Abrasive wear resistance of electroless Ni-P coated aluminium after post treatment

Electroless nickel (EN) coatings are recognised for their hardness and wear resistance in automotive and aerospace industries. In this work, electroless Ni–P coatings were deposited on aluminium alloy substrate LM24 (Al–9 wt.% Si alloy) and the effect of post treatment on the wear resistance was studied. The post treatments included heat treatment and lapping with two different surface textures. Scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS), X-ray diffraction (XRD) and micro-abrasion tester were used to analyse morphology, structure and abrasive wear resistance of the coatings. Post heat treatment significantly improved the coating density and structure, giving rise to enhanced hardness and wear resistance. Microhardness of electroless Ni–P coatings with thickness of about 15 μm increased due to the formation of Ni3P after heat treatment.

Fracture surface, impact energy and hardness of Ni-free high-Mn steels

Two manganese steels were investigated: Fe-19.7%Mn (VM339A) and Fe-19.7%Mn stabilized with 0.056%C, 0.19%Ti and 0.083%Al (VM339B). The toughness of VM339A was higher than VM339B, but VM339B had higher hardness. Tempering does not affect the toughness of the alloys. SEM images of the fracture surface for both the alloys revealed ductile fractures. A further alloy with a lower manganese content, Fe-8.46%Mn-0.24%Nb-0.038%C, and thus even lower cost than the conventional 3.5Ni cryogenic steel, was tested for its impact toughness after heat treatment at 600°C, giving promising results.

Abrasive size and concentration effects on the tribo-corrosion of cast CoCrMo alloy in simulated body fluids

Some retrieved CoCrMo hip implants have shown that abrasive wear is one of the possible wear mechanisms invoked within such joints. To date, little work has focused on the third body abrasion of CoCrMo and therefore there is a general lack of understanding of the effect of abrasive size and volume concentration on the tribo-corrosion performance of the CoCrMo alloys. The present work assessed the tribo-corrosion behaviour of cast CoCrMo (F-75) under various abrasion-corrosion conditions by using a modified microabrasion tester incorporating a three-electrode electrochemical cell. The effects of reduced abrasive size/hardness and volume concentration, as well as the role of proteins on the tribo-corrosion performance of the cast CoCrMo alloy were addressed. The correlation between electrochemical and mechanical processes for different abrasion-corrosion test conditions has been discussed in detail. Results show that the reduction in abrasive size and volume concentration can significantly affect the abrasion-corrosion wear mechanisms and the wear-induced corrosion response of the material. The finding of this study implies that the smaller/softer third body particles generated in vivo could also result in significant wear-induced corrosion and therefore potential metal ion release, which could be potentially detrimental to both the patient health and the life span of the implants. © 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Micro-abrasion-corrosion of cast CoCrMo-Effects of micron and sub-micron sized abrasives

The abrasion damage on retrieved CoCrMo based hip joints is reported to be influenced by the entrainment of micron and sub-micron sized debris/hard particles. This paper represents the first attempt to look into the effects of relatively soft abrasives with micron and sub-micron dimensions on the abrasion mechanisms and the abrasion-corrosion performance of the cast CoCrMo in simulated hip joint environments. A modified micro-abrasion tester incorporating a liquid tank and a three-electrode electrochemical cell was used. Al O (300 nm and 1 μm) and sub-micron sized BaSO abrasives were chosen as being comparable in the size and hardness to the wear particles found in vivo. Results show that the specific wear rates of cast CoCrMo are dependent on the abrasive particle size, hardness and volume concentration. Larger particle size, higher hardness and greater abrasive volume fractions gave greater wear rates. The wear-induced corrosion current generally increases with increasing wear rates, and the presence of proteins seems to suppress the wear-induced corrosion current especially when abrasive volume fractions were high. This study shows that the nature of abrasives and the test solutions are both important in determining the wear mechanisms and the abrasion-corrosion response of cast CoCrMo. These findings provide new and important insights into the in vivo wear mechanisms of CoCrMo. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Micro-scale wear characteristics of electroless Ni-P/SiC composite coating under two different sliding conditions

