Electroless nickel composite (Ni-P/SiC) coating - A study on interface and corrosion characteristic

Surface behaviour is of paramount importance as failure and degradation tend to initiate from the surface. Electroless composite coating (NiP/SiC) was developed using SiC as reinforcing particles. As heat treatment plays a vital role in electroless nickel coating owing to the changes in microstructure, phase structure and mechanical properties, an insight at the interface changes in chemistry and micromechanical behaviour was investigated using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) and microindentation techniques. Corrosion performance was analysed using electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Absence of zinc and migration of copper at the interface was detected. Brittleness and microcracks was seen long the interface when indenting at load of 500 gf (Vickers). Corrosion performance is weaker than particles free coating. However, a thin blanket of NiP could enhance the resistance to corrosive medium.

Lead-bismuth eutectic corrosion behaviors of ferritic/martensitic steels in low oxygen concentration environment

In order to investigate the compatibility of candidate structural materials with liquid metals, two kinds of ferritic/martensitic steels were chosen to contact with lead–bismuth eutectic in sealed quartz–glass tubes. The corrosion exposures were for 500 and 3000 h. Results showed that the oxidation layer and carbide dissolution layer on the two steels grew with contact time under oxygen unsaturated condition. Short-term corrosion behavior of a newly developed steel showed better lead–bismuth eutectic corrosion resistance than T91 at 873 K.

Chloride ingress and carbonation in concrete exposed to cyclic wetting and drying

Carbonation and chloride ingress are the two main causes of corrosion in reinforced concrete structures. An investigation to monitor the ingress of chlorides and carbonation during a 9 month wetting and drying exposure regime to simulate conditions in which multiple mode transport mechanisms are active was conducted on a variety of binders. The penetration was evaluated using water and acid soluble chloride profiles, and phenolphthalein indicator. X-ray diffraction was also used to determine the presence of bound chlorides and carbonation. The results indicated that acid extraction of chlorides is quantitatively reliable and practical for assessing penetration. The effect of carbonation on binding capability was observed and the relative quantity of chlorides also showed a correlation with the amount of chlorides bound in the form of Friedel’s salt.

Chloride transport and the resulting corrosion of steel bars in alkali activated slag concretes

As the relative performance of alkali activated slag (AAS) concretes in comparison to Portland cement (PC) counterparts for chloride transport and resulting corrosion of steel bars is not clear, an investigation was carried out and the results are reported in this paper. The effect of alkali concentration and modulus of sodium silicate solution used in AAS was studied. Chloride transport and corrosion properties were assessed with the help of electrical resistivity, non-steady state chloride diffusivity, onset of corrosion, rate of corrosion and pore solution chemistry. It was found that: (i) although chloride content at surface was higher for the AAS concretes, they had lower chloride diffusivity than PC concrete; (ii) pore structure, ionic exchange and interaction effect of hydrates strongly influenced the chloride transport in the AAS concretes; (iii) steel corrosion resistance of the AAS concretes was comparable to that of PC concrete under intermittent chloride ponding regime, with the exception of 6% Na2O and Ms of 1.5; (iv) the corrosion behaviour of the AAS concretes was significantly influenced by ionic exchange, carbonation and sulphide concentration; (v) the increase of alkali concentration of the activator generally increased the resistance of AAS concretes to chloride transport and reduced its resulting corrosion, and a value of 1.5 was found to be an optimum modulus for the activator for improving the chloride transport and the corrosion resistance.

Chloride induced corrosion of steel bars in alkali activated slag concretes

The studies on chloride induced corrosion of steel bars in alkali activated slag (AAS) concretes are scarcely reported in the past. In order to make this issue clearer and compare the corrosion performance of AAS with Portland cement (PC) counterpart, an investigation was carried out and the results are reported in this paper. Corrosion properties were assessed with the help of rate of corrosion, electrical resistivity and pore solution chemistry. It was found that: (i) steel corrosion resistance of the AAS concretes was comparable or in some cases even worse than that of Portland cement (PC) concrete under intermittent chloride ponding regime; (ii) the corrosion behaviour of the AAS concretes was significantly influenced by ionic exchange, carbonation and sulphide concentration; (iii) the increase of alkali concentration of the activator generally reduced chloride resulting corrosion, and a value of 1.5 was found to be an optimum modulus for the activator for improving the corrosion resistance.

Enhancement of Wear and Corrosion Resistance of Beta Titanium Alloy by Laser Gas Alloying with Nitrogen

The relatively high elastic modulus coupled with the presence of toxic vanadium (V) in Ti6Al4 V alloy has long been a concern in orthopaedic applications. To solve the problem, a variety of non-toxic and low modulus beta-titanium (beta-Ti) alloys have been developed. Among the beta-Ti alloy family, the quaternary Ti-Nb-Zr-Ta (TNZT) alloys have received the highest attention as a promising replacement for Ti6Al4 V due to their lower elastic modulus and outstanding long term stability against corrosion in biological environments. However, the inferior wear resistance of TNZT is still a problem that must be resolved before commercialising in the orthopaedic market. In this work, a newly-developed laser surface treatment technique was employed to improve the surface properties of Ti-35.3Nb-7.3Zr-5.7Ta alloy. The surface structure and composition of the laser-treated TNZT surface were examined by grazing incidence x-ray diffraction (GI-XRD) and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The wear and corrosion resistance were evaluated by pin-on-plate sliding test and anodic polarisation test in Hanks’ solution. The experimental results were compared with the untreated (or base) TNZT material. The research findings showed that the laser surface treatment technique reported in this work can effectively improve the wear and corrosion resistance of TNZT.

