação principal desse trabalho foi avaliar o comportamento de cada aço inoxidável com uso de diferentes técnicas (impedância eletroquímica e circuitos elétricos equivalentes) e também na nova técnica de mapas de impedância, da influência do PREN na corrosão em meio de 3,5% NaCl a 25C. A partir dessas curvas, os potenciais de pites e de densidade de corrente de corrosão foram obtidos. Além disto, foram empregados mapas de diagrama de impedância eletroquímica para visualizar o efeito do potencial aplicado, desde o potencial catódico até além do potencial de pite desses aços. Pôde-se observar que o módulo de impedância se reduz abruptamente quando surge o pite. Ademais, há uma alteração do ângulo característico para frequências da ordem de 1 kHz. Para dois aços inoxidáveis, UNS S30400 e UNS S31600, foram utilizados os diagramas de impedância obtidos dos mapas e estimados a evolução dos parâmetros relacionados a um circuito elétrico equivalente para potenciais aplicados.

Powder stream characteristics in cold spray nozzles

The exponential increase of industrial demand in the past two decades has led scientists to the development of alternative technologies for the fast manufacturing of engineering components, aside from standard and time consuming techniques such as casting or forging.Cold Spray (CS) is a newly developed manufacturing technique, based upon the deposition of metal powder on a substrate due to high energy particle impacts. In this process, the powder is accelerated up to considerable speed in a converging-diverging nozzle, typically using air, nitrogen or helium as a carrier gas. Recent developments have demonstrated significant process capabilities, from the building of mold-free 3D shapes made of various metals, to low porosity and corrosion resistant titanium coatings.In CS, the particle stream characteristics during the acceleration process are important in relation to the final geometry of the coating. Experimental studies have shown the tendency of particles to spread over the nozzle acceleration channel, resulting in a wide exit stream and in the difficulty of producing narrow tracks.This paper presents an investigation on the powder stream characteristics in CS supersonic nozzles. The powder insertion location was varied within the carrier gas flow, along with the geometry of the powder injector, in order to identify their relation with particle trajectories. Computational Fluid Dynamics (CFD) results by Fluent v6.3.26 are presented, along with experimental observations. Different configurations were tested and modeled, giving deposited track geometries of copper and tin ranging from 1. mm to 8. mm in width on metal and polymer substrates. © 2011 Elsevier B.V.

铜管不锈钢管腐蚀性能及铁牺牲阳极保护研究

铜管一直是电厂凝汽器的主要应用管材，但由于其抗冲刷和抵御污染物腐蚀的能力差，特别不耐氨蚀，美国和欧洲大量使用不锈钢管替代铜管作为冷凝管，然而不锈钢管在我国的运用仅处于初步阶段。 常使用锌、铝阳极对铜管进行牺牲阳极保护，然而存在着电位差过大、阳极溶解过快的问题。铁基牺牲阳极与铜电位差适当、来源广泛、价格便宜，在一些工程上有所应用，但是目前针对铁基牺牲阳极的理论研究报道很少。 本文选用紫铜管、304不锈钢管作为实验用管材，首先运用实验室全浸实验、极化曲线和电化学阻抗研究了二者在海水和淡水中的腐蚀性能以及CO2、溶解氧对其腐蚀的影响。结果表明：CO2会加速二者的腐蚀，溶解氧却对它们的腐蚀影响不同，促进铜管的腐蚀却抑制不锈钢管的腐蚀；随浸泡时间的延长，紫铜管由于表面产物膜的生成耐蚀性提高，304不锈钢管的耐蚀性却降低；淡水中，304不锈钢管和紫铜管都具有很好的耐蚀性能。随后，运用失重法和极化曲线对比研究了紫铜管、304不锈钢管的氨蚀性能，运用SEM分析和电化学阻抗研究了紫铜在不同浓度氨溶液中的腐蚀机理。发现，304不锈钢管的耐氨蚀能力远远好于铜管；溶解氧是影响氨蚀的关键因素，其对二者氨蚀的影响也不同；紫铜管在低氨浓度和高氨浓度溶液中腐蚀机理和产物不同，低氨浓度时形成保护性的产物膜（CuO 和Cu(OH)2），高氨浓度时由活化溶解控制，生成可溶的[Cu (NH3)4]2+。 选用工业纯铁、35钢为牺牲阳极材料。恒电流实验结果表明它们具有良好的牺牲阳极性能；通过极化曲线和自腐蚀电位测试分析，认为将二者用于铜管牺牲阳极保护是可行的；实验室阴极保护效果测试表明，工业纯铁和35钢对紫铜管具有良好的保护效果，保护度达90%以上。