The electroless nickel composite (ENC) with various silicon carbide contents was deposited onto aluminium alloy (LM24) substrate. The wear behaviour and the microhardness of the composite coating samples were investigated and compared with particles free and aluminium substrate samples using micro-scale abrasion tester and microhardness tester respectively. The wear scar marks and wear volume were analysed by optical microscope. The wear tracks were further studied using scanning electron microscopy (SEM). The embedded particles were found to get pressed into the matrix which helps resisting further wearing process for composite samples. However, random orientation of microcuts and microfallow were seen for ENC sample but more uniform wearing was observed for EN sample. The composite coating with low content of SiC was worn minimum. Early penetration into the substrate was seen for samples with higher SiC content. Microhardness was improved after heat treatment for all the samples containing various SiC content. Under dry sliding condition, inclusion of particles in the matrix did not improve the wearing resistance performance in as-deposited state. The wearing worsened as the content of the particles increased generally. However, on heat treatment, the composite coatings exhibited improved wear resistance and the best result was obtained from the one with low particle contents.

NP-hardness of MAP in Ternary Tree Bayesian Networks

This paper strengthens the NP-hardness result for the (partial) maximum a posteriori (MAP) problem in Bayesian networks with topology of trees (every variable has at most one parent) and variable cardinality at most three. MAP is the problem of querying the most probable state configuration of some (not necessarily all) of the network variables given evidence. It is demonstrated that the problem remains hard even in such simplistic networks.

Métodos químicos de modificação superficial de nanomateriais

O objectivo geral desta tese foi investigar diversas estratégias de síntese de nanocompósitos híbridos de matriz polimérica, contendo nanopartículas inorgânicas com funcionalidades diversas. O interesse nestes nanocompósitos multifuncionais consiste no enorme potencial que apresentam para novas aplicações tecnológicas, tais como em optoelectrónica ou em medicina. No capítulo introdutório, apresenta-se uma revisão das propriedades de nanopartículas inorgânicas e nanoestruturas obtidas a partir destas, métodos de preparação e de modificação química superficial, incluindo a formação de nanocompósitos poliméricos, bem como a aplicação destas nanoestruturas em medicina e biologia. O estudo das propriedades de nanopartículas de ouro é um importante tema em Nanociência e Nanotecnologia. As propriedades singulares destas NPs apresentam uma estreita relação com o tamanho, morfologia, arranjo espacial e propriedades dieléctricas do meio circundante. No capítulo 2, é reportada a preparação de nanocompósitos utilizando miniemulsões de poli-estireno (PS) e poli-acrilato de butilo (PBA) contendo nanopartículas de ouro revestidas com moléculas orgânicas. As propriedades ópticas destas estruturas híbridas são dominadas por efeitos plasmónicos e dependem de uma forma crítica na morfologia final dos nanocompósitos. Em particular, demonstra-se aqui a possibilidade de ajustar a resposta óptica, na região do visível do espectro, através do arranjo das nanopartículas na matriz polimérica, e consequentemente o acoplamento plasmónico, utilizando nanopartículas resultantes da mesma síntese. Na generalidade, é reportada aqui uma estratégia alternativa para modificar a resposta óptica de nanocompósitos, através do controlo da morfologia do compósito final face à estratégia mais comum que envolve o controlo das características morfológicas das partículas metálicas utilizadas como materiais de partida. No Capítulo 3 apresentam-se os resultados da preparação de vários compósitos poliméricos com propriedades magnéticas de interesse prático. Em particular discute-se a síntese e propriedades magnéticas de nanopartículas de ligas metálicas de cobalto-platina (CoPt3) e ferro-platina (FePt3), assim como de óxidos de ferro (magnetite Fe3O4 e maguemite g-Fe2O3) e respectivos nanocompósitos poliméricos. A estratégia aqui descrita constitui uma via interessante de desenvolver materiais nanocompósitos com potencial aplicação em ensaios de análise de entidades biológicas in vitro, que pode ser estendido a outros materiais magnéticos. Como prova de conceito, demonstrase a bioconjugação de nanocompósitos de CoPt3/PtBA com anticorpos IgG de bovino. No capítulo 4 é descrita a preparação e propriedades ópticas de pontos quânticos (“quantum dots”, QDs) de CdSe/ZnS assim como dos seus materiais nanocompósitos poliméricos, CdSe/ZnS-PBA. Como resultado das suas propriedades ópticas singulares, os QDs têm sido extensivamente investigados como materiais inorgânicos para aplicações em dispositivos ópticos. A incorporação de QDs em matrizes poliméricas é de particular interesse, nomeadamente devido ao comportamento óptico do nanocompósito final parecer estar dependente do tipo de polímero utilizado. As propriedades ópticas dos nanocompósitos foram estudadas sistematicamente por medidas de fotoluminescência. Os nanocompósitos apresentam propriedades interessantes para potenciais aplicações biológicas em diagnóstico in vitro, funcionando como sondas biológicas luminescentes.