Effect of Cyclic Carbonation on Chloride Ingression in GGBS Concrete

Carbonation and chloride ingress are the two main causes of corrosion in reinforced concrete structures. An investigation to monitor the ingress of chlorides and the effect of carbonation on chloride ingression during an accelerated 12 month cyclic wetting and drying exposure regime that simulates conditions in which multiple mode transport mechanisms are active was conducted on ground granulated blast furnace slag (GGBS) concrete. The penetration of chloride and carbon dioxide was evaluated using water and acid soluble chloride profiles and phenolphthalein indicator, respectively. The results indicated that when chloride and carbon dioxide ingress concomitantly the effects can be adverse. Carbonation has a detrimental effect on the binding capacity of the concrete, increasing the concentration of free (water soluble) chlorides. This contributed to greater concentration and greater penetration of chlorides and thus an increased corrosion risk.

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Sensores de Bragg para bioaplicações

Nas últimas décadas, os sensores de Bragg têm sido frequentemente utilizados em inúmeras aplicações, em resultado das características únicas desta tecnologia. Contudo, a comunidade científica tem feito um esforço contínuo em desenvolver sensores que respondam tanto quanto possível aos requisitos e interesses de cada aplicação em particular. As bioaplicações são um campo de crescente interesse pelos sensores de Bragg, atendendo à heterogeneidade e complexidade dos meios de análise em questão. No âmbito desta dissertação foi realizada uma análise teórica dos princípios de funcionamento das redes de Bragg, focada em redes uniformes e inclinadas. Foi também descrito o processo de produção de redes de Bragg regeneradas. Redes de Bragg uniformes foram aplicadas na caracterização da reacção de polimerização e cura de materiais dentários, nomeadamente resina para base de dentadura, cimentos e gessos. Foi feita uma análise comparativa do desempenho de diferentes tipos de cimentos e gessos. Em relação ao gesso foi ainda avaliada a influência do rácio água/pó nas propriedades do material. Devido à importância que o índice de refracção tem na detecção de substâncias, doenças e controlo de qualidade de produtos, foi desenvolvido um sensor de índice de refracção baseado numa rede de Bragg inclinada. Implementaram-se também sensores para medição simultânea de índice de refracção e deformação, índice de refracção e temperatura e índice de refracção, deformação e temperatura, todos baseados numa única rede inclinada. O último dispositivo foi validado em ambiente laboratorial. Com o propósito de desenvolver um sensor baseado em redes de Bragg para monitorização da deformação óssea, foi avaliada a biocompatibilidade da fibra óptica em cultura de células osteoblásticas, e analisada a integridade física e funcionalidade da rede de Bragg nesse meio. O interesse em aumentar a sensibilidade e alargar a gama de trabalho dos sensores conduziu ao revestimento das fibras ópticas. Atendendo ao potencial índole biológica e biomédica do trabalho, usou-se como material de recobrimento o diamante, dada a excelente resposta em termos de biocompatibilidade, resistência à corrosão, não toxicidade e afinidade para espécies químicas e biológicas. Os filmes foram obtidos por deposição química a partir da fase vapor assistida por filamento quente. Para além de amostras de fibra óptica, foram revestidas redes de Bragg uniformes e regeneradas. Os sensores revestidos com diamante foram caracterizados à deformação e à temperatura.