Characteristics of anodic coatings oxidized to different voltage on AZ91D Mg alloy by micro-arc oxidization technique

With increasing applied voltage, three types of anodic coatings, passive film, micro-spark ceramic coating and spark ceramic coating were made by micro-arc oxidization (MAO) technique on AZ91D magnesium alloy in alkali-silicate solution. The structure, composition characteristics and the electrochemical properties of coatings were also studied with SEM, XRD and EIS (electrochemical impedance spectroscopy) technique, respectively. It is found that the electrochemical properties are closely related to the structure and composition characteristics of the anodic coatings. At the same time, the characteristics of the three types of anodic coatings differ significantly, among them, the micro-spark ceramic coating, prepared in the voltage range of 170similar to220V exhibits compact, homogeneous structure and highest corrosion-resistance.

Grey interrelation analysis to assess the influence of elements on the galvanic efficiency of Al sacrificial anode

Grey interrelation analysis method was used to study the correlation of Al-anode elements and its galvanic efficiency at 20 degreesC, 40 degreesC and 60 degreesC. Twenty-eight kinds of Al-anodes were made for experiments by the method given by Chinese National Standard GB4948-85 [1] and the correlation degree of elements added in the anodes were calculated. The results showed that the order of elements affecting galvanic efficiency at different temperature is basically the same, and the correlation degree can reflect the variation of Al-anode galvanic efficiency when changing temperature. It is suggested that the elements being added in Al-anode are Zn, In, Ga, Mg.

The study of immersion chloride extraction of iron artifacts

The chloride extraction rules of iron artifacts were studied by immersion methods. Different chloride extraction results between the alkaline solution and a washing solution were obtained. The microstructure and the anti-corrosion performance of the samples before and after treatment, were, respectively studied by the scanning electron microscope (SEM) and the potentiodynamic scanning method. The results indicated that Cl- removed according to the diffusion law. The microstructure of the samples transformed after treatment. The rusts became more compact, and the porosity also increased. The chloride extraction effect in the washing solution was better than that in the NaOH solution.

The hydrogen permeation investigation of API X56 steel in sea mud

It was found that the corrosion rate of steel in the sea mud with sulfate-reducing bacteria (SRB) could be as high as 10 times of that in the sea mud without SRB. And the hydrogen permeation reaction would occur when metals were corroded. So it is necessary to investigate the effect of living SRB on hydrogen permeation in the sea mud. Cathodic potential was often added to metals in order to protect them. But hydrogen permeation could be affected by the cathodic potential. So it is also necessary to study the effect of cathodic potential on hydrogen permeation. In this paper, the hydrogen permeation actions of APT X56 steel in the sea mud with and without SRB at corrosion and cathodic potential were studied with an improved Devanathan-Stachurski's electrolytic cell. Experimental results showed that during the growth of SRB, the current density curve of hydrogen permeation was accordant with the growth curve of SRB. But the hydrogen permeation current density of APT X56 steel hardly changed in the sterilized sea mud. Compared with the hydrogen permeation current density of APT X56 steel in the sterilized sea mud, the hydrogen permeation of APT X56 steel in the sea mud could be accelerated by living SRB. Experimental results also showed that the hydrogen permeation current density increased rapidly when the cathodic potential was added to the three-electrode system of the cathodic cell, and then the hydrogen permeation current density could obtain a stable value slowly. So the cathodic potential added to the cathodic cell could accelerate hydrogen permeation.

A study of electrical chloride extraction of iron artifacts

The chloride extraction rule of iron artifacts was studied by electrical methods. The effect of the current and potential value on the desalination result of simulated iron artifacts was studied through the galvanostatic and potentiostatic experiments the ingredients of the rust before and after treatments were also analyzed by the X-ray diffraction (XRD). It has been found that the optimal current density was between -0.50 and -0.75 mA/cm(2) and the optimal potential was between -1.175 and -1.200 V. The phase of the samples rusts transformed after treatment, as well as the anti-corrosion performance improved.