Utilização de redes TIN em modelos distribuídos de precipitação/escoamento superficial

A comunicação apresenta as directivas de desenvolvimento de um modelo distribuído e a sua aplicação à Ribeira da Pradiela (distrito de Évora, afluente do Dejebe). A utilização de modelos distribuídos de precipitação/escoamento superficial para modelação integrada dos fenómenos hidrodinâmicos, transporte de sedimentos e qualidade da água à escala da bacia hidrográfica, é fundamental para uma correcta percepção dos binómios causas/efeitos e consequente gestão optimizada dos recursos hídricos. Os modelos distribuídos existentes assentam em malhas estruturadas de células regulares adjacentes (DEM) ou em malhas de triângulos irregulares adjacentes (TIN). Os primeiros têm um processamento relativamente simples e são compatíveis com a estrutura matricial de uma imagem raster, contudo obrigam a uma densidade de informação uniforme sobre a área em estudo, apresentam problemas de escala na representação das linhas de água e das variáveis distribuídas como a altitude, classes de solo, classes de uso do solo, dotações de rega, fertilizantes e pesticidas. As redes TIN são mais versáteis e no caso particular de os pontos levantados sobre o terreno formarem uma métrica regular, a rede TIN representa uma malha estruturada. Os modelos existentes que utilizam uma malha TIN definem a rede hidrográfica pelas arestas comuns dos triângulos que formam um ângulo côncavo entre si. Esta implementação pode forçar a existência de linhas de água onde não existem traços morfológicos da sua existência. A metodologia proposta para gerar as linhas de água passa por definir uma área de influência associada a cada nó (polígono de Voronoi) que drena por uma linha de água definida entre o próprio nó e o nó vizinho com o qual forma o maior declive. Esta metodologia é relativamente simples, não cria ambiguidades e permite criar uma rede hidrográfica cuja estrutura é perfeitamente compatível com a implementação de um algoritmo de diferenças finitas. As secções transversais das linhas de água são definidas como função da área a montante da respectiva secção. A precipitação efectiva é calculada à escala da bacia pelo método da curva número (CN) do Soil Conservation Service (SCS) e à escala de uma parcela pela equação de Richardson. O escoamento é resolvido pela equação da onda cinemática nas linhas de água de ordem superior, pela equação de conservação da massa nas depressões e pelas equações de Saint-Venant na linha de água principal. É considerado o destacamento nas encostas e o destacamento/ transporte/ deposição nas linhas de água. Também é considerado o transporte de poluentes adsorvidos aos sedimentos, bem como fenómenos de wash-off .

Um modelo distribuído de precipitação/escoamento superficial. Aplicação à Ribeira de Alportel em condições de cheia

Este artigo apresenta um modelo de precipitação/escoamento superficial que toma em consideração o fenómeno distribuído em toda a área da bacia. A metodologia é válida para todos os pontos da bacia, encosta ou linha de água, pelo que o modelo apresentado é uma ferramenta de análise adequada para a previsão das modificações induzidas na relação precipitação/escoamento superficial devido a modificações antrópicas ou não na bacia hidrográfica. Além disso, este modelo possibilita uma abordagem do controlo de cheias não só pela intervenção no leito como é usual, mas também pelo reordenamento da bacia, práticas de conservação do solo e alteração do seu uso. O modelo desenvolvido é aplicado à bacia hidrográfica da Ribeira de Alportel, exemplo que serve para aferir os dados por retro-análise, comparando os caudais obtidos pela simulação com os caudais medidos na estação hidrométrica de Bodega. Deste modo, é possível prever para possíveis cenários de alteração das condições da bacia hidrográfica qual a futura resposta da bacia hidrográfica a eventos pluviométricos.