Diamond microelectrodes for corrosion studies

Este trabalho teve como objetivos a produção, caracterização e aplicação de microelétrodos (MEs) de diamante como sensores amperométricos e potenciométricos em sistemas de corrosão nos quais a agressividade do meio e a presença de produtos de corrosão, constituem obstáculos que podem diminuir o desempenho, ou inviabilizar a utilização, de outros tipos de sensores. Os microeléctrodos são baseados em filmes finos de diamante dopado com boro (BDD – Boron Doped Diamond) depositados sobre fios de tungsténio afiados, através do método de deposição química a partir da fase vapor, assistida por filamento quente (HFCVD – Hot Filament Chemical Vapor Deposition). A otimização das diversas etapas de fabricação dos MEs deu origem ao desenvolvimento de um novo sistema de afiamento eletroquímico para obtenção destes fios e a várias opções para a obtenção dos filmes de diamante condutor e seu isolamento com resinas para exposição apenas da ponta cilíndrica. A qualidade cristalina dos filmes de diamante foi avaliada por espectroscopia de Raman. Esta informação foi complementada com uma caracterização microestrutural dos filmes de diamante por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), em que se fez a identificação da tipologia dos cristais como pertencendo às gamas de diamante nanocristalino ou microcristalino. Os filmes de BDD foram utilizados na sua forma não modificada, com terminações em hidrogénio e também com modificação da superfície através de tratamentos de plasma RF de CF4 e O2 indutores de terminações C-F no primeiro caso e de grupos C=O, C-O-C e C-OH no segundo, tal como determinado por XPS. A caracterização eletroquímica dos MEs não modificados revelou uma resposta voltamétrica com elevada razão sinal/ruído e baixa corrente capacitiva, numa gama de polarização quasi-ideal com extensão de 3 V a 4 V, dependente dos parâmetros de crescimento e pós-tratamentos de superfície. Estudou-se a reversibilidade de algumas reações heterogéneas com os pares redox Fe(CN)6 3-/4- e FcOH0/+ e verificou-se que a constante cinética, k0, é mais elevada em elétrodos com terminações em hidrogénio, nos quais não se procedeu a qualquer modificação da superfície. Estes MEs não modificados foram também testados na deteção de Zn2+ onde se observou, por voltametria cíclica, que a detecção da redução deste ião é linear numa escala log-log na gama de 10-5-10-2 M em 5 mM NaCl. Realizaram-se também estudos em sistemas de corrosão modelares, em que os microeléctrodos foram usados como sensores amperométricos para mapear a distribuição de oxigénio e Zn2+ sobre um par galvânico Zn-Fe, com recurso a um sistema SVET (Scanning Vibrating Electrode Technique). Foi possível detetar, com resolução lateral de 100 μm, um decréscimo da concentração de O2 junto a ambos os metais e produção de catiões de zinco no ânodo. Contudo verificou-se uma significativa deposição de zinco metálico na superfície dos ME utilizados. Os MEs com superfície modificada por plasma de CF4 foram testados como sensores de oxigénio dissolvido. A calibração dos microeléctrodos foi efetuada simultaneamente por voltametria cíclica e medição óptica através de um sensor de oxigénio comercial. Determinou-se uma sensibilidade de ~0.1422 nA/μM, com um limite de deteção de 0.63 μM. Os MEs modificados com CF4 foram também testados como sensores amperométricos com os quais se observou sensibilidade ao oxigénio dissolvido em solução, tendo sido igualmente utilizados durante a corrosão galvânica de pares Zn-Fe. Em alguns casos foi conseguida sensibilidade ao ião Zn2+ sem que o efeito da contaminação superficial com zinco metálico se fizesse sentir. Os microeléctrodos tratados em plasma de CF4 permitem uma boa deteção da distribuição de oxigénio, exibindo uma resposta mais rápida que os não tratados além de maior estabilidade de medição e durabilidade. Nos MEs em que a superfície foi modificada com plasma de O2 foi possível detetar, por cronopotenciometria a corrente nula, uma sensibilidade ao pH de ~51 mV/pH numa gama de pH 2 a pH 12. Este comportamento foi associado à contribuição determinante de grupos C-O e C=O, observados por XPS com uma razão O/C de 0,16. Estes MEs foram igualmente testados durante a corrosão galvânica do par Zn-Fe onde foi possível mapear a distribuição de pH associada ao desenvolvimento de regiões alcalinas causadas pela redução do oxigénio, acima da região catódica, e de regiões ácidas decorrentes da dissolução anódica do ânodo de zinco. Com o par galvânico imerso em 50 mM NaCl registou-se uma variação de pH aproximadamente entre 4,8 acima do ânodo de zinco a 9,3 sobre o cátodo de ferro. A utilização pioneira destes MEs como sensores de pH é uma alternativa promissora aos elétrodos baseados em membranas seletivas.

Starburst accelerator and incubator construction & energy: How to monitor the activities of an incubator and give strategic advice to startups

This work project takes the format of a problem-solving approach suggested by “Impulse Partners”, a French consulting firm. It recommends a way to measure the success of ten startups in the incubators “Starburst” and “Incubator Construction & Energy” and give them strategic guidance. A Balanced Scorecard is elaborated to help incubated startups building up and implementing their strategy. The Scorecard suggests possible initiatives for the startups that are ideally realized with the help of the consulting firm that is steering the incubator. Special attention is drawn to what the startups need to succeed, which typically concerns financing, networking and managing skills.

How to monitor and improve Unilever JM Supply Chain processes to become the best of Portugal’s sector in 2015?

Unilever Jerónimo Martins is a Portuguese joint-venture leading firm in what concerns the supply chain industry of fast-moving consumer goods in Portugal. The scope of analysis of this Work Project is focusing on Unilever-JM operations and services in the Portuguese market regarding quality, efficiency and effectiveness over B2B customers. It will be analysed the possibility of development and implementation of a performance measurement system, Tableau de Bord, which will be crucial for the identification of potential opportunities of improvement with impact in the supply chain processes. This will be completed through the establishment of KPI’s to monitor and manage periodically logistics, planning and customer service processes’ performance, which are the ones where the bottlenecks are impacting more in the supply chain. In this work project the nexus causality for the problems will also be discussed and some recommendations will be prepared to tackle the inefficiencies found through the monitoring of the previous core processes, in order to improve efficacy and quality service of the supply chain.